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2020-10 全套113張CAD圖+說明書 2020 10 身管動 力偶 測量 設(shè)計 全套 113 CAD 說明書

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【2020-10】身管動力偶臂測量機設(shè)計【全套113張CAD圖+說明書】,2020-10,全套113張CAD圖+說明書,2020,10,身管動,力偶,測量,設(shè)計,全套,113,CAD,說明書

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摘要隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和機械技術(shù)、軍事技術(shù)、航空航天技術(shù)等工業(yè)的迅猛發(fā)展，對于身管動力偶臂測量機的要求越來越高,而對于實現(xiàn)這種測量機的精密測量技術(shù)在目前是比較難的課題。對于設(shè)計與研究此課題對于身管動力偶臂測量機有很大的意義。身管就是錐柱體,而動力偶臂的實質(zhì)為質(zhì)偏心。本題目結(jié)合科研質(zhì)心動力偶臂項目的要求而提出的，采用稱重傳感器及杠桿機構(gòu)原理對身管動力偶臂進行自動測量。對身管的徑向動力偶臂進行手動裝夾，手動轉(zhuǎn)位，自動測量，電氣控制的半自動測量設(shè)備。測試工裝由前后V型支撐組成，前、后V型支撐均可在設(shè)備軸向方向可調(diào)，調(diào)到位后可鎖緊。前后V型支撐上均裝有滾輪，方便徑向偏心的測試。關(guān)鍵詞：質(zhì)心 質(zhì)偏 測量 動力偶臂AbstractWith the rapid development of modern science and technology, mechanical technology, military technology, aerospace technology and other industries, the requirements for the barrel-powered dual-arm measuring machine are getting higher and higher, and the precision measurement technology for achieving this measuring machine is currently More difficult subject. For designing and researching this subject, it has great significance for the barrel-powered dual-arm measuring machine. This topic is proposed in conjunction with the requirements of the scientific research centroid power double-arm project. It uses the principle of load cell and lever mechanism to automatically measure the barrel power double-arm. Semi-automatic measurement equipment formanual clamping, manual indexing, automatic measurement and electrical control of the radial power couple arm of the barrel. The test tool consists of front and rear V-shaped supports. Both the front and rear V-shaped supports can be adjusted in the axial direction of the equipment, and can be locked after being adjusted in place. Rollers are installed on the front and rear V-shaped supports to facilitate the testing of radial eccentricity.Key words:centroidmass deviationmeasurementpower coupler目錄摘要Abstract第1章 緒論11.1 課題研究的背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 主要研究內(nèi)容2第2章 身管動力偶臂測量機質(zhì)偏心測試設(shè)備32.1設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)32.2 質(zhì)偏位置測量誤差的計算32.3本章小結(jié)6第3章 總體方案設(shè)計73.1質(zhì)心質(zhì)偏檢測設(shè)備主要結(jié)構(gòu)功能73.1.1質(zhì)量質(zhì)心測試單元產(chǎn)品測試工裝73.1.2測量架83.1.3升降機構(gòu)93.1.4調(diào)平及輔助調(diào)平機構(gòu)113.1.5坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機構(gòu)113.1.6質(zhì)偏測試機構(gòu)123.1.7質(zhì)心質(zhì)偏測試轉(zhuǎn)換機構(gòu)133.1.8設(shè)備基座133.1.9傳感器的選用133.1.10稱重傳感器適用性分析143.1.11本章總結(jié)15第4章 特征量檢測設(shè)備的標(biāo)定與檢驗方法164.1標(biāo)準(zhǔn)體164.2質(zhì)心準(zhǔn)確性的標(biāo)定與檢驗方法164.3質(zhì)心測量線性度及重復(fù)性精度考核174.4質(zhì)偏準(zhǔn)確性標(biāo)定與檢驗方法174.5 本章總結(jié)18第5章 控制系統(tǒng)方案195.1 控制系統(tǒng)組成195.2 身管結(jié)構(gòu)特征量測試設(shè)備測量控制分系統(tǒng)195.3 質(zhì)心偏心測量系統(tǒng)205.