振动实验台的设计及测试系统开发【6张图纸】【优秀】
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振动实验台的设计及测试系统开发
75页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸
三角凸轮零件图.dwg
中英文摘要.doc
任务书.doc
前言.doc
大带轮.dwg
封面.doc
小带轮.dwg
振动实验台的设计及测试系统开发开题报告.doc
振动实验台的设计及测试系统开发说明书.doc
目录.doc
装配图.dwg
轴.dwg
轴套.dwg
振动实验台的设计及测试系统开发
目录
毕业论文任务书Ⅰ
开题报告Ⅱ
指导教师审查意见Ⅲ
评阅老师评语Ⅳ
答辩会议记录Ⅴ
中文摘要Ⅵ
外文摘要Ⅶ
前言Ⅷ
1概述1
1.1国内外振动台的现状1
1.2振动台的发展趋势及研究主攻方向1
1.3振动量测试的发展趋势及研究主攻方向2
2总体方案设计4
3主机结构设计5
3.1电动机的确定5
3.1.1电动机的分类5
3.1.2电动机的选择7
3.2传动机构的确定7
3.2.1传动机构的分类7
3.2.2传动机构的选择8
3.2.3带的选择及计算11
3.3振动源的设计11
3.3.1产生正玄波位移的凸轮的设计12
3.3.2产生三角形波位移的凸轮的设计13
3.4振动台台架的设计13
3.5校核13
3.5.1计算悬臂梁受的力14
3.5.2校核顶杆的强度15
4测试系统方案设计15
4.1测试系统的构成15
4.2测试系统的设计步骤15
4.3传感器的确定15
4.3.1传感器分类17
4.3.2传感器选择20
4.4 A/D转换器的确定20
4.4.1 A/D转换器的分类20
4.4.2 A/D转换器的选择22
5测试软件开发22
5.1 Microsoft?Visual?Basic?6.0简介22
5.1.1 Visual Basic集成开发环境22
5.2设计VB应用程序的步骤25
5.2.1设计用户界面25
5.2.2设置属性25
5.2.3编写代码26
5.2.4保存和运行调试工程、生成EXE文件26
5.3振动台性能曲线测试系统软件开发26
5.3.1软件简介26
5.3.2特点26
5.3.3系统要求27
5.3.4运行界面介绍27
6设计小结32
参考文献33
致谢34
附录35
附录一35
附录二36
附录三38
附录四45
附录五55
附录六62
振动实验台的设计及测试系统开发
[摘要]这篇文章介绍了振动实验台的设计及其测试系统开发。振动实验台就是用来做振动试验的一种装置。本文对振动实验台的国内外现状以及发展趋势和这次所设计的机械振动实验台的整个过程都作了详细的论述。这次设计分为机械设计和测试系统开发两个部分。本次设计主要是争对教学实验的设计，所以在机械设计部分中的传动机构的设计，激振装置的设计，以及台架的设计都经过方案的筛选。最后选用悬臂梁机械振动台，其激振装置是设计了一个能产生正玄波位移的凸轮和一个能产生三角波位移的凸轮。在测试系统开发部分根据需要选择了一些先进的测试仪器，比如位移传感器和速度传感器以及A/D转换器，并且基于用VB语言编写程序所实现的测试软件的开发以便得到激振装置所产生的位移和速度曲线，然后得到振动台的振动规律。
[关键词]振动实验台 悬臂梁 振动测量 传感器 测试系统 程序
2总体方案设计
下图是一般的测试框图（图1），整个测试过程大体上可分为5个基本环节。
（1）测试对象 也称为试验模型，它是测试的主体。在工程上它通常是承受动载荷的动力结构。测试对象既可以是实际结构原型，也可以是按一定相似关系制作的比例模型。在这里选用的是实际结构原型。
（2）激励环节 为了获得测试所需的结构振动响应，必须对结构施加一定形式的激励。按试验的要求不同，有多种激励方式和设备可供选用。在这里选用的是悬臂梁机械振动台。
（3）测量环节 测量环节包括有传感器及配套的测量电路所组成的传感器测量系统。传感器测量系统在整个测试过程中担当了将机械振动量转换为电信号的重任，它直接关系到试验的成败和精度。因此，在任何测试场合，首先要保证这一环节的可靠性。应根据试验所要求的频率范围，幅值量级，测量参数（振动位移，速度，加速度，力和应变等）及试验模型的条件选择合适的传感器测量系统。
