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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 电子拉力弹簧试验机的设计 摘 要电子拉力弹簧试验机，主要用于测试弹簧或者其他弹性器件的受力与变形之间的量值关系，确定试件的品质，进而对试件的加工工艺、工序是否合理做出正确的判断，为合理修正、提高工序能力提供科学依据。本产品主要应用于弹簧制造、低压电器、家用电器、轻工纺织、军工机械、科研、院校等部门。本电子拉力弹簧试验机采用伺服电机作为动力源，为了增大传动比，采用蜗轮蜗杆减速机减速，滚珠丝杠系统制造精密，稳定可靠，用单片机实现对电机转速的控制，可随时控制压盘上下移动的距离，能够实现手动加载，具有超行程保护功能。整机框架采用封闭式结构，结构紧密，造型美观，安全可靠、
2、操作方便。本次毕业设计在充分了解试验机知识的基础上，整合了电子拉力弹簧试验机的优点，对普遍存在的问题进行了改善，做了进一步提高。关键词：试验机；弹簧；单片机；伺服电机；ABSTRACTElectronic tensile spring testing machine,Mainly used to test the springs or other elastic devices between force and deformation value relationship，的determine the quality of the specimen,And then process the
3、specimen, whether it is reasonable procedures to make the right judgments, reasonable amendments to improve the process capability to provide scientific evidence.This product is mainly used in spring manufacture, low-voltage electrical appliances, household appliances, light textile, military machin
4、ery, scientific research institutions and other departments.The electronic tensile test machine using servo motor as a power source，To increase the transmission ratio，Worm gear reducer used，Manufacture of precision ball screw systems，Stable and reliable，With MCU control of motor speed，Control the pr
5、essure plate can move up or down at any distance，Can be achieved manually loaded,With over-travel protection。Machine frame is made of closed-end structure，Compact, attractive appearance, safe, reliable, easy to operate.The graduation based on in the full knowledge and understanding of the test machi
6、ne，The integration of electronic tensile test machine springs advantages，Issues of common improvements made to further improve.Key words： testing machine; spring; SCM; servo motor; 目 录摘要. .IABSTRACT.II1 前言.11.1国内外研究现状、水平及存在的问题.11.2选题目的目的及意义.11.3 实施方案及主要研究方案.11.4课题创新之处. . .11.5预期研究成果. . .22 整机传动方案的确定
