齒輪性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)含9張CAD圖,齒輪,性能,機(jī)能,綜合,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì),cad 齒輪性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) Gear Performance Test-bed 摘 要 本文開(kāi)發(fā)了一種齒輪綜合性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要的形成部分為 測(cè)控系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)，在這之中，傳感器，信號(hào)調(diào)整器，信號(hào)的精確采集控制和單 片機(jī) 【3】 為測(cè)控系統(tǒng)的主要形成部分。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，軸承的緊固機(jī)構(gòu)，增速器機(jī)構(gòu)， 傳感器的緊固機(jī)構(gòu)，磁感制動(dòng)器，加載裝置，交流變電機(jī)，帶輪系統(tǒng)，聯(lián)軸器，力距 傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)砝碼為機(jī)械系統(tǒng)的主要形成部分。通過(guò)不斷改變標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量，并 且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持一致的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)磁感制動(dòng)器的不斷更改并測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、 輸出與輸入，然后依據(jù)事先輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的分組參數(shù)做出產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的判斷。本 系統(tǒng)是較為典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：齒輪 傳感器 砝碼 系統(tǒng) ABSTRACT This task had developed a sort of the gear integration capability test-bed system. This test-bed had two kinds mostly components: mechanism system and measure controlling system. The mechanism mostly include: gear transmission framework, fasten framework of the sensor, fasten framework of bearing, speed up framework, loading epuipment, magnetic induction arrestor, strap wheel, altering electrical motor, join axis organ, wrest sensor, poise. The measure controlling setting and SCM. This system using load to a certainty molar poise at the circumstance of electromotor rotate speed has been defined, via altering magnetic induction arrestor to survey the display of data 、storage and output and also according input the computer grouping parameter to carry through judgaent of production quality. This system is a typical mechatronics system. Keywords: Gear Ensor Poise System I 目 錄 緒 論 .1 第一章 設(shè)計(jì)概況 .3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .3 1.1.1 齒輪傳動(dòng)精度的影響 .3 1.1.2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲分析 .3 1.1.3 潤(rùn)滑對(duì)齒輪失效的影響 .4 1.1.4 分析齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 .5 1.2 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容 .6 第二章 系統(tǒng)的總體方案 .7 2.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成和控制原理 .7 2.2 機(jī)械系統(tǒng)的工作原理 .8 第三章 機(jī)械結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì) .9 3.1 齒輪設(shè)計(jì) .9 3.1.1 直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì) .9 3.1.2 斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì) .12 3.2 帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算 .15 3.3 溫度傳感器 .17 第 四章 電氣系 統(tǒng)設(shè)計(jì) .19 4.1 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 .19 4.2 電氣系統(tǒng)的基本組成 .19 4.2.1 單片機(jī) .19 4.2.2 地址鎖存器 .20 4.2.3 程序存儲(chǔ) .20 4.2.4 數(shù) 據(jù)存儲(chǔ) .20 4.2.5 并行接口 8255.21 4.2.6 磁感制動(dòng)器 .21 4.2.7 變頻器 .22 4.2.8 扭矩傳感器 .22 4.2.9 溫度傳感器 .22 4.3 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .23 4.4 程序設(shè)計(jì) .23 4.4.1 軟件完成的主要內(nèi)容 .23 4.4.2 程序設(shè)計(jì)技術(shù) .24 4.4.3 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 .24 結(jié) 論 .26 參考文獻(xiàn) .27 致 謝 .28 1 緒 論 隨著科技的進(jìn)步，人類(lèi)的生活日新月異。只有順應(yīng)科技的脈搏，才能創(chuàng)造更高的 生產(chǎn)力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)財(cái)富，增強(qiáng)國(guó)家的綜合實(shí)力，提高國(guó)際聲望。所以現(xiàn)在迫切 需要我們開(kāi)發(fā)出尖端的科技產(chǎn)品以及學(xué)會(huì)如何改進(jìn)它們。這需要我們?cè)谌粘Ｉ钪型?掘出潛在的有用的東西來(lái)進(jìn)行更深的研究和開(kāi)發(fā)。例如，此次課題所設(shè)計(jì)的齒輪性能 綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)就是科研產(chǎn)品中一個(gè)極其實(shí)用的產(chǎn)物。本次設(shè)計(jì)的齒輪性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)集 機(jī)電于一體，并且安裝有不同形狀和精度的齒輪，利用扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度等等傳感器 進(jìn)行跟蹤采集以及現(xiàn)場(chǎng)大數(shù)據(jù)的跟蹤處理，并且對(duì)它的綜合性能進(jìn)行多個(gè)方面測(cè)試 【1】 。 截至目前為止，我國(guó)有許多技術(shù)成熟的機(jī)械裝備制造企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)單位，例如： 陜西法士特公司以及上海汽車(chē)齒輪總廠，已經(jīng)完成汽車(chē)和摩托車(chē)專(zhuān)用齒輪、工程機(jī)械 齒輪變速器、工業(yè)齒輪變速箱和農(nóng)業(yè)機(jī)械齒輪等，消化并引進(jìn)了各式各樣產(chǎn)品,比如說(shuō) 齒輪和特殊的齒輪傳動(dòng),齒輪專(zhuān)用的設(shè)備等,這種現(xiàn)象已經(jīng)成為近十年來(lái)我國(guó)齒輪傳動(dòng) 制造業(yè)發(fā)生飛躍式發(fā)展標(biāo)志。 1.