换向器性能测试台设计（机械CAD图纸）

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1、本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 换向器性能测试台设计摘要 换向器性能测试台设计实现了换向器超速与耐压实验等多功能平台设计。换向器是组成电机必不可少的部件，也是电机能持续运行的保证。如果没有换向器，电机只能转不到半圈就卡死了。换向器在现代电机中扮演着举足轻重的角色，所以换向器的性能测试是人类科学发展的重要内容。工作平台外型美观，节省材料。可以先安装换向器器，手动顶尖固定转轴，打开电源转轴即转动即可实现换向器超速实验；当选择表笔固定支撑移向换向器，打开耐压测试仪，便可取得不同电压，实现其耐压实验，在耐压测试仪上读出其数据。关键词 换向器 超速 耐压测试 轨道 顶尖 Com

2、mutator test bench designSummary：Commutator test bench designed to achieve a commutator speeding and other multi-platform design pressure experiments. Commutator motor is composed of essential components, but also to ensure continuity of operation of the motor. If there is no commutator, the motor c

3、an only turn less than a half circle on the card died. Commutator plays an important role in modern motor, so the commutator performance testing is an important part of human science. Working platform appearance, material savings. You can install the commutator, manual top fixed shaft, turn the powe

4、r shaft that is rotating commutator speeding experiment can be realized; When choosing a fixed support toward the commutator pen, turn pressure tester, you can get a different voltage, achieve its pressure experiments, which reads the data on the pressure tester. 第1章 绪论1.1研究背景 社会发展迅速，科技日新月异。人类文明经过蛮长

5、发展，科技在历史进程中起着至关重要的作用。不置可否，科学技术是第一生产力。十八、十九、二十世界以来，科学更是以全新面目展现在世界面前，因为科学，这个世界瞬息变迁。马克思在其名著资本论中高度强调了发展科学的重要性。现代化经济、国防及民用生活用品无不需要科学研究作为先驱，我们活在一个充满着活力的世界，我们也一刻不能离开科学产品。无论是今天人们津津乐道的iphone，还是美国投在长崎、广岛的原子弹，尽管有着不同用途与巨大差别，其实都属于科学研究，都来源于科学先驱的贡献。我们在享受这个文明时代到来的同时，也要心怀感恩，感谢那些孜孜不倦、贡献社会的先驱者。受封建社会的影响，中国的现代科技时代貌似来得晚了

6、些。中国从改革开放后，就积极引进国外先进技术与资金，迅速发展国民经济。不论西部大开发，还是深圳从一个小渔村变成现代经济聚焦的贸易大都市，科技力量在其中都扮演者重要角色。当我们走出去，车水马龙，人来人往。交通工具是人们史无前例地提高了办事速度和效率，我们不再像以往一样寸步难行。然而各种设备中很多都用到了电机驱动，电机包括发电机和电动机，其原理刚好互补。各类水电站中用到的都是发电机，其利用水的势能驱动电机，使之切割磁感线，达到势能转化为动能的目的。电机也分为很多种类，按交直流形势有交流电机和直流电机，按相角有三相电机、两相或单相电机等等分类。直流电机的结构由定子和转子两部分组成，定子的主要作用是产

7、生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。工作时转动的部分称为转子，其主要作用为产生电磁转矩和感应电动势。换向器是组成电机必不可少的部件，也是电机能持续运行的保证。如果没有换向器，电机转不到半圈就卡死了。换向器在现代电机中扮演着举足轻重的角色，所以换向器的性能测试是人类科学发展的重要内容。从十九世界以来，电机及其部件换向器一直在人类文明进程中发挥重大作用。随着工业化进程与国民经济的日益发展以及科学技术与工业的高发展，电机的应用已深入到交通运输、工业、航空航天、农业、办公自动化、医疗器械、国防现代化等领域之中，而换向器性能的鉴定与实验越来越成为换向器继续发展的突破性因素。特别是

8、自20世界以来，随着设计实验方法的改善，原材料性能和制造工艺水平的提高，利用计算机技术、微电子技术和电力电子技术等高科技领域发展相结合，换向器研究与换向器实验得到了更快更长足的发展，不断满足国民经济中个行业每日剧增的多样化的需求。1.2课题意义在使用过程中，原本生产的换向器不一定具备完好功能满足于我们的需求，因此我们需要对其性能进行评估。通常我们选择测试耐压性能和做超速实验，而换向器的性能实验工作台就成了必不可少的实验设备。其检测实验必不可少，也为换向器发展、电机发展和经济发展做出重要贡献。现代信息技术的三大基础是信息的传输、采集和处理，即称为通信技术、传感技术和计算机处理技术。目前国内外关于

9、换向器测试的技术一般都会用到这几种技术，有的公司为了检测换向器性能，自制简单粗糙换向器检测机器，因此换向器性能检测工作台是一项有开发空间的项目，值得更多经济资金的投入。国外很多公司在电子测量仪方面已经做到高可靠性、高精度、高分辨率的程度。例如如日本IMADA公司与德国的MAHR公司和EPK公司等等。这些发达国家的相关技术领域研究水平已远远超越于中国，其芯片技术、传感技术均有很先进的发展。1.3设计内容 本次换向器性能测试台设计主要完成换向器的超速实验和耐压性能实验的原理及机械部分。了解动力原件及传动机构，选择传感器及一些简单机械机构。目标设计能自动完成换向器绝缘耐压性能测试实验和超速实验。换向

