調整扭矩測試系統(tǒng)設計.doc

1、嘉嘉 興興 南南 洋洋 職職 業(yè)業(yè) 技技 術術 學學 院院畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文（設文（設 計）計） 論文題目論文題目 調整扭矩測試系統(tǒng)設計調整扭矩測試系統(tǒng)設計 系系 部部 機械系機械系 學生姓名學生姓名 鄭紫洪鄭紫洪 專業(yè)名稱專業(yè)名稱 機械制造與自動化機械制造與自動化 班級班級/ /學號學號 06314/063112506314/0631125 指導教師指導教師 楊際勝楊際勝 嘉興南洋職業(yè)技術學院教務處印制嘉興南洋職業(yè)技術學院教務處印制調整扭矩測試系統(tǒng)設計調整扭矩測試系統(tǒng)設計【摘 要】扭矩測量技術是綜合應用機械、電子、物理、計算機等多方面知識的一門學科。扭矩測量儀的研制和生產(chǎn)情況，代表一個國家

2、的基礎工業(yè)和現(xiàn)代科學研究的水平.現(xiàn)在使用最為普遍的是電阻應變式扭矩儀和磁電式扭矩儀。磁電式扭矩儀使用時，必須斷開軸系，使傳感器介入整個傳動系統(tǒng)中，作為整個軸系的一個部分。另外扭矩儀的傳感器的安裝必須嚴格對中，使軸系的中心和傳感器彈性軸中心線重合，否則將使傳感器彈性軸發(fā)生彎曲，產(chǎn)生附加誤差。這些都給實際工況測量扭矩帶來很大不便，所以我們選擇了在 labview 下的測試平臺,該平臺采用了虛擬儀器的思想，實現(xiàn)了對扭矩傳感器實驗平臺的測試，縮短了開發(fā)周期。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對信號的采集與分析。【關鍵詞】 LabVIEW 扭矩測量 傳感器 信號采集 信號分析目目 錄錄前 言 .11 扭矩測量儀的認識 .21

3、.1 扭矩測量儀的概念 .21.2 扭矩測量技術的發(fā)展方向.21。3 國內外扭矩測量儀的現(xiàn)況簡介 .31。3。1 國外扭矩測量儀現(xiàn)狀.31。3。2 國內扭矩測量儀的發(fā)展.42 調整扭矩測試系統(tǒng)的總體方案設計 .52.1 總體方案設計.52.2 電機轉矩和轉速的測量方法 .62。2。1 電機轉矩的測量方法.62。2.2 轉速測量原理.72.3 測試系統(tǒng)所選用的儀器選擇 .72.3。1 扭矩傳感器的選擇.72.3。2 電機的選擇.93 扭矩測量試驗臺硬件設計 .93.1 試驗臺的硬件組成 .103.2 系統(tǒng)結構 .113.3 主控制器單元 .113.4 電機控制單元 .123.5 傳感器模塊單元

4、.133。6 數(shù)據(jù)采集 .143。7 測試系統(tǒng)編程軟件的選用 .164 試驗臺測試軟件設計 .164。1 軟件設計的構思 .164.2 軟件設計語言的選擇 .174。3 軟件功能結構設計.184.3.1 數(shù)據(jù)采集模塊.184.3.2 參數(shù)測量模塊.204。3.3 參數(shù)打印.224.3。4 參數(shù)保存及讀取.255 檢測結果的分析 .265.1 波形顯示調試 .265。2 數(shù)據(jù)處理調試 .276 總 結 .28致 謝 .29參考文獻 .30前前 言言汽車是現(xiàn)代社會的標志之一,是現(xiàn)代人生活中的一部分，給人們帶來極大方便的同時,交通事故也造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失.據(jù)統(tǒng)計,自從汽車誕生以來，交通事故

