1、畢業設計(論文) 課 題 名 稱 jycs-型機械系統性能研究及參數可視 化分析實驗臺 學 生 姓 名 學 號 系、年級專業 08 級 機械類（現代制造技術方向） 指 導 教 師 職 稱 教 授 2012 年 5 月 20 日 內容提要 為了解決機械設計課程相關實驗分散進行，缺乏組合實驗的問題，設計了一種 jycs-型機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺。該實驗臺利用光柵角位移 傳感器測量轉軸轉速的大小，利用高精度拉壓力傳感器測量加載在軸瓦上壓力的大 小，利用貼在螺栓組螺栓上的應變片感應靜載荷的大小。整個試驗臺可以實現帶傳 動，鏈傳動，滑動軸承，動態螺栓，螺栓組螺栓的性能測試與分析，也可對整

2、個機 械系統性能進行測試分析。 該實驗臺對不同工作條件下工作的傳動部分的性能參數進行檢測，數據可通過 數碼管顯示或計算機自動采集分析，顯示運動參數的實時變化曲線，具有綜合性強、 完整性好、便于教師指導實驗等優點。其檢測控制系統以 51 系列單片機組為核心， 配有放大、濾波、抗干擾電路實現數據采集、放大、初步處理和數據通訊，以及電 機控制等功能，利用串口實現數據采集箱和電腦之間的信息通訊；以 vb 為開發平 臺，包括實驗內容介紹、參數可視化分析、實驗結果分析等內容；實驗結果可以以 文本形式保存，并可在網絡上發送，便于網絡化實驗，而且教師可在網上批改作業。 此設計在整體上結構布局合理，將機械工程測

3、試技術和計算數據處理技術結合 一體，具有較好的經濟性和實用性,有助于增強學生的工程實踐能力。 summary in order to solve mechanical design course experiments, the lack of a combination of experiment, design a jycs-iii mechanical system performance and parameter visualization analysis of experimental units. the experimental use of the size of the

4、grating angular displacement sensor to measure shaft speed, precision pull the pressure sensor to measure the size of the load pressure in the bush, using a strain gauge sensor attached to the bolt of the bolt group the size of the static load. the entire test rig can be belt drive, chain drive, sli

5、ding bearings, dynamic bolt, the bolt of the bolt group performance testing and analysis, but also the entire mechanical system performance test. the experimental transmission part of the performance parameters under different working conditions for testing, data through the digital display or autom

6、atic computer acquisition and analysis, and display real-time curve of the motion parameters, a comprehensive and strong, good integrity and to facilitate the guidance of teachers experiments and other advantages. detection and control system 51 series microcontroller as the core, with amplification

7、, filtering, anti-jamming circuit for data acquisition, amplification, preliminary processing and data communications, and motor control functions, using the serial interface between the data acquisition box and computer information and communication; vb as a development platform, including the expe

8、riment, the parameters of visual analysis, the analysis of experimental results; experimental results can be saved as text, can be sent on the network, to facilitate networking experiments, and teachers can online correcting homework. this design in the overall structure of the rational layout, mech

9、anical engineering test and calculation of data processing technology combined with one, with good economic and practical help to strengthen the ability of students in the engineering practice. 目 錄 內容提要 .i summary.ii 1 緒論.1 1.1 實驗室的簡介.1 1.2 課題來源.3 1.3 國內外儀器儀表的發展趨勢.3 1.4 實驗臺設計內容.11 2 實驗臺總體結構布局.13 2.1

10、 實驗臺總體構思 .13 2.2 實驗傳動路線的擬定 .13 2.3 實驗臺總體結構布局圖.15 2.4 制動系統的選擇 .15 3 本實驗臺的組成及調整.19 3.1 結構流程圖.19 4 本實驗臺上帶傳動和軸的機構設計計算.24 4.1 帶輪傳動的計算 .24 4.2 帶輪軸的設計.28 5 偏心凸輪傳動軸的設計. .30 5.1 軸的相關數據的設計.30 5.2 軸的校核.31 6 螺栓螺紋的計算.34 6.1 動態變載荷螺栓螺紋的計算 .34 6.2 受橫向載荷鉸制孔螺栓連接的基本計算 .35 6.3 動態螺栓變載荷的上的螺紋計算 .36 7 實驗臺的測試控制系統與實驗臺的配套軟件.3

11、9 7.1 實驗臺的測試控制系統.39 7.2 實驗臺的配套軟件.40 8 該實驗臺可進行的實驗項目.41 8.1 靜態螺栓組應變實驗 .41 8.2 帶傳動實驗.43 8.3 滑動軸瓦油膜壓力分布分析實驗 .45 8.4 動態螺栓聯接實驗.47 8.5 系統速度波動實驗. .48 8.6 注意事項.48 總結.49 參考文獻.50 致謝.51 1 緒論 1.1 實驗室的簡介 實驗室是科學的搖籃，是科學研究的基地，對科技發展起著十分重要的作用。 在國際上享有盛譽的著名實驗室更被譽為科研領域的麥加，是科技工作者向往和追 求的地方。這些實驗室往往代表了世界前沿基礎研究的最高水平，誕生了一大批諾 貝

12、爾獎獲得者和具有劃時代意義的科技創新成果，是開展高層次學術交流的重要場 所。 1.1.1 實驗室的發展動向 近年來，隨著微電子、自動化、計算機和信息管理等相關技術向傳統機械行業 的不斷滲透，給機電類專業的發展帶來了前所未有的活力。同時，我國的產業結構 調整、企業改制及技術改造正向縱深推進，中國有望成為世界新的制造中心和加工 中心，制造業將成為我國的支柱產業和主導產業。 “制造業信息化”和“機床數控化”作 為現代加工業制造業的高科技標志和發展趨勢，為高等工程教育創造了廣闊的人才 市場空間。國家實施科教興國戰略，加大對高等教育的投入，學校進入了發展建設 的新時期，給實驗室帶來了新的發展機遇。 構建

