电子式万能材料试验机设计(开题报告)

滨 州 学 院毕业设计（论文）开题报告题 目 电子式万能材料试验机设计 系 院 机电工程系 年级 2012级 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 1班 学生姓名 宋星亮 学号 1214090422 指导教师 龙秀慧 职称 讲师 滨州学院教务处二一六 年 三 月开题报告填表说明1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作一、课题的目的意义：试验机是材料生产行业和各级质检部门对材料性能检测最常用且最重要的设备之一。它可以用来检测各种材料及其制品在各种环境和模拟状态下的机械性能、工艺性能、结构抗振强度以及材料与构件内外表面缺陷，广泛应用于机械电子、交通运输、冶金建筑、汽车、宇航与造船、新型材料、医疗卫生以及国防科技、具有不容忽视的影响。试验机根据加载方式不同分为机械式加载试验机和液压式加载试验机，前者用由普通电机、齿轮、丝杠等组成，测量精度低且不便于控制加载方式和检测试验结果，此外这种试验机的寿命很低，过度磨损后就无法打到规定的精度。后者有液压马达、控制阀、液压缸组成，虽然改善了由于使用时间过长而引起精度降低的问题，但是对于加载的控制还是极为不便，测量精度也不高，不能实现一些特定的加载方式。随着微机技术的发展，一种在原有试验机基础上融入微机控制、检测、显示打印的思路油然而生，计算机的迅速发展也要求设计一种可以与计算机相适应的试验机。二.文献综述（分析国内外研究现状、提出问题，找到研究课题的切入点，附主要参考文献，约2000字）：试验机是一种技术密集型的精密标准测试设备，具有很强的综合性和学科交叉性，它涉及到机械、电气、液压、振动、高温、低温、真空、光学、电子、材料、工艺、测量、控制等诸多高新技术领域，并且还跨接了近代闭环伺服、遥控、数显、数控、激光、智能化等高技术，具有仪器仪表行业中众多学科和众多技术交叉综合的特点。一般说来，材料试验机必须满足强实时性、可扩展性、执行机构精确的运动控制和力控制、可靠的程控自动测试、多任务处理等性能要求。试验机测控系统既要进行数据采集和处理，还要实现对执行机构的运动控制。材料试验机是测试金属材料力学性能的一个测试加载平台。按照加载方式与控制方式区分，有三代产品:机械式加载试验机、液压式加载试验机和微机控制的电控试验机。1.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很大。2.液压式加载试验机使人工控制、调整加载速率变得较为容易，加载能力也得到极大加强，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。3.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，主要表现如下:（1）可以实现稳定的恒加载速率。加载速率的变化对金属材料力学性能有重大影响，测试静载条件下的力学性能就必须要求加载速率满足特定要求。传统试验机只能依靠试验人员观察，根据经验加以手工调整，而微机控制的电控试验机则利用力传感器对载荷变化速度加以数据检测、采集，利用负反馈的闭环控制系统实现加载速率稳定在预设值上。（2）可以实现稳定的恒变形速率。传统试验机无法实现恒变形速率，而微机控制的电控试验机则利用电子引伸计对变形速率加以检测、采集，利用负反馈的闭环控制系统使得变形速率稳定在预设值上。（3）传统试验机度量力的大小基本上根据杠杆平衡原理，其示力精度依赖祛码的精度及杠杆系统的精度。故传统试验机力测量的绝对误差都是按照量程的百分之几来计算的，在某一量程内，力的数值越小，相对误差就越大。而微机控制的电控试验机则利用力传感器作为力的测量装置，通过力传感器及相应电子放大线路则可以做到力的示值相对误差保持不变，通过提高力传感器及相应电子放大线路的质量，可以极大提高力的测量精度。4.微机的使用，使得数据和试验曲线的显示变得更加容易，通过软件还可以对数据进行处理，这是传统的X-Y记录仪所做不到的。另外，利用与微机配套的打印机可以极为容易地输出测试报告。可以实现各种速率控制的自控试验机在微机没有发展起来时就有，但那时因大规模集成电路发展尚不成熟，故需非常复杂、庞大的电控箱，采样速度慢，响应速度低，性价比低，操作复杂不便。随着大规模集成电路的发展，微机的普及，才出现了现在的微机控制的电控试验机。比较有代表性的厂家有英国的英斯特朗公司和日本的岛津制作所。英斯特朗公司的第一代产品是1110系列，第二代产品为1190系列，第三代产品为1100, 6000系列，第四代产品是4500系列(精密型)和4000 (4200, 4300)系列(标准型)。