萬能試驗機設(shè)計（優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計）
萬能試驗機設(shè)計（優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計）,萬能,試驗,實驗,設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè)設(shè)計
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XX 大 學(xué)
第1章 概述
1.1 試驗機概念
材料試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中，試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器。廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關(guān)實驗室。對有效使用材料、改進工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。
材料試驗機的種類很多，有多種不同的分類方法。按加荷方法分類: 靜負(fù)荷試驗機(靜態(tài))和動負(fù)荷試驗機(動態(tài))。其中靜態(tài)試驗機一個主要組成部分。萬能試驗機又可分為機械萬能試驗機、液壓萬能試驗機、電液伺服萬能試驗機和電子萬能試驗機。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國內(nèi)材料試驗機的現(xiàn)狀
我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久，但試驗機制造行業(yè)在舊中國是空白，中華人民共和國成立后，黨和政府十分重視計量檢測技術(shù)的發(fā)展，采取了許多重要措施來發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過五十多年的努力，我國萬能材料試驗機的制造，從無到有、從小到大，從單參數(shù)到多參數(shù)，從靜態(tài)到動態(tài)，逐步發(fā)展成初具規(guī)模，具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗機（如拉、壓萬能試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、松弛試驗機、持久強渡試驗機、蠕變試驗機、復(fù)合應(yīng)力試驗機等）和動負(fù)荷試驗機（如沖擊試驗機和疲勞試驗機等）的能力，有效地促進了國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展。我國萬能材料試驗機市場已形成一定的規(guī)模，試驗機產(chǎn)品的發(fā)展日趨大型化、智能化、動靜態(tài)功能復(fù)合化，有的試驗機產(chǎn)品已出口到國外，遠(yuǎn)銷到 亞洲和歐美市場，具有一定的競爭能力。
圖1-1 電子萬能材料試驗機(雙柱落地式)
上圖1-1所示為電子萬能材料試驗機(雙柱落地式)，它主要用于金屬、非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能測試和分析研究。可自動求取ReH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等試驗參數(shù)，并可根據(jù)GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等國際標(biāo)準(zhǔn)進行試驗和提供數(shù)據(jù)。
電子萬能試驗機(雙柱落地式)性能特點：電子萬能試驗機(雙柱落地式)采用高強度光杠固定在上橫梁和工作臺面，使之構(gòu)成高剛性的門式框架結(jié)構(gòu)。采用伺服電機驅(qū)動,伺服電機通過傳動機構(gòu)帶動移動橫梁上下移動,實現(xiàn)試驗加載過程.分為單空間和雙空間兩種機型。主本機采用先進的DSCC-1全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)進行控制及測量，采用計算機進行試驗過程及試驗曲線的動態(tài)顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，試驗結(jié)束后可通過圖形處理模塊對曲線放大進行數(shù)據(jù)再分析編輯，產(chǎn)品性能達到國際先進水平。
圖1-2 液壓萬能試驗機
上圖1-2所示為液壓萬能試驗機WAW-100型，它的程序采用開放的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義，符合標(biāo)準(zhǔn)GB228—87、GB/T228—2002、GB7314-87等試驗方法，也可恨據(jù)用戶要求定制特殊的試驗方法。測量方式采用的是高精度壓力傳感器、高精度位移傳感器、高線性低雜信的信號處理及放大模塊，人機交互方式分析計算測試材料的機械性能指標(biāo)，試驗結(jié)束時自動計算彈性模量、屈服強度、非比例延伸應(yīng)力等，在自動分析的基礎(chǔ)上，還可以人工修正分析結(jié)果提高分析的準(zhǔn)確性。
液壓萬能試驗機可配置專用于材料試驗機的閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)采集的電液控制器(可以根據(jù)客戶要求配置進口控制器，如：DOLI)，它具備強大的功能，叉兼有十分優(yōu)異的性能價格比。適用于科研單位、大專院校、質(zhì)監(jiān)部門及檢測中心進行檢測、科研、仲裁及特殊試驗的需要。
液壓萬能試驗機WAW-100型的特點：
（1）控制模式：等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率應(yīng)力控制、等速率應(yīng)變控制、力保持控制、定應(yīng)力轉(zhuǎn)定應(yīng)變控制。
（2）試驗力量程自動轉(zhuǎn)換功能：若達到容量的90%自動轉(zhuǎn)換到較大容量
（3）自動夾持：采用液壓自動夾緊，夾持可靠，不打滑
（4）多重保護：具有軟件、硬件過載和位置保護
（5）自動校準(zhǔn)：負(fù)荷、變形、位移可按標(biāo)準(zhǔn)值自動校準(zhǔn)
（6）自動停機：實驗結(jié)束后活塞自動停止工作
圖1-3 電液伺服萬能試驗機
上圖1-3所示為電液伺服萬能試驗機WAW-600L，它主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的拉伸試驗，適用于冶金、建筑、輕工、航空、航天、材料、大專院校、科研單位等領(lǐng)域。試驗操作和數(shù)據(jù)處理符合GB/T5224-1995《預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線》的要求。
1.2.2 國外材料試驗機的現(xiàn)狀
產(chǎn)品詳細(xì)介紹：
下圖1-4所示為AG-IC系列立式電子萬能試驗機，它是日本島津蘇州工廠組裝的最先進的電子萬能試驗機，現(xiàn)已在國內(nèi)的機械、電子、大學(xué)、研究院所等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。該系列立式電子萬能試驗機已經(jīng)取得國際CE認(rèn)證。
(1)電子萬能試驗機的特點:
1）簡便直觀的中文試驗軟件。
2）具有2.5ms采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集，適合各種特性材料的測試數(shù)據(jù) 的真實性。
3)高速返回原點功能，縮短下次試驗的準(zhǔn)備時間，提高試驗效率。
4)擁有多種完善的試驗夾具，適合多種樣品的試驗要求。
(2)電子萬能試驗機的用途
1)各種金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗
2）機械部件、電子部件的拉伸、剝離、焊接強度試驗
3）控制或循環(huán)試驗
4）應(yīng)力松弛或蠕變試驗
圖1-4 電子萬能試驗機
下圖1-5所示為島津液壓萬能試驗機UH-I系列，它是以電子控制液壓驅(qū)動的伺服式萬能試驗機，試驗載荷采用高精度壓力傳感器，被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵、建材等行業(yè)。
