電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)(開(kāi)題報(bào)告)

1、 濱 州 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目 電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì) 系 院 機(jī)電工程系 年級(jí) 2012級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 1班 學(xué)生姓名 宋星亮 學(xué)號(hào) 1214090422 指導(dǎo)教師 龍秀慧 職稱(chēng) 講師 濱州學(xué)院教務(wù)處二一六 年 三 月開(kāi)題報(bào)告填表說(shuō)明1.開(kāi)題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過(guò)程規(guī)范管理的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)工作作風(fēng)的重要手段，是學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作方案，是學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的依據(jù)。2.學(xué)生選定畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目后，與指導(dǎo)教師進(jìn)行充分討論協(xié)商，對(duì)題意進(jìn)行較為深入的了解，基本確定工作過(guò)程思路，并根據(jù)課題要求查閱、收集文獻(xiàn)資料，進(jìn)行

2、畢業(yè)實(shí)習(xí)（社會(huì)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)考察、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)等），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告。3.課題的目的意義，應(yīng)說(shuō)明對(duì)某一學(xué)科發(fā)展的意義以及某些理論研究所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益等。4.文獻(xiàn)綜述是開(kāi)題報(bào)告的重要組成部分，是在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料后，對(duì)與本人所承擔(dān)課題研究有關(guān)方面已取得的成就及尚存的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述，并提出自己對(duì)一些問(wèn)題的看法。5.研究的內(nèi)容，要具體寫(xiě)出在哪些方面開(kāi)展研究，要突出重點(diǎn)，實(shí)事求是，所規(guī)定的內(nèi)容經(jīng)過(guò)努力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可以完成。6.在開(kāi)始工作前，學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師幫助下確定并熟悉研究方法。7.在研究過(guò)程中如要做社會(huì)調(diào)查、實(shí)驗(yàn)或在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行工作，應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明使用的儀器設(shè)備、耗材及使用的時(shí)間及

3、數(shù)量。8.課題分階段進(jìn)度計(jì)劃，應(yīng)按研究?jī)?nèi)容分階段落實(shí)具體時(shí)間、地點(diǎn)、工作內(nèi)容和階段成果等，以便于有計(jì)劃地開(kāi)展工作。9.開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行填寫(xiě)，指導(dǎo)教師不能包辦代替。10.開(kāi)題報(bào)告要按學(xué)生所在系規(guī)定的方式進(jìn)行報(bào)告，經(jīng)系主任批準(zhǔn)后方可進(jìn)行下一步的研究（或設(shè)計(jì)）工作一、課題的目的意義：試驗(yàn)機(jī)是材料生產(chǎn)行業(yè)和各級(jí)質(zhì)檢部門(mén)對(duì)材料性能檢測(cè)最常用且最重要的設(shè)備之一。它可以用來(lái)檢測(cè)各種材料及其制品在各種環(huán)境和模擬狀態(tài)下的機(jī)械性能、工藝性能、結(jié)構(gòu)抗振強(qiáng)度以及材料與構(gòu)件內(nèi)外表面缺陷，廣泛應(yīng)用于機(jī)械電子、交通運(yùn)輸、冶金建筑、汽車(chē)、宇航與造船、新型材料、醫(yī)療衛(wèi)生以及國(guó)防科技、具有不容忽視的影響。試驗(yàn)機(jī)根據(jù)

4、加載方式不同分為機(jī)械式加載試驗(yàn)機(jī)和液壓式加載試驗(yàn)機(jī)，前者用由普通電機(jī)、齒輪、絲杠等組成，測(cè)量精度低且不便于控制加載方式和檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，此外這種試驗(yàn)機(jī)的壽命很低，過(guò)度磨損后就無(wú)法打到規(guī)定的精度。后者有液壓馬達(dá)、控制閥、液壓缸組成，雖然改善了由于使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起精度降低的問(wèn)題，但是對(duì)于加載的控制還是極為不便，測(cè)量精度也不高，不能實(shí)現(xiàn)一些特定的加載方式。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種在原有試驗(yàn)機(jī)基礎(chǔ)上融入微機(jī)控制、檢測(cè)、顯示打印的思路油然而生，計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展也要求設(shè)計(jì)一種可以與計(jì)算機(jī)相適應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)。二.文獻(xiàn)綜述（分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、提出問(wèn)題，找到研究課題的切入點(diǎn)，附主要參考文獻(xiàn)，約2000字）：試驗(yàn)機(jī)

