外壓試驗裝置設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

外壓試驗裝置設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,說明書+CAD+SOLIDWORKS,試驗裝置,設(shè)計,說明書,仿單,cad,solidworks 摘 要 摘 要 本文基于機械設(shè)計、機械原理和Solidworks三維繪圖軟件等相關(guān)知識與理論，通過搜集外壓試驗裝置的相關(guān)資料、閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)與書籍以及參考市面上的外壓試驗裝置實體，首先對外壓試驗裝置的主要機構(gòu)零部件模型進(jìn)行設(shè)計，其次利用Solidworks三維繪圖軟件將設(shè)計好的零部件模型進(jìn)行零件建模，然后將建好的所有零部件模型進(jìn)行裝配設(shè)計，得到相應(yīng)的裝配體模最后對裝配體模型進(jìn)行運動仿真。 關(guān)鍵字：外壓試驗裝置，Solidworks，零件建模，裝配設(shè)計，運動仿真 II Abstract ABSTRACT This paper is based on the machinery design and machinery principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, design the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks 3D drawing software to conduct the part modeling which was designed well, and then conduct assembly design which the parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model. Key Words: sewing machine, Solidworks, part modeling ,assembly design, movement simulation 目 錄 第1章引言 1 1.1 我國的外壓試驗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………..1 第2章方案設(shè)計 2 2.1 工作原理 2 2.2 外壓試驗裝置真空泵的設(shè)計計算 3 2.2.1真空泵的選型………………………………………………………….4 2.3 外壓試驗裝置的壓力傳感器的選擇 5 2.3.1壓力傳感器的工作原理……………………………………………….5 2.4 外壓試驗裝置的真空表的選擇 5 第3章外壓試驗裝置主要零件三維建模 ……….6 3.1 三維軟件Solidworks的簡介 6 3.2部分零件三維模型建立過程 8 總結(jié) 42 參考文獻(xiàn) 43 致謝 44 外文資料原文 45 譯文 47 第一章 緒論 1.1 　我國外壓試驗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會進(jìn)步,人們對設(shè)備的使用性能的要求越來越高。壓力容器的壓力實驗在我們學(xué)習(xí)的《過程裝備與控制工程》中占有不可替代的重要地位，壓力容器生產(chǎn)之后，必然要負(fù)荷一定的內(nèi)壓或外壓，能否達(dá)到工作壓力的要求，是該壓力容器性能指標(biāo)的標(biāo)志性一點。實驗是檢驗理論掌握知識，認(rèn)識客觀事物的重要手段之一。通過實驗，我們不僅會對所學(xué)知識有了形象的了解，更會激發(fā)同學(xué)們對所學(xué)科目的興趣，帶動大家的學(xué)習(xí)熱情。而我這次所做的壓力容器外壓試驗裝置的設(shè)計，正是針對負(fù)荷外壓的壓力容器而設(shè)計的實驗裝置，十分具有實用性和必要性。 - 22 - 第二章 方案設(shè)計 2.1 工作原理 通過市場調(diào)研，我們決定設(shè)計一種外壓試驗裝置。工作原理如圖2—1所示，此裝置通過抽取試件里面的空氣，從而使之內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，通過真空表和壓力傳感器反饋的信號來判定材料的強度和抗壓能力。如下圖： 圖 2—1 機構(gòu)運動簡圖 我們所設(shè)計的外壓試驗裝置，是通過真空泵抽取試件里面的空氣，從而使之內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，通過真空表和壓力傳感器反饋的信號來判定材料的強度和抗壓能力。 