多功能材料试验机的设计.docx

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多功能材料试验机的设计

万能材料试验机

摘要:

试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。

近年来，试验机行业技术突飞猛进。

试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。

高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展方向。

本文首先概述了试验机的基本定义、分类与国内外一些重要生产商的成果。

第二部分论述了所想到的四种方案并对这些方案优缺点作了分析和对比。

前三种方案均为利用滚珠丝杠，最后一种则利用液压。

在彼此比较后决定选第一种方案。

第三部分则是说明了试验机的主要机械传动部分的设计以及对它们的校核过程。

试验机的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、滚珠丝杠三部分组成。

经过校核后所有设计均符合要求。

用ProE软件完成试验机的三维总装图，然后得到了整个试验机的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。

在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。

关键词:

 试验机；蜗轮蜗杆；锥齿轮；滚珠丝杆。

Universal testing machine 

ABSTRACT:

Test machine in various conditions and environment in metal materials, non-metallic materials, machinery accessory, engineering structures such as mechanical properties, technics performance, Internal defects and checking dynamic imbalance rotating parts of sophisticated testing equipment, such as materials tension, compression,bending, shear, reversing, impact, fatigue, creep, lasting and relaxation, wear, hardness tests. In recent years,the technic of the test machine industry advances rapidly. Test machine is the direction toward the development of the super-tiny force detection and the development of super-large external force testing. Detection of high-precision, high sensitivity, smooth motion, easily operated test machine is the main development direction presently. 

This paper first summarizes the test machine's basic definition, classification, and some important domestic and foreign manufacturers results. The second part, discussing about the experiences of the four projects as well as advantages and disadvantages of these projects are analyzed and compared . The foregoing three programs are the use of ball screw, the last one is using the hydraulic pressure. In comparison with each other decide the first option. The third part is the experiment, the major part of the mechanical drive design and the process of checking them. The main drive system of the test machine includes the worm,taper gear, ball screw three components. After checking  all the design had complied with the request. The three-dimensional assembly drawings of the test machine are finished by the soft called PROE.Then,export the planar drawings,such as worm gear&worm,taper gear,shaft and so on. In the end concisely introduce the meeting and what had learned in the graduate design experiences.  

Keywords:

Test Machine, Worm Gear & Worm,Taper Gear,Ball Screws ,Proe 

第一章   概述

1.1材料试验机概述 

材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。

在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。

广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。

对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。

材料试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。

按加荷方法分类:

 静负荷试验机（静态）和动负荷试验机（动态）。

其中静态试验机一个主要组成部分万能试验机又可分为液压万能试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。

1.2国内外试验机研究的现状

中国材料试验机的现状验机制造行业在旧中国是空白，中华民共和国成立后，党和政府十分重视我国计量检测事业的历史悠久，但试计量检测技术的发展，采取了许多重要措来发展仪器仪表工业。

经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有

图1-1电子万能试验机

从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。

我国万能材料试验机市场已形成一定规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。

电子万能材料试验机（落地式）主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。

广泛应用于航天航空、石油化工、机械制造、塑料橡胶、陶瓷建材、金属材料、建筑工程

等行业，以及高等院校、科研机构、技术监督、质检站所等部门。

可根据GB/ISO/ASTM/JIS/DIN等标准进行拉伸、压缩、弯曲、剪切及各种高低温试验，可检测材料的屈服强度、抗拉（压、弯）强度、延伸率、非比例强度、弹性模量等参数。

电子万能试验机（落地式）性能特点：

电子万能试验机（落地式）采用双空间落地式结构，上空间拉伸，下空间压缩、弯曲。

主机部分由四立柱、上横梁、中横梁、工作台组成落地式框架，调速系统安装在工作台下部，由调速精度高、范围宽、性能稳定的交流伺服电机通过同步齿形带减速系统带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠副驱动中横梁，带动拉伸附具（或压缩、弯曲附具）上下移动，实现试样的加荷和卸载。

该结构具有高刚度、高效率、传动稳定。

本主机采用先进的DSCC-1全数字闭环控制系统进行控制及测量，采用计算机进行试验过程及试验曲线的动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再分析编辑，产品性能达到国际先进水平。

图1-2WE-B系列数显式液压万能试验机主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲等

图1-2数显式液压万能试验机

力学性能试验，增加简单的附件后可对水泥、混凝土、砖、瓦、橡胶及其制品进行检测。

本机由双立柱双丝杠油缸下置式主机及琴式油源控制柜组成。

拉伸空间位于主机上方，压缩、弯曲试验位于主机下方即中横梁和工作台之间。

试验空间的调整通过移动中横梁来实现，中横梁升降采用链条传动。

手动调整送油阀进油量来实现材料的拉伸、压缩、弯曲等试验。

试验完成后自动求取材料的最大力、抗拉强度等试验结果。

WE-B系液压万能试验机性能特点：

1、特制超厚钳口座在钳口夹持试样时、使钳口完全包容在钳口座体内，使试样夹持更加可靠，杜绝了因钳口座浅而呈喇叭状变形损坏的可能，大大提高了设备的使用寿命。

2、在钳口座和钳口卡板之间增加了耐磨衬板，杜绝金属拉伸过程中氧化皮掉入，致使钳口座斜面划伤的现象，使夹持过程更顺滑，加成更牢靠。

3、测控系统运行速度快、界面温和、具有多种试样信息输入模式，可满足不同材料的测试。

对于相同条件的试样一次输入多个自动生成。

4、试验力显示全程分辨率不变，以确保实验数据测量的准确性。

5、试验数据（试验力、加载速率）和试验曲线随试验过程动态实时屏幕显示。

6、实验结束后实验数据自动分析、自动存储和打印。

7、当负荷超过慢量程的2%-100%是自动过载保护停机。

8、分解试验日期可自动查询相关历史记录。

9、软件预留数据接口，方便于试验室间隔局域联网，便于试验数据管理。

图1-3液压伺服万能试验机

WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机[1]主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验，增加简单的附件和装置，还能对木材、水泥、混凝土、橡胶及其制品进行试验。

WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机主要参数：

1、最大试验力（KN）：

600

2、试验力示值相对误差：

≦示值+1％

3、试验力测量范围：

最大试验力的2%~100%

4、等速应力控制范围：

（N/mm2·S-1）2~60

5、应力速率误差：

≤±5%

6、等速应变控制范围：

0.00025/s~0.0025/s

7、应变速率误差：

≤±5%

8、等速位移控制范围（mm/min）：

0.5~50

9、位移速度相对误差：

≤±5%

10、夹紧方式：

液压夹紧

11、圆试样夹持直径范围（mm）：

Φ13～Φ40

12、扁试样夹持厚度范围（mm）：

0~30

13、扁试样夹持宽度（mm）：

80

14、最大拉伸试验空间（mm）：

600

15、最大压缩试验空间（mm）：

500

16、控制柜外形尺寸（mm）：

600×480×960

17、主机外形尺寸（mm）：

1180×750×2633

18、电机功率（KW）：

4.1

19、主机质量（KG）：

3000

第二章设计方案

2.1方案简述

2.1.1方案一：

锥齿轮传动

电动机产生动力通过减速箱，经过蜗轮蜗杆的传动，