推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì),推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì),推拉,電磁鐵,性能,機(jī)能,測試,設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 論文（設(shè)計(jì)）題目： 推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2010962935 姓名： 楊任 專業(yè)： 10興湘機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2 指導(dǎo)教師： 毛美姣 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 研究內(nèi)容：設(shè)計(jì)推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)，要求能自動(dòng)測試推拉型電磁鐵的力與行程、和力與電壓之間的關(guān)系，得到其特性曲線。具體內(nèi)容如下：　　　　　　　　　 　　　1．推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　2．動(dòng)力元件的選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　3．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　4．傳感器的選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　5．其他零部件的設(shè)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 基本要求：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．技術(shù)指標(biāo)要求符合設(shè)計(jì)要求 。 2．繪制測試臺(tái)總裝配圖和主要零件圖。要求圖紙不少于2.5張A0圖紙。 　3．翻譯一篇不少于3000字的外文文獻(xiàn)。 　4．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，要求不少于1萬字。 二、重點(diǎn)研究的問題 1．推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)的總體設(shè)計(jì)中測試方案的選擇?！　　　　　　　　　　　　? 2．關(guān)鍵零部件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。 3．技術(shù)指標(biāo)：行程±15mm　　　力：±100N　　　　　　　　　　　　　　　　 電壓：0-30V　　　外形尺寸：150*φ100*115(長度*直徑*中心高) 　 三、進(jìn)度安排 序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間 1 查閱文獻(xiàn)，收集資料 第1周 2 確定總體方案 第2~3周 3 開題報(bào)告 第4周 4 主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 第5~8周 5 中期檢查 第9周 6 完成所有零部件的設(shè)計(jì) 第10~12周 7 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第13~14周 8 準(zhǔn)備答辯 第15周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1]王永華.現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社社 [2]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M.機(jī)械工業(yè)出版社] [3]黃賢武，鄭筱霞 傳感器原理與應(yīng)用[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，高等教育版出版社 [4]黃堅(jiān)。 可編程控制器原理及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社 [5]戴佳，戴衛(wèi)恒。執(zhí)行電動(dòng)機(jī)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社 [6]何立民.機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)[M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社 [7]近角聰信.鐵磁性物理[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社 [8]機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]：冶金工業(yè)出版社 [9]陶紅艷 余成波.傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)[M]北京：清華大學(xué)出版社 [10]童秉樞 等機(jī)械CAD技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：清華大學(xué)出版社 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目：推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 興 湘 學(xué) 院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2010962935 姓 名： 楊 任 指導(dǎo)教師： 毛美姣 完成日期： 2014年 05 月 25 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表 學(xué)號(hào) 2010962935 姓名 楊任 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評(píng) 價(jià) 選題符合培養(yǎng)目標(biāo)，總體設(shè)計(jì)方案正確，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。該生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)習(xí)態(tài)度較好，能比較認(rèn)真地對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)。該生具有一定的查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力，外文和計(jì)算機(jī)能力一般，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力一般。說明書中存在一些錯(cuò)誤，格式基本正確，文字基本通順，但圖紙中存在一些錯(cuò)誤。 