2531 電機可靠性試驗臺設計

2531 電機可靠性試驗臺設計,電機,機電,可靠性,試驗臺,設計 XX 大學畢業(yè)設計說明書題 目：電機可靠性試驗臺機械部分設計專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： nosss63321 姓 名： nosss 指導教師： nosss（講師） 完成日期： 2012 年 5月 27日 XX 大學畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 電機可靠性試驗臺設計 學號： nosss63321 姓名： nosss 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師： nosss 系主任： 一、主要內容及基本要求1. 設計計算部分： 分析電機可靠性試驗臺的工作原理，選取一臺無刷直流電機，得到電機相關參數(shù)，并通過對計算選取聯(lián)軸器、扭矩傳感器、磁粉制動器，最后對各零件進行定位，最后設計出電機試驗臺。 3. 設計要求 測試對象：400W 直流無刷電機，主要測試數(shù)據(jù)：輸出 轉速、轉矩和功率，測試數(shù)據(jù)精度要求：轉速±0.5%,轉矩±0.5%，結構緊湊，外形美觀，功能可擴展。，測功機額定轉矩 10N.m、激勵電流 0.6A、允許滑動功率 800W,扭矩傳感器規(guī)格為 5N.m。 二、重點研究的問題本課題的研究目的就是根據(jù)電機可靠性試驗臺的基本功能及所需檢測的技術參數(shù)，結合當前計算機技術、自動檢測與控制技術的特點，以檢測實用性、操作方便性、使用可靠性為原則來完成電機可靠性試驗臺的設計。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 學習相關技術知識 2012.2.202 查找課題有關文獻資料，學習 PLC 技術知識 2012.2.253 電機可靠性試驗臺總體機構設計 2012.3.104 各個零件的設計 2012.3.205 運用 Solid edge 畫實體圖和裝配圖 2012.4.156 運用 Solid edge 畫零件圖 2012.4..207 設計的整理與設計說明書的編寫 2012.5.20 四、應收集的資料及主要參考文獻［1］濮良貴,紀名剛. 機械設計[M]. 北京:高等教育出版社,2002. [2] 徐灝.機械設計手冊-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］李世蕓.Solid Edge 三維設計教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2003.7. ［5 陳友翰，儲成國.內燃機車輔助電機負荷試驗臺.內燃機車，2003 ［6］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 ［7］張琛.直流無刷電動機原理及應用,北京：機械工業(yè)出版社，1996.ISBN7-111-05038-X ［8］王儉樸.內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 ［9］解蕾,張延遲,解大.風力發(fā)電試驗臺的設計和研究[J].2007,34(11).3. [10 懂泳,王洪杰.PLC 控制技術在礦用試驗臺上的研究[J].2008，16(6):2. XX 大學畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 nosss63321 姓名 nosss 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目：電機可靠性試驗臺機械部分設計評價項目 評 價 內 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、科研、社會等實際相結合。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用能力；5.工科是否有經濟分析能力。論文（設計）質量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，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.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價評閱人： 2012 年 5 月 日 XX 大學畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： nosss63321 姓名 nosss 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書）41 頁 圖 表 4 張論文（設計）題目： 電機可靠性試驗臺設計 內容提要：分析電機可靠性試驗臺的工作原理，選取一臺無刷直流電機，得到電機相關參數(shù)，并通過對計算選取聯(lián)軸器、扭矩傳感器、磁粉制動器，最后對各零件進行定位，并且通過計算設計出各個設備的支撐平臺，最后設計出電機試驗臺。