手動(dòng)汽車(chē)變速箱 (包含微型、輕型、中型以及重型),汽車(chē)變速箱、摩托車(chē)變速箱、 工程機(jī)械變擋變速箱,以及大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械變速傳動(dòng)的配套大多數(shù)都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造, 并且滿(mǎn)足主機(jī)制造商所需要達(dá)到的標(biāo)椎,目前已經(jīng)有部分齒輪和變速箱做到了出口國(guó)外。 在汽車(chē)自動(dòng)變速器方面，仍受進(jìn)出口產(chǎn)品的控制。 2. 在車(chē)輛傳動(dòng)方面，直齒齒輪、主動(dòng)及被動(dòng)螺旋齒輪和車(chē)輪減速器，絕大多數(shù)能 夠確切滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)規(guī)定的配套標(biāo)準(zhǔn)，傳動(dòng)行業(yè)以及錐齒輪行業(yè)正在以東風(fēng)轎車(chē)為代表， 快速的發(fā)展進(jìn)步和重整，而且已經(jīng)看到了顯著的發(fā)展和蛻變。 3. 在工業(yè)通用的齒輪箱這一方面，更是以 SEW 為代表的很多外資企業(yè)的正式入 駐，使得中國(guó)工業(yè)通用齒輪箱企業(yè)得到新生。為了讓產(chǎn)品更具模塊化與系統(tǒng)化，質(zhì)量 及技術(shù)水平的提高，通過(guò)五年不間斷的發(fā)展，終于形成可以與許多國(guó)際品牌針?shù)h相對(duì) 的實(shí)力。目前一部分由中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)輕松達(dá)到國(guó)際所把控的標(biāo)準(zhǔn)，并且許 多產(chǎn)品已經(jīng)可以出口西歐各國(guó)。 4. 在重載齒輪傳動(dòng)的制造方面，國(guó)內(nèi)擁有許多代表型企業(yè)力量，例如：重慶齒輪 箱廠、南京高精度齒輪有限公司、鄭州機(jī)械研究單位、沈陽(yáng)礦山減速機(jī)股份有限公司 公司、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)等等。在國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)與學(xué)習(xí)中，更是為我國(guó)大型 配套設(shè)備以及船舶工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展發(fā)展做出了前所未有的巨大貢獻(xiàn)。 5. 在比較特殊和專(zhuān)用車(chē)輪的傳動(dòng)方面，我們舉例說(shuō)明，比如各種非圓齒輪、塑料 齒輪、小模數(shù)的齒輪以及粉末冶金齒輪等一些比較特殊的齒輪，現(xiàn)在為止我國(guó)還欠缺 2 可以獨(dú)當(dāng)一面的企業(yè)，各企業(yè)可以被挖掘出來(lái)的技術(shù)力量還在發(fā)展之中。 6. 在專(zhuān)用的齒輪設(shè)備方面，過(guò)去的五年時(shí)間里民營(yíng)企業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，難以想 象，但國(guó)有企業(yè)的發(fā)展似乎沒(méi)有那么理想，并沒(méi)有得到快速且穩(wěn)定的進(jìn)步和提升。另 外，在設(shè)備的可靠性指標(biāo)的嚴(yán)格規(guī)定下，一大部分國(guó)有齒輪設(shè)備制造企業(yè)的發(fā)展和自 我提升較慢，所以導(dǎo)致了在齒輪行業(yè)中一些精密的加工設(shè)備和儀器多數(shù)還需從國(guó)外進(jìn) 口。但有一部分公司和企業(yè)成為設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的曙光，比如說(shuō)：重慶的重慶機(jī)床廠和南 京的南京第二機(jī)廠所研制的數(shù)控機(jī)床；秦川第三機(jī)床廠所研制的專(zhuān)用齒輪蝸桿磨齒機(jī); 天津元昊公司的數(shù)控螺旋錐齒輪專(zhuān)用切割機(jī)對(duì)外的批量供貨等等。種種我們歷歷在目 的改變，足以證明我國(guó)在齒輪行業(yè)做到的不斷創(chuàng)新和突破為我國(guó)在齒輪行業(yè)的自主技 術(shù)研究帶來(lái)了不容忽視的希望。 盡管前景令人振奮，但專(zhuān)家也指出。與歐洲、美國(guó)、日本相比，我國(guó)裝備產(chǎn)業(yè)還 存在一定差距，主要表現(xiàn)為自主創(chuàng)新能力不足，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)緩慢。例如，汽車(chē)專(zhuān)用的 自主變速器還需從國(guó)外進(jìn)口，被國(guó)外技術(shù)所壟斷; 關(guān)于比較特殊和專(zhuān)用車(chē)輪的傳動(dòng)技 術(shù)，國(guó)內(nèi)暫時(shí)沒(méi)有做到技術(shù)的領(lǐng)先，并且沒(méi)有企業(yè)可以做到領(lǐng)頭作用。塑料齒輪的使 用在國(guó)外已經(jīng)成為常見(jiàn)現(xiàn)象，但在我國(guó)似乎沒(méi)有得到過(guò)高的地位和重視，更是遜色與 世界普遍水平;對(duì)于國(guó)內(nèi)的齒輪設(shè)備和技術(shù)的整體水平與日本乃至西方各國(guó)依舊有一段 不小的差距，較為突出的方面表現(xiàn)在自動(dòng)化產(chǎn)品和許多較為高端產(chǎn)品的匱乏，絕大多 數(shù)先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)精密加工設(shè)備還需從國(guó)外進(jìn)口。除了上述的種種，一些其他的問(wèn)題也值 得我們重視，比如企業(yè)的管理層無(wú)序薄弱、信息收集速度慢、其他的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和員 工的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)等。 3 第一章 設(shè)計(jì)概況 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示、輸入和輸出，然后針對(duì)在此之前輸入到計(jì)算機(jī)的分組參數(shù)， 來(lái)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能做出專(zhuān)業(yè)評(píng)估和判斷。 經(jīng)過(guò)制動(dòng)磨合、增重或減重來(lái)調(diào)整軸承的間隙與進(jìn)行齒輪精度測(cè)試，進(jìn)而得到實(shí) 時(shí)采集到扭矩、速度、溫度、噪聲、壓力等傳感器有關(guān)數(shù)據(jù)然后進(jìn)行處理。同時(shí)把多 通道傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)串口、并口的時(shí)候進(jìn)行數(shù)據(jù)的跟蹤采集并嘗試找到抗干擾的方法。 1.1.1 齒輪傳動(dòng)精度的影響 在齒輪的制備時(shí)，由于考慮到刀具與齒輪坯在機(jī)床中會(huì)有一定的誤差性安裝，這 里包括刀具與機(jī)床在制造時(shí)引起的誤差和在加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)等原因，其成品也會(huì)存 有一定的誤差。假如誤差偏大以及精度不足，那么會(huì)對(duì)其傳動(dòng)質(zhì)量以及承載能力產(chǎn)生 一定的干擾。然而假如精度要求偏高，那么加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些阻礙，增加制造所需成 本。所以，依據(jù)齒輪的實(shí)際工作情況，判斷齒輪的精度需要是非常重要的。 我國(guó) GB10095-88 中，漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪設(shè)定了 12 個(gè)精度層次，由第一級(jí)至第十二 級(jí)逐步降低。其精度的等級(jí)評(píng)估一般情況下將傳動(dòng)工況以及傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)速和別的經(jīng) 濟(jì)技術(shù)要求為依據(jù)進(jìn)行。但 6 級(jí)是一個(gè)相對(duì)高精度的等級(jí)，可以應(yīng)用于高速、分度等 較高需求的齒輪傳動(dòng)，一般的機(jī)械大多使用 78 級(jí)，低齒輪精度能夠選取 912 級(jí)。 齒輪精度等級(jí)的各個(gè)公差通過(guò)運(yùn)動(dòng)精度,傳動(dòng)穩(wěn)定以及載荷分布均勻性這幾個(gè)指標(biāo) 進(jìn)行劃分,將其設(shè)定為幾個(gè)公差組,即公差組、公差組,寬容。一般情況下能夠選 取精度等級(jí)一致的公差組，然而亦可以通過(guò)使用要求不一致來(lái)選取精度等級(jí)不一致的 公差組。第公差等級(jí)精度等級(jí)的選取 6 9 詳細(xì)內(nèi)容展示在下圖,第公差組一般情 況下要大于第公差精度等級(jí)，第和第公差組可以參考手冊(cè)來(lái)確定其準(zhǔn)確性。 齒輪傳動(dòng)側(cè)面的縫隙能夠表示在嚙合傳動(dòng)時(shí)齒輪的工作齒廓相互接觸時(shí)，基本圓 柱的內(nèi)共段面上的非工作因廓之間的最小距離。對(duì)側(cè)隙進(jìn)行限制要求，能夠避免齒輪 由于制造和安裝產(chǎn)生的誤差、熱膨脹和軸承變形等干擾作用下產(chǎn)生問(wèn)題。較為合理的 中心距極限偏差和齒厚極限偏差能夠確保較為合理的側(cè)面間隙。