齿轮性能综合试验台设计
齿轮性能综合试验台设计,齿轮性能综合试验台设计,齿轮,性能,机能,综合,试验台,设计
吉林大学机械科学与工程学院 毕业设计题目审批表(暨设计任务书)毕业设计题目齿轮性能综合试验台拟指导学生数1课题类型: 2结合课题情况: 1指导教师姓名所在单位机械学院设计题目简介(主要包括工作内容、要求等)对指导学生的题目应明确个学生的工作内容)1. 设计任务:通过制动器磨合以及增减砝码来改变轴承游隙和齿轮精度试验,从而获得扭矩、转速、温度、噪声、压力等传感器实时采集和处理各种现场数据;并且对多路传感器信号通过串、并口的同时采集及抗干扰措施。 2. 设计要求:分析齿轮对传动精度影响,齿轮传动系统的噪声分析3. 主要参数:试验台总功率: 4KW;砝码 m=80kg;带轮增速比 u=1.5:1;电机以变频3000r/min无级调速运行,输出n=6000-7000r/min;V带带型:A型;直齿轮:Z1=62,Z2=42;4. 工作内容:1)草图A0一张2)CAD图纸 ,三维设计A1 3)设计说明书 20000字 4)外文翻译 5000以上汉字 4.时间安排第七学期第1周第八学期第3周 外文翻译及开题报告第八学期第4周第八学期第8周 方案设计及总体装配图第八学期第9周第八学期第12周 部件图几零件图第八学期第13周第八学期第15周 电器原理图设计第八学期第16周 撰写设计说明书5.参考资料数控技术 哈尔滨工业大学出版社MCS-51系列单片机系统及起应用 高等教育出版社机电一体化技术手册 机械工业出版社机电一体化设计基础 科学出版社机电一体化原理及应用 国防工业出版社机械设计手册 机械工业出版社机床设计手册 机械工业出版社审核意见: 负责人: 年 月 日注:结合课题情况指(1)在研项目(2)预研项目:课题类型(1)设计(2)论文(3)软件本科生毕业设计(论文)开题报告学生姓名: 学 号: 班 级: 专 业: 机械指导教师:齿轮性能综合试验台开题报告1. 本课题研究的目的和意义 齿轮综合性能试验台研究目的该综合试验台集机、电、液、气为一体,通过扭矩、转速、温度、噪声、压力等传感器实时采集和处理各种现场数据,对其综合性能进行测试。 我国齿轮传动制造行业的现状分析及与国外相关行业对比 目前,我国以上海汽车齿轮总厂、陕西法士特公司为代表的骨干齿轮制造企业和研究所,完成汽车齿轮、摩托车齿轮、工程机械齿轮传动、农机齿轮、工业齿轮变速箱和高速重载齿轮、特殊专用齿轮传动、齿轮专用装备等各类产品的技术引进和消化,使我国齿轮传动制造业近十年得到了跨越式的发展。 首先,汽车手动变速箱(含重、中、轻、微),轿车变速箱,摩托车齿轮、工程机械换挡变速箱,大、中型农机变速传动的配套,已经基本立足国内生产,基本满足了主机厂的配套需要,并已经有部分齿轮件出口或变速箱出口。在汽车自动变速箱方面,目前仍被进口产品控制。 其次,在车辆驱动桥、主被动螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮及轮边减速机方面,大部分能满足国内配套需要。以东风车桥为代表的驱动桥与锥齿轮产业正在整合重组发展,已经看到快速发展的希望。 第三,在工业通用变速箱领域,SEW等一批国外独资企业的进入激活了中国工业通用变速箱企业为代表,在产品系列化、模块化、质量与技术水平方面,最近五年有了突飞猛进的发展,形成了与国际品牌的激烈竞争。我国企业生产的部分产品达到了国际水平,有部分产品已经出口欧美。 第四,在高速重载齿轮传动制造方面,我国有已南京高精齿轮股份有限公司(南京高速齿轮箱厂)、重庆齿轮箱厂、杭州前进齿轮箱集团、郑州机械研究所、洛阳中重减速机公司、沈阳矿山减速机公司为代表的企业。这些企业在引进技术的过程中,为我国大型成套装备配套与船舶工业的发展做出了重大贡献。 第五,特殊、专用车轮传动方面,如非圆齿轮、塑料齿轮、粉末冶金齿轮、小模数齿轮等,我国目前没有形成龙头企业,企业的技术潜力尚待发挥。 第六,齿轮专用装备方面,近五年来民营企业发展较快,国有企业发展比较慢。大多数国有齿轮装备制造企业的装备可靠性指标进步较慢,致使齿轮行业的大部分主导精加工装备仍是以进口为主。部分齿轮企业装备国产化的希望主要有:秦川机床厂的蜗杆砂轮磨齿机;重庆机床厂、南京二机长的数控机床;螺旋锥齿轮磨齿机床的研制成功;天津元昊公司数控螺旋锥齿轮切齿机床的批量供货;杭州天辰精密齿轮检具、量具、夹具;长城润滑油对齿轮行业的润滑市场服务。这些都让我国齿轮行业看到了自立创新、自主发展的希望。 虽然前景令人振奋,但专家也指出,同欧、美、日相比,中国齿轮行业还存在一定差距,主要表现为:自主创新能力不足、新品开发慢。如在汽车自动变速箱方面,目前仍被进口产品控制;在特殊、专用齿轮传动方面,我国目前还没有形成龙头企业,企业的技术潜力尚待发挥。尤其是塑料齿轮在国外的应用越来越普遍,但在我国并未得到应有重视,已远远落后世界水平;国产齿轮装备水平从整体上看,仍与欧、美、日存在较大差距,特别是高端产品、自动化产品不足,齿轮行业的大部分主导精加工装备仍以进口为主。此外还存在着市场竞争无序、企业管理薄弱、信息化程度低、从业人员综合素质有待提高的问题。2. 课题任务检测数据现场显示、存储及输出,并根据预先输入计算机的分组参数进行产品质量性能判断。 本试验台也可用于研究汽车各种系列前、中、后桥总成的制动器制动性能测试与磨合试验,并能够对桥总成进行综合性能的在线检测。 通过制动器磨合以及增减砝码来改变轴承游隙和齿轮精度试验,从而获得扭矩、转速、温度、噪声、压力等传感器实时采集和处理各种现场数据;并且对多路传感器信号通过串、并口的同时采集及抗干扰措施。 3. 本设计内容与要求l 齿轮传动精度影响 轮齿加工时,由于轮坯、刀具在机床上的安装误差,机床和刀具的制造误差以及加工时所引起的振动等原因,加工出来的齿轮存在着不同程度的误差。加工误差大、精度低,将影响齿轮的传动质量和承载能力;反之,若精度要求过高,将给加工带来困难,提高制造成本。因此,根据齿轮的实际工作条件,对齿轮加工精度提出适当的要求至关重要。 我国国标GB10095-88中,对渐开线圆柱齿轮规定了12个精度等级,第l级精度最高,第12级最低。齿轮精度等级主要根据传动的使用条件、传递的功率、圆周速度以及其它经济、技术要求决定。6级是高精度等级,用于高速、分度等要求高的齿轮传动,一般机械中常用78级,对精度要求不高的低速齿轮可使用912级。 齿轮每个精度等级的公差根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性等三方面要求,划分成三个公差组,即第I公差组、第II公差组、第III公差组。在一般情况下,可选三个公差组为同一精度等级,但也容许根据使用要求的不同,选择不同精度等级的公差组组合。第II公差级精度等级69级的选择可参阅下表,第III公差组一般不得低于第II公差组的精度等级,第I公差组和第III公差组的精度等级可参阅有关手册加以确定。 齿轮传动的侧隙是指一对齿轮在啮合传动中,工作齿廓相互接触时,在两基圆柱的内公切面上,两个非工作因廓之间的最小距离jn。规定侧隙,可避免因制造、安装误差以及热膨胀或承载变形等原因而导致轮齿卡住。合适的侧隙可通过适当的齿厚极限偏差和中心距极限偏差来保证,齿轮副的实际中心距越大,齿厚越小,其侧隙就越大。l 齿轮传动系统的噪声分析 在传统齿轮传动类产品(如工业减速箱、汽车变速器等)的设计过程中,人们往往只注重功能的实现和工作的可靠性,很少关心整个机械的运转噪声问题。