萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 目錄 第 1 章 概述 . 1 題的提出 . 1 題產(chǎn)生的背景 . 1 題的意義 . 1 內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . 2 內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及其趨勢(shì) . 2 內(nèi)外 各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹 . 5 題的內(nèi)容： . 7 第 2 章 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì) . 9 載方式 . 9 驗(yàn)機(jī)式樣的選擇 . 9 動(dòng)方式的對(duì)比與選擇 . 9 第 3 章 運(yùn)動(dòng)動(dòng)力設(shè) 計(jì)與驗(yàn)算 . 14 珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算 . 14 載荷條件 . 14 杠壽命計(jì)算 . 15 杠強(qiáng)度計(jì)算 . 15 杠的穩(wěn)定性 . 16 杠的剛度 . 17 杠的傳動(dòng)效率功率 . 19 珠絲杠幾何參數(shù) . 19 機(jī)的選擇 . 20 軸功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 . 21 級(jí)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 21 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算（同步） . 21 輪蝸桿減速器的計(jì)算 . 22 撐滾珠絲杠的軸承的選擇及驗(yàn)算 . 26 靜橫梁變形的驗(yàn)算 . 28 橫梁變形的驗(yàn)算 . 28 橫梁變形的驗(yàn)算 . 29 第 4 章 總結(jié) . 31 參考文獻(xiàn)： . 32 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 摘 要 試驗(yàn)機(jī)是在各種條件、環(huán)境下測(cè)定金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機(jī)械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗(yàn)旋轉(zhuǎn)零部件動(dòng)態(tài)不平衡量的精密測(cè)試儀器，可以對(duì)材料進(jìn)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(yàn)。近年來(lái)，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)。試驗(yàn)機(jī)向著兩個(gè)方向即超微外力檢測(cè)與超大外力檢測(cè)發(fā)展。高檢測(cè)精度、高靈敏度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、易于操縱 是目前 試驗(yàn)機(jī) 的主要發(fā)展方向 。 本文首先概述了試驗(yàn)機(jī)的基本定義、分類(lèi)與國(guó) 內(nèi)外一些重要生產(chǎn)商的成果。第二部分論述了所想到的 四 種方案并對(duì)這些方案優(yōu)缺點(diǎn)作了 分析和 對(duì)比。 在彼此比較后決定選第一種方案。 第三部分則是說(shuō)明了試驗(yàn)機(jī)的主要機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)以及對(duì)它們的校核過(guò)程。 試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)部分主要由蝸輪蝸桿、 皮帶 、滾珠絲杠三部分組成。經(jīng)過(guò)校核后所有設(shè)計(jì)均符合要求。 在文章的最后簡(jiǎn)明的介紹了做本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些心得體會(huì)。 關(guān)鍵詞 試驗(yàn)機(jī)；蝸輪蝸桿； 齒形帶 ；滾珠絲桿； 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 in in as of as In of is of of of is s of as as of In is of of of In in 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 1 第 1 章 概述 題的提出 題產(chǎn)生的背 景 作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科畢業(yè)生，為了能在走上工作崗位之后更快地進(jìn)入職業(yè)角色、我們需要在通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)初步地將自己在大學(xué)四年中所學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。所以在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)之下，我選擇了萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)這個(gè)題目。 題的意義 通常 ,把測(cè)定材料機(jī)械性能的儀器和設(shè)備稱為材料試驗(yàn)機(jī)。但是，有些國(guó)家有時(shí)把測(cè)定材料物理性能（甚至化學(xué)性能）的儀器和設(shè)備也稱 為材料試驗(yàn)機(jī)。 國(guó)外，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家中，對(duì)于試驗(yàn)機(jī)的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因?yàn)椋牧显囼?yàn)機(jī)作為一個(gè)基礎(chǔ)工業(yè)部門(mén)，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。 實(shí)際上，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，材料試驗(yàn)機(jī) 是 確保各種機(jī)器，車(chē)輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行的重要測(cè)試設(shè)備。