毕业论文-jycs-ⅲ型机械系统性能研究及参数研究

毕业设计论文课题名称JYCS型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台学生姓名学号系、年级专业08级机械类（现代制造技术方向）指导教师陈志刚职称教授2012年5月20日内容提要为了解决机械设计课程相关实验分散进行，缺乏组合实验的问题，设计了一种JYCS型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台。该实验台利用光栅角位移传感器测量转轴转速的大小，利用高精度拉压力传感器测量加载在轴瓦上压力的大小，利用贴在螺栓组螺栓上的应变片感应静载荷的大小。整个试验台可以实现带传动，链传动，滑动轴承，动态螺栓，螺栓组螺栓的性能测试与分析，也可对整个机械系统性能进行测试分析。该实验台对不同工作条件下工作的传动部分的性能参数进行检测，数据可通过数码管显示或计算机自动采集分析，显示运动参数的实时变化曲线，具有综合性强、完整性好、便于教师指导实验等优点。其检测控制系统以51系列单片机组为核心，配有放大、滤波、抗干扰电路实现数据采集、放大、初步处理和数据通讯，以及电机控制等功能，利用串口实现数据采集箱和电脑之间的信息通讯；以VB为开发平台，包括实验内容介绍、参数可视化分析、实验结果分析等内容；实验结果可以以文本形式保存，并可在网络上发送，便于网络化实验，而且教师可在网上批改作业。此设计在整体上结构布局合理，将机械工程测试技术和计算数据处理技术结合一体，具有较好的经济性和实用性,有助于增强学生的工程实践能力。SUMMARYINORDERTOSOLVEMECHANICALDESIGNCOURSEEXPERIMENTS,THELACKOFACOMBINATIONOFEXPERIMENT,DESIGNAJYCSIIIMECHANICALSYSTEMPERFORMANCEANDPARAMETERVISUALIZATIONANALYSISOFEXPERIMENTALUNITSTHEEXPERIMENTALUSEOFTHESIZEOFTHEGRATINGANGULARDISPLACEMENTSENSORTOMEASURESHAFTSPEED,PRECISIONPULLTHEPRESSURESENSORTOMEASURETHESIZEOFTHELOADPRESSUREINTHEBUSH,USINGASTRAINGAUGESENSORATTACHEDTOTHEBOLTOFTHEBOLTGROUPTHESIZEOFTHESTATICLOADTHEENTIRETESTRIGCANBEBELTDRIVE,CHAINDRIVE,SLIDINGBEARINGS,DYNAMICBOLT,THEBOLTOFTHEBOLTGROUPPERFORMANCETESTINGANDANALYSIS,BUTALSOTHEENTIREMECHANICALSYSTEMPERFORMANCETESTTHEEXPERIMENTALTRANSMISSIONPARTOFTHEPERFORMANCEPARAMETERSUNDERDIFFERENTWORKINGCONDITIONSFORTESTING,DATATHROUGHTHEDIGITALDISPLAYORAUTOMATICCOMPUTERACQUISITIONANDANALYSIS,ANDDISPLAYREALTIMECURVEOFTHEMOTIONPARAMETERS,ACOMPREHENSIVEANDSTRONG,GOODINTEGRITYANDTOFACILITATETHEGUIDANCEOFTEACHERSEXPERIMENTSANDOTHERADVANTAGESDETECTIONANDCONTROLSYSTEM51SERIESMICROCONTROLLERASTHECORE,WITHAMPLIFICATION,FILTERING,ANTIJAMMINGCIRCUITFORDATAACQUISITION,AMPLIFICATION,PRELIMINARYPROCESSINGANDDATACOMMUNICATIONS,ANDMOTORCONTROLFUNCTIONS,USINGTHESERIALINTERFACEBETWEENTHEDATAACQUISITIONBOXANDCOMPUTERINFORMATIONANDCOMMUNICATIONVBASADEVELOPMENTPLATFORM,INCLUDINGTHEEXPERIMENT,THEPARAMETERSOFVISUALANALYSIS,THEANALYSISOFEXPERIMENTALRESULTSEXPERIMENTALRESULTSCANBESAVEDASTEXT,CANBESENTONTHENETWORK,TOFACILITATENETWORKINGEXPERIMENTS,ANDTEACHERSCANONLINECORRECTINGHOMEWORKTHISDESIGNINTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHERATIONALLAYOUT,MECHANICALENGINEERINGTESTANDCALCULATIONOFDATAPROCESSINGTECHNOLOGYCOMBINEDWITHONE,WITHGOODECONOMICANDPRACTICALHELPTOSTRENGTHENTHEABILITYOFSTUDENTSINTHEENGINEERINGPRACTICE目录内容提要ISUMMARYII1绪论111实验室的简介112课题来源313国内外仪器仪表的发展趋势314实