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多功能材料试验机设计

的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸压缩弯曲剪切扭转冲击疲劳蠕变持久松弛磨损硬度等试验。在研究探索新材料新工艺新技术和新结构的过程中，试验机是种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械冶金石油化工建材建工航空航天造船交通运输等工业部门以及大专院校科研院所的相关实验室。对有效使用材料改进工艺提高产品质量降低成本保证产品安全可靠等都具有重要作用。材料试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类静负荷试验机静态和动负荷试验机动态。其中静态试验机个主要组成部分万能试验机又可分为液压万能试验机电液伺服万能试验机和电子万能试验机。.国内外试验机研究的现状中国材料试验机的现状验机制造行业在旧中国是空白，中华民共和国成立后，党和政府十分重视我国计量检测事业的历史悠久，但试计量检测技术的发展，采取了许多重要措来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有图电子万能试验机从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机如拉压万能试验机扭转试验机松弛试验机持久强渡试验机蠕变试验机复合应力试验机等和动负荷试验机如冲击试验机和疲劳试验机等的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。我国万能材料试验机市场已形成定规模，试验机产品的发展日趋大型化智能化动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有定的竞争能力。电子万能材料试验机落地式主要用于金属非金属材料的拉伸压缩弯曲等力学性能测试和分析研究。广泛应用于航天航空石油化工机械制造塑料橡胶陶瓷建材金属材料建筑工程等行业，以及高等院校科研机构技术监督质检站所等部门。可根据等标准进行拉伸压缩弯曲剪切及各种高低温试验，可检测材料的屈服强度抗拉压弯强度延伸率非比例强度弹性模量等参数。电子万能试验机落地式性能特点电子万能试验机落地式采用双空间落地式结构，上空间拉伸，下空间压缩弯曲。主机部分由四立柱上横梁中横梁工作台组成落地式框架，调速系统安装在工作台下部，由调速精度高范围宽性能稳定的交流伺服电机通过同步齿形带减速系统带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠副驱动中横梁，带动拉伸附具或压缩弯曲附具上下移动，实现试样的加荷和卸载。该结构具有高刚度高效率传动稳定。本主机采用先进的全数字闭环控制系统进行控制及测量，采用计算机进行试验过程及试验曲线的动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再分析编辑，产品性能达到国际先进水平。图系列数显式液压万能试验机主要用于金属材料的拉伸压缩弯曲等图数显式液压万能试验机力学性能试验，增加简单的附件后可对水泥混凝土砖瓦橡胶及其制品进行检测。本机由双立柱双丝杠油缸下置式主机及琴式油源控制柜组成。拉伸空间位于主机上方，压缩弯曲试验位于主机下方即中横梁和工作台之间。试验空间的调整通过移动中横梁来实现，中横梁升降采用链条传动。手动调整送油阀进油量来实现材料的拉伸压缩弯曲等试验。试验完成后自动求取材料的最大力抗拉强度等试验结果。系液压万能试验机性能特点特制超厚钳口座在钳口夹持试样时使钳口完全包容在钳口座体内，使试样夹持更加可靠，杜绝了因钳口座浅而呈喇叭状变形损坏的可能，大大提高了设备的使用寿命。在钳口座和钳口卡板之间增加了耐磨衬板，杜绝金属拉伸过程中氧化皮掉入，致使钳口座斜面划伤的现象，使夹持过程更顺滑，加成更牢靠。测控系统运行速度快界面温和具有多种试样信息输入模式，可满足不同材料的测试。对于相同条件的试样次输入多个自动生成。试验力显示全程分辨率不变，以确保实验数据测量的准确性。试验数据试验力加载速率和试验曲线随试验过程动态实时屏幕显示。实验结束后实验数据自动分析自动存储和打印。当负荷超过慢量程的是自动过载保护停机。分解试验日期可自动查询相关历史记录。软件预留数据接口，方便于试验室间隔局域联网，便于试验数据管理。图液压伺服万能试验机微机控制电液伺服万能试验机主要用于金属材料的拉伸压缩弯曲剪切等试验，增加简单的附件和装置，还能对木材水泥混凝土橡胶及其制品进行试验。微机控制电液伺服万能试验机主要参数最大试验力试验力示值相对误差示值试验力测量范围最大试验力的等速应力控制范围•应力速率误差等速应变控制范围应变速率误差等速位移控制范围.位移速度相对误差夹紧方式液压夹紧圆试样夹持直径范围扁试样夹持厚度范围扁试样夹持宽度最大拉伸试验空间最大压缩试验空间控制柜外形尺寸主机外形尺寸电机功率.主机质量第二章设计方案.方案简述方案锥齿轮传动电动机产生动力通过减速箱，经过蜗轮蜗杆的传动，带动圆锥齿轮运动，再由圆锥齿轮的转动带动丝杆转动。同时，与丝杆配合的丝杆螺母带动上横梁上下运动。下夹具固定在试验台上，至此完成试验。图方案方案二链轮传动电动机产生动力输出到减速器，然后进入蜗轮蜗杆传动系统，进步减速幷改变运动旋转方向后，通过链传动系统传递到丝杆。由链轮的传动带动丝杆传动。同时与丝杆配合的丝杆螺母带动横梁上下运动，而下夹具固定在试验台上，至此完成试验。图方案方案三丝杆传动电动机产生动力后输出到减速器，然后由涡轮带动丝杆传动。丝杆转动同时两个丝杆螺母同步背向或相向运动，两个连杆同时远离或靠近。这就是下夹具所在试验台向上或向下运动。上面横梁可以固定，也可以在液压，丝杆等外力驱动下上下运动，至此完成试验。图方案三方案四液压传动本方案与上述两种文件有所不同，本方案是由油泵驱动油缸里的活塞提供外部试验力。