萬能材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23043萬能材料試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)案例 1307331.1加載方式 1110991.1.1液壓式 1144351.1.2機(jī)械式 1283891.2傳動(dòng)方式 1315501.3總體結(jié)構(gòu) 21.1加載方式對(duì)于大多數(shù)萬能材料試驗(yàn)機(jī)來說，加載方式分有兩種不同的加載方式。一種是機(jī)械式加載，另一種是液壓式加載。這兩種加載方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。1.1.1液壓式液壓傳動(dòng)是流體傳動(dòng)，利用液體的壓力能傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。在同功率的設(shè)備當(dāng)中，液壓加載系統(tǒng)具有體積小、重量輕以及結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)較大的負(fù)載，輸出比較大的數(shù)值，慣性小并且控制簡(jiǎn)單。但是也有以下缺點(diǎn)：由于以油液作為工作介質(zhì)，容易造成泄露導(dǎo)致污染的問題；油液是可以壓縮的，所以傳動(dòng)比有時(shí)會(huì)不準(zhǔn)確；在使用過程中油液會(huì)有所損耗，降低傳動(dòng)效率；液壓元器件的成本較高；出現(xiàn)故障時(shí)不易排查原因，需要經(jīng)常維護(hù)。1.1.2機(jī)械式機(jī)械傳動(dòng)是固體傳動(dòng)，利用桿件、齒輪、凸輪等來傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，因此機(jī)械式的負(fù)載輸出的方式比較靈活與多樣化。控制方式簡(jiǎn)單并且造價(jià)低，維護(hù)方便。雖然負(fù)載難以實(shí)現(xiàn)較大的力值，通常適合負(fù)載需求為低于1000KN的力的場(chǎng)合。通過對(duì)比上述液壓和機(jī)械加載方式的不同，考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，再結(jié)合任務(wù)書里技術(shù)要求的最大試驗(yàn)力為150KN，最后決定本論文設(shè)計(jì)的萬能材料試驗(yàn)機(jī)的加載方式采用機(jī)械式加載。1.2傳動(dòng)方式萬能材料試驗(yàn)機(jī)一般都用絲杠來進(jìn)行傳動(dòng)，其常用的結(jié)構(gòu)有兩種，分別是單絲杠式和雙絲杠式這兩種。對(duì)于單絲杠式這種單軸系統(tǒng)來說，在加載的時(shí)候比較容易偏離中心線，故會(huì)難以保證精度。而雙絲杠式相對(duì)來說就穩(wěn)定很多，精度也容易保障到，所以本設(shè)計(jì)決定采用雙絲杠的傳動(dòng)方式，其結(jié)構(gòu)相對(duì)來說也不難，通過一根旋轉(zhuǎn)軸來帶動(dòng)兩根絲杠，便可以使安裝于絲杠上的螺母保持同步位移。本試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成，分別是蝸輪蝸桿、絲杠的螺旋傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。電機(jī)輸出扭矩通過同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)到蝸桿上，然后由蝸桿傳遞到蝸輪軸上，再通過同步帶由蝸輪軸傳遞到絲杠上。與此同時(shí)與絲杠配合的螺母會(huì)隨著絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下位移，從而帶動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文設(shè)計(jì)的萬能材料試驗(yàn)機(jī)中的蝸輪蝸桿傳動(dòng)和滾珠絲杠副的傳動(dòng)屬于螺旋傳動(dòng)，即通過表面螺紋齒與齒之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。蝸輪蝸桿可以實(shí)現(xiàn)自鎖，自鎖的條件在下文表述。而且蝸輪蝸桿是有方向之分的，因此在裝配時(shí)要注意不要裝反了。滾珠絲杠整體采用墊片式進(jìn)行預(yù)緊和消除間隙進(jìn)，通過調(diào)整預(yù)緊力可以改變螺母與絲杠之間配合的松緊程度，從而使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)流暢。對(duì)于同步帶來說，在傳動(dòng)過程中需要考慮由于帶的張力變化而帶來的松緊問題，通常可以通過增設(shè)張緊輪來達(dá)到張緊調(diào)節(jié)的目的。然而由于結(jié)構(gòu)的限制，空間緊湊，因此最終決定通過調(diào)整電機(jī)安裝位置的方式來進(jìn)行張緊。1.3總體結(jié)構(gòu)通常，萬能材料試驗(yàn)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)主要可以分為單立柱式和雙立柱式兩種，目前來說，大部分的材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)采用的都是雙立柱式結(jié)構(gòu)，本文設(shè)計(jì)采用雙立柱式結(jié)構(gòu)。圖2-1單立柱式結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)機(jī)圖2-2雙立柱式結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)機(jī)萬能材料試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如下頁圖2-3所示：關(guān)于材料機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇有兩個(gè)方案。方案一，通過一個(gè)電機(jī)來控制，該電機(jī)為伺服電機(jī)，但是市面上的伺服電機(jī)的售價(jià)都比較貴，因此方案一的成本比較高。方案二，通過兩個(gè)電機(jī)來控制，其中一個(gè)為異步電機(jī)，另一個(gè)為步進(jìn)電機(jī)。其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-3所示。由圖2-3可知，這種方案的結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，而且成本較低。一般來說在加載的過程中，如果絲桿的轉(zhuǎn)速處于低速狀態(tài)的話，那么加載的速度也就慢。所以當(dāng)兩元件的距離相對(duì)來說比較遠(yuǎn)的時(shí)候，為節(jié)省測(cè)驗(yàn)時(shí)間，需要采取快進(jìn)機(jī)構(gòu)來加大速度快進(jìn)，從而提高工作效率。而當(dāng)兩元件距離相近時(shí)，則需要減緩速度工進(jìn)，這樣才能把控好試驗(yàn)的質(zhì)量。所以決定，當(dāng)需要快進(jìn)的時(shí)候通過異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)來控制，當(dāng)需要工進(jìn)的時(shí)候則通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。一般來說，由圖2-3的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖可知，兩個(gè)電機(jī)共用一根傳動(dòng)軸，那么在快進(jìn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)是會(huì)被異步電機(jī)帶著一起旋轉(zhuǎn)的，由于此時(shí)的轉(zhuǎn)速較高，這樣很容易會(huì)使步進(jìn)電機(jī)燒掉，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行隔離保護(hù)，使其不會(huì)跟隨著異步電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。所以在這里需要設(shè)計(jì)有一個(gè)可以分離的機(jī)構(gòu)，類似于離合裝置。而當(dāng)進(jìn)行進(jìn)給工作的時(shí)候，一般會(huì)以很低的轉(zhuǎn)速傳遞到異步電機(jī)上，由于低轉(zhuǎn)速對(duì)于異步電機(jī)來說影響不大。因此，在快進(jìn)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，離合器分離，步進(jìn)電機(jī)在此時(shí)是不工作的；在工作過程中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。本文決定采用方案二。圖2-3萬能材料試驗(yàn)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖滾珠絲杠在作垂直安裝時(shí)需要考慮自鎖，以免由于自重而造成的下滑自轉(zhuǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)自鎖的方式有不少，本文設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)搭配來實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖功能。蝸輪蝸桿機(jī)械自鎖的條件是：當(dāng)蝸桿的摩擦角小于蝸桿的螺旋升角。在蝸桿機(jī)械自鎖時(shí)，蝸輪部分是不能帶動(dòng)蝸桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)的。圖2-4工作示意圖a圖2-5工作示意圖b大多數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)在使用的過程中都