验台设计内容112实验台总体结构布局1321实验台总体构思1322实验传动路线的拟定1323实验台总体结构布局图1524制动系统的选择153本实验台的组成及调整1931结构流程图194本实验台上带传动和轴的机构设计计算2441带轮传动的计算2442带轮轴的设计285偏心凸轮传动轴的设计3051轴的相关数据的设计3052轴的校核316螺栓螺纹的计算3461动态变载荷螺栓螺纹的计算3462受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算3563动态螺栓变载荷的上的螺纹计算367实验台的测试控制系统与实验台的配套软件3971实验台的测试控制系统3972实验台的配套软件408该实验台可进行的实验项目4181静态螺栓组应变实验4182带传动实验4383滑动轴瓦油膜压力分布分析实验4584动态螺栓联接实验4785系统速度波动实验4886注意事项48总结49参考文献50致谢511绪论11实验室的简介实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，对科技发展起着十分重要的作用。在国际上享有盛誉的著名实验室更被誉为科研领域的麦加，是科技工作者向往和追求的地方。这些实验室往往代表了世界前沿基础研究的最高水平，诞生了一大批诺贝尔奖获得者和具有划时代意义的科技创新成果，是开展高层次学术交流的重要场所。111实验室的发展动向近年来，随着微电子、自动化、计算机和信息管理等相关技术向传统机械行业的不断渗透，给机电类专业的发展带来了前所未有的活力。同时，我国的产业结构调整、企业改制及技术改造正向纵深推进，中国有望成为世界新的制造中心和加工中心，制造业将成为我国的支柱产业和主导产业。“制造业信息化”和“机床数控化”作为现代加工业制造业的高科技标志和发展趋势，为高等工程教育创造了广阔的人才市场空间。国家实施科教兴国战略，加大对高等教育的投入，学校进入了发展建设的新时期，给实验室带来了新的发展机遇。构建以综合性、设计性、应用性为主，既有基本技能训练，又有开发创新的实践教学体系，改变实践教学附属于课堂教学，以验证性、演示性实验为主的现状，打破各专业课程间的壁垒，加强课程间的交叉、渗透，建立系列课程或课群起点上的具有一定柔性、实验实习一体性的独立的实训环节，建成基本技能、专业技能、技术应用能力训练有机结合的实践教学体系，使实践教学向深层次发展，以满足培养学生的应用技能和创新能力的需要。112实验室发展特点及高等教育对实验教学的要求高等教育实验教学的建设目标是树立以学生为本，知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念，建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系，建设满足现代实验教学需要的高素质实验教学队伍，建设仪器先进、资源共享、服务开放的实验教学环境，建立现代化高效运行的管理机制，全面提高实验教学水平。为高等学校实验教学提供示范经验，带动高等学校实验室的建设和发展。实验教学应以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨，以实验教学改革为核心，以实验资源开放共享为基础，以高素质实验教学队伍和完备的实验条件为保障，创新管理机制，全面提高实验教学水平和实验室使用效益。实验室发展特点（1）创造条件，更新项目，实现实验室全方位的开放实验室的开放就是实验室全日向学生开放，并在实验室中同时安排多项实验内容，让学生独立自主地安排实验时间，选择实验内容，为学生个性化培养提供自由发展的空间和平台。积极组织对实验项目的设计和论证，大胆地削减过去陈旧、简单重复的演示性和验证性实验内容，按照国家教育部本科教学工作水平评估的要求和标准，增加综合性、应用性、设计性、创新性的实验内容和项目，并达到实验课程总数的80以上。要使前沿性、创新性的实验项目在水平上和数量上有较大的突破。（2）加快实施基础课实验教学示范中心的建设教育部启动的“基础课实验教学示范中心建设”计划，拟在全国建设100个左右的示范中心。我们应抓住“十二五”建设机遇，在先期通过由教育部委托省教育厅组织的基础课教学实验室评估的实验室及面向广大学生受益面较大的实验室中，重点培养和建设如“流体力学实验中心”、“力学实验中心”、“大学物理实验中心”、“机电实验中心”、“计算机基础教学实验中心”、“自动控制教学实验中心”、“大学外语语言教学中心”等基础教学实验中心。使上述实验室全部按照“基础课实验教学示范中心”标准进行建设，彻底改善基础教学实验条件，成为“十二五”期间标志性建设成果。通过“十二五”期间的重点建设，选择其中条件比较成熟的，向教育部进行申报。通过基础课实验教学示范中心建设工作，建设成国内一流的基础教学实验室，对学校的发展将产生积极影响。（3）加强上层次、上水平的重点实验室的培育与建设要创建高水平一流的研究型大学，重点实验室的建设，将会形成学校的核心竞争力。具有鲜明学科特色及强劲科研能力的实验室，以及今后有发展前景的基础实验室，使高校高水平高质量的实验室从数量上和质量上都有新的突破和飞跃。（4）建设与现代化实验室相适应的高素质、高水平实验技术队伍创新教育的关键在教师，教师创新素质的高低是培养和造就高素质创新人才的关键。人才因素是保证实验室可持续发展的关键因素，也奠定了培养创新人才的师资条件。12课题来源目前，随着高等工科学校教育改革的深入，根据建设工程型、研究型大学的需要，以及社会对培养现代化的高级人才要求，学生在大学里学习技术基础课程，掌握基本技能和知识的同时，要求与当代的工程师、研究型人才一样具有工程设计的综合创新能力。