齒輪副的實(shí)際中心距 與其齒輪厚度兩者之間存在明顯的負(fù)比例關(guān)系，其和側(cè)隙值間為正比例關(guān)系 【2】 。 4 1.1.2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲分析 在傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟中我們大部分更為重視功能和工作可行性，幾乎不 去注重整體機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音。然而，因?yàn)槿藗儗?duì)舒適的工作以及良好的生 活環(huán)境的需求性的持續(xù)提升，噪聲弊端變得越來(lái)越突出。 因此想要從設(shè)計(jì)的最初就達(dá)到使齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)的噪聲降低多個(gè)檔次目 的，首要任務(wù)是了解齒輪系統(tǒng)噪聲的具體類(lèi)型以及產(chǎn)生的理由。 在齒輪系統(tǒng)中，因?yàn)槠涔ぷ鲿r(shí)所引起的噪聲具有多樣化，暫時(shí)可以將其歸為兩個(gè) 類(lèi)，自鳴噪聲和加速噪聲。而在齒輪做嚙合動(dòng)作時(shí)，會(huì)形成較強(qiáng)的沖擊，使其瞬間具 有比較高加速度，從而促使四周介質(zhì)的連續(xù)震動(dòng)。這類(lèi)干擾形成的聲輻射就被定義為 齒輪的加速度噪聲。此外考慮到齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力的干擾，系統(tǒng)的不同位置均能振動(dòng)， 從而構(gòu)成的聲輻射就是自鳴噪聲。 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)里加速度的噪聲源自齒輪齒之間的相互沖擊，其中自鳴噪聲源自輪 體以及傳動(dòng)軸這兩部分。假如其為封閉式齒輪傳動(dòng)，加速度噪聲一方面會(huì)干擾齒輪箱 中的潤(rùn)滑油以及所存在的空氣，緊跟其后的在齒輪箱中有所體現(xiàn)。鳴噪聲會(huì)產(chǎn)生一方 面是因?yàn)辇X輪機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸時(shí)造成的振動(dòng)所導(dǎo)致，通常用其經(jīng)過(guò)齒輪箱箱壁時(shí)的振動(dòng) 來(lái)進(jìn)行表示。大多數(shù)的情況下封閉齒輪的關(guān)鍵噪聲源是自鳴噪聲。 從而我們得知，存在于齒輪系統(tǒng)中的噪聲強(qiáng)度一方面受到其嚙合的動(dòng)態(tài)激振力的 干擾，另一個(gè)方面就是和傳動(dòng)軸、輪體以及箱體等多樣的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)特點(diǎn)以及其動(dòng)態(tài) 嚙合力的表達(dá)和遞呈有一定強(qiáng)有力的關(guān)聯(lián)。通常而言，齒輪系統(tǒng)的噪聲大多由下列多 個(gè)因素導(dǎo)致的: （1）齒輪最初的設(shè)計(jì)方案，參數(shù)選取未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、重合短缺、齒輪輪廓修形不 夠合適以及齒輪箱在結(jié)構(gòu)上存在多處瑕疵等。 （2）齒輪在加工時(shí)存在錯(cuò)誤，齒形誤差和基節(jié)誤差數(shù)值相差甚高，表面細(xì)紋過(guò) 多等。 （3）齒輪箱和齒輪系的偏心裝配，接觸的精度值缺欠，軸間平行度有瑕疵，軸 承旋轉(zhuǎn)精度缺欠并且間隙不夠匹配等。 1.1.3 潤(rùn)滑對(duì)齒輪失效的影響 齒輪副運(yùn)行時(shí)的失效會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的形狀以及呈遞的功率產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)通過(guò)齒 輪副來(lái)運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)移的時(shí)候。在不能夠調(diào)整的情況下，為有效避免齒輪失效，我們剛 開(kāi)始會(huì)從機(jī)械這一方面來(lái)思考問(wèn)題。例如選取較為良好的齒輪材料，對(duì)齒輪相關(guān)的設(shè) 計(jì)參數(shù)調(diào)整得到最佳數(shù)據(jù)，使用先進(jìn)的熱處理工藝和高精度的加工技術(shù)。這些屬于必 要和有效的，不過(guò)通常去忽視了合理潤(rùn)滑的效果。 潤(rùn)滑是進(jìn)行齒輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)的探究，并相互作用的表面科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。 5 比如，在小載荷的狀況下齒輪副的表面粗糙度以及潤(rùn)滑油膜的厚度二者是恰好相反的。 為保證水動(dòng)力膜的完整構(gòu)成, 光滑的齒面通常是人們的首選，但需要注意的是齒面的 凸高度一定要低于油膜的厚度,又或者有更大的凸面被厚油膜覆蓋,這兩種方法都能夠 實(shí)現(xiàn)分離摩擦牙齒表面的效果。后一種辦法就是通過(guò)選擇粘度恰當(dāng)?shù)娜榛鸵哼_(dá)到目 的。在載荷增加的時(shí)候，由于壓力導(dǎo)致水動(dòng)力膜與彈性流體動(dòng)力膜無(wú)法保持從而破裂， 導(dǎo)致齒面發(fā)生撞擊。當(dāng)齒輪制備時(shí)選取先進(jìn)的技術(shù)，能夠在一定程度上緩解碰撞的產(chǎn) 生。但是這就要求選用先進(jìn)的潤(rùn)滑工藝以及能與齒面構(gòu)成邊界潤(rùn)滑膜的齒輪油，能夠 在一定程度上降低控制齒輪的失效 【2】 。 因此，適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑能夠避免、減少與延遲齒輪的故障。所以，齒輪潤(rùn)滑劑被認(rèn)為 屬于齒輪機(jī)構(gòu)的組成部分之一。 1.1.4 分析齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和類(lèi)型 齒輪傳動(dòng)能夠遞呈交叉、平行又或者是交錯(cuò)軸間的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) a)效率高 在普通的機(jī)械傳動(dòng)的過(guò)程中，傳動(dòng)效率是現(xiàn)在來(lái)講最高的，閉式傳動(dòng) 效率多數(shù)情況下會(huì)處于 96%99%這一范圍內(nèi)，有一定的經(jīng)濟(jì)意義。 b)結(jié)構(gòu)緊湊 皮帶以及鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)所占取的空間以及位置偏小。 c）工作可靠、壽命長(zhǎng)，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確且恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)制造，使用保養(yǎng)程度高的齒 輪進(jìn)行傳動(dòng)，工作非常穩(wěn)定，壽命能夠達(dá)到 10 年或 20 年，這是其他機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法相 比的。對(duì)于在礦山工作的車(chē)輛與機(jī)器更加關(guān)鍵。 d)傳動(dòng)比較穩(wěn)定 傳動(dòng)的穩(wěn)定性通常屬于傳動(dòng)性能的基礎(chǔ)規(guī)定。恰恰因?yàn)檫@一特 性，齒輪傳動(dòng)才被廣泛的應(yīng)用。 二、齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型 在設(shè)備齒輪的傳動(dòng)中，有幾種不同的形式，具體分為下面幾種類(lèi)型: a）開(kāi)式和半開(kāi)式傳動(dòng)往往會(huì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械以及簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備里面投入使用，但 是會(huì)由于有一些齒輪傳動(dòng)并沒(méi)有安裝防塵罩導(dǎo)致其暴露于外面，這樣的情況被叫做開(kāi) 式齒輪傳動(dòng)。上述形式一方面能使外部物質(zhì)侵入機(jī)械內(nèi)部，另一方面潤(rùn)滑效果與與其 不符，這就使得齒輪容易遭受損傷，因此其僅可以實(shí)行低速的傳動(dòng)。如果齒輪傳動(dòng)具 備基本的防護(hù)罩，在其進(jìn)入油池的時(shí)候上述形式即為半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。盡管我們已經(jīng) 在相應(yīng)條件下作出了不同以往的改進(jìn)，但是始終無(wú)法確定雜物一律不會(huì)進(jìn)入到機(jī)械內(nèi) 部。 b)閉式傳動(dòng) 汽車(chē)、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等工程使用的齒輪傳動(dòng)，全部為安裝在 一個(gè)精密加工過(guò)的、封閉的箱體中，其就是封閉式齒輪傳動(dòng)。相較于開(kāi)式以及半開(kāi)式， 潤(rùn)滑和保護(hù)應(yīng)該是最為優(yōu)良的，所以會(huì)在大多的場(chǎng)所進(jìn)行運(yùn)用。 