但随着人们对工作和生活环境舒适度要求的不断提高,噪声问题也随之愈发凸显出来。为从设计角度出发降低齿轮传动系统的噪声,我们就应首先来分析一下齿轮系统噪声的种类和发生机理。 在齿轮系统中,根据机理的不同,可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声两种。一方面,在齿轮轮齿啮合时,由于冲击而使齿轮产生很大的加速度并会引起周围介质扰动,由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。另一方面,在齿轮动态啮合力作用下,系统的各零部件会产生振动,这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。 对于开式齿轮传动,加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出来,自鸣噪声则由轮体、传动轴等处辐射出来。对于闭式齿轮传动,加速度噪声先辐射到齿轮箱内的空气和润滑油中,再通过齿轮箱辐射出来。自鸣噪声则由齿轮体的振动通过传动轴引起支座振动,从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来。一般说来,自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。 因此,齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力有关,而且还与轮体、传动轴轴承及箱体等的结构形式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说,齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面:(1)齿轮设计方面 参数选择不当,重合度过小,齿廓修形不当或没有修形,齿轮箱结构不合理等。(2)齿轮加工方面 基节误差和齿形误差过大,齿侧间隙过大,表面粗糙度过大等。 (3)轮系及齿轮箱方面 装配偏心,接触精度低,轴的平行度差,轴,轴承、支承的刚度不足,轴承的回转精度不高及间隙不当等。 (4)其他方面输入扭矩。负载扭矩的波动,轴系的扭振,电动机及其它传动副的平衡情况等。l 齿轮试验台的主要技术性能 试验控制方式:自动测试循环/手动调试 试验台模拟加载状态:加载轴负荷05T,无级可调。 制动器加载磨合; 运行噪声及异响检测 试验台控制计算机具有制动参数和传动转矩、转速、功率、噪声、温升的参数采集、计算、判断、显示、存储和输出功能; 试验台控制计算机具有产品工艺参数设定、修改功能;参数修改权限确认功能;开机自检功能;单步调试功能;程序检测功能; 试验齿轮制造精度对轴线回转精度、传动的震动与噪声的影响; 试验轴承精度、轴承预紧量和支撑刚度等对轴线回转精度、传动的震动与噪声的影响; 试验齿轮润滑和轴承润滑对传动震动温升和噪声的影响。l 具体技术指标要求如下 试验台总功率: 4KW; 砝码 m=80kg; 带轮增速比 u=1.5:1; 电机以变频3000r/min无级调速运行,输出n=60007000r/min; V带带型:A型; 直齿轮:Z1=62,Z2=42;4. 总体方案设计 该试验台主要由机械系统和测控系统组成。其中机械系统主要包括:齿轮传动机构,传感器的固定机构,轴承的固定机构,增速器机构,加载装置,磁粉制动器,皮带轮,皮带,交流电机,联轴器,扭矩传感器,砝码。测控系统主要包括:传感器,信号调理装置,信号采集与控制装置和微机。5. 设计进度计划12周 了解该试验台概况,阅读相关文献,作英文翻译;34周 提出试验台改进方案,进行总体方案设计;57周 机械系统设计加工装配与调试;89周 测控系统设计选购与装配;1012周 系统软件设计与调试;1314周 撰写设计说明书,准备答辩6. 参考资料1) 高春甫机电控制系统设计吉林大学,20032) 王毅 单片机器件应用手册 北京:人民邮电出版社,19953) 侯洪生,董国耀机械工程图学科学出版社,20014) 谭庆昌,赵洪志,曾平机械设计吉林科学技术出版社,19955) 瑞士KISTLER力传感器及其信号调理仪使用说明书6) 蒋敦斌,李文英非电量测量与传感器应用国防工业出版社,20059吉林大学本科毕业设计说明书中文摘要本文开发了一种齿轮综合性能试验台系统,该系统利用加载一定质量的砝码,在电动机转速一定的情况之下,通过改变磁粉制动器来检测数据现场显示、存储及输出,并根据预先输入计算机的分组参数进行产品质量性能判断。本系统是典型的机电一体化系统。该试验台主要由机械系统和测控系统组成。其中机械系统主要包括:齿轮传动机构,传感器的固定机构,轴承的固定机构,增速器机构,加载装置,磁粉制动器,皮带轮,皮带,交流电机,联轴器,扭矩传感器,砝码。测控系统主要包括:传感器,信号调理装置,信号采集与控制装置和单片机。关键词:齿轮 传感器 砝码英文摘要Title :The testing machine of the gear integration capability test-bed system.AbstractThis task had developed a sort of the gear integration capability test-bed system.This system using load to a certainty molar poise.at the circumstance of electromotor rotate speed has been defined,via altering magnetic induction arrestor to survey the display of data 、storage and output,and also accoding input the computer grouping parameter to carry through judgment of production quality. This system is a typical example that simulate the robot with the machine and electrons.This test-bed had two kinds mostly components :mechanism system and measure controlling system.The mechanism mostly include:gear transmission framework,fasten framework of the sensor,fasten framework of bearing,speed up framework,loading epuipment, magnetic induction arrestor,strap wheel,strap,altering electrical motor,join axis organ,wrest sensor,poise.The measure controlling system mostly include:sensor,signal dispose setting,signal collection and controlling setting and SCM. Keywords:gear sensor poise43目录1. 