扭矩试验台的改造及扭矩电测设计开题报告.doc

毕业设计开题论证报告专业机械制造及其自动化学生姓名仲苏州班级B机制053学号0510110309指导教师朱龙英完成日期2009年3月31日1课题名称：扭矩试验台的改造及扭矩电测一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1.课题来源根据江苏双庆精密机械有限公司要求，在扭矩试验台的改造及扭矩电测这个课题中，机械动力设备的扭矩变化是其运行状况的重要信息。扭矩是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。扭矩传感器已广泛应用于各种机械设备的动力驱动系统优化设计和智能控制上。2.国内外现状综述传动轴试验台作为传动轴调试试验设备，在传动轴的制造与维修中发挥着重要的作用。近年来，随着柴油机应用的日益广泛，电测技术的不断改进，传动轴制造厂家和维修行业对传动轴试验台的技术要求也越来越高，致使为数不多的国产试验台的生产厂家也纷纷向世界先进技术靠拢。1）传动轴试验台产品现状目前国内传动轴试验台生产厂家自八十年代以来，数量基本保持稳定，各家企业的试验台产品的品种构成方面详见下表：品种企业名称机械4.05.5液压5.57.5滑差5.57.511直流5.57.5变频5.57.51115泰安试验设备厂精峰试验设备公司唐山清源环保机械公司泰安拉宝地试验设备有限公司洛阳工学院校办工厂成都八一机电设备厂福州大学机电工厂表中显示，按调速方式及动力传动方式分类，国内各厂家目前普遍生产的试验台，主要是滑差式离合器的传动变速和交流变频器调速两种类型的产品。而生产机械、液压调速试验台的各有一家，直流调速的两家，且其产量也相当低，以上三种类型产品总加起来年产量不足1万台。2）传动轴试验台动力调速系统现状(1)机械式转动变速试验台机械式转动变速试验台是利用可变径皮带轮来实现传动轴驱劝轴转速的无级变速的。该类型试验台于五十年代末就开始在国内生产，因其结构简单、容易生产，曾在传动轴维修行业占有很大市场，但该类型产品传动效率低、变速范围窄，难以满足高速、大功率柴油机配套的传动轴调试，目前仅有少量该型试验台，主要是针对拖拉机、工程2机械等中小功率柴油机的传动轴的调试，该类产品已属淘汰产品。(2)液压式试验台液压式变速传动试验台，其传动效率及转速稳定性，一般能够较好地满足各类传动轴调试的要求。自六十年代在国内生产以来，是机械式试验台的更新换代产品。目前，在传动轴维修行业拥有较大的市场。由于该产品是以液压泵驱动液压马达来使驱动轴变速的，其液压元件加工精度要求较高，结构相对复杂，使得制造难度较大，使用中的维护保养较困难，操作也不是很方便，嗓声大。故此，该品种的试验台目前在油泵油咀生产厂家已基本淘汰。(3)滑差式试验台滑差式试验台是国内七十年代末开始批量生产的产品，在油泵咀生产厂家及维修行业都有较大的保有量。基滑差式离合器一般是由试验台生产厂家自行设计生产的，并与普通三相异步电动机配套，也有部分厂家是直接采用电机专业厂家生产的滑差调速电机装配于试验台上。此类试验台主要特点是结构简单、便于维护、使用操作方便、可靠性较高，其各项性能均能满足油泵油咀生产调试及维修行业的需要。但也存在着调速控制电路性能不稳定，容易造成转速失控等缺陷，该故障对设备维护及操作人员都有一定的危险性，为此，个别厂家的产品在测控仪部分加装了转速预置保护功能，从而有效地保证了设备运转的安全性。(4)变频式试验台交流变频调速是八十年代才得以迅速发展的机电调速技术。它是应用微处理器技术及大功率电子元件构成的电机变速控制系统，其输出驱动轴一般均由电机驱动轴直接输出，运转平稳，其等扭矩特性为传动轴调试提供了精确的转速，操作更加方便，功能也更加完善。因而国内传动轴试验台生产企业或通过引进专利生产技术的产品，或自行开发设计，很快地开发出多种规格的变频式传动轴试验台，使国产化传动轴试验台在技术上得到较大的提高。为了完善功能，该种试验台还普遍增加了提高稳压电源、气源、流量计等附加功能。3）传动轴试验台测量系统现状(1)转速计算、控制仪表传动轴试验台转速测量是传动轴调试的基本保证。目前，几乎各类型产品都配以数字显示的转速表，而早期的指针式转速表早已淘汰。量油计数也同样是利用电子计数装置进行预置计数，控制油泵调试的油量。此外，各厂家还对产品配置了许多其他测控功能，如油温自动数显控制和油压、气压(真空度)的数字化测量等。总之，传动轴测试时所需的条件参数均可由仪表测量数显，使测试条件、控制精度大大提高。