转动惯量测试仪设计【4张CAD图纸+毕业论文+任务书】

转动惯量测试仪设计40页 18000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】prt0001.prt.2std.out任务书.doc滚筒部件图.dwg转动惯量测试仪装配图.dwg转动惯量测试仪设计论文.doc链轮零件图.dwg齿轮零件图.dwg转动惯量测试仪设计目录摘要IAbstractII第一章  引言11.1设计目的21.2设计任务21.3构造及工作原理31.4主要的组成构件3第二章  伺服电动机52.1交流伺服电机及其调速分类和特点52.2直流伺服电机及其调速系统72.3交流伺服电机速度控制原理82.4变频与伺服的关系及应用92.5交流伺服电机的变频调速原理112.6变频调速系统的分类122.7电动机的选型计算16第三章 传感器的选用313.1传感器选用的一般原则：313.2 数字式扭矩传感器技术性能及应用33第四章 光电编码器原理及应用电路414.1 光电编码器原理414.2  LEC型光电编码器主要技术指标43第五章 操控系统444.1 控制系统的结构及硬件电路设计444.2永磁伺服电动机的控制电路454.3监测及报警电路464.4时钟及复位电路474.6结论48参考文献52摘要转动惯量测试仪在学校，工厂广泛用于测量金属及其非金属材料的机械性能的，是学校和工厂不可或缺的试验设备。现在的转动惯量测试仪均是以微机控制、记录为主要特点的电子转动惯量测试仪。学校的旧式试验设备存在故障率高，工作性能不可靠，有时达不到试验所要求的精度，所以本设计就原转动惯量测试仪的传动部分，控制部分加以改造，配以计算机为主的测量控制系统，从新构建一个与现行转动惯量测试仪相一致的电子转动惯量测试仪。本设计说明书包括：概论、总体设计和结论三大部分。通过对我校教学实习基地的一台转动惯量测试仪的结构和性能的研究，从可转换转动惯量测试仪的传动部分，控制与调速部分以及检测部分加以设计，本说明书介绍了伺服电动机和摆线针轮减速器的计算和选型设计，转动惯量测试仪改造方案、改造部位。在传感技术与测控技术的普遍应用的条件下，本设计采用扭矩传感器和光电编码器用于测量扭矩和扭角的数值。在控制系统上将单片机应用到转动惯量测试仪上，其控制也采用了扭矩专用测控软件。改造后的转动惯量测试仪，采用了电子自动平衡测力装置，可控伺服电机，摆线针轮减速，传感记录，电脑手动两控转换并增设了记录装置。 关键词：伺服电机；摆线针轮减速器；计算机控制系统；转动惯量测试仪。AbstractTorsion test machine in the research departments universities and mining materials laboratory used to determine various metallic and non-metallic materials to reverse the admission test of mechanical properties , has been widely used. Now the most advanced materials torsion test machine is the computer measurement, control at the core of electronic materials torsion test machine. But the old materials torsion test of the machine most stringent design, manufacture exquisite. This is designed to test the original old part of the machine, based on eliminating its outdated measurement control, with a new computer-core measurement control system to replace the relevant parts, Construction of a new computer can operate control and automatic measurement, with the existing product line of electronic torsion test machine. Design Manual: An Introduction, the overall design and conclusions of the three most. I passed the school teaching practice base of a testing machine to reverse the structure and properties of, for-cycloid reducer and the characteristics of existing conditions, determined to reverse the programme of testing machine, introduced a servo motor and cycloid Reducer-round selection of calculation and design and reverse the test machine transformation programme, the transformation of location, design and computer control system of reversing the testing machine they should pay attention to the problem. After the reverse of the testing machine, using an electronic self-balancing force measurement devices, servo motor-cycloid speed control system and the addition of a recorded device, it can exert both positive and negative aspects of torque to reverse the trial. Key words: servo motor; cycloid reducer; the computer control system; reversing the test machine.引言四年的大学生活接近尾声时，我们进行了为期近四个月的毕业设计。毕业设计是对大学四年来我们所学到的基础知识和专业知识的一次系统性的总结与综合运用，同时也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要环节。因此，认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。    机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。