電機可靠性試驗臺設(shè)計【說明書+CAD+SolidEdge】

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湘 潭 大 學 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 電機可靠性試驗臺設(shè)計 學號： xxxx 姓名： xxxx 專業(yè)： 10機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師： xxxx 系主任： xxxx 一、主要內(nèi)容及基本要求 研究內(nèi)容：設(shè)計一個能進行無刷直流電機可靠性試驗臺，要求通過增加電機載荷　的方式對無刷直流電機進行加速壽命試驗。具體內(nèi)容如下：　　　　　　　　　 　　　1．無刷直流電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　2．動力元件的選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　3．傳動機構(gòu)的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　4．其他零部件的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 基本要求：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．技術(shù)指標要求符合設(shè)計要求 。 2．繪制測試臺總裝配圖和主要零件圖。要求圖紙不少于2.5張A0圖紙。 　3．翻譯一篇不少于3000字的外文文獻。 　4．撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，要求不少于1萬字。 二、重點研究的問題 1．電機可靠性試驗臺設(shè)計中測試方案的選擇。　　　　　　　　　　　　　 2．關(guān)鍵零部件的計算與設(shè)計。 3．技術(shù)指標：轉(zhuǎn)速：2000rpm　　　功 率：400W　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 　 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱文獻，收集資料 第1周 2 確定總體方案 第2~3周 3 開題報告 第4周 4 主要零部件的設(shè)計與計算 第5~8周 5 中期檢查 第9周 6 完成所有零部件的設(shè)計 第10~12周 7 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 第13~14周 8 準備答辯 第15周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 湘潭大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 電機可靠性試驗臺設(shè)計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 2010500528 姓 名： 彭軍 指導教師： 毛美姣 完成日期： 2014年5月28日 湘潭大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 電機可靠性試驗臺設(shè)計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： xxxxx 學 號： xxxxx 姓 名： xxxxx 指導教師： xxxxx 完成日期： 2014年4月30日 湘潭大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 電機可靠性試驗臺設(shè)計 學號： xxxxx 姓名： xxxxx 專業(yè)： xxxxx 指導教師： xxxxx 系主任： xxxxx 一、主要內(nèi)容及基本要求 研究內(nèi)容：設(shè)計一個能進行無刷直流電機可靠性試驗臺，要求通過增加電機載荷　的方式對無刷直流電機進行加速壽命試驗。具體內(nèi)容如下：　　　　　　　　　 　　　1．無刷直流電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　2．動力元件的選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　3．傳動機構(gòu)的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　4．其他零部件的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　基本要求：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．技術(shù)指標要求符合設(shè)計要求 。 2．繪制測試臺總裝配圖和主要零件圖。要求圖紙不少于2.5張A0圖紙。 　3．翻譯一篇不少于3000字的外文文獻。 　4．撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，要求不少于1萬字。 二、重點研究的問題 1．電機可靠性試驗臺的總體設(shè)計中方案的選擇?！　　　　　　　　　　　　? 2．關(guān)鍵零部件的計算與設(shè)計。 3．技術(shù)指標：轉(zhuǎn)速：2000rpm　　　功 率：400W　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 　 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱文獻，收集資料 第1周 2 確定總體方案 第2~3周 3 開題報告 第4周 4 主要零部件的設(shè)計與計算 第5~8周 5 中期檢查 第9周 6 完成所有零部件的設(shè)計 第10~12周 7 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 第13~14周 8 準備答辯 第15周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 ［1］濮良貴,紀名剛. 機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社,2002. ［2］徐灝.機械設(shè)計手冊-第三卷[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1993. [3]孫垣,陳做模.機械原理[M].高等教育出版社，2006.5. ［4]懂泳,王洪杰.PLC控制技術(shù)在礦用試驗臺上的研究[J].2008，16(6):2. ［5］馮義剛.機車輔助電機試驗臺研制.[碩士學位論文].長沙:中南大學，2003 ［6］陳友翰，儲成國.內(nèi)燃機車輔助電機負荷試驗臺.