【JX326】电磁铁性能检测台机械部分设计[RW+FY]
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【JX326】电磁铁性能检测台机械部分设计[RW+FY],jx326,电磁铁,性能,机能,检测,机械,部分,部份,设计,rw,fy
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湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 电磁铁性能检测台机械部分设计 学号： 2008963317 姓名： 周广 专业： 机械设计制作及其自动化 指导教师： 毛美姣 系主任： 一、主要内容及基本要求 要求设计一个能对直动型电磁铁的力学性能进行测试的电磁铁性能测试台。 要求如下： （ 1）技术指标要求符合设计要求。 （ 2）机械系统总装配图。 （ 3）系统主要零件图纸。 （ 4）翻译一篇不少于 3000 字的外文文献。 （ 5）毕业设计说明书，要求不少于 字。 二、重点研究的问题 本设计重点研究的问题是，设计一个对直动型电磁铁进行检测的电磁铁性能检测台。进行测试需求分析，选用何种方式进行测试，需要应用什么类型的传感器。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 收集资料 第 1 周 2 总体方案确定 第 2 周 3 主要零部件的计算 第 35 周 4 系统主要零部件的设计 第 612 周 5 撰写毕业论文 第 1314 周 6 准备答辩 第 15 周 7 8 四、应收集的资料及主要参考文献 1尹志强 M机械工业出版社 , 2陈国强 D,东北大学 ,2006. 3濮良贵 ,纪名刚 第八版 )M高等教育出版社 , 4李增国 M北京航空航天大学出版社 , 1 附录： 第五次国际会议振动工程与华中科技大学，武汉 ,中国。 2009 年 8 月 27 2009 华中科技大学出版社 在过程控制的动态建模监测条件 下 的振动机械 . . 摘要 ： 本文介绍了监测输送和分离机这种设备的条件下，利用振动理论基础。这些都是需要我们在方程来描述过程控制和可以用来预测最广泛的操作条件基 本参数。本文还介绍了监测系统，适当的振动参数的选择和趋势分析选型。 关键词 ： 机械振动状态监测，振动运动，分析和实验分析技术的基本方程来确定一个振动系统，优化工艺和设备优化设计的动态特性。 1 引言 先进的振动处理系统包括完全振动技术的应用效率 ，应用于 运输有关的化学物质分离的新方法，矿产，制药，食品，金属粉末（铅，铜，锌，钢）和粉末产品，在许多产业的共同所有的类型：磨料，冶金粉末，油漆和清漆，金刚石，建筑，采矿和化学 1。这些新的筛管方法可以有效地用于工业生产的研磨材料，其中超过 90的谷物等距。研磨轮等谷物 制成的两倍，这是按形状颗粒制成的非机密定期有效。粉末产品一般是国家环保总局，由颗粒大小和形状额定没有形成灰尘。在金刚石工具行业的振动设备是用来选择等距，平面和针形钻石颗粒。在农业和食品工业机械可以利用这种先进的粮食中去除有害夹杂物。在采矿，化工等行业的高效率和准确的分离加工从 15 毫米到 20微米大小的机器，可用于多种类型的矿石的选择。作者：粉加工机械的特殊应用和激励机械设计增殖设计和运作振动设备已经导致的 角色的过程控制和监测的机械行业中发挥的条件扩张。因此，焦点已经从振动的调整和个别单元操作设备的控制和协 调适当的震动等性能参数的最广泛的范围内。它的优点是，它使目前的技术的有效利用和控制提供了一个在其中，机械的条件下，适当的参数选择和优化的发展可以实现的框架。为了模拟一个更好地了解这一过程的动态过程，是尽可能在任何硬件是通过分离的基本方程组运用捏造的。 分析和实验分析技都是用来确定该机械系统的 动态特性。 它会被发现的多组分 2 混合物中每一个多自由度系统，需要我们在方程来描述过程的基本参数的最佳运动的基本方程组成部分。设计方面的分析强调，相对完善的，并包括大小和振动设备及其操作条件的规定。 2 选择系统类型的监测 振 动输送和分离机械状态监测系统有三种类型：（ 1）振动的时间历史可能被认为是正弦 的形式 （ 2）它可能是两个正弦量的组合，各有不同的频率和幅度：第二个频率分量是最低频率的整数倍 ； 振动重复测定后间隔时间本身，称为双调和 ； (3)非对称的作用 在周期性振动有长方形形状在加速度时间历史也许通过调和函数欣然显示，有周期性，并且振动也许自长方形步励磁被定义。 运动基本方程的递阶系统的本质上依赖自由粒子的尺寸差别的混合物中含有。粒子的形式和性能的涂层材料 ,甲板上的影响因素与提升的激励加速度振动。 一个特别的多元运输相关的分离过程 是基于粒子由于存在动力速度的差异。在实践中，这需要的粒子和振动无孔的桥面一段时间的亲密接触。对于一个从混合物中分离组件的最重要的考虑因素给定过程包括评估，需要进行分离的物理性能研究的数据基础。