绪 论11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外的研究状况11.3 课题任务31.4 本论文的主要研究内容92. 系统总体方案102.1试验系统的组成及控制原理112.2机械系统的工作原理:123 机械结构设计133.1直齿圆柱齿轮设计:133.2 传感器选择234 电气系统设计264.1计算机检测系统的组成264.2 电气系统的基本组成274.3 电气系统的设计334.4 交流电机及其控制334.5程序设计39结论42致谢43参考文献43图144图244图3451. 绪 论1.1 课题研究的目的和意义随着科技的进步,人类的生活可谓日新月异,一日千里,只有紧跟着科技的脉搏,才可能创造更高生产力,才能创造更多的经济财富,提高国家的综合实力,增加国际威望。这就迫切需要我们研制高尖端的科技产品,如何提升,这就需要我们在日常生活中能够将有潜在使用价值的东西挖掘出来,以备进一步的研究及开发利用,如本课题所研究的齿轮综合性能试验台,它就是一种很实用的科研产品。该综合试验台集机、电为一体,通过安装不同精度不同形式的齿轮,利用扭矩、转速、温度等传感器来进行实时采集和处理各种现场数据,对其综合性能进行测试。1.2 国内外的研究状况目前,我国以上海汽车齿轮总厂、陕西法士特公司为代表的骨干齿轮制造企业和研究所,完成汽车齿轮、摩托车齿轮、工程机械齿轮传动、农机齿轮、工业齿轮变速箱和高速重载齿轮、特殊专用齿轮传动、齿轮专用装备等各类产品的技术引进和消化,使我国齿轮传动制造业近十年得到了跨越式的发展。 1.汽车手动变速箱(含重、中、轻、微),轿车变速箱,摩托车齿轮、工程机械换挡变速箱,大、中型农机变速传动的配套,已经基本立足国内生产,基本满足了主机厂的配套需要,并已经有部分齿轮件出口或变速箱出口。在汽车自动变速箱方面,目前仍被进口产品控制。 2.在车辆驱动桥、主被动螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮及轮边减速机方面,大部分能满足国内配套需要。以东风车桥为代表的驱动桥与锥齿轮产业正在整合重组发展,已经看到快速发展的希望。 3.在工业通用变速箱领域,SEW等一批国外独资企业的进入激活了中国工业通用变速箱企业为代表,在产品系列化、模块化、质量与技术水平方面,最近五年有了突飞猛进的发展,形成了与国际品牌的激烈竞争。我国企业生产的部分产品达到了国际水平,有部分产品已经出口欧美。 4.在高速重载齿轮传动制造方面,我国有已南京高精齿轮股份有限公司(南京高速齿轮箱厂)、重庆齿轮箱厂、杭州前进齿轮箱集团、郑州机械研究所、洛阳中重减速机公司、沈阳矿山减速机公司为代表的企业。这些企业在引进技术的过程中,为我国大型成套装备配套与船舶工业的发展做出了重大贡献。 5.特殊、专用车轮传动方面,如非圆齿轮、塑料齿轮、粉末冶金齿轮、小模数齿轮等,我国目前没有形成龙头企业,企业的技术潜力尚待发挥。 6.齿轮专用装备方面,近五年来民营企业发展较快,国有企业发展比较慢。大多数国有齿轮装备制造企业的装备可靠性指标进步较慢,致使齿轮行业的大部分主导精加工装备仍是以进口为主。部分齿轮企业装备国产化的希望主要有:秦川机床厂的蜗杆砂轮磨齿机;重庆机床厂、南京二机长的数控机床;螺旋锥齿轮磨齿机床的研制成功;天津元昊公司数控螺旋锥齿轮切齿机床的批量供货;杭州天辰精密齿轮检具、量具、夹具;长城润滑油对齿轮行业的润滑市场服务。这些都让我国齿轮行业看到了自立创新、自主发展的希望。虽然前景令人振奋,但专家也指出,同欧、美、日相比,中国齿轮行业还存在一定差距,主要表现为:自主创新能力不足、新品开发慢。如在汽车自动变速箱方面,目前仍被进口产品控制;在特殊、专用齿轮传动方面,我国目前还没有形成龙头企业,企业的技术潜力尚待发挥。尤其是塑料齿轮在国外的应用越来越普遍,但在我国并未得到应有重视,已远远落后世界水平;国产齿轮装备水平从整体上看,仍与欧、美、日存在较大差距,特别是高端产品、自动化产品不足,齿轮行业的大部分主导精加工装备仍以进口为主。此外还存在着市场竞争无序、企业管理薄弱、信息化程度低、从业人员综合素质有待提高的问题。1.3 课题任务检测数据现场显示、存储及输出,并根据预先输入计算机的分组参数进行产品质量性能判断。 本试验台也可用于研究汽车各种系列前、中、后桥总成的制动器制动性能测试与磨合试验,并能够对桥总成进行综合性能的在线检测。 通过制动器磨合以及增减砝码来改变轴承游隙和齿轮精度试验,从而获得扭矩、转速、温度、噪声、压力等传感器实时采集和处理各种现场数据;并且对多路传感器信号通过串、并口的同时采集及抗干扰措施。1.3.1齿轮传动精度影响 轮齿加工时,由于轮坯、刀具在机床上的安装误差,机床和刀具的制造误差以及加工时所引起的振动等原因,加工出来的齿轮存在着不同程度的误差。加工误差大、精度低,将影响齿轮的传动质量和承载能力;反之,若精度要求过高,将给加工带来困难,提高制造成本。因此,根据齿轮的实际工作条件,对齿轮加工精度提出适当的要求至关重要。 我国国标GB10095-88中,对渐开线圆柱齿轮规定了12个精度等级,第l级精度最高,第12级最低。齿轮精度等级主要根据传动的使用条件、传递的功率、圆周速度以及其它经济、技术要求决定。6级是高精度等级,用于高速、分度等要求高的齿轮传动,一般机械中常用78级,对精度要求不高的低速齿轮可使用912级。 齿轮每个精度等级的公差根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性等三方面要求,划分成三个公差组,即第I公差组、第II公差组、第III公差组。在一般情况下,可选三个公差组为同一精度等级,但也容许根据使用要求的不同,选择不同精度等级的公差组组合。第II公差级精度等级69级的选择可参阅下表,第III公差组一般不得低于第II公差组的精度等级,第I公差组和第III公差组的精度等级可参阅有关手册加以确定。齿轮传动的侧隙是指一对齿轮在啮合传动中,工作齿廓相互接触时,在两基圆柱的内公切面上,两个非工作因廓之间的最小距离jn。规定侧隙,可避免因制造、安装误差以及热膨胀或承载变形等原因而导致轮齿卡住。合适的侧隙可通过适当的齿厚极限偏差和中心距极限偏差来保证,齿轮副的实际中心距越大,齿厚越小,其侧隙就越大。1.3.2齿轮传动系统的噪声分析在传统齿轮传动类产品(如工业减速箱、汽车变速器等)的设计过程中,人们往往只注重功能的实现和工作的可靠性,很少关心整个机械的运转噪声问题。但随着人们对工作和生活环境舒适度要求的不断提高,噪声问题也随之愈发凸显出来。为从设计角度出发降低齿轮传动系统的噪声,我们就应首先来分析一下齿轮系统噪声的种类和发生机理。 在齿轮系统中,根据机理的不同,可将噪声分成加速度噪声和自鸣噪声两种。一方面,在齿轮轮齿啮合时,由于冲击而使齿轮产生很大的加速度并会引起周围介质扰动,由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。另一方面,在齿轮动态啮合力作用下,系统的各零部件会产生振动,这些振动所产生的声辐射称为自鸣噪声。 对于开式齿轮传动,加速度噪声由轮齿冲击处直接辐射出来,自鸣噪声则由轮体、传动轴等处辐射出来。