內(nèi)燃機車，2003 ［7］解蕾,張延遲,解大.風力發(fā)電試驗臺的設(shè)計和研究[J].2007,34(11).3. ［8］張琛.直流無刷電動機原理及應(yīng)用,北京：機械工業(yè)出版社，1996.ISBN7-111-05038-X ［9］王儉樸.內(nèi)燃機車輔助電機綜合試驗臺測控系統(tǒng)研制.南京工程學院學報，2004 ［10］李世蕓.Solid Edge三維設(shè)計教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2003.7. 湘潭大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學號 xxxxx 姓名 xxxxx 專業(yè) xxxxx 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 電機可靠性試驗臺設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 評閱人： 2014年 5 月 日 電機可靠性試驗臺設(shè)計 摘要：主要是控制測功機對無刷直流電機進行空載、加載、堵轉(zhuǎn)試驗。通過傳感器以及相關(guān)的儀器儀表來顯示電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等相關(guān)參數(shù)曲線，來分析電機的可靠性。 關(guān)鍵詞：無刷直流電機;可靠性;試驗臺 The Design of the Motor Reliability Test-bed Abstract： It mainly controls the dynamometer for brushless DC motor no-load, load, locked rotor test.Sensors and related instrumentation to display the curve of the motor speed, torque, power and other relevant parameters to analyze the reliability of the motor. Keywords: Brushless DC Motor，Reliability，Test-bed 目錄 第一章 緒論 2 1.1 選題的目的和現(xiàn)實意義 2 1.2 國內(nèi)外關(guān)于可靠性的基本研究情況 3 1.2.1國內(nèi)外有關(guān)可靠性標準概況 3 1.3 可靠性的相關(guān)理論 5 1.3.1 可靠性的基本概念 5 1.3.2可靠性的要素 5 第二章 電機可靠性試驗臺的整體方案設(shè)計 6 2.1 電機可靠性試驗臺的工作原理 6 2.1.1 無刷直流電機加速壽命試驗的概念 6 2.1.2 加速壽命試驗的類型 6 2.1.3 電機可靠試驗臺的工作原理 7 2.1.4 電機可靠性試驗臺的基本功能 7 2.2 電機可靠性試驗臺整體方案 8 2.2.1電機可靠性試驗臺的三種方案 8 2.2.2 電機可靠性試驗臺的最終選用 10 2.3 本章小結(jié) 10 第三章 電機可靠性試驗臺關(guān)鍵零部件的設(shè)計與計算 11 3.1 無刷直流電機的選擇 11 3.1.1 無刷直流電機的概念 11 3.1.2 直流無刷電機的選型： 11 3.2測功機的選擇 13 3.2.1 測功機的分類 13 3.2.2 測功機型號的選擇 13 3.3 扭矩傳感器的選擇 16 3.4 本章小結(jié) 17 第四章 其他零部件的設(shè)計與計算 18 4.1聯(lián)軸器的選型 18 4.2 鍵的選型 20 4.2.1 鍵的選擇 20 4.3 螺栓、螺母與墊片的選型 21 4.4 螺旋升降機的選型 21 4.5 電機可靠性試驗臺大平板桌的設(shè)計 22 4.6 扭矩傳感器輔助支撐設(shè)計 23 4.7 無刷直流電機的垂直擋板的設(shè)計 23 4.8 無刷直流電機過渡底板的設(shè)計 24 4.9 升降機架的設(shè)計 25 4.10本章小結(jié) 25 致謝 27 參考文獻 28 附錄? 29 第一章 緒論 1.1 選題的目的和現(xiàn)實意義 可靠性工程(Reliability Engineering)是一門涉及面十分廣泛的且新興的綜合性工程學科?？煽啃怨こ淌菫榱吮ＷC產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)及使用過程中達到人們預定的可靠性指標，應(yīng)該采取的技術(shù)及組織管理的措施。這是介于管理科學和技術(shù)之間的一門邊緣學科，可靠性作為一門工程學科，它有自己的體系、技術(shù)和方法。 可靠性問題的提出最初是在軍工領(lǐng)域時期，其后逐步形成完整的工程技術(shù)體系，并逐步應(yīng)用到民用產(chǎn)品中來。四十年代普遍被認為是可靠性的萌芽時期。五十年代是可靠性逐漸興起和形成年代，為了解決軍用電子設(shè)備和復雜導彈系統(tǒng)的可靠性問題,美國國防部成立了一個由軍方、學術(shù)界和工業(yè)部門組成的電子設(shè)備可靠性咨詢組織（AGREE）。AGREE 組織在《軍用電子設(shè)備可靠性》研究報告中提出了可靠性設(shè)計試驗、綜合管理的程序及方法,最終確定了美國可靠性工程的發(fā)展方向和目標,成為了可靠性發(fā)展的奠基文件,標志著可靠性已經(jīng)成為一門獨立的學科,為可靠性工程發(fā)展邁出了一大步。 六十年代是可靠性工程全面發(fā)展的重要階段。AGREE組織提出的一整套可靠性設(shè)計、管理及試驗方法被美國國防部及國家航空航天局所接受，在新研制的裝備中得到了廣泛應(yīng)用并高速發(fā)展，形成了一整套較完善的可靠性設(shè)計、管理及試驗標準。七十年代是可靠性工程的成熟階段。在這一階段建立了一個集中統(tǒng)一的可靠性管理機構(gòu)，用來負責組織、協(xié)調(diào)國防部范圍內(nèi)的可靠性標準、政策、手冊以及重大的研究課題，制定了一整套比較較完善的方法與程序，同時加強了國防部與工業(yè)部門的交流合作。在這一階段主要強調(diào)的是可靠性工程的整體保證，加強元器件的控制，強調(diào)設(shè)計階段的熱設(shè)計和元器件降額使用，強調(diào)環(huán)境應(yīng)力篩選及綜合可靠性試驗。 從八十年代開始，可靠性一直向更深、廣的方向下發(fā)展。在技術(shù)上深入開展機械可靠性、軟件可靠性、微電子器件可靠性和光電器件可靠性的研究，全面推廣計算機輔助設(shè)計技術(shù)在可靠性領(lǐng)域中的應(yīng)用，采用模塊化、綜合化和可靠性高新技術(shù)來提高設(shè)計對象的可靠性，可靠性在世界上得以普遍應(yīng)用和發(fā)展。 到了九十年代，可靠性朝著綜合化、系統(tǒng)化、自動化和智能化的方向發(fā)展。