如果组件是要分开，他们在一个特定的甲板相对摩擦系数可能是恰当的。这个简单的陈述涉及的摩擦与粒子的速度，可以计算出粒子系数的假设。摩擦系数是粒子的形状和颗粒大小的函数。已制订了相关性的作家。作者根据粒子尺寸 者。这种关系只代表因为诸如粒子几何杂物，系统蒸发散和其他微粒阻碍作用复杂化振动分离器的实际设计 因素简单的方法。表面粘附是另一种机制，可能是共同的分离某些群体。这是常见的表达作为引力毫克量纲 这种情况下，关系变得 （ 1） ( a （ 2） 线性相关和 D 之间的 项 ;相似关系的中间 D 如果实际轴 + 他因素将更加复杂任何实际的关系，但上述功能是有助于理解这种现象让分离 的机会。 基本分离方程 1， 2为代表的粒子速度涉及分离计算的角度。长期分离的角度，直接关系到粒子的大小。这种关系表现在 2各种粒子形状和甲板涂料（等距和平面谷物，甲板上涂铝和橡胶等）和服务为基础，两种类型，如果振动分离设计：（ 1）振动特点是在表面（分离面）那里振荡方向没有一个横向倾斜和（ 2）振动方向的振荡， 有侧向掀动关于垂直的方向的动摆 2,3谐运动的特点。理解这种现象是分离的机会。 振动方向也倾向于在振动方面的振动甲板面角度。在一般情况下，振动效应出现在分离使不同大小，形状，或摩擦系数，因此具有不同 的振动速度分离不同的角度提出了 3 一个分离的表面，粒子。 一个子集（ 1）及（ 2）操作的第一个和第二个基本分离机制共同对 这种情况下，加速 2（ g 是工作条件振动分离这两种类型，其中 A 是在甲板位移放大系数， 是角频率简谐运动， 是振动的角度来看， 为甲板的纵向倾斜。 分离的动力可能是数量级以上的重力更大几个数量级。粒子将被集中掷了一个简短的接触面在振动相角向上p 11co s 00 和p 11co s 00 第一个和第二个类型，分别，其中 （见下文）和 论依据，分别系数，系数 为外侧倾斜的甲板。粒子的速度沿 轴代表 对于第一类分离 )s o sc o （ 3） s o s)112( （ 4） 对于第二类分离 )s o sc o sc o （ 5） s o （ 6） 为了最大限度地必须处理在发展过程中的最佳相位角和参数 1c o s .o s 000 ，转换等式（ 3）至等式（ 6）和设置 112 ，其中 Q 是一种振动分离（这是作为一个参数 Q 1提出）粒子参数，该解决方案是形式 对于第一类分离 )t a o s( （ 7） )1q1(s （ 8） 对于第二类分离 4 )t a nq c o ss o s( （ 9） （ 10） 分方程（ 8）和（ 10）等式（ 7）（ 9）分别为粒子的运动轨迹的 t a nc o t s ( q 11） t a nc o sc o t s 12） 此次与它的纵向和横 向的 方向的振动甲板 别有长 解方程（ 11） - （ 12），可分如下定义解析 对与第一类分离 21 )1(t ts in （ 13） 21 )t t(t ts 14） 对于第二类分离 co t x （ 15） 2)t a nc o tc o s(c o 16） 对于一个特定的多组分分离，有可能在该产品可去除的几种 方法。每个进程被认为将会给一个单一成分的混合物的最大去除若 论上，它在纵向方向运动的粒子速度可减少到零。这种情况可以用来写振动分离的角度表达如下，供分离器的类型分别为第一和第二 )c o n (0 (17) )c o tc o st a n (0 qa (18) 分离参数的广义 然他们在细节上有所不同，线条都在近似真实的线性行 为的某些特征。对 q 表达和依赖（ 17），（ 18）（粒子形状和大小，物理性能和覆盖等）的各种变量进行了探讨实验。 5 3 各种技术的建立 最简单的装备包括它的振动，使所描述的一个单一的数量值完全约束在 中。振动技术也可能被强迫和由一两个正弦量的简单的组合动机，每一个都有一个不同的频率和振幅如下 )2s 2s （ 19） )2c c （ 20） )2s 2s （ 21） S， U， W 是位移，速度值，并进行了振动双调和运动（第二频率组件是最低频率的整数倍）甲板加速度，是相位差，是比第二个 谐波位移幅值。 当仅执行甲板纵向振动双调和的议案，关于粒子混合物的驱动力发挥其在 持续一个粒子的武力行为，并激励其持续的滑动模式议案。该粒子的平移运动微分方程可写，摩擦系数 此，当两个正弦力量应用到一学位的自由度系统的振动台，粒子的运动微分方程 x = 对于在其运动过程中的粒子速度振动周期的表达，可以推导出 V= 2。 考虑一个无量纲响应因子 给予粒子摩擦系数 的加速度幅值，将加速多种 表示。通过计算 =2由建设平直响应因子已被用于与该粒子，第一百速度的相位角 的关系，作者开发了一个斜坡上的 u= t 平面上的相关性，到 幅度，速度画线，对角频率 的位移振幅一个，为的摩擦系数 最大绝对价值，并摩擦系数 f。测量及实验比较，得到的结果吻合也进行了讨论。