我们这些即将大学毕业的机械工程及自动化专业的学生，要进行对本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握，为此我们要进行毕业设计，要自己动手进行思考问题，为社会主义现代化建设的发展贡献力量，也要从此迈出展现自己价值的第一步。1.1设计目的 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。本说明书分为概述、设计内容、总结三大部分，分别介绍了此次玩具箱玩具柜关闭件试验机的设计任务；有关玩具箱玩具柜关闭件试验机的设计总体方案确定及框图、摆线针轮减速器的设计计算、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、光电编码器的选型；主要是对本次毕业设计的心得。1.2设计任务1课题任务   规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此，进行转动惯量测试仪设计就具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务是设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在0-500公斤范围内不规则型体的转动惯量。2课题要求具体要求如下： 1、调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。5.4时钟及复位电路利用8098 的内部振荡电路构成时钟电路,定时石英晶振的频率f ocs = 12 MHz。采用自动上电和手动两种复位方法,其电路图如图4键盘、显示及打印机管理电路该系统采用3 8 行列式键盘和8 位八段共阴极L ED 显示器,用8255 的PA 口作为键盘的列线及显示器的字位线,用8098 的P4 、P214 、P217 作为键盘的行线。8255 的PB 口为显示器的字形输出口,PC口为打印机的输出口,具体电路见图5。6.6结论材料转动惯量测试仪采用8098 单片机控制系统前后,分别对低碳钢、铸铁进行了扭转试验,结果表明:由于控制系统选用了8098 单片机,使得整机工作可靠性高,性能价格比好,工作精度达015 %;同时,利用8098 的脉冲宽度调制功能,使电机控制电路简单,对电机增减速、正反转及停转的控制方便、可靠;控制系统的故障检测及报警电路简单适用,整个测试过程自动完成。3）关键设置质量管理点对工程质量有重大影响的施工和对工艺技术有特殊要求的工序设置质量管理点,对其实行强化管理,重点控制。这是提高工程整体质量水平,防止质量事故发生的重要方法。质量点的活动实施步骤是:(1) 通过对工程特点和施工条件等因素的综合分析,确定需要设置质量管理点的关键部位。(2) 对设置质量管理点项目提出质量目标控制值,并制定强化管理的具体措施。(3) 明确质量管理点活动的负责人,落实责任措施,以保证目标控制值的实现。4 ）控制材料及构件质量材料和构件进货时正确处理质量和成本的关系,保证材料和构件的进货是确保工程质量,实现合同目标的基础和前提。降低材料成本,提高工程效益只能通过增加供销信息,根据调查确定几个产品质量信得过的厂家,然后经过评比,选择厂家和合理进货渠道,减少中间环节,以降低仓储及施工损失等措施来实现。决不能为降低成本而降低材料和构件的进货质量标准。项目材料和构件进货由项目经理亲自抓,材料员具体负责材料的订货,材料进场后由实验员进行现场取样验收,需送实验室的立即送检,合格后材料员进行保管,并按定额发给各施工班组(3) 加强对工序质量的检查,实行由班组长、质量员,主管技术和质量的项目负责人(项目技术负责人)组成的三级内部验收制度。发现不符合质量要求的分项工程,不准进入下道工序，自检合格后请监理进行验收,由于工程质量不合格施工组自负返工损失费，管理人员也要按一定的工料费比例扣罚奖金。加强动态跟踪管理,严格控制工序质量,有助于防止渗、漏、孔壳、堵塞等质量通病,保证分项工程达到质量计划要求。质量的好坏关系着许许多多人的生命财产安全,让我们共同关注质量,把它当作工程的首要任务。参考文献1 侯永涛. SolidWorks机械设计实用教程. 化学工业出版社，2006年1月.2 成大先机械设计手册：第3卷北京：化学工业出版社，20023 吴增泽，罗圣国机械设计课程设计手册3版北京：高等教育出版社，20064 濮良贵，纪名刚机械设计8版北京：高等教育出版社，20075 成大先机械设计手册?单行本减（变）速器、电机与电器北京：化学工业出版社，2002.6 卜炎螺纹联接设计与计算北京：高等教育出版社，19937 刘鸿文材料力学北京：高等教育出版社，20048 杨兰春蜗杆传动手册上海：华东化工学院出版社，19909 张松林轴承手册南昌：江西科学技术出版社，200410 仝基斌，晏群机械制图北京：机械工业出版社，200811 郑志峰链传动北京：机械工业出版社，1984.12张晋西，郭学琴. SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计.北京：清华大学出版社，2007. 13 (美) SolidWorks公司，叶修梓，陈超祥. SolidWorks基础教程：零件与装配体.杭州新迪数字工程系统有限公司. 北京：机械工业出版社，2008.14 郑午，郑玉彬，张学文，张红彦. 三维机械设计catia v5应用丛书.  化学工业出版社，2006.15 王国强. 工程机械设计与维修丛书现代设计技术. 化学工业出版社，2006.  题目： 转动惯量测试仪设计 一、毕业设计（论文）的内容、要求 不规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此，进行转动惯量测试仪设计就 具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务 是 设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在 0斤范围内不规则型体的转动惯量 。 具体要求如下： 1、 调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。 2、 对各种不同的转动惯量测量方法进行分析、比较，选择综合性能指标最优的转动惯量测量方法，在此基础上，进行转动 惯量测试仪总体设计。 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图。 4、对转动惯量测试仪电气控制部分进行设计，绘制电气控制部分电路图。 二、毕业设计（论文）应完成的工作 毕业设计应完成的工作包括： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的 英文摘要； 毕业设计说明书要有严格的理论分析与设计方案分析与比较，有充分的设计计算依据和较详细的设计计算过程，有明确的定量设计计算结果； 2、独立完成与课题 或专业 相关，不少于四万字符的指定英文资料翻 译（附英文原文）； 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图， 绘图工作量折合纸 3 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸； 4、绘制转动惯量测试仪的控制部分电路图。 