为此，作为将来从事机械产品的设计、制造以及与此相关的工程技术人员，在掌握机械设计方法、理论的同时，通过较完整的实验教学的训练，使学生掌握机械产品的性能测试的综合能力，从而使学生学会应对分析工程问题，解决问题的能力。同时，掌握各种现代化的测试手段，构筑进行机械产品研制开发的能力所必需的工程思维。另外，学生在学习理论课程的基础上，针对实际机器和机械系统进行性能的综合分析和评估。机械系统是一个较复杂的系统，主要由驱动部分、传动部分、执行部分和链接部分组成。现代机械工业的发展为了提高效率、减少设计和制造周期，大部分产品已基本成为模块化。在原动机方面，电动机、气缸、液压缸等已实现了模块化；而传动部分也以所谓的减速器的形式作为模块早已进入市场，当然也包括近年来出现的各种新型减速器、增速器；作为连接使用的模块有联轴器、离合器等也已模块化；还有支撑零件如滚动轴承等。因此，可以这样讲，构成机器或机械系统的主要部件大都已经模块化，于是，机械设计的任务就是根据给定的具体功能要求，通过这些模块的有机组合（设计）构成具有一定目的的系统。因此，基于各种机械模块，进行系统的创意设计就作为我们开发创新性实验平台的构筑依据。邵阳学院机械与能源工程系按照工程模式进行实验室的设计与规划，尤其重视学生的工程能力、应用能力及创新能力的培养。为了满足机械设计实验教学的需求，本文设计了JYCS型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台。13国内外仪器仪表的发展趋势131我国仪器仪表制造业的发展趋势仪器仪表行业高技术、高投入、高产出、低能耗、低污染的特点将在低碳经济和新兴产业的发展下带动仪器仪表需求的上升。国内仪器仪表行业一直以来都是应用在传统的服务市场，如冶金、火电等行业。随着市场需求的改变，越来越多的新型产业开始兴起，物联网、智能电网等新技术的发展快速。食品、药品安全领域备受人们关注。国家对能源的综合利用、环境保护提出了更加严格的要求。这同时也为我国仪器仪表行业提供了广阔的市场发展空间和新的发展方向。随着经济的发展和社会的进步，用户对仪器仪表需求模式也发生了很大变化。以环保行业为例，以人工采样和实验分析正向自动化、智能化、网络化监测方向发展。大力发展装备自动化，提升装备制造业的整体水平。仪器仪表是提升装备制造水平的关键，国内仪表企业要紧紧围绕汽车装备、新能源装备、节能环保装备等方向发展装备自动化。“十二五”期间我国自动化仪表行业市场需将持续稳定增长，年复合增长率为20左右，“十二五”末期，市场容量或将超过3500亿元。随着经济和技术的发展，对自动化控制和检测技术的要注越来越高，从而出现了大量自动化控制和检测的新技术和新产品，如功能安全仪表系统，无线仪表等技术和产品。其中工业自动化仪表，基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用的自动化仪表是其发展重点。132国外仪器仪表发展趋势工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备控制仪表从基地式调节器变送、指示、调节一体化的仪表开始经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统DDC直至今日的分散控制系统DCS已经走过了20多年的里程。DCS以其高度的可靠性,易于扩充的功能、漂亮的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点得到迅速的发展,成为计算机工业控制系统的主流。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点,迅速获得广泛应用已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以PLC为基础的DCS发展很快，PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争已成为当前工业控制系统的发展趋势。开放化开放化及小型化DOWNSIZ顾客服务系统等新的关键技术已进入自动化行业与以往DCS相对应的PC机控制系统也已经出现。近几年PC机及其相关技术的迅速发展将对今后产生重大影响。开放化潮流的背景有下述两方面A大量生产的PC机已在企业和家庭中广泛作为信息设备。B控制系统的范围逐渐扩大，用户希望自选设备并能简单方便地把它相互连接起来进行统一管理。提供新的服务A系统集成SYSTEMINTEGRATOR开放化通过多卖方技术设备的综合、建立系统，这就需要高效运行的控制系统集成业务，根据用户对象熟悉系统中的各种自动化仪表选择最佳设备。今后的趋势是由专门的SI部门来代替用户组成系统。B系统维修用通用信息处理设备组成的控制系统，当故障出现时判别哪台设备出故障是非常困难的。仪表制造厂不仅要对自己的产品，还必须对在系统中的通用信息处理设备提供一定程度的综合维修服务。DCS经历了初创从1975年到1980年，成熟从1980年到1985年，扩展从1985年以后几个发展时期。在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等方面取得了令人瞩目的成就，已经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发达国家都有生产自己的DCS生产厂家。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司如美国的霍尼韦尔HONEYWELLTDC300、TDC3000、XS9000、FOXBOROI/A、SWESTINGHOUSEWDPFABBMOD30,日本横河YOKOYAWACENUMXL,日立HIACS30005000,德国的西门子SIEMENSTELENERMMSIPAOS200,加拿大贝莱BAILEYN90。