机械毕业设计（论文）开题报告-1MN电动缸型材料试验机设计【全套图纸】.doc

本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 学 号： 41090727班 级： 410907班专 业：机械工程及自动化指导教师： 开 题 报 告一 课题介绍 1 课题名称： 1MN电动缸型材料试验机设计 2 课题背景： 2.1 材料试验机的介绍材料试验机是测试金属材料力学性能的一个加载测试平台，按照加载方式和控制方式区分，有三代产品：机械式加载试验机，液压式加载试验机，微机控制的电控试验机。前两代产品几本上是人控方式，可称为传统试验机。 机械式加载试验机，主要是普通电动机、齿轮、丝杠式传动加载及重锤杠杆式加载。其缺点是调整、控制加载速率十分困难，而且要求试验机承力结构抵抗变形的刚度非常大。 液压式加载试验机使人工调整，控制加载速率变得较为容易，加载能力也得到极大地加强，而且对试验机结构刚度要求下降，特别是易于实现双向、三向加载，这是机械加载方式难以实现的。 微机控制的电控试验机是在普通电动机、齿轮、丝杠式传动加载的基础上改以采用便于自动控制的伺服电机，或者是在液压加载方式的基础上采用电液伺服阀或比例阀，配上微机控制的自动控制系统及显示系统，使得试验机的性能发生了革命性的变化。电动缸是将电动机的旋转运动转换成直线运动的一种装置，是能够实现高精度直线运动的全新革命性产品。2.2 电动缸的应用及优缺点电动缸能够把电动机的旋转运动转化为直线运动，是一种响应高、寿命长的执行机构，目前在钢铁生产企业中已得到广泛应用，主要用于原料码头、原料场、烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂等工作场所的卸料、卸煤、卸矿、卸灰、皮带运输机、除尘器等设备上。和其他装置上采用液压或气压作为驱动源的系统相比，电动缸直接由电动机进行控制，不再需要油、气等传递动力，可以避免因漏油、漏气致使系统产生误差，导致系统传动不准确、使用不方便，所以电动控制系统比液压系统具有更为优越的控制特性。电动缸具有着独特的性能特点，相比于液压和气压系统有明显的优越性。其优点主要体现在以下几个方面： 定位精确。如果采用伺服电动机作为驱动装置，伺服控制系统精度高，它与高精度的传动件配合可以使电动缸的控制精度得到大大的提高，能够实现0.01mm左右的精确定位。 传动效率高。如果采用滚珠丝杆副作为传动件以实现直线的往复运动，减少往复运动时所产生的摩擦，传动效率可达90%以上，比液压传动系统的传动效率高出大约15%左右。 运动响应快。 直线的运动速度范围可达到55mm/s ,而液压缸只能达到35mm/s。 承载范围广。可以实现从几十公斤到上百吨的承载范围。 使用寿命长，如果采用滚珠丝杆等高精度传动件，在减少摩擦的同时也可以提高电动缸的使用寿命。 结构紧凑，充分利用空间。电动缸是一种非标准件产品，可以按照所使用的环境充分考虑空间而进行设计。 环境适用能力强。可以在干燥、高温、风雨等恶劣环境下适用，不同液压和气压系统要充分考虑环境等因素。3 工作内容与要求： 任务：设计一种电动缸型万能材料试验机，进行主机机械设计。机器应在对材料进行试验时，可实现施加轴向载荷、扭转载荷。可以自动检测轴向位移、轴向力、轴向变形、径向变形和扭矩。 要求：基本参数如下：1 额定轴向载荷：1MN； 2 最大行程600mm；3 工作空间：高*宽=600mm*700mm；4 位移分辨率 0.1um； 5 满载最大速度 200mm/min，空载速度300mm/min;6 最大扭矩 100Nm；7 最大回转角度 180。 本课题研究设计的一种电动缸型材料试验机，由于电动缸机构可以根据实际需要进行设计，同时电动缸机构具有定位精度高、传动效率高、运动响应快、承载能力大等优点，可以取代以往蜗轮蜗杆以及滚珠丝杠等传动方式。同时以往的万能材料试验机不能进行扭转实验，只能进行压缩、拉伸、弯曲的实验。