三、应收集的资料及主要参考文献 1 贺占魁 , 樊启泰 . 复杂不规则刚体转动惯量的测试原理和方法 J，机械设计与研究， 2003， 19（ 2）： 592 唐应时等 J. 现代制造工程，2009，（ 6）： 813 任培，袁中凡 . 转动惯量测试系统的 研制 J. 中国测试技术， 2007， 33（ 1）：374 杜登惠 . 动力总成转动惯量测量及误差分析 J. 车辆与动力技术， 2007（ 4）：105 胡育辉编著 . 数控铣床加工中心 M. 沈阳：辽宁科学技术出版社， 2005. 6 洪钟德 . 简明机械设计手册 M. 北京：同济大学出版社， 2002. 7 杨明忠 . 机械设计 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 8 吴宗泽 . 机械零件设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 2004. 9 ., . 2001. 10 濮良贵，纪名刚 七版） M等教育出版社， 2001. 转动惯量测试仪设计 一、毕业设计（论文）的内容、要求 不规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此， 进行转动惯量测试仪设计就 具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务 是 设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在 0斤范围内不规则型体的转动惯量 。 具体要求如下： 4、 调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。 5、 对各种不同的转动惯量测量方法进行分析、比较，选择综合性能指标最优的转动惯量测量方法，在此基础上，进行转动惯量测试仪总体设计。 6、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图。 4、对转动惯量测试仪电气控制部分进行设计，绘制电气控制部分电路图。 二、毕业设计（论文）应完成的工作 毕业设计应完成的工作包括： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的 英文摘要； 毕业设计说明书要有严格的理论分析与设计方案分析与比较，有充分的设计计算依据和较详细的设计计算过程，有明确的定量设计计算结果； 2、独立完成与课题 或专业 相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）； 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图， 绘图工作量折合纸 3 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸； 4、绘制转动惯量测试仪的控制部分电路图。 三、应收集的资料及主要参考文献 1 贺占魁 , 樊启泰 . 复杂不规则刚体转动惯量的测试原理和方法 J，机械设计与研究， 2003， 19（ 2）： 592 唐应时等 J. 现代制造工程，2009，（ 6）： 813 任培，袁中凡 . 转动惯量测试系统的研制 J. 中国测试技术， 2007， 33（ 1）：374 杜登惠 . 动力总成转动惯量测量及误差分析 J. 车辆与动力技术， 2007（ 4）：105 胡育辉编著 . 数控铣床加工中心 M. 沈阳：辽宁科学技术出版社， 2005. 6 洪钟德 . 简明机械设计手册 M. 北京：同济大学出版社， 2002. 7 杨明忠 . 机械设计 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 8 吴宗泽 . 机械零件设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 2004. 9 ., . 2001. 10 濮良贵，纪名刚 七版） M等教育出版社， 2001. 题目： 转动惯量测试仪设计 一、毕业设计（论文）的内容、要求 不规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此，进行转动惯量测试仪设计就 具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务 是 设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在 0斤范围内不规则型体的转动惯量 。 具体要求如下： 1、 调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。 2、 对各种不同的转动惯量测量方法进行分析、比较，选择综合性能指标最优的转动惯量测量方法，在此基础上，进行转动 惯量测试仪总体设计。 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图。 4、对转动惯量测试仪电气控制部分进行设计，绘制电气控制部分电路图。 二、毕业设计（论文）应完成的工作 毕业设计应完成的工作包括： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的 英文摘要； 毕业设计说明书要有严格的理论分析与设计方案分析与比较，有充分的设计计算依据和较详细的设计计算过程，有明确的定量设计计算结果； 2、独立完成与课题 或专业 相关，不少于四万字符的指定英文资料翻 译（附英文原文）； 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图， 绘图工作量折合纸 3 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸； 4、绘制转动惯量测试仪的控制部分电路图。 三、应收集的资料及主要参考文献 1 贺占魁 , 樊启泰 . 复杂不规则刚体转动惯量的测试原理和方法 J，机械设计与研究， 2003， 19（ 2）： 592 唐应时等 J. 现代制造工程，2009，（ 6）： 813 任培，袁中凡 . 转动惯量测试系统的 研制 J. 中国测试技术， 2007， 33（ 1）：374 杜登惠 . 动力总成转动惯量测量及误差分析 J. 车辆与动力技术， 2007（ 4）：105 胡育辉编著 . 数控铣床加工中心 M. 沈阳：辽宁科学技术出版社， 2005. 6 洪钟德 . 简明机械设计手册 M. 北京：同济大学出版社， 2002. 7 杨明忠 . 机械设计 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 8 吴宗泽 . 机械零件设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 2004. 9 ., . 2001. 10 濮良贵，纪名刚 七版） M等教育出版社， 2001. 转动惯量测试仪设计 一、毕业设计（论文）的内容、要求 不规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此， 进行转动惯量测试仪设计就 具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务 是 设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在 0斤范围内不规则型体的转动惯量 。 