10、器原理是：当线圈通过电流之后，其就会在永久磁铁作用下，通过排斥和吸引力转动。当它转到与磁铁平衡时，以前通着电的线对着换向器上的触片就和电刷分离开，然而电刷接到符合产生推动力的线圈对应的触片之上，经过不停的重复，直流电动机就会转起来。 绝缘耐压测试的基本原理：把一些高于正常工作的电压加到被测设备的绝缘体上，经过持续一段规定的时间，如果它的绝缘性良好，上面的电压就只产生很小的漏电流。当一个被测设备绝缘体于规定的时间内，如果其漏电电流能保持在规定的范围之内，这个被测设备能在正常的运行条件下安全运行就可以确定。超速实验原理：检验电动设备在电动机超过额定转速一定范围时的运行状态而进行的实验。通常情况，超

11、速试验是从小的转速1500rpm作为开始，1520秒之内以额定加速度加速到2000rpm，维持2分钟；之后从2000rpm开始，以1000rpm为单位均匀加速，在3000/min,4000r/min,5000r/min时分别稳定1分钟；超过5000rpm时，再以500rpm作为单位，于2025内进行加速，再稳定半分钟，最后试验转速按需要可为发动机额定转速的2.5倍。安全系数一般为K=2.5。本次设计实验台的针对换向器槽数33片；额定转速：3000rpm；电压030V；外形尺寸：140*R50*r30（厚度*外径*内径）。1、搜集资料，了解国内外现有换向器的发展及其性能检测仪的发展情况，分析各种

12、仪器的优劣，找出可以改进的地方；并弄懂其一般的工作原理、工作特性； 2、总体方案设计，包括方案的提出与确定，方案的实现，必要的设计计算及校核； 3、学习软件制图，并完成说明书等。第2章 关键零部件的设计与计算2.1 轴的计算在超速实验中需要用到转轴承载换向器转动，轴与电机链接，中间搭配联轴器。轴的材料选取45钢，正火处理，由袖珍机械设计手册表10-2得，当d100mm时，b=588，s=294，-1=238，-1=138，【+1】=196，【0】=93，【-1】=54.轴的工作图如图一所示： 图一 转动轴2.1.1 轴L1段的计算 L1为轴插销处的尺寸，根据需要取D1=20mm，L1=20mm

13、。2.1.2 换向器承载处轴L2的计算 因为考虑到换向器的上紧与拆下，换向器处选择间隙配合，基孔制配合；由于轴不能对换向器造成损害，同时在超速时也不能使换向器打滑，故选择一般精度等级IT8,；又根据换向器的基本参数：槽33片，额定转速3000rpm，电压0-30v，外形尺寸140*100*60（厚度*外径*内径），确定轴L2的基本尺寸为60，根据机械精度设计与检测P46表3-4选择其上偏差为es=0um，下偏差为ei=-10um。所以轴L2的直径D2=60.l2长度可根据换向器厚度140得l2=140mm。2.1.3轴段3处的计算 其直径可根据换向器外径D=100确定： D3=100，其长度亦

14、可确定为5mm，即L3=5mm。2.1.4关于轴5段的计算 L4可根据操作空间的需要定位20mm，即L4=20mm。 D4大小需要根据转矩计算，根据所选电机（见第四章-其他零部件的选取）参数P=0.035，转矩T=54.88N.mm，由材料45钢查机械设计手册A=125，因为轴为实心轴，所以=0，换向器的起始速度为3000rpm，根据公式有 为了安全起见和轴自身重量考虑，以及轴长期受弯矩等其他各方面因素综合考虑，取d5=15mm。 L5的长度根据电机安装尺寸确定为58mm，即L5=58mm.2.1.5关于轴4段部分尺寸确定 轴4为台阶轴，作用是和尖顶一起卡紧轴，方便加工。其尺寸可确定为D4=3

15、0mm，L4=20mm。2.1.6关于轴6段尺寸确定 可根据轴与电机轴的相连确定D6=D5=15mm，L6=16mm. 为了减轻轴的重量，避免给轴造成巨大载荷，轴2处采取去除多余材料的方法，将轴2处每隔20°除去100°扇形材料，中心直径为20部分不去除材料。这样既能满足设计需求，又能避免过多材料浪费和减少轴的负载。2.1.7轴上键槽的设计 根据袖珍机械设计手册P491表9-4的直径选取轴上键槽尺寸，选取普通平键，据手册可得轴上键槽尺寸为轴的基本尺寸为：b=5 mm，h=5 mm，l=10 mm，t=3.0，r=0.4用公式编辑器编写；孔的基本尺寸为：t1=2 mm，b=5

16、,r=0.25 mm.再由P496表9-9键和键槽尺寸公差表查得键与键槽尺寸公差，故有轴和键槽尺寸如下：轴的尺寸：b=5 mm,精度选择h9；h=5 mm,精度选择h11；l=10 mm,精度选择h14；r=0.4 mm。键槽的尺寸为：，取较紧配合，精度选取P9;l=10 mm，精度选取H14.2.2联轴器的设计 设计中选取的55SZ08号电机的尺寸如下：b=2 mm;d=7 mm;G=4.3 mm,其精度为h11;L=12 mm.联轴器工作三维图如图二所示： 图二 联轴器 2.3电机键的选择设计 根据袖珍机械设计手册491页表9-4选择普通平键作为电机用键，再根据电机键槽的尺寸确定其尺寸如下