13、以綜合性、設計性、應用性為主，既有基本技能訓練，又有開發創新的實 踐教學體系，改變實踐教學附屬于課堂教學，以驗證性、演示性實驗為主的現狀， 打破各專業課程間的壁壘，加強課程間的交叉、滲透，建立系列課程或課群起點上 的具有一定柔性、實驗實習一體性的獨立的實訓環節，建成基本技能、專業技能、 技術應用能力訓練有機結合的實踐教學體系，使實踐教學向深層次發展，以滿足培 養學生的應用技能和創新能力的需要。 1.1.2 實驗室發展特點及高等教育對實驗教學的要求 高等教育實驗教學的建設目標是：樹立以學生為本，知識傳授、能力培養、素 質提高協調發展的教育理念和以能力培養為核心的實驗教學觀念，建立有利于培養 學生

14、實踐能力和創新能力的實驗教學體系，建設滿足現代實驗教學需要的高素質實 驗教學隊伍，建設儀器先進、資源共享、服務開放的實驗教學環境，建立現代化高 效運行的管理機制，全面提高實驗教學水平。為高等學校實驗教學提供示范經驗， 帶動高等學校實驗室的建設和發展。 實驗教學應以培養學生實踐能力、創新能力和提高教學質量為宗旨，以實驗教 學改革為核心，以實驗資源開放共享為基礎，以高素質實驗教學隊伍和完備的實驗 條件為保障，創新管理機制，全面提高實驗教學水平和實驗室使用效益。 實驗室發展特點： （1）創造條件，更新項目，實現實驗室全方位的開放 實驗室的開放就是實驗室全日向學生開放，并在實驗室中同時安排多項實驗內

15、容，讓學生獨立自主地安排實驗時間，選擇實驗內容，為學生個性化培養提供自由 發展的空間和平臺。積極組織對實驗項目的設計和論證，大膽地削減過去陳舊、簡 單重復的演示性和驗證性實驗內容，按照國家教育部本科教學工作水平評估的要求 和標 準，增加綜合性、應用性、設計性、創新性的實驗內容和項目，并達到實驗課 程總數的80%以上。要使前沿性、創新性的實驗項目在水平上和數量上有較大的突 破。 （2）加快實施基礎課實驗教學示范中心的建設 教育部啟動的“基礎課實驗教學示范中心建設”計劃，擬在全國建設100個左右 的示范中心。我們應抓住“十二五”建設機遇，在先期通過由教育部委托省教育廳組 織的基礎課教學實驗室評估的

16、實驗室及面向廣大學生受益面較大的實驗室中，重點 培養和建設如“流體力學實驗中心”、 “力學實驗中心”、 “大學物理實驗中心”、 “機電實驗 中心”、 “計算機基礎教學實驗中心”、 “自動控制教學實驗中心”、 “大學外語語言教學中 心”等基礎教學實驗中心。使上述實驗室全部按照“基礎課實驗教學示范中心” 標準進行建設，徹底改善基礎教學實驗條件，成為“十二五”期間標志性建設成果。 通過“十二五”期間的重點建設，選擇其中條件比較成熟的，向教育部進行申報。通 過基礎課實驗教學示范中心建設工作，建設成國內一流的基礎教學實驗室，對學校 的發展將產生積極影響。 （3）加強上層次、上水平的重點實驗室的培育與建設

17、 要創建高水平一流的研究型大學，重點實驗室的建設，將會形成學校的核心競 爭力。具有鮮明學科特色及強勁科研能力的實驗室，以及今后有發展前景的基礎實 驗室，使高校高水平高質量的實驗室從數量上和質量上都有新的突破和飛躍。 （4）建設與現代化實驗室相適應的高素質、高水平實驗技術隊伍 創新教育的關鍵在教師，教師創新素質的高低是培養和造就高素質創新人才的 關鍵。人才因素是保證實驗室可持續發展的關鍵因素，也奠定了培養創新人才的師 資條件。 1.2 課題來源 目前，隨著高等工科學校教育改革的深入，根據建設工程型、研究型大學的需要， 以及社會對培養現代化的高級人才要求，學生在大學里學習技術基礎課程，掌握基本 技

18、能和知識的同時，要求與當代的工程師、研究型人才一樣具有工程設計的綜合創新 能力。為此，作為將來從事機械產品的設計、制造以及與此相關的工程技術人員，在 掌握機械設計方法、理論的同時，通過較完整的實驗教學的訓練，使學生掌握機械產 品的性能測試的綜合能力，從而使學生學會應對分析工程問題，解決問題的能力。同 時，掌握各種現代化的測試手段，構筑進行機械產品研制開發的能力所必需的工程思 維。另外，學生在學習理論課程的基礎上，針對實際機器和機械系統進行性能的綜合 分析和評估。 機械系統是一個較復雜的系統，主要由驅動部分、傳動部分、執行部分和鏈接部 分組成。現代機械工業的發展為了提高效率、減少設計和制造周期，

19、大部分產品已基 本成為模塊化。在原動機方面，電動機、氣缸、液壓缸等已實現了模塊化；而傳動部 分也以所謂的減速器的形式作為模塊早已進入市場，當然也包括近年來出現的各種新 型減速器、增速器；作為連接使用的模塊有聯軸器、離合器等也已模塊化；還有支撐 零件如滾動軸承等。因此，可以這樣講，構成機器或機械系統的主要部件大都已經模 塊化，于是，機械設計的任務就是根據給定的具體功能要求，通過這些模塊的有機組 合（設計）構成具有一定目的的系統。因此，基于各種機械模塊，進行系統的創意設 計就作為我們開發創新性實驗平臺的構筑依據。 邵陽學院機械與能源工程系按照工程模式進行實驗室的設計與規劃，尤其重視學 生的工程能力