具体要求如下： 4、 调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。 5、 对各种不同的转动惯量测量方法进行分析、比较，选择综合性能指标最优的转动惯量测量方法，在此基础上，进行转动惯量测试仪总体设计。 6、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图。 4、对转动惯量测试仪电气控制部分进行设计，绘制电气控制部分电路图。 二、毕业设计（论文）应完成的工作 毕业设计应完成的工作包括： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的 英文摘要； 毕业设计说明书要有严格的理论分析与设计方案分析与比较，有充分的设计计算依据和较详细的设计计算过程，有明确的定量设计计算结果； 2、独立完成与课题 或专业 相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）； 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图， 绘图工作量折合纸 3 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸； 4、绘制转动惯量测试仪的控制部分电路图。 三、应收集的资料及主要参考文献 1 贺占魁 , 樊启泰 . 复杂不规则刚体转动惯量的测试原理和方法 J，机械设计与研究， 2003， 19（ 2）： 592 唐应时等 J. 现代制造工程，2009，（ 6）： 813 任培，袁中凡 . 转动惯量测试系统的研制 J. 中国测试技术， 2007， 33（ 1）：374 杜登惠 . 动力总成转动惯量测量及误差分析 J. 车辆与动力技术， 2007（ 4）：105 胡育辉编著 . 数控铣床加工中心 M. 沈阳：辽宁科学技术出版社， 2005. 6 洪钟德 . 简明机械设计手册 M. 北京：同济大学出版社， 2002. 7 杨明忠 . 机械设计 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 8 吴宗泽 . 机械零件设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 2004. 9 ., . 2001. 10 濮良贵，纪名刚 七版） M等教育出版社， 2001. I 转动惯量测试仪设计 目录 摘要 . 1 . 2 第一章 引言 . 1 . 5 . 5 . 5 . 7 第二章 伺服电动机 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 14 . 15 . 19 第 三 章 传感器的选用 . 21 . 21 字式扭矩传感器技术性能及应用 . 23 第 四 章 光电编码器原理及应用电路 . 30 电编码器原理 . 30 . 32 第 五 章 操控系统 . 33 制系统的结构及硬件电路设计 . 33 . 34 . 35 . 36 论 . 37 参考文献 . 39 1 摘要 转动惯量测试仪在学校，工厂广泛用于测量金属及其非金属材料的机械性能的，是学校和工厂不可或缺的试验设备。 现在的转动惯量测试仪均是以微机控制、记录为主要特点的电子转动惯量测试仪。学校的旧式试验设备存在故障率高，工作性能不可靠，有时达不到试验所要求的精度，所以本设计就原转动惯量测试仪的传动部分，控制部分加以改造，配 以计算机为主的测量控制系统，从新构建一个与现行转动惯量测试仪相一致的电子转动惯量测试仪。 本设计说明书包括：概论、总体设计和结论三大部分。通过对我校教学实习基地的一台转动惯量测试仪的结构和性能的研究，从 可转换转动惯量测试仪的传动部分，控制与调速部分以及检测部分加以设计， 本说明书介绍了伺服电动机和摆线针轮减速器的计算和选型设计，转动惯量测试仪改造方案、改造部位。在传感技术与测控技术的普遍应用的条件下，本设计采用扭矩传感器和光电编码器用于测量扭矩和扭角的数值。在控制系统上将单片机应用到转动惯量测试仪上，其控制也 采用了扭矩专用测控软件。改造后的转动惯量测试仪， 采用了电子自动平衡测力装置，可控伺服电机，摆线针轮减速，传感记录，电脑手动两控转换并增设了记录装置。 关键词 ：伺服电机；摆线针轮减速器；计算机控制系统；转动惯量测试仪。 2 in to to of is at of of is to of on a to of a of of I of a to of to of a of of of to of an of a it 3 to 4 引言 四年的大学生活接近尾声时，我们进行了为期近 四 个月的毕业设计。毕业设计是对大学四年来我们所学到的基础知识和专业知识的一次系统性的总结与综合运用，同时也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要环节。因此， 认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别是能够大大提高劳动生 产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。 机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是 制造系统的重 要组成部分 ， 不论是传统制造 ， 还是现代制造系统 ， 夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。 当今激烈 的 市场竞争和企业信息化的要求 ,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。我们这些即将大学毕业的机械 工 5 程及自动化 专业的学生，要进行对本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握，为此我们要进行毕业设计，要自己动手进行思考问题，为社会主义现代化建设的发展贡献力量，也要从此迈出展现自己价值的第一步。 计目的 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。 本说明书分为概述、设计内容、总结三 大 部分，分别介绍了此 次玩具箱玩具柜关闭件试验机的设计任务 ；有关 玩具箱玩具柜关闭件试验机的设计 总体方案确定及框图、 摆线针轮减速器的设计计算 、进给伺服系统机械部分设计计算 及校核、 光电编码器的选型 ；主要是对本次毕业设计的心得。 计任务 1 课题任务 规则构件的转动惯量是建立复杂系统动力学模型的必备参数，是解决复杂系统（如汽车）动力学问题的关键参数，因此，进行转动惯量测试仪设计就具有重要的经济价值与社会意义。本课题的主要任务是设计一不规则型体转动惯量测试设备，要求能测质量在 0 2 课题要求 具体要求如下： 1、 调研和查阅相关文献，掌握不规则构件的转动惯量测量方法。 6 2、 对各种不同的转动惯量测量方法进行分析、比较，选择综合性能指标最优的转动 惯量测量方法，在此基础上，进行转动惯量测试仪总体设计。 