利用 ，粒子的速度在甲板的振动纵轴方向上的运动表达式可以表示为 ),(2 （ 22） 最初的混合物，必须将个别产品的分离会给单个部件的最大去除甲板的振动，如果是在一个关于地平线角的位置。它提供了以下： )s c o s(2 A g （ 23） 一对普通的相关性振动分离角到 （ 24） 因此，这个参数通常是 合图形方法已被广泛用于一般加工考虑使用 4。在允许的范围内运行参数 如下： 6 表 1因素两项谐波议案 参数 工作范围 摩擦系数 f 板位移振幅 A 位差 0 率（ =2） 25- 100移幅值比 向振动甲板倾斜 0， 4， 6， 8， 10， 12， 16 振动角 0 - 50 过程中使用的甲板的振动加速度激励矩形步是第四个基本机制。不对称的效果可能会导致更好的运作过程。纵向振动重复的第四名，后面的甲板上，而粒子具有惯性 向前滑动，只会对在一个积极的加速度运动本身。 对粒子的运动机制是在关注这一进程的主要数学和定量描述 5。让我们假设 A = fg = f ;B = 其中 提出和向后振动加速度的比例。该解决方案可以写成另外的形式 )12(1141 22 （ 25） 其中 N=T。 T 是时期。对于粒子向前滑动模式与优化一步向后加速粒子的速度可表示如下： )1121()1(21 （ 26） 利用式（ 25）和（ 26），用于分离角振动的表达可以得到： )1/()1.(t a n 0 （ 27） 7 11)1(t a n 20 28） 对各变量的依赖粒子的速度（摩擦系数 f，速度表达，纵向振动甲板倾斜）图形进行了探讨，并提出 1， 2， 5。 振动分离的角度表达也可用于实际计算。有两种表现形式（ 27）和（ 28） 可用于分离角度在利息计算所有可能的条件都合适的混合物。为了说明各种最好的滑动模态的相对效率，考虑下面的例子与 F=B= 9 有（ 27）可以计算为 ，同时（ 28）在N=2 为 此， 价值最好提高分离效率。它会给一个从单一成分的混合物最大去除率。例如，个别的产品，必须分开是 50 微米。在这种情况下，摩擦系数 f 的方程。 （ 27）被替换（ 1）： f=过这种方法，结合两个表达式，振动分离角可估计如下： 0=） /（ B+1） =重要的 是有一些对材料的特性的估算必须分开。由于只用分析方法的困难，通常的做法是衡量其实验，例如，摩擦系数 f，分离广义参数问各种因素应予以考虑。在一般情况下，可以很方便地代表了振动分离是更好地适应的角度来衡量。对材料的数量特征进行处理，这是 F 和 Q，可以从已知的数学表达式计算方法。其中许多是前面讨论过的，有些是如下： 为简谐振动在一个角到甲板上表面（ q=0 - 一个较广泛的甲板粒子翻转 ;f= f 双调和的纵向振动平行于甲板曲面f=0 4 结论 述了差分方程解的振动过程开发的一般步骤，以确定哪些人应该为 这些都是可以用来预测在一台机器的状况和变化的经营范围参数。 当的参数由应用程序，可以选择以下简单的规则：使用参数，提供最佳的过程。 8 参考文献 1. V. D. D. A. V. N. 1991,157 p. 2. V. D. et “ 7, 1997, 3. V. D. et “in - 1, 2001, 5754. V. D. “in 2001, 2205. V. D. “ 2005, 859 ： 10 11 12 13 14 15 目录 第 1 章 引言 . 错误 !未定义书签。 计研究的应用背景及意义 . 错误 !未定义书签。 磁铁的应用日趋广泛 . 错误 !未定义书签。 磁铁的发明 . 错误 !未定义书签。 国电磁铁测试技术的现状 . 错误 !未定义书签。 主研发电磁铁测试系统的重要意义 . 错误 !未定义书签。 内外研究动态 . 错误 !未定义书签。 外研究动态 . 错误 !未定义书签。 内研究动态 . 错误 !未定义书签。 题的研究方法、主要观点、创新之处 . 错误 !未定义书签。 题的研究方法 . 错误 !未定义书签。 题的主要观点 . 错误 !未定义书签。 题的创新之处 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 电磁铁性能检测台的总体设计 . 错误 !未定义书签。 试需求分析 . 错误 !未定义书签。 试台总体设计 . 错误 !未定义书签。 试台结构原理 . 错误 !未定义书签。 试台设计方案比较 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 动力元件的选择 . 错误 !未定义书签。 机的基本分类 . 错误 !未定义书签。 机的选择 . 错误 !未定义书签。 机类型的确定 . 错误 !未定义书签。 选电机 的简介 . 错误 !未定义书签。 机型号的确定 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 传动机构的设计 . 错误 !未定义书签。 合电磁铁检测台的传动机构基本分类： . 错误 !未定义书签。 动机构的选择 . 错误 !未定义书签。 