5、造成的人員死亡數(shù)量比兩次世界大戰(zhàn)造成的人員死亡數(shù)量還多很多，因此，汽車使用時的安全性一直是人們最關心的問題之一.汽車在制動時發(fā)生側滑、跑偏和失去方向感是造成交通事故的主要原因之一，對 S 凸輪鼓式制動器而言，如果汽車每個車輪的制動間隙不一樣,在緊急制動時，各車輪抱死的時間順序就會發(fā)生變化,同一時刻各車輪上的制動力就不相同，從汽車理論我們知道，在這種情況下汽車就會產(chǎn)生制動側滑、跑偏和失去方向感等現(xiàn)象,造成交通事故.為解決這個問題，在高檔、豪華的汽車上裝ABS、EBS 系統(tǒng),但成本高昂。而目前 S 凸輪鼓式制動器在行業(yè)內有著廣泛的使用，怎樣穩(wěn)定地保持制動摩擦襯片和制動鼓間隙值恒定是汽車設計和制造所

6、關心的問題,制動間隙調整臂就是專為解決這個問題而設計的零部件總成。在早期，汽車的行駛速度不高以及受當時技術條件的限制，普遍使用的是手動調整臂，其蝸桿蝸輪式手動調節(jié)制動間隙的調整機構由于其結構簡單、經(jīng)濟、可靠直到現(xiàn)在還在廣泛使用.在早期,汽車的行駛速度不高以及受當時技術條件的限制,普遍使用的是手動調整臂，其蝸桿蝸輪式手動調節(jié)制動間隙的調整機構由于其結構簡單、經(jīng)濟、可靠直到現(xiàn)在還在廣泛使用.隨著汽車技術的發(fā)展，道路交通條件的改善，汽車的載重量和行駛速度與早期相比已經(jīng)有很大的提高，用戶對汽車制動性能的要求也越來越高,而汽車法規(guī)(我國 GB12676 一 1999 要求對行車制動器的磨損應能自動完成補

7、償，除 N：和 N:，類非公路車輛的制動器以及 M.和 NI 類車輛的后制動器外,并且在標準發(fā)布 4 年后實施）也對制動器的性能提出了更高的要求，這樣手動的結構就不能滿足要求了,它明顯存在著以下問題:1 不能進行自動補償，不符合法規(guī)的要求；2 在使用周期內要進行多次手動調整，給使用者帶來諸多不便；3 由于手動調節(jié)其主觀隨意性非常大，而且因人而異，不能確保制動間隙準確地達到技術要求；4 由于手動調節(jié)，要保持左右制動間隙一致是非常困難的,而且由于使用過程中左右制動器襯片磨損的不同步，要始終保持左右制動器制動間隙一致也是困難的，因此在制動時易引起側滑、跑偏，使汽車制動性能變壞，引發(fā)交通事故.隨著現(xiàn)代

8、化工業(yè)的發(fā)展，越來越多的新型電機不斷研制出來。轉矩和轉速是電機最重要的兩個參數(shù)，要合理地選用電機，必須要準確地對轉矩和轉速進行測量。在以往的轉矩和轉速測量中，通常將電機與傳感器和負載直接連接起來，這種方法構成的電機轉矩轉速測量儀具有結構簡單，測量平穩(wěn)等優(yōu)點,但如果測量各種大轉矩電機，需要加大負載，將導致測量儀體積和重量增加,且受旋轉軸固有頻率的影響，不適合于測量高速電機.針對用戶提出的要求,被測電機多為航空設備，轉速及轉矩較高,同時測量儀需適宜外場作業(yè),因而測量儀的體積、重量受到嚴格的限制。為此改變以往用轉動慣量較大的旋轉體作為負載的方法，采用磁粉制動器作為負載,有效地減小了體積和重量。但是磁