因?yàn)椋瑸榱思冉?jīng)濟(jì)又安全可靠地從事各種工程設(shè)計(jì)，必須根據(jù)材料的機(jī)械性能選取合適的材料。否則，可能造成浪費(fèi)，或者導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的事故。而要獲得準(zhǔn)確的材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)，只有使用材料試驗(yàn)機(jī)。 在工業(yè)生產(chǎn)特別是軍事工業(yè)生產(chǎn)中，為 了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常需要對(duì)各種材料和零部件或整機(jī)進(jìn)行檢定和測(cè)試。許多重要性的熱處理零部件，如軋鋼機(jī)的鋼輥，機(jī)器的主軸和汽車(chē)的連桿等，都要百分之百的進(jìn)行硬度檢定。 在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也提出了許多新問(wèn)題。例如現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，需要一些具有特殊性能的，能在高溫，低溫，高壓，高速以及各種復(fù)雜條件下工作的材料，因此必須研制新型材料與合金。鋼鐵廠生的鋼 材 ，也需要隨時(shí)檢驗(yàn)。顯而易見(jiàn)，所有這些研究和檢驗(yàn)工作，離開(kāi)材料試驗(yàn)機(jī)是無(wú)法進(jìn)行的。 上述幾點(diǎn)，已足以說(shuō)明材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展對(duì)航空，冶金，機(jī)械，建筑和造 船等工業(yè)部門(mén)，在合理設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料，提高 產(chǎn) 品質(zhì)量，改進(jìn)工藝和降低成本方面具有重要的意義。 另外，由于材料試驗(yàn)機(jī)所涉及到的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域比較廣泛，如高溫技術(shù)，低溫技術(shù)，真空技術(shù)，液壓技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，電子技術(shù)和激光技術(shù)等，并且還應(yīng)用各種測(cè)試，記錄購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 2 和顯示儀器，所以材料試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展，往往取決于很多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的水平。 內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 內(nèi)外試驗(yàn)機(jī) 發(fā)展及其趨勢(shì) 伴隨著工業(yè)化的進(jìn)程不斷深入，新材料的不斷涌現(xiàn)，這就迫切需要研制和生產(chǎn)相應(yīng)的材料試驗(yàn)設(shè)備，以及研究材料的試驗(yàn)方 法。于是材料試驗(yàn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，第一臺(tái)材料試驗(yàn)機(jī)于 1729 年在法國(guó)問(wèn)世，它是基于杠桿原理制成的。到十八世紀(jì)中葉，材料試驗(yàn)機(jī)逐漸地有了較大的改進(jìn)，例如在加載機(jī)構(gòu)中采用了刀口結(jié)構(gòu)等。十九世紀(jì)初，液壓技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了液壓材料試驗(yàn)機(jī)的研究與應(yīng)用。第一臺(tái)液壓材料試驗(yàn)機(jī)于 1827 年制成，采用杠桿原理測(cè)量載荷。在上個(gè)世紀(jì)五十年代，出現(xiàn)了電子式材料試驗(yàn)機(jī)，它是試驗(yàn)機(jī)歷史上的一次革命，得益于方興未艾的電子技術(shù)大量應(yīng)用于材料試驗(yàn)機(jī)的控制、測(cè)量和記錄系統(tǒng)中，使材料試驗(yàn)機(jī)的整體性能得到很大提高。 隨著機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)步和微電子伺服控制技術(shù)的 應(yīng)用，現(xiàn)代靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)已經(jīng) 把拉、壓、彎、剪等集合于一身，稱之為電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，它通過(guò)變換夾具、附件和改變?cè)囼?yàn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)就能自動(dòng)完成材料試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果以數(shù)據(jù)打印和曲線描繪的方式輸出，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)成為世界上目前應(yīng)用最廣、最普遍的機(jī)種之一，基本取代了傳統(tǒng)的老式機(jī)械拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)和專用的彎曲試驗(yàn)機(jī)。 目前國(guó)際上公認(rèn)的電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)有美國(guó)的 國(guó)的 日本的島津。這些國(guó)際知名廠家都開(kāi)發(fā)了諸多系列的材料試驗(yàn)機(jī)，電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)是應(yīng)用最廣的一種，這些試驗(yàn)機(jī)基本上可劃分為立柱式（單立 柱、雙立柱）、臺(tái)式、臥式等，并依據(jù)加載負(fù)荷的大小來(lái)分檔使之成為一個(gè)能滿足不同需求的系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品基本上代表這材料試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)水平 ,其中較具代表性的產(chǎn)品如圖 1圖 1示 ,在這些系列的試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，負(fù)荷精度能達(dá)到指示值的 ，橫梁速度控精度達(dá) 0.1%i。