中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院論文

1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名： 丁建斌 學(xué) 號(hào)： 1230117131 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程專業(yè) 班 級(jí)： 機(jī)電121 設(shè)計(jì)（論文）題目： 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)CAD 指導(dǎo)教師： 系 ： 機(jī)電工程系 2016年 3月 22 日萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)CAD1.1.11第1章 概述1.1課題的提出1.1. 1.1.1課題產(chǎn)生的背景作為機(jī)械電子工程本科畢業(yè)生，為了能在走上工作崗位之后更快地進(jìn)入職業(yè)角色、我們需要在通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)初步地將自己在大學(xué)四年中所學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。所以在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)之下，我選擇了萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)這個(gè)題目。1.2. 1.1.2 課題的意義通常,

2、把測(cè)定材料機(jī)械性能的儀器和設(shè)備稱為材料試驗(yàn)機(jī)。但是，有些國(guó)家有時(shí)把測(cè)定材料物理性能（甚至化學(xué)性能）的儀器和設(shè)備也稱為材料試驗(yàn)機(jī)。國(guó)外，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家中，對(duì)于試驗(yàn)機(jī)的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因?yàn)?，材料試?yàn)機(jī)作為一個(gè)基礎(chǔ)工業(yè)部門，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。實(shí)際上，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，材料試驗(yàn)機(jī)是確保各種機(jī)器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行的重要測(cè)試設(shè)備。因?yàn)?，為了既?jīng)濟(jì)又安全可靠地從事各種工程設(shè)計(jì)，必須根據(jù)材料的機(jī)械性能選取合適的材料。否則，可能造成浪費(fèi)，或者導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的事故。而要獲得準(zhǔn)確的材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)，只有使用材料試驗(yàn)機(jī)。在工業(yè)生產(chǎn)特別

3、是軍事工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常需要對(duì)各種材料和零部件或整機(jī)進(jìn)行檢定和測(cè)試。許多重要性的熱處理零部件，如軋鋼機(jī)的鋼輥，機(jī)器的主軸和汽車的連桿等，都要百分之百的進(jìn)行硬度檢定。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也提出了許多新問(wèn)題。例如現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，需要一些具有特殊性能的，能在高溫，低溫，高壓，高速以及各種復(fù)雜條件下工作的材料，因此必須研制新型材料與合金。鋼鐵廠生的的鋼材，也需要隨時(shí)檢驗(yàn)。顯而易見(jiàn)，所有這些研究和檢驗(yàn)工作，離開(kāi)材料試驗(yàn)機(jī)是無(wú)法進(jìn)行的。上述幾點(diǎn)，已足以說(shuō)明材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展對(duì)航空，冶金，機(jī)械，建筑和造船等工業(yè)部門，在合理設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)工藝和降

4、低成本方面具有重要的意義。另外，由于材料試驗(yàn)機(jī)所涉及到的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域比較廣泛，如高溫技術(shù)，低溫技術(shù)，真空技術(shù)，液壓技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，電子技術(shù)和激光技術(shù)等，并且還應(yīng)用各種測(cè)試，記錄和顯示儀器，所以材料試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展，往往取決于很多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的水平。1.2國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)機(jī)研究的回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及其趨勢(shì)近些年來(lái)，隨著航空，冶金，造船，化工和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，對(duì)金屬材料試驗(yàn)提出的要求也越來(lái)越高，許多產(chǎn)品的重要的零部件甚至整機(jī)，常常需要在各種復(fù)雜的情況下進(jìn)行模擬試驗(yàn)。因此，在材料試驗(yàn)機(jī)中不斷地采用了一些新技術(shù)，例如電液伺服系統(tǒng)，電子計(jì)算機(jī)等。所有這些新技術(shù)的應(yīng)用