6 1.2 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要的形成部分為測(cè)控系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)，在這之中，傳感器， 信號(hào)調(diào)整器，信號(hào)的精確采集控制和單片機(jī) 【3】 為測(cè)控系統(tǒng)的主要形成部分。齒輪傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)，軸承的緊固機(jī)構(gòu)，增速器機(jī)構(gòu)，傳感器的緊固機(jī)構(gòu)，磁感制動(dòng)器，加載裝置， 交流變電機(jī)，帶輪系統(tǒng)，聯(lián)軸器，力距傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)砝碼為機(jī)械系統(tǒng)的主要形成部 分。通過(guò)不斷改變標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量，并且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持一致的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)磁感制 動(dòng)器的不斷更改并測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、輸出與輸入，然后依據(jù)事先輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi) 的分組參數(shù)做出產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的判斷。 7 第二章 系統(tǒng)的總體方案 齒輪綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)帶有的主要技術(shù)性能： （1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)的控制方式:可自動(dòng)測(cè)試運(yùn)行周期，可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試； （2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬加載時(shí)狀態(tài)：加載軸及加載負(fù)荷 05T，可無(wú)限進(jìn)行調(diào)節(jié)； （3）制動(dòng)器加載磨合； 運(yùn)行噪聲和異常噪聲檢測(cè)： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)具有制動(dòng)參數(shù)和傳動(dòng)力矩、功率、速度、噪聲、溫度的采集、 判斷、顯示、計(jì)算、輸出和輸入功能； 試驗(yàn)齒輪潤(rùn)滑和軸承潤(rùn)滑對(duì)傳動(dòng)振動(dòng)溫升和噪聲的影響。 2.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成和控制原理 本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要的形成部分為測(cè)控系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)，在這之中，傳感器， 信號(hào)調(diào)整器，信號(hào)的精確采集控制和單片機(jī) 【3】 為測(cè)控系統(tǒng)的主要形成部分。齒輪傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)，軸承的緊固機(jī)構(gòu)，增速器機(jī)構(gòu)，傳感器的緊固機(jī)構(gòu)，磁感制動(dòng)器，加載裝置， 交流變電機(jī)，帶輪系統(tǒng)，聯(lián)軸器，力距傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)砝碼為機(jī)械系統(tǒng)的主要形成部 分。該系統(tǒng)的整體框圖如圖 2.1 所示 【4】 。 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 8 2.2 機(jī)械系統(tǒng)的工作原理 該系統(tǒng)使用特定質(zhì)量的砝碼，以恒定的轉(zhuǎn)速為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)整磁粉發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 器來(lái)檢測(cè)、儲(chǔ)存和輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)依據(jù)事先輸入電腦端的參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量性能判斷。 電磁原理以及磁粉轉(zhuǎn)矩的呈遞是磁感制動(dòng)器最基本的理論基礎(chǔ)，它這其中就包含 有傳遞轉(zhuǎn)矩以及激磁電流，它們兩者之間基本上可以用線(xiàn)性關(guān)系來(lái)表達(dá),且關(guān)于同滑差 的情況，能夠做到轉(zhuǎn)矩的呈遞，而且它有著一系列的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)反應(yīng)快速以及結(jié)構(gòu) 較為簡(jiǎn)潔等，因此可以說(shuō)磁粉制動(dòng)器是用途廣泛、性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件。這就是 該系統(tǒng)選擇使用它的重要因素。 我們經(jīng)過(guò)制動(dòng)器的磨合同砝碼數(shù)量以及質(zhì)量的升降來(lái)對(duì)軸承游隙和齒輪精度試驗(yàn) 做出更改，并且要跟蹤獲取采集和記錄處理速度、扭矩、噪聲以及溫度等傳感器的各 種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。收集抗干擾措施。 圖 2.2 齒輪箱的基本結(jié)構(gòu) 9 第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 齒輪設(shè)計(jì) 3.1.1 直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1. 選擇齒輪的精度、等級(jí)齒輪的類(lèi)型以及齒輪齒數(shù)與材料 1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)是常用工作機(jī)，轉(zhuǎn)速不高，因此可以選擇 7 級(jí)精度（GB10095-88 ） 2 材料的選擇：可以從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-1 處了解到，如若選用小齒輪回 火，齒輪表面的硬度應(yīng)為 230-240HBS；如若大齒輪正火，齒輪表面硬度 190- 200HBS【5】 。 3）選大齒輪齒數(shù) =62,小齒輪齒數(shù) = 圓整為 =42; 傳動(dòng)比1Z2Z3.415.6u2Z ；68.012Zi 2. 根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)中了解到設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a） ，即 312 22. HEt ZKTdu （3.1） 1）試選載荷系數(shù) ；4.1t 2）小齒輪傳遞扭矩的計(jì)算 mNknPT .105.49605.05.9 462 （3.2） 3）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-7 處了解到齒寬系數(shù) ；1d 4）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-6 處了解到材料的彈性系數(shù) ；MPaZE8.19 5）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-21d 處了解到，按小齒輪齒面硬度的平均 值 235HBS，在 MQ 和 ML 線(xiàn)中間（適當(dāng)延長(zhǎng) MQ 和 ML 線(xiàn)）查取小齒輪的接觸疲勞 10 強(qiáng)度極限 ；同理，在圖 10-21c 中查取大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPaH540im21 ；imH391 6）可從第八版公機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)式 10-13 處了解到計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3.3）910765.230829611 hjLnN 9120843.5 （3.4） 7) 可從第八版 機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-19 處了解到觸疲勞壽命的系數(shù) , ;9.1HNK.2HN 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 我們將失效率定為 1%，安全系數(shù)為 S=1，可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式（10- 12）處了解到 MPasIMHNH 5.370195.011 （3.5） sKimHNH 486.212 （3.5） （2）計(jì)算 1）小齒輪的分度圓直徑為 ，代入 中的較小值td2H m ZuTKdHEdtt47.608.2932.615. 