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及接線215.5 單片機的選擇225.6 升降電動機的控制電路22第6章 設(shè)計經(jīng)費預(yù)算與可持續(xù)發(fā)展236.1 經(jīng)費預(yù)估236.2 綠色可持續(xù)發(fā)展23結(jié)論25參考文獻26致謝27IV第1章 緒論1.1 課題研究的背景及意義近年來，各種測量機的品種在不斷的拓展和細化，其可以測量的目標(biāo)有大有小，小到汽車零件大到軍火制造。隨著現(xiàn)代的科學(xué)與技術(shù)的進步，這對我們提出了更高的要求，我們也在不斷的創(chuàng)新與改進。對于現(xiàn)有的身管測量機多多少少存在問題，例如用激光測量玻璃管外徑1因為光的折射產(chǎn)生誤差。因此本課題對于管類測量的研究更加有意義。對于錐柱體檢測的精度將直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此提高測量精度對我們研究各種管類零件至關(guān)重要。通過在橫向方向安裝稱重傳感器2，用來感應(yīng)物體橫向質(zhì)心的受力變化，從而檢測設(shè)備測量橫向質(zhì)心的靈敏度提高了，得到了較為精確的測試精度，從而減小了誤差。因此，不僅要保證測量精度，要快速準(zhǔn)確地測量管徑對研究汽車零件，火箭彈等各種行業(yè)至關(guān)重要。本項課題通過采用稱重傳感器及杠桿原理對身管動力偶臂進行自動測量，是一種手動裝夾,手轉(zhuǎn)位,電氣控制半自動測量的裝置,適用于很種行業(yè),且市場潛力大,對攻克身管動力偶臂檢測關(guān)鍵技術(shù)，促進我國身管測量裝置技術(shù)進步有重大意義?，F(xiàn)在，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)慢慢向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，測試技術(shù)將要解決的問題越來越復(fù)雜，不僅需要更高的測量速度和可靠性，而且還要向自動化、數(shù)字化、智能化發(fā)展。這必將使原有的靜態(tài)和接觸測量轉(zhuǎn)變成動態(tài)和非接觸在線測量。一種非常有效的非接觸測量方法為激光掃描尺寸檢測技術(shù)，在國內(nèi)外被廣泛的應(yīng)用于工件尺寸的在線檢測。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀光電檢測技術(shù)1在我國研究較晚，但是相比較發(fā)展機器的迅速，從八、九十年國內(nèi)一些單位開始研究激光掃描直徑測量技術(shù)，直到今天，北京、上海、南京等一些大城市的一些單位依然采用激光掃描法研究出測量直徑的設(shè)備。此外國內(nèi)外焊接工作者采用微電子技術(shù)對螺旋焊管直徑的測量,其中接觸式測量方法通過某些測量工具對鋼管管徑直接測量的方法,主要包括機械法測量,周長法測量和滾輪法測量和非接觸式測量是利用光電,電磁等技術(shù),通過圖像掃描計算機對比分析得到鋼管表面幾何數(shù)據(jù)的測量方法。目前以動力偶臂為測量的相關(guān)技術(shù)的相關(guān)文章很少,國外主要有專業(yè)卡具法和稱重法。這里就介紹一下專業(yè)卡具法3的測量方法:將兩根人字型鋼軌水平放置。后坐部分放置在鋼軌上，這樣炮身就可以自由地滾動:調(diào)整炮身使其水平臺臺面與水平面垂直，確定其在重力作用下的白由轉(zhuǎn)動方。在國外，鋼管內(nèi)外徑自動測量系統(tǒng)的研發(fā)不僅可以系統(tǒng)的測量鋼管管端的內(nèi)徑，外徑和不圓度，還可以提高生產(chǎn)效率、降低工人勞動強度等。目前，國外一些公司已經(jīng)開發(fā)出這類功能的自動化測量系統(tǒng)，并且應(yīng)用在壁厚測量、精度規(guī)格分類等場合。如Tenaris4 5公司的LEMS和OMS公司的Pipe Cheeker,實現(xiàn)管徑的非接觸測量，不僅操作簡單，測量精度高，測量速度快等優(yōu)點。在國外主要有三點法測量質(zhì)心和四點法測量質(zhì)心，這兩種方法都是測量大型軸類零件，并且可以同時測量軸向和徑向偏心。這兩種方法都是比較成熟的測量方法，可用于質(zhì)偏心的測量，并且只需要在標(biāo)注點時使炮尾平臺處處于水平時為零位。1.3 主要研究內(nèi)容本課題為身管動力偶臂測量機的，身管即為錐柱體的概念，動力偶臂測量機的另一種表達方式即為質(zhì)偏心，主要研究內(nèi)容如下：（1）按照課題要求，設(shè)計質(zhì)心測量系統(tǒng)，確定總體方案和測量步驟，描述其測量原理，推導(dǎo)絕對誤差公式。（2）選擇控制方式，設(shè)計控制系統(tǒng)，繪制電氣原理圖6。（3）合理選擇稱重傳感器。（4）選擇合適的工控機。第2章 身管動力偶臂測量機質(zhì)偏心測試設(shè)備2.1 設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)(1)適用身管直徑：200400mm(2)適用身管長度：35008000mm(3)適用身管質(zhì)量：1200kg(4)質(zhì)心傳感器型號：梅特勒托利多IL1000kgX1梅特勒托利多IL500kg X2(5)偏心傳感器型號：梅特勒托利多MT1241100kg X1(6)傳感器精度：C3(7)傳感器測試范圍：83g500kg，150g1000kg，16.7g100kg(8)質(zhì)心測量精度：小于1mm(9)偏心測量精度：小于0.05mm(10)L0測量機構(gòu)工作范圍：02000mm(11)偏心臂機構(gòu)工作范圍：019mm2.2 質(zhì)偏位置測量誤差的計算質(zhì)偏位置測量原理如圖2-1所示：圖2-1 質(zhì)偏測量原理示意圖為了測量質(zhì)偏,在V型槽中將被測錐形件繞對稱軸轉(zhuǎn)動四次，每次轉(zhuǎn)動90度，測量四次，轉(zhuǎn)完360度。