5、，不僅使材料試驗(yàn)機(jī)的性能在為提高，而且使材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了很大的變化。近來(lái)國(guó)外生產(chǎn)的一些萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，由于應(yīng)用了一些新技術(shù)，試驗(yàn)機(jī)的性能有所提高，應(yīng)用范圍也有所擴(kuò)大。這種試驗(yàn)機(jī)除了能做拉壓，彎，剪切等表態(tài)試驗(yàn)外，還可以做蠕變和松弛試驗(yàn)，有的還能做動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，測(cè)定材料的疲勞極限。國(guó)外生產(chǎn)的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和拉力試驗(yàn)機(jī)，主要分為機(jī)械式，液壓式和電子式三種。近來(lái)電液伺服系統(tǒng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)后來(lái)居上。此外，有時(shí)又按其他特征分為高溫，低溫，大型，微型和自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)等。機(jī)械式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加荷機(jī)械和測(cè)力機(jī)械一般采用機(jī)械傳動(dòng)裝置。這種試驗(yàn)機(jī)具有足夠的精度和穩(wěn)定性。但負(fù)荷能力受到一定限制，最大負(fù)荷多在10噸以下。因測(cè)力

6、機(jī)械的慣性較大，加荷速度受到一定限制。所以，國(guó)外一些主要生產(chǎn)廠已經(jīng)不再生產(chǎn)，有的僅放在次要的地位。液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，應(yīng)用液壓傳動(dòng)加荷。范圍一般為10-200噸。最大負(fù)荷高達(dá)5500噸。與機(jī)械萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)相比較，除負(fù)荷較大外，加荷平衡，加荷速度可自由調(diào)節(jié)。近些年來(lái)，各國(guó)都在大力發(fā)展電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)與電子拉力試驗(yàn)機(jī)。這是一種將電子技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷系統(tǒng)與變形系統(tǒng)中，精確地進(jìn)行測(cè)量和記錄的新型材料試驗(yàn)機(jī)。1.3. 1.2.1國(guó)內(nèi)外各種實(shí)驗(yàn)機(jī)的介紹試驗(yàn)機(jī)是用來(lái)進(jìn)行材料力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)定的設(shè)備，在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗(yàn)中都需要應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)來(lái)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。而其中在靜態(tài)

7、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)尤為廣泛。我國(guó)靜態(tài)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為數(shù)眾多，遍布于全國(guó)各地，大部分不具備電測(cè)能力，以手動(dòng)調(diào)整進(jìn)、回油閥的方式運(yùn)行，試驗(yàn)手段落后，有勞動(dòng)量大和測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。若對(duì)其指示、記錄系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，則可以充分地發(fā)揮設(shè)備的潛能，大大提高其技術(shù)性能及使用價(jià)值，更好地為材料研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。 本系統(tǒng)將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)、傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，其中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)處理分析和試驗(yàn)中的加載速率控制是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。 本系統(tǒng)在充分掌握大量試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)信息的基礎(chǔ)上，采用虛擬

8、儀器技術(shù)，進(jìn)行了靜態(tài)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)的硬件搭建及軟件設(shè)計(jì)。下面對(duì)各種試驗(yàn)機(jī)作簡(jiǎn)單介紹：1液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)傳統(tǒng)的材料試驗(yàn)機(jī)是液壓式的, 這種材料試驗(yàn)機(jī)存在一些不足之處。它通過(guò)油泵向油缸輸油加壓, 由流量調(diào)節(jié)閥控制流量。油泵和測(cè)力油缸的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障, 不但影響試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行和試驗(yàn)質(zhì)量, 而且增加了維修工作量; 它的液壓夾具的鉗口座比較笨重, 容易損壞; 采用擺錘測(cè)力計(jì)測(cè)量試驗(yàn)力,擺錘的慣性大, 對(duì)載荷的測(cè)量精度低, 且量程范圍小。2電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電子材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的閉環(huán)控制; 試驗(yàn)中無(wú)須選擇量程, 可實(shí)行全過(guò)程自動(dòng)控制; 裝卸夾具和附件方便; 軟件包功能

9、強(qiáng)大, 用戶通過(guò)PC 可直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算并輸入測(cè)試結(jié)果和打印試驗(yàn)報(bào)告。計(jì)算機(jī)控制整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程, 保證了試驗(yàn)的質(zhì)量。電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代的電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)、電技術(shù)各自特長(zhǎng)而設(shè)計(jì)成的大型精密測(cè)試儀器，它具有高科技特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法是模塊化的。采用集散技術(shù)，有效地利用了微機(jī)功能對(duì)各種附件和功能單元進(jìn)行組合管理、控制、實(shí)現(xiàn)多種功能試驗(yàn)。材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試裝置包括機(jī)身、橫梁及其支撐部件、鉗口和引伸計(jì)等。其中機(jī)身、橫梁及支撐裝置只需滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求即可, 而引伸計(jì)和試驗(yàn)鉗口則是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵測(cè)量裝置和部件。電子材料試驗(yàn)機(jī)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。首先, 通過(guò)計(jì)算

