电磁铁性能测试台的设计【优秀】【word+16张CAD图纸全套】【毕业设计】
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丝杠上滑动板.dwg
丝杠固定支座.dwg
丝杠螺母法兰固定支架.dwg
中期检查表.doc
位移传感器固定座.dwg
位移传感器固定板.dwg
刚性套筒联轴器.dwg
力传感器接触台.dwg
力传感器支撑架.dwg
右端盖.dwg
导套支撑单元.dwg
左端盖.dwg
底座.dwg
开题报告.doc
总装配图.dwg
拼装图.dwg
正文.doc
电机支承座.dwg
电磁铁固定座.dwg
调整垫片.dwg
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目电磁铁性能测试台设计
说 明
1．根据湘潭大学《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。
2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。
3．毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字。
5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。
6. 填写说明：
(1) 课题性质：可填写A．工程设计；B．论文；C. 工程技术研究；E.其它。
(2) 课题来源：可填写A．自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B．企、事业单位委托课题；C．校级基金课题；D．自拟课题。
(3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。
(4) 参考文献不能少于10篇。
(5) 填写内容的字体大小为小四，表格所留空不够可增页。
课题名称电磁铁性能测试台设计
一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况
电磁铁因其具有用电流的通断控制控制磁场的有无，改变电流大小来改变磁场的强弱，改变电流方向来改变磁场方向的优点而在工业上得到广泛的应用，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，当其失效时有时会导致毁灭性的后果。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。
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。
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。
国外研究情况：德国Zwick公司开发和生产了额定载荷高达2000KN的比例电磁铁测试机，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。
国内研究情况：在我国电磁铁的生产应用技术和检测技术尚处于起步阶段。电磁铁性能检测设备的检测性能单一、检测技术简单，往往需要几种设备、经过几道工序、配合有经验的检验员手工操作才能完成检测。其缺点是设备性能低，操作烦琐，工人劳动强度大，而且数据可靠性取决于操作者的熟练程度、人为因素较大。但是随着最近几年的高速发展，国内的检测技术有了明显的提高。
北京工业大学潘立新等人提出的有关电磁机构中电磁铁动态吸力特性的测定方案，应用电阻应变片电测技术对ZN4—10/100—16型真空断路器机构中所用的电磁铁的动态吸力特性进行了测试。其测试原理非常简单，主要利用了电阻应变测试技术，将电阻应变片贴在与电磁铁铁芯相连的拉杆上，铁芯运动时拉杆受力变形，其变形量由电阻应变片转换成电压的变化送入动态电阻应变仪从而得到相应的应变值。中国煤炭科学研究院上海分院液压研究所的杨璐硕士提出一种用“工控机+数据采集卡+传感器”测试装置替代传统的“传感器+函数记录仪”模式测试程序由VC++开发。测试过程中比例电磁铁的输入信号由数据采集卡发生，传感器的测试信号由数据采集卡采集输入到工控机，工控机再将测试得到的力、位移或电流信号数据自动绘制成相关的性能曲线，测试性能曲线可直接打印。整个系统的自动化程度较高，测试效率比传统测试方法高。
二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施
研究内容：电磁铁性能测试台的总体设计，动力元件的选择，传动机构的设计，传感器的选择及其他零部件的设计。
预计达到的目标：完成一整套能进行电磁铁力与行程，力与电压等性能测试的试验系统。
技术指标：行程0-15mm
力：0-300N
电压：0-30V
关键理论和技术：电磁铁性能测试台的总体设计中测试方案的选择，以及关键零部件的计算与设计。
完成课题的方案和主要措施：此次课题设计主要措施是以AutoCAD和PRO/E为主要设计软件。
三、主要特色及工作进度
第1周：熟悉课题，调研，收集资料
第2周：总体方案确定。
第3周：撰写开题报告。
第4周至第5周：主要零部件设计。
第6至第8周：装配图绘制。
第8周：撰写中期检查。
第9周至第12周：主要零部件图绘制。
第13周至第14周：撰写说明书，准备答辩。
四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）
[ 1] 潘立新，张渊，白师贤. 电磁机构中电磁铁动态吸力特征的测定[D]. 北京工业大学，1990.