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 3 與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展雖然起步較晚，但發(fā)展也較為迅速。國(guó)內(nèi)最早的一款電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是由長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所開(kāi)發(fā)的定型產(chǎn)品 列。近幾年以來(lái)，國(guó)內(nèi)在試驗(yàn)機(jī)方面研究的 廠家也很多，涌現(xiàn)了諸如深圳新三思公司和濟(jì)南試金集團(tuán)等生產(chǎn)多種類(lèi)型的成套試驗(yàn)設(shè)備的生產(chǎn)商，國(guó)產(chǎn)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的典型代表如圖 1示 。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 4 與國(guó)際產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)品牌憑借其相對(duì)低廉的價(jià)格和售后服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品的認(rèn)可度在不斷的提高但是，國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)與國(guó)外試驗(yàn)機(jī)在精度和可靠性方面還存在一定差距，尤其是與國(guó)外高端試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品方面仍有較大的差距。客觀來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)還處在一個(gè)仿制為主和創(chuàng)新研發(fā)為輔的階段，鑒于試驗(yàn)機(jī)行業(yè)不可限量的市場(chǎng)前景和在整個(gè)國(guó)家工業(yè)體系中的特殊地位，國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)還是大有可為的。 現(xiàn)代電子萬(wàn)能材料 試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： ( 1 ) 高精度 試驗(yàn)機(jī)對(duì)載荷、加載速率、狀態(tài)控制精度要求越來(lái)越高；對(duì)如載荷傳感器等各種傳感器的精度、靈敏度、穩(wěn)定性等要求也越來(lái)越高。 ( 2 ) 智能化 實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄，便捷的試驗(yàn)結(jié)果顯示和打印輸出，借助如工業(yè) 術(shù)、 更前沿的檢測(cè)手段和儀器，使試驗(yàn)機(jī)的操作和應(yīng)用更簡(jiǎn)便自如。 ( 3 ) 模塊化、組合式 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上帶有各種自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量裝置 ,大都采用組件形式，可以隨意增加以擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)的使用范圍和功用。 ( 4 ) 通用性、專門(mén)化 通用性質(zhì)的 試驗(yàn)機(jī)功能會(huì)更強(qiáng)大，各種原理相通功能近似的試驗(yàn)機(jī)會(huì)相會(huì)整合和趨同，同時(shí)滿足最大多數(shù)的需求是其發(fā)展方向；與此相對(duì)，試驗(yàn)機(jī)的專門(mén)化也是一個(gè)很重要的趨勢(shì)，有些應(yīng)用場(chǎng)合在精度、試驗(yàn)條件、功能、專業(yè)化方面都有別于一般的試驗(yàn)機(jī)，這就對(duì)試驗(yàn)機(jī)的專門(mén)化提出了要求；更專業(yè)、更高端的試驗(yàn)機(jī)在一些諸如國(guó)防、新材料研究等領(lǐng)域的需求也是很急迫的。 ( 5 ) 現(xiàn)場(chǎng)化 傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的常規(guī)應(yīng)用方式是在實(shí)驗(yàn)室條件來(lái)測(cè)試試樣的性能。但這種檢測(cè)方式并不能完全反映常常作為一個(gè)構(gòu)件使用的材料的某些性能。為了彌補(bǔ)這種先天的缺憾，很多試驗(yàn)機(jī)會(huì)采用諸多手 段來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)試和試驗(yàn)，目前很多這方面的技術(shù)還處于探索和研究階段，離真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試還有很大的距離。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 5 內(nèi)外 各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹 試驗(yàn)機(jī)是用來(lái)進(jìn)行材料力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)定的設(shè)備，在各類(lèi)材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗(yàn)中都需要應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)來(lái)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。而其中在靜態(tài)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)尤為廣泛。我國(guó)靜態(tài)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為數(shù)眾多，遍布于全國(guó)各地，大部分不具備電測(cè)能力，以手動(dòng)調(diào)整進(jìn)、回油閥的方式運(yùn)行，試驗(yàn)手段落后，有勞動(dòng)量大和測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。