7、.32.1 确定传动方案.32.2 传动方案布局.33电动机的选择.43.1电动机的类型及结构. .43.2初选电动机的容量. .43.3电动机转速确定. . .54设计计算.64.1蜗轮蜗杆的设计. .64.2蜗杆轴的设计. .94.3丝杠螺母的设计. .144.4电路部分设计. . . .165 结论.17参考文献.18致谢.19附录. . . . .20- 23 -1 前言1.1 国内外研究现状、水平及存在的问题我国弹簧试验机的生产，已有五十年历史。国内弹簧试验机的发展现状,早期生产的弹簧试验机绝大多数领先机械传递、模拟测量，精度的提高受到限制。近些年来，随着科技发展已开发出静态拉压、静
8、态扭转、高频拉压疲劳、低频拉压疲劳、扭转疲劳、在线检测等六种不同的检测方式：机械式、电子式、电磁式、电液式、电气式、电液伺服式等六种不同的加载方式；量程从1N-500KN不同规格的一百七十多种产品。1：弹簧拉压试验机的现状：此类型的检测设备几年以前大多为手动加载、模拟式或单数显式，近十年，双数显的测试设备已经成为主流设备。2：弹簧试验机的发展趋势：小负荷的弹簧，尤其是大刚度精密弹簧的首要要求是设备的测试精度高，因为位移的微小变化，便会引起试验力的较大变化，而保证试验力的测试精度，是很容易的事情，但是要保证弹簧试验机的另一参数位移的精度，是保证弹簧测试精度的关键，也是判断弹簧试验机精度高低的标准
9、。因此，越来越多的使用者，都把位移测试精度的高低当做衡量试验机水平高低的标准。缺陷：目前国内外弹簧试验机主要以手动为主，自动式弹簧试验机占有少量的市场。1.2选题的目的意义随着科学技术发展，近几年，铁路系统客车提速、弹簧标准修改，原来试验机的测量精度、测量方式及缺少的数据处理功能已不适应新标准的要求。电子式及微机控制式的试验机，已经在有些厂家作为主要科研项目，而且已经投入生产。进行这个课题的学习和设计为了更好掌握这方面的技术和技能，同时真正掌握电子式弹簧试验机的结构，并能够掌握电路设计及在设计中应注意的问题，切身体会设计一台机器的艰辛过程和掌握方法。为今后的工作打下了基础。1.3实施方案及主要
10、研究手段该测试系统的执行机构为一立式的能拉能压的机械装置，其传动丝杠由伺服电机进行驱动，实现拉压的操作。这种测试系统的一切操作都可由普通的电脑装上控制软件之后执行，这就需要一种可视化的操作软件，能对执行机构进行一切正确的控制和操作。为此，我们选择了目前较为常用的VB编程软件进行可视化操作系统的开发。但普通的电脑不能直接输入各种不同类型的模拟信号，因此，同时需要再扩展以8031单片机为核心的外接电板。1.4选题的创新之处该课题采用了手动与自动相结合的设计构想，通过巧妙的蜗杆设计，将手动与自动简单结合在一起，操作简单，使用方便。此电子式弹簧试验机既可以进行拉伸试验，也可以压缩试验。1.5预期研究成
11、果：通过这次设计，掌握电子式弹簧试验机的结构，并能够掌握机械系统设计的基本原则和方法。能够基本掌握传动机构在实际系统中的应用。通过这段时间的实习，对本课题设计的研究成果有了初步的认识。比如，由试验机厂开发的类似产品，其采用了键盘控制技术，用光电管将各种测试结果显示出来，这套装置具有很多以前的测试所不具有的性能，但这套装置控制的检测装置，只要给任何一台电脑装上这种由我们所开发的软件，然后接上插头都能对检测装置进行控制。在电脑普及极其迅速的今天，我们的课题研究无疑具有十分广阔的市场。并且对我们的汽车行业的振兴有一定的促进意义！2 整机传动方案的确定2.1 确定传动方案 电子拉力弹簧试验机，最终实现
12、的是挂钩及压盘的上下移动，完成对试件的拉压实验。能够实现直线动传的机构有：曲柄滑块结构、液压缸活塞的运动、丝杠螺母副的运动、齿轮齿条等。液压传动对系统的维护要求较高,液压元件制造精度要求高,工艺复杂，传动效率低。考虑弹簧试验机的使用环境，综合比较以上传动机构，最终选用丝杠螺母传动副来实现执行部件的上下移动。试验机的动力源由伺服电动机实现，为了增大传动比采用蜗轮蜗杆减速装置将传递到丝杠螺母副，用蜗轮蜗杆减速还可以实现电动机到丝杠运动方向的转换。2.2 传动方案的布局电动机通过联轴器将运动传递给蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆将转速降低及运动转向后进一步将运动传递到丝杠螺母副，实现压盘上下移动，总体布局如图1.1所示。1、丝杠 2、螺母 3、电动机 4、联轴器 5、滚动轴承 6、蜗轮 7、蜗杆图1.1 电子拉力弹簧试验机的传动方案3 电动机的选择3.1电动机的类型及结构的选择根据电动机的电源、工作条件及载荷特点选择电动机的类型和结构形式。电子拉力弹簧试验机对电动机有伺服控制的要求，选用交流伺服电机。3.2初选电动机容量 标准电动机的容量由额定功率表示，所选电动机的额定功率应该稍大于工作要求的功率。如果容量小于工作要求，则不能保
