毕业设计（论文）-锚杆扭转试验机设计

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMAN锚杆扭转试验机设计

本文主要从一下三个方面的进行构思设计：PLCCPUS71214CAC/DC/RLY,带有模拟关键词PLCAbstractResinboltsupporttechnologyisawidelyusedtechnologyinroadwaysupportnow,buttherearemanyproblemsinthepracticalapplicationofresinbolt,suchassupportfailure.Therefore,accuratemeasurementofthetorquestrengthofresinboltisanimportantissuetobesolvedinthecurrentfieldproductionpractice.Relyingonexpertsfortorsiontestanalysishashighcostandlowautomation.TheabovesituationgivesresinThepopularizationofbolthasbroughtalotoftroubles.Throughtheworkofthispaper,itisdesignedtoaccuratelymeasurethetorsionalstrengthofresinbolt.Computertechnologyisappliedtotheanalysisoftorsionaltesttorealizetheautomationoftorsionaltest.Thispapermainlyfromthefollowingthreeaspectsoftheconceptdesign:Inthefirstpart,throughunderstandingthebackgroundoftheautomaticresinbolttorsiontestingmachineandthedevelopmentstatusathomeandabroad,therearenotmanydomesticmanufacturersdevelopingtheelectronictorsiontestingmachinewithhighdegreeofautomation.Combinedwiththefunctionsandtypesoftheelectronictorsiontestingmachinecontrolledbythecurrentmainstreamcomputer,themaincontentsofthispaperaredefinedandtheoverallschemedesigniscompleted.Thesecondpartisthedesigncalculationandselectionofeachpartofthemachinetool.Accordingtotheclearcontrolrequirementsintheoverallschemedesign,acycloidpinwheelreducerisdesigned,andtheselectionofotherpartsofthemechanicaltransmissionpartisselected.Inthethirdpart,wedesigntheelectricalsystemofthemachinetool,choosethephotoelectricencoderandthetorquesensor,andconnectthemtotheCPUofPLCthroughourownoutputport.TheCPUselectioniss71214cAC/DC/analoginputinterfaceforfasttorquedisplay,andaccordingtothecontrolrequirementsofportcontrol,completethesoftwaresystemflowchart,realizethereal-timecontrolofACservomotorspeed,cancompletetheexperimentprocessquicklyandaccuratelyinthetorsionexperiment.Keywords:ACservomotor;PLCcontrol;automaticmeasurementsystem;cycloidpinwheelreducer;torsiontestingmachine；SensorPAGE\*ROMANPAGE\*ROMAN目 录摘要 I目录Ⅲ绪论 1选题背景 1国内外现状 4设计目的和内容 4总体方案设计 6扭转试验机总体综合性能指标及控制要求 6控制系统设计 7传动及测量方案设计 7摆线针轮减速器设计计算 9摆线针轮行星齿轮传动原理及结构特点 9设计计算 摆线针轮减速器的润滑和密封 21机床床身、支架设计及其他零件选型 26床身设计 26编码器支架及扭矩传感器支架 26导轨选型 27电机与减速器联轴器选型 28三爪卡盘选型 29传感器及光电编码器选用 30扭矩传感器选型 30光电编码器原理 316电气控制系统设计 36控制系统实现的功能 36控制系统组成 36软件设计及说明 39PAGE\*ROMANPAGE\*ROMAN基于PLC的自动树脂锚杆扭转试验机设计可行性分析 41自动树脂锚杆扭转试验机技术性分析 41自动树脂锚杆扭转试验机经济性分析 41自动树脂锚杆扭转试验机环境可行性分析 428结论 43参考文献 44PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANContentsAbstractⅠContents VIntroduction 1Background 1Currentsituationathomeandabroad 4Designpurposeandcontent 4Overallschemedesign 6Overallcomprehensiveperformanceindexandcontrolrequirementsoftorsiontestingmachine 6controlsystemdesign 7Driveschemedesign 7Designandcalculationofcycloidpinwheelreducer 9Transmissionprincipleandstructurecharacteristicsofcycloidpinwheelplanetarygear 9DesignCalculation Sealingandlubricationofcycloidpinwheelreducer 21Machinebed,supportdesignandotherpartsselection 26Machinebeddesign 