2.2 外壓試驗裝置真空泵的設(shè)計計算 2.2.1真空泵工作原理： 水環(huán)式真空泵圓柱形泵缸內(nèi)注入一定量的水，星形葉輪偏心地裝在泵缸內(nèi)，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，水受離心力作用被甩向四周而形成一個相對于葉輪為偏心的封閉水環(huán)。水環(huán)式真空泵中被抽吸的氣體沿吸氣管及接頭由吸氣孔進(jìn)入水環(huán)與葉輪之間的空間，右邊月牙形部分，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)，這個空間容積由小逐漸增大，因而產(chǎn)生真空抽吸氣體。水環(huán)式真空泵隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，氣體進(jìn)入左邊月牙形部分。因葉輪是偏心旋轉(zhuǎn)的此空間逐漸縮小，氣體逐漸受到壓縮升壓，氣與水便由排氣孔經(jīng)接頭沿排氣管進(jìn)入水箱中，自動分離后再由放氣管放出。水環(huán)式真空泵中廢棄的水和空氣一起被排到水箱里。結(jié)構(gòu)緊湊、工作平衡可靠和流量均勻，所以化工生產(chǎn)中多用來輸送或抽吸易燃、易爆和有腐蝕性的氣體。水環(huán)式真空泵由于葉輪攪拌液體，損失能量大，故其效率很低。[1]?常見故障一、真空泵度不夠可能原因：電機供電不足導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不夠；供水量不足；葉輪與分配板之間的間隙過大；機械密封破損導(dǎo)致漏水漏氣；葉輪磨損過多；循環(huán)水排不出。排除方法：檢查供電電壓是否在電機額定的電壓范圍內(nèi)；加大供水量（必須控制在正確的范圍內(nèi)，否則會導(dǎo)致電機超載發(fā)熱）；調(diào)小葉輪與分配板的間隙（一般在0.15—0.20mm）；更換機械密封；更換葉輪；檢查出水口的管路。 二、啟動不了或者啟動了噪音大 可能原因：電機供電電壓不足；電機缺相運行；泵長時間沒用導(dǎo)致銹蝕；泵內(nèi)吸入雜物；葉輪拖分配板。排除方法：檢查供電電壓是否過低；檢查電機接線是否都牢靠；如果泵長時間沒導(dǎo)致銹蝕的可以加點除銹劑或者打開泵蓋人為去除銹跡；打開泵蓋去除雜物；調(diào)節(jié)葉輪與分配板的距離?？赡茉颍汗┧窟^大導(dǎo)致電機超載；電機缺相；排氣孔堵塞；葉輪拖動其他部件。排除方法：減少供水量至正常范圍（參照泵的使用說明書之供液量）；檢查接線是否牢固；檢查排氣口；打開泵蓋調(diào)節(jié)葉輪與其他部件的間隙。 用真空泵時需要注意事項： 真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡庙氂星凹壉门浜戏娇墒褂迷谳^寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速對被抽除氣體中含有灰塵和水蒸汽不敏感廣泛用于冶金、化工、食品、電子鍍膜等行業(yè)。真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子，降低真空室內(nèi)的氣體壓力，使之達(dá)到要求的真空度。概括地講從大氣到極高真空有一個很大的范圍，至今為止還沒有一種真空系統(tǒng)能覆蓋這個范圍。因此，為達(dá)到不同產(chǎn)品的工藝指標(biāo)、工作效率和設(shè)備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空系統(tǒng)配置。為達(dá) 到最佳配置，選擇真空系統(tǒng)時，應(yīng)考慮下述各點： 1確定工作真空范圍首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因為每一種工藝都有其適應(yīng)的真空度范圍，必須認(rèn)真研究確定之。 2確定極限真空度 在確定了工藝要求的真空度的基礎(chǔ)上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度，因為系 統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的最佳工作真空度。一般來講，系統(tǒng)的極限真空度比 系統(tǒng)的工作真空度低20%，比前級泵的極限真空度低50%。 3被抽氣體種類與抽氣量檢查確定工藝要求的抽氣種類與抽氣量。因為如果被抽氣體種類與泵內(nèi)液體發(fā)生反應(yīng)，泵系統(tǒng)將被污染。同時必須考慮確定合適的排氣時間與抽氣過程中產(chǎn)生的氣體量。 4真空容積檢查確定達(dá)到要求的真空度所需要的時間、真空管道的流阻與泄漏。