(3)島津液壓萬能試驗機的用途
1）各種金屬材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗
2）木材、纖維板的壓縮、彎曲試驗
3）上述材料的載荷保持試驗
4）瀝青、混凝土的壓縮試驗
(4)島津液壓萬能試驗機的特點
1）采用大形LCD輕觸屏，可以顯示試驗曲線，操作方便、可視性好。
2）豐富的自動控制程序為標(biāo)準(zhǔn)配置。
3）可以選擇模擬指針式度盤顯示器。
4)通過試驗軟件，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。
圖1-5 液壓萬能試驗機
1.3 本論文研究內(nèi)容
以往，國內(nèi)外生產(chǎn)的萬能試驗機主要包括:機械式、液壓式和電子式三種。七十年代初期又發(fā)展了電液伺服萬能試驗機。機械式萬能試驗機是應(yīng)用較久的一種萬能試驗機。其研究的具體內(nèi)容：一是明確材料試驗機的改造思路；二是硬件部分設(shè)計；三是軟件部分設(shè)計。
本論文主要研究萬能材料試驗機的機械傳動部分。材料試驗機裝置包括機身、橫梁、齒輪、電動機、傳動軸、夾具等。其中機身、橫梁及支撐裝置只需滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求即可, 而齒輪、傳動軸、電動機等則是試驗機的關(guān)鍵裝置和部件。因此在設(shè)計的過程中應(yīng)盡量解決試驗機內(nèi)機構(gòu)之間的傳動，材料方面的選擇，加工精度等諸多科學(xué)問題。
通過各方面的考慮以及計算設(shè)計出一款實用、精度適中、效率較高、經(jīng)濟的萬能材料試驗機的傳動部分。
第2章 電子萬能試驗機傳動方案設(shè)計
本章主要描述四種萬能材料試驗機的傳動方案，以及每個方案的特點，從而在這四種方案中選取最佳的那個方案為本論文的研究方案。
2.1 方案簡述
（1）方案一 ：錐齒輪傳動
電動機產(chǎn)生動力后通過減速箱，再經(jīng)過渦輪蝸桿的傳動，帶動圓錐齒輪運動，由圓錐齒輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動上橫梁上下運動。上夾具固定在上橫梁上，而下夾具則是通過離合器與減速箱電動機連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動，至此完成試驗。如圖2-1所示：
圖2-1 方案一示意圖
（2）方案二：鏈輪傳動
電動機產(chǎn)生動力后輸出到減速器，然后進入渦輪蝸桿傳動系統(tǒng)，進一步減速并改變運動旋轉(zhuǎn)方向后，通過鏈傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。由鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動上橫梁上下運動，上夾具固定在上橫梁上，下夾具則通過離合器與減速箱電動機連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動，至此完成試驗。如圖2-2所示：
圖2-2 方案二示意圖
（3）方案三：絲杠傳動
電動機產(chǎn)生動力后輸出到減速器，然后由渦輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動。絲杠轉(zhuǎn)動同時兩個絲杠螺母同步背向或相向運動，兩個連桿同時遠(yuǎn)離或靠近。這就使下夾具所在試驗臺向上或向下運動。上面橫梁可以固定，也可以在液壓、絲杠等外力驅(qū)動下上下運動，至此完成試驗。如圖2-3所示：
圖2-3 方案三示意圖
（4）方案四：液壓傳動
本方案與上述三種文件有所不同，本方案是由油泵驅(qū)動油缸里的活塞提供外部試驗力。油泵輸出油經(jīng)進油管達到液壓缸，然后經(jīng)回油管路流回回油缸再次利用。液壓系統(tǒng)帶動上橫梁上下運動。下夾具通過離合器與減速箱電動機連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動，而上夾具則是固定在上橫梁上。此方案要求液壓系統(tǒng)要有較精確的控制閥的配合才能實現(xiàn)試驗?zāi)康?。如圖2-4所示：
圖2-4 方案四示意圖
（5）方案五：同步帶傳動
電動機產(chǎn)生動力后輸出到同一級步帶減速，然后進入二級同步帶減速，進一步減速后，仍然通過同步帶傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。由同步帶輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動中間橫梁上下運動，上夾具固定在上橫梁上，下夾具則固定在中間橫梁上，下試驗臺還安裝了三點試驗臺，在中間橫梁下移的過程中完成拉伸和壓縮試驗。如圖2-5所示：
2.2 各種方案分析
各種方案的特點如下：
（1）方案一
1）傳動精度高，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性，且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?
2）有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動；
3）但是采用了蝸桿傳動和圓錐齒輪傳動，可以實現(xiàn)絲桿自鎖（蝸桿傳動有兩個輸出軸，并且轉(zhuǎn)向相同，所以絲桿螺紋旋向要相反，才能使絲桿螺母運
圖2-5 方案五示意圖
動方向一致）；
4）成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也較高，故制造成本高。
（2）方案二
1）傳動精度高，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性，且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極小）；
2）有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動；
3）成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也較高，故制造成本高；
4）不能自鎖 特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，運動部件在運動停止后不能自鎖，需加制動裝置；
5）鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本也低。遠(yuǎn)距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多；
6）只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；
7）磨損后易發(fā)生調(diào)齒；工作時有噪聲、振動沖擊。
（3） 方案三
1）絲杠水平放置利于自鎖。水平狀態(tài)下不受自重慣性力，故運動停止較為容易；
2）采用渦輪驅(qū)動絲杠，由于渦輪尤其是單頭渦輪傳動效率低，傳動精確度也較差。同時渦輪一般采用較為貴重的減摩材料（如青銅）制造，從而增加了制造成本；
3）工作臺有兩個連桿驅(qū)動所承受力較小。在較大試驗力時，連桿安全性降低，必須增大連桿尺寸，這就使得試驗機所需較大的外功率來驅(qū)動。
（4）方案四
由于采用了液壓驅(qū)動，故有以下特點：
1）液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速，工作平穩(wěn)；同功率時液壓裝置體積小、質(zhì)量輕；
2）液體為工作介質(zhì)易泄露，造成污染；油液可壓縮故傳動比不準(zhǔn)確；傳動過程中損失較大，效率較低；
3）液壓傳動對油溫和負(fù)載變化極為敏感，對外部環(huán)境要求較高；
4）液壓元件精度高，造價高；
5）液壓傳動一旦出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除。
（5） 方案五
1）傳動精度高，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性，且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?