9、粉制動器有極限轉速，當被測電機轉速較高時，必須通過減速器對待測速率進行減速,所以采用兩級減速器進行減速。這種機械結構會對測量穩(wěn)定性帶來一定的影響，傳動軸受減速器齒輪嚙合力作用產(chǎn)生的彎矩和結構諧振對測量的影響最大。1 1 扭矩測量儀的認識扭矩測量儀的認識1 1。1 1 扭矩測量儀的概念扭矩測量儀的概念扭矩儀是采用微電腦技術設計的一種具有一定智能的測定各種動力機械和動力傳輸機械的扭矩、轉速和功率的高精度電子儀器。它能與各種量程的磁電式相位差型扭矩傳感器配套使用,測量各種發(fā)動機、電機、風機、壓縮機、液壓泵、水泵、變扭器、偶合器、齒輪箱等機械的扭矩、轉速和功率.它可以極其廣泛地用于各種動力機械及其傳輸

10、機械的研究、設計、制造及維修行業(yè)。1.21.2 扭矩測量技術的發(fā)展方向扭矩測量技術的發(fā)展方向扭矩測量技術的發(fā)展取決于傳感器、信號傳輸和測量儀的研究。目前,由于微機的應用，扭矩測量儀性能大大提高，而傳感器的研究與測量儀相比稍有遜色.因此必須加強傳感器的研究,這就要從傳感器種類、精度、規(guī)格、安裝、信號傳遞等方面加以研究。目前傳感器主要發(fā)展動向為：1） 傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。以往扭矩傳感器大部分屬于介入式，即必須作為傳動軸一部分才能使用，這樣限制了它的應用范圍,一般用于實驗室、臺架測量?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器，只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊,無須斷開軸

11、系，這樣給實際工況測量扭矩帶來很大的方便。再如振弦式傳感器、磁彈性傳感器都屬于不介入式扭矩傳感器。2） 對新型扭矩傳感器的研究的同時并對經(jīng)典扭矩傳感器加以改進。隨著新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)和微細加工、微機械加工技術的發(fā)展和應用，正在促進傳統(tǒng)傳感器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結構簡單、使用方便，代表扭矩傳感器的新動向。磁電型相位差傳感器是一種比較成熟的傳感器,現(xiàn)經(jīng)改型成為不帶輔助電機的磁電型傳感器，不但減輕了重量、縮小了體積、降低了成本，而且耐振性能好。微扭矩測量傳感器的研究.隨著家用電器的迅速發(fā)展，如電風扇、微電機、縫紉機、剃須刀、電冰箱、洗衣機甚至開關都要測量扭矩，急待解決 g cm

12、 級的扭矩測量，新傳感器的研制將成為解決這一問題的關鍵。在信號傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常清洗、安裝難,容易引入干擾信號。近期推出的傳感器一般均為無接觸式傳輸。如感應方式或遙測體制，它克服了接觸式傳輸?shù)娜秉c.隨著檢測變換集成化和多功能化，將過去先檢測傳輸、后對信號進行變換處理的概念演變?yōu)橄葯z測變換處理，后再進行傳輸,這一變更已成為可能。扭矩測量儀的智能化、微機化是當今測量儀變革的主流，單片微機和軟件的開發(fā)應用已使信號的檢測、采集、比較、相關、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運算、程序給定和反饋控制等功能由儀器本身來實現(xiàn)成為可能。軟件擴展了結構的性能限制，并使儀器

13、具有智能化。既能適應被測參數(shù)的變化來自選量程、自動補償、自動校正、人機對話、自尋故障，并能方便的與總線接口，進行多臺聯(lián)機通信及控制.在扭矩傳感器信號傳輸及測量儀的總成上,工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來愈高，一改以往扭矩測量儀多半應用于實驗室臺架測量的情景。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè)應用環(huán)境，即可靠性要高，重復性要好，價格要低廉，與機器匹配，安裝方便，但精度要求不高，用其作為指導生產(chǎn)、保護機械不受損傷的有效手段.1.31.3 國內外扭矩測量儀的現(xiàn)況簡介國內外扭矩測量儀的現(xiàn)況簡介1.3.11.3.1 國外扭矩測量儀現(xiàn)狀國外扭矩測量儀現(xiàn)狀美國阿克來克斯公司(Acurex co。）中的一個分公