动机构类型的确定 . 错误 !未定义书签。 于滚珠丝杠的简介 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠型号的确定 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 传感器的选择 . 错误 !未定义书签。 感器的基本分类 . 错误 !未定义书签。 感器的选择 . 错误 !未定义书签。 移传感器的选择 . 错误 !未定义书签。 传感器的选择 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 其他 零部件的设计 . 错误 !未定义书签。 定电磁铁检测台的结构类型 . 错误 !未定义书签。 他零部件的确定 . 错误 !未定义书签。 定导套副类型 . 错误 !未定义书签。 轴器的设计 . 错误 !未定义书签。 承的选择 . 错误 !未定义书签。 下零件设计 . 错误 !未定义书签。 第 7 章 结论及展望 . 错误 !未定义书签。 论 . 错误 !未定义书签。 望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 电磁铁性能检测台机械部分设计 摘要：电磁铁已经广泛应用于国民经济的各行各业，对各行业技术和生产效率产生了重要影响。电磁铁是机电一体化系统中连接电气技术和机械技术的重要电气一机械转换器，其性能优劣对电控机械元件及系统性能有着重大的影响。由于影响电磁铁性能的因素较多，因此在对其性能进行研究的过程中，往往 更注重实际性能特性测试，实测结果比理论计算结果更能准确地反映其实际特性，然后依据其测试结果的分析研究结论对电磁铁进行改进设计。 长期以来，电磁铁的静动态性能检测方法是采用简易的人工检测，其缺点是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。随着科学技术的发展，自动化技术越来越多地应用到工业中，用人工进行电磁铁静动态性能检测的方法已经跟不上时代的步伐，电磁铁静动态性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本设计研究的电磁铁性能检测台正是这样的自动化检测设备，它将改变目前人工检测的状况，实现检测过程的自动化，提高检测效 率，减少人为因素的影响。 电磁铁性能测试系统可分为试验台架本体和计算机检测两大部分。本次主要设计的是试验台架。电磁铁性能测试台以步进电机和滚珠丝杠的传动机构为核心，并结合精密的力传感器和位移传感器能快速准确力和位移信号，从而得到静动态性能指标与曲线，并具有通信和打印接口，可以实现即时打印和与计算机联机。该测试台具有很好的开放性能，可以满足不同型号电磁铁静态和动态测试需要。 关键词 ： 电磁铁 性能检测 自动化 步进电机 滚珠丝杠 in of to of a in is in a of of a so in of to be on on of to is of is is is of to t up of is it of to be is to as 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 电磁铁性能检测台机械部分设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008963317 姓 名： 周广 指导教师： 毛美娇 完成日期： 2012 年 5 月 24 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题 目： 电磁铁性能检测台机械部分设计 学号： 2008963317 姓名： 周广 专业： 机械设计制作及其自动化 指导教师： 毛美姣 系主任： 一 、主要内容及基本要求 要求设计一个能对直动型电磁铁的力学性能进行测试的电磁铁性能测试台。 要求如下： （ 1）技术指标要求符合设计要求。 （ 2）机械系统总装配图。 （ 3）系统主要零件图纸。 （ 4）翻译一篇不少于 3000 字的外文文献。 （ 5）毕业设计说明书，要求不少于 字。 二、重点研究的问题 本设计重点研究的问题是，设计一个对直动型电磁铁进行检测的电磁铁性能检测台。进行测试需求分析，选用何种方式进行测试，需要应用什么类型的传感器。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 收集资料 第 1 周 2 总体方案确定 第 2 周 3 主要零部件的计算 第 35 周 4 系统主要零部件的设计 第 612 周 5 撰写毕业论文 第 1314 周 6 准备答辩 第 15 周 7 8 四、应收集的资料及主要参考文献 1尹志强 M机械工业出版社 , 2陈国强 D,东北大学 ,2006. 