26Encoderbracketandtorquesensorbracket 26Guiderailselection 27Selectionofcouplingbetweenmotorandreducer 28Selectionofthreejawchuck 29Selectionofsensors 30performanceandapplicationofdigitaltorquesensor 30Principleofphotoelectricencoder 316Electricalcontrolsystemdesign 36Functionsrealizedbycontrolsystem 36Basiccompositionofcontrolsystem 36PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANSoftwaredesignanddescription 39DesignfeasibilityanalysisofautomatictorsiontestingmachineforresinboltbasedonPLC 41analysisofautomatictorsiontestingmachineforresinbolt 41Economicanalysisofautomaticresinbolttorsiontestingmachine 41Environmentalfeasibilityanalysisofautomaticresinbolttorsiontestingmachine 42Conclusions 43Refenerce 44Translationsection 451.绪论1.绪论PAGEPAGE1绪论1Introduction1.1选题背景（Background）21世纪之前，国内只有北京、上海、广州等几座一线城市修建了地铁，绝2120192010[1]。我们国家地下资源丰富，矿石开采厂数量很大，是一个矿产大国，目前安全3000[2]。隧道及地下工程项目对工程我国锚杆支护技术起步较晚，在20世纪50年代才开始，相较于西方国家晚了50多年，且初期锚杆的研究推广进展缓慢，直至改革开放后引进了外国更先进的技术才正式在全国范围内推广，通过近40年来广大企业技术人员和国家科研人员对锚杆不间断的研究、改进和现场实践，我国自主生产的锚杆由于其具有“作用快、易安装、生效快、稳定”的特点,得到了煤炭行业和工程技术人员的一致认可,且已成为我国煤矿巷道和隧道工程的主要支护形式之一[5]。锚杆结构如图1-1所示。 1-禁锢器2-成压板3-台座4-套管5-锚杆6-锚固体图1-1锚杆结构Figure1-1Boltstructure锚杆支护技术是将锚杆打入隧道壁中，通过悬吊作用、组合梁作用、组合拱作用、减跨作用、加固作用等力学作用改变围岩本身的受力状态[6]，使之图1-2锚固理论Figure1-2Anchoragetheories金属锚杆曾经是使用最为广泛的支护产品，但在工程项目现场的实际应用树脂锚杆则是解决金属锚杆局限性的最佳产品[10]3070年（1）树脂锚杆支护的成本低（2）树脂锚杆支护的作用迅速[5]树脂（3）树脂锚杆支护的效果是所有锚杆中最好的[16]进行分析时存在主因此一台自动化程度高、便于操作的扭转试验机无论对于树脂锚杆出厂检测、工程现场检查锚杆强度、还是对生产厂家进行数据反馈都有重要的意义。通过本文开展工作拟设计出一种新型扭转试验机，使它能够精准测量树脂锚国内外现状（Currentsituationathomeandabroad）国外研发扭转试验机的历史已经有两百多年了192020世纪初，国外的公司研发出多种计算机软件程序和自己生产的扭转试验机配套出售，并且Windows、Linux[19]1-1图1-1美国美特斯公司电子扭转试验机Figure1-1Electronictorsiontestingmachineofmeters控制的扭转试验机，缺点很多。国内扭转试验机真正发展起来是在改革开放之设计目的和内容（Designpurposeandcontent）国家的扭转试验机的研究主流方向也是在微机自动控制去制造新的扭转试验机。本课题综合上述试验机的发展情况，从实际应用角度出发，拟采用由先进的所设计扭转试验机根据国家标准《GB/T10128-2007金属室温扭转试验方法》进行试验和提供数据。本文的整体设计内容可以概括为以下几个部分：第一章介绍了自动树脂锚杆扭转试验机的背景和国内外发展现状，结合现在锚杆的应用现状，明确了本文要设计的主要内容并对扭转试验机的设计目的。第二章明确了本文所设计的自动树脂锚杆扭转试验机要实现的功能和各项测量精度要求，得出设计要求，完成自动树脂锚杆扭转试验机总体方案设计。第三章根据方案的需求来选择交流伺服电机，同时对交流伺服电机的调速原理进行了解释，最终确定交流伺服电机型号和所用驱动器型号。第四章进行对摆线针轮减速器的设计计算第七章主要讲述系统的软件程序编制过程。完成软件系统流程的绘制，制定明确的思路，设计扭转试验机工作流程。2总体方案设计2总体方案设计总体方案设计Overallschemedesign（Overallcomprehensiveperformanceindexandcontrolrequirementsoftorsiontestingmachine）（1）最大试验力：±1400N·m（2）扭矩读数值：0.001N·m（3）精确测量范围:满量程1%-100%；（4）试验力示值相对误差：＜±0.5%（5）试验力示值重复性误差：＜0.5%（6）加扭矩方向：正反转两方向扭转角测量范围：0-±9999°（7）最大试验行程：2500mm连续可调（8）角度示值相对误差：＜±0.5%（9）角度示值重复性误差：＜0.5%（10）扭转计扭角分辨力：0.0001°（11）扭转速度控制范围：0.1°～720°/min无级调速（12）测量试样尺寸：φ6-φ27mm（13）保护功能：扭转试验机有过载保护功能（14）供电电源：220V，50Hz（15）设备尺寸：约3300*550*1150（mm）（1）根据硬件配套不同电压电源，保证扭转试验机内部各硬件的正常运转；（2）一路模拟量输入，用于扭矩值的测量；（3）两路脉冲量测量，用于测量扭角值；（4）至少８个输入输出接口，能够控制交流伺服电机的速度和运转方向，收集传感器输出的脉冲数；（5）计算机可通过软件存储实验数据和进行数据处理和结果打印；（controlsystemdesign）采用PLC操作人员培养周期短且上手快，控制系统要实现的功能主要靠在计算机TIA夹具扭角测量系统扭矩测量系统夹具放大器PLC控制单元驱动器编码器扭矩传感器Portal软件中编程完成，可编程控制器所用梯形图编程，简单直观，无需其他1夹具扭角测量系统扭矩测量系统夹具放大器PLC控制单元驱动器编码器扭矩传感器交流伺服电机 减速箱交流伺服电机减速箱通讯电缆通讯电缆PC机PC机图2-1基于PLC控制系统简图Figure2-1PLC-basedcontrolsystemdiagram（Driveschemedesign）PLCCPUPLCCPU各部分功能介绍如下：