对于闭式齿轮传动,加速度噪声先辐射到齿轮箱内的空气和润滑油中,再通过齿轮箱辐射出来。自鸣噪声则由齿轮体的振动通过传动轴引起支座振动,从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来。一般说来,自鸣噪声是闭式齿轮传动的主要声源。 因此,齿轮系统的噪声强度不仅与轮齿啮合的动态激励力有关,而且还与轮体、传动轴轴承及箱体等的结构形式、动态特性以及动态啮合力在它们之间的传递特性有关。一般来说,齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面:(1)齿轮设计方面 参数选择不当,重合度过小,齿廓修形不当或没有修形,齿轮箱结构不合理等。(2)齿轮加工方面 基节误差和齿形误差过大,齿侧间隙过大,表面粗糙度过大等。 (3)轮系及齿轮箱方面 装配偏心,接触精度低,轴的平行度差,轴,轴承、支承的刚度不足,轴承的回转精度不高及间隙不当等。 (4)其他方面输入扭矩。负载扭矩的波动,轴系的扭振,电动机及其它传动副的平衡情况等。a)系统可对变速器试验样品进行性能试验。b)针对力及扭矩、位移等参数,系统可分别对以上参数进行检测。c)要求匀速施加驱动力(静压力),驱动速度可调。d)测试数据可存储及显示输出。1.3.3润滑对齿轮失效影响工作中的齿轮副发生失效,与所传递的运动和动力的性状直接有关。在使用齿轮副的目的“完成特定的运动和动力的传递“。不可改变时,为了防止齿轮失效,人们首先从机械角度考虑问题。如选择优良的齿轮材料,合理的齿轮设计参数,先进的热处理技术及高精度的机加工工艺等。这都是必不可少且行之有效的,但往往忽略了合理润滑的作用。润滑是研究齿轮相对运动,相互作用的表面科学所不可缺少的内容。例如,在负荷不大的情况下,齿轮副的表面粗糙度与润滑油膜厚度成为一对矛盾。为保证流体动力膜的形成,可以要求更光滑的齿面,使凸起高度小于油膜厚度,也可以要求更厚的油膜将稍大的凸起掩盖,二者都可达到将摩擦齿面隔开的目的。这后一种办法就是通过选用合适粘度的乳化油实现的。在负荷变大的情况下,流体动力膜及弹流膜在压力下不能保持住而发生破裂,使齿面凸峰相碰。在齿轮制造中采用先进技术是减轻这种碰撞的必要条件,但不是充分条件。只有当同时采用先进的润滑技术,选用可与齿面形成边界润滑膜的齿轮油时,控制齿轮失效才成为可能。由此可见,合理润滑可以避免,减轻和延缓齿轮失效。因而,人们将齿轮润滑剂看作是齿轮机构的元件之一。1.3.4齿轮传动的特点及类型分析齿轮传动能传递两个平行轴或相交轴或交错轴间的回转运动和转矩。一、 齿轮传动的特点a)效率高 在常用的机械传动中,以齿轮传动效率为最高,闭式传动效率为96%99%,这对大功率传动有很大的经济意义。b)结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。c)工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动,工作十分可靠,寿命可长达一二十年,这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。d)传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用,正是由于其具有这一特点。二、齿轮传动的类型齿轮传动就装置形式分:a)开式、半开式传动 在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中,有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳,齿轮完全暴露在外边,这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入,而且润滑不良,因此工作条件不好,轮齿也容易磨损,故只宜用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩,有时还把大齿轮部分地浸入油池中,则称为半开式齿轮传动。它工作条件虽有改善,但仍不能做到严密防止外界杂物侵入,润滑条件也不算最好。b)闭式传动 而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动,都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)的,这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比,润滑及防护等条件最好,多用于重要的场合。按齿面硬度分: a)软齿面齿轮 轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC; b)硬齿面齿轮 轮齿工作面的硬度大于350HBS或38HRC。1.3.5 使用变频器的注意事项分析物理环境 a)工作温度。变频器内部是大功率的电子元件,极易受到工作温度的影响,产品一般要求为055,但为了保证工作安全、可靠,使用时应考虑留有余地,最好控制在40以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,并严格遵守产品说明书中的安装要求,绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。b)环境温度。温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,必须在箱中增加干燥剂和加热器。c)腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大,不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等,而且还会加速塑料器件的老化,降低绝缘性能,在这种情况下,应把控制箱制成封闭式结构,并进行换气。d)振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后,应对其进行检查和维护。电气环境a)防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此,柜内仪表和电子系统,应该选用金属外壳,屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外,各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆,且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作,导致控制单元失灵或损坏。b)防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护,但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此,在实际运用中,要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备,否则会造成严重后果。接地变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段,变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好,接地导线截面积应不小于2mm2,长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开,不能共地。