25.370819.0.413.4342 （3.6） 2）圓周速度 V 的計(jì)算 smndt /39.10647.1062 11 （3.7） 3)齒寬 b 的計(jì)算 mdt 47.6.12 （3.8） 4）齒寬與齒高之比 的計(jì)算hb 模數(shù) mzdmtt 61.427.2 （3.9） 齒高 mht 61.325. （3.10） 69.18.347b （3.11） 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級(jí)精度，可以從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-8 了解到動(dòng)載sv/. 系數(shù) ,直齒輪 ;021VK1THK 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-2 了解到使用系數(shù) ;1AK 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-4 處了解到可用插值法得知 7 級(jí)精度，小齒 輪在相對(duì)支撐面做對(duì)稱(chēng)布置時(shí)， ,由, 從機(jī)械設(shè)計(jì)25.H 25.,69.8Hhb 書(shū)第八版 10-13 知, 所以荷系數(shù)：8.1FK7.102HVA 6）根據(jù)實(shí)際負(fù)荷系數(shù)修正計(jì)算出的指標(biāo)圓直徑，可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū) 公式（10-10a）知 ； mKdtt 40.65.24.6332 （3.12） 7）模數(shù)的計(jì)算 m zd56.1420.2 （3.13） 12 3.依據(jù)齒根的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式（10-5）了解到彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式是 32FSadYZKTm （3.14） (1) 確認(rèn)公式中計(jì)算值的準(zhǔn)確性 1）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-20c 處了解到小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的極限 為 ；大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的極限為 ；MPaFE3402 MPaFE310 2）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-18 處了解到彎曲疲勞的壽命系數(shù)為 ;94.,8.21FNFNK 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 彎曲疲勞安全系數(shù)定為 ,可以從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式（10-12）了解5.1S 到 MPaFENF 72.02.389011 （3.15） SKFENF 68.5.1422 4）計(jì)算載荷系數(shù) K 30.120.FVA （3.16） 5）查閱獲取齒形系數(shù) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-5 了解到 ；26.,58.1FaFaY 6）查閱獲取應(yīng)力校正系數(shù) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-5 了解到 ；7.,4.21SaSa 7）對(duì)大、小齒輪的 進(jìn)行計(jì)算，并加以比較FSaY 025.7.214581FSaY 13 （3.17） 016.8.25762FSaY 大齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 986.052016.1743. .33 4M （3.18） 圖 3.1 從動(dòng)直齒輪 3.1.2 斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1. 選擇齒輪的類(lèi)型、齒輪的精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)以及材料 1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)是常用工作機(jī)，轉(zhuǎn)度不高，因此可以選擇 7 級(jí)精度（GB10095-88 ） 2) 材料的選擇：可以從第八版 機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)的表 10-1 處了解到，如若選用 小齒輪回火，齒輪的表面硬度應(yīng)為 230-240HBS；如若大齒輪正火，齒輪表面硬度 190-200HBS【 5】 。 3）選大齒輪齒數(shù) =62,小齒輪齒數(shù) 圓整為 =42; 傳動(dòng)1Z3.415.622uZ2Z 比 ；68.012Zi 2. 依據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)計(jì)算 公式(10-21)處了解到， 14 （3.19）312 2HEdtt ZuTK （1）對(duì)公式中的計(jì)算值進(jìn)行確認(rèn) 1）負(fù)荷系數(shù)測(cè)試 ；6.t 2）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)中了解到選擇面積系數(shù)如圖 10-30 故 ；24.HZ 3）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)中圖 10-26；了解到 ，則850,76.21 ；1.21 4）許用接觸應(yīng)力 （3.20） MPaHH 25.48265.37021 （2）計(jì)算 1）小齒輪的分度圓直徑 的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算公式得：2td m dt 64.5310.4.2325.819.4342 （3.21） 2）圓周速度的計(jì)算 sndvt /69.2106.1062 （3.22） 3）齒寬 b 及模數(shù) 的計(jì)算ntm dt 4.53.2 （3.23） mZtnt 2.14 cos6.cosO2 mhnt 79.5. （3.25） 15 23.197.645hb 4）縱向重合度 的計(jì)算 3.14tan28.0tan8.0O2 Zd （3.26）5）負(fù)荷系數(shù) K 的計(jì)算 已經(jīng)確定使用系數(shù)為 ,依據(jù) ，7 級(jí)精度?？蓮牡诎税?機(jī)械設(shè)計(jì)1Asv/69. 一書(shū)中表 10-4 處了解到，動(dòng)態(tài)荷載系數(shù)如圖 10-8 所示 ；可從第八版機(jī)械2.VK 設(shè)計(jì)一書(shū)，圖 10-13 處了解到 ；可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 10-3 處35.F 了解到 ，故載荷系數(shù)為4.FH 21.4.1.HVAK 6）計(jì)算出的分度圓直徑是根據(jù)實(shí)際載荷系數(shù)進(jìn)行修正的，可從第八版機(jī)械設(shè) 計(jì)的公式（10-10a）得到 mKdtt 74.596.53332 7）模數(shù)的計(jì)算 nm Zdn 935.062 14cos7.59cosO12 （3.27） 3.按齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì) 可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式（10-17）處了解到 32 21cosFSadn YZKTm （3.28） （1）計(jì)算參數(shù)的確認(rèn) 1）計(jì)算載荷系數(shù) 10.235.41.FVAK 2）依據(jù)縱向符合度，可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-28 處能夠找到螺旋角的影 響系數(shù) 為 .80Y 3）等效齒數(shù)的計(jì)算 16 38.694.021cos6O3311 ZV （3.29） 7.sO3322V 4）檢查齒形系數(shù) 根據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)，表 10-5 ；34.2,6.1FaFaY 5）求應(yīng)力修正系數(shù) 根據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)，表 10-6 ； 68.1,7.21SaSaY 6）根據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì) ，圖 10-20c 為小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 ，大齒輪彎曲強(qiáng)度極限 。