評(píng)閱人： 年 月 日 目錄 第1章 緒論 1 1.1 設(shè)計(jì)研究的應(yīng)用目的和現(xiàn)實(shí)意義 1 1.1.1 電磁鐵的廣泛運(yùn)用 1 1.1.2 電磁鐵的發(fā)明 1 1.1.3 我國電磁鐵測試技術(shù)的現(xiàn)狀 2 1.1.4電磁鐵性能測試的現(xiàn)實(shí)意義 2 1.2國外和國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)的比較 2 1.2.1 國外研究動(dòng)態(tài) 2 1.2.2國內(nèi)研究動(dòng)態(tài) 3 1.3選題的研究方法、主要觀點(diǎn)、創(chuàng)新之處 3 1.3.1 選題的研究方法 3 1.3.2 選題的主要觀點(diǎn) 4 1.3.3 選題的創(chuàng)新之處 4 第2章 電磁鐵性能檢測臺(tái)的總體設(shè)計(jì) 5 2.1 測試需求分析 5 2.2 測試臺(tái)方案的選取 5 第3章 動(dòng)力元件的選擇 7 3.1電機(jī)類型的確定選擇 7 3.2 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 7 第4章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9 4.1 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的列舉： 9 4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 10 4.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的確定 10 4.2.2 滾珠絲杠的概念 10 4.2.3滾珠絲杠的型號(hào)的選取 11 第5章 傳感器的選擇 15 5.1傳感器的概念 15 5.2傳感器選擇 15 5.2.1 位移傳感器的選擇 15 5.2.2 力傳感器的選擇 17 第6章 其他零部件的設(shè)計(jì) 18 6.1 導(dǎo)套副類型的確定 18 6.2 聯(lián)軸器的選擇 20 6.3 軸承的選擇 21 6.4 余下零件設(shè)計(jì) 22 第7章 總結(jié) 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)設(shè)計(jì) 摘要：電磁體性能測試臺(tái)的設(shè)計(jì)主要有安裝固定步進(jìn)電機(jī)、位移傳感器和力傳感器等測試傳感器、滾珠絲杠和要求被測的電磁鐵，設(shè)計(jì)的主題方案是用步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力元件，用一個(gè)剛性聯(lián)軸器把步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠連接起來，使步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為緩慢的勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠上的導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，以此收集電磁鐵性能測試過程中所需各種數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：電磁鐵 性能測試 步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 傳感器 The design of electromagnet performance test Abstract：This design is mainly fixed stepper motor, displacement sensor and force sensor test sensors, ball screws and requirements measured electromagnet. Thematic program is designed stepper motor driven element, with a rigid coupling to connect the stepper motor and ball screw, rotary motion of the stepper motor is converted into a slow uniform motion, thus boosting the ball on the rail slider mechanism, Performance testing in order to collect the required solenoid various data. Keywords: Electromagnet Performance Testing Stepper motor ball-screw Sensor 第1章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)研究的應(yīng)用目的和現(xiàn)實(shí)意義 1.1.1 電磁鐵的廣泛運(yùn)用 電磁鐵是電流磁鐵效應(yīng)的一個(gè)應(yīng)用，與生活聯(lián)系緊密，如電磁繼電器、電磁起重機(jī)、磁懸浮列車、電磁流量計(jì)等。 電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類型。如果按照用途來劃分電磁鐵，主要可分成以下五種：（1）制動(dòng)電磁鐵—主要用于對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)以達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。（2）牽引電磁鐵—主要用來牽引機(jī)械裝置、開啟或關(guān)閉各種閥門，以執(zhí)行自動(dòng)控制任務(wù)。（3）自動(dòng)電器的電磁系統(tǒng)—如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動(dòng)開關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。（4）起重電磁鐵——用作起重裝置來吊運(yùn)鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料。（5）其他用途的電磁鐵——如磨床的電磁吸盤以及電磁振動(dòng)器等。 1.1.2 電磁鐵的發(fā)明 1822年，法國物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時(shí)，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實(shí)際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。1823年，斯特金也做了一次類似的實(shí)驗(yàn)：他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線，當(dāng)銅線與伏打電池接通時(shí)，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，這樣就使U型鐵棒變成了一塊“電磁鐵”。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重20倍的鐵塊，而當(dāng)電源切斷后，U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。斯特金的電磁鐵發(fā)明，使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景，這一發(fā)明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。? 1829年，美國電學(xué)家亨利對(duì)斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新，絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線，因此不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強(qiáng)，這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了1831年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積并不大，但它能吸起1噸重的鐵塊。 