首先將重物放好后，測力儀得到的第一次值為F1，然后順時針旋轉(zhuǎn)90，測量第二次，得到第二次的測量值，之后繼續(xù)重復(fù)以上動作，知道四次都測完。四此測量的質(zhì)心的位置如圖2-2所示：圖2-2 質(zhì)偏測量不同位置質(zhì)偏測試原理圖2-3圖2-3質(zhì)偏測試原理圖由上述測量所得的F1、F2、F3、F4來計算絕對誤差，由力矩平衡原理有： （2.1）（2.2）（2.3）（2.4）式中：，因此有公式可以得到：（2.5）由此得到：（2.6）（2.7）于是，質(zhì)偏為：（2.8）誤差分析L，W，視為獨立變量，微分得質(zhì)偏誤差：（2.9）考慮到（2.8）式有： （2.10）在用的式計算質(zhì)偏的絕對誤差時，要注意（）的正負號變化，于是質(zhì)偏的絕對誤差為： （2.11）對式（2.11）求方差，有：（2.12）再考慮到彈體軸線傾斜引起的質(zhì)偏測量，于是質(zhì)偏的方差可寫成：（2.12）式中：，將，及，代入（2.13）式中，經(jīng)整理得：（2.14）式中：e質(zhì)偏；測量長度的相對誤差；Pmax測量物體的最大重量；P測量物體的重量；傳感器的滿量程相對精度；質(zhì)心到支點的距離；轉(zhuǎn)角分度誤差；軸線傾角誤差；FPmaxw為傳感器的滿量程的最大絕對誤差。式（2.14）中的和及項的值相比小得多，可略去不計，則有：（2.15）又由于公式（2.15）中的項中絕對誤差沒有很大的影響，因此可以省略，于是得到絕對誤差計算公式：（2.16）2.3本章小結(jié)本章主要根據(jù)設(shè)備要求的精度，以及設(shè)備自身的參數(shù)，研究如何測量質(zhì)偏，通過所測得的值，帶入推導(dǎo)出來的絕對誤差公式。第3章 總體方案設(shè)計3.1 質(zhì)心質(zhì)偏檢測設(shè)備主要結(jié)構(gòu)功能身管動力偶臂測量機質(zhì)心質(zhì)偏測量共用一臺質(zhì)心質(zhì)偏檢測設(shè)備測量，其主要結(jié)構(gòu)功能如下：3.1.1 質(zhì)量質(zhì)心測試單元產(chǎn)品測試工裝本測試工裝可對多型控制臺進行試驗和測試，其系統(tǒng)設(shè)計原理應(yīng)用方式可靠性高，并且系統(tǒng)設(shè)計易擴展,具有較好的實用性和經(jīng)濟性。由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備越來越先進并且系統(tǒng)的構(gòu)成也越來越復(fù)雜7，那么利用測試裝置檢驗其如何讓發(fā)生故障也愈發(fā)困難，這就需要我們對測試工裝設(shè)備也越發(fā)精確。另外因為電子裝備也越來越復(fù)雜，所以研發(fā)者們在設(shè)計開發(fā)的時候難度也越來越大。電子測試裝置能否達到設(shè)計要求也成為大眾越來越關(guān)注的話題，這對越來越多的電子測試裝置能否測試精確也變?yōu)橐粋€很難保證的問題。因此在電子測試裝置研發(fā)出來以后要進行功能和性能的驗證，以此來保證所研發(fā)的電子測試裝備能夠滿足需求者的要求。目前一般是針對特定電子測試裝置，使用相應(yīng)的電子裝備實物進行物理故障注入，然后利用電子測試裝置對故障進行測試；或者開發(fā)專用測試工裝，模擬電子裝備實物的故障信號，提供給電子測試裝置進行測試，驗證電子測試裝置的測試能力。對于第一種研發(fā)方法，在電子設(shè)備中注入物理障礙，極有可能會對電子設(shè)備造成極大危害，甚至是機毀人亡的災(zāi)難，然而很多故障并不能注入電子設(shè)備。相對于第二種研發(fā)方法，對于不同的測試裝置必須要專門研發(fā)的測試工裝來進行檢測，這將會耗費大量的精力和費用，開發(fā)難度也極其大，而對于一般的研發(fā)來說 ，并不能輕易承擔(dān)得起這個成本，于是造成了研發(fā)的更大困難。而本測試工裝可以避免以上兩種。測試時的精度和效率在滿足設(shè)計的技術(shù)要求同時還能降低測試成本，從而獲得更高的經(jīng)濟價值。如圖3-1質(zhì)心測試設(shè)備效果圖圖3-1質(zhì)心測試設(shè)備效果圖如圖3-2偏心測試效果圖圖3-2偏心測試效果圖如圖3-3測試工裝效果圖圖3-3測試工裝效果圖3.1.2 測量架該測量架上安裝質(zhì)量質(zhì)心測試工裝，并且測量架兩側(cè)裝有導(dǎo)軌，保證V型支撐可在導(dǎo)軌上移動。測量架用于安裝工裝，因為要適應(yīng)不同的支撐間距的要求，測量架需要提供沿軸向方向可滑動的導(dǎo)軌。對于兩支撐部位在測量架上的不同位置，需要其形成的測試軸線重合（或者控制一定的公差）。測量架是用型材焊接一個框架，其上有質(zhì)心測頭、質(zhì)偏支撐測頭及偏心測頭。在架體兩側(cè)加工得到所需要的加工面，導(dǎo)軌面上也需要安裝可以自由移動的兩個V型架，同時V形槽內(nèi)布置的滾輪可以靈活滾動減少了摩擦，V型架的支撐結(jié)構(gòu)使其適用于所需測量的待測錐形體。身管體質(zhì)偏的測量是由懸出的偏心臂用來用來測量的，在偏心臂的下面安裝偏心測頭，從而固定住稱重傳感器。測量架二維圖如圖3-4圖3-4測量架二維圖3.1.3 升降機構(gòu)升降機構(gòu)在本次測量機研究中是不可或缺的一部分8。而在我們本課題的設(shè)計中升降機構(gòu)主要由升降單元、傳動軸、聯(lián)軸器以及電機等組成。并且可以設(shè)計成模塊化產(chǎn)品，這樣就能夠擁有很強的可靠性，同時對于檢測和維修也極其方便。升降模塊為手動，可以實現(xiàn)質(zhì)心質(zhì)偏測量的加載與卸載。與前述的原理有很多不同，改善了很多缺點。該設(shè)備基座靠近測量架安裝有四個立柱分別布置在測量架的四個角的外側(cè)，在每個立柱上都有一個擋塊，擋塊向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的時候就可以測量質(zhì)偏，使其處于測量架的下方，將擋塊高度事先調(diào)好，使其與測量架在測質(zhì)偏的時候相距5mm左右，如果發(fā)生側(cè)翻擋塊能夠擋住測量架可以起到保護作用。測質(zhì)心的時候?qū)鯄K向外旋轉(zhuǎn)，擋塊不再處于測量架下方，這時下降測量架不會壓到擋塊上。