本課題的研究目的就是根據(jù)電機可靠性試驗臺的基本功能及所需檢測的技術參數(shù)，結合當前計算機技術、自動檢測與控制技術的特點，以檢測實用性、操作方便性、使用可靠性為原則來完成電機可靠性試驗臺的設計。 指導教師評語指導教師： 2012 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 2012 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 2012 年 月 日目 錄摘 要………………………………………………………………………IAbstract………………………………………………………………………….II第 1 章 緒論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 可靠性研究的意義???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 國內外電機可靠性研究的現(xiàn)狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.2.1 國內外有關可靠性標準概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31.3 可靠性基本概念 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3第 2 章 電機可靠性試驗臺工作的要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????52.1 電機可靠性試驗臺的基本設計依據(jù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.2 電機可靠性試驗臺的基本功能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????82.3 本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8第 3 章 電機可靠性試驗臺方案及其具體設計 ?????????????????????????????????????????????????93.1 試驗臺整體方案 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2 電機可靠性試驗臺工作的原理 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.3 電機可靠性試驗臺機械部分的具體設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????133.3.1 電機可靠性試驗臺機械部分總體設計 ????????????????????????????????????????????????????????????133.3.2 電機可靠性試驗臺的設計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????143.4 本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19附錄 Ι???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20附錄 П ........................................................26I電機可靠性試驗臺機械部分設計摘要: 主要是控制測功機對電機進行空載、加載、堵轉試驗。通過傳感器以及相關的儀器儀表來顯示電機的轉速、轉矩、功率等相關參數(shù)曲線，來分析電機的可靠性。關鍵字：電機、可靠性、試驗臺IIMechanical part of the design of the motor reliability test bedAbstract：Mainly to control the dynamometer 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: motor, reliability, test-bed1第一章 緒論1.1可靠性研究的意義可靠性工程(Reliability Engineering)是一門新興的涉及面十分廣泛的綜合性工程學科?？煽啃怨こ淌前殡S著二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)而出現(xiàn)的。在第二次世界大戰(zhàn)中，科學技術得到進～步發(fā)展，使用了雷達、飛航式導彈、彈道式導彈等較復雜的新式武器，而這些武器的心臟——電子設備屢出故障，嚴重影響了部隊的戰(zhàn)斗力，引起了軍方和輿論界對武器裝備可靠性的重視。但是，由于當時交戰(zhàn)各國忙于對付戰(zhàn)爭，可靠性問題并未得到廣泛深入研究，這一工作真正始于二次世界大戰(zhàn)后。從 50年代起至 60年代初，一些工程人員和數(shù)學家們運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計知識對產品的可靠性進行定量研究。