1.1.3 我國電磁鐵測試技術(shù)的現(xiàn)狀 電磁鐵的應(yīng)用如此廣泛，而且它在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中起到了非常重要的作用，可以說電磁鐵性能的好壞將直接影響到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的工作，有時(shí)甚至是毀滅性的結(jié)局。所以必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是嚴(yán)把出廠關(guān)，也就是在電磁鐵出廠時(shí)做好電磁鐵的靜動(dòng)態(tài)性能測試。一方面，可以保證出廠電磁鐵的質(zhì)量問題;另一方面，可以為用戶提供清晰可供參考的性能曲線。這將是工業(yè)控制領(lǐng)域的重中之重。 然而，我國電磁鐵測試技術(shù)卻非常落后，有的企業(yè)在這方面的技術(shù)甚至為零。大部分的電磁鐵生產(chǎn)廠商主要是依據(jù)工人的經(jīng)驗(yàn)來判斷一個(gè)電磁鐵的性能好壞，更不能夠提供詳盡的性能曲線了，這將直接影響自動(dòng)化系統(tǒng)的性能，進(jìn)而制約自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。 1.1.4電磁鐵性能測試的現(xiàn)實(shí)意義 針對(duì)目前電磁鐵廣泛應(yīng)用和電磁鐵測試技術(shù)落后之間的矛盾，如果我們能夠自主研發(fā)出有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電磁鐵測試系統(tǒng)，那么它的意義是不可估量的。 在效益方面:在電磁鐵出廠之前，它可以為電磁鐵提供完善的性能曲線及相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。保證了電磁鐵的質(zhì)量，同時(shí)也為用戶提供了方便。 在社會(huì)方面:目前國內(nèi)尚無成熟地電磁鐵測試系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的研究有助于填補(bǔ)我國在電磁鐵測試技術(shù)研究及產(chǎn)品的空白，對(duì)提高我國自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，提升我國電磁鐵測試技術(shù)的水平都具有重要的意義。 1.2國外和國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)的比較 1.2.1 國外研究動(dòng)態(tài) 通過分析國外電磁鐵產(chǎn)品可以看出，國外電磁鐵測試系統(tǒng)的研究與開發(fā)方面己經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)己有較為成熟的產(chǎn)品投入市場。 德國Zwick公司開發(fā)和生產(chǎn)了額定載荷高達(dá)2000KN的比例電碰鐵測試機(jī)，可以對(duì)多種類型的比例電磁鐵進(jìn)行垂直和水平方向的測試．其功能較為齊全，自動(dòng)化水平也較高，可進(jìn)行 “低”和“標(biāo)準(zhǔn)”兩種等級(jí)的額定載荷分別為1KN和25KN的測試．同時(shí)，Zwick公司還開發(fā)了名為testexpert的通用測試軟件。 日本KYB公司采用電渦流傳感器作為其動(dòng)圈式電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的位移檢測裝置，協(xié)助完 成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了很好的控制精度；申請(qǐng)者提出了一種新型耐高壓電渦流位移傳感器，采用螺管式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓環(huán)境下電機(jī)械轉(zhuǎn)換器的位移檢測。 1.2.2國內(nèi)研究動(dòng)態(tài) 在我國電磁鐵的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)和檢測技術(shù)尚處于起步階段。電磁鐵性能檢測設(shè)備的檢測性能單一、檢測技術(shù)簡單，往往需要幾種設(shè)備、經(jīng)過幾道工序、配合有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)員手工操作才能完成檢測。其缺點(diǎn)是設(shè)備性能低，操作煩瑣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且數(shù)據(jù)可靠性取決于操作者的熟練程度、人為因素較大。但是隨著最近幾年的高速發(fā)展，國內(nèi)的檢測技術(shù)有了明顯的提高。 北京工業(yè)大學(xué)潘立新等人提出的有關(guān)電磁機(jī)構(gòu)中電磁鐵動(dòng)態(tài)吸力特性的測定方案，應(yīng)用電阻應(yīng)變片電測技術(shù)對(duì)ZN4一10/100一16型真空斷路器機(jī)構(gòu)中所用的電磁鐵的動(dòng)態(tài)吸力特性進(jìn)行了測試。其測試原理非常簡單，主要利用了電阻應(yīng)變測試技術(shù):將電阻應(yīng)變片貼在與電磁鐵鐵芯相連的拉桿上，鐵芯運(yùn)動(dòng)時(shí)拉桿受力變形，其變形量由電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成電壓的變化送入動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀從而得到相應(yīng)的應(yīng)變值。 中國煤炭科學(xué)研究院上海分院液壓研究所的楊璐碩士提出一種用“工控機(jī)+數(shù)據(jù)采集卡+傳感器”測試裝置替代傳統(tǒng)的“傳感器+函數(shù)記錄儀”模式，測試程序由Visualc++開發(fā)。剝?cè)囘^程中比例電磁鐵的輸入信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡發(fā)生，傳感器的測試信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡采集輸入到工控機(jī)，工控機(jī)再將剝?cè)嚨玫降牧?、位移或電流信?hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制成相關(guān)的比例電磁鐵性能曲線，測試性能曲線可直接打印。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，測試效率比傳統(tǒng)剝?cè)嚪椒ǜ摺? 1.3選題的研究方法、主要觀點(diǎn)、創(chuàng)新之處 1.3.1 選題的研究方法 （1）文獻(xiàn)研究：通過查閱與本課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，及時(shí)了解本課題的研究進(jìn)程，全面掌握相關(guān)信息，為課題研究提供科學(xué)的論證依據(jù)、研究導(dǎo)向。 （2）觀察：為了了解事實(shí)真相，從而發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。通過現(xiàn)場的觀察，以便能更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)。 （3）行動(dòng)研究：對(duì)于本課題進(jìn)行試驗(yàn)研究，將采用行動(dòng)研究方法，邊實(shí)驗(yàn)，邊總結(jié)，邊推廣。 （4）個(gè)案研究：抓住典型實(shí)例，針對(duì)課題實(shí)施前后其計(jì)算、設(shè)計(jì)與校 （5）網(wǎng)上調(diào)查：利用網(wǎng)絡(luò)的便利性，作相關(guān)查閱與調(diào)查，及時(shí)指導(dǎo)與調(diào)整下步行動(dòng)。 （6）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法是根據(jù)實(shí)踐所提供的事實(shí)，分析概括現(xiàn)象，挖掘現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)材料，并使之上升到理論的高度，以便更好地指導(dǎo)新的實(shí)踐活動(dòng)的一種研究方法。關(guān)鍵是要能夠從透過現(xiàn)象看本質(zhì)，找出實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中的規(guī)律；從而更好地更加理性地改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。 1.3.2 選題的主要觀點(diǎn) 推拉型電磁鐵性能測試臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)采取整體規(guī)劃，統(tǒng)一設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要符合現(xiàn)實(shí)基本規(guī)律。其次設(shè)計(jì)不能太過復(fù)雜拆裝要簡便。測試臺(tái)為了其實(shí)用性所以設(shè)計(jì)不能太過于理想化，能夠在現(xiàn)實(shí)中被很好的應(yīng)用。設(shè)計(jì)的測試臺(tái)測試精度要高，范圍盡量大，測試速度應(yīng)快。 1.3.3 選題的創(chuàng)新之處 電磁鐵的額定值測試可以計(jì)算出額定電流、額定力、額定位移等指標(biāo);電磁鐵的性能包括對(duì)應(yīng)于不同輸入信號(hào)線圈電流輸出和電磁鐵位移以及電磁鐵作用力輸出的特性。具體方法是向控制器輸入不同的電流控制信號(hào)，得到電磁鐵位移以及作用力的變化與線圈電流相對(duì)應(yīng)的情況，以求得電磁鐵的位移輸出、力輸出與線圈電流的線性關(guān)系，即滯環(huán)、非線性度、重復(fù)精度、起始電流等指標(biāo)。在設(shè)計(jì)時(shí)可以用到力傳感器和位移傳感器，這樣能使測試的數(shù)據(jù)比較直觀的表達(dá)出來，不需要進(jìn)行一些不必要的計(jì)算，使本次設(shè)計(jì)達(dá)到既不復(fù)雜，有能夠很好的體現(xiàn)出本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 23 第2章 電磁鐵性能檢測臺(tái)的總體設(shè)計(jì) 2.1 測試需求分析 測試對(duì)象： 直流電磁鐵 電磁鐵技術(shù)指標(biāo)： 力：±100N 電壓：0-30V 行程：±15 外形尺寸：150*φ100*115(長度*直徑*中心高) 電磁鐵性能測試要求： 1、在額定電壓下，電磁鐵吸力與銜鐵行程之間的關(guān)系測量。 2、在額定電壓和負(fù)載情況下，電磁鐵的壽命試驗(yàn)。 3、在銜鐵位置固定的情況下，電磁鐵吸力與電壓之間的關(guān)系測量。 2.2 測試臺(tái)方案的選取 電磁鐵性能測試臺(tái)結(jié)構(gòu)原理如圖2-1： 圖2-1 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 本次設(shè)計(jì)主要是安裝固定步進(jìn)電機(jī)、位移傳感器和力傳感器等測試傳感器、滾珠絲杠和要求被測的電磁鐵，設(shè)計(jì)的主題方案是用步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力元件，用一個(gè)剛性聯(lián)軸器把步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠連接起來，使步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為緩慢的勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠上的導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，以此收集電磁鐵性能測試過程中所需各種數(shù)據(jù)。 根據(jù)以上工作原理能得出以下兩種方案： 方案一：動(dòng)力元件為步進(jìn)電機(jī)。采用滾珠絲杠作為主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，配合滾珠直線導(dǎo)套副，帶動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)采集。? 方案二：動(dòng)力元件為步進(jìn)電機(jī)。采用普通滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。配合滾動(dòng)直線導(dǎo)軌帶動(dòng)滑塊，完成測試數(shù)據(jù)的采集工作。 通過比較可以得出以下結(jié)論：? 滑動(dòng)螺旋：構(gòu)造簡單、傳動(dòng)比大，承載能力高，加工方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖。但是磨損快、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗?大，傳動(dòng)效率低（30~40%）傳動(dòng)精度低。? 滾珠絲杠：傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%），起動(dòng)力矩小，傳動(dòng)靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運(yùn)動(dòng)效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。預(yù)緊后剛度好，定位精度高（重復(fù)定位精度高）。但不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。? 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌：滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而使得動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，有益于提高測試系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。? 滾珠直線導(dǎo)套副：滾珠直線導(dǎo)套副是將滑塊與光軸配合，中間放入鋼球，二者之間的摩擦力很小。隨動(dòng)性較好。結(jié)構(gòu)簡單，制造工業(yè)要求不高，成本適中 。 綜上所述，選擇方案一較好。既能達(dá)到電磁鐵檢測臺(tái)的基本要求，完成試驗(yàn)的結(jié)果。經(jīng)濟(jì)成本又不高。 第3章 動(dòng)力元件的選擇 3.1電機(jī)類型的確定選擇 電機(jī)若按工作原理和結(jié)構(gòu)劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的電磁鐵性能檢測臺(tái)所需電機(jī)轉(zhuǎn)速要求不高，并且需要控制和調(diào)節(jié)。所以，選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力元件是最合適的。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。 