17、： b=2 mm，其精度等级为h9; h=4 mm，其精度等级为h11; L=12 mm,其精度等级为h14; r=0.25 mm. 根据键的尺寸确定键槽公差后有键槽尺寸如下： t=2.5 mm;t1=1.5 mm;b=2 mm,取较紧配合，配合精度等级为P9;L=12 mm，配合精度等级为H14;R=0.16 mmm;2、 联轴器尺寸及配合设计 由于国标中很难找到符合此标准配合的联轴器，因此联轴器由自己设计加工，材料选取45钢，中间采取环形链接，采用六个螺纹的联接方式，其设计工作图如下所示：根据图中所示计算各尺寸如下：d1=d6=15mm；d2=d=7mm；令D1=25mm，D2=17mm；

18、孔1的深度L1=L6=16mm；孔2的深度L2=L=12mm。为了轴与联轴器能稳定进行运转，选取间隙配合为轴与联轴器的配合，选用基轴制进行配合，查机械精度设计与检测选择孔1配合精度为，采用精铣加工，表面粗糙度为Ra=1.6；因为电机轴的精度为h11，故孔2的配合精度选择，孔2采用钻孔加工方法，取Ra=3.2.根据多选取配合精度确定偏差得：对于孔1有：轴的偏差：es=0mm,ei=0mm;孔的偏差：ES=+0.10mm，EI=0mm.T1=T+T=0+0.01=0.01mm.对于孔2有：轴的偏差：es=0，ei=0；孔的偏差：ES=+0.080mm,EI=0mmm.T2=T+T=0+0.08=0

19、.08mm。3、螺栓的确定及载荷计算 根据前面计算有l6=16mm，d6=15mm。选择六角头螺栓A级M3作为链接螺栓，L为14mm，b=12，c=0.4，d=3，d=4.6，e=6.07，k=2，s=5.5.在螺栓的固定中，我们于螺栓尾人为加工销孔如下图所示：其直径为d=1.2，螺栓采用预紧方法连接。根据公式Kn为可靠系数，Kn=1.11.3,取1.3；T为转矩54.88W；f为结合面摩擦系数，依据机械设计手册表7-3fc得f=0.40；z为螺栓数量6；r为螺栓中心距离载荷中心长度，r=r=15.5mm。带入数据求得：F0=1.92N2.4轴端挡圈与销孔的设计 2.4.1挡圈设计 为了讲换向

20、器固定在转动轴上，防止加速过程换向器发生偏离或脱落，设计轴端挡圈与销孔，用普通铁丝插入销孔使之固定。挡圈的半径可根据换向器外径大小得来，即R=R=100mm，挡圈厚度b=5mm，为了避免加速过程中挡圈对换向器造成一定程度的微笑变形影响，所以挡圈与换向器接触面精度要求较高，挡圈选择七级精度，采用半精铣加工方式进行加工，表面粗糙度去Ra=1.6；其他面则无要求。 2.4.2销孔设计 销孔用普通铁丝插入卡紧，对精度并无要求，取R=5mm即可。4、轴支撑架的设计计算 支撑结构起到支撑转轴和链接轨道的作用，在整个结构中占有重要位置。选取材料为45钢，为了方便电机安装，整个材料设计为“7”字型，既可以支撑

21、轴的转动，也可以方便电机的安装，亦可以节省材料，其工作图如下：根据前面轴的计算与电机选择，整个孔分为两个部分，一部分与轴5段接触，另一部分是联轴器处（与联轴器不接触），此处令与轴接触的孔为孔1，其基本尺寸为轴5尺寸，联轴器处的孔为孔2.轴支撑架工作三维图如下所示：图三 轴支撑架1、 孔的计算 （1）孔1的计算 根据前面选取的配合，孔1的精度定为6级精度，采用铰孔加工方式，基本尺寸为D5=15mm, 配合选取为，根据机械精度设计与检测表3-2有公差T=11um，再查表3-5选取轴的偏差，es=0，ei=-0.003mm，尺寸为d=，根据公差计算公式T=T+TT=0.008mm。 又根据机械精度设

22、计选取EI=0.006mm,T=ES-EIES=0.006+0.008=0.014 mm，孔1的完整尺寸为。表面粗糙度选Ra=1.6.L=L5=58mm.(2)孔2 的确定孔2 无需与轴进行结合，只需留出联轴器空间即可，故可简单确定其直径为40mm，长度为轴6段长度即16mm。对其表面质量无太大要求。2、 轴支撑架的外部尺寸 根据电机安装尺寸P=58mm,确定支撑架宽度b=58mm，c=l6+l5=28mm，a=l5+l6+l7=58+12+16=86mm；根据设计需要定h=158mm，h1=158-58=100mm。 支撑材料按对称设计，令下端角=45°，=135°，其余

23、尺寸分别是： e=20mm；f=10mm; g=10mm;i=30mm; m=mm;j=15mm; n=mm,k=15mm; u=28mm. 其中以m、j、h、n、k为边的整个底面取6级精度，采用拉销加工，表面粗糙度Ra取1.6；支撑架的其余没确定精度的表面均取10级精度，采用半精铣加工，表面粗糙度取Ra=6.3。 支撑架上端临轴4 29mm处设立油孔，直径为4mm。5、测试仪探头固定支撑架的设计测试仪探头固定支撑架的作用是，换向器进行绝缘耐压测试时，需要用两支探头接触换向器槽的两端，支撑架可以固定两支来自耐压测试仪的探头。支撑架分两部分加工，然后再把其进行结合，上端可以拆下，工作时便插入竖直