20、、應用能力及創新能力的培養。為了滿足機械設計實驗教學的需求，本 文設計了 jycs-型機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺。 1.3 國內外儀器儀表的發展趨勢 1.3.1 我國儀器儀表制造業的發展趨勢： 儀器儀表行業高技術、高投入、高產出、低能耗、低污染的特點將在低碳經濟 和新興產業的發展下帶動儀器儀表需求的上升。國內儀器儀表行業一直以來都是應 用在傳統的服務市場，如冶金、火電等行業。隨著市場需求的改變，越來越多的新 型產業開始興起，物聯網、智能電網等新技術的發展快速。食品、藥品安全領域備 受人們關注。國家對能源的綜合利用、環境保護提出了更加嚴格的要求。這同時也 為我國儀器儀表行業提供了廣闊

21、的市場發展空間和新的發展方向。 隨著經濟的發展和社會的進步，用戶對儀器儀表需求模式也發生了很大變化。 以環保行業為例，以人工采樣和實驗分析正向自動化、智能化、網絡化監測方向發 展。大力發展裝備自動化，提升裝備制造業的整體水平。儀器儀表是提升裝備制造 水平的關鍵，國內儀表企業要緊緊圍繞汽車裝備、新能源裝備、節能環保裝備等方 向發展裝備自動化。 “十二五”期間我國自動化儀表行業市場需將持續穩定增長，年復合增長率為 20%左 右， “十二五”末期，市場容量或將超過 3500 億元。 隨著經濟和技術的發展，對自動化控制和檢測技術的要注越來越高，從而出現 了大量自動化控制和檢測的新技術和新產品，如功能安

22、全儀表系統，無線儀表等技 術和產品。其中工業自動化儀表，基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表、 特種和專用的自動化儀表是其發展重點。 1.3.2 國外儀器儀表發展趨勢： 工業自動化控制儀表主要包括變送器、調節器、調節閥等設備控制儀表從基地 式調節器變送、指示、調節一體化的儀表開始經歷了氣動、電動單元組合儀表到計 算機控制系統 ddc 直至今日的分散控制系統 dcs 已經走過了 20 多年的里程。dcs 以 其高度的可靠性,易于擴充的功能、漂亮的圖形界面、方便的組態軟件、豐富的控制 算法、開放的聯網能力等優點得到迅速的發展,成為計算機工業控制系統的主流。 plc 以其結構緊湊、功能簡單、速

23、度快、可靠性高、價格低等優點,迅速獲得廣泛應 用已成為與 dcs 并駕齊驅的另一種主流工業控制系統。目前以 plc 為基礎的 dcs 發 展很快，plc 與 dcs 相互滲透、相互融合、相互競爭已成為當前工業控制系統的發 展趨勢。 開放化 開放化及小型化 downsiz 顧客服務系統等新的關鍵技術已進入自動化行業與以 往 dcs 相對應的 pc 機控制系統也已經出現。近幾年 pc 機及其相關技術的迅速發展 將對今后產生重大影響。開放化潮流的背景有下述兩方面： a 大量生產的 pc 機已在企業和家庭中廣泛作為信息設備。 b 控制系統的范圍逐漸擴大，用戶希望自選設備并能簡單方便地把它相互連接 起來

24、進行統一管理。 提供新的服務 a 系統集成system integrator 開放化通過多賣方技術設備的綜合、建立系統，這就需要高效運行的控制系統 集成業務，根據用戶對象熟悉系統中的各種自動化儀表選擇最佳設備。今后的趨勢 是由專門的 si 部門來代替用戶組成系統。 b系統維修 用通用信息處理設備組成的控制系統，當故障出現時判別哪臺設備出故障是非 常困難的。儀表制造廠不僅要對自己的產品，還必須對在系統中的通用信息處理設 備提供一定程度的綜合維修服務。 dcs經歷了初創從1975年到1980年，成熟從1980年到1985年，擴展從 1985年以后幾個發展時期。在控制功能完善、信息處理能力、速度及組

25、態軟件等方 面取得了令人矚目的成就，已經成為計算機控制系統的主流。當今幾乎每個發達國 家都有生產自己的 dcs 生產廠家。主要生產廠家集中在美國、日本、德國等多家公 司如美國的霍尼韋爾honeywell tdc300、tdc3000、xs9000、foxboroi/a、swestinghouse wdpfa bbmod30,日本橫河yokoyawacenumxl,日立hia cs30005000,德國的西 門子 siemenstelenermmsipa os200,加拿大貝萊ba ileyn90。 目前世界上約有200家 plc 生產廠家目前占控制市場份額30%，主要生產廠家有 美國的 ab

26、公司、莫迪康公司、ge 公司、德國的西門子公司、法國的 teleme cangu 公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機公司。plc 將與 ipcdcs 集成 plc 逐漸成為占自 動化裝置及過程控制系統最大市場份額的產品。據美國專家預測，到2000年 plc 占 控制市場份額將超過50%。 現場總線技術是九十年代迅速發展起來的一種用于各種現場自動化設備與其控 制系統的網絡通信技術，是一種用于各種現場的儀表，包括變送器、執行器、記錄 儀、單回路調節器、可編程序控制器、流程分析器等基于計算機的控制系統之間進 行的數據通信系統。有人預測基于現場總線的fcsfieidbus control system將