目前世界上约有200家PLC生产厂家目前占控制市场份额30，主要生产厂家有美国的AB公司、莫迪康公司、GE公司、德国的西门子公司、法国的TELEMECANGU公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC将与IPCDCS集成PLC逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测，到2000年PLC占控制市场份额将超过50。现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场的仪表，包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。有人预测基于现场总线的FCSFIEIDBUSCONTROLSYSTEM将取代DCS，成为控制系统的主角。INTERNET和INTRANET技术也将进入控制领域，计算机自动化系统也将渗透到企业，从生产到管理、直到经营的方方面面。自动化产品市场需求将快速增长全球的自动化产品市场销售额预测如下全球的过程自动化产品市场销售额在1996年达461亿美元，到2001年将增长到559亿美元。预计在2006年将达到700亿美元。从1996年到2001年间的年平均增长率为39，而从2001年到2006年年平均增长率将达到46，以不变价格计算则2006年的销售额为761亿美元。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天燃气工业等。1996年的自动化产品系统和维修的461亿美元中有406亿美元是属于自动化工程项目方面，有54亿美元是用于操作方面。测量和自动化技术作为新的投资在工厂现代化投资中将增长23倍。2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为矿山工业为70亿美元、原材料工业为90亿美元、过程工业为360亿美元、电站为110亿美元、环保工业为70亿美元。就全球地区而言北美占272，西欧占26，亚非不包括日本占211，日本占123，东欧占47，南美占49，其它地区占37，从中看出亚非地区的市场发展前景最好。（2）、科学仪器科学仪器含光学仪器和分析析器A光学仪器光学仪器是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。集成电路生产所用制造设备品种的40，数量的60都是光学设备，而检验仪器所占比重就更大。计量工作约有90属几何尺寸测量，其中主要用光学计量仪器来完成。过去在计量室测量一个凸轮需要数小时，现在车间生产现场用计算机控制的三坐标测量机进行测量只需10分钟。轧钢生产现场条件极其恶劣，被测件温度超过1000，运动速度为数米每秒并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强电磁干扰。利用CCD光电在线测径系统在轧钢生产中进行在线尺寸检测控制了生产流程，就能保证产品高质量和生产高效率。光学遥感仪器帮助人类解决面临的能源、粮食、气象预报、环境监测等方面的重大问题。15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后发射三颗陆地卫星花费25亿美元，但所获经济效益大得多，其中仅用遥感仪器监视洪水、探测农作物病虫害、改进油田勘探以及粮食估产等几项每年的经济收益估计就达15亿美元以上。由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势，从而能满足生产过程中的自动监控以及图象分析、精密测量、信息处理和传输、微观观察、记录、显示、传递和储存。利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害气体、核辐射等各种特殊环境下正常地工作。因此光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备应用十分广泛。现代光学仪器的发展趋势随着光学仪器产业结构的全球性调整，主要工业发达国家竞相发展高技术产品，使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美、日、德等国为了发展现代化的光学仪器工业，大力开发和应用各种新技术、新器件、新材料、新原理，系统地应用光机电综合技术以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场，使光学仪器向产业高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向发展。现代光学仪器的特征1、现代光学仪器冲破了传统理论，以几何光学或物理光学为基础的束缚光学技术同其它学科和技术不断融化、渗透派生出新的学科分支，形成许多交叉发展的领域，打破了长期来光学的传统应用范围。如以傅里叶变换原理为基础的各类傅里叶变换光谱仪，基于光声效应的激光光声光谱仪，利用激光开拓新的测量原理、方法，使众多的激光计量检测仪器问世。激光技术与传统的显微镜相结合，开发出激光扫描显微镜。另外，有一系列产品应用光电转换原理生产了一大批新颖的光电仪器，许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处理、微光学等得到开发应用。2、结构上打破了以光学和机械为主体的基本框架，集光学、机械、电子、计算机于一体，电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。