24、孔，用边上销孔给固定。其工作图如图四：图四 探头支撑架根据换向器基本尺寸140*100*60（厚度*外径*内径），即有换向器R=50换向器为33槽， =，两探头固定处中心距O= 2Rsin =2×50× sin5.455°=9.5mm。根据所选耐压仪的两支探头直径为确定孔的直径为8mm，孔的精度选为8级精度，采用镗孔加工。探头固定孔如图五所示：图五 探头固定孔 根据上述数据确定尺寸：a为30mm，b为16mm，厚度c=10mm； 根据前面轴的支撑架尺寸确定，采用下面加压方式可节省材料， h=129-50=79mm， C取20mm，d3为12，q=25mm，加紧孔d

25、4取4mm； L=79-28=51mm；手柄长度取22；F、j、n、k、u、等底端尺寸可以根据前面支撑架的底端尺寸得来，即有：F=10mm；i=30mm；j=15mm；n=mm；k30mm;u=28mm;=45°=135°. 支撑架下半部分厚度取45mm，取前面对齐的方式；其中以m、j、h、n、k为边的整个底面取6级精度，采用拉销加工，表面粗糙度Ra取1.6；支撑架的其余没确定精度的表面均取10级精度，采用半精铣加工，表面粗糙度取Ra=6.3。6、顶尖的设计设计顶尖的目的是在超速实验时不至于使转动轴滑落出来，属于实验固定部件。顶尖由轴承、芯轴和外圆筒组成，在各种机床中均有见

26、。本次设计的换向器工作台在进行超速实验时联轴器不能对轴进行轴向固定而设计。选取材料为45钢。顶尖顶角取60°，根据前面数据，为了使耐压仪器部分不与顶尖在同一直线上，图中R定位35mm，r的大小则根据轴承确定。顶尖芯轴图如图五所示： 图六 顶尖芯轴据袖珍机械设计手册表12-17，选择深沟球轴承作为顶尖设计轴承，根据实际需求选取d为17的轴承，其基本数据如下：轴承尺寸轴承尺寸 /mm基本载荷/KN极限转速 /r.min-轴承代号原轴承代号 /mmdDBr动静脂润滑油润滑173070.34.602.601900024000619031000903由R=35mm，r=d=17mm，设孔的截面

27、尺寸为38×38，空长取L=120mm，分别将芯轴按照图中标示为L1、L2、L3、L4，其中L4为顶尖对应尺寸，L2为台阶处，L3为孔对应出轴，L4为末端轴处。于是有图形分析得： =L1=30.3mm设L2=50mm，L3=180mm，L4=100mm； 故芯轴的总长L=L1=L2=L3=L4=360.5mm。 顶尖末端轴承安装于孔的末端处，另外一个轴承安装里孔末端73mm处，即可实现芯轴的自由伸缩。根据平台需求取工作图中尺寸b=80mm，a=35mm。根据下端固定处总宽度为118，且工作台为对称安装，可得下端尺寸：c=21.5mm;e=30mm;i=10mm;m=15mm;u=28

28、mm;k=30mm;h=129-=110mm.顶尖支撑架工作三维图如图六所示： 图七 顶尖支撑架孔的内部取8级精度，采用铰孔加工方法进行加工，孔与轴承为间隙配合，轴与轴承为过盈配合。其他表面去10级精度，表面粗糙度为Ra=3.2.其中g、m、h所在的地面均为6级精度，采用拉销加工，表面粗糙度Ra取1.6；支撑架的其余没确定精度的表面均取10级精度，采用半精铣加工，表面粗糙度取Ra=6.3，轴承与孔、轴承内部均采用脂润滑。7、 轨道设计 轨道设计为此次换向器性能测试台的特色之一，采用这种方式可使得测量与拆卸方便，简单易行，使其具备直观、功能齐全等优点。选取轨道常用钢材Q235作为设计材料，其初步

29、工作图如图八所示：图八 轨道 根据前面各部件的计算，知图中，a=c=mm，b=15mm，对于e相对于上面的移动支撑架把其深度变大些，可取 e=35mm； f=28mm； h=30mm。记过计算，轨道为转动轴对应部分留280mm长度，为耐压测试仪探头部分留120mm，为顶尖部分留310mm，长度可维持各部件的运行。再根据前面所算各部件长度L=280+120+310=710mm。 轨道宽度b=15×6+28=128mm。 其中g、m、h所在的地面均为6级精度，采用拉销加工，表面粗糙度Ra取1.6；其余各面取12级精度，采用冲压得到，表面粗糙度取Ra=6.3. 第3章 其他零部件的选取在设

30、计过程中除了关键零部件的设计之外还需要选取电机、耐压测试仪、直流调速器、轴承及螺栓等零件或辅助仪器选用。下面将分别列举选取的各部件。3.1电机的选取电机是现代大量应用的一种能量形式，这种能量形式有许多优点，如生产和变换比较经济，传输和分配比较容易，使用和控制比较方便等。电机的生产、变换、传输、分配、使用和控制等都必须利用电机作为能量转换或信号变换的几点装置。在电力工业中，发电机和变压器是电站和变电所中的主要设备。在工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各类生产机械。如在机械行业、冶金工业、化学工业中，机床、挖掘机械、轧钢机起重机械、抽水机、鼓风机等都要用大大小小的电动机来拖动；在自动控制技