3.2 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 步進(jìn)電機(jī)選擇方法一般按照以下步驟進(jìn)行： 先是確定其負(fù)載，然后進(jìn)行步距角的選擇，再對(duì)其靜轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算選擇，然后通過矩頻特征曲線確定電流，根據(jù)電流再對(duì)靜轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修正，以此來對(duì)電機(jī)型號(hào)進(jìn)行確定。只要不進(jìn)電機(jī)的三要素步距角，靜轉(zhuǎn)矩和電流確定了，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定了下來。 1、首先需要判斷有多大的力矩：一般來說，選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)是靜扭矩。負(fù)載比較大時(shí)，需要采用相對(duì)大一點(diǎn)的力矩電機(jī)。力矩越大，電機(jī)的外形也越大。 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度大小的判斷：電機(jī)轉(zhuǎn)速要求高時(shí)，應(yīng)選擇電感相對(duì)小，相電流比較大的電機(jī)，以此來增加輸入功率。 2、靜力矩的計(jì)算與保持轉(zhuǎn)矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：由本設(shè)計(jì)可知電磁鐵測試位移：L=15mm，測試時(shí)間t=5s 由以上數(shù)據(jù)可以得出測試速度： V=L/t=3mm/s=180mm/min 選擇的滾珠絲杠導(dǎo)程：S=5mm 由以上數(shù)據(jù)可以得出滾珠絲杠轉(zhuǎn)速： n=V/S=180/5=36r/min 設(shè)定電磁鐵產(chǎn)生的最大推力為：F推=100N 滾珠絲杠的效率η=90% 由以上數(shù)據(jù)可以得出功率: P== 因此可以得出步進(jìn)電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩： Tmin= 由步進(jìn)電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩，選擇保持轉(zhuǎn)矩為2 N.m的步進(jìn)電機(jī)。 3、力矩與功率換算 ??? 步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： ???? P= Ω·M ???? Ω=2π·n/60 ???? P=2πnM/60 ???? 其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 ???? P=2πfM/400(半步工作） ???? 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) 綜上所述，選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為86BYG250BN-0401。 型號(hào)為86BYG250BN-0401的步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下表3-1所示： 表3-1 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 規(guī)格 型號(hào) 相數(shù) 步距角（°） 相電流 （A） 保持 轉(zhuǎn)矩（N.m） 轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量 （g．cm2） 重量 （Kg） 86BYG250BN-0401 2 0.9/1.8 4.0 5 1200 2.6 第4章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的列舉： 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，有以下幾類： (1)滾珠絲杠(直接連接) 用于距離較短的高精度定位。機(jī)和滾珠絲杠只用聯(lián)軸器連接，沒有間隙。 (2)滾珠絲杠(減速) 選擇減速比，可加大向機(jī)械系統(tǒng)傳遞的轉(zhuǎn)矩。由于產(chǎn)生齒輪側(cè)隙，需要采取補(bǔ)償措施, (3)齒條和小齒輪 用于距離較長的(臺(tái)車驅(qū)動(dòng)等)定位。小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈包含了π值，因此需要修正。 (4)同步皮帶(傳送帶) 與鏈條比較，形態(tài)上的自由度變大。主要用于輕載。皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的移動(dòng)量中包含π值，因此需要修正。 (5)鏈條驅(qū)動(dòng) 多用于輸送線上。必須考慮鏈條本身的伸長并采取相應(yīng)的措施。在減速比比較大的狀態(tài)下使用，機(jī)械系統(tǒng)的移動(dòng)速度小。 以上用于機(jī)械系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)要考慮的因素： ①減速比 為了有效利用伺服電機(jī)的功率，應(yīng)在接近電機(jī)的額定速度(最高旋轉(zhuǎn)速度)數(shù)值的范圍使用。在最高旋轉(zhuǎn)速度下連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩，還是比額定轉(zhuǎn)矩小。 ②預(yù)壓轉(zhuǎn)矩 對(duì)絲杠加預(yù)壓力，剛性增強(qiáng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩值增大。 由預(yù)壓產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩，請(qǐng)參照滾珠絲杠規(guī)格書。 ③保持轉(zhuǎn)矩 升降機(jī)械在停止時(shí)，伺服電機(jī)繼續(xù)輸出保持力。 在時(shí)間充裕的場合，建議使用保持制動(dòng)。 4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 4.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的確定 推拉型電磁鐵的性能檢測臺(tái)，速度方面要求是慢速度的，而精度要求高，所以用短距離的機(jī)械傳動(dòng)比較合適。故選擇滾珠絲杠（直接連接）作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較合適。 4.2.2 滾珠絲杠的概念 滾珠絲杠由滾珠、螺桿、螺母組成。它能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，滾珠螺絲發(fā)展而來的，該發(fā)展的意義就是能將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 作為精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，它的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，有著高效、高精度和不錯(cuò)可逆性的特點(diǎn)。 滾珠絲桿常用的循環(huán)方式有2種：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。 （1）內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 （2）外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。常用外循環(huán)方式(a)端蓋式；（b）插管式；（c）螺旋槽式。端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進(jìn)入回程管，形成循環(huán)。