慮達(dá)到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率。由于實際制作時要考慮到使用已有真空泵的殘余氣體成分，吸氣劑材料應(yīng)該盡量對殘余氣體有比較好的抽速。同時考慮到可能要對吸氣劑材料的形狀進(jìn)行加工，也不能選取硬度太高或者常溫下過于活潑的材料。并且材料的氣化溫度也應(yīng)當(dāng)在一定范圍內(nèi)，太低可能無法控制蒸發(fā)速率，太高則會對加熱源鎢絲的加工造成比較嚴(yán)峻的考驗。綜合權(quán)衡之后決定選取金屬鈰作為蒸發(fā)源材料。金屬鈰的熔點約為795℃，而更經(jīng)常被應(yīng)用于吸氣劑泵的材料如鈦、鉭熔點都在1500℃甚至2000℃以上。并且常溫下金屬鈰暴露在空氣中幾小時內(nèi)不會生成比較厚的氧化層，為組裝真空泵提供了足夠的時間。 3吸氣劑泵的主要結(jié)構(gòu)通常吸氣劑泵都應(yīng)有三部分：吸氣面，蒸發(fā)源和控制器構(gòu)成。蒸發(fā)源應(yīng)當(dāng)易于調(diào)節(jié)，可連續(xù)或間斷的控制蒸發(fā)率?？刂破鲃t應(yīng)讓使用者了解當(dāng)前的膜厚和膜厚增加速率。其中，蒸發(fā)源的設(shè)計有以下幾種②： (1).纏繞式蒸發(fā)源。將膜材制成絲狀，直接纏繞于鎢絲上，這樣，當(dāng)鎢絲通電發(fā)熱時，膜材就會被不斷地蒸發(fā)出來，這樣的設(shè)計便于制作，但鈰絲此時會將鎢絲短路，蒸發(fā)時電阻不穩(wěn)定，影響蒸發(fā)速率。 (2).絲式蒸發(fā)源。將鈰絲直接連接在電源上，通電加熱。對于鈦、鉭等高熔點金屬這是一種比較簡單有效的方式，但鈰的熔點只有不到800度，并且蒸發(fā)時是液態(tài)，所以這種設(shè)計會很快將鈰絲熔斷。 (3).輻射加熱式。這種加熱方式常用于大量生產(chǎn)的鈦升華泵，是制作一個空心鈦球，在其內(nèi)部用鎢絲加熱，使其均勻的放出鈦蒸汽。但由于市面上很難找到可以制作定型鈰的公司，自己又很難將鈰加工成復(fù)雜的形狀。所以只能退而求其次將鎢絲繞在金屬鈰塊的外面，通電加熱。這樣熔融狀態(tài)下的鈰會將一小段鎢絲短路，鈰的質(zhì)量減少后會對電阻大小產(chǎn)生影響。盡管如此，還是可以滿足控制蒸發(fā)速率的要求。本文設(shè)計為一單體泵，即用法蘭與要抽的腔體相連，并且直接以泵壁為吸氣面，控制器采用以晶振片為測量元件的膜厚控制儀。s=2.303v/tlog(p1/p2) 其中：s為真空泵抽氣速率(l/s) v為真空室容積(l) t為達(dá)到要求真空度所需時間(s) 為初始真空度(torr) p2為要求真空度(torr) 2.托與帕的轉(zhuǎn)換: 托＝133.322帕或1帕＝7.5×10-3托平均自由程作無規(guī)則熱運動的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號“λ”表示。3.: 單位時間流過任意截面的氣體量，符號用“Q”表示，單位為帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升秒（Torr·L/s。4.流導(dǎo): 表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導(dǎo)等于管道流量除以管道兩端壓強差。符號記作“U”。U＝Q/(P2- P1) 5.壓力或壓強 : 體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。6.: 壓強為每平方米 101325達(dá)因的氣壓，符號：（Atm）。 7.極限真空: 真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時煉氣，再經(jīng)12小時抽真空，最后一個小時每隔10分鐘測量一次，取其10次的平均值為極限真空值。 8.抽氣速率: 在一定的壓強和溫度下，單位時間內(nèi)由泵進(jìn)氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡稱抽速。即Sp＝Q/（P－P0一臺鍍膜設(shè)備往往同時配有石英晶體振蕩監(jiān)控法和光學(xué)膜厚監(jiān)控法兩套監(jiān)控系統(tǒng)，原因是石英晶體振蕩監(jiān)控法靈敏度雖高但噪音也更大，而光學(xué)膜厚監(jiān)控法則無法提供足夠的精確度。石英晶體法監(jiān)控膜厚，主要是利用了石英晶體的兩個效應(yīng)，即壓電效應(yīng)和質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)。當(dāng)芯片上鍍了某種膜層，使芯片的厚度增大，芯片的固有頻率會相應(yīng)的衰減。