2）有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動；
3）不能自鎖 特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，運動部件在運動停止后不能自鎖，需加制動裝置；
4）成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也較高，故制造成本高。
綜合上述四種方案的優(yōu)缺點以及目前市場上主流試驗機形式，最后決定選擇第五種方案為本設(shè)計所采取的最終方案。
2.3 萬能材料試驗機傳動部分設(shè)計
傳動部分設(shè)計如下圖2-6所示：
圖2-6 傳動部分設(shè)計
動力由電動機1傳出，帶輪1安裝于電機軸上，通過齒形帶3傳遞動力到帶輪2，與帶輪2同軸的帶輪4通過齒形帶5將動力傳送到下一根軸，軸上安裝的帶輪7將動力通過齒形帶8向左傳送到帶輪9，通過齒形帶10向右將動力傳送到帶輪15。帶輪9和帶輪15連接在左右兩根滾珠絲杠上，滾珠絲杠的螺母又連接了中間一塊橫梁，從而把動力從電動機傳送到中間橫梁使得中間橫梁帶動夾具體上下移動。
第3章 電子萬能試驗機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
電子萬能試驗機總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：
圖3-1電子萬能試驗機總體結(jié)構(gòu)
3.1 主要零部件及其工作測試過程如下
(1) 將材料加工成為標(biāo)準(zhǔn)試樣，準(zhǔn)備對材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系進行測試。
(2) 將加工好的標(biāo)準(zhǔn)試樣緊固在上夾頭10和下夾頭11之間，準(zhǔn)備進行測試。
(3) 接通電源，直流電動機1開始運轉(zhuǎn)，通過齒型帶3把運動傳遞給帶輪2。
(4) 帶輪2和帶輪4同軸，通過帶輪5，把運動傳給帶輪7.
(5) 帶輪7通齒形帶8和6 傳遞給帶輪9和15 上。而9和15 分別帶動了滾珠絲杠14轉(zhuǎn)動。
(6) 通過絲杠的轉(zhuǎn)動，把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闄M梁13的上下運動。從而完成對試樣的測試。
(7) 由壓力傳感器12測試出的大小，進而 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，顯示出來。
3.2 主機及附件的功能
電子萬能試驗機具有高科技特點，其設(shè)計方法是模塊化的。它有效地利用了微計算機功能對各種附件及功能單元進行組合管理、控制，實現(xiàn)多種功能試驗。對測量系統(tǒng)，計算機可以對其進行自動調(diào)零、自動標(biāo)定、自動換檔，從而保證了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。在控制方面，通過整機控制系統(tǒng)和傳動機構(gòu)與計算機結(jié)合，加上必要的應(yīng)用軟件，實現(xiàn)多種功能試驗的設(shè)定與控制，如常規(guī)拉伸、壓縮等。在試驗數(shù)據(jù)處理方面，可以按國家標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，根據(jù)用戶要求以曲線形式通過打印機打出。該系統(tǒng)主要由主機、控制傳動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、位置保護等組成。
3.2.1 主機結(jié)構(gòu)及其工作原理
主機是負(fù)荷機架與機械傳動系統(tǒng)的結(jié)合體，在橫梁位移控制系統(tǒng)的驅(qū)動下，配合相應(yīng)的附件，可以使試樣品產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。經(jīng)過測量數(shù)據(jù)收集，處理給出所需要的數(shù)據(jù)報告供設(shè)計使用?？傊鳈C是材料力學(xué)性能試驗機測試的執(zhí)行機構(gòu)。
電子萬能試驗機工作時，又通過LASER-500主控計算機,控制功能函數(shù)的調(diào)用管理，控制，并利用主機與附件的功能搭配組合完成多種功能試驗。可根據(jù)具體的情況再增加必要的測量或是控制功能模塊和相應(yīng)的附件，進而達到擴展試驗功能的目的。
主機的結(jié)構(gòu)組成主要有負(fù)荷機架，傳動系統(tǒng)，夾持系統(tǒng)和位置保持系統(tǒng)。負(fù)荷機架由四個立柱支撐上橫梁與工作臺板構(gòu)成的門式框架，兩絲杠穿過動橫梁兩端。并安裝在橫梁與工作臺板之間。工作臺板由支撐腳支撐在底板上，且機械傳動減速器也固定在工作臺上。工作時，伺服電動機驅(qū)動機械傳動減速器【3】，進而帶動絲杠傳動，驅(qū)動橫梁上下移動。試驗過程中，力在門式負(fù)荷框架內(nèi)得到平衡。
電子萬能試驗機的傳動絲杠是用帶有消除間隙結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠【4】。螺母和絲杠的預(yù)緊度已在出廠前調(diào)好。
傳感器安裝動橫梁上，萬向連軸及拉伸夾具安裝在負(fù)荷傳感器上，另外的一只夾具安裝在工作臺板上。如果做壓縮或彎曲等試驗時，僅用動橫梁的下面夾頭及下板的試驗臺即可完成。如做拉伸試驗時，僅用上支架的夾頭與動橫梁上面的夾頭即可完成。工作時，只安裝上樣品，通主控計算機啟動動橫梁 驅(qū)動系統(tǒng)及測量系統(tǒng)即可完成全部試驗。
上橫梁，動橫梁及工作臺板均采用高強技術(shù)，由鋼板焊接而成，結(jié)果使其負(fù)荷機架重量輕而且剛度高。尤其以四立柱構(gòu)成的長方體力系框架，保證了整個機器運行平穩(wěn)，可靠。
3.2.2 控制傳動系統(tǒng)