3、 绘制转动惯量测试仪机械结构装配图和主要零部件图。 4、对转动惯量测试仪电气控制部分进行设计，绘制电气控制部分电路图。 本课题要求学生具备较好的机械设计专业理论知识与实际应用能力。并且能运用三维 件进行机械辅助设计，从而培养学生较好的 力。同时应具备绘制和阅读机械图样的能力。要求学生积极、广泛地收集相关资料，查阅参考文献。翻译相关英文资料。在做论文期间，要求学生抓紧有限时间，根据课题工作进度计划，按期完成相关工作。应有端正、严谨的工作态度，定 期汇报工作成绩。 造及工作原理 本机（图表 1）加载由计算机控制交流伺服控制系统，通过交流伺服电动机，摆线针轮减速机带动主动夹头旋转加载，扭转和扭角检测采用高精度扭矩传感器和光电编码器，计算动态显示试验扭角扭矩曲线，加载速率，试验力峰值等。检测方法符合 本试验机主要用于对金属材料或非金属材料进行扭转试验，也可以对零部件或构件进行扭转试验，是航空航天，建材行业，交通运输，科研部门，各类大专院校和工矿企业力学实验室用来测定材料扭转性能必备的检测仪器。 加载方法 采用交流伺服电机及驱动器，扭矩和扭转角的检测：采用高精度对称扭矩传感器；扭转角的检测采用高精度 操作特点 具有手动操作（有正反向手动操作按钮）和计算机操作两种方式。 7 基于 台下的专用测控软件，采用人机交互方式分析计算被测材料的机械性能指标，实验数据自动处理，动态显示试验曲线，试验结果储存，打印。也可人工干预分析过程，提高分析的准确度。 要的组成构件 1）伺服电机 2）摆线针轮减速器 3）传感器 4) 编码器及计算机控制系统 8 第二章 伺服电动机 伺服电动机也称为执行电动机。在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。伺服电动机有交流和直流两种。他们的最大特点之可控。再有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没有控制信号输入则停止转动；改变控制电压的大小和相位（或极性）就可以改变伺服电机的转速和转向。因此，它与普通电机相比具有如下特点： 1、调速范围宽广，四伏电动机的转速随着控制电压的改变，能在宽广的范围内连续调节； 2、转子的惯性小，即能实现迅速的启动、停转； 3、控制功率小，过载能力力强，可靠 性性好。 流伺服电机及其调速分类和特点 交流伺服电机在自动控制系统中用作执行元件。它的任务是将电信号转换成为轴上的角位移或角速度的变化。交流伺服电动机应具有的基本性能是：良好的可控性，运行稳定和快速反应。良好的可控性是指单向供电时无自传现象； 运行稳定是指转速随着转矩的增加而均匀下降；快速响应是指交流伺服电动机接到控制信号时能快速启动，失去信号时能自动制动并迅速停止转动。 长期以来，在要求调速性能较高的场合，一直占据主导地位的是应用直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向 器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。而交流电动机，特别是鼠笼式感 9 应电动机没有上述缺点，且转子惯量较直流电机小，使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高 10 70，此外，交流电动机的容量可比直流电动机造得大，达到更高的电压和转速。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动已有取代直流伺服驱动之势 。 步型交流伺服电动机 异步型交流伺服电 动机指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。其结构简单，与同容量的直流电动机相比，质量轻 1/2，价格仅为直流电动机的 1/3。缺点是不能经济地实现范围很广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流。因而令电网功率因数变坏 。 这种鼠笼转子的异步型交流伺服电动机简称为异步型交流伺服电动机，用 步型交流伺服电动机 同步型交流伺服电动机虽较感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与感应电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。其中磁滞式和反应式同步电动机存在效率低、功率因数较差、制造容量不大等缺点。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比，永磁式优点是结构简单、运行可靠、效率较高；缺点是体积大、启动特性欠佳。但永磁式同步电动机采用高剩磁感应，高矫顽力的稀土类磁铁后，可比直流电动外形尺寸约小 1/2，质量减轻 60，转子惯量减到直流电动机的 1/5。它与异步电动机相比，由于采用了永磁铁励磁，消除了励磁损耗及有关的杂散损耗，所以效率高。又因为没有电 磁式同步电动机所需的集电环和电刷等，其机械可靠性与感应（异步）电动机相同， 10 而功率因数却大大高于异步电动机，从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。这是因为在低速时，感应（异步）电动机由于功率因数低，输出同样的有功功率时，它的视在功率却要大得多，而电动机主要尺寸是据视在功率而定的。 交流伺服电机的控制方法有三种： 1、幅值控制 2、相位控制 3、幅值 流伺服电机及其调速系统 直流伺服电动机在自动控制系统中和交流伺服电动机一样，用作执行元件。对它的主要要求是要有下垂的机械特性，线性的 调节特性和对控制信号能做出快速的响应。 直流伺服电动机通常用于功率稍大的系统中，其输出功率一般为1W 600W。但也有数千瓦的，它的基本结构和工作原理与普通直流他励电动机相同，不同点只是它做得比较细长一些以便满足快速响应的要求。 直流伺服电机的调速 由公式： 直流电机调速有三种方法： （ 1）改变电区电压 U：由额定电压向 下调低，转速也由额定转速向下调低，调速范围大。 （ 2）改变磁通量 （即改变 改变激磁回路的电阻可改变 。由于激磁回路电感大，电气时间常数大，调速快速性差，转速只能由额定转速向上调高。 （ 3）在电枢回路中串联调节电阻。转速只能调低，铜耗大，不经济。直流伺服电机通常采用调压调速。 11 直流伺服电机与交流伺服电机的机械特性比较，前者堵转矩大，特性曲线线性度好，机械特性较硬。缺点是有换向器，结构复杂，需要经常维护，产生无线电干扰。在确定系统中采用何种电动机时许综合考虑其电机特点 所以在本次转动惯量测试仪改造毕业设 计中所用的电机选用交流伺服电机 。 流伺服电机速度控制原理 一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。 速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如 低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快 ，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如 10V 对应 5外部模拟量设定为 5部负载等 于 电机不转，大于 2 转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值 。