本课题设计的新型万能试验机是通过电动缸机构进行传动，同时加入对试样的扭转机构，应用传感器对试样轴向变形、径向变形、扭转变形进行测量，通过计算机装置显示出实验结果，创造出一种新型电动缸型万能试验机。本课题中为保证系统稳定性和精度加入现代技术使该试验机成为既可靠又有技术含量的现代产品，其中新的思想很重要，但完全脱离现有产品也是不切实际的，要把握一个度的问题。 万能材料试验机总共由五部分组成，即主机，力发生装置，控制器和工作仪表以及数据处理系统。其中主机包括机架（机器的结构主体），驱动机构（用以实现粗加载的传动系统），控制器，工作仪表等。 4 课题的重点和难点： 本课题研究设计一种电动缸型万能试验机，由于电动缸机构可以根据实际需要进行设计，同时具有定位精度高、传动效率高、运动响应快等优点，可以取代以往蜗轮蜗杆以及滚珠丝杠等传动方式。同时以往万能材料试验机不能进行扭转实验，只能进行压缩、拉伸、弯曲的实验。本课题设计的新型万能试验机是通过电动缸机构进行传动，同时加入对试样的扭转实验，应用传感器对试样轴向变形、径向变形、扭转变形进行测量，通过计算机装置显示出实验结果，创造出一种新型电动缸型万能试验机。本课题中为保证系统稳定性和精度加入现代技术使该试验机成为既可靠又有技术含量的现代产品，其中新的思想很重要，但完全脱离现有产品也是不切实际的，要把握一个度的问题。设计万能试验机可能会用到的知识包括一些基础知识材料力学，理论力学等，电子技术，传感器技术，同时也有计算机方面的知识，绘图，工程软件等。 本课题中需要着重计算和校核以下几个部分： 横梁的刚度及联杆的刚度 如果过高的要求横梁及联杆的刚度，则会造成材料的浪费，造成成本增加。只有在进行挠性测试时横梁的刚度才会显得极为重要。 电动缸传动系统的设计 电动缸的结构相对简单，主要包括驱动机构、减速装置、直线传动机构和辅助机构等四大部分。电动缸的设计方案是多种多样的，最重要的是设计一个满足功能要求、结构简单、成本低、环保并且管理维护方便的电动缸。 扭转装置的设计安装 扭转装置的设计前提是保证立柱不受扭矩的影响，从而保证测量结果精确。 底座的设计 试验机的底座需保证具有足够的强度和刚度，同时保证结构合理，在保证满足强度要求的基础上，尽量节约材料，从而降低成本。5 可能运用的知识和技能： 课题研究过程中，需要运用到大学四年所学的知识，例如计算螺栓强度就需要机械设计的一些方法，梁和套筒的校核就需要运用到材料力学的知识，同时在绘制装配图和零件图的过程中需要应用工程制图和CAD的知识，同时要具备查询机械手册的能力，综合运用大学所学的知识。6 需要自学的知识和技能： 能够熟练运用CAD进行二维制图，同时能够熟练掌握工程制图的制图方法，能够综合运用大学四年所学过的知识，将机械设计、材料力学、机械原理的的设计方法应用到毕业设计中，增强自己的运用知识去解决问题的能力，为以后的工作生活打下基础。二 工作计划 工作内容：包括资料查询，查找与试验机相关的新技术，目前国内试验机现状，国外试验机发展情况以及对未来几年内试验机可能的发展方向。根据所掌握的最新资料确定几个可能的万能试验机的方案方向，再进一步考察，从实际出发，确定方案的可行性。接下来进行总体方案的设计，并时刻考虑新技术的加入，已经成熟的技术是相对稳定的，两方面结合起来才能更大的提高试验机的稳定性和技术含量。制定主机设计方案，总体方案确定后进行运动动力学设计，其中有些要计算，进行运动和动力计算，有些要用到软件分析，传统设计与现代设计方法相结合，保证更高的效率和成功率。在设计过程中可能出现反复，在不断改进中提高系统的性能。其中要查看许多标准，按标准设计计算。一些常用结构最好用现在应用比较成熟的，确保系统稳定，最后绘制装配草图；进行运动和动力核算，绘制总装配图、零部件工作图。包括建立零部件的三维模型，作机器工作的运动仿真；进行主要构件工程力学分析计算。 工作量： A0图纸三张，设计计算说明书一份； 时间安排：2013年3月至毕业设计结束。其中两周进行调研实习，三周做方案、绘制草图、进行计算，其余时间完成其他工作。三 参考资料1.机械设计/谭庆昌，赵洪志主编.北京：高等教育出版社，2004.72.材料力学/