若 對(duì)其指示、記錄 系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，則可以充分地發(fā)揮設(shè)備的潛能，大大提高其技術(shù)性能及使用價(jià)值，更好地為材料研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。 本系統(tǒng)將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)、傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，其中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)處理分析和試驗(yàn)中的加載 速率控制是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 本系統(tǒng)在充分掌握大量試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)信息的基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行了靜態(tài)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)控化 系統(tǒng) 的硬件搭建及軟件設(shè)計(jì)。 下面對(duì)各種試驗(yàn)機(jī)作簡(jiǎn)單介紹： 1 液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn) 機(jī) 傳統(tǒng)的材料試驗(yàn)機(jī)是液壓式的 , 這種材料試驗(yàn)機(jī)存在一些不足之處。它通過(guò)油泵向油缸輸油加壓 , 由流量調(diào)節(jié)閥控制流量。油泵和測(cè)力油缸的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障 , 不但影響試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行和試驗(yàn)質(zhì)量 , 而且增加了維修工作量 ; 它的液壓夾具的鉗口座比較笨重 , 容易損壞 ; 采用擺錘測(cè)力計(jì)測(cè)量試驗(yàn)力 ,擺錘的慣性大 , 對(duì)載荷的測(cè)量精度低 , 且量程范圍小。 2 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 電子材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的閉環(huán)控制 ; 試驗(yàn)中無(wú)須選擇量程 , 可實(shí)行全過(guò)程自動(dòng)控制 ; 裝卸夾具和附件方便 ; 軟件包功能強(qiáng)大 , 用戶通過(guò) 直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算并輸入測(cè)試結(jié)果和打印試驗(yàn)報(bào)告。計(jì)算機(jī)控制整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程 , 保證了試驗(yàn)的質(zhì)量 。 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 是先進(jìn)的 機(jī)械 技術(shù)與現(xiàn)代的電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)、電技術(shù)各自特長(zhǎng)而設(shè)計(jì)成的大型精密測(cè)試儀器，它具有高科技特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法是模塊化的。采用集散技術(shù)，有效地利用了微機(jī)功能對(duì)各種附件和功能單元進(jìn)行組合管理、控制、實(shí)現(xiàn)多種功能試驗(yàn)。 材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試裝置包括機(jī)身、橫梁及其支撐部件、鉗口和引伸計(jì)等。其中機(jī)身、橫梁及支撐裝置只需滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求即可 , 而引伸計(jì)和試驗(yàn)鉗口則是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵 測(cè)量裝置和部件。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 6 電子材料試驗(yàn)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。首先 , 通過(guò)計(jì)算機(jī)可完成試驗(yàn)階段的設(shè)置。對(duì)于金屬材料的常規(guī)拉伸試驗(yàn) , 通常劃分為三個(gè)階段 , 即彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。在三個(gè)試驗(yàn)階段設(shè)置中 , 均要選擇速率控制類(lèi)型和最大存儲(chǔ)頻率等主要參數(shù)值。同時(shí) , 計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) , 并由計(jì)算軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 , 給出檢測(cè)結(jié)果 ,最后 , 完成試驗(yàn)報(bào)告的打印。 3 擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)噸位的機(jī)械增力裝 置 該裝置屬于材料試驗(yàn)設(shè)備，能在 一定的試驗(yàn)條件下解決小噸位高頻拉壓 試驗(yàn)機(jī)不能進(jìn)行大噸位試驗(yàn)的問(wèn)題。它利用 彈性內(nèi)封閉力系的原理，通過(guò)改變裝置系統(tǒng)內(nèi)部的約束尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)增力，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)通過(guò)電阻、電橋、應(yīng)變儀、指示器、光標(biāo)及“動(dòng)態(tài)靜標(biāo)法”來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。