图2-2车床总体布置图Figure2-2Generallayoutoflathe（1）控制箱：控制交流伺服电机启动停止，以及试验机的正反转，同时显示扭转试验机测量数据；（2）交流伺服电机：调节试样扭转方向，并能调整扭转速度；（3）减速箱：采用摆线针轮减速器，减小扭转速度，实现按设计的转速旋转；（4）三爪卡盘：夹持锚杆；（5）扭角测量系统：采集扭转角度并反馈到控制箱；（6）扭矩测量系统：采集扭矩并反馈到控制箱。3摆线针轮减速器设计3摆线针轮减速器设计摆线针轮减速器设计计算Designandcalculationofcycloidpinwheelreducer摆线针轮行星齿轮传动原理及结构特点（Transmissionprincipleandstructurecharacteristicsofcycloidpinwheelplanetarygear）摆线针轮减速器对比其他齿轮减速器最大的优势就是它用到了一对偏心套，两个偏心套间隔180°，H机构由偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承组（为了减小所示它的传动示意图[21]。iZb2iZb2Zz bZV-输出轴ZZ-针轮Zb-摆线行星轮H-系杆W-输出机构图3-1摆线针轮行星传动示意图Figure3-1Schematicdiagramofcycloidalpinwheelplanetarydrive由于Zz Zb

1，故iV

Zb，“－”表示输出与输入转向相反。摆线针轮减速器之所以受到市场的青睐，因为它的高性价比，不仅综合行星齿轮减速器的优点，单级摆线针轮减速器的速比可达到87，且能量损失小，94%[22]。摆线针轮减速器运转平稳噪声低，这还是摆线针轮减速器结构设计的巧妙性，齿轮传动时啮合齿数少就会造成很大的噪音，这也是传统齿轮减速器的通（RC58621/33-2摆线针轮减速器结构图。图3－2 摆针减结构图Figure3-2Structureofcycloidalpinwheelreducer1.输出轴2.外壳3.针齿壳4.针齿套5.针齿销6.摆线轮7.销轴套8.销轴9.偏心轮10.输入轴设计计算（DesignCalculation）扭转试验机要求在实验时能够随时调整速度，因此选择交流伺服电机。工作时动夹头最大转速设计为：n6r/min工作时最大阻力矩：电动机的最大输出功率：