控制傳動系統(tǒng)是用于驅(qū)動試驗機中橫梁產(chǎn)生位移，進而成為所給試樣品加荷的動力系統(tǒng)。
本試驗機傳動系統(tǒng)是由數(shù)字式脈寬調(diào)制直流伺服系統(tǒng)減速裝置和傳動帶輪等組成，執(zhí)行單元采用了國產(chǎn)型號為J1102YX02A系列人永磁直流伺服電動機，其特點是響應(yīng)快，力矩波動小，壽命長，可靠性高，噪音低，而且該電動機具有高轉(zhuǎn)距和良好的轉(zhuǎn)速性能，由與電動機同步的高性能光電編碼器【5】-【7】作為位置反饋元件，從而使動橫梁獲得正確而穩(wěn)定的速度。
減速裝置由圓弧齒同步膠帶與帶輪構(gòu)成。減速裝置的結(jié)構(gòu)簡單，維護及更換齒型膠帶也很方便，圓弧齒同步帶均采用寧波同步帶總廠生產(chǎn)的各種型號的產(chǎn)品。
3.2.3 測量系統(tǒng)
測量系統(tǒng)包括以下三部分：
(1) 負(fù)荷測量
(2) 試樣變形的測量
(3) 位移測量
3.2.4 動橫梁位移行程限位保護裝置
動橫梁位移行程限位保護裝置由導(dǎo)桿，上下限位環(huán)以及限位開關(guān)組成，安裝在負(fù)荷機架上的左側(cè)前方。調(diào)整上下限位環(huán)可以預(yù)先設(shè)定動橫梁上下運動的極限位置，即保證了當(dāng)動橫梁運行到極限位置時，碰到了限位環(huán)，進而帶動了導(dǎo)桿操縱限位開關(guān)常閉觸頭切斷驅(qū)動電源。動橫梁立即停止運動。
第4章 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的選取
4.1.1 滾珠絲杠的選擇
（1）工作壓強計算
1）螺母的軸向位移：
(4-1)
式中：
令該螺紋為單線螺紋。則x＝1
由于試驗機的整體高度為2125mm，故取絲杠帶動橫梁的移動距離為800mm，又要留下一定的余量，可令螺紋長度L＝1100mm；
設(shè)計使螺紋移動mm時，手輪轉(zhuǎn)動80圈，即
rad
由此可知：
2）查詢《滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ)》，螺紋中徑應(yīng)滿足：
螺紋中徑： ， 其中
式中： Ψ是螺母形式參數(shù)，整體式螺母取1.2-2.5，分體式螺母取2.5-3.5,取Ψ=2
pp是螺紋副許用壓強，N/mm2,可取pp =10；
帶入數(shù)據(jù)，有
由表可知，取 ，根據(jù)《滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ)》表1-5選擇滾珠絲桿的材料為，熱處理為整淬；螺母的材料為，熱處理為淬火。
3）螺母高度：
4）旋和圈數(shù)：
，符合要求
5）基本牙型高度：
6）工作壓強：
工作壓強滿足要求。
7）查表得其摩擦系數(shù)f為0.08~0.10
為了保證自鎖，螺紋升角
8）螺紋牙根部的寬度：
（2） 靜載荷計算
查《滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ)》知基本額定靜載荷特性值K0計算公式： (4-2)
式中為接觸點處鋼球和滾道表面的主要曲率
式中：——鋼球直徑，取；
——螺桿滾道曲率半徑，?。?
——接觸角，取；
——滾動螺旋公稱直徑，取。
基本額定靜載荷
靜載荷條件
條件滿足，故合格。
（3）螺桿的強度計算
則根據(jù)第四強度理論：
螺桿最大彎曲應(yīng)力，查表可知 故螺桿強度合格。
（4）壽命計算
其計算公式為：
(4-3)
確定上式參數(shù)如下：
1）螺母接觸系數(shù)：
2）螺桿接觸系數(shù)：
3）壽命系數(shù)：
4）轉(zhuǎn)速系數(shù)：
5）壽命條件：
式中： ——載荷系數(shù)；
——硬度影響系數(shù)；
——短行程系數(shù)；
F——試驗機工作力，N。
故滿足條件合格。采用固定式內(nèi)循環(huán)如圖4-1所示，圖4-2為滾珠絲桿副的組成
圖4-1 固定式內(nèi)循環(huán)示意圖
1-滾珠；2-絲桿；3-反向器；4-螺母
圖4-2 滾珠絲桿副的組成
接觸角：
鋼球直徑：
mm
螺紋滾道曲率半徑：
mm
偏心距：
mm
螺紋升角：
螺桿大徑：
螺桿小徑：
螺桿接觸點直徑：
螺桿牙頂圓角半徑：
螺母螺紋大徑：
螺母小徑：
4.1.2 伺服電機的選擇
（1）電動機的選擇
由設(shè)計要求可知，試驗機橫梁最大設(shè)計速度為500mm/min，試驗機所施加的最大試驗力為100KN。故
式中：F—試驗機輸出力，N；V—絲杠速度，m/s；P—有效功率。
電機功率在傳遞過程中必然有一定的損失。參閱機械設(shè)計手冊可知，絲杠與絲杠螺母間傳動效率（0.92—0.96，在這里取0.94）為0.94，同步帶之間傳動效率為0.98，其他聯(lián)結(jié)件傳動效率為0.9。故
故
上式中 P —試驗機有效功率；
—試驗機總效率；
—試驗機所需功率。
查閱電機手冊結(jié)合實際情況選擇選擇電動機額定功率。為了試驗機的傳動比不至于太大，故選擇初步選擇同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機，所以電動機的型號為：Y90S-6三相異步電動機，其技術(shù)參數(shù)如下所示：
額定功率
同步轉(zhuǎn)速1000r/min
滿載轉(zhuǎn)速910r/min
額定轉(zhuǎn)矩2.0
最大轉(zhuǎn)矩2.0
（2）傳動裝置總傳動比的計算及其分配
查詢機械設(shè)計手冊，選擇螺距為10mm的普通絲桿
已知橫梁的最大速度為300mm/min，則求得此時的絲杠轉(zhuǎn)速
式中： V——絲杠速度，mm/min；
P——絲杠螺距，mm。
根據(jù)上面所選定的電動機，按照電動機的滿載轉(zhuǎn)速及試驗機工作部分轉(zhuǎn) 速，可計算出傳動裝置的總傳動比。
再按照常用傳動機構(gòu)性能及適用范圍，初步選擇各個傳動部分傳動比如下：。
4.1.3 同步帶的選擇