石英晶體的這個效應(yīng)是質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)。石英晶體膜厚監(jiān)控儀就是通過測量頻率或與頻率有關(guān)的參量的變化而監(jiān)控淀積薄膜的厚度。我們的膜厚控制只需提供當(dāng)前大致的膜厚及增加速率就可以了，所以系統(tǒng)只采用石英晶體振蕩膜厚控制法。晶振片的振動頻率對質(zhì)量的變化極其靈敏，但卻不敏感于溫度變化，在-40~90℃的整個溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)大約是±10-6/℃數(shù)量級⑤。通過相關(guān)資料⑥可以知道頻率變化與質(zhì)量增加薄膜厚度關(guān)系式 1、真空泵的工作壓強應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強要求。如：真鍍膜要求1×10-5mmHg的真空度，選用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常選擇泵的真空度要高于真空設(shè)備真空度半個到一個數(shù)量級。 2、正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強范圍，如：擴散泵為10-3~10-7mmHg，在這樣寬壓強范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強而變化，其穩(wěn)定的工作壓強范圍為5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作點應(yīng)該選在這個范圍之內(nèi)，而不能讓它在10-8mmHg下長期工作。又如鈦升華泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作壓強應(yīng)小于1×10-5mmHg為好。選擇真空泵注意事項 1.真空泵工作時產(chǎn)生的振動對工藝過程及環(huán)境有無影響。 2.了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆?；覊m，有無腐蝕性等。 3.真空泵在其工作壓強下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。 4.正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來，互相補充才能滿足抽氣要求。 5.真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無油時，應(yīng)該選各種無油泵。 6.正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強范圍。 7.真空泵排出來的油蒸氣對環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。 8.真空泵的工作壓強應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強要求。 9.真空泵的價格、運轉(zhuǎn)及維修費用。 3、真空泵在其工作壓強下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。 4、正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來，互相補充才能滿足抽氣要求。如鈦升華泵對氫有很高的抽速，但不能抽氦，而三極型濺射離子泵，（或二極型非對稱陰極濺射離泵）對氬有一定的抽速，兩者組合起來，便會使真空裝置得到較好的真空度。另外，有的真空泵不能在大氣壓下工作，需要預(yù)真空；有的真空泵出口壓強低于大氣壓，需要前級泵，故都需要把泵組合起來使用。 5、真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無油時，應(yīng)該選各種無油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴(yán)格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達(dá)到清潔真空要求。 6、了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆粒灰塵，有無腐蝕性等。選擇真空泵時，需要知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進(jìn)氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。 