（4）分析环节 分析环节的作用是对来自传感器测量系统的原始振动信号进行波形分析，变换等处理，以给出试验所要求的结果。随着试验研究的深入和测试技术的发展，分析的内容也在不断地充实与发展。用于分析的仪器，种类越来越多，功能也越来越强。
（5）检测环节 测试的最后结果通过检测环节以数据和图表形式提供出来，它包括多种用于显示，记录和绘图的仪器，比如幅值和相位检测仪器，电子示波仪，光线示波仪，x-y函数记录仪，电平记录仪，数字绘图仪，打印机和用于存储分析结果的磁盘驱动器等。
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毕业设计开题报告题 目 名 称 振动实验台的设计及测试系统开发 题 目 类 别 毕 业 设 计 学 院（系） 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 李 一 芳 指 导 教 师 张 强 辅 导 教 师 张 强 日 期 2005.04.05 振动实验台设计及测试系统开发开题报告学生：李一芳，机械工程学院指导教师：张强，机械工程学院1 题目来源及类型题目名称：振动实验台设计及测试系统开发。题目来源：实验室建设。题目类别：毕业设计。2 研究目的与意义研究振动的目的及意义在于摸清振动规律,知道机械结构的优化设计,对设备的振动进行预测或进行振动控制,以保证机械设备具有良好的动态特性和良好的环境适应性,以提高机械设备的总体性能和总体水平. 振动试验的目的及意义在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。 振动测量的目的及意义是随着生产及科学技术的发展,越来越多的饿震动课题要求人们去研究解决,以达到减小不利震动,利用有益振动为人类服务的目的.振动量测就是通过实测手段对振动进行分析研究的方法,它是振动科学的一个重要组成部分.工程中常遇到的需进行振动试验的课题有:1测定结构在实际工作时振动水平(幅值,频率)及性状(振动特点).2对实际结构或模型进行振动的试验研究采用激振手段对实际结构或模型进行试验,用以测定系统的振动特性参数.如系统的固有频率,振型,阻尼系数以及广义质量,广义刚度等;对计算方法进行考核验证;模型试验可以用来对各种设计方案进行比较.有时通过振动测量还可以修正理论上无法考虑到的因数或克服理论上难以克服的困难.3模拟振动条件进行环境试验,某些特殊的产品必须考虑受到振动或冲击后的影响在振动环境下能否正常工作等等,均需要进行试验后才能给出答案.试验可在不同路面上进行实地运输试验或更多的是在振动台上进行环境实验.4标定实验,即对振动测试用的一起设备进行各种参数的标定,以确定仪器的使用范围及灵敏度等参数.5鉴于试验研究工作具有直观可靠等优越性,所以进行了各种试验方法的迅速发展.而所有振动试验理论及试验方法的研究都离不开振动试验工作. 在这次毕业设计中我主要研究的是用于教学用的机械振动实验台及其测试系统。任何力学系统都既有震动的能力；任何机械、机构、零件及其组成部分都会产生机械振动。在生产和科学实验中，机械振动是普遍存在的现象。随着科学技术的发展，对机械振动的研究和振动测试的研究提出了更高的要求。为了研究与认识振动，进而控制振动与测试振动，首先必须区分振动的不同类 别，掌握表征各类振动的振动量的方法与平定指标。近代工程技术的飞跃发展，特别是航空、航天、海洋工程等技术的发展，必须对振动进行预测、采集、并实时处理在运行过程中的载荷数据的响应数据，对大型结构系统进行振动和噪声分析，对可能产生的过大振动事先加以避免或进行控制以确保安全，经济合理。因而振动信号采集和处理、系统辩识、振动和噪声控制、环境预测等新分支迅速发展。人们正在战胜地震的威胁，促使振动工程得到迅速发展和广泛应用，成为各行各业都密切关注的问题。振动测试技术作为解决工程振动问题的一种有效手段，早已被人们所利用。在近二十多年来，随着科技、生产的发展，震动测试无论字理论上或应用上都产生了令人瞩目的深刻变化。