測質(zhì)量質(zhì)心時，利用電機驅(qū)動，使質(zhì)偏支撐座下降，與此同時將傳感器用旋轉(zhuǎn)手輪時期下降，使質(zhì)心測頭落在質(zhì)心傳感器上，質(zhì)心測頭承載測試身管的質(zhì)量質(zhì)心。身管動力偶臂測量機的升降機構(gòu)采用電動機使其運轉(zhuǎn)，并且設(shè)計了傳動和升降功能比較穩(wěn)定而且傳動效率也較高的絲桿升降機構(gòu)。質(zhì)偏支撐座升降機構(gòu)效果圖如圖3-5所示。圖3-5質(zhì)偏支撐座升降機構(gòu)效果圖該設(shè)備的升降系統(tǒng)較小量程的升降系統(tǒng)來說有比較大的區(qū)別，這種儀器的升降系統(tǒng)主要由傳動機構(gòu)和前后兩種升降模塊構(gòu)成，每個升降模塊都配有2個同步升降點構(gòu)成，于是測量架就由4個同步升降點同時支撐，可以使升降具有較好的平穩(wěn)性。升降機構(gòu)的組成是電機、減速器、傳動軸、錐齒輪、絲桿、螺母等組成，從而帶動測量架刀口支撐的升降，實現(xiàn)了升降功能。身管動力偶臂測量機設(shè)備升降機構(gòu)效果圖如圖3-6所示。圖3-6身管動力偶臂測量機設(shè)備升降機構(gòu)效果圖升降機構(gòu)手柄放大效果圖如圖3-7所示。圖3-7身管動力偶臂測量機設(shè)備升降機構(gòu)手柄放大效果圖3.1.4 調(diào)平及輔助調(diào)平機構(gòu)調(diào)平機構(gòu)在很多機器中頻繁使用，主要可以是被測件能夠穩(wěn)固可靠的測量，同時使被測件水平放置而不宜傾斜，這樣既可以保證被測件在測量的時候減小測量誤差，也能夠得到更高的準(zhǔn)確性。而身管動力偶臂測量機的調(diào)平及輔助調(diào)平機構(gòu)用調(diào)平模塊采用等腰三角形布局，在實際操作中僅需要調(diào)整中間地腳來保證產(chǎn)品測試軸線的水平，調(diào)節(jié)十分方便。輔助調(diào)平模塊是在系統(tǒng)調(diào)平完畢后，再伸出兩個輔助承力點與地面接觸，使系統(tǒng)在測試狀態(tài)時更加穩(wěn)定。根據(jù)三點確定一個平面的原理確定調(diào)平機構(gòu)的原理，同時也不需要過多的液壓缸支撐。這時調(diào)平機構(gòu)可以減少成本，也減少了墊塊更換的操作，并且該調(diào)平機構(gòu)調(diào)節(jié)高度范圍變大。3.1.5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機構(gòu)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機構(gòu)可實現(xiàn)箭彈坐標(biāo)與結(jié)構(gòu)特征量檢測設(shè)備坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。身管動力偶臂測量機設(shè)備采用三個質(zhì)心測頭是穩(wěn)固的，因為三點確定一個平面，這個平面將在儀器安裝的時候調(diào)成水平的。測量架采用三點支撐的時候只測量傳感器的讀數(shù)，此時測量架不允許進行其他操作，當(dāng)要吊裝產(chǎn)品和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品的時候必須要將測量架升起，升起測量架后的質(zhì)心測頭懸空，測量架主要靠升降機構(gòu)的四個支撐柱來支撐，一段直線導(dǎo)軌加一個數(shù)顯橫式標(biāo)尺就構(gòu)成了長度測量機構(gòu)，擋塊需要保證其直線性，此時就用直線導(dǎo)軌來實現(xiàn)，移動的距離值是由數(shù)顯橫式標(biāo)尺讀出。直線導(dǎo)軌上有定位基準(zhǔn)擋塊，當(dāng)擋塊與定位基準(zhǔn)擋塊貼齊后數(shù)顯模式標(biāo)尺就可以歸零，長度測量機構(gòu)因不同的錐柱形件的而有所不同，但基本結(jié)構(gòu)及原理是相同的。每檔維柱形件質(zhì)心質(zhì)偏測試設(shè)備的長度測量機構(gòu)L0測量機構(gòu)是一個焊接框架上安裝有兩根鋁托導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的滑塊連接了一個橫式標(biāo)尺，滑塊移動帶動橫式標(biāo)尺的滑塊移動，移動的距離就會在橫式標(biāo)尺的讀出。標(biāo)尺上裝有滑塊，測量的時候標(biāo)尺與身管頭相接觸以實現(xiàn)設(shè)備坐標(biāo)系和身管體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換功能。身管動力偶臂測量機轉(zhuǎn)換總裝二維圖如圖3-8所示。圖3-8轉(zhuǎn)換總裝二維圖3.1.6 質(zhì)偏測試機構(gòu)質(zhì)偏測試機構(gòu)用于實現(xiàn)身管質(zhì)偏的高精度測試，主要由上、下偏心臂、偏心傳感器升降機構(gòu)、偏心刀口及測頭等組成。測量物體的質(zhì)心、偏心以及質(zhì)量的方法有很多種。目前，被測件的質(zhì)心或者偏心應(yīng)該至少要兩臺設(shè)備，裝夾次數(shù)多和耗費人工太多，因此工作效率極低，所以產(chǎn)生了不可避免的誤差，是得測量精度太低，成本也過大。而采用三點支承法來測量錐柱形件的質(zhì)量、質(zhì)心和質(zhì)偏，目前是應(yīng)用最為廣泛的一種質(zhì)量質(zhì)心測試方法，主要優(yōu)點是適用于測量錐柱形件這類回轉(zhuǎn)體的質(zhì)心，可以避免因為反復(fù)測量帶來的誤差，將所要測量的參數(shù)例如質(zhì)量、質(zhì)心和質(zhì)偏心同時得出結(jié)果。為實現(xiàn)質(zhì)偏測量目的，質(zhì)心、質(zhì)偏測量裝置主要包括設(shè)備基座、產(chǎn)品測試工裝(測量架)、傳感器安裝機構(gòu)、升降機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)、調(diào)平裝置、測量機構(gòu)。身管動力偶臂測量機質(zhì)偏心測試設(shè)備如圖3-9。