27、取 代dcs，成為控制系統的主角。internet和intranet技術也將進入控制領域，計 算機自動化系統也將滲透到企業，從生產到管理、直到經營的方方面面。 自動化產品市場需求將快速增長 全球的自動化產品市場銷售額預測如下：全球的過程自動化產品市場銷售額在 1996年達461億美元，到2001年將增長到559億美元。預計在2006年將達到700億 美元。從1996年到2001年間的年平均增長率為3.9%，而從2001年到2006年年平均增 長率將達到4.6%，以不變價格計算則2006年的銷售額為761億美元。主要應用于玻璃、 陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業、軋鋼和鋁板材工業、化學、食品和制藥業、石

28、化工業、 紙漿和造紙業、環保、礦山、石油和天燃氣工業等。 1996年的自動化產品系統和維修的461億美元中有406億美元是屬于自動化工程 項目方面，有54億美元是用于操作方面。測量和自動化技術作為新的投資在工廠現 代化投資中將增長2-3倍。2006年全球過程自動化產品的市場需求情況為：礦山工業 為70億美元、原材料工業為90億美元、過程工業為360億美元、電站為110億美元、 環保工業為70億美元。就全球地區而言北美占27.2%，西歐占26%，亞非不包括日本 占21.1%，日本占12.3%，東歐占4.7%，南美占4.9%，其它地區占3.7%，從中看出亞 非地區的市場發展前景最好。 （2）、科學

29、儀器 科學儀器含光學儀器和分析析器 a 光學儀器 光學儀器是工農業生產、資源勘探、空間探索、科學實驗、國防建設以及社會 生活各個領域不可缺少的觀察、測試、分析、控制、記錄和傳遞工具。特別是現代 光學儀器的功能已成為人腦神經功能的延伸和拓展。 集成電路生產所用制造設備品種的40%，數量的60%都是光學設備，而檢驗儀器 所占比重就更大。計量工作約有90%屬幾何尺寸測量，其中主要用光學計量儀器來完 成。過去在計量室測量一個凸輪需要數小時，現在車間生產現場用計算機控制的三 坐標測量機進行測量只需10分鐘。軋鋼生產現場條件極其惡劣，被測件溫度超過 1000，運動速度為數米每秒并伴有振動、高溫、氧化層飛濺

30、、冷卻水霧彌漫和強 電磁干擾。利用 ccd 光電在線測徑系統在軋鋼生產中進行在線尺寸檢測控制了生產 流程，就能保證產品高質量和生產高效率。 光學遙感儀器幫助人類解決面臨的能源、糧食、氣象預報、環境監測等方面的 重大問題。15號阿波羅飛船上裝載的光學遙感儀器就有近十種。美國在70年代先后 發射三顆陸地衛星花費2.5億美元，但所獲經濟效益大得多，其中僅用遙感儀器監視 洪水、探測農作物病蟲害、改進油田勘探以及糧食估產等幾項每年的經濟收益估計 就達15億美元以上。 由于光電系統具有光學和電子兩方面的技術優勢，從而能滿足生產過程中的自 動監控以及圖象分析、精密測量、信息處理和傳輸、微觀觀察、記錄、顯示、

31、傳遞 和儲存。利用光電轉換能在太空、深水、高溫、有毒有害氣體、核輻射等各種特殊 環境下正常地工作。因此光機電一體化的現代光學儀器或光電儀器設備應用十分廣 泛。 現代光學儀器的發展趨勢： 隨著光學儀器產業結構的全球性調整，主要工業發達國家競相發展高技術產品， 使傳統的光學儀器已向現代光學儀器轉變。美、日、德等國為了發展現代化的光學 儀器工業，大力開發和應用各種新技術、新器件、新材料、新原理，系統地應用光 機電綜合技術以最快的速度開發新穎的高附加值產品投入市場，使光學儀器向產業 高技術化、產品高附加值化和智能化、企業集團化和國際化、制造技術柔性化方向 發展。 現代光學儀器的特征： 1、現代光學儀器

32、沖破了傳統理論，以幾何光學或物理光學為基礎的束縛光學技 術同其它學科和技術不斷融化、滲透派生出新的學科分支，形成許多交叉發展的領 域，打破了長期來光學的傳統應用范圍。如以傅里葉變換原理為基礎的各類傅里葉 變換光譜儀，基于光聲效應的激光光聲光譜儀，利用激光開拓新的測量原理、方法， 使眾多的激光計量檢測儀器問世。激光技術與傳統的顯微鏡相結合，開發出激光掃 描顯微鏡。另外，有一系列產品應用光電轉換原理生產了一大批新穎的光電儀器， 許多新技術如激光、紅外、光纖、光信息處理、微光學等得到開發應用。 2、結構上打破了以光學和機械為主體的基本框架，集光學、機械、電子、計 算機于一體，電子技術、計算機及其軟件

33、成為儀器不可分割的重要組成部分。 3、擺脫了傳統光學儀器離不開人的操作和觀測的經典模式，操作、檢測、數 據處理和信息傳遞實現自動化。工作效率、可靠性是傳統光學儀器無可比擬的。 4、設計方法上日益采用計算機輔助設計、優化設計和 quot 優化設計。整個系 列產品品種之間零部件通用性強、標準化程度高、標準件多，因而使儀器成本下降， 質量提高。 5、現代光學儀器的質量評價標準更全面、更嚴格。過去評價傳統光學儀器的 質量主要著眼于功能指標，即儀器的使用范圍、精度等級、靈敏度、重復性、穩定 性及結構特性等。如今較全面地客觀評價現代光學儀器的質量指標、可靠性、工藝 性、經濟性、人機學指標、美學指標、標準化