各級帶傳動的設(shè)計計算
(1)各軸功率，轉(zhuǎn)速計算：
一軸名義功率
一軸轉(zhuǎn)速
二軸名義功率
二軸轉(zhuǎn)速
三軸名義功率
三軸轉(zhuǎn)速
(2)第一級帶傳動設(shè)計計算
選用弧齒同步帶，結(jié)構(gòu)工作面有圓弧齒，承載層為玻璃纖維或纖維繩芯的環(huán)形帶，基本定為氯化丁橡膠。受載后的應(yīng)力分布狀態(tài)較好，提高了承載能力，降低振動與噪聲。
設(shè)計功率
為工況系數(shù)，查表
為同步帶傳動的名義功率（KW），為已知
=1.7*0.735=1.25KW
在《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》中查表選出同步帶的型號為L型，再查表得到對應(yīng)節(jié)距=9.525mm，基準(zhǔn)寬度為25.4mm
確定帶輪齒數(shù)Z與直徑d由表可以查得小帶輪的最少許用齒數(shù)為12,確定小帶輪齒數(shù)，大帶輪齒數(shù)，小帶輪直徑，大帶輪直徑如下：
小帶輪齒數(shù)=20
大帶輪齒數(shù)=20*3=60
小帶輪直徑
大帶輪直徑
選擇同步帶長度：
根據(jù)初選中心距A計算同步帶長度
初選中心距A=211mm
(4-4)
=405.65+190.49+33.86
=630mm
根據(jù)查表可得同步帶長度=619.13mm，同步帶型號為244L,齒數(shù)為65。
計算實際傳動中心距A：
根據(jù)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)帶長求出實際中心距A。
(4-5)
其中，
選擇帶寬：
選擇帶寬的目的是限制作用在同步帶整個寬度上的拉力，以保證同步帶的強度和使用壽命，使其在工作時不發(fā)生時效。計算步驟如下。
根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)及轉(zhuǎn)速由表查得對應(yīng)同步帶基準(zhǔn)寬度=25.4mm及基準(zhǔn)額定功率=0.77kw。
計算同步帶傳動的嚙合齒數(shù)：
。
計算嚙合齒數(shù)系數(shù)：
當(dāng)時，有，
確定齒寬系數(shù)；
此時，帶寬尚未確定，由該式可建立帶寬與基準(zhǔn)帶寬的關(guān)系。
確定額定功率P：
，
選擇帶寬：
根據(jù)設(shè)計要求，同步帶傳動的設(shè)計功率應(yīng)小于所選帶型的額定功率，并且要考慮標(biāo)準(zhǔn)帶寬的值應(yīng)大于計算帶寬的值。帶寬的計算公式如下：
mm
根據(jù)查表選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬25.40mm，代號100。
一級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成：
同步帶：型號為L，節(jié)距，齒數(shù)，帶長=619.13mm代號244L；
帶輪：齒數(shù)=20，=60，直徑60.67mm，182mm；
中心距A=211.35mm。
按照相同的計算方法可得二、三級同步帶傳動設(shè)計的主要結(jié)果構(gòu)成如下：
二級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成：
同步帶：型號為L，節(jié)距，齒數(shù)，帶長=933.45mm，代號367L；
帶輪：齒數(shù)=20，=40，直徑60.67mm，121.34mm；
中心距A=338mm。
三級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成：
同步帶：型號為L，節(jié)距，齒數(shù)，帶長=1257.30mm，代號495L；
帶輪：齒數(shù)=20，=100，直徑60.67mm，303.34mm；
中心距A=334.5mm。
4.2 非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計
4.2.1 軸的選用
本設(shè)計中總共涉及到兩根軸的選用，在實驗機傳動系統(tǒng)中主要承受徑向力，即主要受彎扭作用經(jīng)過校核之后均滿足條件。
4.2.2 機架零件的選擇
機器的全部重量將通過機架傳至基礎(chǔ)上，機架還具有承載機器工作時的作用力和使用機器穩(wěn)定在基礎(chǔ)上的作用。
對機架提出下列基本要求：
(1) 足夠的強度和剛度。本試驗機就是用角鋼和槽鋼通過焊接在一起而構(gòu)成基本骨架的。
(2) 形狀簡單，便于制造。
(3) 便于在機架上安裝附件等。對于帶有箱體、導(dǎo)軌的機架零件，還應(yīng)有良好的耐磨性，以保證機器零件有足夠的使用壽命，當(dāng)然，對于高速機器的機架零件還應(yīng)滿足振動穩(wěn)定性的要求。剛度和強度是評定機器零件的工作能力的基本準(zhǔn)則。機架零件由于它形狀復(fù)雜，受外界因素的影響有很多，因此很難用數(shù)學(xué)分析方法準(zhǔn)確計算機架中的應(yīng)力和變形，在設(shè)計時通常都先根據(jù)機器工作要求和類似相近的機器擬訂機架結(jié)構(gòu)和尺寸。
第5章 電子萬能試驗機控制系統(tǒng)設(shè)計
5.1 微機測控集散系統(tǒng)
電子萬能試驗機控制系統(tǒng)，由載荷測量系統(tǒng)、光電測量系統(tǒng)、標(biāo)距變形測量系統(tǒng)、智能伺服系統(tǒng)和萬比一的高精度鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)組成，整個系統(tǒng)由5個8031單片機和1臺系統(tǒng)計算機組成，使系統(tǒng)有測量速度快、自動化程度高、高度智能化且具有無限的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)試驗功能等特點。