电子即使和传感器技术的进展，大大加强了振动测试的功能，提高另外测量的精度和速度。各种新型振动传感器的相继问世，使得过去难度较大的振动测量都得以实现。由于计算机的普遍推广应用，使得振动测量技术进入了一个新时期。在这一时期，各种基于数字信号处理原理的频率分析仪及其它一微处理器为核心的多功能信号分析仪器大量涌现，从而大大加强了对振动型号的时域及频域分析功能。在这一基础上，为适应结构动力特性研究的需要，结构的振动模态参数试验分析原理及参数识别技术得到迅速发展，从而使振动试验研究直接为动态设计及振动强度校核提供重要依据。3 阅读的主要参考文献及资料名称 1 胡时岳、朱继海，机械振动与冲击测试技术，科学出版社，1983 2 浙江大学精密机械教研室振动测试和分析，1980 3 北村恒二日，噪声和振动测试技术，陆世鑫译，机械工业出版社，19854 布歇尔，R.R.美，冲击与振动传感器的校准，杜德昌译，计量出版社，1984 5 机械工程手册编委会，机械工程手册第21篇机械振动，机械工业出版社,1978 6 严普强、黄长艺，机械工程测试基础，机械工业出版社，19857 黄长艺、卢文祥，机械制造中的测试技术，机械工业出版社，19818 郑兆昌（主编），机械振动上、中册，机械工业出版社，1980（上册），1986（中册）9 悉德昌、赵钦淼，振动台及振动实验，机械工业出版社，198510 南京航空学院、北京航空学院，国防工业出版社，198011 庄表中、刘明杰，高等教育出版社，198912 袁希光（主编），国防工业出版社，198613李方泽、刘馥清、王正，高等教育出版社，199214张思（主编），清华大学出版社，199215吴三灵(主编),兵器工业出版社,199316吴福光,蔡承武,徐兆,高等教育出版社,198717张世基(主编),北京航空航天大学出版社,199018吴淇泰,浙江大学出版社,198919庄表中,黄志强,科学出版社,198520刘允嘉,杨本法,上海交通大学出版社,198721梁德沛,重庆大学出版社,198722倪振华,西安交通大学出版社,198923石,同济大学出版社,19904 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向4.1、国内外现状：对许多人来说，振动试验台是一个冷僻的专业词汇，恐怕大部分人不知其为何物。实际上，振动试验台应用范围极广，大到火箭制造，小到饼干的生产，都需要做振动试验。这样一种被广泛使用的关键设备，过去很长一段时间，由于受多种技术的制约，我国所使用的振动试验台大多一直依靠国外进口。20世纪70年代，在国内，振动试验台有“1吨推力1吨金”之说，进口1台1吨级的振动试验台需要花费价值1吨黄金的代价。而且，欧美等发达国家长期以来都对中国实行中高端技术与产品的禁运。以前，这些国家对中国禁运1吨以上的电动振动台，时至今日，5吨以上推力的电动振动台仍被禁止运到中国销售，不仅振动台的心脏部件不允许进入中国，哪怕一个光标都不允许中国进口。近年来，我国有关部门完全摆脱了模仿、消化、吸收等传统模式，大胆采用新工艺、新技术、新材料，用全新的创造、最优化的设计、完全自主独立的知识产权开发电动振动试验系列产品，形成了产业化、规模化和国际化的特色。近3年来，苏州东菱连创国内新高：开发设计成功的6吨风冷电动振动台，填补了我国大推力风冷式电动振动台的空白。在此产品的基础上又扩展出国际上最大推力的7吨风冷式电动台。今年4月，企业研制成功了我国最大的16吨水冷式电动振动台，性能指标全面赶超世界先进水平，标志着我国研制大推力电动振动试验系统的能力和水平跻身国际先进行列。4.2、振动台的发展趋势及研究主攻方向：当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。由于电子、电工及材料技术的提高和机械设计方法的改进，为振动试验系统的发展提供了机遇，而且随着技术投入的加大，将会为振动试验提供更可靠、高效率、低成本的设备。因此，振动实验台的发展的趋势是非常明显的。