T=1400NmP=Tn/9550减速器选用一级摆线针轮减速器，式中=0.9~0.95，取=0.93，则P=

1400695500.93

=0.946W对扭转试验机，功率储备系数K取1，则电动机额定功率P：P=KP1466W946WMINASA6MDMF502L1C6M交流伺服电机，额定功率1kW23bit驱动器型号为A6SF系列的MFDLTB3SF多功能型。本文所设计摆线针轮减速器已知工作机最大扭矩T=1400Nm，也就是说该摆线针轮减速器输出轴的最大输出转矩是T=1400Nm，并不需要像其他齿轮减速器要根据电机的功率和转速，来确定减速器的输出转矩。i691．确定摆线轮齿数Za和传动比iGCr15,60HRC取摆线轮齿数Za=69，传动比i=69。2.验证齿廓不产生顶切或尖角由下列公式来进行验证min

(1K)2 DZaKD

rp（1）确定公式中各参数值①针轮齿数。②由参考文献[23]表2-2查得短幅系数KD的取值范围为KD=0.42~0.55，初选短幅系数KDt=0.5。③由参考文献[23]表2-3查得针径系数KZ的取值范围为KZ=2.0~2.8，初选针径系数KZt=2.8④计算针齿中心圆半径rz：3rz=(0.85~1.3)3T3取rz=1.163

T=1.16

1400000=129.8mm则rz=130mm材料选择轴承钢，硬度为58~62HRC，[H]=1000~1200Mpa⑤计算摆线轮齿宽：11~)Zm取b115mm⑥计算偏心距：aKDrZ0.51305.42mmZb 12由参考文献[24]表2-5查得中心距可取a6mm⑦计算实际短幅系数：KaZ/r612=0.556⑧计算针齿套半径：

D b zKrrZsinKZt

130180o12mmZb2.验证齿廓不产生顶切或尖角

(1K)2min

a 48.16ZbKDrrz12

min由参考文献[24]表2-1可知摆线齿廓不产生顶切或尖角。3.由机械设计手册查表得可取针齿销半径rsc7mm，针齿套壁厚取3mm4.计算实际针径系数：ZKrzsinZrz

Zb

2.8045.计算齿面最大接触压力：Fmax

0.55Tin l ()(i iim' max（1）确定公式中各个参数计算方法()i()ir(1sinirc) z a i a irK1 K2sin )1K2a2Kcosai1k212Kcosai②第i个齿啮合点公法线到摆线轮中心的距离r 'sinr 'sin r'sinidi d1k212Kacosi（2）计算结果如下F 0.5514006429Nmax

in l

() 8.35(i iim' max6.摆线轮和针齿最大接触应力Hmax

0.418 =1468.9MpaFmaxEcbei式中Ec当量弹性模量，所用材料为轴承钢，则Ec=2.0610FmaxEcbei量曲率半径，取2.6.7.转笔轴承所受负载计算inxiy2inin2im imim Fr

=17012N（2）计算转臂轴承当量负载PxFr=1.0517012=17863Ndz390mm时，dz=2rz=260mm，则x=1.058.选择转臂轴承

x=1.1，而（1）因为摆线轮作用于转臂轴承的力较大，转臂轴承内外座圈相对转速要高于入轴转速，所以它是摆线针轮传动的薄弱环节。dz650mmD~，转臂BNSK314E，它有十个滚子，尺寸为，极限转速可达，质量约为。（2）计算内外圈相对转速由于本文所设计扭转实验过程工作转速为，最高不超过n20002000=2029r/min69（3）计算轴承寿命6 6 10L

C=

1950003=27892hh 602029P 60202917012 式中315[25]＝3，对于滚子轴承＝10/3。9.针齿销设计计算（1）由摆线针轮减速器传统结构设计，可知针齿销跨距L=70mm。（2）针齿销抗弯强度计算0.48FmaxL0.48642970=79.9Mpa<[]=150Mpads 3 3 d（3）计算针齿销转角0.47106F 0.471066429702 = =0.000589rad<

p=0.02rad4dsp4

2410.摆线轮设计计算（1）摆线轮齿根圆直径：dncdZ2adrp2(rrzrz)26012242(0.350.2)224mm式子中rrz，rz分别为针齿轮中心圆和针齿套外圆修正系数（2）摆线轮齿顶圆直径：dmcdZ2adrp2(rrzrz)26012242(0.350.2)248mm（3）摆线轮齿高：11.销孔、柱销设计计算

hdnc-dmc2

12mm（1）柱销套直径由参考文献[23]2—7，知d（2）摆线轮柱销孔直径：为使柱销孔与柱销套之间有适当间隙，du值应增加值：dz550mm时，＝0.15；dz>550mm时＝0.2～0.3。则：duduz2a32120.1544.15（3）销孔中心圆直径：DdncD224108166w 3 2（4）间隔环厚度=14mmKwKwx.130.1Hdsw

