【《万能材料试验机总体设计案例》2000字】

万能材料试验机总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u23043万能材料试验机总体设计案例 1307331.1加载方式 1110991.1.1液压式 1144351.1.2机械式 1283891.2传动方式 1315501.3总体结构 21.1加载方式对于大多数万能材料试验机来说，加载方式分有两种不同的加载方式。一种是机械式加载，另一种是液压式加载。这两种加载方式各有优缺点。1.1.1液压式液压传动是流体传动，利用液体的压力能传递运动与动力。在同功率的设备当中，液压加载系统具有体积小、重量轻以及结构紧凑的特点，同时还可以实现较大的负载，输出比较大的数值，惯性小并且控制简单。但是也有以下缺点：由于以油液作为工作介质，容易造成泄露导致污染的问题；油液是可以压缩的，所以传动比有时会不准确；在使用过程中油液会有所损耗，降低传动效率；液压元器件的成本较高；出现故障时不易排查原因，需要经常维护。1.1.2机械式机械传动是固体传动，利用杆件、齿轮、凸轮等来传递运动与动力，因此机械式的负载输出的方式比较灵活与多样化。控制方式简单并且造价低，维护方便。虽然负载难以实现较大的力值，通常适合负载需求为低于1000KN的力的场合。通过对比上述液压和机械加载方式的不同，考虑其优缺点，再结合任务书里技术要求的最大试验力为150KN，最后决定本论文设计的万能材料试验机的加载方式采用机械式加载。1.2传动方式万能材料试验机一般都用丝杠来进行传动，其常用的结构有两种，分别是单丝杠式和双丝杠式这两种。对于单丝杠式这种单轴系统来说，在加载的时候比较容易偏离中心线，故会难以保证精度。而双丝杠式相对来说就稳定很多，精度也容易保障到，所以本设计决定采用双丝杠的传动方式，其结构相对来说也不难，通过一根旋转轴来带动两根丝杠，便可以使安装于丝杠上的螺母保持同步位移。本试验机的传动结构主要由三部分构成，分别是蜗轮蜗杆、丝杠的螺旋传动和同步带传动。电机输出扭矩通过同步带转动到蜗杆上，然后由蜗杆传递到蜗轮轴上，再通过同步带由蜗轮轴传递到丝杠上。与此同时与丝杠配合的螺母会随着丝杠的转动而上下位移，从而带动横梁上下运动对测验材料进行实验。本文设计的万能材料试验机中的蜗轮蜗杆传动和滚珠丝杠副的传动属于螺旋传动，即通过表面螺纹齿与齿之间的啮合来实现回转和直线运动的转变。蜗轮蜗杆可以实现自锁，自锁的条件在下文表述。而且蜗轮蜗杆是有方向之分的，因此在装配时要注意不要装反了。滚珠丝杠整体采用垫片式进行预紧和消除间隙进，通过调整预紧力可以改变螺母与丝杠之间配合的松紧程度，从而使丝杠转动流畅。对于同步带来说，在传动过程中需要考虑由于带的张力变化而带来的松紧问题，通常可以通过增设张紧轮来达到张紧调节的目的。然而由于结构的限制，空间紧凑，因此最终决定通过调整电机安装位置的方式来进行张紧。1.3总体结构通常，万能材料试验机的主体结构主要可以分为单立柱式和双立柱式两种，目前来说，大部分的材料试验机试验机采用的都是双立柱式结构，本文设计采用双立柱式结构。图2-1单立柱式结构材料试验机图2-2双立柱式结构材料试验机万能材料试验机的传动系统原理图如下页图2-3所示：关于材料机传动系统的选择有两个方案。方案一，通过一个电机来控制，该电机为伺服电机，但是市面上的伺服电机的售价都比较贵，因此方案一的成本比较高。方案二，通过两个电机来控制，其中一个为异步电机，另一个为步进电机。其传动系统如图2-3所示。由图2-3可知，这种方案的结构也并不复杂，而且成本较低。一般来说在加载的过程中，如果丝杆的转速处于低速状态的话，那么加载的速度也就慢。所以当两元件的距离相对来说比较远的时候，为节省测验时间，需要采取快进机构来加大速度快进，从而提高工作效率。而当两元件距离相近时，则需要减缓速度工进，这样才能把控好试验的质量。所以决定，当需要快进的时候通过异步电机驱动来控制，当需要工进的时候则通过步进电机驱动。一般来说，由图2-3的传动系统原理图可知，两个电机共用一根传动轴，那么在快进时，步进电机是会被异步电机带着一起旋转的，由于此时的转速较高，这样很容易会使步进电机烧掉，因此我们在设计的时候要考虑对步进电机进行隔离保护，使其不会跟随着异步电机一起转动。所以在这里需要设计有一个可以分离的机构，类似于离合装置。而当进行进给工作的时候，一般会以很低的转速传递到异步电机上，由于低转速对于异步电机来说影响不大。因此，在快进时，异步电机进行驱动工作，离合器分离，步进电机在此时是不工作的；在工作过程中，步进电机驱动异步电机被动旋转。本文决定采用方案二。图2-3万能材料试验机传动系统原理图滚珠丝杠在作垂直安装时需要考虑自锁，以免由于自重而造成的下滑自转。可以实现自锁的方式有不少，本文设计采用蜗轮蜗杆机构搭配来实现机械自锁功能。蜗轮蜗杆机械自锁的条件是：当蜗杆的摩擦角小于蜗杆的螺旋升角。在蜗杆机械自锁时，蜗轮部分是不能带动蜗杆一起转动的。图2-4工作示意图a图2-5工作示意图b大多数机械结构在使用的过程中都