信号输入线的屏蔽层,应接至E(G)上,其另一端绝不能接于地端,否则会引起信号变化波动,使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通,如果实际安装有困难,可利用铜芯导线跨接。防雷在变频器中,一般都设有雷电吸收网络,主要防止瞬间的雷电侵入,使变频器损坏 。但在实际工作中,特别是电源线架空引入的情况下,单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区,这一问题尤为重要,如果电源是架空进线,在进线处装设变频专用避雷器(选件),或有按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入,则应做好控制室的防雷系统,以防雷电窜入破坏设备。实践表明,这一方法基本上能够有效解决雷击问题。具体技术指标如下: 试验台总功率:4KW; 砝码 m=80kg; 带轮增速比 u=1.5:1; 电机以变频3000r/min无级调速运行,输出n=60007000r/min; V带带型:B型; 直齿轮:Z1=62,Z2=42;1.4 本论文的主要研究内容该试验台主要由机械系统和测控系统组成。其中机械系统主要包括:齿轮传动机构,传感器的固定机构,轴承的固定机构,增速器机构,加载装置,磁粉制动器,皮带轮,皮带,交流电机,联轴器,扭矩传感器,砝码。测控系统主要包括:传感器,信号调理装置,信号采集与控制装置和单片机。 2. 系统总体方案齿轮试验台的主要技术性能1)试验控制方式:自动测试循环/手动调试2)试验台模拟加载状态:加载轴负荷05T,无级可调。3)制动器加载磨合;运行噪声及异响检测试验台控制计算机具有制动参数和传动转矩、转速、功率、噪声、温升的参数采集、计算、判断、显示、存储和输出功能;试验台控制计算机具有产品工艺参数设定、修改功能;参数修改权限确认功能;开机自检功能;单步调试功能;程序检测功能;试验齿轮制造精度对轴线回转精度、传动的震动与噪声的影响;试验轴承精度、轴承预紧量和支撑刚度等对轴线回转精度、传动的震动与噪声的影响;试验齿轮润滑和轴承润滑对传动震动温升和噪声的影响。2.1试验系统的组成及控制原理 该试验台主要由机械系统和测控系统组成。其中机械系统主要包括:齿轮传动机构,传感器的固定机构,轴承的固定机构,增速器机构,加载装置,磁粉制动器,皮带轮,皮带,交流电机,联轴器,扭矩传感器,砝码。测控系统主要包括:传感器,信号调理装置,信号采集与控制装置和单片机。该系统的整体框图如图2-1所示。 图2-1系统结构框图2.2机械系统的工作原理:该系统利用加载一定质量的砝码,在电动机转速一定的情况之下,通过改变磁粉制动器来检测数据现场显示、存储及输出,并根据预先输入计算机的分组参数进行产品质量性能判断。对于磁粉制动器,它是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的,它具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系,在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩,响应速度快、结构简单等优点,可以说磁粉制动器是一种多用途、性能优越的自动控制元件。这也正是本系统选用它的原因。 通过制动器磨合以及增减砝码来改变轴承游隙和齿轮精度试验,从而获得扭矩、转速、温度、噪声等传感器实时采集和处理各种现场数据;并且对多路传感器信号通过串、并口的同时采集及抗干扰措施。图2-2齿轮箱的基本构成3 机械结构设计3.1直齿圆柱齿轮设计:3.1.1直齿圆柱齿轮强度设计1选择齿轮材料 热处理 精度等级因是一般用途的齿轮传动,齿轮材料可选用45钢,传递功率不大,且结构尺寸无严格要求,可选用软齿面齿轮传动。由机械设计书参考表9-3,选小齿轮调质,齿面硬度230-240HBS,大齿轮正火,齿面硬度190-200HBS,精度为8级。2选取齿轮齿数闭式软齿面齿轮传动,可以多选些,初选取,传动比3按齿面接触疲劳强度设计对闭式软齿面齿轮传动,承载能力一般取决于齿面接触强度,故按接触强度设计,校核齿根弯曲强度。确定式中各项数值:因载荷平稳,可初选载荷系数;由机械设计书参考表9-10,选取;由机械设计书参考表9-7,查得;由机械设计书参考图9-14,查得;式9-7,由机械设计书参考由图9-13,查得;由式9-12,由机械设计书参考图9-15,按允许一定点蚀,查得,;由机械设计书参考图9-16d,按小齿轮齿面硬度平均值235HBS,在MQ和ML线中间(适当延长MQ和ML线)查取,同理,在图9-16C中查取;由机械设计书参考表98,选取;取设计齿轮参数。由机械设计书参考表9-5,查得;由机械设计书参考图9-7,查得;由机械设计书参考图9-10,查得;由机械设计书参考表9-6,查得;则; 选取。齿轮主要几何尺寸:取中心距,则d=m z=155mm d=m z=105mma=(m z+ m z)/2=130;,取, 4校核齿根弯曲疲劳强度 由机械设计书参考式9-13, 由机械设计书参考图9-19、图9-20按 查得 由机械设计书参考图9-21,查得 ; 由机械设计书参考图922c,按小齿轮齿面硬度均值235HBS,在ML线(适当延长)上查得;同理,由机械设计书参考图922b上,查得; 由机械设计书参考表98,选取; 将确定出得各项数值代入弯曲强度校核公式,得可见齿根弯曲疲劳强度足够。 图3-1 从动直齿轮3.1.2斜齿圆柱齿轮强度设计按齿面接触疲劳强度设计: 闭式软齿面齿轮传动,承载能力一般取决于齿面接触强度,故按齿面接触强度设计,校核齿根弯曲疲劳强度。 下面确定式中的参数:因载荷平稳,可初选载荷系数; 由机械设计书参考表9-10选取齿宽系数,由表9-7,可以查得,由机械设计书参考图9-14,可以查得,由机械设计书参考公式9-7,。由机械设计书参考图9-13,可以查得, ,由式9-12,由机械设计书参考图9-15,按允许一定的点蚀,查有,由机械设计书参考图9-16d,按小齿轮齿面硬度平均值,在MQ和ML线查取,同理,在图9-1c中查取。由表9-8,查有(取一般可靠度99%考虑)取其中的较小的来设计参数。至此,把以上确定的参数带入到设计公式 中,得:由机械设计书参考查表9-5,查有;由机械设计书参考图 9-7,查有;由图9-10,查有;由机械设计书参考表9-6,查有。那么,总的系数,重新修正齿轮直径:,m=/cos=2.549由机械设计书参考查表9-1,按第一系列的标准模数选取,这样齿轮的主要参数就是:那么,齿轮的分度圆直径为:或按照下述计算,圆滑中心距为,螺旋角,齿轮的齿宽取大齿轮的齿宽,小齿轮的齿宽为。下面按照齿根弯曲疲劳强度校核齿面接触疲劳强度校核的条件:计算当量齿轮端面重合度:,由机械设计书参考9-11给出的公式:,由机械设计书参考公式9-13,由机械设计书参考图9-28,查得 ,那么: 由机械设计书参考图9-19,图9-20,按查得: , ; , ;由机械设计书参考图9-22c,按小齿轮的齿面硬度值 ,在ML线查取,同理,在图9-2b中查取。由机械设计书参考表9-8,选用 (一般可靠度):将以上确定的各个参数带入到弯曲强度校核公式中得:至此,斜齿轮的设计校核工作就基本完成了。