31、术中，各式各样的小巧灵敏的控制电机广泛地被作为检测、放大、执行和结算原件。本次设计中根据超速实验的速度要求，再根据原换向器基本速度为3000rpm，电机选取的另一个重要因素就是实际所需转矩。转矩的计算公式如下： 其中T为实际产生转矩，J为轴的转动惯量，m为电机驱动的所有负载的质量，为轴的回转半径，为转轴的角加速度，根据不同轴段上面公式可化为： 各质量可以根据公式 m=计算。查资料得45钢密度为7870kg/，由此得各质量如下：m1=7870××=0.0494kgm2=7870××=0.80725kgM3=7870×××0.0

32、05=0.3089kgM4=7870×××0.02=0.048794kgM5=7870×××0.058=0.322489kgM6=7870×××0.016=0.08896kg换向器质量查阅相关资料得=1.5kg。各回转半径可根据 =（圆柱） 或（圆筒、换向器）计算。1=0.00707；2=0.0212163=0.035364=0.007075=0.0053046=0.005304换=0.041角加速度根据转速最初加速为2min从零加到3000rpm计算： =据以上数据可得： T= =0.01991N.m=

33、19.91N.mm 根据以上转矩，又选用额定转速为6000rpm的电机，为了达到此转速，根据袖珍机械设计手册选用SZ系列电磁式直流伺服电动机中的55SZ08电机作为本设计的驱动电机，SZ系列电磁式直流伺服电动机具有体积小，重量轻，伺服性能好，力能指标高等优点，广泛运用于控制系统中作为执行元件或驱动元件。其符号含义如下：55 SZ 05 F1 H1 派生代号 励磁方式代号（C-串励方式；F-复 励式；不标注表示他励（并励式） 规格代号（0149表示短铁心；51 99表示长铁心；101149表示特长铁 心。） 产品名称代号（电磁式直流伺服电 动机。） 机座号其基本参数如下：型号转矩N.mm转速r/

34、min功率 w电压v电流外形尺寸mm重量/kg电枢电磁电枢电磁总长直径轴径55SZ0854.886000351101100.540.091185550.75前面零部件计算章节电机尺寸取自此表，电机在工作时属于横向安装，端面有安装辅助固定块。所选电机的安装简图和基本安装尺寸如下：3.2耐压测试仪的选取耐压测试仪是测量耐电压强度的仪器，它可以直观、准确、快速、可靠地测试各种被测对象的击穿电压、漏电流等电气安全性能指标，并可以作为交（直）流高电压源用来测试元器件和整机性能。根据换向器基本参数电压为030v，选取ZHZ8耐压测试仪作为实验安装耐压测试仪器。ZHZ8耐压测试产品系列是按照IEC、ISO、

35、BS、UL、JIS等国际国内的安全标准要求而设计，耐压为01000v，漏电流从0200mA，特殊要求另定。适合各种家用电器、电源、电缆线、变压器、接线端子、高压胶木电器、开关电源插头座、电机、电子仪器、仪表、整机等，以及强电系统的安全耐压和漏电流的测试、同时也是科研实验室、技术监督部门不可少的耐压试验设备。 其技术规格如下：技术规格 技术规格ZHZ8电压测试范围 VAC 05 ±3% ±3个字漏电流测试范围 mAAC：0.12/220 ±3% ±3个字 报警值预置范围 （连续设定） AC（kV）0.32/220 ±5% ±3个字 时间

36、测试范围199s (连续设定和手动)±1%变压器容量500VA输出波形50Hz 正弦波工作条件环境温度：040；相对湿度：75%；大气压力：101.25kPa体积（mm3）315´165´320重 量15kg供电电源220V±10% 50Hz±2Hz附 件资料袋一只；测试探头一副；说明书一份；电源线一根3.3直流调速器的选取超速实验要求电机旋转在不同的速度，并保持一段时间，本设计所选为直流电机，故选用直流调速器对电机进行调速。实验需要用到小型调速电机，选择依据是直流110v和电流大小，根据这两个因素，选择济南科亚电机科技有限公司MMT-DC11

37、0RT15BL01。1、产品性能指标如下：电源输入范围：VDC110（72-130） 输出电压：VDC0-110输出电流：A20mA 软启动时间：S0.2-20软停止时间：S0.2-20控制信号：V0-5力矩信号：V0-5 输入阻抗k50 转速精度1% 调速范围100:1 调速比80:1 环境温度：0-50 相对湿度无结露 重量：kg0.75匹配KZ010实现使用0-5v或0-5v控制速度和方向。2、产品特点有：脉宽调制，四象限再生运转模式，无触点换向、可频繁正反转，再生制动，使能/制能/换向端子，状态指示灯，正反向转速可分别设定，力矩控制功能、输出电流设定功能、制动电流设定功能、转矩补偿功能