3、摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典模式，操作、检测、数据处理和信息传递实现自动化。工作效率、可靠性是传统光学仪器无可比拟的。4、设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和QUOT优化设计。整个系列产品品种之间零部件通用性强、标准化程度高、标准件多，因而使仪器成本下降，质量提高。5、现代光学仪器的质量评价标准更全面、更严格。过去评价传统光学仪器的质量主要着眼于功能指标，即仪器的使用范围、精度等级、灵敏度、重复性、稳定性及结构特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量指标、可靠性、工艺性、经济性、人机学指标、美学指标、标准化及专利权指标等八个方面。发展趋势从传统光学仪器转变为现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是基础。光谱仪器发展最快。发达国家80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动化，如内装机械手等机器人系统实现无人操作，向实验室信息管理系统自动化及智能化方向发展。光学计量仪器从大型精密仪器三坐标测量机到传统的自准直仪和投影仪，都已实现微机化、光电化。激光技术的结合和CCD等光电器件的引入更为快速、准确、可靠的线检测和监控创造了条件。未来10年由于高新技术的发展和应用将进一步推动光学仪器实现光机电一体化和智能化。现今的智能化仪器更确切地应称为QUOT微机化仪器。而更高程度的智能化是信息技术的最高层次应用，包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的综合分析结果智能化的标志，是知识的表达与应用。电子技术、计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善为仪器向更高档次的智能发展创造了条件。未来10年光和电的渗透会进一步强化更多的新技术、新器件的推广应用，因而在光机电一体化的基础上融入不同原理，派生出新用途的产品，以满足各领域日益增长的需求。具有优异性能的光电器件和功能材料的开发和应用将加速现代光学仪器的发展，如CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟，实际应用已获突破，显示了广泛的应用前景，必将使光学仪器领域发生重要变革，推动产品向小型化、高分辨、光电化和自动化发展。A、光学计量仪器未来的光学计量仪器仪表必须简化设计，大量压缩零部件，提高智能化，便于操作，发展在线计量测试仪器仪表。利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的新型传感器技术，如利用高温超导量子干涉器SGUID开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器、无损材料检验仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等这是大家所共知的，它与近场光学相结合不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究的新探索。将可调谐稳频激光光谱仪的技术用于高精密的几何量与机械量及多种无形态的量的测量，如高精度的折射率测量、光波波前沿的测量、超薄膜层厚度的测量等。开发新一代微型光纤传导激光干涉仪。它测量范围可以从纳米到几米或更大的范围，分辨率可达10NM，并且克服了HP激光干涉仪的缺点，它具有HP激光干涉仪的一切功能。另外，它还可用于称重研制新型电子天平、高精度的电子皮带称、高分辨率的压力计等。发展纳米测量技术建立纳米计量测试标准。这是当今在计量与测量技术研究中十分活跃的课题。发展测量机器人。类似的测量仪器已出现。即ZEISSSCANMAX三坐标测量机，操作十分方便，工人学习510分钟即掌握使用；可放在车间使用；自动修正影响测量精度的外界干扰；目前的测量精度为35M。利用了智能机器人技术，但要保证测量量值的计量正确性是一个十分复杂理论和技术问题，目前已得到初步解决。环境保护科学仪器仪表的发展与进步将是当今和21世纪的重点研究领域。有关环保科学仪器仪表的检测和有关这方面的配套的计量仪器仪表还缺乏，用于生产安全与防护的科学仪器仪表也还需大力开发与发展，将成为仪器仪表行业的新分支。B、分析仪器分析仪器是集光、机、电、化、计算机等多学科技术为一体的高技术产品在计算机技术、微电子技术、现代数字手段、信息处理论数字图像技术以及人工智能技术的发展推动下，分析仪器仪器正向智能化方向发展智能化，包括理解、推理、判断、分析等一系列功能。分析仪器智能化发展趋势主要表现是基于微电子技术和计算机技术的应用实现分析仪器的自动化。通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、分析、处理，提高分析仪器数据处理能力。数字图像处理系统实现了分析仪器数字图像处理功能的发展，以及分析仪器的联用技术与人工智能的广泛应用等。这些使现代分析测试速度超高速化、分析试样超微量化、分析仪器的超小型化的发展趋势。世界分析仪器事业持续快速发展可以由两个角度来看从技术发展角度来看，世纪之交的世界分析仪器技术可以说正在经历一场革命性变化。