=32.6mmKW是制造和安装误差对柱销载荷影响系数，一般情况下取KW=1.4~1.51.明确输出轴上的转速、转矩及功率本文所设计扭转试验机电机速度连续可调，计算时选择电机额定转速计算，已知输出轴上的最大输出转矩为T=1400Nm，转速最大为nh=2000=29r/min，69则输出轴上的功率最大为Ph=Thnh=140029=4.25kW9550 95502.初步确定轴的最小直径 n ndmin 3h

1053

4.2529

55.36mm4515-3105，输出轴小直径和法兰通过圆头普通平键连接，其尺寸为bh，取。3.轴的结构设计轴的结构设计见图3-3输出轴结构装配图轴段d12=60mm，d2-3是一个轴肩，取轴段d2-3=70mm，l2320mm，d34处选用深沟球轴承，设计其尺寸d34=70mm，l3436mm由机械设计综合训练教程[26]13-36214d，da79mmd34=70mm，l3436mm，d2-3，l2330mm。轴段d 处由机械设计综合训练教程[26]选用6215号深沟球轴其具体参数为d75mm，D=130mm，B=25mm，da84mm，所以,d4575mm，l45=120。4- 3-3Figure3-3Outputshaftstructureassembly由机械设计第九版表[25]15-2，取轴端倒角为245r1.5mm。4.校核轴的强度

，各轴肩圆角半径为（1）求轴上载荷

图3-4轴的载荷分析图Figure3-4Loadanalysisdiagramofshaft17012120 1701217012120 1701254为 95mm。由公式

，得到

，由7656116 7656116 211(7656)（2）按弯扭合成应力校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面4）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力ca

40.65MpaMMT232前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计第九版[25]表15—1查得1=60Mpa，因此ca＜1，故安全本文所选交流伺服电机额定功率1kW[26]=0.99，但交流伺服电机不是恒定功率运转，而是恒定转矩运转，转速越大，1400Nm转矩Tj1400=20.3Nm，最大功率为69PmaxTmaxnmax20.32000=4.25kW9550 95502.初步确定轴的最小直径P额ndmin 3nh

3 17.04mm126 126 轴原材料选用45号钢，由机械设计第九版表15-3可知A0可取126。3.轴的结构设计轴的结构设计见图3-4输入轴结构装配图1-213-36305，d，da32mmCr22.2kN。为了使所选直径d12与轴承孔径相适应，取d12=25mm，l1226mm。3-4Figure3-4Inputshaftstructureassembly轴段2-3部分安装偏心轴套，在错位高度上安装两个轴承，合二为一，它的3-5图3-5双偏心套Figure3-5DoubleeccentricsleeveNSKRN314E，它有十个滚子，尺寸为，极限转速可达，质量约为d23。轴段3-4部分选用滚动深沟球轴承6307，再用套筒轴向定位。由机械设计a创新训练手册[26]表13-3查得，d35mm，D=80mm，B=21mm，d44mmaCr33.4kN，经校核轴承合格。d34=34mm，l3432mm。[25]键的型号为bhL=10832。4-5d45=36mm，l4518mm5-6产的DECK126型膜片联轴器连接，键选择普通平键bhL=108，d56。由文献机械设计第九版[25]表15-2，取轴端倒角为145o，各轴肩圆角半径为r1。4.校核轴的强度（1）轴上力的计算由轴的结构设计可知，Fr作用点到F1、F2作用点的距离相等，都为66mm，132 668506N得，8506N，。图3-6为轴的载荷分析图8506N图3-6输入轴的载荷分析图Figure3-6Loadanalysisdiagramofinputshaft（2）按弯扭合成强度校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面4）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力ca

46.65MpaMMT232前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计第九版表15—1查得1=60Mpa，因此ca，故安全（1）输出轴和法兰连接处键的校核半圆头键的尺寸为bhL=181190p2000T4000T

40001400104.8Mpakld

118160键和轴的材料都为钢，查机械设计第九版表6-2可知[p]120Mpa，所以p[p]，键强度合格。（2）输入轴和双偏心套连接键的校核普通圆头平键尺寸为bhL=10832p2000T4000T