[ 2] 北京中经先略投资咨询公司. 电磁铁测试台项目可行性研究报告[J]. 北京，2013.
[ 3] 熊诗波，黄长艺. 机械工程测试技术基础[M]. 3版. 北京：机械工业出版社，2006.
[ 4] 杨叔子，杨克冲. 机械工程控制基础[M]. 6版. 武汉：华中科技大学出版社，2011.
[ 5] 陈国强. 电磁铁实验系统的研究[D]. 东北大学，2006 .
[ 6] 刘强. 电磁铁性能极其测试系统的研究[D]. 东北大学，2006.
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 电磁铁的应用1
1.1.2 电磁铁性能测试的目的1
1.1.3电磁铁性能测试的现实意义1
1.2 国内外研究动态2
1.2.1 国内研究动态2
1.2.2 国外研究动态2
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3
1.3.3 选题的创新之处3
第2章 电磁铁性能检测台的总体设计4
2.1 测试需求分析4
2.2 测试台结构原理4
第3章 动力元件的选择5
3.1 电机的分类5
3.2 电机的选择6
3.2.1 电机类型的确定6
3.2.2 步进电机简介6
3.2.3 步进电机型号的选择6
第4章 传动机构的设计9
4.1 机械传动机构的种类：9
4.2 传动机构的选择11
4.2.1传动机构类型的确定11
4.2.2 滚珠丝杠的简介11
4.2.3 确定滚珠丝杠的型号12
第5章 传感器的选择16
5.1传感器的定义及其主要作用16
5.2传感器选择17
5.2.1 位移传感器的选择17
5.2.2 力传感器的选择19
第6章 其他零部件的设计21
6.1 导套副类型的确定21
6.2 联轴器的选择23
6.3 轴承的选择24
6.4 余下零件设计25
第7章 总结26
致谢27
参考文献28
附录：29
1.文献翻译：29
2. 英语原文：38
电磁铁性能测试台设计
摘要
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。
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 电磁铁的应用
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 电磁铁性能测试的目的
如今在我国，电磁铁的性能测试应用的极少，有些工厂甚至都不用机器来测试电磁铁的性能，而是仅仅靠老工人的经验来判断电磁铁的好坏，这样做却有很大的危害，一方面工人的经验不能够百分之百的确定电磁铁的好坏，如果失误的话可能造成严重的后果，损害工厂的效益，另一方面却是由于电磁铁性能测试方面的机器缺失造成的，我国的电磁铁性能测试技术比较落后，所以有些工厂根本就找不到有关测试电磁铁性能这一方面的机器。所以，本次设计的目的是为我国的电磁铁性能测试技术抛砖引玉，引起有关这方面技术人才的重视，争取早日与国际接轨，保证电磁铁性能的可靠性，为工厂创造更多的效益。
1.1.3电磁铁性能测试的现实意义
目前我国电磁铁的应用的非常广泛，但是电磁铁的性能测试技术却比较落后，如果我们能够设计出电磁铁性能测试系统，那么它的意义将非常巨大。
在一方面，目前我国还没有设计出成熟地电磁铁性能测试系统，所以本次设计有利于我国在电磁铁测试技术研究及对产品的生产，对提高我国的电磁铁性能测试技术，提升我国电磁铁性能测试的水平都具有重大的意义。
另一方面来说，在电磁铁生产出成品出厂之前，它可以为电磁铁提供完善的性能曲线及相关技术数据。可以保证电磁铁的质量，同时也为用户提供方便。
1.2 国内外研究动态
1.2.1 国内研究动态
北京工业大学的潘立新教授等人提出的有关电磁机构中电磁铁动态吸力特性的测定方案，应用电阻应变片电测技术对ZN4一10/100一16型真空断路器机构中所用的电磁铁的动态吸力特性进行了测试，其测试原理非常简单，主要利用了电阻应变测试技术:将电阻应变片贴在与电磁铁铁芯相连的拉杆上，铁芯运动时拉杆受力变形，其变形量由电阻应变片转换成电压的变化送入动态电阻应变仪从而得到相应的应变值[1]。
中国煤炭科学研究院上海分院液压研究所的杨璐硕士提出一种用“工控机+数据采集卡+传感器”测试装置替代传统的“传感器+函数记录仪”模式，测试程序由VC++开发．剥试过程中比例电磁铁的输入信号由数据采集卡发生，传感器的测试信号由数据采集卡采集输入到工控机，工控机再将剥试得到的力、位移或电流信号数据自动绘制成相关的比例电磁铁性能曲线，测试性能曲线可直接打印。整个系统的自动化程度较高，测试效率比传统剥试方法高[1]。