圖3-9身管動力偶臂測量機質(zhì)偏心測試設(shè)備3.1.7 質(zhì)心/質(zhì)偏測試轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)換機構(gòu)的設(shè)計是為了實現(xiàn)質(zhì)心和質(zhì)偏的測試轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換機構(gòu)應(yīng)該將質(zhì)偏測試和質(zhì)量質(zhì)心測試之間進行相互轉(zhuǎn)換，主要實現(xiàn)的方式是將可滑動的轉(zhuǎn)換基板安裝在設(shè)備基座上，轉(zhuǎn)換基板上安有兩個質(zhì)偏刀口支撐和和一個偏心傳感器，轉(zhuǎn)換基板在手柄的帶動下在設(shè)備基座里移動，同時帶動質(zhì)偏刀口支撐和偏心傳感器，然后利用高度差將實現(xiàn)質(zhì)量質(zhì)心測試和質(zhì)偏測試之間的轉(zhuǎn)換。為了保證測試時的安全與穩(wěn)定性，將升降裝置安放在擺架與稱重傳感器之間。為了保證傳感器的正常使用，在保證在非測試狀態(tài)時，使得被測件傳感器和工裝之間脫離。將測試工裝通過升降機構(gòu)升起后，之后將待測件進行放置，從而保證了稱重傳感器的安全。將待測件安置好之后，將待測件通過升降機構(gòu)使其下降，從而使質(zhì)心測頭或偏心測頭落在傳感器上以完成質(zhì)心或質(zhì)偏的測試。3.1.8 設(shè)備基座設(shè)備基座內(nèi)部安裝有各種傳感器和實現(xiàn)各部分功能的結(jié)構(gòu)模塊，基座做好后整體框架經(jīng)防銹處理（噴防銹漆，設(shè)備的面板采用噴塑處理）。3.1.9 傳感器的選用身管動力偶臂測量機采用三個固定的質(zhì)心測頭，根據(jù)三點確定一個平面的原理，在一起安裝的時候?qū)⑵矫嬲{(diào)至水平。測試的時候只在測量傳感器讀數(shù)的時候測量架采用三點支撐，這個時候是不允許對測量架進行任何其他操作的，將要吊裝和旋轉(zhuǎn)物品使用測量架將其升起，質(zhì)心側(cè)頭將在測量架升起后懸在空中，而升降機構(gòu)的四個支撐住將測量架固定住。L0測量機構(gòu)是由裝有兩根導(dǎo)軌放置在一個焊接框架上，橫式標(biāo)尺連接在導(dǎo)軌的滑塊上，橫式標(biāo)尺的滑塊通過滑塊移動而帶動，橫式標(biāo)尺的讀數(shù)將顯示移動的距離。L0標(biāo)尺安裝在滑塊上，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換功能通過測量的時候標(biāo)尺與身管頭相接觸從而實現(xiàn)。本臺測試設(shè)備質(zhì)量質(zhì)心測試同樣使用了三個傳感器，其傳感器安裝機構(gòu)、偏心刀口轉(zhuǎn)換機構(gòu)、偏心傳感器升降機構(gòu)、質(zhì)心測試狀態(tài)、質(zhì)偏測試狀態(tài)、質(zhì)心偏心測試步驟。傳感器安裝二維圖如圖3-10。圖3-10傳感器安裝二維圖3.1.10 稱重傳感器適應(yīng)性分析稱重傳感器是身管動力偶臂測量機在特征量檢測設(shè)備精度很關(guān)鍵的一個器件2，通過性比價以及市場的對比和成本的計算在這里選用瑞士梅特勒托利多公司的稱重傳感器，因為德國的一些小型稱重傳感器在市場上型號沒有瑞士的梅特勒-托利多公司的傳感器型號全，而且供貨的時間太久，不方便使用。而對于德國賽多利斯公司稱重傳感器與瑞士梅特勒-托利多公司的稱重傳感器相比較執(zhí)行歐洲標(biāo)準(zhǔn)與國標(biāo)不配套，還得從他的公司選擇與他相配套的產(chǎn)品才可以使用，因此考慮到成本原因沒有選擇；在對比之下瑞士梅特勒托利多公司的稱重傳感器型號較全且符合國標(biāo)，同時成本也在可以接受的范圍之內(nèi)，其傳感器精度同樣涵蓋C3和C6等級，因此選用瑞士梅特勒托利多公司的稱重傳感器，如圖3-11所示。圖3-11 梅特勒托利多稱重傳感器防爆型C3精度梅特勒托利多公司稱重傳感器有MT1022等MT1041系列稱重傳感器有MT1041-10、MT1041-15、MT1041-20、MT1041-30、MT1041-50、MT1041-75、MT1041-100型號，MT1260系列稱重傳感器有MT1260-50、T1260-75、MT1260-100、MT1260-150、MT1260-200、MT1260-300、MT1260-500、MT1260-635型號，IL系列稱重傳感器有IL-150、IL-250、IL-500、IL-1000、IL-2000型號，可完全滿足身管結(jié)構(gòu)特征量檢測設(shè)備的需求。以上型號的稱重傳感器均以獲得OIML R60 C3證書，四角偏差已補償，長期穩(wěn)定性較好，防護等級為IP67，工作溫度范圍-2065，溫度補償范圍-1040。因此，以上類型梅特勒托利多公司稱重傳感器的工作溫度達到環(huán)境指標(biāo)中的溫度需求，并且有好的防水、防沙、防灰塵能力，考慮到高原特色，以上類型防爆傳感器可起到防護效果，完全適用于高原環(huán)境。另外，日本歐姆龍G61傳感器的工作溫度范圍-2555，存儲溫度范圍-3080，防護等級IP50，此傳感器裝在檢測裝置內(nèi)部，可起到防護效果，可適用于高原環(huán)境。3.1.11 本章總結(jié)本章主要設(shè)計身管動力偶臂測量機的主要機構(gòu)，根據(jù)設(shè)計要求，主要的機構(gòu)有:質(zhì)量質(zhì)心測試單元產(chǎn)品測試工裝、測量架升降、機構(gòu)調(diào)及輔助調(diào)平機構(gòu)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、機構(gòu)質(zhì)偏測試機構(gòu)、質(zhì)心/質(zhì)偏測試轉(zhuǎn)換機構(gòu)、設(shè)備基座和傳感器的選用。第4章 特征量檢測設(shè)備的標(biāo)定與檢驗方法因為這種測試設(shè)備并非是標(biāo)設(shè)備，現(xiàn)在國家并沒有相關(guān)的檢驗設(shè)備，目前該類設(shè)備的檢驗規(guī)程以及校準(zhǔn)都是由生產(chǎn)廠家自己所設(shè)定的。對于校準(zhǔn)規(guī)程本身是否科學(xué)，是否能得到設(shè)備真實的測試精度，有很大的未知數(shù)。