該裝置能確保原試驗(yàn)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)及使用壽命，能達(dá)到“以小改大、 一 機(jī)多用”的目的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡(jiǎn)單、測(cè)試精確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 4 機(jī)械式帶傳動(dòng)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 基于主機(jī)架采用門(mén)式結(jié)構(gòu)，使得造型勻稱美觀大方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。尤其配以滾珠絲 杠與同步齒型 帶的傳動(dòng)系統(tǒng)，使得整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)快、噪聲低、效率高。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，微機(jī)可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)標(biāo)定、 自動(dòng)換檔，從而保證了測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)的分析 , 發(fā)現(xiàn)其不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : (1) 無(wú)法保證角度及位移測(cè)量的精度?，F(xiàn)代位移測(cè)量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測(cè)量系統(tǒng) , 利用增量測(cè)量方法來(lái)確定位 、 置和材料延伸率 , 精度達(dá)到 011 m, 速度可達(dá) 16m / s ; 傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)多通過(guò)游標(biāo)卡尺人工測(cè)量 , 無(wú)法滿足這一要求。 (2) 數(shù)據(jù)人工生成。采用人工讀取的形式獲得數(shù)據(jù) , 數(shù)據(jù)無(wú)法即時(shí)匯總和分析。 (3) 速度調(diào)節(jié)為機(jī)械的有級(jí)調(diào)速 , 速度控制為開(kāi)環(huán)控制 , 不能構(gòu)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)。 (4) 不能測(cè)量材料的屈服強(qiáng)度 s、彈性模量 E、硬化指數(shù) n 和塑性應(yīng)變比 r 等參數(shù)。事實(shí)上 , 多功能材料試驗(yàn)機(jī)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等 , 其實(shí)驗(yàn)原理與當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的變化 , 其被控對(duì)象都比較相似 , 對(duì)控制效果的要求也相似。計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)主要是 在控制系統(tǒng)上引入了 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 ) , 具有液壓伺服或者交直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)、高精度的位移傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制裝置等。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 7 題的 內(nèi)容 ： 方案的確 定，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算 ； 材料試驗(yàn)機(jī) ( 泛指壓力試驗(yàn)機(jī)、拉力試驗(yàn)機(jī)及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等試驗(yàn)機(jī) ) 廣泛地用于建筑、建材、公路橋梁、機(jī)械加工 ,檢測(cè)、質(zhì)檢等行業(yè)或機(jī)構(gòu) ； 在這些行業(yè)或機(jī)構(gòu)中 , 材料試驗(yàn)機(jī)一般均是用來(lái)對(duì)材料或產(chǎn)品的機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè) ,通過(guò)檢測(cè)所得到的數(shù)據(jù)來(lái)判定所購(gòu)買(mǎi)的或生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量 ,通過(guò)優(yōu)化組合進(jìn)而達(dá)到對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的過(guò)程控制 ； 另一方面 ,許多質(zhì)檢機(jī)構(gòu)或檢測(cè)公司都是以材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行質(zhì)量判別和質(zhì)量監(jiān)督的。因此如何正確地使用材料試驗(yàn)機(jī) , 如何正確地評(píng)定材料試驗(yàn)機(jī)的檢定結(jié)果 ,特別是如何正確地評(píng)定測(cè)量 結(jié)果中示值誤差的不確定度就顯得特別重要。 材料試驗(yàn)機(jī)示值誤差不確定度最主要的來(lái)源是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、檢測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)的不重復(fù)性、指示裝置的分辨率等三項(xiàng) ,而溫度波動(dòng)、溫度修正系數(shù)、溫度計(jì)讀數(shù)誤差等三項(xiàng)相比而言屬于高階無(wú)窮小 ,可以忽略不計(jì)。