3.1.3带轮的设计计算由于本设计的传动部分采用带传动,所以以下是带传动的相关计算,已知电机额定功率P=4KW,转速r=6000r/min,传动比 i=0.68 转速误差不超过5%1)确定设计功率Pd Pd=KAP 查KA=1.2 Pd=1.2x4=4.8KW 2) 选V带型号 据Pd和n1器选用B型V带3)选择带轮直径D1 D2 B型V带Dmin=125mm,应使D1Dmin,考虑小带轮转速并不是很高,结构尺寸有无特别限制,据整个试样机的空间布局,故选D1=172mm,验算带速V=D1n1/60x6000=9m/s, 带速在5-25m/之间,不低,D1选择合适D2=iD1=2.5*172=430mm。4)确定中心距a 和带长Ld 设计条件中并未特殊要求中心距,考虑制样机总体结构和布局向初选中心距0.7(D2+D1)a02(D2+D1),421 a01204初选a0=780mm, 带长Ld=2a0+(D2+D1)/2+(D2-D1)/4a0=2530mm,取Ld=2528mma的调整范围为742mm885mm 5) 验算小带轮包角=180- (D2-D1)57.3/a=161.11206) 确定V带根数 Z=Pd/(P0+P0 )KaKL,查表P0 =3.85KW,又P0=Kbn1(1-1/Ki)查表Kb=0.0026494,Ki =1.1373,P0=0.28KW,查表Ka=0.95,KL=1.03代入公式Z=3.2,所以取Z=3。 图3-2 从动带轮3.2 传感器选择科学技术离不开测量。测量的目的就是要获得被测对象的有关物理或化学性质的信息,以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制,完成这一功能的器件就我们称之为传感器。也就是说传感器是借助于检测元件(敏感元件)接收一种形式的信息,并按一定的规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息,可以是各种物理量、化学量和生物量,而转换后的信号也有各种形式。传感器分类方法很多,常用的有2种:一种是按被测的参数分,另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类,可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器,一类是非接触式温度传感器,接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触,通过热传导及对流原理达到热平衡,这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高,并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布,但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象,这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前最常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象,也可测温度场的温度分布,但受环境的影响比较大。无论何种传感器,作为测量与控制系统的首要环节,通常都必须具有快速、准确、可靠且又经济的实现信息转换的基本要求。传感器是信息技术的前沿尖端产品,被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域,尤其是温度传感器,使用范围广,数量多,居各种传感器之首。另外,温度传感器的发展大致经历了主要以下的3个阶段;(1) 传统的分立式温度传感器(含敏感元件);主要是能够进行非电量和电量之间转换。(2) 模拟集成温度传感器/控制器;(3) 智能温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。同时,对传感器有以下要求:(1) 足够的容量。传感器的工作范围或量程足够大;具有一定过载能力。(2) 与测量或控制系统相匹配性好,转换灵敏度高,线性程度好。(3) 反应快,工作可靠性高。(4) 精度适当且稳定性好,即传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求,并长期稳定。(5) 适用性和适应性强,即动作能量小,对被测量的状态影响小;内部噪声小而又不易受外界干扰的影响,使用安全等。(6) 使用经济。即成本低、寿命长,且易于使用、维修和校准。3.2.1 扭矩转速传感器CWZ-80型扭矩转速传感器通过弹性轴、两组磁电信号发生器,把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号,这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比,而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。将传感器的这两组电信号用专用屏蔽电缆线送入NC型扭矩测量仪或装有扭矩卡的计算机,即可得到转矩、转速及功率的精确值。CWZ-80型扭矩转速传感器与NC-2A型扭矩仪或CB2000卡配套使用,是一种测量各种动力机械转动力矩、转速、及机械功率的精密测量仪器。其用途十分广泛,在电机、风机、水泵、齿轮及减速箱、铁路机车、汽车拖拉机、飞机、船舶、矿山 机械、液压气动元件等几乎所有机械制造部门及其科研院所、大专院校均有广泛的应用。 图3-3 扭矩转速传感器性能指标转矩测量精度:分为0.1级和0.2级。(1)静校一直接用砝码产生标准力矩校准时,其测量误差0.l级不大于额定值的0.1;0.2级不大于额定值的0.2。(2)转速变化的附加误差在规定转速范围内变化时,转矩读数变化不大于额定转矩的0.l%。(3)转矩测量过负载能力:在超载不大于120额定转矩时,仍然能保证转矩测量精度。3.2.2 温度传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器,它与被测对象直接接触,不受中间介质的影响,具有较高的精确度;测量范围广,可从-50-1600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁-镍铬,最低可测到-269,钨-铼最高可达2800。 热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体A和B 连接起来,组成一个闭合回路,即构成感温元件,如图1所示。当导体A和B的两个接点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象即称为热电效应,也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将A、B两种导体焊接在一起,称为工作端,置于温度为t的被测介质中。另一端称为参比端或自由端,放于温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,将热电势送入计算机进行处理,即可得到温度值。