1957 年美國國防部電子元器件可靠性顧問團(Advisory Group on Reliability of Electronic)提出了著名的 AGREE報告，基本上確定了可靠性工程的研究方向，成為可靠性工程發(fā)展的奠基性文件。據(jù)此陸續(xù)制定了一系列軍用規(guī)格、標準及可靠性標準體系，這對現(xiàn)代軍事、宇航、航空、電子等工業(yè)部門的發(fā)展起了重要推動作用。進入 60年代后，在工業(yè)發(fā)達的國家中，由于產品的復雜化和工作環(huán)境條件的惡劣，對產晶的可靠性要求越來越高。于是，不僅在航空、航天、尖端武器和電子等工業(yè)，而且在原子能、機械、冶金、化工、鐵道、船舶、電力設備、建筑、食品加工、通訊、醫(yī)藥等工業(yè)，可靠性工程技術和管理得到逐步推廣應用。從復雜的宇宙飛船，到日用的洗衣機、冰箱和汽車，到細小的可置于人體內的心臟起搏器，都進行了可靠性設計，有明確的可靠性指標。1969 年 7月登月成功的 Apollo宇宙飛船，共有 120所大學、15000個單位的 42萬人參加研制，使用了 720萬個零部件，如果一個零件發(fā)生故障，就有可能導致整個系統(tǒng)的故障，甚至造成災難性后果。可靠性問題就成了 Apollo宇宙飛船能否登月成功的關鍵問題。為了預測可靠性，美國通用電子技術公司研制了“用仿真方法預測阿波羅飛船完成務的概率”的計算機程序。后來，美國航空與航天局(MASA)將可靠性工程技術列為 60年代三大技術成就之一。重視提高產品的可靠性，可帶來巨大的經濟效益和社會聲譽。日本的汽車、工程機械、發(fā)電設備、彩電、復印機、電冰箱、照相機等產品之所以能夠暢銷全球，其中一個重要原因就在于日本把產品的可靠性當作“國家興旺”的大事，產品具有高可靠性，它給日本帶來了巨大的利潤。美園人預言，今后能競爭留存于世界市場的只有那些能夠掌握自己產品可靠性的企業(yè)。日本人認為，可靠性就是信譽，今后產品競爭的焦點是它們自身的可靠性。總之，愈來愈多的企業(yè)和工程技術人員認識到產品可靠性問題的重要意義，把產品的可靠性看得與產品的性能同樣重要。有的部門甚至規(guī)定，沒有可靠性指標，未進行可靠性設計的產品不得投產。產品的可靠性不僅得到工業(yè)部門的重視，而且愈來愈得到廣大用戶的關注。用戶2購買產品，關心的已不僅是產品的技術性能和它的價格，而且更加關心在以后的使用中能否經久耐用，少出故障。經久是對時間而言，耐用則指產品對不同環(huán)境條件的適應能力，經久耐用就是指產品壽命長。人們總是希望產品能在較長的使用時間內保持其功能，盡可能不出故障或者出了故障也能較快、較容易的進行修復。隨著科學技術的迅速發(fā)展，一方面，對系統(tǒng)或設備的可靠性及壽命要求曰益提高，特別是對武器裝備和航天器具的可靠性提出了更高的要求；另一方面，設備的結構日益復雜化，使用元器件愈來愈多，自動化程度愈來愈高。因此，為了確保系統(tǒng)和設備的可靠性，必須確保元件和零部件的可靠性。有一個元件或零部件不可靠，就有可能造成重大損失。電機作為驅動控制元件，廣泛應用于各領域，一臺設備往往需要幾十臺、甚至數(shù)百臺的驅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，將導致設備、系統(tǒng)故障，在工業(yè)領域將造成巨大經濟損失。因此，電機可靠性問題已經成為現(xiàn)代技術領域的重大課題而引起國內外的重視。1.2國內外電機可靠性研究的現(xiàn)狀電機是典型的機電一體化產品，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，它的可靠性研究內容與其它電機既有區(qū)別，又有聯(lián)系。結合航天電機的特點，了解和吸收國內外在電和電子產品的可靠性方面取得的研究成果，有助于加速航天電機可靠性研究工作的進程。1.2.1國內外有關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、技術發(fā)展水平的尺度，它已廣泛地滲透到管理、經濟、科學和工程技術的各個領域。可靠性工程技術和管理水平的發(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，已經逐步總結并建立了一整套有關標準，這些標準對提高產品性能，降低壽命周期費用起了重要作用。利用標準化方法，使可靠性工程領域的成功經驗得到有效的總結和廣泛利用。隨著科學技術的發(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進一步發(fā)展，已經制定的標準就需要不斷的修改、補充和完善，以適應這種發(fā)展。目前國際上影響較大，應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標準的關系十分密切，許多 IEC標準是在 MIL標準的基礎上制定的。