MPaFE3402MPFE301 7）可以從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)圖 10-18 處了解到，彎曲疲勞壽命系數(shù)是 94.,.21FNFNK 8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 這里取彎曲疲勞安全系數(shù)為 ，可以從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)中公式（10-.1s 12）處了解到 MPaSKFENF 6.31925.40.92111 （3.30）9）計(jì)算大小齒輪的 ，并加以比較FSaY 0123.6.398427.21FSaFSaY （3.31）大齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 6279.013.8.6914 0734nm （3.32） 17 圓整到：1.25 3.2 帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算 由于本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)部分采用皮帶傳動(dòng)，以下是對(duì)皮帶傳動(dòng)電機(jī)額定功率的相關(guān)計(jì) 算 P=4KW，轉(zhuǎn)速 r=6000r/min，傳動(dòng)比 i=2.5，轉(zhuǎn)速誤差不超過(guò)5% 1.定設(shè)計(jì)功率 Pca 依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)第八版，表 8-7 查得工作情況系數(shù) ，1.AK 故 KMkmPKAca 4.1. 2. V 帶帶型的選擇 依據(jù) 、 ，從機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)第八版，圖 8-11 選用 B 型 V 帶。can 3. 設(shè)定皮帶輪的參考直徑，檢查皮帶輪的帶速 v 1）小滑輪的基本直徑?？蓮牡诎税鏅C(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表 8-6 以及表 8-8 處了解到， b 型 V 帶小帶輪直徑 ； d125 2）驗(yàn)算帶速 v?？蓮牡诎税鏅C(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)，公式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 smnd /28.6069061 （3.33） 因?yàn)?，所以帶速是合適的。smvs/3/5 3）計(jì)算大滑輪的參考直徑。根據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì)中的公式(8-15a)，計(jì)算出 大帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，即 ，可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)2did 5.3125.212 一書(shū)表 8-8 知圓整為 。 4.確定 V 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL 1）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式（8-20）處了解到即 ，最開(kāi)始確認(rèn)的中心距為 780mm。21027.0dd 2）可從第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)公式(8-22)可以計(jì)算所需要的膠帶參考長(zhǎng)度 maaLddd4.26780412531257800212210 （3.34） 18 膠帶的尺寸選自第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表(8-2) 。mLd240 3）可依據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算出實(shí)際的中心距 a，公式(8-23)。 Lad 8.762.4078200 （3.35） 中心距的上下浮動(dòng)為 742mm885mm。 5.對(duì)小帶輪上的包角 進(jìn)行檢驗(yàn)1 O OO 904.63.5718012 d （3.36） 6.帶的根數(shù) Z 的計(jì)算 1）單根 V 帶的額定功率 的計(jì)算。rp 由 和 ， 機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)第八版，表（8-4a）得md25in/9601 。KWP64.0 根據(jù) ， 和 B 型帶，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)第八版，表（8-4b）in/91r. 得知 。p3. 依據(jù)第八版機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)，表(8-5) 得知 ，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)第八96.0K 版，表（8-2 ）得知 ，于是0.1L Wkr 824.1.3.6400 （3.37） 2）計(jì)算 V 帶的根數(shù) Z。 取 3 根6.284.1PrcaZ 圖 3.2 從動(dòng)帶輪 19 3.3 溫度傳感器 在絕大多數(shù)工業(yè)測(cè)量中，我們通常接觸并使用的溫度傳感器為熱電偶傳感器，把 需要檢測(cè)的對(duì)象與之進(jìn)行直接接觸，其有著以下幾方面的特點(diǎn)，一是具有一定的獨(dú)立 性以及較高的精度；二是測(cè)量的范圍廣，其范圍包含-50-1600，在這范圍內(nèi)能夠 重復(fù)測(cè)量,特定的熱電偶比如金鐵-鎳鉻，能夠測(cè)量至- 269，鎢-錸最高可測(cè)溫度能達(dá) 到 2800。 熱電偶傳感器的機(jī)理為通過(guò)熱電偶效應(yīng)把導(dǎo)體 A 和 B 相連構(gòu)成閉環(huán)，就形成了 溫度敏感元件如，具體細(xì)節(jié)展示在下圖。如果其接觸點(diǎn) 1 和 2 有一定的溫度差距時(shí)， 就會(huì)生成一定的電動(dòng)勢(shì)，以至于在回路里具備電流，這又叫作熱點(diǎn)效應(yīng)。熱電偶自該 效應(yīng)起始就運(yùn)行。熱電偶的一側(cè)由導(dǎo)線(xiàn) A 和導(dǎo)線(xiàn) B 焊接連接而成，被叫為工作端， 并以溫度 t 調(diào)整測(cè)試介質(zhì)然后放入。剩余一側(cè)為參比端，在溫度恒定是 的時(shí)候。如0t 果測(cè)量的介質(zhì)溫度發(fā)生了一些變化的時(shí)候，熱電勢(shì)亦能夠產(chǎn)生變化，其呈遞至電腦端 進(jìn)行相應(yīng)處理，這樣來(lái)獲取溫度值的大小。 熱電偶兩側(cè)的熱電勢(shì)差可以用下方的式子進(jìn)行計(jì)算： Et=E(t)-E(t0) （3.38） 式中： 熱電偶存在的熱電勢(shì)tE 熱電勢(shì)在溫度 t 時(shí)的數(shù)值 熱電勢(shì)在溫度 時(shí)的數(shù)值0t0 在參考端溫度 保持恒定的那一刻，熱電勢(shì)就只與其工作端溫度有關(guān)，為0t 。tfEt 如果構(gòu)成熱電偶的熱電極的材料處在比較均勻的狀態(tài)時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)熱電勢(shì)的大小 與熱電極本身的長(zhǎng)度以及直徑并沒(méi)有直接關(guān)系，只與熱電極的構(gòu)成成分以及其兩端的 溫度高低有直接關(guān)系。 20 第四章 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)屬于整體齒輪綜合試驗(yàn)臺(tái)的核心構(gòu)成零件。里面涉及交流電機(jī)的控制、 磁感制動(dòng)器的控制和數(shù)據(jù)的采集以及顯示，也包括控制程序設(shè)計(jì)等。假若把機(jī)械結(jié)構(gòu) 當(dāng)做人體的骨架，電氣控制系統(tǒng)就可以被看成人體的大腦與布滿(mǎn)全身的神經(jīng)單元，起 到控制并反饋人體活動(dòng)的作用 【7】 。 4.1 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 一個(gè)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)如果要達(dá)到?jīng)]有缺陷就需使待測(cè)對(duì)象、微機(jī)端以及操作者間 能夠較快以及連續(xù)地互換數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制信息。總體設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)候應(yīng)該參考硬件 和軟件上相應(yīng)的方式,以確保三者相互之間的有關(guān)問(wèn)題能夠可靠和及時(shí)地交流信息以及 合理安排分時(shí)控制的時(shí)間排序,為了確保系統(tǒng)運(yùn)作。在設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)注下列幾個(gè)主要方面。 （1）選擇微型計(jì)算機(jī) 由于測(cè)試的種類(lèi)繁多，所需的精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，能夠在測(cè)試車(chē)間的惡劣條 件下運(yùn)行。普通的微型計(jì)算機(jī)很難滿(mǎn)足這些需求。