5.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總框圖如圖5.1，其中P——代表載荷，L——代表試樣變形，D——代表橫梁位移，S——代表伺服系統(tǒng)的運行速度。在試驗過程中，系統(tǒng)必須對上述變量進行不斷地采集，分析，縮減，并及時顯示和打印試驗結(jié)果。為了探求材料的正確試驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還必須為試驗過程造就合適的試驗條件，也就是對6個量（P，L，D，，，）加以定值和定界控制，為了使載荷、變形、拉移按照給定的規(guī)律變化，要求伺服系統(tǒng)有函數(shù)的設(shè)定、產(chǎn)生和伺服的功能。
為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)計算機與各子系統(tǒng)之間的通訊采用串行通訊。
如圖所示，機械部分由上下夾具體、移動橫梁、傳動滾珠絲杠、減速器、伺服電機、機架等部分組成，電氣系統(tǒng)包括測力系統(tǒng)P，變形測量系統(tǒng)L，位移測量系統(tǒng)D，和伺服系統(tǒng)S，通訊接口C以及1臺系統(tǒng)計算機LASER-500組成集散系統(tǒng)，小型繪圖機和顯示器等外部設(shè)備，P，L，D均有模擬量輸出，可以接到X-Y函數(shù)記錄儀上，系統(tǒng)計算機LASER-500通過通訊口C與各分機相聯(lián)結(jié)。
圖5.1 電子萬能試驗機控制系統(tǒng)總框圖
5.1.2 各子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
(1) 載荷測量系統(tǒng)
如圖5.2所示為載荷測量系統(tǒng)，精密的應(yīng)變式載荷傳感器，由精度達萬分之一的交流電源供電，傳感器的輸出信號輸入到用坡莫合金制成的精密儀表輸入變壓器，將微弱的輸入信號電壓升壓近10倍，經(jīng)過精心設(shè)計的高度精密的儀表放大器放大后再經(jīng)過相敏整流和濾波而得到5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，這個電壓將送到4個不同的電子部件去進行控制和處理。
1) 經(jīng)衰減器送入模擬記錄儀進行曲線描繪；
2) 通過電壓跟隨器送到伺服系統(tǒng)去進行速度控制；
3) 送到稱為破斷檢器的電子線路，能在試樣破斷時產(chǎn)生邏輯信號；
4) 送到13位的精密A/D變換器AD7550，將模擬信號及時轉(zhuǎn)換為數(shù)字信
號，通過接口電路8155進入8031的數(shù)據(jù)總線。
8031單片機有4KB的EPROM以存儲處理程序，用8位的數(shù)碼顯示器顯示載荷的即時數(shù)值和有關(guān)的字符，5位數(shù)碼顯示器顯示和保留載荷的最大值，串行通訊口連入通訊總線，若干按鍵和開關(guān)，一個有發(fā)出各種操作命令和設(shè)置運行狀態(tài)。此外，8155還有來自傳感器的代碼，讓8031能自動識別用戶現(xiàn)在使用的是什么容量的傳感器。
圖5.2 載荷測量系統(tǒng)
（2） 變形測量系統(tǒng)
如圖5.3標(biāo)距變形測量系統(tǒng)，在原理上與載荷測量系統(tǒng)基本相似，不同之處在于：
1）變形測量系統(tǒng)沒有檢測試樣斷裂的破斷檢測器；
2）沒有最大值存儲和顯示電路；
3）輸入傳感器不是測力傳感器，而是一種反映試樣標(biāo)距變形的應(yīng)變計式引伸計。
圖5.3 變形測量系
（3） 光電位移測量系統(tǒng)
如圖5.4光電位移測量系統(tǒng)，為了測量橫梁移動的距離，廣泛使用安裝在滾珠絲杠上的光電脈沖發(fā)生器來連續(xù)測量絲杠的轉(zhuǎn)角以間接測量橫梁位移，它是在一片圓形玻璃片上，按其圓周方向刻上1000條刻線，當(dāng)有光線由上向下通過時，會在下面的光欄板上產(chǎn)生明暗條紋；當(dāng)圓片轉(zhuǎn)動時，會使安裝在其上的光敏元件產(chǎn)生電脈沖，利用8031產(chǎn)生中斷來進行計數(shù)，這樣就能記下絲杠連續(xù)轉(zhuǎn)過的角度，從而得知橫梁移動的距離。
不過，實際的系統(tǒng)要比上述說明的復(fù)雜得多，為了辨別絲杠的旋轉(zhuǎn)方向，玻璃盤上有兩圈互相相差四分之一節(jié)距的刻線（電氣上相差90度），送到8031的是兩列互相相差90度的電脈沖，分別稱為正弦脈沖和余弦脈沖，依靠判別兩者的相位差是正90度還是負(fù)90度，就可以判別絲杠是在作順時針方向旋轉(zhuǎn)還是反方向旋轉(zhuǎn)，8031就根據(jù)這些信號，進行一系列的邏輯運算，準(zhǔn)確得到橫梁的當(dāng)前位置的。
位移系統(tǒng)有一片4KB的EPROM用來存儲程序；有1片ADC1210再將數(shù)字變換為模擬電壓，以供X-Y記錄儀進行曲線描繪；此外還有1個8位的數(shù)碼顯示器，顯示位移的及時值和一些有關(guān)的信息；還有若干按鈕和開關(guān)，用以接收操作者的命令和設(shè)置機器的工作狀態(tài)；還有通訊線接至通信總線。
圖5.4 光電位移測量系統(tǒng)
（4） 智能伺服系統(tǒng)
智能伺服系統(tǒng)是整個運動系統(tǒng)的指導(dǎo)中心，對于系統(tǒng)的綜合性能起著決定性的作用。在集散系統(tǒng)中，它是除計算機外的第二個主設(shè)備、除CPU 8031 和 4KB的EPROM以外還有下列部件：
1)數(shù)字函數(shù)發(fā)生器
利用CPU的定時中斷，產(chǎn)生數(shù)字時間函數(shù)f（t），再通過DAC1210，將它變換為成比例的模擬電壓去控制鎖相環(huán)伺服系統(tǒng)，這樣就可以使系統(tǒng)的載荷或變形按照給定的規(guī)律變化。
2）速度控制接口