38、、标准模拟信号控制、边热保护功能等。3、外型尺寸：150*103*34（mm）。 3.4轴承的选取 根据袖珍机械设计手册表12-17，选择深沟球轴承61903，其直径为17mm，其工作图如下：基本尺寸如下：轴承尺寸 /mm基本载荷/KN极限转速 /r.min-轴承代号原轴承代号 /mmdDBr动静脂润滑油润滑173070.34.602.6019000240006190310009033.5螺栓的选取 根据孔的直径选取六角头螺栓A级，M3号螺栓。为14mm，b=12，c=0.4，d=3，d=4.6，e=6.07，k=2，s=5.5.在螺栓的固定中，我们于螺栓尾人为加工销孔如下图所示：其直径为d=

39、1.2，螺栓采用预紧方法连接。第4章 校核 4.1轴的校核4.1.1轴的疲劳强度校核 （1）轴的受力分析根据轴的转矩及两端的受力情况，可初步确定轴右端受到轴的自身重量（重量对轴的影响巨大）造成的弯矩，轴的右端因为电机有凸缘安装，故电机的重量可不考虑，另外转轴受到电机输出转矩。（2） 危险截面的确定 根据轴的直径及所处位置，可断定L5处即与支撑架接触处为危险截面，轴的校核计算即可。（3）轴的受力计算 1）轴的弯矩轴的受力情况可化为如下图形：其中F1为轴的末端孔对轴的作用力，F2为轴与孔配合出左端对轴的作用力，F3为右端轴的重量对危险截面的作用力，即L2的自身重力。根据45钢的质量7870kg/m

40、，G=10计算轴的质量（m前面已计算完毕），得轴的重量G=36.2N，根据公式代入数据计算得：F3=36.2N,X=58mm，Y=92.5mm，Z=150.5mm，F1=51.35mm，F2=83.55mm，F3=32.22mm。1=,=,.带入数据：1=-51.35N,2=32.20N,M=3N.m。受力图和弯矩图如下：2） 轴的转矩 轴的转矩由前面计算得来T=54.88N.mm。3） W取值 查袖珍机械设计手册表10-24带有平键槽轴的截面数据=0.1=0.1×=337.5，=0.2=675.4） 、的选择 查袖珍机械设计手册表10-22得=0.34，=0.21.5）、的选择 由

41、袖珍机械设计师手册表10-15得=1.30，=1.20.6） 的计算 由危险截面轴的表面为拉销加工，Ra=0.4um，由袖珍机械设计师手册表10-18得=1.。7）、的选取由d=15mm，查袖珍机械设计师手册表10-21得=0.91，=0.87.8) 、 =8.89MPa,=0.9)、的计算=。10） 的计算 =，代入数据=18.74.11）的计算 =，带入数据=126412） n的计算 n=，带入数据n=18.7.13） 【n】的确定 查袖珍机械设计师手册表10-14，选取【n】=1.5.结论：n>【n】=1.5，疲劳强度足够安全。2、 轴的静强度校核 1）Tmax的计算 Tmax=2

42、×T=2×0.05488=0.10976mm。 2）Mmax的计算 Mmax=2×M=2×3=6N.m 3)W的计算 查袖珍机械设计师手册表10-24，由d=15mm，得W=0.642×m。 4）Wp的计算 查袖珍机械设计师手册表10-24，由d=15mm，查得Wp=1.43×m。 5）的计算 =，带入数据，=3.37. 6）的选择 查袖珍机械设计师手册表10-14，取=1.4.结论：>,静强度足够安全。 4.2键的校核本设计中用到两个键，承受的都是同样的转矩，因电机键较小，只校核吊机键即可。由前面键的设计有：T=19.91N.

43、mm，d=7mm，l=12mm，k=2mm，b=2mm。键的校核公式 带入数据得=0.653，=0.3267.键在工作中属于微型冲击，属于动联接，根据袖珍机械设计师手册查取=40,=90.结论：，故键的使用安全。 4.3螺栓的校核本次设计设计所选螺栓为六角头螺栓，采用预紧方式安装，正对单个螺纹，按以下公式进行校核：根据袖珍机械设计师手册表7-11得：，将数据带入直径公式得d=0.1275。结论：d<d1（d1为设计中螺栓的直径），故所有螺栓满足要求，可以安全使用。 总 结 生命湍流不止，时间白驹过隙，我们犹如过客。 在学校精明的安排的老师无微不至的指导下，我的设计差不多可以完美出炉。两个

44、多月的设计时间马上过去，随着毕业设计毕业的完成我的大学生涯也将加上完美句号。这些时间是累赘的，却简单而充实，它让我完全沉入书海，它也让我重新对所学知重温数遍。让我再一次体会到孔子老先生说过的“温故而知新，可以为师也”这句话是有极大内涵和说服力的。与平时基础课程不同的是，毕业设计不仅让我回望所学知识，更让我体会到机械工程设计的完整过程，是一个让人重新认识机械，重新审视学习的机会。他开拓了我的思维，开阔了我的视野，让我在知识的海域艺海拾贝，让我拥有了无穷对知识掌握的愉悦感，让我的学有所用，学有所成。 尽管每学期都安排了实习或者课程设计，但是没有一次课程设计可以与此次毕业设计相提并论。设计时间为一学

45、期，并且严格的要求又是一人一个课题。这就要求我们对知识掌握和实际运用的灵活度要搞，充分理解和利用在校期间所学的各门学科。并且在设计过程中保持全面的热情和积极态度。通过这学期毕业设计的实践，让我深刻的感受到自己的设计联想思维得到了前所未有的提高与锻炼锻炼。多留心思考观察我们生活中的那些个机械产品，如果我们对生活的感性认知提高了，我们的就会拥有极具创造性的设计思路。就拿我设计的换向器性能测试台来说，最初老师让我了解一些关于换向器在点集中运用的知识，拟定开题报告和设计方案出来。经过我的努力、学习和思考，我认为设计机械产品应该再满足各项功能的前提下尽量使其造价低，节省材料，结构简单，通用性好并且达到一