北京海泉公司开发的高精度位移传感器，性能指标与国际同行的水平相当,LVDT结构简单，灵敏度高,但是，LVDT在动态测试时受载波频率以及过滤频率的局限，其响应速度受到限制，因此LVDT频响范围小，适用于接触式静态测量，不宜用于高频动态测量[1]。
1.2.2 国外研究动态
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2 5KN的测试．同时，Zwick公司还开发了名为testexpert的通用测试软件,美国Schaevitz公司作为全球领先的最大的LVDT生产厂商，其工程师JacksonSzczyrbak等细致的研究了LVDT的信号调理，对激励源、信号调制类型、放大器、过滤器以及专用的调理芯片等给以了详细的介绍[1]。
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]。
1.3选题的研究方法、主要观点、创新之处
1.3.1 选题的研究方法
针对此次选题，首先在选题时就应该对此课题有一定的了解，并且对此课题保持一定的兴趣。在选好课题后应随时保持和指导老师联系的状态，遇到不懂的技术难题应及时向指导老师请教，但也不能凡事都依靠指导老师来解决，在自己的能力范围内，我们可以通过各种参考文献进行资料查找，也可以适度的在网上寻找一些对此课题有用的信息，对其整合，然后筛选出最可靠合适的信息进行合理的应用。在条件允许下，我们甚至可以进行实物研究，最直观的给出我们想要的信息。通过各方面的查找以及整合，对所有信息进行分析概况，透过现象看本质，找出实际规律，从而对自己的本次课题进行合理的设计和改进。
1.3.2 选题的主要观点
对于本次设计，首先要保证的是此次设计的合理性，不能异想天开，要符合现实基本规律。不能设计的太过繁杂，也不能够敷衍了事。考虑到此次课题对现实有比较大的作用和意义，此设计不能太过于理想化，要贴近现实，最好能够在现实中被很好的应用。此次设计的数据应精确，测试精度应高，范围尽量大，测试速度应快。
1.3.3 选题的创新之处
本次课题主要测试在额定电压下，电磁铁的吸力和衔铁行程之间的关系，并且对其电磁铁的寿命进行测试。然后在衔铁位置固定时，电压和电磁铁吸力之间的关系。所以，针对此次设计的重点就在力和位移上，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：0-300N
电压：0-30V
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。
2、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。
参考文献
[1] 刘志军. 电磁器件性能参数测试系统的设计与实现. 机械与电子，2008
[2] 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册（第三版）[M].北京：高等教育出版社,2006.5.
[3] 潘立新，张渊，白师贤. 电磁机构中电磁铁动态吸力特征的测定[D]. 北京工业大学，1990.
[4] 熊诗波，黄长艺. 机械工程测试技术基础[M]. 3版. 北京：机械工业出版社，2006.
[5] 杨叔子，杨克冲. 机械工程控制基础[M]. 6版. 武汉：华中科技大学出版社，2011.
[6] 刘强. 电磁铁性能极其测试系统的研究[D]. 东北大学，2006.
[7] 王启平. 机床夹具设计[M]. 哈尔滨工业大学，2005.
[8] 张晓玲. 机械原理课程设计指导[M]. 北京航空航天大学出版社。2008.12
[9] 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5.
[10] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学Ⅱ（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2009.7
[11] 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册（第四版）[M]. 上海科学技术出版社，2006.10
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