3濮良贵 ,纪名刚 第八版 )M高等教育出版社 , 4李增国 M北京航空航天大学出版社 , 湘潭大学兴湘 学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2008963317 姓名 周广 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 电磁铁性能检测台机械部分设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 研究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2012 年 5 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2008963317 姓名 周广 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 82 页 图 表 20 张 论文（设计）题目 ： 电磁铁性能检测台机械部分设计 内容提要： 电磁铁已经广泛应用于国民经济的各行各业，对各行业技术和生产效率产生了重要影响。电磁铁是机电一体化系统中连接电气技术和机械技术的重要电气一机械转换器，其性能优劣对电控机械元件及系统性能有着重大的影响。由于影响电磁铁性能的因素较多，因此在对其性能进行研究的过程中，往往更注重实际性能特性测试，实测结果比理论计算结果更能准确地反映其实际特性，然后依据其测试结果的分析研究结论对电磁铁进行改进设计。 长 期以来，电磁铁的静动态性能检测方法是采用简易的人工检测，其缺点是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。随着科学技术的发展，自动化技术越来越多地应用到工业中，用人工进行电磁铁静动态性能检测的方法已经跟不上时代的步伐，电磁铁静动态性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本设计研究的电磁铁性能检测台正是这样的自动化检测设备，它将改变目前人工检测的状况，实现检测过程的自动化，提高检测效率，减少人为因素的影响。 电磁铁性能测试系统可分为试 验台架本体和计算机检测两大部分。本次主要设计的是试验台架。电磁铁性能测试台以步进电机和滚珠丝杠的传动机构为核心，并结合精密的力传感器和位移传感器能快速准确力和位移信号，从而得到静动态性能指标与曲线，并具有通信和打印接口，可以实现即时打印和与计算机联机。该测试台具有很好的开放性能，可以满足不同型号电磁铁静态和动态测试需要。 指导教师评语 指导教师 ： 年 月 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 目录 第 1 章 引言 . 1 计研究的应用背景及意义 . 1 磁铁的应用日趋广泛 . 1 磁铁的发明 . 1 国电磁铁测试技术的现状 . 2 . 2 内外研究动态 . 2 外研究动态 . 2 内研究动态 . 3 要观点、创新之处 . 3 题的研究方法 . 3 题的主要观点 . 4 题的创新之处 . 4 第 2 章 电磁铁性能检测台的总体设计 . 5 试需求分析 . 5 试台总体设计 . 6 试台结构原理 . 6 . 6 第 3 章 动力元件的选择 . 8 机的基本分类 . 8 机的选择 . 8 机类型的确定 . 8 选电机的简介 . 8 机型号的确定 . 9 第 4 章 传动机构的设计 . 13 合电磁铁检测台的传动机构基本分类： . 13 动机构的选择 . 14 . 14 于滚珠丝杠的简介 . 14 珠丝杠型号的确定 . 15 第 5 章 传感器的选择 . 19 . 19 感器的选择 . 20 移传感器的选择 . 20 传感器的选择 . 21 第 6 章 其他零部件的设计 . 24 定电磁铁检测台的结构类型 . 24 他零部件的确定 . 24 定导套副类型 . 24 轴器的设计 . 26 承的选择 . 28 下零件设计 . 28 第 7 章 结论及展望 . 29 论 . 29 望 . 29 参考文献 . 31 致谢 . 32 电磁铁性能检测台机械部分设计 摘要：电磁铁已经广泛应用于国民经济的各行各业，对各行业技术和生产效率产生了重要影响。电磁铁是机电一体 化系统中连接电气技术和机械技术的重要电气一机械转换器，其性能优劣对电控机械元件及系统性能有着重大的影响。由于影响电磁铁性能的因素较多，因此在对其性能进行研究的过程中，往往更注重实际性能特性测试，实测结果比理论计算结果更能准确地反映其实际特性，然后依据其测试结果的分析研究结论对电磁铁进行改进设计。 长期以来，电磁铁的静动态性能检测方法是采用简易的人工检测，其缺点是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。