插管式，它用彎管作為返回管道，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。 4.2.3滾珠絲杠的型號(hào)的選取 （1）參數(shù)確定的流程： 第一步：確定設(shè)計(jì)的定位、傳動(dòng)精度要求； 第二步：根據(jù)電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求確定絲桿的導(dǎo)程； 第三步：確定螺母的尺寸進(jìn)而確定行程及絲桿軸端的數(shù)據(jù)； 第四步：通過負(fù)載及速度分布（加減速）來確定平均軸向力的轉(zhuǎn)速； 第五步：平均軸向力確定預(yù)壓力； 第六步：根據(jù)預(yù)期壽命、軸向負(fù)荷、轉(zhuǎn)速確定動(dòng)額定負(fù)荷； 第七步：基本額定負(fù)荷，導(dǎo)程，臨界轉(zhuǎn)速，DmN值限制確定絲桿外徑及螺母形式； 第八步：外徑，螺母，預(yù)壓，負(fù)荷確定剛性； 第九步：環(huán)境溫度，螺母總長確定熱變及積累導(dǎo)程； 第十步：絲桿剛性，熱變位確定預(yù)拉力； 第十一步：最終確定絲桿的參數(shù)。 （2）公稱直徑的選擇 ： 公稱直徑即絲杠的外徑，常見規(guī)格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120。公稱直徑和負(fù)載基本成正比，直徑越大的負(fù)載越大，這里只說明兩個(gè)概念：動(dòng)額定負(fù)荷與靜額定負(fù)荷，前者指運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的額定軸向負(fù)載，后者是指靜止?fàn)顟B(tài)下的額定軸向負(fù)載。設(shè)計(jì)時(shí)參考前者即可。需要注意的是，額定負(fù)荷并非最大負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值越小，絲杠的理論壽命越高。推薦：直徑盡量選16~63。 （3）導(dǎo)程的選取： 導(dǎo)程也稱螺距，即螺桿每旋轉(zhuǎn)一周螺母直線運(yùn)動(dòng)的距離，常見導(dǎo)程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小導(dǎo)程現(xiàn)貨產(chǎn)品一般只有5、10，大導(dǎo)程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位數(shù)前兩位指直徑，后兩位指導(dǎo)程）。導(dǎo)程與直線速度有關(guān)，在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下，導(dǎo)程越大速度越快。推薦：導(dǎo)程盡量選5和10。 （4）長度的選?。? 長度有兩個(gè)概念，一個(gè)是全長，另一個(gè)是螺紋長度。螺紋長度中也有兩個(gè)部分，一個(gè)是螺紋全長，一個(gè)是有效行程。前者是指螺紋部分的總長度，后者是指螺母直線移動(dòng)的理論最大長度，螺紋長度=有效行程+螺母長度+設(shè)計(jì)裕量。在設(shè)計(jì)繪圖時(shí)，絲杠的全長大致可以按照一下參數(shù)累加：絲杠全長=有效行程+螺母長度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長度（軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動(dòng)力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一半+裕量）。推薦：長度盡量選6米以下，超過的用齒輪齒條更劃算了。 （5）螺母形式的確定： 各廠家的產(chǎn)品樣本上都會(huì)有很多種螺母形式，一般型號(hào)中的前幾個(gè)字母即表示螺母形式。按法蘭形式分大約有圓法蘭、單切邊法蘭、雙切邊法蘭和無法蘭幾種。按螺母長度分有單螺母和雙螺母。在安裝尺寸和性能允許的情況下，設(shè)計(jì)者在選用時(shí)應(yīng)盡量選擇常規(guī)形式，以避免維護(hù)時(shí)備件的貨期問題。推薦：頻繁動(dòng)作、高精度維持場合選雙螺母，其他場合選雙且邊單螺母。推薦：螺母形式盡量選內(nèi)循環(huán)雙切邊法蘭單螺母。 （6）精度的選?。? 滾珠絲杠按GB分類有P類和T類，即傳動(dòng)類和定位類，精度等級(jí)有1、2、3、4.....一般來說，通用機(jī)械或普通數(shù)控機(jī)械選C7（任意300行程內(nèi)定位誤差±0.05）或以下，高精度數(shù)控機(jī)械選C5（±0.018）以上C3（±0.008）以下，光學(xué)或檢測機(jī)械選C3以上。特別需要注意的是，精度和價(jià)格關(guān)聯(lián)性很大，并且，精度的概念是組合和維持，也就是說，螺桿的導(dǎo)程誤差不能說明整套絲杠的誤差，出廠精度合格不能說明額定使用壽命內(nèi)都維持這個(gè)精度。推薦：精度盡量選C7。 (7)額定動(dòng)載荷的選?。? 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)時(shí)一般按額定動(dòng)載荷來確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。額定動(dòng)載荷是指，一批規(guī)格相同的滾珠絲杠經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)一百萬萬次后，90％的絲杠副不產(chǎn)生疲勞剝傷（點(diǎn)蝕）時(shí)的軸向載荷。 在實(shí)際運(yùn)行中額定動(dòng)載荷值可按下式計(jì)算： 式中：fh為壽命系數(shù)，按滾珠絲杠預(yù)期壽命選定； fd為載荷性質(zhì)系數(shù)，按工作載荷性質(zhì)選??； fH為動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)，按滾珠及滾道表面硬度選?。? fn為轉(zhuǎn)速系數(shù)，按絲杠平均轉(zhuǎn)速nd選??； pd為平均軸向載荷。 在計(jì)算出額定載荷后，可按額定載荷從樣本中選取滾珠絲杠的公稱直徑和型號(hào)。 （8）滾珠絲杠副的安裝： 滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。 在絲桿旋轉(zhuǎn)類的滾珠絲桿副主要有以下四種支承形式。 “固定—固定”型：K2=4 此種型號(hào)適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的場合。此形式兩斷分別由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，負(fù)荷由兩組軸承副共同承擔(dān)。但實(shí)際中由于徑向力的存在幾乎很少能用兩個(gè)推力軸承作為固定端，所以一般僅在定位要求很高時(shí)采用。 圖4-1 “固定—固定”型 “固定—游動(dòng)”型：K2=2 此種型號(hào)適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由單個(gè)軸承約束徑向自由度，負(fù)荷由一對(duì)軸承副承擔(dān)。這種形式結(jié)構(gòu)簡單，效果比較好，所以應(yīng)用的比較廣泛。 圖4-2 “固定—游動(dòng)”型 “支承—支承”型：K2=1 此種型號(hào)適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場合。該形式兩斷分別設(shè)有一個(gè)軸承，分別承受徑向力和單方面的軸向力，隨負(fù)荷的變化，分別由2個(gè)軸承單獨(dú)承擔(dān)某一方向的力。由于支承點(diǎn)隨受力方向變化，定位可控性比較低，受力情況較差，所以應(yīng)用的比較少。 “固定—自由”型：K2=0.25 此種型號(hào)適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長度短的場合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，另一端懸空呈自由狀態(tài)，負(fù)荷由同一對(duì)軸承副承擔(dān)，并且需要克服絲桿回轉(zhuǎn)離心力造成的彎矩。此種形式結(jié)構(gòu)簡單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低的情況下也經(jīng)常用到。 圖4-3 “固定—自由”型 綜上所述，選擇的滾珠絲桿型號(hào)為SF2005-4。安裝形式為“固定—游動(dòng)”型。 型號(hào)為SF2005-4的滾珠絲桿的技術(shù)數(shù)據(jù)如下表4-1所示： 表4-1 滾珠絲桿技術(shù)數(shù)據(jù) 絲杠 型號(hào) 公稱 直徑 導(dǎo)程（mm） 鋼球 直徑 （mm） 循環(huán) 圈數(shù) 額定載荷（Kgf） 動(dòng)載荷Ca 靜載荷Co SF2005-4 20 5 3.175 4 1130 2380 第5章 傳感器的選擇 5.1傳感器的概念 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、 記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置， 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。 可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，傳感器分類可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ： 傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。 5.2傳感器選擇 電磁鐵性能檢測臺(tái)是通過向控制器輸入不同的電流控制信號(hào)，得到電磁鐵位移以及作用力的變化與線圈電流相對(duì)應(yīng)的情況，以求得電磁鐵的位移輸出、力輸出與線圈電流的線性關(guān)系，即滯環(huán)、非線性度、重復(fù)精度、起始電流等指標(biāo)。所以，要完成試驗(yàn)的要求，就需要位移傳感器和力傳感器。 5.2.1 位移傳感器的選擇 位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，位移傳感器超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。 電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。 在試驗(yàn)臺(tái)中，測試的是電磁鐵的直線運(yùn)動(dòng)距離，所以，這里需要直線位移傳感器。直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測量結(jié)果。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的電磁鐵性能測試行程為15mm±0.5mm，所以選擇W-DC系列中的W-DCD15、W-DCS7.5位移傳感器 W-DCD15、W-DCS7.5位移傳感器技術(shù)指標(biāo)： （1）量程：15、±10mm （2）精度等級(jí)：0.5％ （3）供電電壓：9V-24V，±15V等 （4）輸出：0-5V，4-20mA等 （5）動(dòng)態(tài)頻率：0-200Hz 表5-1 W-DC系列傳感器尺寸表 型號(hào) A(mm) B（mm） C(mm) D(mm) E(mm) 最小 最大 W-DCD15、W-DCS7.5 178 30 80 15 Φ26 M5 5.2.2 力傳感器的選擇 力傳感器簡單來說就是能感受外力并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。其主要類別有： 1、應(yīng)變管式 又稱為應(yīng)變筒式。此種傳感器的機(jī)構(gòu)簡單。制造方便，在火箭彈，炮彈和火炮的動(dòng)態(tài)壓力測量方面有廣泛的應(yīng)用。 2、膜片式： 3、組合式 本次設(shè)計(jì)的電磁鐵性能檢測臺(tái)用來測試力要求精度比較高，通過綜合考慮決定用S型傳感器SE來測量電磁鐵力的大小。此種傳感器外形較好，可以承受很大的拉壓力，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，互換性好，在載荷作用下彈性體的體積變化小，所以具有優(yōu)良的自然線性度。并且能夠方便的設(shè)計(jì)為拉、壓兩用傳感器。 第6章 其他零部件的設(shè)計(jì) 6.1 導(dǎo)套副類型的確定 滾珠直線導(dǎo)套副是由導(dǎo)套軸、導(dǎo)套滑座（包括直線運(yùn)動(dòng)球軸承和直線運(yùn)動(dòng)球軸承支承座）和導(dǎo)套軸支承座組成的直線導(dǎo)向部件。按結(jié)構(gòu)形式分為開放式和封閉式兩類，開放式均可調(diào)隙，封閉式又可分為可調(diào)隙型和不可調(diào)隙型兩種。由于其結(jié)構(gòu)簡單、摩擦系數(shù)?。ㄖ挥?0.001～0.004）、壽命長等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化設(shè)備、測量儀器、印刷包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、制藥機(jī)械、玻璃機(jī)械以及其他需要直線導(dǎo)向的領(lǐng)域。 滾珠直線導(dǎo)套副分為開放式滾珠直線導(dǎo)套副（GTA）和封閉式滾珠直線導(dǎo)套副(GTB)。 GTA型開放滾動(dòng)直線導(dǎo)套副如圖6-1： 圖6-1 GTA型 ?GTB型閉式滾動(dòng)直線導(dǎo)套副如圖6-2： 圖6-2 GTB型 滾珠直線導(dǎo)套副的選用和計(jì)算： 1、計(jì)算載荷：滾珠直線導(dǎo)套副主要用于直線導(dǎo)向，不能承受導(dǎo)套軸圓周方向的扭矩。在選用時(shí)，需對(duì)受力狀態(tài)、受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，還需對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的受力變化對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行評(píng)估。 2計(jì)算額定壽命：滾珠直線導(dǎo)套副壽命的衡量標(biāo)準(zhǔn)為：在允許的環(huán)境條件中，在承受負(fù)載等于額定動(dòng)載荷（KN）的情況下，連續(xù)直線運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到50Km（基準(zhǔn)行程壽命）時(shí)有95%（基準(zhǔn)可靠度）不產(chǎn)生材料疲勞破壞。 由此可得滾珠直線導(dǎo)套副的額定行程壽命L為： L=?(Km) 其中，C：導(dǎo)套滑座的額定動(dòng)載荷，參見“滾珠直線導(dǎo)套副的系列參數(shù)”，（KN） 　　 Pc：計(jì)算載荷，（KN） Ft：溫度系數(shù)，見表6-1： 表6-1 Ft：溫度系數(shù) 工作溫度（℃） ≤100 ＞100-150 ＞150-200 ＞200-250 ft 1.00 0.90 0.73 0.60 Fc:接觸系數(shù)，見表6-2： 表6-2 Fc：接觸系數(shù) 每根導(dǎo)套軸上的導(dǎo)套滑座個(gè)數(shù) 1 2 3 4 5 fc 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61 fh：硬度系數(shù)， HRC58為基準(zhǔn)硬度，低于HRC58時(shí)額定動(dòng)載荷銳減。 