7、真空泵排出來的油蒸氣對環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。 8、真空泵工作時產(chǎn)生的振動對工藝過程及環(huán)境有無影響。若工藝過程不允許，應(yīng)選擇無振動的泵或者采取防振動措施。 9、真空泵的價格、運轉(zhuǎn)及維修費用。 2.3壓力傳感器工作原理 壓力傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變成電信號的器件，而檢測儀表在模擬電子技術(shù)條件下，一般是包括傳感器、檢測點取樣設(shè)備及放大器(進(jìn)行抗干擾處理及信號傳輸)，當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場顯示部分(可選擇)，電信號一般為連續(xù)量、離散量兩種，實際上還可分成模擬量、開關(guān)量、脈沖量等，模擬信號傳輸采用統(tǒng)一信號(4-20mADC等)。數(shù)字化過程中，檢測儀表變化比較大，經(jīng)過幾個階段，近來多采用ASIC專用集成電路，而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個器件中，成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動化儀表中經(jīng)常把檢測儀表稱為變送器，如溫度變送器、壓力變送器等。壓力傳感器工作原理?? 1 、應(yīng)變片壓力傳感器原理?? 力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ）S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ）?? ——導(dǎo)體的長度（m ） 2 、陶瓷壓力傳感器原理?? 抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。?? 3 、擴散硅壓力傳感器原理?? 工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。 4 、藍(lán)寶石壓力傳感器?? 利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅- 藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。?? 5 、壓電壓力傳感器原理?? 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。 壓力傳感器特點：1.傳感器的量程和功能都得到了進(jìn)一步擴展，能實現(xiàn)對基本參數(shù)和特殊參數(shù)的測量，滿足不同場合的需要。2.傳感器的靈敏度和測量精度也同時得到了提高，對于微弱信號測量，各種信號的校正補償都可以實現(xiàn)，測量數(shù)據(jù)可根據(jù)需要進(jìn)行存儲。3.數(shù)據(jù)測量的穩(wěn)定性和可能性得到提升，減小外界環(huán)境對壓力傳感器輸出干擾，可以對測量有選擇性地進(jìn)行4.能夠?qū)崿F(xiàn)自我診斷功能，對發(fā)生故障的部位能及時且準(zhǔn)確地進(jìn)行鎖定，故障狀態(tài)迅速識別，解決一些通過硬件不能實現(xiàn)的問題。5.信號輸出形式和接口選擇更為多樣，通信距離得到更大提高。壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向受到機械力作用發(fā)生變形時，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)。科學(xué)家就是根據(jù)這個效應(yīng)研制出了壓電傳感器。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。 壓力傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所的“居里點”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。早在1954年美國C.S.Smith首先確認(rèn)了半導(dǎo)體壓電效應(yīng)，955年C.Herring指出：這種壓電電阻效應(yīng)是由于應(yīng)力的作用，引起導(dǎo)體與價電子帶能量狀態(tài)的變化，以及載流子數(shù)量與遷移率變化所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。日本從1970年開始研究開發(fā)，首先應(yīng)用在血壓計上，之后在過程控制領(lǐng)域及轎車發(fā)動機控制部分都獲得了廣泛的應(yīng)用。