然而，與各種微型計(jì)算機(jī)相比，工 業(yè)控制機(jī)器包括許多過(guò)程輸入和輸出功能;具有完善的外部設(shè)備 ;涵蓋足夠的貯存容量; 配備能夠?qū)崟r(shí)操作的系統(tǒng)以及過(guò)程中可斷系統(tǒng);高可靠性 ;非常高的電磁兼容性和抗干 擾性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。所以本文選取工業(yè)控制機(jī)器當(dāng)作系統(tǒng)控制的主機(jī)。 （2）板卡的選擇 基于工控機(jī)控，最普遍的 AD0809 轉(zhuǎn)換板被用作 AD 卡，這是在綜合考慮到經(jīng)濟(jì) 成本以及運(yùn)行時(shí)對(duì)于捕獲的信號(hào)要求后選擇的。這個(gè)板卡能夠直接連接到 CPU8 位數(shù) 據(jù)總線(xiàn)，相關(guān)構(gòu)成并不復(fù)雜。能夠經(jīng)過(guò)中央單元發(fā)送脈沖開(kāi)始運(yùn)行。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間， 轉(zhuǎn)換過(guò)程可以隨時(shí)中斷。這種方法耗時(shí)更少，效率更高。 采用 2 個(gè) 8255 芯片作為外擴(kuò) I/O 接口，控制 16 位 LED 顯示器和 24 位鍵盤(pán)，以 及行程開(kāi)關(guān)和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。 21 4.2 電氣系統(tǒng)的基本組成 4.2.1 單片機(jī) 我們選擇的是 8031 單片機(jī)，單片機(jī)另一個(gè)名字叫做單片微控制器，它是集成在 芯片中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其有著一系列的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)體積較小，重量適宜，成本較低 等等。因?yàn)橄到y(tǒng)僅僅能夠執(zhí)行簡(jiǎn)單的操作，所以使用 8031 進(jìn)行檢查就能夠滿(mǎn)足需要 了。把 80C31CPU 當(dāng)做核心的 單片機(jī)系統(tǒng)，其中心單元經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)輸入的接口連接 到驅(qū)動(dòng)電機(jī)促使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，接口器件在控制系統(tǒng)中占據(jù)很關(guān)鍵的位置。此次的實(shí)驗(yàn) 臺(tái)應(yīng)該選用 8255 并行接口芯片成為接口電路，控制顯示器和鍵盤(pán) 【8】 。 4.2.2 地址鎖存器 為了防止 8031 內(nèi)存地址不達(dá)到系統(tǒng)的規(guī)定要求，使用了 74LS343 地址鎖存器進(jìn) 行擴(kuò)大。74 S373 是高電平觸發(fā)通道，包括 8 個(gè)輸入端從 D1 到 D8, 8 個(gè)輸端從 Q1 到 Q8。在三態(tài)端子 OE 是有效低電平時(shí)，74LS373 端子 G 能夠依據(jù)換能器的端子，促進(jìn) 能量端子 G 成為有效高壓電平同時(shí)使得輸出會(huì)隨著輸入改變出現(xiàn)改變 ;當(dāng) G 為 1 的時(shí) 候，鎖 存 器 一般處于透明的工作狀況，就是指其輸出狀況會(huì)隨著數(shù)據(jù)發(fā)生變化。假如 G 端自 1 轉(zhuǎn)移至 0 的時(shí)候，數(shù)據(jù)被鎖定，而輸出端 Qi 不再繼續(xù)作為輸入的函數(shù)發(fā)生 變化，同時(shí)鎖定前的值保持相同。終端 G(或 STB)能夠直接連接到單片機(jī)鎖定控制信 號(hào)的 ALE 終端，地址鎖定在 ALE 終端 【 8】 的下邊緣。 4.2.3 程序存儲(chǔ) 因?yàn)?8031 芯片自身不具備內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，因此在實(shí)踐過(guò)程中大多需要擴(kuò)展外 圍內(nèi)存來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。 程序存儲(chǔ)器一般情況下為單讀存儲(chǔ)器，之所以選取其是由于其在斷電后依舊可以 進(jìn)行程序的保存，一旦系統(tǒng)重新通電，處理器就可以再次發(fā)出這些指令并執(zhí)行它們。 該系統(tǒng)使用 8K8 的 EPROM2764 芯片當(dāng)做程序內(nèi)存。對(duì)于通過(guò) PO 門(mén)發(fā)送的低 8 位 地址，該地址位于由 alle 信號(hào)的下邊緣控制的鎖存器之中。高 5 位的供給方為 P2.0P2.4。我們可以選擇 74LS373 鎖存器，因?yàn)樗目刂贫丝梢耘c ALE 進(jìn)行直接連 接，然后程序內(nèi)存通信號(hào) PSE 控制 eprom2764 的輸出允許 OE 終端。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，常常是由 RAM 芯片所構(gòu)成，RAM 芯片在關(guān)閉后不在保存所有已 經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。SRAM 大多應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量和控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用 74LS373 作為地址鎖定系統(tǒng)。 與此同時(shí)，系統(tǒng)的片選信號(hào)會(huì)在三八譯碼器 74LS138 中產(chǎn)生，同時(shí)與各個(gè)芯片 22 的片選端相連 【8】 。 4.2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 8031 單片機(jī)中的 RAM 為 128 個(gè)字節(jié)，考慮到其容量相對(duì)不足，所以此單片機(jī)需 要拓展一片 8K 字節(jié)靜態(tài) RAM6264【8】 。 圖 4.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 4.2.5 并行接口 8255 并行接口最基本的特征就是可以把信息以多數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)字節(jié)為單位傳輸?shù)?I / O 設(shè)備或是被控對(duì)象。如圖 4-2 系統(tǒng)中采用 8255 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作和顯示。 8255A 是 INTEL 公司開(kāi)發(fā)的具有 40 針雙列大規(guī)模集成電路的可編程并行接口器件。 安裝+ 5V 電源，輸入及輸出電平均可做到與 TTL 形成兼容。 23 D01234D567WRCSVC ILEVrefRbIout12XFER WDGNAC08-+ -+ 磁 粉 制 動(dòng) 器 a bcd efg h1 11 270 X45.1k X474LS06 7.5K 15K 15K 0.1 F 5V 11111A1 A2 P0.1230.4P567ALEP2.7 P2.6 25P2.0132.4PSEN RD W VCRESTVXATL12P1.7 6541.3P20/P 1D23456D78GN OE1Q23456Q78 A01234A567D12345D678A89102OEVC E VC EOE WA89102D12345D678A01234A567GNDPM GND D12345D678VCADBCSTRALEOIN01 D12345D678CS VS CRETWRDALEPC43210PB 1 PB2 3803 LS 2 A089 825 74LS138Y02GND2BA1CVC V C(+)-V(+)C-12121Q23 5V 5 5 5V 5V R32K R10KR21K C 1230PF6MHZ20FC IN212V(-)C+TXDR R1INTOUT 380VMAX 23 M變頻器 R1OUTTINVs PA43210 a bcd efg h11111 PA765 111abcdefgh 圖 4.4 控制數(shù)顯和鍵盤(pán)原理圖 4.2.6 磁感制動(dòng)器 磁感制動(dòng)器在自動(dòng)控制元件行列性能表現(xiàn)桌為突出。磁粉是它的工作媒介，激磁 電流是它的控制手段，可以輕松做到傳遞轉(zhuǎn)矩或是控制制動(dòng)的操作目的。 型號(hào) 額定轉(zhuǎn)矩 （N.m） 激磁電流 （A） 允許滑差功率 （KW） 重量 （kg） FZ.40 100 1 8 45 4.2.7 變頻器 變頻器是比較特殊的電能控制裝置，它的工作原理是利用功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān) 功能把工頻電源轉(zhuǎn)換成為另一個(gè)頻率。 型號(hào) 適配電機(jī)容量 （KW） 額定輸出電 流（A） 結(jié)構(gòu)型式 冷卻方式 備注 HF-G7-4R0T3 4.0 9 B4 風(fēng)冷 三相 4.2.8 扭矩傳感器 使用 CWA-80 速度傳感器。 