推拉型电磁铁性能测试台设计【16张CAD图纸】【优秀】

推拉型电磁铁性能测试台设计

29页 12000字数+说明书+任务书+16张CAD图纸【详情如下】

丝杠上滑动板.dwg

任务书.doc

位移传感器固定座.dwg

位移传感器连接板.dwg

光轴支撑单元.dwg

刚性套筒联轴器.dwg

力传感器接触台.dwg

力传感器支撑座.dwg

右端盖.dwg

封面.doc

左端盖.dwg

底座.dwg

推拉型电磁铁性能检测台装配图.dwg

推拉型电磁铁性能测试台设计说明书.doc

珠丝杠固定座.dwg

珠丝杠连接板.dwg

电机固定支座.dwg

电磁铁固定支座.dwg

设计图纸16张.dwg

评阅表.doc

调整垫圈.dwg

鉴定意见.doc

目录

第1章 绪论1

1.1 设计研究的应用目的和现实意义1

1.1.1 电磁铁的广泛运用1

1.1.2 电磁铁的发明1

1.1.3 我国电磁铁测试技术的现状2

1.1.4电磁铁性能测试的现实意义2

1.2国外和国内研究动态的比较2

1.2.1 国外研究动态2

1.2.2国内研究动态3

1.3选题的研究方法、主要观点、创新之处3

1.3.1 选题的研究方法3

1.3.2 选题的主要观点4

1.3.3 选题的创新之处4

第2章 电磁铁性能检测台的总体设计5

2.1 测试需求分析5

2.2 测试台方案的选取5

第3章 动力元件的选择7

3.1电机类型的确定选择7

3.2 步进电机型号的选择7

第4章 传动机构的设计9

4.1 机械传动机构的列举：9

4.2 传动机构的选择10

4.2.1传动机构类型的确定10

4.2.2 滚珠丝杠的概念10

4.2.3滚珠丝杠的型号的选取11

第5章 传感器的选择15

5.1传感器的概念15

5.2传感器选择15

5.2.1 位移传感器的选择15

5.2.2 力传感器的选择17

第6章 其他零部件的设计18

6.1 导套副类型的确定18

6.2 联轴器的选择20

6.3 轴承的选择21

6.4 余下零件设计22

第7章 总结23

致谢24

参考文献25

附录：26

推拉型电磁铁性能测试台设计

摘要：电磁体性能测试台的设计主要有安装固定步进电机、位移传感器和力传感器等测试传感器、滚珠丝杠和要求被测的电磁铁，设计的主题方案是用步进电机为动力元件，用一个刚性联轴器把步进电机和滚珠丝杠连接起来，使步进电机的旋转运动变换为缓慢的匀速直线运动，从而带动滚珠丝杠上的导轨滑块机构，以此收集电磁铁性能测试过程中所需各种数据。

关键词：电磁铁  性能测试   步进电机  滚珠丝杠 传感器

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 绪论

1.1 设计研究的应用目的和现实意义

1.1.1 电磁铁的广泛运用

　　　电磁铁是电流磁铁效应的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。

　　　电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：（1）制动电磁铁—主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。（2）牵引电磁铁—主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。（3）自动电器的电磁系统—如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。（4）起重电磁铁——用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。（5）其他用途的电磁铁——如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。

1.1.2 电磁铁的发明

　　　1822年，法国物理学家阿拉戈和吕萨克发现，当电流通过其中有铁块的绕线时，它能使绕线中的铁块磁化。这实际上是电磁铁原理的最初发现。1823年，斯特金也做了一次类似的实验：他在一根并非是磁铁棒的U型铁棒上绕了18圈铜裸线，当铜线与伏打电池接通时，绕在U型铁棒上的铜线圈即产生了密集的磁场，这样就使U型铁棒变成了一块“电磁铁”。这种电磁铁上的磁能要比永磁能大放多倍，它能吸起比它重20倍的铁块，而当电源切断后，U型铁棒就什么铁块也吸不住，重新成为一根普通的铁棒。斯特金的电磁铁发明，使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景，这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。?    1829年，美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新，绝缘导线代替裸铜导线，因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层，就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起，由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年，亨利试制出了一块更新的电磁铁，虽然它的体积并不大，但它能吸起1吨重的铁块。

1.1.3 我国电磁铁测试技术的现状

　　　电磁铁的应用如此广泛，而且它在工业自动化控制领域中起到了非常重要的作用，可以说电磁铁性能的好坏将直接影响到整个自动化系统的工作，有时甚至是毁灭性的结局。所以必须严把质量关，其中最重要的一个环节就是严把出厂关，也就是在电磁铁出厂时做好电磁铁的静动态性能测试。一方面，可以保证出厂电磁铁的质量问题;另一方面，可以为用户提供清晰可供参考的性能曲线。这将是工业控制领域的重中之重。    