最近幾年在家用電器、裝配機器人等應(yīng)用領(lǐng)域普遍采用電子壓力傳感器作為壓力控制、壓力監(jiān)控和判斷真空吸附的效果。圖1為PS壓力傳感器的截面結(jié)構(gòu)圖，圖2為其傳感器部分的結(jié)構(gòu)。如圖所示，在壓力傳感器半導(dǎo)體硅片上有一層擴散電阻體，如果對這一電阻體施加壓力，由于壓電電阻效應(yīng)，其電阻值將發(fā)生變化。受到應(yīng)變的部分，即膜片由于容易感壓而變薄，為了減緩來自傳感器底座應(yīng)力的響，將壓力傳感器片安裝在玻璃基座上。如圖2（b）所示，當(dāng)向空腔部分加上一定的壓力時，膜片受到一定程度的拉伸或收縮而產(chǎn)生形變。壓電電阻的排列方法如圖3所示，受到拉伸的電阻R2和的阻值增加；受到壓縮的電阻R1和R3阻值小。圖4 由于各壓電電阻如圖4那樣組成橋路結(jié)構(gòu)，如果將它們連接到恒流源上則由于壓力的增減，將在輸出端獲得輸出電壓ΔV，當(dāng)壓力為零時的ΔV等于偏置電壓Voffset,在理想狀態(tài)下我們希望Voffset=0V， 傳感器技術(shù)及應(yīng)用大作業(yè) 4 實際上在生成擴散電阻體時由于所形成的擴散電阻體尺寸大小的不同和存在雜濃度微小差異，因此總是有某個電壓值存在。壓力為零時，R1=R2=R3=R4=R 我們把加上一定壓力時R1、R2電阻的變化部分記作ΔR；相應(yīng)R3、R4電阻的變化部分記作-ΔR，于是ΔV=ΔRI 。這個ΔV相對壓力呈現(xiàn)幾乎完全線性的特性，只是隨著溫度的變化而有所改變。 2.4 外壓試驗裝置的真空表的選擇 2.4.1真空表工作原理： 工作氣壓真空表電機0~下限氣壓紅黃通抽氣下限~上限氣壓三色均不通抽氣超出上限黃與綠通不抽氣表盤指針示意圖如下：物理連接：①. 上限指針接黃色導(dǎo)線;下限拔桿接紅色導(dǎo)線；表針拔桿接綠色導(dǎo)線。②. 上限指針與下限指針在物理上是相接通的并均帶有觸頭；下限拔桿與表針拔桿在轉(zhuǎn)軸處均帶微型彈簧管，在無外力用下可自動復(fù)位。③. 表針拔桿與表針（外涂絕緣材料）是同步運動機構(gòu)。工作過程：①．初始狀態(tài)時，如圖上限指針下限拔桿接通，即紅導(dǎo)線與黃導(dǎo)線接通，J1繼電器得電，J1觸點閉合，KM接觸器接通器接通電機動作開始抽氣，隨著氣壓變化表針與表針拔稈作逆時針轉(zhuǎn)動。②．當(dāng)表針運動到下限時，表針在物理上碰到下限拔桿，并讓下限拔桿脫離下限指針，這時紅導(dǎo)線與黃導(dǎo)線斷開，三色導(dǎo)線均不接通，J1由于電路自繼續(xù)工作，電機繼續(xù)抽氣，表針拔桿帶動表針及下限拔桿繼續(xù)作逆時針轉(zhuǎn)動。③．當(dāng)表針運動到上限時，即氣壓達(dá)到上限，此時表針拔桿觸點與上限指針接通，即綠導(dǎo)線與黃導(dǎo)線接通，J2繼電器接通，J1斷開，電機不動作，抽氣停止。④．當(dāng)秤體包裝抽真空時，真空桶內(nèi)真空度下降，表針拔桿連同表針及下限拔桿作順時針轉(zhuǎn)動，表針拔桿脫離上限指針，即綠導(dǎo)線與黃導(dǎo)線斷開，電路仍無接通，電機仍不動作。⑤．當(dāng)外部秤桿繼續(xù)使用真空，使真空桶內(nèi)真空度下降至下限時，這時表針拔桿及下限拔桿擺到下限指針處，紅導(dǎo)線與黃導(dǎo)線再次接通，J1接通，電機工作。此后表針就在上限與下限范圍內(nèi)做循環(huán)動作。 第3章外壓試驗裝置主要零件三維建模 控制器的三維建模： 真空泵的三維建模： 試件的三維建模 壓力傳感器的三維建模： 真空表的三維建模： 機架的三維建模： 總裝圖的三維建模： 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的總結(jié)，是對我將來的學(xué)習(xí)、工作最為有力的一次鍛煉。它促進(jìn)我將所學(xué)的理論知識與實踐有機的結(jié)合，并且深深的體會到了自己所學(xué)專業(yè)的博大精深。盡管在設(shè)計中遇到許多難題與不曾接觸過的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學(xué)到了許多的實踐經(jīng)驗。盡管我所設(shè)計的東西可能還有許多欠缺，但是我確實在此次設(shè)計中學(xué)得了很多東西，它將對我以后的學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生很大的影響。 