(2)传动轴调试参数测试传动轴调试参数主要是各缸油量，目前测试主要还是以玻璃量筒计量为主，但这种测量方式的最大缺点是测量过程缓慢，尤其不适于油泵油咀生产厂家的大批量专业化生产，因此，在国外新开发的产品上，利用了计算机测控技术及设计的传感器对油泵的喷3油量进行快速、连续的测量，是目前急需解决的问题，这正是国产传动轴试验台与国外先进产品之间真正差距所在。4）传动轴试验台发展趋势(1)由于试验台主要应用于传动轴生产厂家和维修调试，而生产厂家由于生产是批量化的，因此，它要求试验台的自动化程度要高，如传动轴快速装夹具及扭矩快速数字化测量等；而维修行业则要求试验台应能适应多种传动轴的调试，具备较齐全的附件。(2)今后传动轴试验台的技术发展应主要集中于充分利用计算机测控技术，使传动轴调试中的各项条件和技术参数的测量完全以数字化方式自动测量，以适应传动轴产品技术及质量不断提高的需要国外以德国HBM公司为主。其产品规格060000mN，使用转速最高达22000rpm。而日本小野测器株式会社与日本一家船用柴油机厂合作生产过在线测量用低速大扭矩测量设备，其最大测量扭矩为2800000mN。其生产的小扭矩测量用测量设备，最高使用转速达120000rpm。湘仪动力测试仪器有限公司1975年开始研制生产扭矩测量设备，1976年通过原第一机械工业工业部的部级鉴定。1985年其产品获得湖南省科技进步一等奖，研制生产的4000mN使用转速015000rpm扭矩测量设备用于中国科学院工程热物理所的涡轮增压试验台上，该试验台曾获国家科技进步一等奖。现已成为国内扭矩测量设备生产规模最大，规格最全的企业。尤其在大功率高转速的扭矩测量设备的研制开发上，在国内可以说是独此一家。但是，随着航空航天领域科学技术的发展，要求一些相关科研部门尽快的研制出更大功率、更高转速设备。例如四川江油624所提出需要能够测试45000kW、15000rpm；20000kW、18000rpm设备的测试系统。现在航空部的沈阳606所、四川江油624所、株洲608所、无锡614所等都纷纷向我们提出了相应的要求，希望扭矩测量设备立足于国内研制。目前，需要大功率高转速的测试设备主要是国内的航空、航天领域中的科研院所及相关的大专院校。如按需求量20套计算，每套按95万人民币，其销售额约为1900万元左右。但是可节约的外汇将不少于2000万美元，如国外搞技术封锁，即使有钱也买不到，这是完全可能的，这将会严重影响我国航天、航空事业的发展，其后果是不能以金钱来衡量的。将来，随着我国汽车、电力机车等向高速发展，其大功率高转速的测试设备也可向民用工业发展，即可在社会效益及经济效益获得双赢。目前，国内还没有竞争对手。二、本课题拟解决的问题机械传动实验台能按照机器零件的工作能力和可靠性的基本准则进行精度、摩擦损耗、强度、刚度、耐热性、噪声和抗震性等多项实验。本设计就是提出一种改进机械工程学院的一台齿轮实验台的方案，本方案采用模块化的设计思想，将齿轮箱设计成模块，可以进行齿轮箱的整体的效率寿命的测试，也可以进行齿轮效率寿命测试，同时增加了测试联轴器、离合器、带传动的效率寿命的功能,并且更换了传感器，增加工控机，实现了计算机数据处理，使原来的实验台成为适应现代测试要求的机械传动实验台。目前，大部分齿轮实验台设计只是针对某一特定的轮辐，虽然专用性对于试验台结构设计及实验成本带来一定有利因素，但是功能的单一制约了设备的使用效率。4在此基础上，开展多功能机械传动试验台设计是改进于原来齿轮试验台的一条十分有效的途径。齿轮试验台的功能是测量彩齿轮的效率和寿命.其最大的特点是具有一套封闭加载系统,且具有明显的节能效果.为了利用其特点,在在原功能不变的情况下,1）增加联轴器,离合器。2）带传动的或其他穿传动件的效率和寿命,使其成为多功能的机械传动试验台。3）对齿轮的各种性能进行测试。三、解决方案及预期效果1.项目实施的主要技术内容此次设计的主要内容为非标准试验设备的研制。2.完成的试验项目1)完成了实验台的整体设计改进工作；2)完成了装配图及其他图纸的绘制；3)对了轴，齿轮，轴承等关键零件进行了校核；4)更换了原来的传感器，并配备了工控机。3.预期效果根据公司所提出的产品具体要求，在一个试验台上完成如此多的齿轮的测试非常困难，建议采用二到三个试验台来完成全部产品的测试内容；此方案中所设计的几个试验台集中后，可做传递扭矩范围05000mN的齿轮的扭矩、转速、功率、效率（备选）的测量,并通过曲线找出被测齿轮的传递效率与克服不同心度能力，克服不同心度能力与最大传递扭矩间的关系；最后完成报表、曲线绘制及打印。