綜合化是指統(tǒng)一的功能綜合設(shè)計，用以提高系統(tǒng)的信息整合利用和資源共享能力；系統(tǒng)化是指研究對象要能構(gòu)成一個有機體系，發(fā)揮單個對象不能發(fā)揮的整體機能；自動化是指設(shè)計對象具有功能的一定自動執(zhí)行能力，可提高產(chǎn)品在使用過程中的可靠性；智能化將計算技術(shù)引入，采用例如人工智能等先進技術(shù)，提高產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性和維修性。 隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，可靠性在電子工業(yè)的發(fā)展中扮演著十分重要的角色。 首先是電子產(chǎn)品的復雜程度在不斷增加。人們最早使用的礦石收音機是非常簡單的，隨之先后出現(xiàn)了各種類型的收音機、錄音機、錄放相機、通訊機、雷達、制導系統(tǒng)、電子計算機以及宇航控制設(shè)備，復雜程度不斷地增長。電子設(shè)備復雜程度的顯著標志是所需元器件數(shù)量的多少。而電子設(shè)備的可靠性決定于所用元器件的可靠性，因為電子設(shè)備中的任何一個元器件、任何一個焊點發(fā)生故障都將導致系統(tǒng)發(fā)生故障。一般說來，電子設(shè)備所用的元器件數(shù)量越多，其可靠性問題就越嚴重，為保證設(shè)備或系統(tǒng)能可靠地工作，對元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。 其次，電子設(shè)備的使用環(huán)境日益嚴酷，現(xiàn)已從實驗室到野外，從熱帶到寒帶，從陸地到深海，從高空到宇宙空間，經(jīng)受著不同的環(huán)境條件，除溫度、濕度影響外，海水、鹽霧、沖擊、振動、宇宙粒子、各種輻射等對電子元器件的影響，導致產(chǎn)品失效的可能性增大。 第三，電子設(shè)備的裝置密度不斷增加。從第一代電子管產(chǎn)品進入第二代晶體管，現(xiàn)已從小、中規(guī)模集成電路進入到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，電子產(chǎn)品正朝小型化、微型化方向發(fā)展，其結(jié)果導致裝置密度的不斷增加，從而使內(nèi)部溫升增高，散熱條件惡化。而電子元器件將隨環(huán)境溫度的增高，降低其可靠性，因而元器件的可靠性引起人們的極大重視。 電機作為驅(qū)動控制元件，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，一臺設(shè)備往往需要幾十臺、甚至數(shù)百臺的驅(qū)動電機和控制微電機，特別是微電機的用量更大。一旦電機發(fā)生故障，將導致設(shè)備、系統(tǒng)故障，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒃斐删薮蠼?jīng)濟損失。因此，電機可靠性問題已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的重大課題而引起國內(nèi)外的重視。 1.2 國內(nèi)外關(guān)于可靠性的基本研究情況 電機是典型的機電一體化產(chǎn)品，它不但包括其它電機所具有的部件t如定子繞組、軸承等，而且還包括電子線路（控制器）。因此，它的可靠性研究內(nèi)容與其它電機既有區(qū)別，又有聯(lián)系。結(jié)合直流電機的特點，了解和吸收國內(nèi)外在電力系統(tǒng)和電子產(chǎn)品的可靠性方面取得的研究成果，有助于推進電機可靠性研究工作的進程。 1.2.1國內(nèi)外有關(guān)可靠性標準概況 標準化作為一種現(xiàn)代化管理的手段，已成為衡量一個國家科學管理、技術(shù)發(fā)展水平的尺度，它已廣泛地滲透到管理、經(jīng)濟、科學和工程技術(shù)的各個領(lǐng)域?？煽啃怨こ碳夹g(shù)和管理水平的發(fā)展自然也離不開“標準化”這一重要手段。在發(fā)達國家，尤其是美國，隨著可靠性工程和管理的發(fā)展，已經(jīng)逐步總結(jié)并建立了一整套有關(guān)標準，這些標準對提高產(chǎn)品性能，降低壽命周期費用起了重要作用。利用標準化方法，使可靠性工程領(lǐng)域的成功經(jīng)驗得到有效的總結(jié)和廣泛利用。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對可靠性提出了更高的要求，新的要求促使可靠性工程技術(shù)進一步發(fā)展，已經(jīng)制定的標準就需要不斷的修改、補充和完善，以適應(yīng)這種發(fā)展。 目前國際上影響較大，應(yīng)用范圍較廣的可靠性標準主要是美軍MIL標準系列和國際電工委員會發(fā)布的IEC櫟準系列。MIL標準與IEC標準的關(guān)系十分密切，許多IEC標準是在MIL標準的基礎(chǔ)上制定的。 (1)美國有關(guān)標準概況 美國是制定可靠性標準最早的國家，從50年代后期開始頒發(fā)有關(guān)可靠性標準，到60年代，美國的可靠性工程就開始進入了全面發(fā)展階段，這個階段也是美軍可靠性標準大量發(fā)布的時期。MIL-STD-785《系統(tǒng)與設(shè)備的可靠性大綱要求》、MIL-STD-781《可靠性試驗、指數(shù)分布》、MIL-HDBK-217《電子設(shè)備可靠性預計》等許多重要標準，都是在這個時期先后發(fā)布的。70年代后，隨著美國可靠性工程的深入發(fā)展，這些標準得到了進一步的修改和完善，并又頒發(fā)了許多新的標準。 由于美國軍用標準制定的比較早，也比較完整，因此，在美國國內(nèi)，不只軍用產(chǎn)品采用軍事標準，許多民用產(chǎn)品也使用美軍標。在國際上，尤其是在軍事領(lǐng)域，一般也參考或執(zhí)行美軍標； (2)其他國家有關(guān)標準的概況 除了MIL和IEC標準以外，原蘇聯(lián)的可靠性國家標準也有比較完整的體系，列出了r OCT27.001-81《工程中的可靠性》標準體系給出的分組情況。列出了其中部分標準項目的名稱。 英國的主要可靠性標準是BS5760《系統(tǒng)、設(shè)備和元件的可靠性》，標準主要由三部分組成：可靠性計劃管理指南、可靠性評定指南、可靠性實踐指南。 在日本，全國性的有關(guān)可靠性的標準較少，應(yīng)用的比較廣泛的有：日本工業(yè)標準JIS28115-1981《可靠性術(shù)語及定義》。產(chǎn)品的可靠性是企業(yè)競爭的主要目標之一，因此日本的企業(yè)界有完整的標準體系用來保證產(chǎn)品的可靠性。 (3)我國有關(guān)標準的概況 我國的可靠性國家標準基本等同采用IEC標準，我國的軍用可靠性標準大多數(shù)是參照MIL標準，結(jié)合我國武器裝備的實際情況制定的。我國對可靠性研究起步較晚,20世紀80年代才得到較快的發(fā)展,機械行業(yè)相繼成立了可靠性研究的相關(guān)協(xié)會,各有關(guān)院所和高校也開展了機械產(chǎn)品的可靠性研究,制定了一批可靠性標準,取得了較大的成果。