(1)美國有關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)有關可靠性標準，例如美國國防部 1957年 1月發(fā)布了 MIL-R-25717《電子設備可靠性保證大綱》 ，1958 年6月發(fā)布了 MIL-STD-441《軍用電子設備的可靠性》 ，1959 年 1月發(fā)布了 MIL-R-327542《宇航系統(tǒng)、分系統(tǒng)及設備的可靠性大綱要求》等。60 年代，美國的可靠性工程進入了全面發(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，不只軍用產品采用軍事標準，許多民用產品也使用美軍標。在國際上，尤其是在軍事領域，一般也參考或執(zhí)行美軍標；(2) IEC有關標準的概況IEC是世界成立最早的國際標準化團體，致力于電器和電子專業(yè)領域的標工作，目前已有 86個技術委員會，其中 TC56是“可靠性技術委員會” ，成立于 1965年。1973年曾更名為“可靠性維修性技術委員會” ，1991 年又更名為“可信性（Dependability）技術委員會” 。(3)其他國家有關標準的概況 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，全國性的有關可靠性的標準較少，應用的比較廣泛的有：日本工業(yè)標準JIS28115-1981《可靠性術語及定義》 。產品的可靠性是企業(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品的可靠性。(4)我國有關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，結合我國武器裝備的實際情況制定的。1.3可靠性基本概念1.3.1可靠性可靠性是指；產品在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內，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——產品：其范疇是廣泛的，即可指日常生活用品，也可指艦船及其動力、通信、導航、作戰(zhàn)等系統(tǒng)及組成這些系統(tǒng)的分系統(tǒng)、分機、部件、元器件。這些都是“硬件”產品。 “軟件”作為一種新興的產品（即軟件產品）也有可靠性問題，故可靠性定義中的產品是包括軟件的。在研究可靠性時，應首先明確所研究4的對象，是指某一個元器件，還是指某個分機、設各或系統(tǒng)。在某些情況下，還把人和機組成的人機系統(tǒng)看作一個產品。帶軟件的硬件，其可靠性還要同時考慮其所帶軟件的可靠性。(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，產品的可靠性也不同。例如，同一電機使用負載不同，其可靠性是不同的：長期在過載下使用，會使可靠性降低；產品在減額下使用，可靠性一般會提高。同～設備在實驗室、野外（寒帶或熱帶、干燥地區(qū)或潮濕地區(qū)） 、海上、空中、外太空等不同環(huán)境條件下的可靠性也是個不相同的。規(guī)定的條件是可靠性定義中最重要而又最容易被忽略的條件。(3)規(guī)定的時間：規(guī)走產品完成規(guī)定功能的時間。這是產品可靠性定義的核心，將可靠性用時間直接或間接地描述出來。任何產品的可靠性總是隨著時間的增長而下降，不同質量的產品下降的速度不同。因此，在提到產品的可靠性高低時，必須明確提出規(guī)定的時間是多長的可靠性，否則，就無法用可靠性高低來說明產品的質量。規(guī)定時間的長短是隨著產品的對象和目的而異。像火箭要求幾秒或幾分鐘之內工作可靠，而海底電纜則要求幾十年內應不發(fā)生故障。規(guī)定時間的單位可以是時間單位如秒、分、小時、日、月、年，也可以使相當于時間的單位，如開關、繼電器需保證開關多少次無故障，這時用次數(shù)作單位；而汽車往往要求行駛多少公里無故障，這時的公里數(shù)相當于“規(guī)定的時間” ，用“公里”作單位；大炮要求打多少發(fā)炮彈無故障，要求打的炮彈數(shù)相當于“規(guī)定的時間” ，用“發(fā)”作單位。(4)規(guī)定功能：是指在論證、研制時賦予產品的功效和作用，通常用產品的性能指標來表征，如電視機的清晰度、音質、選擇性、靈敏度等，它們從各個側面反映了電視機的質量性能?？煽啃钥梢葬槍Ξa品全部性能的綜合，也可針對 9某一具體性能。產品如能完成規(guī)定功能，則產品可靠；產品喪失規(guī)定功能，稱產品發(fā)生“故障”或失效。這里還要強調兩點，一是，這里所指的完成規(guī)定功能，是指完成所有規(guī)定功能的能力而不是其中一部分。如高射炮的功能包括射速、射程和命中精度。只有射速和射程達到要求而命中精度達不到要求，就不能說它完成了規(guī)定的功能。二是在判斷產品是否具有完成規(guī)定功能的能力時，必須規(guī)定明確的失效判據(jù)( Failure Criterion)或故障判據(jù)。有些產品的失效判據(jù)很容易確定，如燈泡在規(guī)定條件下，規(guī)定的功能就是發(fā)光，失效就是不發(fā)光。有些產品的失效判據(jù)確定就要復雜、困難一些。如機器中的齒輪，對于精密的機器齒輪，點蝕即為失效，通用的機械齒輪齒厚磨損到一定比例才失效。所以不同的產品、不同的工況失效的判定標準是不同的，必須根據(jù)具體條件給出失效的判據(jù)。