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。 频与伺服的关系及应用 随着工业水平的发展，自动 化 水平的提高，变频技术和伺服在工业自动化控制上有着广泛的应用，变频技术： 简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的 V/F 控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场 在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩， 样反馈后构成闭 13 环负反馈的电流环的 节；这 样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于 v/f 控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。伺服系统 ： 1、伺服驱动器 在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的伺服强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和 更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器 。 2、电机方面 伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能力还是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动伺服电机 。 两者的共同点：交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的 式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的 50、 60交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（ ）通过载波频率和 节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了 14 （ n=60f/2p ， n 转速， 由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，所以应用也不大相同 ： 1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和响应都不高。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象不能直接控制位置。 2、 在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现，还有就是伺服的响应速度远远大于变频，有些对速度的精度和响应要求高的场合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代，关键是两点：一是价格伺服远远高于变频，二是功率的原因：变频最 大的能做到几百 至更高，伺服最大就几十 服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几 样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器 反馈闭环控制 。 流伺服电机的变频调速原理 由 s)-(1n n r /m m r / m i m i n- / 6 0 f 可知，改变定子电源频率可以改变同步转速和电动机的转速。又有异步电动机的电势公式可知外加电压近似于频率和磁通的乘积成正比，即 由于 f/ ，因此，若外加电压不变，则磁通随频 15 率改变而改变，亦即频率降低，则磁通增加；、频率增加，磁通降低。显而易见，前者有可能造成电动机的磁路过饱 和，从而导致电流的增加而引起铁心过热。为了解决这一问题，这要求在变频调速系统中降频的同时最好降压，即频率与电压能协调控制，亦即 一般来说，在恒转矩变频调速系统中，如果能保持 /值，则可保证调速过程中电动机的过载能力保持不变。同时，可满足磁通 基本不变的要求。而在恒功率调速时，如能满足 定值的条件，则调速过程中电动机的过载能力也保持不变，但此时磁通将发生 变化，如果此时亦按恒转矩调速满足 /值的条件，则磁通将基本保持不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。从而根据 /调控制的方法不同，可以有不同的调速特性。 频调速系统的分类 变频调速系统可以分为交 交变频调速与交 者常称为带直流环节的间接变频调速，后者则常称为直接变频调速。 在专业课学习过程中可知：交 直 优点是：节省了换流环节，提高了效率；在低频时波 形较好，电动机谐损耗及转矩的脉动大大减小。其缺点是：最高频率受电网频率的限制，且主回路元件数量多。故一般适用于低速、大容量的场合，如球磨机、矿井提升机、电力机车及轧机的转动。转动惯量测试仪的改造选用交 交变频调速。在交直交变频调速系统中，首先将电网中交流电整流成直流电，再通过逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。前者目前主要采用晶闸管整流器来完成；逆变器的作用与整流器的作用相反，一般包括逆变电路及换流电路两部分。逆变电路又有单相与多相、零式与侨式之分。换流电 16 路是保证当前导通的一只晶闸管换为后一只晶闸管导 通时，确保前者能可靠关断的装置。就整个变频装置而言，又根据从直流变到交流的中间环节滤波方法的不同而派生出两种不同的线路，即所谓电压型变频调速系统和电路型变频调速系统。 图示为电压型变频调速系统的原理框图 系统中，晶闸管整流、移相触发电路、脉冲放大器、电压及速度负反馈环节的电路及原理与交流调速系统没有多大差别，其中，速度给定与频率发生器电路是用来将给定电压变换为一定频率脉冲信号的电路，通常采用单结晶体管振荡器，也有采用晶体管多谐振荡器、间歇振荡 器等组成。该输出脉冲分别送至环形计数器及频率 /电压变换器中。环形计数器实质是一个分频器，它把来自频率发生器的脉冲 6 个一组依次分配，经过脉冲放大后，顺序触发逆变器的 6只晶闸管来实现逆变。频率 /电压变换器是为了实现电压与频率的协调控制的。因为在变频的同时，必须相应的改变直流度给定 频率 发生器 环形 计数器 脉冲 放大器 F/V 变换器 直流 放大 器 移相 电路 变频 M 变频器 17 电压，以满足调速系统的要求。频率 /电压变换器把脉冲信号变换为宽度与频率成线性关系的矩形波。即当脉冲信号的频率增高时，其输出电压也增高，控制晶闸管整流器的控制角 a 前移，使晶闸管整流器的输出电压也增高。 目前通用型变频器主要是交 交变频器，其 主要电路为下图。同时变频器的核心电路，有整流回路（交 流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直 成，当然还包括限流电路，制动电路，控制电路等组成。 