　　　然而，我国电磁铁测试技术却非常落后，有的企业在这方面的技术甚至为零。大部分的电磁铁生产厂商主要是依据工人的经验来判断一个电磁铁的性能好坏，更不能够提供详尽的性能曲线了，这将直接影响自动化系统的性能，进而制约自动化技术的发展。

1.1.4电磁铁性能测试的现实意义

    针对目前电磁铁广泛应用和电磁铁测试技术落后之间的矛盾，如果我们能够自主研发出有自己知识产权的电磁铁测试系统，那么它的意义是不可估量的。

   在效益方面:在电磁铁出厂之前，它可以为电磁铁提供完善的性能曲线及相关技术数据。保证了电磁铁的质量，同时也为用户提供了方便。

　　　在社会方面:目前国内尚无成熟地电磁铁测试系统，因此该系统的研究有助于填补我国在电磁铁测试技术研究及产品的空白，对提高我国自动化技术的发展，提升我国电磁铁测试技术的水平都具有重要的意义。

1.2国外和国内研究动态的比较

1.2.1 国外研究动态

　　　    通过分析国外电磁铁产品可以看出，国外电磁铁测试系统的研究与开发方面己经积累了丰富的经验，同时己有较为成熟的产品投入市场。

　　　德国Zwick公司开发和生产了额定载荷高达2000KN的比例电碰铁测试机，可以对多种类型的比例电磁铁进行垂直和水平方向的测试．其功能较为齐全，自动化水平也较高，可进行 “低”和“标准”两种等级的额定载荷分别为1KN和25KN的测试．同时，Zwick公司还开发了名为testexpert的通用测试软件。

　　　日本KYB公司采用电涡流传感器作为其动圈式电一机械转换器的位移检测装置，协助完 成闭环控制，实现了很好的控制精度；申请者提出了一种新型耐高压电涡流位移传感器，采用螺管式结构，能够实现高压环境下电机械转换器的位移检测。1.3.1 选题的研究方法

　　　（1）文献研究：通过查阅与本课题相关的文献资料，及时了解本课题的研究进程，全面掌握相关信息，为课题研究提供科学的论证依据、研究导向。

　　　（2）观察：为了了解事实真相，从而发现某种现象的本质和规律。通过现场的观察，以便能更好的进行设计与改进。

　　　（3）行动研究：对于本课题进行试验研究，将采用行动研究方法，边实验，边总结，边推广。

　　　（4）个案研究：抓住典型实例，针对课题实施前后其计算、设计与校

　　　（5）网上调查：利用网络的便利性，作相关查阅与调查，及时指导与调整下步行动。

　　　（6）经验总结：经验总结法是根据实践所提供的事实，分析概括现象，挖掘现有的经验材料，并使之上升到理论的高度，以便更好地指导新的实践活动的一种研究方法。关键是要能够从透过现象看本质，找出实际经验中的规律；从而更好地更加理性地改进自己的设计。

1.3.2 选题的主要观点

　　　推拉型电磁铁性能测试台的设计应采取整体规划，统一设计。设计要符合现实基本规律。其次设计不能太过复杂拆装要简便。测试台为了其实用性所以设计不能太过于理想化，能够在现实中被很好的应用。设计的测试台测试精度要高，范围尽量大，测试速度应快。

1.3.3 选题的创新之处

　　　电磁铁的额定值测试可以计算出额定电流、额定力、额定位移等指标;电磁铁的性能包括对应于不同输入信号线圈电流输出和电磁铁位移以及电磁铁作用力输出的特性。具体方法是向控制器输入不同的电流控制信号，得到电磁铁位移以及作用力的变化与线圈电流相对应的情况，以求得电磁铁的位移输出、力输出与线圈电流的线性关系，即滞环、非线性度、重复精度、起始电流等指标。在设计时可以用到力传感器和位移传感器，这样能使测试的数据比较直观的表达出来，不需要进行一些不必要的计算，使本次设计达到既不复杂，有能够很好的体现出本次设计的重点。 第2章 电磁铁性能检测台的总体设计

2.1 测试需求分析

测试对象：

　　　直流电磁铁

电磁铁技术指标：

　　　力：±100N

　　　电压：0-30V

　　　行程：±15

　　　外形尺寸：150*φ100*115(长度*直径*中心高)