随着科学技术的发展，自动化技术越来越多地应用到工业中，用人工进行电磁铁静动态性能检测的方法已经跟不上时代的 步伐，电磁铁静动态性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本设计研究的电磁铁性能检测台正是这样的自动化检测设备，它将改变目前人工检测的状况，实现检测过程的自动化，提高检测效率，减少人为因素的影响。 电磁铁性能测试系统可分为试验台架本体和计算机检测两大部分。本次主要设计的是试验台架。电磁铁性能测试台以步进电机和滚珠丝杠的传动机构为核心，并结合精密的力传感器和位移传感器能快速准确力和位移信号，从而得到静动态性能指标与曲线，并具有通信和打印接口，可以实现即时打印和与计算机联机。该测试台具有很好的开放性能，可以满足不 同型号电磁铁静态和动态测试需要。 关键词 ： 电磁铁 性能检测 自动化 步进电机 滚珠丝杠 in of to of a in is in a of of a so in of to be on on of to is of is is is of to t up of is it of to be is to as 1 第 1 章 引言 计研究的应用背景及意义 磁铁的应用日趋广泛 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）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。（ 2）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。（ 3）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。（ 4）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。（ 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。 当代社会随着世界范围 内工业控制领域的飞速发展，人们对自动化的要求也就日趋严格。机、电、液、光一体化技术正在慢慢地占领熬头，然而电磁铁是联系机、电、液、光技术之间关键纽带之一。比如 :电磁继电器，接触器，电磁铁等等。这样就更进一步地增加了电磁铁在市场上的需求。 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 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 2 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。 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。 主研发电磁铁测试系统的重要意义 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。 内外研究动态 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 司开发和生产了额定载荷高达 2000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 125时， 3 日本 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。 内研究动态 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 0/100一 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。 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 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。 要观点、创新之处 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 （ 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。 题的主要观点 电磁铁性能检测台的设计至少要满足下列几个条件：整体策划；符合普遍使用的规律；符合拆装简便的条件；所有资源在一个统一框架下建设，根据具体需求，要成为一个整体。要满足这些条件，绝对不是简单购买各厂家的资源、或大量搜集资料就可以的，不是量大就有效，需要大量的资源，但不是简单量的积累。 我认为，电磁铁性能检测台应采取整体规划、统一设计。测试精度要高，测试速度要快，测试范围要广。 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。 5 第 2 章 电磁铁性能检测台的总体设计 试需求分析 测试对象： 直动型电磁铁 电磁铁技术要求： 1、电磁铁额定电压 22 2、行程 30 力不小于 35 电磁铁性能测试要求： 1、在额定电压下产品吸力与衔铁行程之间关系的测量。 