14、司 WDC（無線數(shù)據(jù)傳輸公司)，自 70 年代起,生產(chǎn)“通用海上試驗功率測試系統(tǒng)”(Universal Sea Trial Power Measurement System），顯示板上可顯示被測主機的扭矩、轉速和功率。此類儀器的扭矩測量是采用卡環(huán)式應變傳感器敏感被測軸的扭轉變形角,變形量與扭矩成正比。量程范圍為 02106Nm，測量精度為1%F。S。，轉速測量是采用紅外線測速法,精度為0.25F.S.，平均無故障時間 MTBF 為 4200h。日本小野測試社擅長制造磁電式相位差扭矩測量儀,首期產(chǎn)品多半用于實驗室，適用于精測扭矩。其量程范圍較寬,小量程為 0.210Nm，中大量程為1010106

15、Nm，已成系列產(chǎn)品，精度可達 0。51F.S.。20 世紀 80 年代初，小野測試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機扭矩測量儀 MS25B，可測扭矩(5105 Nm，精度0。8%F.S。）、轉速（214.7r/min，精度0.1r/min)和功率(1500Kw）。德國馬霍克（Mc。huk）公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭矩測量儀聞名世界。該儀器是利用軸扭轉時致使傳感器中的鋼弦拉緊或放松，從而使鋼弦自身頻率變化測得扭矩；數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應式。其生產(chǎn)的 MDS820 產(chǎn)品,被測軸頸范圍為501000mm,已形成系列產(chǎn)品。生產(chǎn)電阻應變式扭矩儀的還有英國霍佛科公司（Hover-Krafe）和荷蘭的

16、A.V.D 公司,它們在艦船監(jiān)測上都已亮相。1 1。3 3。2 2 國內扭矩測量儀的發(fā)展國內扭矩測量儀的發(fā)展國內扭矩測量技術的研究和扭矩測量儀的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測量儀的類別、數(shù)量和質量來看，絕大部分式電阻應變式和磁電式扭矩儀。電阻應變式扭矩測量儀是拾取粘貼在受扭軸上的電阻應變片的阻值變化來測量扭矩的,故無須斷開軸系，而且測量儀表也可采用通用的電阻應變儀。電阻應變式傳感器的生產(chǎn)單位較多,如北京機床研究所、中國船舶工業(yè)總公司 701 研究所，上海通用機械研究所,成功的應用于機床和各種動力軸的扭矩測量。在艦船、貨船主機扭矩測量上，中國船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應變式扭矩傳感

17、器，測量時只要將卡環(huán)卡在軸上就可測量扭矩，測量儀表采用 INTEL MCS-51 單片機作為核心的智能儀器，可同時測量扭矩轉速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、越限報警等功能，集成度高，可靠性好。磁電式扭矩測量儀最早的研制單位是上海電器科學研究所,供應市場的是 1000 Nm 扭矩轉速傳感器和數(shù)字扭矩轉速測盆儀.隨后上海交通大學、中國船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所、天津機械工程研究所、湘西儀表元件廠、哈爾濱東安機器廠、沈陽機電學院相繼研制成磁電式扭矩測量儀,這種類型的扭矩儀是目前國內應用最多的扭矩儀。例如中國船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所制造的 20 -20KNm 扭矩轉速傳感

18、器和數(shù)字扭矩轉速測量儀,成功地應用在地質礦產(chǎn)部鉆機上?，F(xiàn)場的鉆探表演,獲得美國、俄羅斯等 31 國參加聯(lián)合國亞太地區(qū)鉆機學術會議專家的好評。該所生產(chǎn)的磁電式扭矩測量儀也可與上述的智能化測量儀連用,系統(tǒng)精度為 0 .596 F。S。2 2 調整扭矩測試系統(tǒng)的總體方案設計調整扭矩測試系統(tǒng)的總體方案設計2.12.1 總體方案設計總體方案設計扭矩可以分為兩大類,靜態(tài)扭矩或動態(tài)扭矩。用于測量扭矩的方法可以被進一步分為兩類，反扭矩和聯(lián)機扭矩測量.被測扭矩的類型以及現(xiàn)有各類傳感器，對所測的數(shù)據(jù)精度及測量的成本有重要影響。 在討論靜態(tài)和動態(tài)扭矩的比較中,最容易入手的是首先了解靜力和動力的差異。簡而言之,動力包