(5)能力：是指產品可靠性在上述三個“規(guī)定”上的綜合體現(xiàn)，刻畫出了產品的可5靠性不是產品的性能，而是產品抵抗外部條件的影響而保持完好的能，表征了可靠性是產品的一種特性和產品質量的重要組成部分。產品的可靠性可分為固有可靠性（Inherem, Reliability） 、使用可靠性(UseReliability)丙種。所謂固有可靠性，是指產品早在設計階段確定的，并在生產過程中的各個階段得以確定的可靠性，它是產品本身具有的屬性。影響產品固有可靠性的因素很多，主要有：產品設計方案的選擇、零部件的材料、結構、性能、制造工藝等。 所謂使用可靠性，是指產品在使用過程中，因受環(huán)境條件、維修方式及人為因素的影響所能達到的可靠性。顯然，使用可靠性是低于固有可靠性的，并且隨著時間的增長，使用可靠性將逐漸降低。以下討論的可靠性，主要指固有可靠性。產品可靠性設計目標，主要是為了提高產品的使用效能，減少用戶的使用費用。據(jù)此，人們將產品的可靠性，特別是軍事裝備的可靠性，劃分為基本可靠性和任務可靠性兩種。基本可靠性定義為：產品在規(guī)定條件下，無故障的持續(xù)時間或概率。它反映了產品對維修和后勤保障的特征及要求，也反映了減少用戶費用的要求。因此，度量基本可靠性要考慮所有引起維修的故障，而這些故障的發(fā)生未必都影響產品執(zhí)行功能。任務可靠性定義為：產品在規(guī)定的任務剖面（“剖面”的含義是對所發(fā)生的事件、過程、狀態(tài)、功能和所處環(huán)境的描述）中完成規(guī)定功能的能力。它是產品完成任務的基本功能的能力，反映了提高產品使用效能的要求。庋量任務可靠性僅考慮在任務期間那些影響完成任務的故障（產品功能故障） 。第二章 電機可靠性試驗臺工作的要求2.1 電機可靠性試驗臺的基本設計依據(jù)1） 測試對象：無刷直流電機(上海瑞克 90ZW02)。直流無刷電機選擇電氣參數(shù)：額定功率 400W額定轉速 2000r/m額定電壓 48V額定電流 10.4A額定轉矩 2Nm最大轉矩 4Nm安裝尺寸 ： 6L 代號型號 A B C D E F G S 02 90ZW 73.55 90 83 12-18 25 15 2 6.8 100 2）主要測試數(shù)據(jù)：（1）輸入電功率（2）輸出轉速、扭矩、功率、頻率3） 主要試驗內容：空載特性試驗、加載試驗、堵轉試驗3） 測試數(shù)據(jù)精度要求：轉速≤±0.5%,轉矩≤±0.5%。4） 結構緊湊，外形美觀，功能可擴展。5) 試驗設備組成：磁粉制動器、無刷直流電機、轉速扭矩傳感器、輔助支撐、大平板 、電機工裝夾具 、聯(lián)軸器電機測試控制儀6）測功機的選擇：磁粉制動器一、測功機選擇要素及注意事項：1、 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備，測功機主要測試電機的轉矩、轉速、輸出功率。但是不是每一臺測功機都能滿足所有的電機測試要求的，主要考慮三個方面的因素：第一，扭矩測試范圍，測功機的轉矩通常是不能超過的最大轉矩值，如果短時內即把試驗全部完成，一般不會有太大的題。第二，轉速測試范圍，測功機的轉速通常是不能超過的承受的最大轉速，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。第三，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7熱量散不出去被燒壞；2、測功機的選擇要不但要滿足轉速、轉矩、功率三個主要技術指標，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速、空載損耗、堵轉轉矩等參數(shù)，也是需要著重考慮的！3、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、轉速轉矩傳感器精度范圍、轉速轉矩功率測量儀顯示精度。4、通常用到的測功機主要有以下的分類：磁滯測功機、磁粉測功機、磁粉制動器、異步測功機（電力測功機） 、渦流測功機及不太常用的測功機（永磁同步電機、伺服電機等） 。測功機按能達到的轉速高低排序為：渦流測功機、異步測功機、磁滯測功機、磁粉測功機；（1）渦流測功機、異步測功機不能將電機或電動工具做到堵轉，但其轉速上限卻很高，通常 20000~30000RPM；轉矩也可以做到很大。（2）磁滯測功機轉速一般為 20000轉以下，但其可以做到堵轉，不過功率不太大；轉矩一般為 20Nm以下。（3）磁粉測功機的轉速較低，通常 1500~5000RPM，但轉矩可以做大，電機也可以做到堵轉。所以綜上所述應選用磁滯測功機或磁粉測功機、磁粉制動器；但磁滯測功機適用于中小力矩而轉速較高的電機測試，測試范圍大，這樣所造成的誤差也大，而且在電機測試系統(tǒng)中常常采用磁粉制動器。所以最終宜選擇磁粉制動器。由于在測功機的選擇時，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。無刷直流電機 ：額定功率 400W 額定轉速 2000r/m額定轉矩 2Nm最大轉矩 4Nm8所以應選擇海安磁粉制動器網 CZ—型 機座式磁粉制動器的型號為 CZ—12.2電機可靠性試驗臺的基本功能根據(jù)設計要求，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、堵轉試驗、溫升試驗四種類性能檢測。