34、及專利權指標等八個方面。 發展趨勢： 從傳統光學儀器轉變為現代光學儀器，關鍵在于計算機化，而微電子技術是基 礎。光譜儀器發展最快。發達國家80年代已實現微機化，現已向聯用技術、全自動 化，如內裝機械手等機器人系統實現無人操作，向實驗室信息管理系統自動化及智 能化方向發展。光學計量儀器從大型精密儀器-三坐標測量機到傳統的自準直儀和 投影儀，都已實現微機化、光電化。激光技術的結合和ccd等光電器件的引入更 為快速、準確、可靠的線檢測和監控創造了條件。 未來10年由于高新技術的發展和應用將進一步推動光學儀器實現光機電一體化 和智能化。現今的智能化儀器更確切地應稱為 quot 微機化儀器。而更高程度的

35、智能 化是信息技術的最高層次應用，包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，是數 值、邏輯與知識的綜合分析結果智能化的標志，是知識的表達與應用。電子技術、 計算機技術和光電器件的不斷發展和功能的完善為儀器向更高檔次的智能發展創造 了條件。 未來10年光和電的滲透會進一步強化更多的新技術、新器件的推廣應用，因而 在光機電一體化的基礎上融入不同原理，派生出新用途的產品，以滿足各領域日益 增長的需求。具有優異性能的光電器件和功能材料的開發和應用將加速現代光學儀 器的發展，如 ccd 器件、半導體激光器、光纖傳感器等制造技術趨于成熟，實際應 用已獲突破，顯示了廣泛的應用前景，必將使光學儀器領域發生重要變

36、革，推動產 品向小型化、高分辨、光電化和自動化發展。 a、光學計量儀器 未來的光學計量儀器儀表必須簡化設計，大量壓縮零部件，提高智能化，便于 操作，發展在線計量測試儀器儀表。 利用物理學的新效應和高新技術及其成就開發新型計量測試儀器儀表和新型高 靈敏度、高穩定性、強抗干擾能力的新型傳感器技術，如： 利用高溫超導量子干涉器 sguid 開發計量測試儀器、物理學測試儀器、地 學和地質學儀器、化學分析儀器、醫學儀器、無損材料檢驗儀器等。 利用橢偏技術來檢測光纖、光學玻璃等這是大家所共知的，它與近場光學 相結合不僅可以測量表面精細結構，同時根據近場光學反射偏振信息可以分辨出被 測物體的材料，這是目前實

37、驗研究的新探索。將可調諧穩頻激光光譜儀的技術用于 高精密的幾何量與機械量及多種無形態的量的測量，如高精度的折射率測量、光波 波前沿的測量、超薄膜層厚度的測量等。 開發新一代微型光纖傳導激光干涉儀。它測量范圍可以從納米到幾米或更 大的范圍，分辨率可達10nm，并且克服了 hp 激光干涉儀的缺點，它具有 hp 激光干 涉儀的一切功能。另外，它還可用于稱重研制新型電子天平、高精度的電子皮帶稱、 高分辨率的壓力計等。 發展納米測量技術建立納米計量測試標準。這是當今在計量與測量技術研 究中十分活躍的課題。 發展測量機器人。類似的測量儀器已出現。即 zeissscanmax 三坐標測量機， 操作十分方便，

38、工人學習510分鐘即掌握使用；可放在車間使用；自動修正影響測量 精度的外界干擾；目前的測量精度為35m。 利用了智能機器人技術，但要保證測量量值的計量正確性是一個十分復雜理論 和技術問題，目前已得到初步解決。 環境保護科學儀器儀表的發展與進步將是當今和21世紀的重點研究領域。有關 環保科學儀器儀表的檢測和有關這方面的配套的計量儀器儀表還缺乏，用于生產安 全與防護的科學儀器儀表也還需大力開發與發展，將成為儀器儀表行業的新分支。 b、分析儀器 分析儀器是集光、機、電、化、計算機等多學科技術為一體的高技術產品在計 算機技術、微電子技術、現代數字手段、信息處理論數字圖像技術以及人工智能技 術的發展推動

39、下，分析儀器儀器正向智能化方向發展智能化，包括理解、推理、判 斷、分析等一系列功能。 分析儀器智能化發展趨勢主要表現是：基于微電子技術和計算機技術的應用實 現分析儀器的自動化。通過計算機控制器和數字模型進行數據采集、運算、統計、 分析、處理，提高分析儀器數據處理能力。數字圖像處理系統實現了分析儀器數字 圖像處理功能的發展，以及分析儀器的聯用技術與人工智能的廣泛應用等。這些使 現代分析測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器的超小型化的發展趨勢。 世界分析儀器事業持續快速發展可以由兩個角度來看： 從技術發展角度來看，世紀之交的世界分析儀器技術可以說正在經歷一場革命 性變化。傳統的光學、熱學、

40、電化學、色譜、波譜類分析技術都已從經典的化學精 密機械電子學結構、實驗室內人工操作應用模式轉化為光、機、電、計算機一體化、 自動化的結構，并正向更名副其實的智能系統發展，帶動有自診斷自控、自調、自 行判斷決策等高智能功能系統的發展。其可與多臺儀器、多個實驗室結合的綜合分 析管理系統 lims laboratory information management system 已經推廣應用，計 算機內裝上調制解調器從而可以上網，制造廠商可與全球用戶或用戶之間實現實時 信息交流。例如，廠商對用戶正在使用的儀器進行遠距診斷、指導，正確使用或提 出維修指導。各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進行數據互