我這次設(shè)計的題目是：草坪剪草機設(shè)計，在整個設(shè)計過程中做了如下工作： 1、查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解當(dāng)今國內(nèi)外剪草機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設(shè)計巨大發(fā)展?jié)摿Α? 2、根據(jù)剪草機的用途，對剪草機的傳動系統(tǒng)以及執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行了充分的論證，最終確定了方案。 3、對典型零件如直齒輪、鏈輪、軸以及進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計計算，并進(jìn)行了校核。 4、對所用軸承進(jìn)行了強度校核和以及壽命計算。 5、零件的圖紙以及裝配圖設(shè)計。 6、進(jìn)行了剪草機的三位設(shè)計及建模 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我具有了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，為自己今后學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為我將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際生產(chǎn)中提供了一次很好的鍛煉機會，必將對我的將來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 參考文獻(xiàn) [1] 成大先.機械設(shè)計手冊(單行本)機械傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004 [2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計(第七版)[M].北京：高等教育出版社,2001 [3] 劉鴻義.材料力學(xué)(第三版 上、下冊)[M].北京：高等教育出版社,1991 [4] 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New York:John wiley & Sons.INC,1990 致 謝 近一個學(xué)期的不懈努力,大學(xué)本科學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)---畢業(yè)設(shè)計終于完成在即！這是我在畢業(yè)之前對所學(xué)的各門知識的一次深入的綜合的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的真正訓(xùn)練,。因此,它在我四年的大學(xué)生活的占有很重要的地位。通過這次畢業(yè)設(shè)計我對自己的下一個階段的順利進(jìn)行作了一次適應(yīng)性的演練,很好的鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，回顧了以前的學(xué)習(xí)內(nèi)容并為將來的學(xué)習(xí)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。 在整個設(shè)計過程中,我得到了老師的悉心指點。在整個過程中老師體現(xiàn)的那種一絲不茍，細(xì)心細(xì)致的科學(xué)精神讓我久久不能忘記,并肅然起敬。特別是李老師的扎實功底和諄諄教導(dǎo)讓我受益匪淺。我個人認(rèn)為我這次畢業(yè)設(shè)計的完成很大程度上源于老師教導(dǎo)我養(yǎng)成的專心致志，循序漸進(jìn),不斷積累，決不放過任何一個含糊問題，以高度的責(zé)任感面對所有的細(xì)節(jié)的良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。 由于自己的能力有限,并且經(jīng)驗和知識的儲備在一定的程度上也限制了我在設(shè)計上的水平, 但是正是這些缺陷激勵著我不斷的前行。在以后的學(xué)習(xí)和生活中我會更加的努力去掌握更多的知識,讓自己的視野更加廣闊,并且這種良好的學(xué)習(xí)精神也將永遠(yuǎn)的保留下去。 所以在設(shè)計中出現(xiàn)的許多不足之處,期望各位老師和同學(xué)多多包涵并給予指教,以激勵我更好的改進(jìn),在將來的生活和學(xué)習(xí)中不斷的完善自己。在本次畢業(yè)設(shè)計期間，我也得到其他老師的指點，以及同組成員的幫助，在此向所有關(guān)心幫助過本文寫作的老師、同學(xué)及參考文獻(xiàn)的作者表示衷心感謝！ 最后再一次的感謝母校和四年來辛勤培養(yǎng)我的各位老師,我將永遠(yuǎn)記住您們的教導(dǎo)，我將永遠(yuǎn)以母校為榮耀。