擬設計的試驗臺能夠實現(xiàn)實現(xiàn)以下幾點基本功能：1、測試項目：（1）空載、負載、堵轉測試時對電流、轉矩、轉速、輸出功率進行安全值的設定，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：根據(jù)實際需要自行調節(jié)。B 測試加載增量可調:可對初始加載量和增量進行設定。（4）定點測試：可對電流、轉矩、轉速、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)可以設定。9（5）耐久測試：測試步驟 1 2 3 4 5；運行方式：空載、轉矩、輸入功率、輸出功率、不測可隨意設定；每個項目下的耐久值和誤差值可隨意設定；測試時間也可以隨意設定。2、銘牌參數(shù)：電機型號、額定功率、額定電壓、額定轉速參數(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：轉速模式、轉矩模式。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、轉速、轉矩、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、轉速、轉矩、輸入功率、輸出功率、效率）（2）銘牌參數(shù)值（3）關鍵點電機性能分析空載點：電流值和轉速值最大轉矩點：轉矩值、轉速值、電流值、輸出功率值、效率值最大輸出功率點：轉矩值、轉速值、電流值、輸出功率值、效率值最高效率值：轉矩值、轉速值、電流值、輸出功率值、效率值 2.3 本章小結本章首先講述了本文的總體控制要求，然后提出了電機可靠性試驗臺控制要實現(xiàn)的基本功能，為下面研究做了很好的鋪墊。第三章 電機可靠性試驗臺方案及其具體設計3.1 試驗臺整體方案試驗臺采用模塊化結構，包括直流無刷電機測試模塊、磁粉測功機控制模塊、測試模塊等，測試控制臺實現(xiàn)整個系統(tǒng)地遠程集中控制和數(shù)據(jù)檢測，電機控制柜為變頻器和邏輯控制元器件提供安裝平臺。在本系統(tǒng)中，工作臺置于平整的地面上（不需要地腳螺釘）。為保證電機、轉速轉矩傳感器、聯(lián)軸器之間的連續(xù)可靠性。但被測試電機和及測控系統(tǒng)依舊與加載試驗共用一個，以達到資源共享、提高可靠性、降低成本10的目的。3.2 電機試驗臺工作的原理電機試驗臺包括：磁粉測功機運行控制、電機輸出轉矩、轉速測量、電機輸入輸出功率及傳動效率、電機油溫、壓力、殼體溫度、振動等參數(shù)檢測，異常情況下的報警、保護處理和人為干預；計算機參與全程監(jiān)測并進行數(shù)據(jù)記錄、分析、顯示和打印輸出。1. 測功機系統(tǒng)用 1臺磁粉測功機加載，用 1臺 TR-2B轉矩轉速采集儀采集電機的輸出轉矩和轉速；用 1臺 AM-A型電參數(shù)采集儀采集電機的輸入電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)；用 1臺 TEM-2溫度采集儀采集溫升；用 WLK-3B程控電源控制磁粉測功機。2. 所有儀器通過 RS485總線與電腦連接，實現(xiàn)對電機的自動加載以及對數(shù)據(jù)的集中采集。實時顯示各參數(shù)與時間之間的關系曲線，以記錄整過測試過程。 3. 測功機生成電機的特性曲線。 4. 測功機以曲線的形式輸出報表。 5. 測試數(shù)據(jù)可導出生成 Microsoft Excel文件（*.xls），用于對采集數(shù)據(jù)的再處理。通過測試得到以下曲線：1112變 頻 電 機 扭 矩 、 功 率 /頻 率 曲 線 根據(jù)信號流不同，試驗臺可分為運行控制系統(tǒng)和測試系統(tǒng)兩個相對獨立的子系統(tǒng)。測試系統(tǒng)通過傳感器、儀表。采集卡和工控機等實現(xiàn)試驗參數(shù)的檢測。3.3 電機試驗臺機械部分的具體設計133. 3. 1 電機試驗臺機械部分總體設計電機可靠性實驗臺架排布置在梯形槽平板上。梯形槽平板的尺寸為 340×180，見圖 3-1。在平板上安裝有被測電機（無刷直流電機）、輔助支撐、在輔助支撐上安裝轉矩轉速傳感器與萬向聯(lián)軸器、磁粉制動器。圖 3-1 電機可靠性試驗臺平板a, 機械部分：平板、支架、聯(lián)軸器（通過平板安裝試驗臺 T型槽平板工作面的硬度一般在 HB170—220或 187—255之間。材質：高強度鑄鐵 HT200-300工作面硬度為HB170-240，經過兩次人工處理。b, 聯(lián)軸器的選擇（由于用來連接軸與軸不需要分離，所以選擇聯(lián)軸器。）：1. 類型選擇：由于無刷直流電機是一種低功率，低轉速，所傳遞的轉矩較小，故選擇剛性聯(lián)軸器.2. 載荷計算公稱轉矩 T=9.55×10 6 P/n=9.55×106×0.4/2000=1910 N.mm查表 KA=1.3(轉矩變化小和沖擊載荷很小，并且原動機為無刷直流電動機) Tca = KA T =1.3×1910 N.mm=2483 N.mm=2.483N.m3． 