热电偶两端的热电势差可以用下式表示:Et=E(t)-E(t0)式中:Et热电偶的热电势 E(t)温度为t时的热电势 E(t0)温度为t0时的热电势 当参比端的温度t0恒定时,热电势只于工作端的温度有关,即Et=f(t)。当组成热电偶的热电极的材料均匀时,其热电势的大小与热电极本身的长度和直径无关,只与热电极的成分及两端的温度有关。4 电气系统设计电气系统是整个齿轮综合试验台的重要组成部分。其中包括交流电机的控制、磁粉制动器的控制及数据的采集和显示,还有控制程序设计等。如果说机械结构是人的骨架的话,那么电气控制系统就是人的大脑和布满全身的神经单元,起到控制并反馈人体活动的作用。4.1计算机检测系统的组成一个完整的计算机检测系统,需要在微机、被控制对象和操作者之间适时、不断地交换数据信息和控制信息。在总体设计时,要综合考虑硬件和软件措施,解决三者之间可靠的、适时的进行信息交换的通路和分时控制的时序安排问题,保证系统能正常地运行。设计中主要考虑以下几大方面。(1)选择微型计算机因为该系统试验内容繁多、要求的精度大、稳定性高及在试验车间环境恶劣的情况下工作。普通的微机难以达到要求。而同普通的微机比较,工业控制机具有丰富的过程输入/输出功能;完善的外部设备;足够的存储容量;配有实时操作系统和过程中断系统;很高的可靠性;极高的电磁兼容性及抗干扰能力,有很强的环境适应性。所以该项目选择了工业控制机作为控制系统的主机。(2)板卡选用在工控机控制的基础上,由于需要采集的信号不是很多,所以考虑到经济成本问题,采用最常见的AD0809转换板作为AD板卡。该板卡可直接与CPU8位数据总线相连,结构简单。可以通过CPU发出脉冲信号来启动。在数据转换中可采用中断方式结束转换过程。此方式占用CPU时间少,效率高。采用2个8255芯片作为外扩I/O接口,控制16位LED显示器和24位键盘,以及行程开关和直流电机的驱动控制。4.2 电气系统的基本组成4.2.1单片机选用8031单片机,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。由于系统只执行简单的操作,用8031执行控制足够。以80C31CPU为核心的单片机系统,CPU通过接口器件与电动机的驱动器相连,带动电动机工作,其中接口器件是控制系统的入口,在控制系统中有重要的作用。本实验台选用8255并行接口芯片作为接口电路,控制显示器及键盘等。4.2.2 地址锁存器为防止8031的内存地址不能满足系统需要,采用74LS343地址锁存器进行扩展。74LS373是高电平触发选通,当使能端G有效时,输出直接跟随输入变化,当使能端由高变低时,才将输入状态锁存直到下一次使能信号变高为止。4.2.3 程序存储由于8031芯片本身没有内部程序存储器,故在实际使用中常需要扩展外围存储器,作为程序和数据的存储。通常程序存储器一般采用只读存储器,因为这种存储器在电源关断后,仍能保存程序,在系统上电后,CPU可取出这些指令予以重新执行。本系统采用8K8的EPROM2764芯片作为程序存储器。在P0口送出的低8位地址时,地址由信号ALE的下降沿控制锁存到锁存器中,高5位由P2.0P2.4提供,锁存器采用74LS373锁存器,控制端直接与ALE相连。则程序存储器读选通信号PSEN控制EPROM2764的输出允许端OE。数据存储器一般采用RAM芯片,这种存储器在电源关断后,存储的数据将全部丢失。在工业现场测控系统中,通常采用SRAM。所以,在本系统中采用8K8的SRAM6264芯片作为数据存储器。程序存储器和数据存储器通过外部地址锁存器与8031联结。目前,常用的地址锁存器芯片有:74LS273、74LS373、8282等。在本系统中采用74LS373作为地址锁存器。同时,系统的片选信号由三八译码器74LS138产生,并连接到各个芯片的片选端。4.2.4 数据存储图4-1 数据存储器扩展8031单片机内RAM为128个字节,因其容量不能满足设计要求,故本机扩展8K字节静态RAM6264一片。4.2.5 D/A转换器:D/A转换器的作用是将数字量转换成模拟量。将数字量转换成模拟电流的工作由D/A转换器完成。该系统采用D/A0832进行数模转换。4.2.6 A/D转换器:A/D转换器是将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便计算机进行处理。它与D/A转换器一样,是微型计算机应用系统中的一种重要接口,长用于数据采集系统。本系统采用A/D0809进行模数转换。它是数据采集系统的核心, 担负着将模拟信号变换成适合于数字 处理的二进制代码的任务。D/A转换器 是把数字量转换成模拟量的线性电路器 件,它为微机系统的数字信号与外部 环境的模拟信号之间提供了一种接口, 从而广泛地应用在数据采集的模拟输入 输出系统中。ADC0809是8位的A/D转换芯片,它采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。由于ADC0809是靠脉冲信号来启动转换的,因此需要由符合电路要求的脉冲信号。由于0809芯片片内没有时钟电路,需要外部引入时钟脉冲控制0809工作。因为8031的ALE输出带有时钟频率的功能,故将ALE端经分频触发器分频得到的信号,直接连接于0809的CLK接口上作为时钟脉冲使用。由于ALE脚的频率是8031单片机时钟频率的1/6,因为单片机的时钟频率采用12Mhz,ALE的引脚频率为2Mhz,故采用四分频触发器将频率分频为500Khz,满足0809的频率要求。分频器在电气图中表现为可直接应用的模块。关于0809的片选,在8031端口够用的条件下,可直接与p口连接。但本例中端口有限,使用74L138芯片作为片选信号的来源。 图4-2 并行接口82554.2.7 并行接口8255 并行接口最基本的特点是在多根数据线上以数据字节为单位与I/O设备或被控对象传送信息。系统中采用8255实现自动操作和显示。 8255A是INTEL公司开发的一个可编程并行接口器件,为40条引脚双列直插式大规模集成电路。它采用单+5V电源供电,输入输出电平与TTL兼容。8255A的内部电路由三部分组成(如图所示):1)与CPU的总线接口电路;2)内部逻辑控制电路;3)外设接口电路。CPU接口内部逻辑外设接口I/O PA7PA0I/O PC7PC4I/O PC3PC0I/O PB7PB0DB数据总线缓冲器A组控制A组端口A(8)B组端口B(8)读/写控制逻辑A组端口C上半部(4)B组端口C下半部(4)B组控制A0A1RESET8位内部数据总线图4-3 8255A的结构框图8255A有三个位并行口,PA、PB和PC。都可以选择作为输入输出工作模式,但在功能和结构上有些差异。 PA口:一个8位数据输出锁存器和缓冲器;一个8位数据输入锁存器。 PB口:一个8位数据输出锁存器和缓冲器;一个8位数据输入缓冲器。 PC口:一个8位的输出锁存器;一个8位数据输入缓冲器。 图4-4 8255控制数显和键盘原理图4.2.8 磁粉制动器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。型号额定转矩(N.m)激磁电流(A)允许滑差功率(KW)重量(kg)FZ.4010018454.2.9 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。型号适配电机容量(KW)额定输出电流(A)结构型式冷却方式备注HF-G7-4R0T34.09B4风冷三相4.2.10 扭矩转速传感器选用CWZ-80转矩转速传感器。