电磁铁性能测试要求：

　　　1、在额定电压下，电磁铁吸力与衔铁行程之间的关系测量。

　　　2、在额定电压和负载情况下，电磁铁的寿命试验。

　　　3、在衔铁位置固定的情况下，电磁铁吸力与电压之间的关系测量。

2.2 测试台方案的选取

　　　电磁铁性能测试台结构原理如图2-1：

图2-1  机械系统结构原理图

　　　本次设计主要是安装固定步进电机、位移传感器和力传感器等测试传感器、滚珠丝杠和要求被测的电磁铁，设计的主题方案是用步进电机为动力元件，用一个刚性联轴器把步进电机和滚珠丝杠连接起来，使步进电机的旋转运动变换为缓慢的匀速直线运动，从而带动滚珠丝杠上的导轨滑块机构，以此收集电磁铁性能测试过程中所需各种数据。　

　　根据以上工作原理能得出以下两种方案：

　　 方案一：动力元件为步进电机。采用滚珠丝杠作为主要的传动机构，配合滚珠直线导套副，带动滑块机构，完成数据采集。?

　　 方案二：动力元件为步进电机。采用普通滑动螺旋机构，将回转运动转换为直线运动。配合滚动直线导轨带动滑块，完成测试数据的采集工作。

　　 通过比较可以得出以下结论：?

　　 滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。但是磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗?大，传动效率低（30~40%）传动精度低。?

　　 滚珠丝杠：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。预紧后刚度好，定位精度高（重复定位精度高）。但不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。?

　　 滚动直线导轨：滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而使得动、静摩擦力之差很小，随动性极好，有益于提高测试系统的响应速度和灵敏度。但是结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。?

　　 滚珠直线导套副：滚珠直线导套副是将滑块与光轴配合，中间放入钢球，二者之间的摩擦力很小。随动性较好。结构简单，制造工业要求不高，成本适中 。

   综上所述，选择方案一较好。既能达到电磁铁检测台的基本要求，完成试验的结果。经济成本又不高。

第3章 动力元件的选择

3.1电机类型的确定选择

　　　电机若按工作原理和结构划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

　　　因为此次设计的电磁铁性能检测台所需电机转速要求不高，并且需要控制和调节。所以，选用步进电机作为动力元件是最合适的。

　　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

3.2 步进电机型号的选择

   步进电机选择方法一般按照以下步骤进行：

　　　先是确定其负载，然后进行步距角的选择，再对其静转矩进行计算选择，然后通过矩频特征曲线确定电流，根据电流再对静转矩进行修正，以此来对电机型号进行确定。只要不进电机的三要素步距角，静转矩和电流确定了，步进电机的型号便确定了下来。

   1、首先需要判断有多大的力矩：一般来说，选择步进电机的主要参数是静扭矩。负载比较大时，需要采用相对大一点的力矩电机。力矩越大，电机的外形也越大。

　　　电机运转速度大小的判断：电机转速要求高时，应选择电感相对小，相电流比较大的电机，以此来增加输入功率。

　　　2、静力矩的计算与保持转矩的选择

　　　步进电机转矩的计算：由本设计可知电磁铁测试位移：L=15mm，测试时间t=5s

由以上数据可以得出测试速度：

V=L/t=3mm/s=180mm/min

选择的滚珠丝杠导程：S=5mm

由以上数据可以得出滚珠丝杠转速：

n=V/S=180/5=36r/min

设定电磁铁产生的最大推力为：F推=100N

滚珠丝杠的效率η=90%

由以上数据可以得出功率:

P==

因此可以得出步进电机所需转矩：

Tmin=

　　由步进电机所需转矩，选择保持转矩为2 N.m的步进电机。

3、力矩与功率换算??? 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：???? P= Ω·M???? Ω=2π·n/60???? P=2πnM/60???? 其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米???? P=2πfM/400(半步工作）???? 其中f为每秒脉冲数（简称PPS)

　　　综上所述，选择的步进电机型号为86BYG250BN-0401。

　　　型号为86BYG250BN-0401的步进电机技术数据如下表3-1所示：

　　　参考文献

　[1]王永华.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社社

[2]顾绳谷.电机及拖动基础[M.机械工业出版社]

　[3]黄贤武，郑筱霞 传感器原理与应用[M].成都：电子科技大学出版社，高等教育版出版社

　[4]黄坚。 可编程控制器原理及其应用[M].北京：高等教育出版社

　[5]戴佳，戴卫恒。执行电动机[M]. 北京：电子工业出版社

　[6]何立民.机电传动控制技术[M.北京：北京航空航天大学出版社

　[7]近角聪信.铁磁性物理[M].兰州：兰州大学出版社

　[8]机械零件设计手册[M]：冶金工业出版社

　[9]陶红艳 余成波.传感器与现代检测技术[M]北京：清华大学出版社

[10]童秉枢 等机械CAD技术基础[M]北京：清华大学出版社