另外 ,在確定不確定度來(lái)源時(shí)本文沒(méi)有考慮示值進(jìn)程誤差和零點(diǎn)相對(duì)誤差所帶來(lái)的影響 ,一方面因?yàn)椴牧显囼?yàn)機(jī)主要是使用進(jìn)程示值 ,因此考慮 此 誤差意義不大 ,另一方面零點(diǎn)相對(duì)誤差主要是衡量回零點(diǎn)的情況 ,而回零點(diǎn)的好壞情況間接地包含在了重復(fù)性誤差中 ,因此若再考慮零點(diǎn)相對(duì)誤差就會(huì)在不確定度來(lái)源上導(dǎo)致重復(fù) 。 對(duì)于材料試驗(yàn)機(jī)要關(guān)注以下一些性能參數(shù)： 1 承載能力與尺寸 這些指標(biāo)對(duì)選擇萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)至關(guān)重要。承載能力的選定，要根據(jù)所測(cè)試的材料被拉斷所需的最大力來(lái)決定。 對(duì)尺寸來(lái)說(shuō)，要求測(cè)試時(shí)存在可用的足夠空間，包括橫向與縱向的空間都應(yīng)該合適。一些材料，試驗(yàn)時(shí)延伸得較長(zhǎng)，所以試驗(yàn)機(jī)垂直的尺寸必須有足夠的長(zhǎng)度，以滿足材料延伸的需要。另外還應(yīng)考慮特殊的夾具，固定裝置和環(huán)境箱所占據(jù)的空間。 2 橫梁的剛性 這個(gè)指標(biāo)往往被過(guò)高的要求了。只有在使用十字頭運(yùn)動(dòng)作為引伸計(jì)或進(jìn)行撓性測(cè)試時(shí)橫梁的剛度才會(huì)顯得極為重要。用于評(píng)價(jià)橫梁剛度的因素很 多，可以總結(jié)為以下幾條：絲杠直徑，圓螺母的匹配，絲杠軸承的匹配等。一些低剛度的機(jī)械制造商提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，數(shù)據(jù)采集和程序直接測(cè)試應(yīng)變和撓度的機(jī)器。實(shí)際上，如果承載橫梁用作撓度測(cè)試時(shí)，這個(gè)方法可以用來(lái)校正測(cè)試結(jié)果。 3 滿載的最大速度 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 8 對(duì)于一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)的評(píng)價(jià)首先是仔細(xì)地評(píng)價(jià)機(jī)器在特定要求下的特性和指標(biāo)。在不同應(yīng)用方面要求也會(huì)有所不同。一臺(tái)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)最重要的是應(yīng)該符合應(yīng)用需要和標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)一些特別的和華而不實(shí)的指標(biāo)將不可避免地使價(jià)格升高。 下面介紹該萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行原理： 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理：利用力源對(duì)串聯(lián) 同軸安裝的標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被 檢試件施加載荷，從而測(cè)定試件的各方面力學(xué)性能。顯然作為承載和測(cè)力元件的傳感器受到的負(fù)荷是彈性力，而傳感器和被檢試件，加載系統(tǒng)都可分別看作彈性元件，因此可簡(jiǎn)化為一彈性系統(tǒng)。力源施加裝置由粗加載和精密加載有機(jī)部分組成。粗加載系統(tǒng)是采用普通機(jī)械或液壓傳動(dòng)方式產(chǎn)生位移對(duì)測(cè)力系統(tǒng)施加負(fù)荷的裝置，精密加載則由壓電陶瓷力發(fā)生裝置完成。壓電陶瓷力發(fā)生裝置是根據(jù)物理學(xué)中的逆壓電效應(yīng)原理，運(yùn)用壓電陶瓷材料，使用專門(mén)的工藝方法制作成的施力裝置，作為力值精密調(diào)節(jié)器，壓電陶瓷力發(fā)生裝置與標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測(cè)試件一 起串聯(lián)安裝于測(cè)力系統(tǒng)中，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，在施加粗負(fù)荷后，通過(guò)特殊研制的控制裝置控制施加于壓電陶瓷力發(fā)生裝置上的電場(chǎng)強(qiáng)度，改變它產(chǎn)生的微小變形量，從而達(dá)到精密調(diào)節(jié)力值的目的?？刂蒲b置運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)和微電子控制技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的輸出作為反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施加負(fù)荷和力值穩(wěn)定調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制和工作過(guò)程自動(dòng)化。 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)共由五部分組成，即主機(jī)，壓電陶瓷力發(fā)生裝置，控制器和工作儀表以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中主機(jī)包括機(jī)架（機(jī)器的結(jié)構(gòu)主體），驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（用以實(shí)現(xiàn)粗加載的傳動(dòng)系統(tǒng)），控制器，工作儀表。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 9 第 2 章 萬(wàn)能 材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì) 載方式 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的加載方式有機(jī)械式和液壓式，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。 壓式 優(yōu)點(diǎn)： 手動(dòng)容易。 易于實(shí)現(xiàn)大的力值， 加載平衡，加載速度方便調(diào)節(jié)。 缺點(diǎn)： 難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，微小距離難于實(shí)現(xiàn)。 易造成環(huán)境污染。 