19、括加速度，而靜力則沒有. 動力和加速度之間的聯(lián)系被描述為牛頓第二定律：F=ma（力等于物質質量乘以加速度）.以汽車自身物質(質量）把車停下所需要的力就是動力，因為汽車必須被減速。由剎車卡鉗施加以停止汽車的力就是靜力,因為所涉及的剎車墊沒有加速度。 扭矩只是旋轉力或通過一定距離產(chǎn)生的力。根據(jù)前面的討論，它被認為是靜力，如果它沒有角加速度的話。時鐘彈簧施加的扭矩就是靜態(tài)扭矩,因為沒有旋轉，因而也就沒有角加速度。當汽車以勻速在高速公路上巡航的時候，通過汽車傳動軸傳輸?shù)呐ぞ鼐褪且粋€旋轉靜態(tài)扭矩的例子，因為即使存在旋轉,以勻速行駛也沒有加速度。 汽車引擎產(chǎn)生的扭矩有靜態(tài)和動態(tài)扭矩，取決于測量的部位.如果

20、在機軸中測量扭矩，當汽缸每一次燃燒且活塞旋轉機軸的時候，就有大的動態(tài)扭矩波動。 如果在傳動軸測量扭矩，那幾乎就是靜態(tài)扭矩，因為調速輪和傳動系統(tǒng)要阻尼引擎產(chǎn)生的動態(tài)扭矩。用曲柄提升車窗所需要的扭矩就是靜態(tài)扭矩的例子，盡管涉及到旋轉加速度，因為曲柄的加速和旋轉慣性很小，與車窗運動有關的摩擦力相比，所產(chǎn)生的動態(tài)扭矩（扭矩=旋轉慣性旋轉加速度）可以忽略不計。 最后一個例子描述了一個事實，大多測量應用都在某種程度上涉及靜態(tài)和動態(tài)扭矩.如果動態(tài)扭矩是整個扭矩的主要組成部分或是感興趣的扭矩，那么，要特別考慮何時對其作出最佳的測量。2 2。2 2 電機轉矩和轉速的測量方法電機轉矩和轉速的測量方法為了把轉矩和轉

21、速信息能夠準確地從電機中提取出來,通常是由傳感器將被測信息轉換為電信號,并對電信號存儲、傳輸、分析計算，最終顯示測量結果。傳感器是整個測量儀器的核心，對傳感器的選擇必須合理,并保證能夠在一定的工作環(huán)境下正常地工作.2.22.2。1 1 電機轉矩的測量方法電機轉矩的測量方法轉矩的測量，可分為傳遞法、平衡力法及能量轉化法。平衡力法是通過外加已知的與被測轉矩方向相反的轉矩,當傳動軸靜止或勻速轉動時,外加轉矩與被測轉矩相等。這種方法簡單,但必須通過另外一種方法測量外加的轉矩或力及力臂，這樣會對測量引入一定的累計誤差。能量轉化法是通過利用能量守恒的原理間接測量轉矩，不易實現(xiàn)。傳遞法是將被測轉矩傳遞到彈性

22、元件上,根據(jù)彈性元件物理參數(shù)的變化來測量轉矩的方法.變化的參數(shù)可以是變形、應力、或應變等（由于應變較變形、應力更容易測量，這里采用應變法） ，使用的彈性元件是扭軸，等截面圓柱形扭軸的應變可按下式計算:45= 135= 式中 45、135分別為扭軸表面上與母線成3GdT1645及 135夾角螺旋線上的應變值； T 為轉矩； d 為扭軸直徑; G 為其扭軸材料的切變彈性模量。所產(chǎn)生的應變可以引起貼在表面的電阻應變片阻值的變化而形成應變型轉矩傳感器。電機主軸旋轉時， 將轉矩傳遞到扭軸上, 扭軸上所產(chǎn)生的應變，通過轉矩傳感器的電阻應變片轉換成相應的電信號，該信號通過處理后送顯示器顯示轉矩數(shù)值。這種傳感