传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精密机械电子学结构、实验室内人工操作应用模式转化为光、机、电、计算机一体化、自动化的结构，并正向更名副其实的智能系统发展，带动有自诊断自控、自调、自行判断决策等高智能功能系统的发展。其可与多台仪器、多个实验室结合的综合分析管理系统LIMSLABORATORYINFORMATIONMANAGEMENTSYSTEM已经推广应用，计算机内装上调制解调器从而可以上网，制造厂商可与全球用户或用户之间实现实时信息交流。例如，厂商对用户正在使用的仪器进行远距诊断、指导，正确使用或提出维修指导。各同类仪器用户或相同分析工作用户直接进行数据互换、情报共享等已经不是研究开发的方向，普遍应用亦已指日可待。从世界分析仪器销售增势来看世纪之交在农业、能源、信息、环境、材料、生物、医学等领域快速发展的全球需求刺激下，加上分析仪器技术发展推动的分析仪器更新换代周期不断缩短，使多年来世界分析仪器市场销售额保持10左右甚至更高的年增长率。这说明分析仪器行业不是QUOT这个夕阳产业，而是能不断更新，保持旺盛的生命力的行业。世界分析仪器技术更新快、科技含量高，增长迅猛。为适应现代高科技研究和产业的迅猛发展，作为信息时代，信息获取处理传输链的源头技术、分析仪器技术的发展是必然的。没有新的分析方法、分析技术和相应的全新分析仪器就不能更全面、更灵敏、更可靠、更方便地获取、研究社会、环境等领域中的信息，21世纪的信息时代就无从谈起。这是世纪之交期间面临新形势的一个特征，也是分析仪器新技术、新元器件、新产品会不断涌现、科技含量越来越高的缘由。从另一个角度来说，也是被世界科技和产业、人类社会发展大形势的要求逼出来的分析仪器技术适应大形势发展的结果。分析技术和分析仪器的应用日益拓展20世纪前些年经典的分析技术和分析仪器主要是为现代产业大生产服务的，主要为了适应分析、监控工农业生产、保证产品质量、保障大生产流程，安全高效的要求而发展、提高的当今世纪之交分析技术和分析仪器的。QUOT用武之地在于QUOT已经大大拓展最引人注目的生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用。日新月异的现代高科技在军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用拓展，例如生物武器、化学武器在战争中的使用，使得高速、灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务大大扩大了分析仪器的应用领域。可以肯定在新世纪到来后，分析技术和分析仪器的应用、拓展趋势将更加显著。必须看准这个发展潮流在分析仪器事业的发展，在思路上摆正位置、选好方向。21世纪初世界分析仪器市场的年销售额递增率为810，2000年世界市场将达300亿美元。世界分析仪器最大的市场是美国，约占总销售额的40，其次是欧洲，约占27，第三是日本，约占20，中国进口分析仪器仅占世界销售额的14。科学仪器的世界市场科学仪器随着世界经济增长市场需求今后可望每年以36速度的增长。需求潜力最大的产业部门有通信、电力、信息、生物、生物技术、医药、环保等。市场前景最好的国家和地区为东亚和墨西哥。全球科学仪器的市场规模约200亿美元，主要市场为美、德、日、法、英、意等工业发达国家。主要生产国和出口国是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年来部分发展国家对科学仪器的需求增长很快，这些国家地区有智利、捷克、洪都拉斯、印度、台湾省、厄瓜多尔、埃及等地，对科学仪器的进口正在以年均1530速度增长。14实验台设计内容对JYCS型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台进行整体设计，包括实验台总体结构布局的设计，零部件设计、计算、总图绘制，各个带传动、链传动的传动比等计算。该实验台为一机多用的机械设计类综合实验台，将带传动实验、链传动实验、液体滑动轴承实验、静态螺栓组联接实验、动态变载荷螺栓联接实验有机地综合在一个实验台上，使其能测试分析系统，同时该实验台利用先进的测试技术和计算分析技术，让学生掌握现代测试技术，提高工程实践能力。机械系统性能研究及参数可视化分析实验台是一部新型的综合实验研究分析器材，具有与基础学科相关、内在联系密切的能进行多种机械性能研究测试，把多种实验有机的整合到一起的实验台，能让学生把所学的知识贯穿起来。141课题提供的主要参数（1）电机功率06KW（2）最高转速600RPM（3）传感器类型光栅角位移传感器1000栅/转压力传感器量程10KGBLR14高精度拉压力传感器量程1000KGZBYB管路压力传感器量程16MPA光电角位移传感器180栅/转（4）重量320KG142实验台预期达到的功能（1）、该实验台系统可对带传动，链传动，滑动轴承，动态螺栓，螺栓组的性能进行测试分析，也可对整个机械系统性能进行测试分析。（2）、该实验台可对在不同工作条件下工作的传动部分的性能参数进行检测，数据可通过数码管显示或计算机自动采集分析。（3）、通过计算机实时显示运动参数的实时变化曲线，综合性强，完整性好，便于教师指导实验。（4）、检测控制系统以51系列单片机组为核心，配有放大、滤波、抗干扰电路实现数据采集、放大、初步处理和数据通讯，以及电机控制等功能，该系统利用串口实现数据采集箱和电脑之间的信息通讯；（5）、该实验台教学分析软件以VISUALBASIC语言为开发平台，包括实验内容介绍、实验录像、参数可视化分析、实验结果分析等内容；（6）、实验结果可以以文本形式保存，并可在网络上发送，便于网络化实验，使教师可在网上批改作业；2实验台总体结构布局21实验台总体构思本次设计实验台的目标是组合带传动、链传动、液体动压轴承、螺栓组静载荷、螺栓动载荷各个实验装置，测试参数包括转轴转速N、液压油膜压力P、螺栓组联接静载荷PN、螺栓动载荷加载力F、弹性滑差率、绕接合面的倾覆力矩M等等。