一片8155送出21條控制線送到鎖相環(huán)的數(shù)字輸入端，以控制馬達的轉(zhuǎn)速為1rpm到1000rpm，調(diào)速范圍是10000：1，并指揮它的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。
3）定界控制部分
兩組長5位的十進制撥碼開關(guān)，一組用于MAX定值控制，一組用于MIN定值控制，再通過開關(guān)選擇P，L，D以決定是對P，或L，或D進行定界。
4）速度給定部件
3組3位的撥碼開關(guān)A，B，C分別用作3位有效數(shù)字的低，中，高三種預(yù)選速度，以等待操作者隨時使用。
5）鍵盤和功能選擇開關(guān)
用8個質(zhì)地優(yōu)良的按鍵，6個用來控制A，B，C三種速度的上下運行，一個用作停止操作，還有1個稱為“保持”的按鈕，用以快速將載荷或變形保持在一固定的數(shù)值上。用一個8位的琴鍵開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的特定功能。用一個3位的琴鍵開關(guān)選擇dP/dt，dL/dt或dD/dt以造就一種特定的試驗環(huán)境。
循環(huán)計數(shù)系統(tǒng)
一個4位的顯示器，用以顯示低周循環(huán)的次數(shù)。
6) 故障檢測和報警系統(tǒng)
為保證操作和系統(tǒng)的安全，我們按照有限自動機（FAM）的原理，利用8031的定時器1設(shè)計了故障檢測和報警系統(tǒng)，它每100ms循檢一次系統(tǒng)故障和臨界狀態(tài)，并在顯示器上顯示出來，如閃動的OrP表示測力系統(tǒng)過量程，而GP則表示傳感器過載，Ud表示橫梁運動達到上限，dd表示橫梁運動已到達下限等等，任何時刻一旦檢出故障或臨界狀態(tài)，喇叭會發(fā)出“的—的—的”的叫聲，以提醒操作者。
7) 通訊診斷系統(tǒng)
在功能鍵上有“INTST”的鍵，可以再通過MAX開關(guān)選擇，在循環(huán)計數(shù)器上顯示P，L，D的即時數(shù)值，如果通訊有什么問題，會顯示出來相應(yīng)的錯誤代碼，如ErC2表示“呼叫目標(biāo)失敗”，而ErC3則表示“對方回答非法口令”等。系統(tǒng)如圖5.5所示：
圖5.5智能伺服系統(tǒng)
（5） 智能通訊接口
如圖5.6智能通訊接口，由于LASER-500沒有串行口，因此需要有特別的通訊口，與LASER-500進行并行通訊，而與系統(tǒng)的串行總線進行串行通訊，如圖 所示，一片8031 CPU 和2KB的EPROM帶有8155的接口芯片和總線驅(qū)動電路，還有2個LED顯示總線的忙閑狀態(tài)各數(shù)據(jù)線狀態(tài)，由于有8031和EPROM，就可以設(shè)計成智能通訊口。
圖5.6智能通訊接口
（6） 鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)整系統(tǒng)
加載系統(tǒng)有2.2KW的高性能直流伺服電機。三相電源通過整流器和濾波器變?yōu)槠椒€(wěn)的直流電壓，用4組大功率三極管控制馬達的旋轉(zhuǎn)方向和速度，有旋轉(zhuǎn)變壓器，其兩相定子繞組通以固定頻率的互相相差90度的正余弦電流，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)子與電機的主軸同步旋轉(zhuǎn)，因此只有旋轉(zhuǎn)磁場的矢向與電機主軸的矢向完全相同時，鎖相電路才沒有輸出，只要有微小的相位差，就會迫使系統(tǒng)產(chǎn)生強大的校正作用，以減少這個相位差，因此不僅電機的轉(zhuǎn)速不能變化連相位也不能變化，這樣就可以達到高精度和深調(diào)速的目的。
鎖相電路的輸出，可以斷開而轉(zhuǎn)接到函數(shù)發(fā)生器f（t）與載荷或變形比較后的模擬誤差信號上來，這樣就可以使試驗過程中的載荷或變形要按給定的f（t）進行變化了。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖5.7所示
以上各系統(tǒng)都有各自的軟件系統(tǒng)，它們具有如下共同點：
1) 直讀數(shù)字化，力值以10N位單位，變形或位移以mm為單位；
2) 通訊過程以二進制代碼進行，采用187.5kbps的速率，一個通訊過程僅需50us的時間；
3) 充分利用8031的中斷資源，以實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性和并行性；
4) 完整的診斷和報警系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的可靠性；
5) LASER-500的BASIC用2KB的機器碼進行改造，有180多條擴展命令供用戶使用，使用戶只需用高級語言進行編程。
共 37 頁 第 37 頁
圖5.7 鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)整系統(tǒng)
5.2 測量控制器
該試驗機采用PSC2A 測量控制器，它能對試驗機的力、變形、位移或其他輸入量進行測量和做各種閉環(huán)控制;可以實現(xiàn)各種閉環(huán)控制下的正弦波、三角波、梯形波或任意組合波形。它在秉承計算機的高速、穩(wěn)定和成熟的軟硬件資源基礎(chǔ)上,硬件上率先采用先進的即插即用特性的PCI 總線板卡結(jié)構(gòu)和大規(guī)?？删幊藽PLD 電路,軟件采用設(shè)備驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫相配合,形成了測量精確、控制穩(wěn)定、界面友好、可擴展性強、高速運算和高速傳輸?shù)男乱淮臏y量控制器。PSC2A測量控制器有以下幾個突出特點。
(1) 運算速度快
由于該控制器和計算機共享CPU 資源,因此計算機的CPU 就是PSC2A 控制器的CPU ,這樣的速度可以充分保證控制器在進行測量和伺服控制時的精確、高速與高效。
(2) 傳輸、采樣速率快