400023.819.9Mpakld

82230键和轴的材料都为钢，查机械设计第九版表6-2可知[p]120Mpa，所以p[p]，键强度合格。（3）输入轴和联轴器连接处键的校核普通圆头平键尺寸为bhL=108p2000T4000T

400023.811.3Mpakld

83530键和轴的材料都为钢，查机械设计第九版表6-2可知[p]120Mpa，所以p[p]，键强度合格。本文所设计扭转试验机轮齿圆周速度变化范围大，所以齿轮采用油润滑，采用长城齿轮油L-CKC型号。ZL-1本文所设计自动树脂锚杆扭转试验机应避免以前电液控制扭转试验机漏油v＜3m/s，v3m/s，故均采用半粗羊毛毡密封圈。尺寸依照轴的尺寸来购买。3.4（1）通气器3-7(2)放油螺栓

图3-7通气孔Figure3-7vent3-8（3）吊环螺钉

图3-8放油螺栓Fig.3-8Oildrainbolt为了方便摆线针轮减速器搬运和在组装时调整位置，本设计采用吊环螺钉，位置设计在机壳正上方。具体尺寸见图3-9吊环螺钉。图3-9吊环螺钉Fig.3-9Eyebolt（4）输出轴透盖选择透盖是为了让轴能够伸出且防止外部灰尘进入和润滑油泄露，选择标准型号，尺寸如图3-10透盖所示图3-10透盖Figure3-10throughcover（5）外露骨架唇形密封依据配合轴端到即可尺寸，根据机械设计综合训练教程表15-16选用型号为W50728和W20407密封圈各两个。图3-11外露骨架唇形密封圈W50728Figure3-11ExposedframeworklipsealW50728图3-12外露骨架唇形密封圈W20407Figure3-12ExposedframeworklipsealW20407（6）输出轴上套筒根据配合轴径86mm，用45号钢铸造图3-13套筒（7）输入轴端盖详细数据线图3-14输入轴端盖

Figure3-13Sleeve（8）箱体设计

图3-14输入轴端盖Figure3-14inputshaftendcover18-36mm②输出轴透盖与机壳连接采用8个尺寸为M4x16的螺栓③输入端盖和机壳连接采用10个尺寸为M8x70的螺栓④机壳底座壁厚28mm⑤机壳底座选用4个尺寸为M8x40的螺栓⑥机壳肋厚取18mm4机床床身、支架设计及其他零件选型4机床床身、支架设计及其他零件选型机床床身、支架设计及其他零件选型Machine bed, support design and other partsselection床身设计（Machinebeddesign）流伺服电机输出轴和摆线针轮减速器输入轴保持同轴以便通过膜片联轴器连接，机床上有供托举电机的支架。图4-1机床床身示意图Figure4-1 Schematicdiagramofmachinebed编码器支架扭矩传感器支架（Encoderbracketandtorquesensorbracket） 4-24-3图4-2编码器支架Figure4-2schematicdiagramofencoderbracket图4-3扭矩传感器支架示意图Figure4-3Figure4-2schematicdiagramoftorquesensorbracket导轨选型（Guiderailselection）作用在直线导轨滑台上的额定动载荷指的是当直线导轨的额定长度寿命设t=50000hTSFfw3 Ca KfHfTfC本文设计机床所用导轨上有两个支架，合计重量约30kg，滑块所受力大小为：NKfHfTfC接触系数=0.81fw负荷系数=1.5则滑块所受到的动载荷为