2、在衔铁位置给定的情况下，电磁吸力与电压之间关系的测量。 3、带额定负载时的寿命试验。 4、吸合电压、断开电压、启动电流、保持电流的测量 。 测试台关键仪器技术要求： 表 2测试台关键仪器技术指标要求 指标 参数 力传感器量程 10000N 力传感器精度 传感器响应频率 800移传感器量程 50移传感器精度 20 m 位移传感器响应频率 8006 试台总体设计 试台结构原理 结构原理：电磁铁性能检测台主要由机械系统和测控系统 2部分组成。本课题主要研究机械系统。 图 2机械系统结构原理图 机械系统主要是安装固定力传感器和位移传感器等测试传感器、 步进电机、滚珠丝杠和被测电磁铁，采用步进电机作为动力元件，连接滚珠丝杠将旋转运动转换为均匀慢速的直线运动。并带动导轨滑块机构，完成对电磁铁性能测试过程中所需的定位要求，从而得到测试分析数据。 测控系统由上位机 (工控机 )数据采集处理模块和下位机 动控制模块组成。上位机数据采集处理模块通过数据采集卡高速采集高精度力传感器和位移传感器的测量值，以及 馈回的指令信息。然后由基于专业信号测试软件 大的数据处理及分析能力对采集到 的数据进行分析处理，绘制所需的相关性能曲线，计算出相应的关键性能指标 (力滞环、额定行程、额定输出力、电流滞环、输出力电流增益、线性度、重复精度等 )，最后根据测试者的需要对测试结果进行保存、打印报表及添加入试验管理数据库。下位机 动控制模块的主要任务有 :根据上位机发送过来的指令，控制步进电机将传感器定位到测试项目所需的位置，同时向上位机反馈所定位状况。 试台设计方案比较 方案一：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。 7 方案二：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。 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（ 3040%）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，选择方案二较好。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。 8 第 3 章 动力元件的选择 机的基本分类 按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 （ 1） 直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。 （ 2） 其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。 按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 （ 1） 同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 （ 2） 异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 按用途划分：驱 动用电动机和控制用电动机。 （ 1） 驱动用电动机划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 （ 2） 控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。 按运转速度划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 机的选择 机类型的确定 由于本设计做的是电磁铁性能检测台，所需电机转速要求不高，而且需要控制调节。所以，选用步进电机作为动力元件比较合适。 选电机的简介 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。 9 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为 “ 步距角 ” ，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控 制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机 具有以下应用特点： （ 1）能直接接受数字量的控制信号。在单片机应用系统中，它可以直接接受由计算机系统输出的数字信号，而不需要进行模 /数转换。 （ 2）可方便地实现机械位移。例如，在机械控制部分，步进电机配合丝杠和齿轮可把角度变化转变为直线位移。 （ 3）控制灵敏度高。步进电机具有快速起动和快速停止的能力，能在瞬间实现起、停。 （ 4）速度变化时不失步。