1）整流电路（交 如下图所示，通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源一 般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用，是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，从而避免由此而损坏变频器。当电源电压为三相 380流器件的最大反向电压一般为 1200 1600V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。 18 2）滤波电路（能耗电路） 逆变器的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤 波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。 通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。 3） 逆变电路（直交转换） 逆变电路的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的核心电路之一，起着非常重要的作用。 最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（ 成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件 的导 19 通与关断，可以得到任意频率的三相交流输出。 通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、 保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的 士公司生产的7门子公司生产的 ，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、 块的典型开关频率为 20护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时，异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中，寄生电感释放能量提供通道。另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同 时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生意外情况时，对换流器件进行保护。 动机的选型计算 所得设计的扭转数据加以折算进行电动机的选择计算。 1） 折算到电动机轴上的转矩 W* 式（ 0 0 式（ 74 6 7*l 式（ 电动机负载转矩 生产机械负载转矩 20 电动机旋转角速度 电动机功率 2） 工作状态下的载荷负载转矩 在正常状态下，工作状态负荷转矩应不超过电动机额定转矩的 80% Tr m %*Tm s 式（ 电动机额定转矩 N*M 工作状态载荷转矩 N*M 0*T 式（ 8 7 5 NT 式（ 1、 鉴于此选择的电机为 所以运用交直交 变频调速系统将电机的运转速度调至 87转 /分钟。 型号 额定功率 额定转速 最大转矩 额定转矩 3000R/21 第三章 传感器的选用 感器选用的一般原则： 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量 环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行 个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因 为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 2、灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出 信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。 22 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 3、 频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 定延迟，希 望延迟时间越短越好。 传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。 在动态测量中，应根据信号的特点 (稳态、瞬态、随机等 )响应特性，以免产生过火的误差。 4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。 但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性 ，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。 5、稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。 23 在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。 传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使 用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。 6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量 值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。 对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。 字式扭矩传感器技术性能及应用 字式扭矩传感器的基本性能 在旋转动力系统中最频繁涉及到的参数 :旋转扭矩 ,为了检测旋转扭矩传统使用较多的是扭转角相位差式传感器，该方法是在弹性轴的两端安装着两组齿数、形状及安装角度完全相同的齿轮，在齿轮的外侧各安装着一只接近（磁或光）传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器 就可以测量出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。该方法的优点：实现了转矩信号的非接触传递，检测信号 24 为数字信号；缺点：体积较大，不易安装，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低速性能不理想。（见图一） 图一 扭转角相位差式扭矩传感器 示意图 扭矩测试比较成熟的检测手段为应变电测技术。它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。 将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。 （见图二）但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。 