但總的來看,理論研究多,實際運用少,與西方發(fā)達國家相比差距不小,有些成果尚不能完整地、成熟地應(yīng)用在不同的機械系統(tǒng)中。 1.3 可靠性的相關(guān)理論 1.3.1 可靠性的基本概念 可靠性的經(jīng)典定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。這個定義包含五個要素： (1)可靠性的研究對象——產(chǎn)品：指作為單獨研究和分別試驗對象的任何元件、設(shè)備或系統(tǒng)，可以是零件、部件，也可以是由它們裝配而成的機器，或由許多機器組成的機組和成套設(shè)備，甚至還把人的作用也包括在內(nèi)。在具體使用“產(chǎn)品”這一詞時，其確切含義應(yīng)加以說明。例如汽車板簧、汽車發(fā)動機、汽車整車等。 (2)規(guī)定的條件：包括環(huán)境條件、維修條件、使用條件等。規(guī)定的條件不同，產(chǎn)品的可靠性也不同。 (3)規(guī)定時間：是可靠性區(qū)別于產(chǎn)品其他質(zhì)量屬性的重要特征，一般也可認為可靠性是產(chǎn)品功能在時間上的穩(wěn)定程度。因此以數(shù)學形式表示的可靠性各特征量都是時間的函數(shù)。這里的時間概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是與時間成比例的次數(shù)、距離。例如應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、汽車行駛里程。 (4)規(guī)定功能：道德要明確具體產(chǎn)品的功能是什么，怎樣才算是完成規(guī)定功能。產(chǎn)品喪失規(guī)定功能稱為失效，對可修復產(chǎn)品通常也稱為故障。怎樣才算是失效或故障，有時很容易判定，但更多情況則很難判定。 (5)能力：只是定性的理解是比較抽象的，為了衡量檢驗，后面將加以定量描述。產(chǎn)品的失效或故障均具有偶然性，一個產(chǎn)品在某段時間內(nèi)的工作情況并不很好地反映該產(chǎn)品可靠性的高低，而應(yīng)該觀察大量該種產(chǎn)品的工作情況并進行合理的處理后才能正確的反映該產(chǎn)品的可靠性，因此對能力的定量需用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法。 1.3.2可靠性的要素 可靠性包含了耐久性、可維修性、設(shè)計可靠性三大要素。耐久性：產(chǎn)品使用無故障性或使用壽命長就是耐久性。可維修性：當產(chǎn)品發(fā)生故障后，能夠很快很容易的通過維護或維修排除故障，就是可維修性。設(shè)計可靠性：這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于人機系統(tǒng)的復雜性，以及人在操作中可能存在的差錯和操作使用環(huán)境的這種因素影響，發(fā)生錯誤的可能性依然存在，所以設(shè)計的時候必須充分考慮產(chǎn)品的易使用性和易操作性。 第二章 電機可靠性試驗臺的整體方案設(shè)計 2.1 電機可靠性試驗臺的工作原理 2.1.1 無刷直流電機加速壽命試驗的概念 可靠性試驗的目的是測試產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的使用期內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)所能達到的可靠性指標。在可靠性試驗中最重要、最基本的試驗就是壽命試驗，它是將測試產(chǎn)品置于規(guī)定的試驗條件下來評價產(chǎn)品的壽命特征。在試驗過程中，記錄每一個失效時間，通過對失效時間的分布規(guī)律的研究，作為可靠性設(shè)計和制定可靠性工藝、篩選規(guī)范和進一步改進產(chǎn)品可靠性的依據(jù)。 壽命試驗方法可分為正常應(yīng)力水平下的壽命試驗和加速壽命試驗這兩種方法。絕大多數(shù)壽命試驗方法采用的是加速壽命試驗方法，它是指在既不改變產(chǎn)品的失效機理，又不增加新失效因素的前提下，通過提高試驗應(yīng)力（可以是電壓、電流、功率、溫度、濕度和機械應(yīng)力等）加速產(chǎn)品的失效進程，再根據(jù)試驗結(jié)果，從而推算出測試產(chǎn)品在額定應(yīng)力條件下的壽命。加速壽命試驗?zāi)康木褪强s短試驗時間，節(jié)省人力物力，以便于快速評價出產(chǎn)品的可靠性水平。 由于無刷直流電機工作壽命較長，正常應(yīng)力水平下的壽命試驗通常需要許多年時間，這就需要投入巨大的人力物力資源，況且產(chǎn)品投放于市場的時間也會受到影響。因此，絕大多數(shù)壽命試驗通常采用的是加速壽命試驗。 2.1.2 加速壽命試驗的類型 加速壽命試驗，按照施加應(yīng)力的方法的不同，通?？煞譃楹愣☉?yīng)力加速壽命試驗、步進應(yīng)力加速壽命試驗、序進應(yīng)力加速壽命試驗。 恒定應(yīng)力加速壽命試驗，是把一種在整個試驗中保持恒定不變的應(yīng)力施加在受試樣本上，各組壽命試驗的應(yīng)力都應(yīng)高于正常工作下的應(yīng)力，這樣可達到加速失效縮短試驗時間的目的。 步進應(yīng)力加速壽命試驗，是把一種隨時間分階段逐步增加的應(yīng)力施加在受試樣本上，直到樣品開始出現(xiàn)周期較短的試驗方法。 序進應(yīng)力加速壽命試驗，是把一種隨時間等加速增加的應(yīng)力到受試產(chǎn)品樣品上，直到樣品開始出現(xiàn)大量失效為止的試驗方法。 電機可靠性試驗臺對于無刷直流電機的試驗，通常采用恒定應(yīng)力加速壽命試驗，加載應(yīng)力在整個試驗過程中保持恒定。 2.1.3 電機可靠試驗臺的工作原理 電機可靠性試驗臺的工作原理是由被測試無刷直流電機驅(qū)動測功機，測功機施加勵磁電流后，其內(nèi)外定子通過轉(zhuǎn)子對被測試無刷直流電機施加制動轉(zhuǎn)矩，同時測功機微偏扭矩傳感器產(chǎn)生微應(yīng)變，由扭矩傳感器把轉(zhuǎn)矩信號和轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，由數(shù)字轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速顯示儀中的轉(zhuǎn)矩顯示器和轉(zhuǎn)速顯示器分別顯示測量值，并通過微電腦換算成輸出功率在顯示器上顯示。 扭轉(zhuǎn)傳感器是變截面的懸臂梁，貼有四片箔應(yīng)變片，構(gòu)成一個電橋，并有一片箔應(yīng)變片和兩只熱敏電阻對溫度和應(yīng)變系數(shù)誤差進行補償，有一個調(diào)零點位器調(diào)節(jié)，是電橋未加載是輸出為零。所有器件都在扭轉(zhuǎn)傳感器的電路板上，扭轉(zhuǎn)傳感器裝在外定子的軸承套上，用彈簧夾圈固定螺釘將其固定。 