技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量范圍：0500gcm5Nm 輸出信號(hào)：方波頻率 原點(diǎn)輸出：10KHz； 24 正向滿(mǎn)量程：15KHz ； 反向滿(mǎn)量程：5KHz ； 測(cè)量精度： 0.5F.S（非線(xiàn)性、滯后、重復(fù)性） 穩(wěn)定性：0.5F.S 溫度影響：0.5F.S/10 供電電源： 15VDC 頻率響應(yīng)：100is 輸出電平 TTL，負(fù)載電流 100Ma 相對(duì)濕度： 85HR 相對(duì)環(huán)境的溫度：-2050 過(guò)載能力：120% 外殼的保護(hù)等級(jí)：IP68 位置條件：任意位置 4.2.9 溫度傳感器 CW-100 液體溫度傳感器 【10】 技術(shù)特性： 電壓電源（VDC） 5 溫度范圍（） -2.575 0輸出（MV） 1000 5% 靈敏度（MV/ ） 10 4.3 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)控制磁粉制動(dòng)器控制負(fù)載的大小，觀察兩軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，和油箱 的溫度。顯示并記錄測(cè)量值。 25 D01234D567WRCSVC ILErefRbIout12XFE DGNA08-+-+磁 粉 制 動(dòng) 器 a bcdefgh1 11 270 X45.1k 474LS067.5K 15K 0.1 F 5V 11A1 A2 P0.1230.4P567ALEP2.7 6 25P2.0132.4PSEN RDWVCRESTVXT12P1.765 41.3P20/P 1D23456D78GN OEQQA01234A567DD8A9102OEVC EVC EOE WA89102D12345D67A0AGNDPMGNDD12345D678VCABDCSTRLEOIN01 D12345D678CS VCRETWRDALEPC43 210PB 38LS 209 2 74LS138Y02GND2BACVC V C(+)-V(+)C-221Q23 5V 5 5 5V 5V R32K R10K21K C1 230PF6MHZ20F IN21V(-)C+TX R1INTOU380VMAX 23M變頻器R1OUTINVs 432A10 a bcdefgh11 P765 1abcdefgh 圖 4.5 電氣原理圖 4.4 程序設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中編寫(xiě)一定的程序，便可以控制該齒輪綜合試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)作，因?yàn)榫幊淌?該系統(tǒng)能否正常運(yùn)作的重要條件之一，因此程序的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。 4.4.1 軟件完成的主要內(nèi)容 上述系統(tǒng)以匯編語(yǔ)言為基礎(chǔ)。相較于二進(jìn)制代碼而言，其更有利于編寫(xiě)程序，因 為用于編寫(xiě)程序的助記符在固定范圍里使編程過(guò)程更為簡(jiǎn)潔。其可以通過(guò)符號(hào)來(lái)代替 機(jī)器指令代碼，同時(shí)確保助記符和指令大體上基本相同，使其靈活性得到保障。選取 具備良好操作特點(diǎn)的面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言可以獲得更好的程序質(zhì)量 【18】 。 4.4.2 程序設(shè)計(jì)技術(shù) 該系統(tǒng)是用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的。匯編語(yǔ)言比機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制代碼更容易編程， 因?yàn)橛糜诰帉?xiě)程序的助記符在固定范圍里使編程過(guò)程更為簡(jiǎn)潔。其可以通過(guò)符號(hào)來(lái)代 替機(jī)器指令代碼，同時(shí)確保助記符和指令大體上基本相同，使其靈活性得到保障。選 取具備良好操作特點(diǎn)的面向機(jī)器的匯編語(yǔ)言可以獲得更好的程序質(zhì)量。 26 4.4.3 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)子程序 【18】 ADSTAR：PUSH A MOV RO，#40H MOV R1，#40H MOV R2，#00H SETB EA SETB IN1 MOV DPTR，#0BFFH MOV A，R2 MOVX DPTR,A SETB EX1 POP A RE A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷處理子程序 ADINT1：PUSH PSW PUSH A PUSH DAP PUSH DPL MOV DPTR，#0BFFFH MOVX A，DPTR MOV R0,A INC R0 INC R2 MOV A，R2 MOV DPTR，A DJNZ R1，WAIT CLR EX1 WAIT： POP DPL POP DPL POP A POP PSW RET1 27 結(jié) 論 此次設(shè)計(jì)的齒輪性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，從開(kāi)題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。由于從前 對(duì)齒輪性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，而且屬于近年來(lái)新興的工業(yè)，所以 我只能通過(guò)查閱各類(lèi)關(guān)于模具設(shè)計(jì)方面的資料、手冊(cè)，和朱絢曼老師的指導(dǎo)，與同學(xué) 交流，反復(fù)修改圖紙，從中吸取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和能力的提升有著不可或缺的作用，是 對(duì)我大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次系統(tǒng)性鞏固。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)讓我了解到即便已經(jīng)臨近畢業(yè)，帶著四年的學(xué)識(shí)，但是以后的 路依舊很長(zhǎng)很艱辛，更要做好知識(shí)的容納和概括。我會(huì)更加努力的讓自己成為一個(gè)對(duì) 社會(huì)有貢獻(xiàn)的人，為中國(guó)的機(jī)械行業(yè)貢獻(xiàn)自己微薄的力量。 本次設(shè)計(jì)的圖紙工作，使用的 AUTOCAD 及 UG 等軟件完成。把計(jì)算機(jī)繪圖應(yīng) 28 用到機(jī)械設(shè)計(jì)方面，大大提高了工作效率，使我的機(jī)械繪圖及軟件的應(yīng)用能力又有了 很大的提高。 設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)一些差錯(cuò)，望各位老師給予批評(píng)指正。 29 參考文獻(xiàn) 1朱喜林，張代治.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)M.北京，科學(xué)出版社，2004，8. 2孫桓等.機(jī)械原理 M.高等教育出版社， 2006，7. 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在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我本著實(shí)事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，主要按照 課本的步驟和老師的指導(dǎo)下，到圖書(shū)館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān) 產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來(lái)最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計(jì)，也是最難的一次。 在設(shè)計(jì)的時(shí)候不停的計(jì)算、比較、修改，再比較、再修改，付出了一定的心血和汗水， 在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠順利的完成了設(shè) 計(jì)。 通過(guò)近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅是 對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時(shí)也提高了自己運(yùn)用理論知 識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。 在本次設(shè)計(jì)中由于時(shí)間倉(cāng)促加之本人的能力有限對(duì)本設(shè)計(jì)的一些缺點(diǎn)和不足還望 老師和專(zhuān)家諒解。希望各位老師專(zhuān)家提出寶貴意見(jiàn)，以便在今后的工作和學(xué)習(xí)中加以 改進(jìn)，使整個(gè)設(shè)計(jì)方案更趨于合理和完善。 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫(xiě) 論文的過(guò)程中，朱絢曼老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和 資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，都對(duì)我進(jìn)行了悉心細(xì)致 的教誨和無(wú)私的幫助。 在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。 關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友。 31