46、定的美观标准等特点。换向器性能测试台设计这一课题作为我的毕业设计题目，其对我的四年所学知识运用能力进行了考查。在设计过程中，我不仅努力并且细心，尽量让自己的设计错误减少，但我知道因为许多知识和经验的欠缺，设计中肯定存在有一定的错误，希望在今后在实践和工作中可以不断完善自己，可以有更多的体会。这次毕业设计让我体会颇多，设计中同学之间互相帮助，也使我们的同学关系更加融洽了，集思广益对我们更好的理解知识很有好处，所以在这里特别感谢帮助我的同学，希望大家今后继续互相学习，互相帮助和进步。不管学会的还是学不会的的，从一开始确实觉得困难比较多，不知道如何入手、有些万事开头难的感觉。在经过自己的努力后，终于

47、做完了设计，有种直步云霄的感觉。另外外，通过设计我还综合了一个结论：知识只有通过应用才能体现其价值！有些东西以前听课考试以为学会了，但书到用时方恨少，到实践工作时才发现原来是两码事，所以我认为真的学会知识时是真正会用的时候。在整个设计中培养了我独立工作的能力，也我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信这些经历和实践对自己今后的学习工作生活将产生非常巨大的影响。使我充分体会到了在探索和创造过程中的艰难以及成功时的喜悦，而且大大提高了动手的能力。在本次设计过程中我学到的不仅是换向器性能测试方面这一单一方面的认识，还让我学会了把自己大学四年所学的各门知识运用到实践中，并且更加熟悉机械设计的

48、整体流程和一般方法。以前总感觉学习的某些科目没有实际运用意义，到现在重新翻阅才得以觉得从前的专业知识没有学得扎实，悔不当初，给自己的毕业设计造成了很大的麻烦。自己要学习的东西还太多。经过这次毕业设计，我才认识到学习是一个长期积累的过程，不愧古人说“活到老学到老”。换向器性能测试台是服务于农机械制造工厂的工程机械，是一个综合机制与测试的全面性课题，也是与专业有很强结合性的一个课题，培养了自己的自学能力、综合能力，培养了自己灵活的运用、综合知识的能力，发挥了所学知识，从而适应科学技术的发展需要和未来社会的需要。衷心感谢我的导师毛美姣老师和班主任谭志飞老师给我的悉心指导，还有；另外一些老师或同学给予

49、我的帮助。我觉得通过这次实践，我学习了设计的整个完整流程在以后的工作或实践中可以更好的发挥在大学四年所学知识，让我能够在以后的工作中做的更出色更好。 致 谢 本论文是在导师毛美姣教授的悉心指导下完成的，期间受到谭志飞老师的莫大关怀。导师严谨的治学态度，渊博的专业知识，诲人不倦的高尚师德，精益求精的工作作风，平易近人的人格魅力朴实无华，宽以待人、严以律己的崇高风范，对我影响深远。导师的指导不仅使我掌握了通用的研究方法。本 次换向器性能测试台设计从选题到完成，每一个步骤都倾注了导师大量的心血，都是在导师的认真指导下完成的。在此，谨向导师表示衷心的感谢崇高的敬意！本设计及说明书的顺利完成，有幸于各位

50、老师、朋友、同学的帮助和关心。在此感谢湘大图书馆老师帮助开启超龄书库，使我借到了少有的珍藏书籍；在此对导师和各位给予帮助的老师同学表示由衷的谢意。没有他们的支持与帮助，我的设计可能会遇到一些棘手的问题，对于老师，只能说“一日为师，终身为父”；对于同学，我们同窗友谊之树永远长青。 从设计开始，我对换向器性能测试、对耐压测试原理和超速实验原理不解，是导师一丝不苟的、孜孜不倦的教诲让我迅速找到切入点，毛老师带领我们对设计题目进行详细的分析；在设计刚开始时时，老师认真查看了我的开题报告，指出了我的报告中存在的问题，在老师的讲解下，让我的思路顿时豁然开朗。在设计期间，毛老师定期召开设计讨论会，对在设计中

51、我们遇到的问题进行具体分析解决。导师的奉献作风永远是我学习工作和中的榜样；他们不拘一格的思路和循循善诱的教导和给予我永恒无尽的启迪，毛老师闲静少言、宅心仁厚、不慕荣利，“经师易得，人师难求”。 本设计在选题及研究过程中得到谭志飞老师的悉心指导。谭老师多次询问设计阶段进程，谭老师踏踏实实的精神，不仅“授我以鱼，更授我以渔”，虽历时三载，却给以我一些终生受益无穷之道。这是老师这些教诲，我才能克服一个一个的疑惑和困难。在以后的学习工作汇中，我会加倍努力，不辜负谭老师对我的殷殷期望！ 其次，要感谢我的同级好友黄宇同学同学，是他在我设计顺利进行时看出了里面没注意到的缺点，在他的建议下，我的设计得到了更加