60年代，为满足航天产品振动试验的需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至100kN的振动台及各种振动测量仪表和传感器。目前，振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用，成为一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。(1) 机械式振动台 由于其性能的局限，今后用量会越来越小。(2) 电液式振动台 因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。(3) 电动振动台 将是未来振动试验的主要设备，其制造技术会在两个方面有所发展。一是新材料的应用，随着大型磁性材料成本的降低，大型的永磁振动台将成为可能，这种振动台结构简单，节约能源，且有高可靠性。功率放大器会采用更多的数字化和模块化的电路，体积越来越小，效率越来越高。二是新方法的应用，随着有限元方法的推广，复杂结构的动力特性可以准确、快速的计算出来。因为振动台跟汽车等产品相比用户是很少的，只能进行小批量生产，这就便于对不同的用户、不同的试件进行专门设计，实现运动部件与夹具的一体化设计，使每一个实验系统都达到最佳性能。(4) 多向振动台 许多试验件，尤其是航空航天和船舶行业的试验件，所处的振动环境并不是单自由度，而是多自由度的，显然用目前常用的单方向激振的振动台无法实现真实的振动环境。为了更真实的模拟振动环境，在60年代初期，美国就开始了三向振动台的研制，到70年代已成功的研制了工作频率较高、失真度较小的三向振动系统。80年代，702所也开始了这方面的研究。多向振动台有电动式和液压式，电动式可以实现高的工作频率和低的波形失真，而液压式适合于低频工作，容易实现大激振力。目前三向及多向振动系统在美、日等国家应用较多，在我国使用还很少。但随着技术的日益成熟，多向振动台将以其自身的性能优势和高的工作效率得以推广.4.3 振动量测试的发展趋势及研究主攻方向:振动量测技术的发展是于整个工业生产的发展密切相关的.18世纪,随着世界工业革命的兴起,生产迅速发展.在工业厂房,机器基础,桥梁等领域中,由于机械转速的增大,车辆运载能力,运行速度的提高,经典的结构静力学已不能适应,振动理论这门新的分支应运而生.实际工程中的振动问题是复杂的,单靠理论分析具有其局限性.由于不熟悉结构在新条件下的工作性能,由振动引起的工程倒塌事件大量出现,促使人们设法进行振动试验来验证让结构可靠程度,并寻求结构工作的内在规律为建立新的结构计算理论奠定基础.为此测试设备也随之发展.早期的振动测量仪是机械式的.此外还有多簧式频率计.在40年代,使用叫多的仍然是机械式测试仪,有手持测振仪及盖格尔万能测振仪等.在40年代,电阻应变仪研制成功,其适用范围由静应变测量,逐步发展到动应变测量和振动测量.随着电子技术的发展,测振用的传感器发展很快.按被测参数来分:有唯一,速度,加速度传感器等;按传感器敏感元件工作特点来分:有电动式,磁电式,压电式,压阻式,差容式,应变电阻式等. 测试方法上也发展较快.有相位共振发,矢量分析法.附加质量法,附加刚度法,复数功率法,多点激振法,机械阻抗法等. 5 要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1主要内容及研究重点(1) 总体方案设计及评价(2) 主机结构设计 (3) 系测系统方案设计(4) 测试软件开发5.2 解决方法吃透相关教材，查找与振动实验台有关的资料，参照实验室里振动实验台模型的设计方法，并在此基础上有所改进。6 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决的办法要完成该毕业设计，首先要必须掌握振动学方面的基础知识，熟悉振动实验台的工作原理和主要结构，吃透主要的振动实验台的类型，了解及现代振动实验台设计的新工艺、新方法。在毕业设计过程中充分利用读书馆以及互联网获取相关信息。精通AutoCAD软件，
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