技术指标: 测量范围:0500gcm5Nm 输出信号:方波频率 零点输出:10KHz; 正向满量程:15KHz; 反向满量程:5KHz; 测量精度:0.5F.S(非线性、滞后、重复性) 稳定性:0.5F.S 温度影响:0.5F.S/10 供电电源:15VDC 频率响应:100is 输出电平TTL,负载电流100Ma相对湿度:85HR 工作环境温度:-2050 过载能力:120 外壳保护等级:IP68 位置要求:任意位置4.2.11温度传感器 CW-100液体温度传感器技术特性:电压电源(VDC)5温度范围()-2.5750输出(mV)10005%灵敏度(mV/)104.3 电气系统的设计电机启动,通过控制磁粉制动器控制负载的大小,观察两轴的转矩转速,和油箱的温度。显示并记录测量值。 图4-5 电气原理图 4.4 交流电机及其控制交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单,运行可靠,成本低廉等优点,广泛应用于工农业生产中。 1. 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的构造也分为两部分:定子与转子。 (1)定子: 定子是电动机固定部分,作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 (2)转子: 转子是重点掌握的部分,转子有两种,鼠笼式与绕线式。掌握他们各自的特点与区别。鼠笼式用于中小功率(100k以下)的电动机,他的结构简单,工作可靠,使用维护方便。绕线式可以改善启动性能和调节转速,定子与转子之间的 气隙大小,会影响电动机的性能,一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。 2. 三相异步电动机的工作原理 掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P,同时明白它们的意义(很重要),要能够灵活运用这些公式,进行计算。同时记住:通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。3. 三相异步电动机的机械特性 (1)在等速转动时,电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。 (2)当负载转矩增大时,最初瞬间电动机的转矩T。(3)一般三相异步电动机的过载系数是1.8-2.2 . (4)电动机刚启动时n=0,s=1. 4. 三相异步电动机的起动 (1)直接起动 启动时转差率为1,转子中感应电动势很大,转子电流也很大。当电动机在额定电压下启动时,称为直接启动,直接启动的电流约为额定电流的5-7倍。一般来说,额定功率为7.5kw以下的小容量异步电动机可直接起动。 直接起动控制线路所用电器包括组合开关、按钮、交流接触器中间继电器、热继电器及熔断器。(2)鼠笼式异步电动机的降压起动。 (3)绕线式三相异步电动机的起动 目前较常用的交流电动机有两种:1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上,而第二种多用在民用电器上。一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为:n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是:每分钟转数。根据此式我们知道,电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关,为此,控制交流电动机的转速有两种方法:1、改变磁极法;2、变频法。以往多用第一种方法,现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 观察图1还可发现,旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列,磁场顺时针方向旋转,若把三根电源线中的任意两根对调,例如将B相电流通入C相绕组中,相电流通入B相绕组中,则相序变为:C、B、A,则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后,转子导条(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动,就不会切割磁力线,也就不会产生电磁转矩,所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。二、单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时,电动机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在定子中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差90度,起动绕组要串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度,即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组,将会在空间上产生(两相)旋转磁场,如图2所示。在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,起动后,待转速升到一定时,借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开,正常工作时只有主绕组工作。因此,起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候,起动绕组并不断开,我们称这种电动机为电容式单相电动机,要改变这种电动机的转向,可由改变电容器串接的位置来实现。 在单相电动机中,产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法,又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的,有两极和四极两种。每个磁极在1/3-1/4全极面处开有小槽,如图3所示,把磁极分成两个部分,在小的部分上套装上一个短路铜环,好象把这部分磁极罩起来一样,所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上,每个极的线圈是串联的,连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后,在磁极中产生主磁通,根据楞次定律,其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流,此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通,它的作用与电容式电动机的起动绕组相当,从而产生旋转磁场使电动机转动起来。同步电动机的原理同步电动机是属于交流电机,定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁
收藏