5、是一種技術(shù)密集型的精密標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備，具有很強(qiáng)的綜合性和學(xué)科交叉性，它涉及到機(jī)械、電氣、液壓、振動(dòng)、高溫、低溫、真空、光學(xué)、電子、材料、工藝、測(cè)量、控制等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域，并且還跨接了近代閉環(huán)伺服、遙控、數(shù)顯、數(shù)控、激光、智能化等高技術(shù)，具有儀器儀表行業(yè)中眾多學(xué)科和眾多技術(shù)交叉綜合的特點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，材料試驗(yàn)機(jī)必須滿(mǎn)足強(qiáng)實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確的運(yùn)動(dòng)控制和力控制、可靠的程控自動(dòng)測(cè)試、多任務(wù)處理等性能要求。試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)既要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制。材料試驗(yàn)機(jī)是測(cè)試金屬材料力學(xué)性能的一個(gè)測(cè)試加載平臺(tái)。按照加載方式與控制方式區(qū)分，有三代產(chǎn)品:機(jī)械式加載試驗(yàn)機(jī)、液壓式加載試

6、驗(yàn)機(jī)和微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)。1.機(jī)械式加載試驗(yàn)機(jī)，主要是普通電動(dòng)機(jī)、齒輪、絲杠式傳動(dòng)加載及重錘杠桿式加載。其缺點(diǎn)是調(diào)整、控制加載速率十分困難，而且要求試驗(yàn)機(jī)承力結(jié)構(gòu)抵抗變形的剛度很大。2.液壓式加載試驗(yàn)機(jī)使人工控制、調(diào)整加載速率變得較為容易，加載能力也得到極大加強(qiáng)，而且對(duì)試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)剛度要求下降，特別是易于實(shí)現(xiàn)雙向、三向加載，這是機(jī)械加載方式難以實(shí)現(xiàn)的。3.微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)是在普通電動(dòng)機(jī)、齒輪、絲杠式傳動(dòng)加載的基礎(chǔ)上改以采用便于自動(dòng)控制的伺服電機(jī)，或者在液壓加載方式的基礎(chǔ)上采用電液伺服閥或比例閥，配上微機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)，使得試驗(yàn)機(jī)的性能發(fā)生了革命性的變化，主要表現(xiàn)如下:（1）可

7、以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒加載速率。加載速率的變化對(duì)金屬材料力學(xué)性能有重大影響，測(cè)試靜載條件下的力學(xué)性能就必須要求加載速率滿(mǎn)足特定要求。傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)只能依靠試驗(yàn)人員觀察，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加以手工調(diào)整，而微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)則利用力傳感器對(duì)載荷變化速度加以數(shù)據(jù)檢測(cè)、采集，利用負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加載速率穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值上。（2）可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒變形速率。傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒變形速率，而微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)則利用電子引伸計(jì)對(duì)變形速率加以檢測(cè)、采集，利用負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)使得變形速率穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值上。（3）傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)度量力的大小基本上根據(jù)杠桿平衡原理，其示力精度依賴(lài)祛碼的精度及杠桿系統(tǒng)的精度。故傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)力測(cè)量的絕對(duì)誤差