一般步进电机的速率为 2001000 步 /秒， 在速率变化时，仍然不会失掉一步。 （ 5）步距角变化大、且精度高。步距角是指每步所转过的角度，在没有齿轮减速的情况下，步距角可以由每步 90 低到每步 。 （ 6）能精确返回原位。无论变阻式步进电机还是水磁式步进电机都能精确地返回电机的起始位置。 （ 7）控制脉冲与角度位移能精确同步。在单片机应用系统中，可以利用电机控制脉冲与它的角位移精确同步的特点，实现对物理量的控制。 （ 8）控制方便、可靠，精确定位。例如，在执行机构的控制中，步进电机可方便地带动多圈电位器或旋转变压器，以调节电压或电流，实现对执 行机构的控制。 机型号的确定 1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有 /（五相电机）、 、四相电机）、 /3度（三相电机）等 。 最终选择 /两相混合式步进电机。 2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。 10 静力矩选择的依据是电 机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的 2力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） 。 步进电机选择的计算： 已知电磁铁测试位移： L=30定测试完成时间： t=5s 所以，测试速度 V=L/t=6mm/s=360mm/用滚珠丝杠导程： S=4以，滚珠丝杠转速为 n=V/S=360/4=90r/定最大电磁铁产生推力： F 推 =5000N 滚珠丝杠效率 =90% 故，功率 P= 所以，步进电机所需转矩 P 最终选择保持转矩为 3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压） 。 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤： 图 3 11 4、 步进电机应用中要注意的地方 （ 1） 步进电机应用于低速场合 000 转，（ 时6666最好在 1000）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。 （ 2)步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 （ 3） 由于历史原因，只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议： 57用直流24860V,1100V），当然 12 伏的电压除12过要考虑温升。 （ 4） 转动惯量大的负载应选择大机座号电机。 （ 5） 电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。 （ 6） 高精度时，应通过机械减速、提高电机速度 ,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用 5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。 （ 7） 电机不 应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。 （ 8） 电机在 600）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 （ 9） 应遵循先选电机后选驱动的原则。 综上所述，最终选择型号为 86进电机 。 86 表 3术数据 86 规格 型号 相数 步距角（） 保持 转矩（ 定位 转矩 （ 相电阻 （） 相电感 （ 86 12 图 3进电机外形尺寸 13 第 4 章 传动机构的设计 合电磁铁检测台的传动机构基本分类： 通常来说，用于步进电机驱动的机械传动机构，一般有以下几类： 表 4动机构的基本分类 机构 特点 滚珠丝杠 (直接连接 ) 用于距离 较短的高精度定位。 电机和滚珠丝杠只用联轴 器 连接，没有间隙。 齿条和小齿轮 用于距离较长的 (台车驱动等 )定位。 小齿轮转动一圈包含了 值，因此需要修正。 同步皮带 (传送带 ) 与链条比较，形态上的自由度变大。 主要用于轻载。 皮带轮转动一圈的移动量中包含 值，因此需要修正。 链条驱动 多用于输送线上。必须考虑链条本身的伸长并采取相应的措施。在减速比比较大的状态下使用，机械系统的移动速度小。 14 动机构的选择 动机构类型的确定 电磁铁性能检测台，要求速度较慢，定位精度要很高，短距离的机械传动即可。所以，选择滚珠丝杠作为主要的传动机构最为合适。 于滚珠丝杠的简介 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑
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