52、完善的成果。在此对他表示感谢之情。 最后，感谢一些网络上的热心好友。我的设计之中很多资料都涉及书本或者国内很缺乏的知识，图书馆也借不到太多资料，是这些在热心网友给予我帮助，给我提供了他们所在公司的第一手资料，比如：耐压测试仪器资料，直流调速器资料等等，他们也给我讲解了现在国内外的一些基本形势。 春去秋来，世事轮转。时光匆匆如流水，转眼设计完成便是毕业之际，千秋万载，聚散真容易。离校日期已迫在眉睫，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。千言万语，难以说出心中那份谢意。只能说天上阳光正好，路上天气正晴，我会记住这份难得的经历，感谢老师对我的教诲。51参考文献1 毛谦德,李振清袖珍机械设计师手册M第 3

53、版.北京.机械工业出版社. 2007/01.2潘成林主编.实用中小型电机手册M.上海.上海世界出版股份有限公司.科学技术出版社出版.发行,2007.3濮良贵，纪名刚.机械设计M.8版.北京：高等教育出版社，2006. 4孙靖民.机械优化设计M.4版.北京：机械工业出版社，2009. 5郁明山.现代机械传动手册M.北京：机械工业出版社，1996. 6孙桓，陈作模.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006. 7武建文，李德成.电机现代测试技术M.北京机械工业出版社，2005. 8Greg C.Stone 等著, 旋转电机的绝缘设计 评估 老化 实验 修理.旋转电机的绝缘设计 评估 老化 实

54、验 修理编译组编译.北京.中国电力出版社，2010.9宋宝玉，机械设计课程设计指导书M，高等教育出版社，2006 10侯秀珍.机械系统设计M.哈尔滨.哈尔冰工业大学出版社,2000. 11张维凯,王曙光. AutoCAD2007中文版标准教程M北京.清华大学出版社，2007.12周顺荣.电机学M.北京.北京科学出版社，2002. 13徐朝广.换向器超速实验及分析.广西.1994-2014China Academic Journal Electronic Publishing house.P15;14丁寿永.国外中型直流电机换向器的发展.职长补短.地址不详.刊期不详.P52,53；附录：英文文献

55、及译文原文： 译文：电容换向器S. A. SCHERBATSKOY, THOMAS H. GILMARTIN, AND GILBERT SWIFT 地球物理学报。 5，272（1940）。 美国专利23492251944年5月16日; 2361389十月 从1938年的夏天开始，作者从事开发电离辐射的一个高度敏感的检测器，被应用到油井测试，测量的是天然地层的放射性强度。 一 耐用性和响应速度 普通类型机械静电计和电流计可以实现最大理论灵敏度，但在振动的存在可以便携使用，比电子管的静电都更胜一筹的电子管静电计的灵敏度限制主要是由波动来确定在输入管中，其中的“漂移”是一个特殊的噪声固有情况下。作为

56、将被测量的电信号的频谱成分包括低级和较低的频率，真空管内的波动噪声变得更加严重者。因此，在电子管静电系统中，是在有限的响应于频率的非常窄的频带中的总波动噪声会为迅速提高而中心频率降低。使用给定阻力的来源的同时，将有一个频率低于该管的等效噪声电阻将超过的电阻源。在此条件下将管贡献比源具有更多噪声，并且灵敏度的理论极限将不会实现。对于“快速”测量，涉及相对高的频率下，普通静电计可认为基本上是无噪音，但在长时间的测量，涉及极低频率下的真空管天生就是比较吵。 如果有可能转移到表示信号的频带（在该情况下，当这个声音包括非常低的频率）到较高的频率区域中的波动图。显示应用程序的负反馈，以稳定调制器型静电计系

57、统其性能。电子管的噪音测量的信号中包含非常低的频率。图1是这样的布置 ，应该指出的是，在阅读的检流计G将先包括三名效果：所施加的电压（1）的大小， （2）噪声的系统中，这两个固有的声源在与那些由所引入的测量系统，该放大器（3）的增益。噪声上面已很小，那么用它将有可能设计出一种基本上无噪声的静电，即使当频带代表将被经讨论过，但改变放大器的增益构成还有效的噪声。但是，可以通过使用反馈电路F来克服，如图所示。改变放大的效果可以通过增加无限期地降低了量的反馈。一个数字调制器进行了研究，特别是那些可变容量的型（以下简称为电容换向器）和可变电阻型（接触器） 。在一般情况下，人们发现，在接触型更适用于相对低

58、电压源的电路阻抗（小于约欧姆）和电容式换向器更适用于高源电路阻抗。对于电离电流测量，电容性换向是优选的。已发现不太理想的可变电感式调制器，主要是因为通过屏蔽实施限制噪音回升。图1 二 更新的基本电路A、电容换向器图2表示的静电电路基本组成部分。本质上，它是一个直流之间的耦合源装置，或一个缓慢变化的和一个交流放大器。要静电成功运行，耦合电路必须执行四个功能：1 ，在任何时候生成一个交流耦合 。这是通过以恒定的频率完成振电容器C （t）振动。2，从源振动冷凝器隔离直流的无功分量。这是由电阻R2与RI 进行完成的，比较这 RI可能是作为小源，这是在与外部的电阻电容并行情况下完成的。C （ T）是所述源的电抗，并且平行在C（ t）的幅度增量变化将会被削弱。3，提供由RI和R决定的时间常数，即与比较期间C （t）振动的平均值。这是运行的必需因素，以使在振动冷凝器基本上充电期间保持振动的常数。4