于是，我們提出了一套比較科學(xué)的校準(zhǔn)、檢驗規(guī)程，具體檢驗規(guī)程如下：4.1 標(biāo)準(zhǔn)體標(biāo)準(zhǔn)體是設(shè)備所配備的重要組成部分之一，主要用于設(shè)備檢定、標(biāo)定、測量，采用經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理和質(zhì)量均勻的鋼質(zhì)材料。標(biāo)準(zhǔn)體的質(zhì)量與同口徑錐柱體的相對質(zhì)量小于20%，轉(zhuǎn)動慣量比值小于5倍，并且要進行防銹處理，需要相關(guān)部門的檢定并提供相關(guān)證書證書，規(guī)格、數(shù)量滿足使用需要。標(biāo)準(zhǔn)體的形狀分為為圓柱形或啞鈴型兩種。一般的標(biāo)準(zhǔn)體的是組合式的，這樣可以方便計算變動理論值以及計算得到的理論值。對于檢驗標(biāo)準(zhǔn)體的偏心檢驗，標(biāo)準(zhǔn)體的偏心值我們可以隨便取值。組合式標(biāo)準(zhǔn)體不可以隨便裝配，因為標(biāo)準(zhǔn)體在裝配的時候有定位基準(zhǔn)，同時要進行誤差分析，檢驗專配是否合格。此外，在測質(zhì)偏的標(biāo)準(zhǔn)體的時候，必須要使用組合形式否則無法做出具有確定偏心值的的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體，測質(zhì)偏標(biāo)準(zhǔn)體的主要方法是利用一個較大的圓柱體與較小的圓柱體綁在一起，本身沒有偏心但根據(jù)加了一個小圓柱體這樣就有了偏心，因此就可以測出相關(guān)的偏心值。之后根據(jù)測得的值與計算理論值，比較偏心測試是否能夠滿足偏心標(biāo)準(zhǔn)體與主標(biāo)準(zhǔn)體進行組合后形成的“偏心理論值估算”，主要是根據(jù)實際錐形件確定的。錐柱形件結(jié)構(gòu)特征量的每臺測試設(shè)備都有能標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)體和能檢驗的標(biāo)準(zhǔn)體，這些標(biāo)準(zhǔn)體測試設(shè)備共用，比如某個標(biāo)準(zhǔn)體是用來檢驗?zāi)撑_轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備的,同時又用來標(biāo)定某臺質(zhì)心偏心測試設(shè)備的。在所有測試質(zhì)心偏心的測試設(shè)備中，檢驗和標(biāo)定質(zhì)心的標(biāo)準(zhǔn)體并不是組合的，但檢驗質(zhì)偏的標(biāo)準(zhǔn)體都是組合的。4.2 質(zhì)心準(zhǔn)確性的標(biāo)定與檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)體采用經(jīng)調(diào)質(zhì)處理和質(zhì)量均勻的鋼質(zhì)材料，標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量與同口錐柱體相對質(zhì)量小于20%，而轉(zhuǎn)動慣量比值小于5倍，同時需進行防銹處理，滿足使用需要。圖4-1質(zhì)心檢測示意圖如圖4-1所示，1#標(biāo)準(zhǔn)體為標(biāo)準(zhǔn)的圓柱，如果此圓柱幾何形狀和密度都是均勻的，那么該圓柱體的質(zhì)心就在標(biāo)準(zhǔn)體的幾何中心上。但是實際上由于各種原因，圓柱體的質(zhì)心會與其幾何中心偏離。假設(shè)1#標(biāo)準(zhǔn)體的長度為L（該值可用精確的長度工具直接測量出來），以A端面為基準(zhǔn)在測試設(shè)備上測量標(biāo)準(zhǔn)體的質(zhì)心，記。以B端面為基準(zhǔn)在測試設(shè)備上測試標(biāo)準(zhǔn)體的質(zhì)心，記。若,那么特征量檢測設(shè)備滿足任務(wù)書所提的精度要求，反之則不滿足。其中，為設(shè)備標(biāo)稱的質(zhì)心測試精度。4.3 質(zhì)心測量線性度及重復(fù)性精度考核線性度主要是度量被測量與標(biāo)準(zhǔn)量之間的差值,來衡量被測系統(tǒng)是否符合規(guī)定范圍內(nèi)的誤差。在身管動力偶臂測量機系統(tǒng)中對于測量精度的線性精度考核的原則為使標(biāo)準(zhǔn)體放置的位置在測試臺上至少串動L/5，在此范圍內(nèi)，檢測設(shè)備都應(yīng)該滿足測試精度的要求。重復(fù)性概念為對同一被測量件在任何條件均不變的情況下，對此測量件進行重復(fù)性測量的條件下，求取平均值。重復(fù)性可以用測量結(jié)果的分散性定量地表示。而在身管動力偶臂測量機對于重復(fù)性考核，應(yīng)重新吊裝標(biāo)準(zhǔn)體，反復(fù)測試，反復(fù)調(diào)整所測對象的位置，并且測試不同擺放位置的精度，使之與誤差范圍比較，是否設(shè)備的測試精度依然應(yīng)該滿足設(shè)備的標(biāo)稱精度。4.4 質(zhì)偏準(zhǔn)確性標(biāo)定與檢驗方法對于身管動力偶臂測量機質(zhì)偏準(zhǔn)確性標(biāo)定與檢驗方法如圖4-2所示。圖4-2 質(zhì)偏檢驗示意圖2#標(biāo)準(zhǔn)體是一個質(zhì)量、直徑、長度較1#標(biāo)準(zhǔn)都是小很多的圓柱體，把1#標(biāo)準(zhǔn)體固定在2#所以此組合體的理論質(zhì)偏位置可以通過公式計算出來，假設(shè)為。在檢測設(shè)備上直接測量該組合體的偏心距，如果，那么該檢測設(shè)備的測量精度滿足標(biāo)稱精度，否則不滿足。其中，為設(shè)備標(biāo)稱的測試精度。4.5 本章總結(jié)本章主要確定質(zhì)心準(zhǔn)確性的標(biāo)定與檢驗方法和質(zhì)偏準(zhǔn)確性標(biāo)定與檢驗方法，選定合適的標(biāo)準(zhǔn)體，通過將一大一小的標(biāo)準(zhǔn)體綁在一起測出質(zhì)偏的方法，同時驗證其準(zhǔn)確性是否符合要求。