PCI 總線的峰值采樣速率是132M/ s ,由于該控制器采用PCI 總線技術(shù),使控制器具有傳輸速率高和采樣速率高的特點,這使得試驗機在保證200000碼高分辨率的同時,可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的采集。目前試驗軟件最終采樣速率可以達到400 點/ s , 可以充分滿足用戶高速采樣的個性需要。
(3) 擴展性強
該控制器最多可以擴充11 個通道的模擬或數(shù)字通道信號, 每個通道可以插任意多個傳感器,使試驗機的應(yīng)用范圍有了非常大的提高。
(4) 傳感器即插即用技術(shù)
這包括兩方面獨有技術(shù):
1）在用戶擁有多個傳感器的時候,經(jīng)常需要更換傳感器,如果不具備傳感器自動識別技術(shù),用戶容易因疏忽損壞傳感器。PSC2A 控制器獨具的傳感器自動識別技術(shù),在傳感器插上后就可以自動識別新插的傳感器,無需任何其他設(shè)置,可以100 %的消除這種隱患。
2）傳感器在經(jīng)過一次標(biāo)定后,可以插在任何一路放大器板上立即使用,無需重新標(biāo)定,真正實現(xiàn)了即插即用的功能。
(5) 非線性校正技術(shù)
采用非線性校正技術(shù),使得該控制器不僅對線性良好的傳感器能精確測量,而且對在量程的1 %處有比較明顯非線性誤差的液壓傳感器和引伸計也能精確測量,使傳感器在小量程的測試精度有了很大提高。
(6)“一鍵飛梭”結(jié)構(gòu)
手動盒上獨具特色的“一鍵飛梭”結(jié)構(gòu),可以在一個手輪飛梭上實現(xiàn)加速、減速、急停功能,使用戶對試驗機的操作非常方便,“升”“降”鍵具有從低至高4 級變速功能。
(7) 高分辨率的放大器
由于采用了24 位AD 轉(zhuǎn)換芯片,并采用了國內(nèi)領(lǐng)先的交流放大核心測量技術(shù),使負(fù)荷、變形的測量結(jié)果達到了±200 000 碼的分辨率。
(8) 功能強大的ADJ UST 軟件
參數(shù)化設(shè)計思想設(shè)計的ADJ UST 調(diào)試軟件將電子萬能試驗機的所有傳感器參數(shù)、機械參數(shù)、控制參數(shù)、PID 參數(shù)的設(shè)置、修改、存儲融于一身,并結(jié)合功能強大的實時曲線繪制,輕松的實時調(diào)試、修改PID 參數(shù),并可以對負(fù)荷、變形、位移等傳感器進行標(biāo)定。
(9) 模糊控制技術(shù)與增量式雙閉環(huán)控制技術(shù)
在經(jīng)典的PID 控制基礎(chǔ)上,融合了模糊控制技術(shù),在試驗過程中可以實現(xiàn)力、變形、位移三閉環(huán)控制量的穩(wěn)定控制和相互平滑過渡。
(10) 開機自診斷系統(tǒng)和完善的軟硬件保護功能
能自動對PSC2A 控制器內(nèi)的硬件和軟件參數(shù)進行診斷, 及時發(fā)現(xiàn)控制器問題, 保證控制器穩(wěn)定運行。并可以提供驅(qū)動系統(tǒng)過流、整機超載、破斷停機、動橫梁位置極限保護、實時電路保護以及超控制偏差保護等。
結(jié) 論
此次設(shè)計是電子萬能試驗機的設(shè)計。首先針對于電子萬能試驗機的概述查閱的大量的有關(guān)文獻，總結(jié)出國內(nèi)外電子萬能試驗機的發(fā)展趨勢以及電子萬能試驗機的特點與分類。并根據(jù)設(shè)計參數(shù)及設(shè)計要求制定出電子萬能試驗機的總體設(shè)計方案和一些主要零部件的初步選擇。其次通過對電子萬能試驗機的機構(gòu)結(jié)構(gòu)和運行機構(gòu)部分的總體設(shè)計計算，特別是傳動部分的設(shè)計計算以及電動機選用和零部件符合要求的驗算，完成了電子萬能試驗機的傳動機構(gòu)和運行機構(gòu)機械部分的設(shè)計，并繪制出一張A0電子萬能試驗機總裝圖、一張A0下傳動機構(gòu)圖、一張A0控制系統(tǒng)圖等共三張0號圖紙和三張2號圖紙。最后通過一系列的設(shè)計，滿足了試驗力測量范圍0-100KN，試驗速度0.06-300mm/min，最大量程800mm，速度精度±0.5%等設(shè)計要求，并且整個試驗運行過程比較平穩(wěn)，且傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、拆裝方便、維修容易且經(jīng)濟實用。
致 謝
此次畢業(yè)設(shè)計把大學(xué)三年來的理論知識復(fù)習(xí)、總結(jié)并應(yīng)用于實踐當(dāng)中，讓我對工程機械特別是電子萬能試驗機有了更深入的了解，從整體結(jié)構(gòu)到各個部件都有了一個全面的認(rèn)識。此次設(shè)計不但是對我們以前學(xué)習(xí)的一種深入，更是我們今后工作的一種理論基礎(chǔ)。
在設(shè)計過程中，得到了侯越謙老師的耐心指導(dǎo)和大力幫助，導(dǎo)師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，特別是老師教導(dǎo)我們“有個正確的選擇”給我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文結(jié)束之際，特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！
在我撰寫論文期間，得到了學(xué)院多位老師和同學(xué)的幫助，給予我專業(yè)知識上的指導(dǎo)，而且教給我學(xué)習(xí)的方法和思路，使我在論文寫作過程中不斷有新的認(rèn)識和提高，這使我意識到團隊精神不管是在現(xiàn)在還是在將來都是十分重要的。
在此，衷心的感謝給予建議和幫助的各位老師和同學(xué)！以及感謝百忙中抽空指導(dǎo)評審本論文的評閱老師和答辯委員會的老師！
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