TSFfw3 Ca KfHfTfC扭转试验机实验行程0~1500mm连续可调，扭矩传感器支架长度为350mm，导轨轨道长1960mm，定制米思米中载直线导轨SV2R28-1960。4-3SV2R28-1960Figure4-3Mediumloadlinearguidesv2r28-1960其主要技术指标见表4-1表4-1中载直线导轨SV2R28主要技术指标Table4-1MaintechnicalindexesofmediumloadlinearguideSV2R28基本额定负载C（动）7.2kNCo（静）12.1kN静态容许力矩MAxMB58N·mMC135N·m重量滑块0.2kg导轨2.4kg/m（Selectionofcouplingbetweenmotorandreducer）电机轴径30mm,减速器输入轴伸出部分轴径30mm，最大转矩为TcaKAT=1.3x1200=17.39N/mm69式中，由机械设计第九版[25]表14-1工作情况系数表可得KA=1.3选择米思米公司生产的DECK膜片联轴器，其主要技术指标见表5-2。表4-2DECK膜片联轴器主要技术指标Table4-2maintechnicalindexesofDECKcdiaphragmcoupling额定扭矩420N·m最高转速8000r/min惯性力矩20.0063g·m静态扭转刚性410000N·m/rad容许偏心0.02mm容许偏角1°容许轴向偏差±0.4mm质量1.173kg最大扭矩840N·m三爪卡盘选型（Selectionofthreejawchuck）选用昆山奥玛NTH手动三爪卡盘SC05型。图4-5三爪卡盘Figure4-5ThreegraspchuckSC05型三爪卡盘主要技术指标如表5-1.表4-3NTH手动三爪卡盘SC05型主要技术指标Table4-3MaintechnicalindexesofnthmanualthreejawchuckSC05最大容许扭矩1400N·m最大静夹持力15KN净重4.4kg最高转速2500rpm夹持范围外径3~110mm夹持范围内径35~100mm5传感器及光电编码器选用5传感器及光电编码器选用传感器及光电编码器选用Selectionofsensors要想选择合适的传感器要根据以下几点来：[28]。扭矩传感器选型performanceandapplicationofdigitaltorquesensor）合第二章扭转试验机综合性能指标，选择蚌埠一家专门生产传感器公司生产的T903D双法兰静态扭矩传感器。其特点如下：