型號選擇從上海車墩中查得 YL型、YLD 型凸緣聯(lián)軸剛性有對中榫凸緣聯(lián)軸器（YLD 型）的公稱轉矩為 10 N.m，許用最大轉速為 13000r/min（鋼）或者 8100 r/min（鐵）>無刷直流電機額定轉速 2000r/min，軸孔直徑為 10-20mm之間，而無刷直流電機輸出14軸徑為 12-15，故合用。YL型、YLD 型凸緣聯(lián)軸YL型、YLD 型凸緣聯(lián)軸器基本性能參數(shù)和主要尺寸軸孔長度 L 螺栓許用轉速[n]r/min 軸孔直徑d(H7) L0型號 公稱扭矩Tn(N·m)鐵 鋼 鐵 鋼 Y 型 J1 型D D1 數(shù)量n 直徑 M Y 型 J1 型轉動慣量(kg.m2) 重量(kg.m3)10111011 25 22 54 4812141214 32 27 68 58YL1YLD1 10 8100 1300016 18 1916181942 3071 53 3(3) M688 640.0018 0.941520-2022 52 38 108 80終上所述：聯(lián)軸器的材質可以選擇 45 鋼制材料的，由于無刷直流電機輸出軸徑 D為 12-15mm 所以鍵的公稱尺寸 b×h 為 5×5t為 3mm，t 1為 2.3mm 由于無刷直流電機輸出軸長為 25mm 根據(jù) GB/T1095-2003鍵的長度系列 L應為 14mm16C,傳感器的選擇：由于無刷直流電機 額定功率 400W額定轉速 2000r/m額定轉矩 2Nm最大轉矩 4Nm而 JY 系列扭矩傳感器能夠測量正、反向扭矩，不需調整零點精度高，穩(wěn)定性好且體積小、重量輕、安裝方便。可靠性高、壽命長。17由于電機啟動時最大轉矩 4Nm、額定轉矩 2Nm 根據(jù) JY系列扭矩傳感器規(guī)格宜選擇 JY1-5型號。d, 螺栓、墊片和螺母的選型（1）在 YLD型凸緣聯(lián)軸器基本性能參數(shù)和主要尺寸中已經給出螺栓為 M6由于所選擇螺栓為六角頭螺栓—A 級 所以螺栓螺紋長為 18mm 并且根據(jù) GB/T897.1—2002 墊片的 h 為 1.6mm,螺母 m=5.2mm,而且根據(jù)機械設計原理螺紋伸出長度a=（0.2~0.3）d=(0.2~0.3) × 12=2.4~3.6 即為 18+1.6+5.2+（2.4~3.6）=27.2~28.4mm 根據(jù) GB/T 5782—2000 L 的范圍為 30~60 所以 L 取 30 螺紋規(guī)格 d=M6，公稱長度 L =30mm、性能等級為 9.8 級、表面氧化，A 級的六角頭螺栓：螺栓 GB/T 5782 M6×30e,傳感器底座設計183.4 本章小結本章講述了電機可靠性試驗臺設計方案和具體設計，同時明確了怎么樣合理的設計試驗臺，達到最好的檢測效果。19參考文獻［1］濮良貴,紀名剛. 機械設計[M]. 北京:高等教育出版社,2002. 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[10 懂泳,王洪杰.PLC 控制技術在礦用試驗臺上的研究[J].2008，16(6):2. 20附錄 ?機器人和計算機集成制造文章歷史： 2008 年 11月 22日收稿摘 要：復雜的肩膀，又稱盂肱關節(jié)是最機動性和最良好的使用對人體關節(jié)之一。隨著時間的推移，問題可以與盂肱關節(jié)周圍的肌肉，軟骨，肌腱和韌帶，造成了強調肩膀復雜的老化或發(fā)生。這項工作，探討了一個新的創(chuàng)新肩關節(jié)試驗臺的設計。試驗臺是模仿人體運動肱骨和復制的所有范圍內的議案，它可以移動，在與有關的骨骼，肌肉，韌帶和肌腱在肩膀復雜的結合?？勺兊牧α恳矊⑦m用于所有范圍內的議案，盂。研究必須在肩部復雜和力量盂范圍內的議案進行。最初的概念設計創(chuàng)建模仿特定范圍內的議案; 內收，屈曲，內（內側）和外部（橫向） ，例如旋轉。概念發(fā)展相結合，開發(fā)一個試驗臺，將復制任何軸向運動的肩膀。研究確定最合適的制造工藝和材料，使試驗臺可以在材料實驗室制造。關鍵詞：肩關節(jié)、肩、試驗臺、部隊、設計、制造。1、簡介盂肱關節(jié)是最機動性和在身體的最知名的關節(jié)之一。它可以成為破壞由于體育活或通過一般的磨損，這可能會導致嚴重的問題，為受傷的人。外科醫(yī)生，工程師和研究人員正在繼續(xù)調查肩膀問題患者的生活質量改善的方法，并正在開發(fā)替代的方法，修復和減少可能出現(xiàn)的問題肩關節(jié)。開展了這項研究，以便進一步發(fā)展到預防肩部受傷，更換和維修可以通過一個新的和創(chuàng)新的肩關節(jié)試驗臺的設計。該試驗臺將允許研究人員進行人工肱骨骨頭上測試，并讓他們添加人工肌肉和盂肱關節(jié)的力量，并在這一領域的技術和知識的進步。上面顯示的主要骨骼和肌肉彌補肩膀復雜的。肱骨的肩肩試驗臺的設計是圍繞主骨。隨著人們年齡的肱骨能成為磨損，容易發(fā)生骨關節(jié)炎。這將導致軟骨，用于分發(fā)壓力和肩膀上的負荷，惡化。在嚴重的情況下，肱骨頭必須更換假肢設備。該試驗臺的設計模擬盂行事，在任何范圍內的議案，使新的假肢裝置可以設計和測試的力量。