2.1.4 電機可靠性試驗臺的基本功能 根據(jù)設(shè)計要求，通過分析測功機的工作狀況，我們擬定在該試驗臺上，完成空載試驗、加載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、溫升試驗四種類性能檢測。擬設(shè)計的試驗臺能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)以下幾點基本功能： 1、測試項目： （1）空載、負載、堵轉(zhuǎn)測試時對電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率進行安全值的設(shè)定，可實現(xiàn)自動推出限制。 （2）自動加載與手動加載測試： A 負載測試加載速度可調(diào)：根據(jù)實際需要自行調(diào)節(jié)。 B 測試加載增量可調(diào):可對初始加載量和增量進行設(shè)定。 （3）定點測試：可對電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率進行測試?？啥ㄒ粋€點不卸載；定多個點卸載。定點個數(shù)最多可以定5個點。定點數(shù)據(jù)可以設(shè)定。 （4）耐久測試：測試步驟1 2 3 4 5；運行方式：空載、轉(zhuǎn)矩、輸入功率、輸出功率、不測可隨意設(shè)定；每個項目下的耐久值和誤差值可隨意設(shè)定；測試時間也可以隨意設(shè)定。 2、銘牌參數(shù)： 電機型號、額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速參數(shù)作為報表進行整理和分析數(shù)據(jù)。 3、曲線坐標： （1）兩種模式，七條坐標曲線。 （2）兩種模式：轉(zhuǎn)速模式、轉(zhuǎn)矩模式。兩種模式只是對數(shù)據(jù)分析的方式。 （3）七條曲線：電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸入功率、輸出功率、效率。每條曲線的最大值和顏色代表的曲線可隨意設(shè)定，方便分析數(shù)據(jù)。 4、報表分析： （1）整個測試過程的曲線圖（電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸入功率、輸出功率、效率） （2）銘牌參數(shù)值 （3）關(guān)鍵點電機性能分析 空載點：電流值和轉(zhuǎn)速值 最大轉(zhuǎn)矩點：轉(zhuǎn)矩值、轉(zhuǎn)速值、電流值、輸出功率值、效率值 最大輸出功率點：轉(zhuǎn)矩值、轉(zhuǎn)速值、電流值、輸出功率值、效率值 最高效率值：轉(zhuǎn)矩值、轉(zhuǎn)速值、電流值、輸出功率值、效率值 2.2 電機可靠性試驗臺整體方案 2.2.1電機可靠性試驗臺的三種方案 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書上的要求，我們只需要設(shè)計出電機可靠性試驗臺的機械部分，即試驗臺上的各個機構(gòu)。而對于電機可靠性試驗臺的控制部分，即涉及到計算機的信息采集部分，我們無需設(shè)計。對于試驗臺的機械部分，其零部件主要是由無刷直流電機、測功機、扭矩傳感器、聯(lián)軸器、鍵構(gòu)成。其中被測元件為無刷直流電機，負載為測功機，測量元件為扭矩傳感器，傳動機構(gòu)由聯(lián)軸器和鍵等機構(gòu)構(gòu)成。對于電機可靠性試驗臺的整體組裝，初步擬定了三種方案。 方案一： 圖2.1 電機可靠性試驗臺整體方案一 如圖2.1所示，電機可靠性試驗臺的測功機選的是有底座的測功機；扭轉(zhuǎn)傳感器下面用輔助支撐來調(diào)節(jié)高度，輔助支撐縱向開兩條T型槽，以便于扭轉(zhuǎn)傳感器進行前后位置的調(diào)節(jié)；同時無刷直流電機同樣得選擇有底座的，然后把它安裝在另一個輔助支撐上，同樣是縱向開兩條T型槽，以便于無刷直流電機進行前后位置調(diào)節(jié)；再把所有的零部件布置開了兩條橫向的T型槽平板上，使平板上面的零部件進行左右位置的調(diào)節(jié)。大平板是一個大整體，設(shè)計起來比較方便，且加工工藝簡單。 但這種試驗臺的設(shè)計有一定的缺陷，電機必須選擇有底座的無刷直流電機，由于電機的安裝沒有上下位置的調(diào)節(jié)，所以只能用墊片進行調(diào)節(jié)高度，當測功機、扭轉(zhuǎn)傳感器、電機的傳動軸不在同一水平線上時，試驗臺調(diào)節(jié)不太方便。 方案二： 圖2.2 電機可靠性試驗臺整體方案二 如圖2.2所示，測功機和扭轉(zhuǎn)傳感器的安裝和方案一的基本一致，而無刷直流電機依舊是選取有底座的電機，不過把輔助支撐改為可調(diào)節(jié)的絲桿升降機構(gòu)，當測功機、扭轉(zhuǎn)傳感器、電機的傳動軸不在同一水平線上時，可通過升降機構(gòu)上下調(diào)節(jié)，以保證軸的同軸度。對于底部固定大平板，則需要把方案一的大平板改成一個二階大平板，以便于升降機構(gòu)的有足夠的空間安裝。 但這種試驗臺的設(shè)計也有一些缺陷，升降機構(gòu)的設(shè)計有一定的額難度，且無刷直流電機的選擇仍需要選擇有底座的電機；對于底部的大平板改為一個二階的平板，加工工序會增加。 方案三： 圖2.3 電機可靠性試驗臺整體方案三 如圖2.3所示，方案三的設(shè)計是在方案一和方案二的基礎(chǔ)上的升華，對于無刷直流電機的選擇不再需要有底座的，而是帶有凸緣端蓋的電機。承載電機的是垂直的擋板，用來保證電機運行的平穩(wěn)性；由于要保證整個電機可靠性試驗臺的各輸入輸出軸的同軸度，垂直的擋板的得保證一定的強度，兩邊設(shè)計有肋板；垂直擋板下面有一個過渡底板，上面開有兩條縱向的T型槽，主要用來調(diào)節(jié)無刷直流電機的縱向位置，保證電機在前后方向上的自由度。為了保證試驗臺各零件軸的同軸度要求，需要無刷直流電機可以進行上下位置調(diào)節(jié)，所以依舊選用升降機。 2.2.2 電機可靠性試驗臺的最終選用 對于以上三種方案的選擇，各有其優(yōu)點與缺點。對于方案一，只需要一個大平板，設(shè)計大平板以及大平板上的零部件安裝方便簡單；其電機的選擇只限于有底座的電機，對于無刷直流電機，大部分通用的型號是沒有底座的，所以電機的選擇比較局限；電機的上下位置當有誤差時，需要墊墊片來進行調(diào)節(jié)，有一定的不可靠性。對于方案二，只是把電機下面的輔助支撐設(shè)計成升降機構(gòu)，這樣解決了當電機的位置有誤差時，通過升降調(diào)節(jié)可使電機的軸滿足同軸度；由于升降機需要一定的空間放置，所以必須把大平板設(shè)計成二階平板，增加了大平板的加工工藝。而對于方案三，結(jié)合了方案一和方案三的優(yōu)點，既解決了電機的選型不再局限于有底座的電機的問題，且對于整個電機可靠性試驗臺的在同軸度的要求上，因為增加了升降臺，電機的上下位置可以進行調(diào)節(jié)，所以方案三設(shè)計比較合理。通過對三個設(shè)計方案進行比較，最終選用方案三的電機可靠性試驗 2.3 本章小結(jié) 本章討論了電機可靠性試驗臺整體方案，擬定了三個方案。