械式 優(yōu)點(diǎn)： 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 無(wú)污染。 缺點(diǎn)： 大力值難于實(shí)現(xiàn)，一般僅適用于小于 1000力。 對(duì)比上面兩種加載方式，由于本設(shè)計(jì)的規(guī)格為 100決定采用機(jī)械式加載方式。 驗(yàn)機(jī)式樣的選擇 通常，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)大多是落地雙立柱立式，所 以我 選擇落地雙立柱立式。 動(dòng)方式 的對(duì)比與選擇 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)方式有單絲杠式，雙絲杠式，多絲杠式。單絲杠式難于保證精度（加載時(shí)，易偏離中心線），而多絲杠式結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，故采用單絲杠傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能保證本試驗(yàn)機(jī)對(duì)精度的要求。 本文主要考慮了兩種傳動(dòng)方案，即直線式傳動(dòng)方案（圖 2 U 型傳動(dòng)方案（圖2對(duì)兩種傳動(dòng)方案，對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)參見(jiàn)表 2 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 10 圖 2線式傳動(dòng)方案 對(duì)于圖 2示的傳動(dòng)方案，其最大的特點(diǎn)就是輸入端直接與減速機(jī)的輸出端連接，這樣整體機(jī)構(gòu)傳動(dòng)會(huì)比較緊湊 ，傳動(dòng)穩(wěn)定精確，軸系承載的扭矩相對(duì)較小，但這樣的結(jié)構(gòu)壓頭會(huì)偏置于系統(tǒng)的一側(cè)，會(huì)對(duì)加載的穩(wěn)定性和精度帶來(lái)影響，并且由于直線形傳動(dòng)方案的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)方向跨度 過(guò)長(zhǎng)，對(duì)試樣的放置和整體外觀的協(xié)調(diào)帶來(lái)問(wèn)題，不方便立 式系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 圖 2 型傳動(dòng)方案 圖 2示的傳動(dòng)方案中引入同步帶傳動(dòng)，通過(guò)改變傳動(dòng)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)的小型化，且機(jī)構(gòu)本身保證了加載壓頭始終位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心優(yōu)化設(shè)計(jì)和誤差核算， U 型傳動(dòng)方案也很好的滿足了測(cè)量要求。綜合述兩種傳動(dòng)方案，最后還是確定選用圖 2示的 U 型傳動(dòng)方案 。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 11 表 2動(dòng)方案對(duì)比 方案 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 直線式傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳動(dòng)穩(wěn)定 壓頭偏置受力不好 跨度太大布局空難 外觀不夠美觀 U 型傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)對(duì)稱受力情況好 組合方便便于擴(kuò)展 整體布局美觀大方 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 對(duì)部分加工件要求高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所下降 本試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)主要為螺旋傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。同步齒形帶的傳動(dòng)必須考慮帶的張緊，可通過(guò)調(diào)整其中一張緊輪的位置而達(dá)到張緊的目的。至于另兩級(jí)帶傳動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)的限制，可采用電機(jī)張緊方式張緊。螺旋傳動(dòng)有蝸輪蝸桿傳動(dòng)和滾珠絲杠副縣長(zhǎng)的傳動(dòng)。蝸輪蝸桿具有自鎖性能，在裝配時(shí)必 須注意其旋轉(zhuǎn)方向。滾珠絲杠采用墊片式消隙和預(yù)緊方式，可通過(guò)調(diào)整預(yù)緊力來(lái)改變其松緊程度，以便使用權(quán)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)自如。 圖 2電機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 12 如果為了設(shè)計(jì)成本低廉方便，可以采用雙電機(jī)工作方式，其一為異步電機(jī)，其二為步進(jìn)電機(jī)，即使用伺服電動(dòng)機(jī)，方案原理圖為上圖 2 考慮到精度等方面的因素，決定采用單電機(jī)工作方式，因?yàn)槿绻捎秒p電機(jī)工作方式，其造價(jià)較雖低但其結(jié)構(gòu)較單電機(jī)方案復(fù)雜且精度稍低。單電機(jī)為伺服電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度高。 圖 2 電機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 所采用的絲杠為滾珠絲杠，滾珠絲杠必須考慮自鎖 ，其自鎖方式有多種，本系統(tǒng)中利用蝸輪蝸桿（降速比較大）來(lái)實(shí)現(xiàn)其自鎖。 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)主機(jī)部分是它的主體結(jié)構(gòu)，其所占空間與試驗(yàn)場(chǎng)地有密切聯(lián)系，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其體積及所需要占用的空間位置。且應(yīng)使其便于安裝和運(yùn)輸。 螺紋聯(lián)接的防松，在沖擊，振動(dòng)或變載荷的作用下，螺旋副的摩擦力可能減小或瞬間消失，重復(fù)后，就可能使用聯(lián)接松動(dòng)，甚至松脫。