2、肩部復雜和范圍的議案這里是六個主要的議案，這些都為內收，外展，延伸，屈曲，內（內側）和外部（橫向）轉動肩膀可以執(zhí)行。這些動作都被限制肩部復雜的肌肉和韌帶。肩部有任何關節(jié)的運動范圍最大，在人體[17-19]（圖 2） 。絕對收的收，機械是不可能的，因為主干的存在。從參考點的位置開始，內收是唯一可能與擴展相結合，這使得一絲的內收及屈曲：允許收，以達到 30-451[17,18]。橫向內收是在一個水平面上向身體中線內側運動的走向和整個胸部，手臂背面朝下移動上臂。真正的生長激素聯(lián)合（簡稱為真正關節(jié)窩的一般運動）綁架是有限的只有 901 人。超出 901，它是一個 GH 和 ST 接頭之間的聯(lián)合努力。事實上，在 1801 被綁架（開銷手臂向上伸直） ，只有三分之二的運動發(fā)生在生長激素聯(lián)合（對自己的 301，901 與 ST 合資，其余的 601 只發(fā)生在 ST 聯(lián)合相結合） 。此之間的肱部的肩胛骨運動的無縫結合被稱為，作為肩區(qū)一般節(jié)奏[19]。21擴展整頓聯(lián)合角度的增加而導致的;移動上臂后方。運動能夠產生未來的最大的收強度第二的實力水平是延長運動。擴展使用相同的肌肉群，內收運動。擴展名是略高于其對面的運動屈曲。的延伸，是密切相關收，有 301 和 501[17-19]之間的范圍有限。真正的生長激素聯(lián)合范圍從 01 到 901 前屈運動本身，分隔成三個不同的階段[19]。內部（內側）旋轉周圍骨向身體的中心縱軸的旋轉運動;轉動上臂向內。在內部內側旋轉的肩膀可以旋轉 901[17]。外部（橫向）轉動，涉及到周圍的骨遠離身體中心的縱軸的旋轉運動;上臂向外旋轉。在外部橫向旋轉的肩膀，可旋轉 901[18]（圖 3） 。3、設計初期參與腦力激蕩和手工繪制的不同測試平臺的概念的產生。從試驗臺的概念演變而來的設計，只是涵蓋的一個概念試驗臺的肩膀覆蓋延伸，再延伸和旋轉，最后一個概念試驗臺的設計，可以涵蓋所有范圍內的議案在肩部的旋轉。圖 4 顯示了最初的概念設計的 CAD 建模[18-21]。肱骨頭安裝到安裝的模塊，其中有自由轉 3601，也能夠走動半環(huán)形跑道的前面板上。肱骨遠端將固定遠端持有人的。軌道將被安裝在兩列，列內會有用于大型電機轉動的軌道。因此，該試驗臺能夠重新肩部復雜的運動。以上圖所示的概念試驗臺的主要組成部分。 4 然后詳細評估和重新設計。筆者無法推定初步設計，這將正確執(zhí)行，但單獨檢查每個組件和創(chuàng)造的概念設計和評估的概念設計，它可以確保該組件將適合為目的。下面表 1 中的數(shù)字表明，其中的主要組成部分，每年創(chuàng)造的設計概念。4、概念設計所有被評估的概念設計時使用的方法，例如將強調軌道安裝的驅動器安裝模塊用來申請強制盂。在賽道上的概念進行有限元分析，以確保軌道不會彎曲和扭曲下的執(zhí)行機構創(chuàng)建的負載。每個概念的軌道被限制和應用負載，負載保持常數(shù)為所有的軌道概念。概念軌道車輪配置，還詳細評估中使用的有限元分析，以確保軌道和車輪設計的最好的配置選擇。轉動半環(huán)形跑道的方法進行了評估，非常詳細。有許多方法進行了研究，如電機驅動器和鏈，滑輪系統(tǒng)，驅動器驅動的議案和兩個軌道配置（請參閱表 1，第 3 行） 。安裝模塊進行了評估申請武力盂，例如，驅動器數(shù)量，規(guī)格，權力，地位和附著點所需的驅動器上的主要重點。4.1 概念設計評價以及有限元分析的概念設計，使用排名和權重的方法進行評估。表 2 和表 3 顯示的最終設計的選擇過程中使用的排名和權重的方法。用來得分的主要考慮因素，這是考慮到在設計過程中，排名和比重。例如，易于制造，是一個需要考慮的因素，這是取得 1-10 的基礎上，1 是最重要的 10 個最重要的。表 2 中制造輕松得分為 4 的重要性。這是每個概念設計取得單獨給總比分倍。主要考慮的總數(shù)，然后加在一起，這給了最適當?shù)母拍钤O計的基礎上，主要考慮因素的重要性。一個突破的排名和權重的方法中使用的標準，詳述如下。224.1.1 電機和驅動器的成本這是一個重要的考慮因素，因為驅動器和電機都比較昂貴，特別是考慮到，他們需要有一個變速，將需要進一步的電子設備，使用和監(jiān)督他們。然而，他們的一項基本要求，所以在一個項目的成本5 的重要性。高得分設備將使用少量的驅動器或電機和設備，這需要很多驅動器或電機得分較低。4.1.2 所使用的材料數(shù)量這是定于 2 重要性。這是因為材料將被要求建立試驗臺，但過度的物質會增加整體成本的試驗臺。重量和制造，有自己的重要性，但也相對材料用量可能緩解。4.1.3 易于制造這是 4 的重要性。這是因為它是重要的是能夠制造流程，這是相當簡單和成本效益的設備。這是可能更費時，更昂貴和難以掌握，因此需要受過專門訓練的技術人員對制造工藝的首選。該項目的目標之一是能夠建立內部技術的試驗臺。4.1.4 生產時間制造時間為 7 的重要性。這是因為它是重要的研究小組設計和制造設備，并進行測試，以檢索結果。有限元分析模型也正在建立，如果設備需要比有限元分析模型，反之亦然創(chuàng)建不再會有物理和理論結果比較沒有辦法。4.1.5 耐久性耐久性為 8 的重要性。重要的是，當試驗臺是完整的，充分利用可采取由研究小組。如果設備不斷被打破，