8、都是按照量程的百分之幾來(lái)計(jì)算的，在某一量程內(nèi)，力的數(shù)值越小，相對(duì)誤差就越大。而微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)則利用力傳感器作為力的測(cè)量裝置，通過(guò)力傳感器及相應(yīng)電子放大線路則可以做到力的示值相對(duì)誤差保持不變，通過(guò)提高力傳感器及相應(yīng)電子放大線路的質(zhì)量，可以極大提高力的測(cè)量精度。4.微機(jī)的使用，使得數(shù)據(jù)和試驗(yàn)曲線的顯示變得更加容易，通過(guò)軟件還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是傳統(tǒng)的X-Y記錄儀所做不到的。另外，利用與微機(jī)配套的打印機(jī)可以極為容易地輸出測(cè)試報(bào)告?？梢詫?shí)現(xiàn)各種速率控制的自控試驗(yàn)機(jī)在微機(jī)沒(méi)有發(fā)展起來(lái)時(shí)就有，但那時(shí)因大規(guī)模集成電路發(fā)展尚不成熟，故需非常復(fù)雜、龐大的電控箱，采樣速度慢，響應(yīng)速度低，性?xún)r(jià)比低，操作復(fù)

9、雜不便。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微機(jī)的普及，才出現(xiàn)了現(xiàn)在的微機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)。比較有代表性的廠家有英國(guó)的英斯特朗公司和日本的島津制作所。英斯特朗公司的第一代產(chǎn)品是1110系列，第二代產(chǎn)品為1190系列，第三代產(chǎn)品為1100, 6000系列，第四代產(chǎn)品是4500系列(精密型)和4000 (4200, 4300)系列(標(biāo)準(zhǔn)型)。島津制作所的第一代產(chǎn)品是IS系列，第二代產(chǎn)品是DSS系列，第三代產(chǎn)品是AG-A,B, C系列，第四代是AG-E系列。在這些系列的試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，負(fù)荷精度能達(dá)到指示值的士0.5 %(或每級(jí)量程的士0.25，橫梁速度控制精度達(dá)士0.1 % )。我國(guó)電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展

10、也很迅速，最早的一款電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是由長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所開(kāi)發(fā)的定型產(chǎn)品WD系列。近幾年以來(lái)，國(guó)內(nèi)在試驗(yàn)機(jī)方面研究的廠家也很多，如深圳新三思公司和濟(jì)南試金集團(tuán)生產(chǎn)多種類(lèi)型的成套試驗(yàn)設(shè)備?？紤]到加載速率、變形速率對(duì)金屬材料力學(xué)性能的影響，國(guó)際上通行的與我國(guó)現(xiàn)行的金屬材料拉伸試驗(yàn)規(guī)范中都對(duì)這兩者做出較為嚴(yán)格的規(guī)定。基于我國(guó)的試驗(yàn)機(jī)保有量和設(shè)備更新的經(jīng)濟(jì)承受能力，經(jīng)過(guò)了十幾年的更新過(guò)程，傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)正在逐步消失。目前計(jì)算機(jī)控制的電控試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是科研單位和高校，已基本淘汰傳統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)?，F(xiàn)代電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下七個(gè)方面:1.高精度的橫梁速度控制、載荷速率控制(等速應(yīng)力控制)、

11、應(yīng)變速率控制(等速應(yīng)變控制)、精確的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以及實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄，便捷的試驗(yàn)結(jié)果顯示和打印輸出。2.萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上帶有各種自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量裝置，大都采用組件形式，可以隨意增加以擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)的使用范圍和功用。3.控制測(cè)量系統(tǒng)趨于與主機(jī)分離，為使試驗(yàn)準(zhǔn)確可靠并便于操作，廣泛使用氣動(dòng)和液壓夾緊裝置。4.鑒于應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量對(duì)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的性能指標(biāo)有很大的影響，因此國(guó)外在不斷改進(jìn)試驗(yàn)機(jī)機(jī)械本體結(jié)構(gòu)和載荷加載系統(tǒng)的同時(shí)，都致力于研制性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏和精度高的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量裝置。目前正在大力發(fā)展的是應(yīng)變片式負(fù)荷傳感器和差動(dòng)變壓式引伸計(jì)。雖然有些產(chǎn)品帶有電感式和電容式傳感器，但使用不廣泛。5.在特殊的環(huán)