41、換、情報共享等 已經不是研究開發的方向，普遍應用亦已指日可待。 從世界分析儀器銷售增勢來看：世紀之交在農業、能源、信息、環境、材料、 生物、醫學等領域快速發展的全球需求刺激下，加上分析儀器技術發展推動的分析 儀器更新換代周期不斷縮短，使多年來世界分析儀器市場銷售額保持10%左右甚至更 高的年增長率。這說明分析儀器行業不是 quot 這個夕陽產業，而是能不斷更新，保 持旺盛的生命力的行業。世界分析儀器技術更新快、科技含量高，增長迅猛。 為適應現代高科技研究和產業的迅猛發展，作為信息時代，信息獲取-處理-傳 輸鏈的源頭技術、分析儀器技術的發展是必然的。沒有新的分析方法、分析技術和 相應的全新分析儀

42、器就不能更全面、更靈敏、更可靠、更方便地獲取、研究社會、 環境等領域中的信息，21世紀的信息時代就無從談起。這是世紀之交期間面臨新形 勢的一個特征，也是分析儀器新技術、新元器件、新產品會不斷涌現、科技含量越 來越高的緣由。從另一個角度來說，也是被世界科技和產業、人類社會發展大形勢 的要求逼出來的分析儀器技術適應大形勢發展的結果。 分析技術和分析儀器的應用日益拓展 20世紀前些年經典的分析技術和分析儀器主要是為現代產業大生產服務的，主 要為了適應分析、監控工農業生產、保證產品質量、保障大生產流程，安全高效的 要求而發展、提高的當今世紀之交分析技術和分析儀器的。quot用武之地在于 quot已經大

43、大拓展最引人注目的生物、環保、醫學等有關人的生存、發展領域的應 用。日新月異的現代高科技在軍事方面的發展也促進了分析技術和分析儀器的應用 拓展，例如生物武器、化學武器在戰爭中的使用，使得高速、靈敏、準確的現場毒 物檢測、生命保障任務大大擴大了分析儀器的應用領域。 可以肯定在新世紀到來后，分析技術和分析儀器的應用、拓展趨勢將更加顯著。 必須看準這個發展潮流在分析儀器事業的發展，在思路上擺正位置、選好方向。 21世紀初世界分析儀器市場的年銷售額遞增率為8%-10%，2000年世界市場 將達300億美元。世界分析儀器最大的市場是美國，約占總銷售額的40%，其次是 歐洲，約占27%，第三是日本，約占2

44、0%，中國進口分析儀器僅占世界銷售額的1.4%。 科學儀器的世界市場 科學儀器隨著世界經濟增長市場需求今后可望每年以3%-6%速度的增長。需求潛 力最大的產業部門有通信、電力、信息、生物、生物技術、醫藥、環保等。市場前 景最好的國家和地區為東亞和墨西哥。 全球科學儀器的市場規模約200億美元，主要市場為美、德、日、法、英、意 等工業發達國家。主要生產國和出口國是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年 來部分發展國家對科學儀器的需求增長很快，這些國家地區有智利、捷克、洪都拉 斯、印度、臺灣省、厄瓜多爾、埃及等地，對科學儀器的進口正在以年均15%-30%速 度增長。 1.4 實驗臺設計內容 對 jy

45、cs-型機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺進行整體設計，包括 實驗臺總體結構布局的設計，零部件設計、計算、總圖繪制，各個帶傳動、鏈傳動 的傳動比等計算。 該實驗臺為一機多用的機械設計類綜合實驗臺，將帶傳動實驗、鏈傳動實驗、液 體滑動軸承實驗、靜態螺栓組聯接實驗、動態變載荷螺栓聯接實驗有機地綜合在一個 實驗臺上，使其能測試分析系統，同時該實驗臺利用先進的測試技術和計算分析技術， 讓學生掌握現代測試技術，提高工程實踐能力。 機械系統性能研究及參數可視化分析實驗臺是一部新型的綜合實驗研究分析器材， 具有與基礎學科相關、內在聯系密切的能進行多種機械性能研究測試，把多種實驗有 機的整合到一起的實驗臺

46、，能讓學生把所學的知識貫穿起來。 1.4.1 課題提供的主要參數 （1）電機功率：0.6kw （2）最高轉速：600 rpm （3）傳感器類型：光柵角位移傳感器：1000柵/轉 壓力傳感器：量程10kg blr-14高精度拉壓力傳感器：量程1000kg zb-yb管路壓力傳感器：量程1.6mpa 光電角位移傳感器：180柵/轉 （4）重量：320kg 1.4.2 實驗臺預期達到的功能 （1）、該實驗臺系統可對帶傳動，鏈傳動，滑動軸承，動態螺栓，螺栓組的性能進 行測試分析，也可對整個機械系統性能進行測試分析。 （2）、該實驗臺可對在不同工作條件下工作的傳動部分的性能參數進行檢測，數據 可通過數碼

47、管顯示或計算機自動采集分析。 （3）、通過計算機實時顯示運動參數的實時變化曲線，綜合性強，完整性好，便于 教師指導實驗。 （4）、檢測控制系統以 51 系列單片機組為核心，配有放大、濾波、抗干擾電路實 現數據采集、放大、初步處理和數據通訊，以及電機控制等功能，該系統利用串口 實現數據采集箱和電腦之間的信息通訊； （5）、該實驗臺教學分析軟件以 visual basic 語言為開發平臺，包括實驗內容介 紹、實驗錄像、參數可視化分析、實驗結果分析等內容； （6）、實驗結果可以以文本形式保存，并可在網絡上發送，便于網絡化實驗，使教 師可在網上批改作業； 2 實驗臺總體結構布局 2.1 實驗臺總體構思