第5章 控制系統(tǒng)方案5.1 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)設(shè)備主要由身管二質(zhì)量測量系統(tǒng)、身管一彈質(zhì)心質(zhì)偏測量系統(tǒng)、身管質(zhì)心質(zhì)偏測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及打印輸出設(shè)備等組成。工業(yè)控制計算機采用當(dāng)前主流配置研華工控機，擴展RS485多串口卡、網(wǎng)卡等，并配置23時大屏幕液晶顯示器，激光打印機，交流凈化電源等。整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含的各種模塊、單元部件均安裝在操作臺內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)備組成如圖5-1所示。圖5-1控制系統(tǒng)設(shè)備組成5.2 身管結(jié)構(gòu)特征量測試設(shè)備測量控制分系統(tǒng)測量控制分系統(tǒng)設(shè)備主要由身管質(zhì)量測量系統(tǒng)、身管質(zhì)心偏心測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)以及打印輸出設(shè)備等組成。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)由控制計算機、筆記本、RS485多串口卡、接口電路、顯示器、激光打印機、電源等組成。各個測試終端與計算機之間通過雙向RS485總線聯(lián)接，實現(xiàn)控制計算機與系統(tǒng)各組成部分之間的數(shù)據(jù)交換，完成控制指令的傳輸以及測量數(shù)據(jù)的收集、計算。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)接收各測試系統(tǒng)傳送來的測試數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)各種處理以及計算。電源用于為本次測試設(shè)備各測試終端為數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等提供穩(wěn)定、潔凈的電源。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)接收各測試系統(tǒng)傳輸來的測試數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理、顯示、打印報表、存儲等。數(shù)據(jù)傳輸方式采用主從式工作方式。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主控計算機按一定采樣周期，定時向各分系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)查詢指令，各分系統(tǒng)接收到指令后將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳到主控計算機，上傳的測量數(shù)據(jù)同時也包含有本分系統(tǒng)的唯一地址編碼。主控計算機接收完畢，可以進行顯示、打印、存儲及報表打印等功能。測量控制分系統(tǒng)配有筆記本計算機，筆記本計算機是專門為質(zhì)量測量系統(tǒng)配備的數(shù)據(jù)集中采集處理系統(tǒng)，3套電子天平通過自帶的RS232接口，再轉(zhuǎn)換為RS485接口，然后與筆記本計算機擴展的RS485接口相連，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的自動讀取及存儲。系統(tǒng)可獨立工作，方便大量被試身管逐發(fā)測量及機動使用。筆記本計算機可以通過以太網(wǎng)與主控計算機連接，進行數(shù)據(jù)傳輸，以便統(tǒng)一處理或存檔。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于維護和使用。設(shè)備使用時，將測量控制分系統(tǒng)通過測試線纜與測量設(shè)備臺體聯(lián)接，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)采集和測量控制。數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計算機、測試軟件構(gòu)成，可完成傳感器的數(shù)據(jù)采集及信號放大、轉(zhuǎn)換的功能，并且直接輸出標(biāo)準(zhǔn)的485信號。需要說明的是，電動機、監(jiān)控設(shè)備等全套系統(tǒng)都是由三相交流凈化穩(wěn)壓電源統(tǒng)一供電。輸出電壓220V的是單相交流凈化穩(wěn)壓電源，用于計算機、監(jiān)控設(shè)備的供電，沒有蓄電能力；前端采集處理系統(tǒng)主要分為三類：質(zhì)量測量系統(tǒng)，質(zhì)心、偏心測量系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，下面將重點介紹這三類系統(tǒng)。5.3 質(zhì)心偏心測量系統(tǒng)質(zhì)偏心測試設(shè)備由3套或4套稱重傳感器及其相應(yīng)處理電路組成。每套電路包括：高精度高穩(wěn)定力傳感器、高精度高穩(wěn)定性傳感器電源、信號調(diào)理電路、放大電路、信號采集處理與傳輸電路等組成，其中信號采集處理與傳輸電路是由高速單片機、16位A/D、顯示輸出電路、地址編碼電路、RS485擴展接口等組成。傳感器供電電源為反饋式差分雙電源，考慮導(dǎo)線電阻的影響，采用專門電路，消除由此產(chǎn)生的測量誤差。力傳感器的模擬信號采集由由單片機控制，同時對濾波處理、顯示，各傳感器都有唯一的地址編碼，最后由RS485接口傳送輸出測量的數(shù)據(jù)。被測件的質(zhì)量、質(zhì)心、質(zhì)偏測量結(jié)果由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)計算機對接收到的各傳感器數(shù)據(jù)按照特定的算法進行進一步運算處理。