通常滾珠直線導(dǎo)套副的硬度為HRC58，故取fh=1 Fw:載荷系數(shù)，見表6-3： 表6-2 Fw：載荷系數(shù) 工作條件 無外部沖擊和振動(dòng) 速度≤15m/min 無明顯沖擊和振動(dòng) 速度＞15-60m/min 有外部沖擊或振動(dòng) 速度＞60m/min fw 1.0-1.5 1.5-2.0 2.0-3.5 當(dāng)行程的長度已定，滾珠直線導(dǎo)套副的額定時(shí)間壽命Lh為： 　　Lh=?(h) 其中，l：工作單行程長度(m) 　　　　 n：每分鐘往復(fù)次數(shù) 　　　　 L：額定行程壽命(Km) 綜上所述，本設(shè)計(jì)應(yīng)選擇封閉式滾珠直線導(dǎo)套副（GTB），選擇的型號(hào)是GTBt25。 封閉式滾珠直線導(dǎo)套副GTBt25的技術(shù)參數(shù)： 額定動(dòng)載荷C：870N； 額定靜載荷CO：1560N。 6.2 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的選擇主要是考慮所需傳遞軸的轉(zhuǎn)速高低，載荷的大小，被連接的兩個(gè)部件間的安裝精度，回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性以及價(jià)格等方面。具體選擇的時(shí)候可以考慮以下幾點(diǎn)： 1、 有時(shí)候聯(lián)軸器在制造以及安裝，或者受載變形和溫度的變化時(shí)，可能會(huì)難以保持兩軸之間嚴(yán)格精確的對(duì)準(zhǔn)。如存在一些X、Y方向的位移和偏斜角CI等。當(dāng)徑向位移比較大的時(shí)候，可以選擇滑塊聯(lián)軸器。香蕉的兩軸連接或者角位移比較大的時(shí)候，可以選用萬向聯(lián)軸器。當(dāng)工作中兩軸產(chǎn)生比較大的附加相對(duì)位移時(shí)，則應(yīng)該選用撓性聯(lián)軸器。 2、 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和離心力的大小也會(huì)影響其選擇。對(duì)于高速的傳動(dòng)軸，應(yīng)該選用平衡精度較高的聯(lián)軸器。 3、 聯(lián)軸器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖的功能要求也應(yīng)適當(dāng)考慮。對(duì)于大功率的重載傳動(dòng)，可以選用齒式的聯(lián)軸器。對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或者要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可以選用輪胎式的聯(lián)軸器。 因?yàn)榻^大多數(shù)的聯(lián)軸器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以設(shè)計(jì)者的任務(wù)一般是選用而不是去設(shè)計(jì)。在選用時(shí)，轉(zhuǎn)矩的大小是一個(gè)比較重要的參數(shù)。 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下： 已知電磁鐵測試位移：L=15mm 設(shè)定測試完成時(shí)間：t=5s 所以，測試速度 V=L/t=3mm/s=180mm/min 選用滾珠絲杠導(dǎo)程：S=5mm 所以，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速為 n=V/S=180/5=36r/min 設(shè)定最大電磁鐵產(chǎn)生推力：F推=300N 滾珠絲杠效率η=90% 故，功率P== 所以，聯(lián)軸器所需轉(zhuǎn)矩 T= 由聯(lián)軸器所需轉(zhuǎn)矩以及一些其他需要注意的，本次設(shè)計(jì)選用圓錐銷套筒聯(lián)軸器。 選用的圓錐銷套筒聯(lián)軸器尺寸如圖6-3： 圖6-3 圓錐銷套筒聯(lián)軸器 圓錐銷套筒聯(lián)軸器的技術(shù)參數(shù)如下： （1） 圓錐銷規(guī)格：GB/T 117-2000 3×22； （2） 許用轉(zhuǎn)矩：7.5N.m； （3） 軸孔直徑：12mm； （4） 重量：0.09Kg。 6.3 軸承的選擇 由上文中選擇滾珠絲杠的時(shí)候就已經(jīng)確定好滾珠絲桿的支撐方式采用“固定—游動(dòng)”型。所以在固定端將兩個(gè)止推軸承安裝在一起，作為固定的支承，而在另一端因?yàn)槭怯蝿?dòng)的支承，所以當(dāng)絲杠受熱膨脹時(shí)，可以自由的伸長，并且不會(huì)引起絲杠的撓曲。所以本次設(shè)計(jì)的軸承選用IBC 7003C角接觸球軸承。 IBC 7003C角接觸球軸承技術(shù)參數(shù)： （1） 內(nèi)徑d：17mm （2） 外徑D：35mm （3） 厚度：10mm 6.4 余下零件設(shè)計(jì) 余下零件的設(shè)計(jì)及其技術(shù)參數(shù)，詳情見圖紙。 第7章 總結(jié) 本次課題主要是設(shè)計(jì)電磁鐵性能測試臺(tái)的機(jī)械部分，為以后電磁鐵性能測試提供了一個(gè)基礎(chǔ)，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 在本次設(shè)計(jì)過程中，各種資料和文獻(xiàn)的查找讓我對(duì)電磁鐵有了一定的了解，并且對(duì)我這四年來在學(xué)校學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的梳理，讓我對(duì)一些知識(shí)有了更加深刻的了解，更加讓我感覺到在大學(xué)四年中學(xué)到的知識(shí)的重要性。 由于時(shí)間的限制，本次設(shè)計(jì)并沒有做出實(shí)物，也沒有對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試。做為一個(gè)設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該充分的考慮各個(gè)方面帶來的影響，使設(shè)計(jì)有很好的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。從本次設(shè)計(jì)，個(gè)人感覺本人對(duì)電磁鐵的研究還不夠深入，還有許多值得我們?nèi)ニ伎嫉牡胤?，如本次設(shè)計(jì)對(duì)電磁鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒進(jìn)行研究，測試臺(tái)的結(jié)構(gòu)還能進(jìn)行優(yōu)化等。 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，在毛美姣老師的悉心指導(dǎo)下。無論是在計(jì)算方面還是在畫圖方面，毛老師都給予了我極大的幫助。在設(shè)計(jì)將完成時(shí)，毛老師也悉心幫助指出設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)我影響深刻。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，小組同學(xué)也給予了我大量的指導(dǎo)，讓我受益匪淺。他們很熱心為我解決一些問題，讓我深深的感激。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我得以重新梳理了一遍以前所學(xué)的各種專業(yè)知識(shí)，讓我更加深刻的了解了知識(shí)的重要性。感謝能獲得這么一次機(jī)會(huì)。 參考文獻(xiàn) [1]王永華.現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社社 [2]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M.機(jī)械工業(yè)出版社] [3]黃賢武，鄭筱霞 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