48、 本次設計實驗臺的目標是組合帶傳動、鏈傳動、液體動壓軸承、螺栓組靜載荷、 螺栓動載荷各個實驗裝置，測試參數包括轉軸轉速n、液壓油膜壓力p、螺栓組聯 接靜載荷pn、螺栓動載荷加載力f、彈性滑差率、繞接合面的傾覆力矩m等等。 根據以上5個實驗的要求，主要將實驗臺分為5個部分：動力系統、制動系統、 加載系統、測試系統及工作平臺。 2.2 實驗傳動路線的擬定 電機帶傳動級傳動軸（滑動軸承）靜態負載 如圖2.1所示： 圖 2.1 滑動軸瓦油膜壓力分布分析實驗 電機帶傳動級傳動軸（滑動軸承） 鏈傳動級傳動軸動態負載（動態螺栓） ，如圖 2.2 所示： 圖 2.2 系統速度波動實驗圖 電機帶傳動級傳動軸（磁

49、粉制動器） ，如圖2.3所示： 圖 2. 3 帶傳動實驗圖 電機鏈傳動級傳動軸動態負載（動態螺栓） ，如圖2.4所示： 圖 2.4 鏈傳動實驗圖 2.3 實驗臺總體結構布局圖 通過對上述各種實驗傳動路線的分析，可以設計出如下的 jycs-型機械系統 性能研究及參數可視化分析實驗臺。實驗臺總體結構布局如圖 2.3 所示： 圖2.3實驗臺總體結構布局 2.4 制動系統的選擇 機械功率開放式實驗臺的加載器的種類大致有以下3種。機械制動器結構 簡單，制造容易，使用靈活，并有一定的測量精度，但制動器發熱大，需要強制 冷卻，且載荷不夠穩定，制動輪磨損快，速度不能過高；磁粉制動器結構簡單， 操作方便，運轉平

50、穩，能適用于高頻加載，且有定型產品可以選購，但這種制動 器運轉發熱量大，溫升高，易引起激磁線圈內阻增加，從而使負載力矩不穩定， 制動器需要強制水冷。渦流消功器式在低速時有很好的制動效果，可不必采用增 速器，改變負荷時平穩、方便，很容易實現程序控制，結構也較簡單，但這種制 動器因渦流產生的熱量需要循環水帶走，耗能大，不適合大功率實驗裝置。因 此在加載器的選擇方面，選用磁粉制動器 1。 2.4.1 磁粉制動器的簡介2： 磁粉制動器是根據電磁原理和利用磁粉傳遞轉矩的。其具有激磁電流和傳遞 轉矩基本成線性關系的特點。在同滑差無關的情況下能夠傳遞一定的轉矩，具有 響應速度快、結構簡單、無污染、無噪音、無

51、沖擊振動節約能源等優點。是一種 多用途、性能優越的自動控制元件。現已被廣泛應用于造紙、印刷、 塑料、 橡膠、紡織、印染、電線電纜、冶金、壓片機以及其他有關卷取加工行業中的放 卷和收卷張力控制。磁粉制動器還經常被用于傳動機械的測功加載和制動等。磁 粉制動器和 磁粉離合器經常配對使用。 磁粉制動器工作原理：磁粉制動器主要有制動架，制動件和操縱裝置組成。有 些制動器還裝有制動件間隙的自動調整裝置，為了減少制動力矩和結構尺寸，制動 器通常裝在設備的高速軸上，運用剎車、閘來對機械運動件和機械零配件的停止和 減速。 2.4.2 磁粉制動器用途 3： （1）緩沖起動，停止用：利用連結時的圓滑特性及定轉矩特性

52、達到緩沖起動 和停止。 （2）連續滑動、張力控制用。 （3）轉矩限制器用。 （4）高速應答用。 （5）動力吸收用。 （6）定位停止用。 （7）模擬負載用。 圖2.4 單軸磁粉制動器 2.4.3 磁粉制動器具有以下幾大特點： （1）可以輕松進行大范圍的控制。 （2）可以達到連續滑動運轉。 （3）可以得到安定的扭力。 （4）無鳴叫音。動作面的滯滑現象會發生于摩擦方式，但是在此不會出現， 而且也不會發出連結音，所以運轉相當安靜。 （5）熱容量很大。由于使用了耐熱性優越的磁粉及運用了理想的冷卻方法， 即使是過于嚴酷的連續滑動運轉，也可以安心使用。 （6）可以達到平順的連續及驅動狀態。由于靜摩擦系數和動

53、摩擦系數幾乎一 樣，所以完全連結時不會產生震蕩，可以因應負載加減速度。 2.4.4 磁粉制動器的基本原理和構造 2： 磁粉制動器由定子和轉子兩部分組成（如圖2.5）。定子上有線圈，定子 和轉子的有關部分組成磁路。在定子和轉子之間的工作間隙中填充一定數量的磁 粉，線圈通電后，磁路中產生磁通，磁粉在電磁吸引力的作用下形成磁粉鏈。當 轉子旋轉時定子通過磁粉鏈作用于轉子的一個制動力矩。改變線圈中的電流，就 可以調節電磁引力的大小，從而控制制動力矩。 磁粉制動器是一種性能優越的自動控制元件。它以磁粉為工作介質，以激磁 電流為控制手段，達到控制制動或傳遞轉矩的目的。其輸出轉矩與激磁電流呈良 好的線性關系而