根据以上5个实验的要求，主要将实验台分为5个部分动力系统、制动系统、加载系统、测试系统及工作平台。22实验传动路线的拟定电机带传动级传动轴（滑动轴承）静态负载如图21所示图21滑动轴瓦油膜压力分布分析实验电机带传动级传动轴（滑动轴承）链传动级传动轴动态负载（动态螺栓），如图22所示图22系统速度波动实验图电机带传动级传动轴（磁粉制动器），如图23所示图23带传动实验图电机链传动级传动轴动态负载（动态螺栓），如图24所示图24链传动实验图23实验台总体结构布局图通过对上述各种实验传动路线的分析，可以设计出如下的JYCS型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台。实验台总体结构布局如图23所示图23实验台总体结构布局24制动系统的选择机械功率开放式实验台的加载器的种类大致有以下3种。机械制动器结构简单，制造容易，使用灵活，并有一定的测量精度，但制动器发热大，需要强制冷却，且载荷不够稳定，制动轮磨损快，速度不能过高；磁粉制动器结构简单，操作方便，运转平稳，能适用于高频加载，且有定型产品可以选购，但这种制动器运转发热量大，温升高，易引起激磁线圈内阻增加，从而使负载力矩不稳定，制动器需要强制水冷。涡流消功器式在低速时有很好的制动效果，可不必采用增速器，改变负荷时平稳、方便，很容易实现程序控制，结构也较简单，但这种制动器因涡流产生的热量需要循环水带走，耗能大，不适合大功率实验装置。因此在加载器的选择方面，选用磁粉制动器1。241磁粉制动器的简介2磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。其具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。现已被广泛应用于造纸、印刷、塑料、橡胶、纺织、印染、电线电缆、冶金、压片机以及其他有关卷取加工行业中的放卷和收卷张力控制。磁粉制动器还经常被用于传动机械的测功加载和制动等。磁粉制动器和磁粉离合器经常配对使用。磁粉制动器工作原理磁粉制动器主要有制动架，制动件和操纵装置组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置，为了减少制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，运用刹车、闸来对机械运动件和机械零配件的停止和减速。242磁粉制动器用途3（1）缓冲起动，停止用利用连结时的圆滑特性及定转矩特性达到缓冲起动和停止。（2）连续滑动、张力控制用。（3）转矩限制器用。（4）高速应答用。（5）动力吸收用。（6）定位停止用。（7）模拟负载用。图24单轴磁粉制动器243磁粉制动器具有以下几大特点（1）可以轻松进行大范围的控制。（2）可以达到连续滑动运转。（3）可以得到安定的扭力。（4）无鸣叫音。动作面的滞滑现象会发生于摩擦方式，但是在此不会出现，而且也不会发出连结音，所以运转相当安静。（5）热容量很大。由于使用了耐热性优越的磁粉及运用了理想的冷却方法，即使是过于严酷的连续滑动运转，也可以安心使用。（6）可以达到平顺的连续及驱动状态。由于静摩擦系数和动摩擦系数几乎一样，所以完全连结时不会产生震荡，可以因应负载加减速度。244磁粉制动器的基本原理和构造2磁粉制动器由定子和转子两部分组成（如图25）。定子上有线圈，定子和转子的有关部分组成磁路。在定子和转子之间的工作间隙中填充一定数量的磁粉，线圈通电后，磁路中产生磁通，磁粉在电磁吸引力的作用下形成磁粉链。当转子旋转时定子通过磁粉链作用于转子的一个制动力矩。改变线圈中的电流，就可以调节电磁引力的大小，从而控制制动力矩。磁粉制动器是一种性能优越的自动控制元件。它以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激磁电流呈良好的线性关系而与转速或滑差无关，并具有响应速度快结构简单等优点。广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工、纺织、金属箔带加工等有关卷取装置的张力自动控制系统中。磁粉制动器还可作为模拟加载器使用，与转矩转速传感器和转矩转速功率测量仪配套组成成套测功装置，广泛用于电机、内燃机、变速箱等动力及传动机械的功率、效率测量。磁粉制动器的基本特性有如下两点1激磁电流力矩特性；激磁电流与转矩基本成线性关系，通过调节激磁电流可以控制力矩的大小。其特性如图26中左图所示。2转速力矩特性力矩与转速无关，保持定值。静力矩和动力矩没有差别。其特性如图26右图所示磁粉制动器的选型一般以其最大制动转矩来确定，该仪器不支持使用径向承受主传动力的安装方式，如悬臂安装皮带轮、齿轮等，支持使用连轴节式安装力方式。