如圖5-2所示。不同的傳感器處理電路地址編碼不同，并且唯一，傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算機上的數(shù)據(jù)與傳感器一一對應(yīng)。圖5-2 質(zhì)量、質(zhì)心、偏心測量系統(tǒng)框圖質(zhì)偏心測試設(shè)備的測量數(shù)據(jù)采集通過專用信號線把傳感器與二次儀表相連，二次儀表可采集傳感器輸出的電信號，通過處理、放大把它變成數(shù)字信號，同時以標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口輸出。質(zhì)量質(zhì)偏心測試系統(tǒng)組成框圖如圖5-3所示。圖5-3 質(zhì)量質(zhì)偏心測試系統(tǒng)組成框圖5.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及接線通過市場價的對比以及性能的比較，對于A/D轉(zhuǎn)換器選用AD7799，主要優(yōu)點是測量精度高，應(yīng)用范圍廣，并且和其他A/D轉(zhuǎn)換器相比較A/D7799能耗較低。其中包含了3個差分模擬輸入并且與身管動力偶臂測量機設(shè)備中的三個傳感器相適應(yīng)。內(nèi)部放置了去除噪聲的放大器，可以直接輸入小信號。內(nèi)部由特定的低端電源開關(guān)一個、時鐘振蕩器一個以及可編程數(shù)字輸出引腳、基準(zhǔn)電壓檢測和熔斷電流控制系統(tǒng)。通過比較以及為了更好的實現(xiàn)身管動力偶臂測量機的測量精度，以及更大程度的利用A/D轉(zhuǎn)換器的性能，在此機構(gòu)中選用A/D7799轉(zhuǎn)換器。5.5 單片機的選擇在任何設(shè)計中單片機的選擇都無比重要8，作為數(shù)據(jù)模塊的核心部件，不同的單片機它的編程的難易程度以及時間的長度都不相同。根據(jù)本課題的研究以及單片機的本身的功能，然后根據(jù)需要本課題的需求以及市場對比和綜合考量然后進行型號選擇及確定。主要為了實現(xiàn)身管動力偶臂測量機控制部分的功能，選擇的單片機為AT89S52。5.6 升降電動機的控制電路對于升降電動機的控制電路原理圖如圖5-4所示。測量架在按下升降開關(guān)后在電機的帶動下升起，當(dāng)?shù)竭_指定距離后就會碰到行程開關(guān)，之后就不再上升。完成測量后再按下升降開關(guān)，測量架將下降，當(dāng)?shù)竭_指定距離后將停止。K4線圈控制電機上升；K5線圈控制電機下降圖5-4電機升降控制電路第6章設(shè)計經(jīng)費預(yù)算與可持續(xù)發(fā)展6.1 經(jīng)費預(yù)估本課題根據(jù)以上設(shè)計,通過對市場相關(guān)用件的調(diào)查,進行經(jīng)費估計,預(yù)估結(jié)果如下表6-1所示表6-1經(jīng)費預(yù)算表序號產(chǎn)品名稱型號及公司單價(元)數(shù)量(個)總價(元)1稱重傳感器梅特勒托利多公司578317342質(zhì)量測量系統(tǒng)電子天平402803質(zhì)偏心測量系統(tǒng)多通道質(zhì)心偏心采集卡2802467204轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)多通道轉(zhuǎn)動慣量測量卡520010005工控機研華4450144506筆記本計算機聯(lián)想600016000723寸顯示器聯(lián)想L23641121333638打印機惠普M10051000110009交流凈化穩(wěn)壓電源三科SKJ-5KVA888188810安放喇叭金屬箱體定做5015011功放機定做5001500總價(元)25785由上表統(tǒng)計可知，如要實現(xiàn)本設(shè)計需花費34598元，且這只是在不發(fā)生損耗的理想情況下得出的結(jié)果。若考慮實際情況，成本會更高，由此可見每一項研究結(jié)果都來之不易，我們應(yīng)更加珍惜科研成果，努力學(xué)習(xí)。6.2 綠色可持續(xù)發(fā)展目前的機械制造為大家創(chuàng)造了極大的便利，但也是造成環(huán)境污染的主要源頭，故而實施可持續(xù)發(fā)展的制造模式綠色制造勢在必行。本設(shè)計由機械結(jié)構(gòu)組成，對于環(huán)境沒有危害，并且充分利用人力，節(jié)省了能源，使得工作效率得到了極大地提高，在質(zhì)量管理方面，為了保證配件的質(zhì)量，在零件選擇上，都進行了嚴(yán)格的把關(guān)，以及對零件的加工都進行了很嚴(yán)格的考核。在本次研究設(shè)計中，電源用于為上述各測試終端、二次儀表、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等提供穩(wěn)定、潔凈的電源。改善以往的電污染。遠程監(jiān)控系統(tǒng)在出現(xiàn)危險可及時遠程停止，保證試驗的安全性，避免了人員傷亡。結(jié)論本課題設(shè)計的身管動力偶臂測量機，采用稱重傳感器及杠桿機構(gòu)原理對身管動力偶臂進行自動測量。對身管的徑向動力偶臂進行手動裝夾，手動轉(zhuǎn)位，自動測量，電氣控制的半自動測量設(shè)備。測試工裝由前后V型支撐組成，前、后V型支撐均可在設(shè)備軸向方向可調(diào)，調(diào)到位后可鎖緊。前后V型支撐上均裝有滾輪，方便徑向偏心的測試。此身管動力偶臂測量機主要由質(zhì)量質(zhì)心測試單元產(chǎn)品測試工裝、測量架、升降機構(gòu)、調(diào)平及輔助調(diào)平機構(gòu)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機構(gòu)、質(zhì)偏測試機構(gòu)、質(zhì)心/質(zhì)偏測試轉(zhuǎn)換機構(gòu)此次課題研究，使我對自己大學(xué)所學(xué)知識進行梳理與總結(jié)，所學(xué)知識得以實踐運用，提高了我的理論能力，課題研究中我也發(fā)現(xiàn)自己在制圖方面依舊有所欠缺，對各種功能不是很熟練。我明白自身還有待提高，在以后的工作學(xué)習(xí)中，會更加努力，提高自己的