54、與轉速或滑差無關，并具有響應速度快結構簡單等優點。廣泛應 用于印刷、包裝、造紙及紙品加工、紡織、金屬箔帶加工等有關卷取裝置的張力 自動控制系統中。磁粉制動器還可作為模擬加載器使用，與轉矩轉速傳感器和轉 矩轉速功率測量儀配套組成成套測功裝置，廣泛用于電機、內燃機、變速箱等動 力及傳動機械的功率、效率測量。 磁粉制動器的基本特性有如下兩點 : 1.激磁電流-力矩特性； 激磁電流與轉矩基本成線性關系，通過調節激磁電流可以控制力矩的大小。 其特性如圖2.6中左圖所示。 2.轉速-力矩特性： 力矩與轉速無關，保持定值。靜力矩和動力矩沒有差別。其特性如圖2.6 右圖所示： 磁粉制動器的選型一般以其最大制動

55、轉矩來確定，該儀器不支持使用徑向承 受主傳動力的安裝方式，如懸臂安裝皮帶輪、齒輪等，支持使用連軸節式安裝力 方式。cz- 5型磁粉制動器采用水冷的冷卻方式，技術參數如下 4： 圖2.5磁粉制動器的結構圖 圖2.6磁粉制動器基本特性圖 3 本實驗臺的組成及調整 3.1 結構流程圖 動力部分螺栓組螺栓動態螺栓液壓滑動軸承制動系統 圖 3.1 實驗臺結構流程圖 3.1.1 動力部分的組成5 實驗臺 1、內六角螺釘 m612 2、導軌 3.指針 4、(平、三角)皮帶輪 5、聯軸接 6、支座 7、軸承 8、法蘭 9、直流電機 10、過渡接 11、光電傳感器 12、初拉力調整裝置 13、支撐塊 14、壓頭

56、15、測力傳感器 16、電機安裝 板 圖 3.2 動力部分 3.1.2 液體動壓軸承實驗裝置的組成6如圖 3.3: 1、放油螺塞 2、箱體 3、軸瓦 4、油管組件 5、測力壓頭 6、測力傳 感器7、平衡錘 8、壓力傳感器(管路) 9、三角帶輪(鏈輪) 10、光電傳感器 11、軸承蓋 12、主軸 13、軸承 14、油封15、(平、三角)皮帶輪 16、傳感 器支架 圖 3.3 液體動壓軸承 軸瓦的結構 傳 感 器 支 架 固 定 螺 孔 138 r37.5 承 壓 塊r62 進 油 孔 61 出 油 孔 測 力 壓 頭 固 定 孔 圖 3.4 軸瓦 3.1.3 螺栓組聯接的組成 1、承壓軸承 2、

57、導向支持座 3、彈性體 4、荷重傳感器 5、平壓頭 6、加載螺 桿 7、牽引架 8、被聯接立柱 9、螺栓組(25 根) 10、雙頭螺柱 11、組合加載器 軸 瓦 中 心 箱 體 承 壓 塊 2 3 4 5 6 789 35353535 10 110 1 104 11 圖 3.5 螺栓組聯接及加載方式 64 10 8 46 10 50 m10 圖 3.6 螺栓組聯接中螺栓的尺寸 3.1.4 動態螺栓變載荷的組成（如圖 3.7） 1、固定塊 2、動態螺栓支架 3、導柱 4、聯接螺栓 5、移動上座 6、 壓簧 7、挺桿 8、滾子 9、偏心凸輪 10、軸承11、傳感器座 12、光柵角 位移傳感器 13

58、、軸承蓋 14、傳動軸 15、三角帶輪(鏈輪) 16、內六角螺釘 m1040 底 架 安 裝 板 1 2 3 4 5 67 16 12 11 10 9 8 13 14 15 圖 3.7 動態螺栓變載荷的結構 3.1.5 平皮帶、三角皮帶傳動 (1)平皮帶輪、三角皮帶輪6的結構如圖 3.8 所示 8 28 30 1201 120 28 30 113 8 平皮帶輪 三角皮帶輪 圖 3.8 帶輪結構 (2)帶傳動的安裝組合形式 300(平 皮 帶 傳 動 中 心 距 ) 310(三 角 皮 帶 傳 動 中 心 距 ) 1 2 3 4 5 6 圖 3.9 帶傳動主視圖 1、定位塊 2、電機 3、平皮帶

59、(三角皮帶 a-920) 4、液體動壓軸承 5、組 合加載器 6、螺栓組聯接 在帶傳動中液體動壓軸承(4)作為負載使用。啟動驅動源(1)使帶輪按逆時針方向 旋轉，通過組合加載器(5)逐步給液體動壓軸承(4)加載至所需的負荷即可進行各項實 驗。定距(初拉力)調整裝置(1)用于調整帶的張緊力。 圖 6.9 所示為平皮帶傳動。當需進行三角帶傳動時可按以下步驟進行: （1） 、卸下平皮帶并松開平皮帶輪(圖 3.8)的軸擋螺栓。 （2） 、用拉碼將平皮帶輪卸出。 （3） 、將三角皮帶輪的鍵槽與鍵對齊，用銅棒輕輕敲入并用螺栓將軸擋擰緊， 再套入 a-920三角皮帶。 （4） 、用內六角扳手松開內六角螺釘m

60、612(1)，轉動初拉力調整裝置(1)上的 調節螺栓將三角帶調整至張緊力 4 本實驗臺上帶傳動和軸的機構設計計算 4.1 帶輪傳動的計算 已知條件： =100mm =150mm（電機主軸與負載軸中心線到壓力傳感器支 1 l 2 l 點的距離） 帶輪直徑：=120mm 1 d 2 d 包角： 0 180 帶的截面積：a=302=60mm2 電機的傳動功率：p=0.6kw 主動軸轉速：n1=600r/min； 從動軸轉速n2=600r/min； 傳動比： i=n1/n2=1。 因為這個帶傳動的載荷變動微小7，每天的工作時間并不長，所以課本查表可得工作 情況系數ka=1.0. 計算功率:pca=ka