每個方案都有其優(yōu)點與不足，考慮到設(shè)計成本和操作方法，最終我們選擇了方案三。通過整體方案的選擇，為第三章的電機可靠性試驗臺各主要零部件設(shè)計打下了基礎(chǔ)。 第三章 電機可靠性試驗臺關(guān)鍵零部件的設(shè)計與計算 3.1 無刷直流電機的選擇 3.1.1 無刷直流電機的概念 無刷直流電機即直流無刷電機，無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱無換向器電機。 其中無刷直流電機的特點有：可替代直流電機調(diào)速、變頻器+變頻電機調(diào)速、異步電機+減速機調(diào)速；具有傳統(tǒng)直流電機的優(yōu)點，同時又取消了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)；可以低速大功率運行，可以省去減速機直接驅(qū)動大的負載；體積小、重量輕、出力大；轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流?。粺o級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，過載能力強；軟啟軟停、制動特性好，可省去原有的機械制動或電磁制動裝置；效率高，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節(jié)電率可達20%—60%?？煽啃愿?，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，維修與保養(yǎng)簡單；耐顛簸震動，噪音低，震動小，運轉(zhuǎn)平滑，壽命長；不產(chǎn)生火花，特別適合爆炸性場所，有防爆型；根據(jù)需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。 3.1.2 直流無刷電機的選型： 電機可靠性試驗臺的測試對象為無刷直流電機，由于整體方案中我們選擇了方案三，而方案三的無刷直流電機選擇的是帶有凸緣端蓋的無刷直流電機，而畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中無刷直流電機的技術(shù)指標為轉(zhuǎn)速2000rpm，功率600w，根據(jù)技術(shù)指標，選擇的是北京和利時電機技術(shù)有限公司的“森創(chuàng)”92BL-4020L1-LK-B。 ⑴ 技術(shù)特點： 調(diào)速范圍寬 低速力矩大,運行平穩(wěn) 低噪音,高效率 通過3C認證 ⑵ 技術(shù)參數(shù)： 額定轉(zhuǎn)速：2000rpm 額定功率：400W 額定電壓：60V 額定電流：10.55A 最大電流：21.1A 額定轉(zhuǎn)矩：1.91N.m 最大轉(zhuǎn)矩：3.82N.m 圖3.1 92BL系列無刷直流電機的電氣參數(shù) ⑶ 特性曲線： 圖3.2 92BL系列無刷直流電機的特性曲線 型號 L 型號 L 92BL-2015H1-LK-B 86 92BL-5015H1-LK-B 146 92BL-4015H1-LK-B 116 92BL-6080H1-LK-B 116 92BL-4030H1-LK-B 86 92BL-4020L1-LK-B 146 92BL-4070H1-LK-B 86 ? ? ⑷ 外形尺寸：（單位：mm） 圖3.3 92BL系列無刷直流電機的外形尺寸 如圖3.3所示，森創(chuàng)92BL-4020L1-LK-B的機身長度為146mm。 3.2測功機的選擇 3.2.1 測功機的分類 在交直流電機和電動工具試驗中，常常使用到測功機這種測試設(shè)備，測功機主要測試電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率。測功機主要是做為負載，當電機需要做性能測試的時候，通過測功機對電機進行加載。測功機一般按照測試時功率轉(zhuǎn)換的方式分成兩類，第一類是功率吸收型測功機，這種測功機是所加負載器為制動器的一種測功機，其具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)控制方便，價格便宜等特點，但同時該型測功機在發(fā)熱、功耗高等特點。產(chǎn)品分別有電渦流測功機、磁滯測功機、磁粉測功機等；第二類是功率傳遞型測功機，通過發(fā)電機發(fā)出的電流傳遞到機外電阻器上消耗或整流逆變反饋到電網(wǎng)，來降低電機本身的發(fā)熱，提高了測功機的測試功率。其產(chǎn)品分別為直流測功機、永磁測功機、異步測功機、同步測功機等。電機可靠性試驗臺的測功機主要選擇功率吸收型的測功機。 3.2.2 測功機型號的選擇 由于不是每臺測功機都能滿足所有額定電機測試要求的，所以我們選擇測功機要從以下五個方面的因素： （1） 扭矩測試范圍，測功機的轉(zhuǎn)矩通常是不能超過的最大轉(zhuǎn)矩值，如果短時內(nèi)即把試驗全部完成，一般不會有太大的題。 （2） 轉(zhuǎn)速測試范圍，測功機的轉(zhuǎn)速通常是不能超過的承受的最大轉(zhuǎn)速，如果長時間超速使用會大大縮短測功機的使用壽命，特別是機械磨損。 （3） 測功機上通常所標的功率是指測功機所能吸收的功率，因為一般的測功機（磁滯、磁粉、電渦流測功機是靠吸收熱量達到能量的消耗）即被測交直流電機或電動工具的輸出功率。嚴格地來說，這個指標也是不能超過的，否則測功機很容易就會因為熱量散不出去被燒壞； （4） 測功機的選擇不但要滿足轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率三個主要技術(shù)指標，還要看看是不是符合測試的具體要求，一般電機都需要測試空載轉(zhuǎn)速、空載損耗、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，也是需要著重考慮的； （5） 在測功機的選擇時，最好電機所有的測試數(shù)據(jù)都在測功機性能參數(shù)的30%~90%之間。因為測功機在這個區(qū)間的測試精度是最有保證的,主要分三個部分：測功機機械部分、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器精度范圍、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功率測量儀顯示精度。 對于功率吸收型的三種測功機，電渦流制動器適用于高轉(zhuǎn)速、大功率動力機械的轉(zhuǎn)矩和功率測量，尤其適用于動力機械的仿真壽命試驗及溫升試驗，如串激電機、電動工具及大功率電機；磁滯制動器適用于中小力矩而轉(zhuǎn)速較高的電機測試，如單/三異步感應(yīng)電機、小功率直流電機、串激電機及電動工具行業(yè) ；磁粉制動器適用于大力矩而轉(zhuǎn)速較低的場合。如起動電機恒力矩帶載起動、感應(yīng)異步電動機、直流減速電機及造紙、紡織等行業(yè)使用的恒張力控制等。