10、機(jī)可完成試驗(yàn)階段的設(shè)置。對(duì)于金屬材料的常規(guī)拉伸試驗(yàn), 通常劃分為三個(gè)階段, 即彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。在三個(gè)試驗(yàn)階段設(shè)置中, 均要選擇速率控制類型和最大存儲(chǔ)頻率等主要參數(shù)值。同時(shí), 計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ), 并由計(jì)算軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 給出檢測(cè)結(jié)果,最后, 完成試驗(yàn)報(bào)告的打印。3擴(kuò)大試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)噸位的機(jī)械增力裝置該裝置屬于材料試驗(yàn)設(shè)備，能在一定的試驗(yàn)條件下解決小噸位高頻拉壓試驗(yàn)機(jī)不能進(jìn)行大噸位試驗(yàn)的問(wèn)題。它利用彈性內(nèi)封閉力系的原理，通過(guò)改變裝置系統(tǒng)內(nèi)部的約束尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)增力，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)通過(guò)電阻、電橋、應(yīng)變儀、指示器、光標(biāo)及“動(dòng)態(tài)靜標(biāo)法”來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。該裝置能確保原試驗(yàn)機(jī)的各

11、項(xiàng)性能指標(biāo)及使用壽命，能達(dá)到“以小改大、一機(jī)多用”的目的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡(jiǎn)單、測(cè)試精確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。4機(jī)械式帶傳動(dòng)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 基于主機(jī)架采用門式結(jié)構(gòu)，使得造型勻稱美觀大方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。尤其配以滾珠絲杠與同步齒型膠帶的傳動(dòng)系統(tǒng)，使得整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)快、噪聲低、效率高。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，微機(jī)可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)換檔，從而保證了測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)的分析, 發(fā)現(xiàn)其不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1) 無(wú)法保證角度及位移測(cè)量的精度?，F(xiàn)代位移測(cè)量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測(cè)量系統(tǒng), 利用增量測(cè)量方法來(lái)確定位

12、置和材料延伸率, 精度達(dá)到±011m, 速度可達(dá)16m / s ; 傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)多通過(guò)游標(biāo)卡尺人工測(cè)量, 無(wú)法滿足這一要求。(2) 數(shù)據(jù)人工生成。采用人工讀取的形式獲得數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)無(wú)法即時(shí)匯總和分析。(3) 速度調(diào)節(jié)為機(jī)械的有級(jí)調(diào)速, 速度控制為開(kāi)環(huán)控制, 不能構(gòu)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)。(4) 不能測(cè)量材料的屈服強(qiáng)度s、彈性模量E、硬化指數(shù)n和塑性應(yīng)變比r等參數(shù)。事實(shí)上, 多功能材料試驗(yàn)機(jī)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等, 其實(shí)驗(yàn)原理與當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的變化, 其被控對(duì)象都比較相似, 對(duì)控制效果的要求也相似。計(jì)算機(jī)控制材料試驗(yàn)機(jī)主要是在控制系統(tǒng)上引入了CAT (Computer Aided Test, 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試) , 具有液壓伺服或者交直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)、高精度的位移傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制裝置等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。參考文獻(xiàn)：1現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社。2機(jī)械設(shè)計(jì)，潭慶昌 編，高等教育出版社。3全國(guó)最新機(jī)電產(chǎn)品大全，北京笠學(xué)技術(shù)出版社。4常用軸承技術(shù)手冊(cè)，卜炎 編，機(jī)械工業(yè)出版社。5機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)，成大先 編，化學(xué)工業(yè)出版社。6滾動(dòng)軸承產(chǎn)品樣本，中國(guó)工業(yè)出版社。7中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品目錄，國(guó)家機(jī)械工業(yè)局