油泵输出油经进油管达到液压缸，然后经回油管路流回回油缸再次利用。液压系统带动上横梁上下运动。下夹具通过离合器与减速箱电动机连在起产生扭转运动，而上夹具则固定在上横梁上。此方案要求液压系统要有较精确的控制阀配合才能实现试验目的。图方案四.方案比较方案滚珠丝杠螺母传动机构是在丝杠和螺母之间放入滚珠作为中间件，是丝杠与螺母的滑动摩擦传动变为滚动摩擦传动。滚珠丝杠螺母传动机构具有下述优点传动精度高，运动平稳，无爬行现象滚动丝杠传动基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性，且不会出现爬行现象其静摩擦系数与动摩擦系数相差极小。有可逆性滚珠丝杠摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动。采用滚珠丝杆传动,并且蜗杆传动带有自锁作用，可以实现丝杆自锁蜗杆传动有两个输出轴，并且转向相同，所以丝杆螺纹旋向要相反，才能使丝杆螺母运动方向致。成本高滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求较高，光洁度要求也较高，故制造成本高。方案二虽然链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。但是只能实现平行轴间链轮的同向传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比磨损后易发生调齿工作是有噪声振动冲击。方案三丝杠水平放置利于自锁。水平状态下不受自重惯性力，故运动停止较为容易。采用涡轮驱动丝杠，由于涡轮尤其是单头涡轮传动效率低，传动精确度也较差。同时涡轮般采用较为贵重的减摩材料如青铜制造，从而增加了制造成本。工作台有两个连杆驱动所承受力较小。在较大试验力时，连杆安全性降低，必须增大连杆尺寸，这就使得试验机所需较大的外功率来驱动。方案四由于采用了液压驱动，故有以下特点液压传动能够实现无级变速，工作平稳同功率时液压装置体积小质量轻液体为工作介质易泄露，造成污染油液可压缩故传动比不准确传动过程中损失较大，效率较低液压传动对油温和负载变化极为敏感，对外部环境要求较高液压元件精度高，造价高液压传动旦出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。综合上述四种方案的优缺点以及目前市场上主流试验机形式，最后决定选择第种方案为本设计所采取的最终方案。第三章运动动力设计和相关计算.电动机的选择由设计要求已知条件可知，假设试验机横梁设计速度为.试验机所施加的外力为。故式中试验机输出力，丝杆速度，.电动机功率在传递过程中必然有定的损失。参考机械工程手册可知，丝杆与丝杆螺母间传动效率为.，在这里取.锥齿轮之间传动效率为.级精度，般齿轮传动，涡轮蜗杆间传动效率为.，其他连接件传动效率为.，其他联接件传动效率为.。故所以式中试验机有效功率试验机总效率。查阅电机手册结合实际情况选择合适型号为，它的额定功率为.满载转速为。.传动装置总传动比的计算及其分配已知横梁速度以此求得丝杠转速。式中丝杆速度，丝杆螺距，。电动机选定后，按照电动机的满载转速及试验机工作部分转速，可计算出传动装置的总传动比再按照常用传动机构性能及适用范围，初步选择各个出动部分传动比如下.。.蜗轮蜗杆传动系统的设计与校核由设计要求可以知，涡轮输入功率蜗轮输入转速传动比预期寿命涡轮蜗杆材料的选择考虑到蜗杆速度不大，选择蜗杆材料为钢，幷将其淬火至，保证效率高且耐磨性好，涡轮材料为制造锡青铜，金属膜铸造。蜗杆传动类型的选择根据，决定采用渐开线蜗杆蜗杆。按齿面接触疲劳强度进行设计，根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。查机械设计，得到按涡轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为确定作用在蜗轮上的转矩确定载荷系数，其中为使用系数，在表选取使用系数.，因工作载荷较稳定，载荷分布不均现象将由于工作表面良好的磨合而得到改善，故取齿向载荷分布系数由于转速不高，传动较平稳，冲击不大，可取动载系数，则确定弹性影响系数因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图中可查得接触系数.确定许用接触应力根据蜗轮材料为采用,金属模铸造，蜗杆采用钢淬火，齿面硬度大于，可从表查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次数其中为涡轮每转转每个轮齿啮合的次数，为涡轮转速，为工作寿命。则接触强度的寿命系数则计算中心距根据表，取中心距，因，按，故从表中取模数，蜗杆分度圆直径。则，从图中可查询接触系数，因为，因此以上计算结果可用。．蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚蜗轮蜗轮齿数变位系数验算传动比这时传动比误差为是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径涡轮齿顶圆直径，取。，取。涡轮齿宽，取。.校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，从图中可查得齿形系数。螺旋角系数许用弯曲应力从表中查得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度是满足的。.验算效率已知与相对滑动速度有关。从表中用插值法查得，代入式中得。大于原估计值，因此不用重算。.精度等级公差和表面粗糙度的确定从圆柱蜗杆蜗轮精度中选择级精度，侧隙种类为,标注为,。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。由于蜗杆滑动速度较低，产生热量较少，故可以不进行温度验算。试验机