對于無刷電機可靠性試驗臺的設(shè)計，結(jié)合三種測功機的優(yōu)缺點，最終測功機選擇的是電渦流制動器。 電渦流制動器的選擇： （1）轉(zhuǎn)矩：由被測電動機或電動工具額定參數(shù)，計算出電機額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)此轉(zhuǎn)矩的二倍值，在測功機系列表中選擇相近一檔轉(zhuǎn)矩量程的測功機。無刷直流電機的額定轉(zhuǎn)速為2000rpm，額定功率為400W，根據(jù)公式：功率P=扭矩T×轉(zhuǎn)速n/9550(KW),可得到T=1.91N.m，2×T=2×1.91N.m=3.28N.m，所以在磁粉測功機系列表選擇測功機轉(zhuǎn)矩量程為5N.m。 （2）轉(zhuǎn)速：電機的空載轉(zhuǎn)速必須低于測功機允許的最高轉(zhuǎn)速。 （3）功率：電機的最大功率必須低于測功機允許的最大連續(xù)功率，若只做特性測試，需要段時間大功率運行，此時不可超過測功機允許的5分鐘最大運行功率。做溫升試驗必須小于測功機的連續(xù)運行功率。由此，在測功機系列表中選出合適的測功機型號。 注意：測功機的最大運行功率不等于最大轉(zhuǎn)矩乘以最高轉(zhuǎn)速 。 綜上所示，所以我選擇的是蘇州德斯特自動化設(shè)備有限公司的WZ-電渦流制動器。 圖3.6 WZ系列電渦流制動器的外形尺寸 型號 主要技術(shù)參數(shù) 安裝尺寸 外形尺寸 輸入轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） 額定轉(zhuǎn)矩（Nm） 吸收功率(KW) 激磁電流(A) B D L1 d H d1 E B1 D1 HD L WZ5 200 6000 5 0.75 <5 160 160 40 19 120 12 6 8 210 245 256 WZ10 10 1.5 <5 170 170 50 24 122 12 8 21 230 260 310 WZ20 20 3 <5 140 220 60 28 132 12 8 30 275 310 324 WZ50 50 8 <5 210 279 80 38 160 19 10 30 340 365 410 WZ100 100 15 <5 267 279 100 42 180 19 12 26 350 410 450 WZ200 200 30 <5 267 356 110 55 225 19 16 30 455 510 480 WZ300 300 45 <10 356 406 140 65 250 28 18 45 510 570 595 圖3.7 WZ系列電渦流制動器的規(guī)格型號 如圖3.7所示，根據(jù)無刷直流電機的額定功率為400W，額定轉(zhuǎn)速為2000rpm，額定轉(zhuǎn)矩為1.91N.m，最大轉(zhuǎn)矩為3.82N.m，所以選擇的電渦流制動器為WZ-5。 WZ-5電渦流制動器的電氣參數(shù)為： 額定轉(zhuǎn)矩：5N.m； 輸入轉(zhuǎn)速：200—6000rpm； 吸收功率：750W； 激磁電流：<5A。 3.3 扭矩傳感器的選擇 對于扭矩傳感器的選型，需要考慮以下四個因素： 一、確定需要測量扭矩的類型，是旋轉(zhuǎn)扭矩還是靜止扭矩。靜止扭矩測量指的是不旋轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)角度小于360度的場合。 二、除了測量扭矩外是否還需測量其它參數(shù)，比如轉(zhuǎn)速。 三、量程范圍 一般扭矩傳感器有微量程、標準量程、大量程等幾種類型。微量程一般小于2牛米；大量程一般在1萬牛米以上；中間的是標準量程。 四、信號類型及信號處理方式 一般扭矩傳感器的輸出信號有5-15kHz或4-20mA或1-5V。輸出的信號是直接送入PLC還是配置顯示儀表顯示，這些根據(jù)實際情況進行選擇。 根據(jù)以上幾點因素，結(jié)合電機可靠性試驗臺的中無刷直流電機的電氣參數(shù)，選定北京時代龍城科技有限責任公司的LC-2101系列扭轉(zhuǎn)傳感器。 LC-2101系列扭矩傳感器是根據(jù)電阻應(yīng)變?yōu)槊舾性图呻娐窐?gòu)成的一體產(chǎn)品。扭矩傳感器采用德國技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備及先進的檢測設(shè)備。綜合國內(nèi)外扭距傳感器的優(yōu)點。本產(chǎn)品克服了向位差扭距傳感器的底速測量的 不變和和體積的笨重，碳刷接觸式扭距傳感器不能長時間工作帶來的不便。本產(chǎn)品采用非接觸式傳遞方式，是用無線供電和無線輸出的形式的工作原理為動態(tài)扭距測量解決了一些其它測量方式存在的弊端。LC-2101系列扭距傳感器既可以進行動態(tài)測量又可以進行靜態(tài)測量。 （1）LC-2101系列扭矩傳感器的主要特點： 傳感器結(jié)構(gòu)分為靜子和轉(zhuǎn)子兩部分采用非接觸式無線輸入和輸出方式傳輸信號。測量扭距信號與速高低是否旋轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向無關(guān)具有穩(wěn)定性好。精度高。可靠性好。體積小，重量輕，易于安裝?？梢詼y量正反向扭距和轉(zhuǎn)速。不需反復調(diào)整零位即可連續(xù)測量正反向扭距信號?？扇我馕恢茫我夥较虬惭b。 （2）LC-2101系列扭矩傳感器的技術(shù)參數(shù)： 1．測量范圍：0-±5. ±10. ±20. ±50. ±100. ±200. ±500. ±1000 . ±2000 ±5000 ±10000 ±20000 ±3萬 +5萬 +6萬 2．輸出信號：5-15KHz 4-20mA 1-5V 0+10 0+5 3．工作轉(zhuǎn)速：0-30000轉(zhuǎn)/分（任意轉(zhuǎn)速可選） 4．供電電壓：24VDC +15VDC可選 （3）LC-2101系列扭矩傳感器的外形尺寸： 圖3.9 LC-2101系列扭轉(zhuǎn)傳感器的外形尺寸 量程 A B C D E F G H I J K L 鍵(長×寬×高) 重量 5N.m 180 110 104 φ18g6 30 116 74 48 7 10.2 φ70 78 20×6×6（單鍵） 3.6Kg 10N.m 180 110 104 φ18g6 30 116 74 48 7 10.2 φ70 78 20×6×6（單鍵） 3.6Kg 20N.m 180 110 104 φ18g6 30 116 74 48 7 10.2 φ70 78 20×6×6（單鍵） 3.6Kg 50N.m 180 110 104 φ18g6 30 116 74 48 7 10.2 φ70 78 20×6×6（單鍵） 3.6Kg 100N.m 180 110 104 φ18g6 30 116 74 48 7 10.2 φ70 78 20×6×6（單鍵） 3.6Kg 圖3.10 LC-2101系列扭轉(zhuǎn)傳感器的規(guī)格型號 如圖3.10所示，由于無刷直流電機的額定功率為400W，額定轉(zhuǎn)速為2000rpm，額定轉(zhuǎn)矩為1.91N.m，最大轉(zhuǎn)矩為3.82N.m，根據(jù)LC-2101系列扭矩傳感器規(guī)格，宜選擇量程為5N.m的扭矩傳感器。 （3）LC-2101系列扭矩傳感器的注意事項： 本系列扭距傳感器接線必須安接線示意圖連接，確認無誤方可通電。檢察所選電源必須和傳感器的輸入電源一致。信號線輸出不能對地，會造成短路。在通電時絕對不能插拔插頭。 3.4 本章小結(jié) 本章介紹了電機可靠性試驗臺的主要零部件的選型，初步完成了無刷直流電機、測功機、扭矩傳感器的型號選擇。當主要零部件的型號確定后,接下來就是其他零部件的選擇與計算，例如聯(lián)軸器、鍵的設(shè)計與計算，本章為下一章的研究做了很好的鋪墊。 第四章 其他零部件的設(shè)計與計算 以上幾章基本已經(jīng)確定了電機可靠性試驗臺的整體方案以及主要零部件的設(shè)計，本章的任務(wù)就是設(shè)計連接無刷直流電機、電渦流制動器、扭轉(zhuǎn)傳感器進行傳動的聯(lián)軸器，以及各主要零部件的伸出軸的鍵的設(shè)計，還有電機可靠性試驗臺大平臺和輔助支撐上的螺栓、墊片與螺母的設(shè)計。 4.1聯(lián)軸器的選型 聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。常用聯(lián)軸器大多已標準化或規(guī)格化，一般情況下只須正確選擇聯(lián)軸器的類型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。先選無刷直流電機與扭轉(zhuǎn)傳感器之間的聯(lián)軸器，即電機可靠性試驗臺左端的聯(lián)軸器。 （1） 選擇聯(lián)軸器的類型 對于低速低速、剛性大的短軸可選用剛性聯(lián)軸器；對于低速、剛性小的長軸可選用無彈元件撓性聯(lián)軸器；對于傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械選用齒式聯(lián)軸器；對于高速、有振動和沖擊的機械，選用彈性元件撓性聯(lián)軸器；對于軸線位置有較大變動的兩軸，應(yīng)選用萬向聯(lián)軸器；對于有安全保護要求的軸，選用安全聯(lián)軸器。由于無刷直流電機是一種低功率、低轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的電機，故宜選剛性聯(lián)軸器。 （2） 計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩： 　　式中：T為聯(lián)軸器的名義轉(zhuǎn)矩(N.m)； 　　　　　為聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩(N.m)； 　　　　 KA為工作情況系數(shù)。 額定轉(zhuǎn)矩 T=9550×P/n=9550×0.4÷2000=1.91N.m 查表=1.3(因為原動機為無刷直流電機，所以轉(zhuǎn)矩變化較小且沖擊載荷很小) =1.3×1.91N.m=2.47 N.m （3） 確定聯(lián)軸器的型號 查手冊選用剛性聯(lián)軸器中的有對中榫凸緣聯(lián)軸器，型號為YLD1。 一、 YLD型凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖： 圖4.1 YLD型凸緣聯(lián)軸器的外形尺寸 二、YL，YLD型凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸：（GB/T 3843-86）? mm 型號 公稱 扭矩 Tn N.m 許用轉(zhuǎn)速[n] r/min 軸孔直徑 d(H7) 軸孔長度 L D L0 重量 kg 轉(zhuǎn)動慣量 kg.m2 Y型 J J1型 鐵 鋼 鐵 鋼 Y J J1 YL1 YLD1 10 8100 13000 10-11 10-11 25 22 71 54 48 1.00 0.0018 12-14 12-14 32 27 68 58 16-18 16-18 42 30 88 64 20 20-22 52 38 108 80 圖4.2 YLD型凸緣聯(lián)軸器的規(guī)格型號 附：YLD1型凸緣聯(lián)軸器的技術(shù)參數(shù)為 公稱扭矩：10N.m 許用轉(zhuǎn)速：＝8100r/min　(聯(lián)軸器材料為鐵) 　　　　　＝13000r/min　(聯(lián)軸器材料為鋼) 軸孔直徑：＝10mm，＝22mm。 因為無刷直流電機的額定轉(zhuǎn)矩為1.91N.m，滿足≤[T]，其額定轉(zhuǎn)速為2000 r/min,滿足n≤，故聯(lián)軸器可選擇YLD1型凸緣聯(lián)軸器。 （4） 協(xié)調(diào)軸孔直徑 被聯(lián)接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯(lián)軸器型號規(guī)定的范圍內(nèi)，形狀也應(yīng)滿足相應(yīng)要求。因為無刷直流電機的輸出軸徑為14mm，扭轉(zhuǎn)傳感器的輸入軸徑為18mm，所以與直流電機銜接的半部分聯(lián)軸器的軸孔直徑宜選擇14mm，與扭矩傳感器銜接的半部分聯(lián)軸器的軸孔直徑宜選擇18mm。 對于扭轉(zhuǎn)傳感器與電渦流制動器之間的傳感器，即電機可靠性試驗臺右端的聯(lián)軸器，因為扭轉(zhuǎn)傳感器的額定轉(zhuǎn)矩為5N.m而電渦流制動器的額定轉(zhuǎn)矩也為5N.m，同理可選擇YLD1型凸緣聯(lián)軸器。又因為扭轉(zhuǎn)傳感器的輸出軸徑為18mm，電渦流制動器的輸入軸徑為19mm，所以與扭轉(zhuǎn)傳感器銜接的半部分聯(lián)軸器的軸孔直徑宜選擇18mm，與電渦流制動器銜接的半部分聯(lián)軸器的軸孔直徑宜選擇19mm。 綜上所述：聯(lián)軸器的材質(zhì)可以選擇45剛制材料的。 4.2 鍵的選型 鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實現(xiàn)軸上的零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。 4.2.1 鍵的選擇 1 選擇鍵連接的類型與尺寸 先選無刷直流電機輸出軸與聯(lián)軸器上的鍵連接的類型與尺寸。由于無刷直流電機的額定轉(zhuǎn)矩較小，且需要鍵在鍵槽中軸向固定良好，故選用圓頭型（A型）普通平鍵。 根據(jù)無刷直流電機輸出軸的直徑d=14mm，從表查的鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度為h=5mm。根據(jù)GB/T 1096-2003鍵的長度系列L,應(yīng)該選擇L=20mm。 2 校核鍵連接的強度 由表查的許用擠壓應(yīng)力[σp]=100—120,取其平均值，[σp]=110 ； 鍵的工作長度l=L-b=20mm