12、境或介質(zhì)中，材料力學(xué)性能測(cè)定。為在各種條件下測(cè)定材料的機(jī)械性能，國(guó)外萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)大都帶有各種環(huán)境裝置如實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)裝置，專(zhuān)用試驗(yàn)機(jī)的水平更高一些。6. PC機(jī)和微處理器己開(kāi)始應(yīng)用到萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)也由基于PC機(jī)或者工控機(jī)系統(tǒng)向獨(dú)立式測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，采用的總線方式由以前的ISA總線、PCI總線向USB總線發(fā)展。所以，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)仍是當(dāng)前萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)中的兩個(gè)主流。7.從工程應(yīng)用與發(fā)展理論來(lái)看，測(cè)試含有微裂紋試樣的力學(xué)性能非常重要，尤其是通過(guò)測(cè)試過(guò)程揭示微裂紋發(fā)展、擴(kuò)大，直至試樣斷裂的力學(xué)規(guī)律。最理想的方法是能夠在加載條件下，三維顯示微

13、裂紋附近的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)及其隨時(shí)間的演化過(guò)程。隨著工業(yè)CT技術(shù)的進(jìn)展，問(wèn)題將會(huì)得到解決。參考文獻(xiàn)1曹用濤.金屬力學(xué)性能測(cè)試進(jìn)展.理化檢驗(yàn)物理分冊(cè).1994 (5):22 25.2林際熙.金屬力學(xué)性能檢驗(yàn)人員培訓(xùn)教材.冶金工業(yè)出版社.1999.3魄幼鵬.材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀與展望.現(xiàn)代制造工程.2003 (8增):8283.4試驗(yàn)機(jī)學(xué)會(huì)第二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)試驗(yàn)機(jī)學(xué)會(huì)編.1988: 5325計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè).計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì).中國(guó)計(jì)量出版社，1996.6陳華.多功能材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力計(jì)和測(cè)試軟件的研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2003: 46.7管志平，定載荷拉伸材料試驗(yàn)機(jī)

14、及定載荷拉伸變形力學(xué)解析.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002: 521.8田克俊.電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究.華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2002: 38.9夏春風(fēng)，鐘康民，楊麗琴 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的基于齒輪滾珠絲桿與鉸桿增力機(jī)構(gòu)的綠色化壓力機(jī)設(shè)計(jì)J 機(jī)械傳動(dòng)，2013( 2) : 50 52三、課題研究的內(nèi)容、方法和預(yù)期目標(biāo)：完整的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：1.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(2) 加緊裝置設(shè)計(jì)(3) 外形設(shè)計(jì)2.測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.基于Visual C+ 6.0的程序編寫(xiě)主要方法：1.查閱文獻(xiàn)資料，專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)或論文，從中學(xué)習(xí)控制原理。完成基本知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的架構(gòu)。2.到工廠

15、車(chē)間或涉及課題有關(guān)的單位進(jìn)行實(shí)地考查或?qū)嵙?xí)，并開(kāi)展有關(guān)研究 ，參考實(shí)際中核心問(wèn)題的解決方案，以及實(shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題和應(yīng)該注意的事項(xiàng)。 3.請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行指導(dǎo)與評(píng)議，找到自己的不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短。將不合適的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)中的失誤剔除改正。4.自己試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試性能。預(yù)期目標(biāo)：1.完成機(jī)械系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并寫(xiě)出合格論文一篇。2.利用solidworks進(jìn)行模擬演示。四、所需儀器設(shè)備、材料情況：CAD、solidworks、VC+6.0等軟件五、課題分階段的進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)起止日期工作內(nèi)容階段成果12016.2.29-3.11選題，查閱文獻(xiàn)，寫(xiě)出畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)始外文翻譯完成開(kāi)題報(bào)告，準(zhǔn)備外文文獻(xiàn)資料22016.3.12-3.25開(kāi)題報(bào)告定稿，并初步確定總體設(shè)計(jì)方案和章節(jié)和實(shí)驗(yàn)方案確定總體方案、實(shí)驗(yàn)方案32016