CZ5型磁粉制动器采用水冷的冷却方式，技术参数如下4图25磁粉制动器的结构图图26磁粉制动器基本特性图3本实验台的组成及调整31结构流程图动力部分螺栓组螺栓动态螺栓液压滑动轴承制动系统图31实验台结构流程图311动力部分的组成5实验台1、内六角螺钉M6122、导轨3指针4、平、三角皮带轮5、联轴接6、支座7、轴承8、法兰9、直流电机10、过渡接11、光电传感器12、初拉力调整装置13、支撑块14、压头15、测力传感器16、电机安装板图32动力部分312液体动压轴承实验装置的组成6如图331、放油螺塞2、箱体3、轴瓦4、油管组件5、测力压头6、测力传感器7、平衡锤8、压力传感器管路9、三角带轮链轮10、光电传感器11、轴承盖12、主轴13、轴承14、油封15、平、三角皮带轮16、传感器支架图33液体动压轴承轴瓦的结构三三三三三三三三三138R375三三三R62三三三61三三三三三三三三三三图34轴瓦313螺栓组联接的组成1、承压轴承2、导向支持座3、弹性体4、荷重传感器5、平压头6、加载螺杆7、牵引架8、被联接立柱9、螺栓组25根10、双头螺柱11、组合加载器三三三三三三三三三234567893535353510110110411图35螺栓组联接及加载方式64108461050M10图36螺栓组联接中螺栓的尺寸314动态螺栓变载荷的组成（如图37）1、固定块2、动态螺栓支架3、导柱4、联接螺栓5、移动上座6、压簧7、挺杆8、滚子9、偏心凸轮10、轴承11、传感器座12、光栅角位移传感器13、轴承盖14、传动轴15、三角带轮链轮16、内六角螺钉M1040三三三三三12345671612111098131415图37动态螺栓变载荷的结构315平皮带、三角皮带传动1平皮带轮、三角皮带轮6的结构如图38所示82830120112028301138平皮带轮三角皮带轮图38带轮结构2带传动的安装组合形式300三三三三三三三三310三三三三三三三三三123456图39带传动主视图1、定位块2、电机3、平皮带三角皮带A9204、液体动压轴承5、组合加载器6、螺栓组联接在带传动中液体动压轴承4作为负载使用。启动驱动源1使带轮按逆时针方向旋转，通过组合加载器5逐步给液体动压轴承4加载至所需的负荷即可进行各项实验。定距初拉力调整装置1用于调整带的张紧力。图69所示为平皮带传动。当需进行三角带传动时可按以下步骤进行（1）、卸下平皮带并松开平皮带轮图38的轴挡螺栓。（2）、用拉码将平皮带轮卸出。（3）、将三角皮带轮的键槽与键对齐，用铜棒轻轻敲入并用螺栓将轴挡拧紧，再套入A920三角皮带。（4）、用内六角扳手松开内六角螺钉M6121，转动初拉力调整装置1上的调节螺栓将三角带调整至张紧力4本实验台上带传动和轴的机构设计计算41带轮传动的计算已知条件100MM150MM（电机主轴与负载轴中心线到压力传感器支1L2L点的距离）带轮直径120MM1D2包角08带的截面积A30260MM2电机的传动功率P06KW主动轴转速N1600R/MIN；从动轴转速N2600R/MIN；传动比IN1/N21。因为这个带传动的载荷变动微小7，每天的工作时间并不长，所以课本查表可得工作情况系数KA10计算功率PCAKAP11KW带型的选定查表41表41带型的选择查询可知选择带型为A型。初选轴间距A0的计算由机械设计带传动参数设计公式07DD1DD2A02DD1DD241可得168A0480，所以A0350MM。所需基准长度的计算首先找的选取基准长度的尺寸8，查表42表42普通V带的基准长度表所以选取基准长度LD700MM。根据公式LD0DD1DD21077MM4220A04122AD实际轴间距的计算9根据如下公式43MLD16273502A0确定单根V带传递的额定功率W6KP通过机械设计手册查表可得知W0KP带速和V带根数通过查表43表43包角修正系数小带轮包角修正系数KA10带长修正系数K1087可求出带速V444106NDSMV带的根数Z145LKACP）（各项力的计算通过查表44表44带型的选择V带每米长的质量10Q010MKG有如下公式单根V带的预紧力F5004602AQVZPC152）（K500（0416）21125N作用在轴上的压轴力F472AZSIN10R2225N8I0042带轮轴的设计已知轴的传递功率11P06KW材料的选择因为带轮轴是传动轴，且强度硬度要求不是很高，所以选用轴的材料为45碳钢，热处理的要求为调质处理，通过查询机械设计手册可以得出下面这些主要数据抗拉强度为600MPA许用静应力为240MPA弯曲疲劳极限强度为240MPA硬度为170217HB屈服点为300MPA许用疲劳应力为160MPA扭曲疲劳极限强度12为140MPA因为已经知道轴的传递功率P06KW，转速N600R/MIN。而且该轴的转向方式为单向恒定转向，工作环境为无腐蚀条件。根据公式9550000PTN可以求出轴的传递转矩T9550NMM轴的最小直径的确定首先选取轴用材料13的A值；注（当弯矩相对转矩很小或只受转矩时A取较小值，反之A取较大值；当用Q235以及35SIMN时A取较大值；计算的截面上有一个键槽，A值增大45，有两个键槽A值增大710根据查表45表45轴的材料可以查得许用剪应力为3040MPAA值为11514计算剖面处轴的直径D32095NP360295M71轴的结构图图如图41所示图41轴的结构图弯曲应力校核强度弯曲应力校核公式如下48122MT）5偏心凸轮传动轴的设计51轴的相关数据的设计511选择轴的材料，确定许用应力15选45钢，调质处理。512根据许用扭转切应力强度极限估计轴的最小直径初步确定轴的直径30NPAD,取D626MM51MD12546013513设计凸轮轴的结构形式根据以上设计，凸轮轴的结构如图51所示图51凸轮轴的结构514根据轴的定位要求确定各段轴的直径和长度1根据键的尺寸和带轮尺寸等因素取L135MM、D128MM2根据键的尺寸和凸轮尺寸等因素取L345MM，D342MM,3合理选择其它个轴段的尺寸为L252MM,D240MM,L47MM,D450MM,L523MM,D542MM,L639MM。52轴的校核521画出轴的的空间受力简图将凸轮受力简化为集中力通过轮毂中点作用于轴上，轴的支点反力也简化为集中力通过轴承载荷中心O作用于轴上，轴的受力简图如图52所示图52轴的受力简图522画出水平面受力图如图52所示，考虑到C，B两处可能存在危险截面，计算出C，B两处凸轮上圆周力52NDTFT45103231082支点反力5