因此必須采取防松措施。本試驗(yàn)機(jī)中采用的防松措施為：雙螺母防松（即在螺母上再加一個(gè)螺母）和墊片防松。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 13 圖 2作示意圖 (1) 圖 2作示意圖 (2) 本試驗(yàn)機(jī)使用的 潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑。因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況定時(shí)加一定的潤(rùn)滑脂，以保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)良好。軸承的預(yù)緊情況將直接影響其運(yùn)轉(zhuǎn)性能。如過(guò)松，易使機(jī)構(gòu)失效，且易產(chǎn)生振動(dòng)。如過(guò)緊，則又使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不良。本試驗(yàn)機(jī)中多采用了焊接連接方式。因此，焊接的方法，質(zhì)量就直接影響試驗(yàn)機(jī)的整機(jī)性能和壽命。 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 14 第 3 章 運(yùn)動(dòng)動(dòng)力設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算 消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方式，采用雙螺母 ,通過(guò)兩螺母間的軸向位置，以消除軸向間隙，并進(jìn)行預(yù)緊 ,提高傳動(dòng)的定位精度，重復(fù)定位精度及軸向剛度，預(yù)緊力一般為最大軸向載荷的 1/3。預(yù)緊方 式采用 墊片式 。 滾珠絲杠的承載能力取決于其抗疲勞能力，故應(yīng)首先按壽命條件和額定動(dòng)載荷選擇和校驗(yàn)其基本參數(shù)。同時(shí)檢驗(yàn)其載荷是否超過(guò)額定靜載荷（低速）。強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性也需要進(jìn)行驗(yàn)證。 采用內(nèi)循環(huán)方式， 墊片式 消隙和預(yù)緊。 預(yù)緊參數(shù) 雙圓弧 接 觸角 45 比 值 / 0 滾道圓弧偏心距 ( / 2 ) s i r D 絲杠參數(shù) 公稱直徑 50 導(dǎo)程 10ho 右旋 精度等級(jí)三級(jí) 鋼球直徑 5 . 9 5 3 ( 1 5 / 6 4 ) / m i i n 圈數(shù) j 13 0 . 5 2 5 . 9 5 3 0 . 5 2 3 . 0 9 6 217 承載能力系數(shù) 51500 N 217300 N 滾珠螺旋傳動(dòng)由于精度要求較高，比較復(fù)雜，所以一般均由專業(yè)廠生產(chǎn)。轉(zhuǎn)速很低時(shí)可僅按額定靜載荷確定或校核其尺寸。 載荷條件 K F 載荷系數(shù) 查表 取 靜載荷硬度影響系數(shù) 查表 4 ， F 絲杠載荷加 %20 余量 F 120000N 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 15 計(jì)算 K F =1 . 2 1 . 0 1 2 0 0 0 0 1 4 4 0 0 0 217300 N 即絲杠滿足靜載荷條件。 杠壽命計(jì)算 h F H K 工作壽命 查表 0 ， 15000 壽命系數(shù) 1/ 3( / 500) 載荷系數(shù) 查表 1 ， 動(dòng)載荷硬度影響系數(shù) 查表 4 ， 短行程系數(shù) 查表 5 ， 轉(zhuǎn)速系數(shù) 1 / 3( 3 3 . 3 / ) 4 . 8 n 工作轉(zhuǎn)速（ / ，加載時(shí) n mm s ，則 n 0 . 0 5 6 0 0 . 3 / m i r 計(jì)算 h F H La K 3 . 1 0 7 2 1 . 2 1 . 0 1 . 0 6 0 0 0 0 4 6 6 1 04 . 8 N 51500 N 即絲杠壽命符合條件。 杠強(qiáng)度計(jì)算 絲杠轉(zhuǎn)矩： 1T （ /N 0 t a n ( ) / 2 T 當(dāng)量摩角 T =10 34 ，取 T 17 0d 絲杠公稱直徑 0 50d 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 16 絲杠螺旋角 2 17 計(jì)算 1T （ /N 0 t a n ( ) / 2 1 2 0 0 0 0 5 0 t a n ( 2 1 7 1 7 ) / 2 1 3 4 4 1 2 /N m m 采用預(yù)緊，因此預(yù)緊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也要計(jì)算，預(yù)緊力為最大軸向力的 1/3，則 2201 / 3 ( ) / 2 (1 ) 9 0 2 4 / d N m m 絲杠合轉(zhuǎn)矩 12 ( 1 3 4 4 1 2 9 0 2 4 ) / 1 4 3 4 3 6 /T T T N m m N m m 當(dāng)量應(yīng)力 2223224( ) ( )0 . 2 2d 絲杠螺紋底徑 2022sd d e r 5 0 2 0 . 0 8 4 2 3 . 0 9 6 計(jì)算 22234 1 2 0 0 0 0 1 4 3 4 3 6( ) ( )4 3 . 9 7 6 0 . 2 4 3 . 9 7 6 查表 5 ， 4 8 0 5 0 0 ， ( 0 s 96 165 根據(jù)強(qiáng)度條件 ，即 絲杠滿足強(qiáng)度條件。 杠的穩(wěn)定性 柔度 計(jì)算 /r 長(zhǎng)度系數(shù) 查表 7 ， L 絲杠最大工作長(zhǎng)度 1500L 2 / 4 4 3 . 9 7 6 4 1 0 . 9 9 4 購(gòu)買(mǎi)文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 17 0F 臨界載荷 計(jì)算 /r 0 . 7 1 5 0 0 / 1 0 . 9 9 4 9 5 . 5 85 90r 時(shí)， 220 / AE 彈性模量 A 絲杠的危險(xiǎn)截面面積 A 222 / 4 1 5 1 8 . 8 7d m m 計(jì)算 220 / A 339894N穩(wěn)定的合格條件 0 / 2 / 3 3 9 8 9 4 / 6 0 0 0 0 5 . 7絲杠符合穩(wěn)定性條件。 杠的剛度 軸向載荷產(chǎn)生的軸向變形量