图二 基本的扭矩传感器 由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。及由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方法 :将扭矩应变信号在旋转轴上 25 放大并进行 V/F 转换成频率信号，通过载波调制用无线电发射的方法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接 收的方法，就可以得到旋转轴受扭的信号（见图三）。 图三 旋转轴上的能源供应是固定在旋转轴上的电池。该方法即为遥测扭矩仪。 （见图四）遥测扭矩仪成功之处在于克服了电滑环的两项缺陷，但也存在着三个不足之处，其一：易受使用现场电磁波的干扰；其二：由于是电池供电，所以只能 短期使用。其三：由于在旋转轴上附加了结构，易引起高转速时的动平衡问题。在小量程及小直径轴时更突出。数字式扭矩传感器吸取了上述各种方法的优点并克服了其缺陷 ,在应变传感器的基础上设计了两组旋转变压器 ,实现了能源及信号的非接触传递。并做到了扭矩信号的传递与是否旋转无关，与转速大小无关，与旋转方向无关。 26 图四 字式扭矩传感器 特点 1既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩； 2既可以测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩； 3检测精度高，稳定性好；抗干扰性强； 4体积小，重量轻，多种安装结构，易于安装使用； 5不需反复调零即可连续测量正反转扭矩； 6没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行； 7传感器输出高电平频率信号可直接送计算机处理； 8测量弹性体强度大可承受 100%的过载。 字式扭矩传感器 测量原理 将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥 ,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压 /频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环型变压器承担的 ,因此实现了无接触的能源及信号传递功能。（虚线内为旋转部分） （见图五）。 27 图五 字式扭矩传感器 原理结构 在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：（ 1）能源环形变压器的次级线圈，（ 2）信号环形变压器初级线圈，（ 3）轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、 V/传感器的外壳上固定着（ 1）激磁电路，（ 2）能源环形变压器的初级线圈（输入），（ 3）信号环形变压器次级线圈（输出），（ 4）信号处理电路。 字式扭矩传感器 工 作过程 向传感器提供 15V 电源，激磁电路中的晶体振荡器产生 400方波，经过 率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器 到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到 5V 的直流电源，该电源做运算放大器 工作电源；由基准电源 双运放 成的高精度稳压电源产生精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及 V/F 转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的 大成 v 的强信号，再通过 V/F 转换器 过信号环形变压器 经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为 既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动 之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。 28 本传感器输出的频率信号在零点时为 量程时为 5满量程变量为 5000 个数 /每秒。转速测量采用光电齿轮或者磁电齿轮的测量方法，轴每旋转一周可产生 60个脉冲，高速或中速采样时可以用测频的方法，低速采样时可以用测周期的方法。本传感器精度可达 （ FS ）。由于传感器输出为频率信号，所以无需 字式扭矩传感器的 应用范围 1检测发电机，电动机 ，内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率； 2检测减速机，风机，泵，搅拌机，卷扬机，螺旋桨，钻探机械等设备的负载 扭矩及输入功率； 3检测各种机械加工中心，自动机床的工作过程中的扭矩； 4各种旋转动力设备系统所传递的扭矩及效率； 5检测扭矩的同时可以检测转速，轴向力； 6可用于制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手。 7使用两组联轴器，将传感器安装在动力源和负载之间。 字式扭矩传感器的 安装方式 本传感器属贯通形安装方法，一般需要通过联轴器安装，为了便于在特殊要求的条件下使用，本传感器还有七种变形结构： 1 如果要求传动系统的轴向不因安装了传感器 而加长，则可使用智能联轴器 可以承担联轴器的功能。也就是一种带检测功能的联轴器。 29 2 被测传动系统不允许加长但可以拆卸时，则可以使用套装式扭矩传感器套在被测轴上即可测试。 3 被测传动系统既不允许加长又不可以拆卸时，则可以使用在现场组装的卡装式扭矩传感器。从轴的两侧卡在轴上即可进行测试。即可长期监测也可短期检测。与电流钳形表相似。 4 有的测试系统既有扭力又有轴向力时则可以使用转矩转速轴向力三参数传感器；既可以避免轴向力对扭力测试的干扰又可以测量轴向力的信号； 5 在高转速或超高转速下测试时可以使用 无轴承式转矩转速传感器； 6 如果被测系统为不旋转状态时可以使用扭矩传感变送器； 7如果被测系统最大值在 5mNm 至 1Nm 时可以使用小量程转矩转速传感器。 能转矩转速测量仪 为了更方便的使用本系列扭矩传感器特配合设计了智能转矩转速测量仪与计算机虚拟仪器，该两种仪器可以直接显示出正在测量的转矩，转速，功率值的数值及曲线，也可以设定转矩的限定值，超值报警，还可以保存本次测量的转矩峰值及曲线，并且可以打印出上述各参数及曲线图 。 30 第四章 光电编码器原理及应用电路 电编码器原理 光电编码 器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光 电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图 1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差 90。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 量式编码器 原理输出三增量式编码器是直接利用光电转组方波脉冲 A、 相；A、 冲相位差 90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均