岛津制作所的第一代产品是IS系列，第二代产品是DSS系列，第三代产品是AG-A,B, C系列，第四代是AG-E系列。在这些系列的试验机的技术指标中，负荷精度能达到指示值的士0.5 %(或每级量程的士0.25，横梁速度控制精度达士0.1 % )。我国电子式万能试验机的发展也很迅速，最早的一款电子式万能试验机是由长春试验机研究所开发的定型产品WD系列。近几年以来，国内在试验机方面研究的厂家也很多，如深圳新三思公司和济南试金集团生产多种类型的成套试验设备。考虑到加载速率、变形速率对金属材料力学性能的影响，国际上通行的与我国现行的金属材料拉伸试验规范中都对这两者做出较为严格的规定。基于我国的试验机保有量和设备更新的经济承受能力，经过了十几年的更新过程，传统试验机正在逐步消失。目前计算机控制的电控试验机应用越来越广泛，尤其是科研单位和高校，已基本淘汰传统的试验机。现代电子式万能试验机的发展趋势体现在以下七个方面:1.高精度的横梁速度控制、载荷速率控制(等速应力控制)、应变速率控制(等速应变控制)、精确的控制状态转换，以及实时的数据测量与记录，便捷的试验结果显示和打印输出。2.万能试验机上带有各种自动控制和自动测量装置，大都采用组件形式，可以随意增加以扩大试验机的使用范围和功用。3.控制测量系统趋于与主机分离，为使试验准确可靠并便于操作，广泛使用气动和液压夹紧装置。4.鉴于应力、应变测量对万能试验机的性能指标有很大的影响，因此国外在不断改进试验机机械本体结构和载荷加载系统的同时，都致力于研制性能稳定、反应灵敏和精度高的应力应变测量装置。目前正在大力发展的是应变片式负荷传感器和差动变压式引伸计。虽然有些产品带有电感式和电容式传感器，但使用不广泛。5.在特殊的环境或介质中，材料力学性能测定。为在各种条件下测定材料的机械性能，国外万能试验机大都带有各种环境装置如实验环境温度调节装置，专用试验机的水平更高一些。6. PC机和微处理器己开始应用到万能试验机中，用来实现复杂的实时控制和数据处理。试验机系统也由基于PC机或者工控机系统向独立式测试系统发展，采用的总线方式由以前的ISA总线、PCI总线向USB总线发展。所以，电子万能试验机和液压式万能试验机仍是当前万能试验机生产中的两个主流。7.从工程应用与发展理论来看，测试含有微裂纹试样的力学性能非常重要，尤其是通过测试过程揭示微裂纹发展、扩大，直至试样断裂的力学规律。最理想的方法是能够在加载条件下，三维显示微裂纹附近的应力、应变场及其随时间的演化过程。随着工业CT技术的进展，问题将会得到解决。参考文献1曹用涛.金属力学性能测试进展.理化检验物理分册.1994 (5):22 25.2林际熙.金属力学性能检验人员培训教材.冶金工业出版社.1999.3魄幼鹏.材料试验机的现状与展望.现代制造工程.2003 (8增):8283.4试验机学会第二届学术年会论文集.中国仪器仪表学会试验机学会编.1988: 5325计量测试技术手册.计量测试技术手册编辑委员会.中国计量出版社，1996.6陈华.多功能材料试验机的测力计和测试软件的研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文.2003: 46.7管志平，定载荷拉伸材料试验机及定载荷拉伸变形力学解析.吉林大学硕士学位论文，2002: 521.8田克俊.电子万能材料试验机测控系统的开发研究.华中科技大学硕士学位论文.2002: 38.9夏春风，钟康民，杨丽琴 伺服电机驱动的基于齿轮滚珠丝杆与铰杆增力机构的绿色化压力机设计J 机械传动，2013( 2) : 50 52三、课题研究的内容、方法和预期目标：完整的万能材料试验机设计包括以下内容：1.机械结构设计 （1）传动机构设计(2) 加紧装置设计(3) 外形设计2.测控系统设计3.基于Visual C+ 6.0的程序编写主要方法：1.查阅文献资料，专业设计或论文，从中学习控制原理。完成基本知识结构体系的架构。2.到工厂车间或涉及课题有关的单位进行实地考查或实习，并开展有关研究 ，参考实际中核心问题的解决方案，以及实际操作中会出现的问题和应该注意的事项。 3.请专业技术人员对毕业设计方案进行指导与评议，找到自己的不足，取长补短。将不合适的设计及设计中的失误剔除改正。4.自己试验，记录数据，测试性能。预期目标：1.完成机械系统、测控系统的设计并写出合格论文一篇。2.利用solidworks进行模拟演示。四、所需仪器设备、材料情况：CAD、solidworks、VC+6.0等软件五、课题分阶段的进度计划序号起止日期工作内容阶段成果12016.2.29-3.11选题，查阅文献，写出毕业设计开题报告，开始外文翻译完成开题报告，准备外文文献资料22016.3.12-3.25开题报告定稿，并初步确定总体设计方案和章节和实验方案确定总体方案、实验方案32016