图6-1T903D双法兰静态扭矩传感器Figure6-1T903Ddoubleflangestatictorquesensor(1)体积小,重量轻､无底座,安装方便;(2)可内置或外置变送器直接输出4-20mA､1-5V标准电流电压信号,可直接与PLC组成扭矩测量装置;(3)可以测量静止扭矩;(4)检测精度高､稳定性好､抗干扰能力强;(5)不需要反复调零即可连续测量静止扭矩;(6)抗干扰性强,安装位置不受任何限制;(7)应变弹性体强度大,可承受150%载荷｡技术指标如表6-1表6-1T903D双法兰静态扭矩传感器性能指标Table6-1Performanceindexofdoubleflangestatictorquesensor指标名称性能指标测量范围0~2000N/m供电及输出0.5-2.0mv/v精度±0.1%F·S零点温漂<0.2%F·S/10℃绝缘阻抗>500MΩ年稳定性0.3%F·S/年环境温度-20~60℃安全过载150%断裂负载200%相对湿度0~90%RH（Principleofphotoelectricencoder）LEDLED（相对式）和绝对式两种。图6-2光电编码器工作原理图Figure6-2SchematicdiagramofphotoelectricencoderLED所以它是把角位移或线位移的变化量进行累积检测且只能检测角值或线值的变6-2，6-3图6-3欧姆龙旋转式增量编码器（用于测量角位移）Figure6-3Omronrotaryincrementalencoder(Formeasuringangulardisplacement)6-4）Figure6-4Linearincrementalencoder(alsoknownasgratingruler,usedtomeasurelineardisplacement)增量式光电编码器是由分割通过LED灯发出光线的光栅盘和将透光次数转PLCCPU6-5图6-5增量式光电编码器工作原理图Figure6-5Workingprincipleofincrementalphotoelectricencoder绝对式编码器生产出来时已经在编码盘上设定好了用一个特定的图形来作于收集待检测物体的角位移和线位移。它能同时检测角值或线值的初始量和增量，也就是能取出总量(绝对量)。绝对式编码器的编码盘其上分布着大小不一的弧段通孔，码盘旋转时，其上的任一位置都对应一个由透光弧段与不透光弧段的独一无二的组合，这种确定组合有惟一的特征。通过这特征，随时都可以确定码盘的精确位置/图6-6绝对式编码器工作原理图Figure6-6operationprincipleofabsoluteencoderPLC都有独一无二的数与之匹配，所以它收集的数据和记录开始和结束时的位置有关。相较于绝对式编码器便宜，本文采用北京飞博尔电子有限公司生产的FBQ50A14P5C型增量值旋转编码器。其主要技术指标如表6-2。表6-2FBQ50A14P5C型增量值旋转编码器主要技术指标Table6-2MaintechnicalindexesofFBQ50A14P5Cincrementalvaluerotaryencoder单圈分辨率16位单圈脉冲数65536最大转速843rpm增量式脉冲输出A、B亮相输出接口推挽HTL输出电平高电平≈5V编码器供电直流5V或9~30V可选，功耗＜2W工作温度-10~70℃防护等级IP65轴允许负荷轴向50N、径向100N编码器重量约0.35kg6电气系统设计6电气系统设计电气控制系统设计Electricalcontrolsystemdesign（Functionsrealizedbycontrolsystem）6r/min，完成数据采集之后显示测量数据。控制系统组成（Basiccompositionofcontrolsystem）控制器选用可编程控制器,其具有以下特点：（1）可靠性高，不易受外界信号干扰，可在工程现场使用西门子公司研发的TIAPortal系列软件编写程序检查外部电路和设备是否损5（2）与之配套的硬件种类多，功能强大，几乎能用于任何工业现场A/DD/A（3）操作和接线简单可编程控制器本质是还是工控设备，所以工程师在研发时简化了其操作和接（4）可编程序控制器具有很多强大的功能（5）体积小，重量轻，能耗低所用的可编程控制器体积均在168PLC150g，功率仅数瓦，是实现机电一体化的理想型控制器CPU1214CDC/DC/RLY，电脑控制软件选择西门子公司打造的全集V15（1）MINASA6MDMF502L1C6M（2）驱动器型号：A6SF系列的MFDLTB3SF通用型（3）触摸屏型号：simaticktp400basicmonopn3.8寸单色，（4）交换机：TP-LINK交换机1-触摸屏2-交换机3-CPU图6-1触摸屏，交换机，CPU连接图Figure6-1Connectiondiagramoftouchscreen,switchandCPU扭矩传感器扭矩传感器扭角测量系统动夹头扭矩测量系统定夹头摆线针轮减速器交流伺服电机控制系统框图如图6-2所示。扭角测量系统动夹头扭矩测量系统定夹头摆线针轮减速器交流伺服电机交流伺服驱动器S7-1214CDC/DC/RLY放大器通讯电缆交流伺服驱动器S7-1214CDC/DC/RLY放大器通讯电缆PC机PC机图6-2扭转试验机控制系统框图Figure6-2controlsystemdiagramoftorsiontester（Softwaredesignanddescription）启动交流伺服电机启动交流伺服电机开始开始转动方向转动方向调整正常？Y正常？Y正常？Y电机停止参数调整扭矩、扭角测量转速调整N结束结束图6-3PLC程序流程图Figure6-3PLCprogramflowchartPLCI/O表6-1CPU1214CI/O口分配Table6-1CPU1214CI/Oportdistribution第一个增量式旋转式编码器A相Q0.0第一个增量式旋转式编码器B相Q0.1第二个增量式旋转式编码器A相Q0.2第二个增量式旋转式编码器B相Q0.3电机正反转Q0.4电机转速Q0.5报警信号清除Q0.6伺服报警信号Q0.76-26-2Table6-2Driveportfunctiondefinitiontable编号取值功能Pr0000旋转方向设定Pn0010位置控制模式设定Pn0020实时自我调整Pn00316电机刚性设定Pn0051集电极开路输入400KHZPn0060指令脉冲旋转方向设定Pn0073指令脉冲输入模式Pn0085000每转一圈指令脉冲数量Pr0.01:这一位参数是电机的控制模式设置，选用位置控制时设置该处值为0。Pr0.02和Pr0.03：这两位参数控制电机的刚性。Pr0.05：这一位参数是高速脉冲口形式设置。Pr0.06pulse+dirCWCCWPULSEH/SIGNHCW/CCW的模式。Pr0.08：这一位参数进行电机每一转需要的脉冲数设置，这个值与输出精度相关。77PLCPLC的自动树脂锚杆扭转试验机设计可行性分析Design feasibility analysis of automatic torsiontestingmachineforresinboltbasedonPLC自动树脂锚杆扭转试验机技术性分析analysisofautomatictorsiontestingmachineforresinbolt）（1）本产品进行一次扭转实验的时间仅为几十秒，可通过触摸屏操作，也（3）PLC自动树脂锚杆扭转试验机经济性分析（Economicanalysisofautomaticresinbolttorsiontestingmachine）评价一个新产品是否优秀不仅要看它的功能是否强大，还要看产品的经济5000元。电机选用松下MDMF502L1C6M型交流伺服电机，价格约为1500元，PLC选用西门子S7-1200，价格约为1500元，触摸屏选用simatic