23、器使用方便，精度高,易于集成。 電機轉速的測量方法：測量電機轉速有機械式、電氣式、光電式幾種 。機械式較簡單易行，但精度較低。電氣式分為發(fā)電機式、電渦流式等，精度較高,但卻產(chǎn)生電磁阻力矩,給轉矩的測量帶來較大的系統(tǒng)誤差。光電數(shù)字式檢測是利用光電原理檢測轉速,它有線性好、分辨力高、測速范圍大等優(yōu)點,而且不會對電機輸出轉矩造成損失，見圖 2-1 。圖2-1 光電式電機轉速的測量原理圖它是在傳感器軸上安裝一片刻有均勻透明格子的碼盤,當碼盤隨著軸旋轉時,光源發(fā)出的細光束透過透明的格子射到光敏感器上， 再由光敏感器轉換成電脈沖 ， 計數(shù)器接收后經(jīng)計算可以得到轉速的數(shù)據(jù).設在給定時間內計數(shù)器測定的脈沖數(shù)為

24、 N , 則被測電機軸的轉速 n 為：n = 式中 m 為光學碼盤線數(shù), t 為計數(shù)時間。選好傳感mtN60器之后，可考慮將兩種傳感器集成起來,共用一套放大電路及信號處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng),可以簡化測量步驟,有效地減小測量儀體積。2 2。2.22.2 轉速測量原理轉速測量原理轉矩傳感器在旋轉軸上安裝著 60 條齒縫的測速輪，在傳感器外殼上安裝的一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關架,測速輪的每一個齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時，光敏三極管就輸出一個高電平，當光線通過齒縫射到光敏管的窗口時，光敏管就輸出一個低電平,旋轉軸每轉一圈就可得到 60 個脈沖，因此，每秒鐘檢測到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘

25、的轉速值。2.32.3 測試系統(tǒng)所選用的儀器選擇測試系統(tǒng)所選用的儀器選擇2.3.12.3.1 扭矩傳感器的選擇扭矩傳感器的選擇轉矩傳感器在電動機、發(fā)動機、發(fā)電機、風機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉動力測試系統(tǒng)中及數(shù)控機械加工中心、自動機床等機電一體化設備中已獲得廣泛的應用。傳統(tǒng)的轉矩傳感器通常采用電阻應變橋來檢測轉矩信號，并采用導電滑環(huán)來耦合電源輸入及應變信號輸出,由于導電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限制了旋轉軸的轉速及導電滑環(huán)的使用壽命，同時由于接觸不可靠，也不可避免地會引起測量信號的波動及誤差的增加.因此，如何在旋轉軸上進行能源及信號的可靠耦合已成為轉

26、矩傳感器最棘手的問題,而 JN338 數(shù)字式轉矩轉速傳感器則巧妙地解決了這個問題。圖 22 JN338 扭矩傳感器轉矩測量原理 JN338 轉矩檢測的敏感元件是電阻應變橋。將電阻應變片組成的電橋粘貼在被測彈性軸上，向應變橋提供直流電源即可檢測出該彈性軸受扭時毫伏級軸應變電信號,將該應變信號放大后，經(jīng)過壓頻轉換變換成與扭應變成正比的頻率信號。傳感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形變壓器所承擔的，因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能.主要特性如下：1）檢測手段為應變電測技術； 2)測量精度高信號檢出、處理均用數(shù)字技術3)抗干擾能力強，無需調零即可工作；4)可靠性高、信噪比高,工作壽命長

27、；5)既可以測量靜止扭矩，也可測量旋轉轉矩;6）能夠測量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測量過渡過程的動態(tài)轉矩;7)無需反復調零即可連續(xù)測量正反轉矩；8）無集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長運行；9）轉矩信號的傳遞與是否旋轉、轉速大小及旋轉方向無關；10）測量彈性體強度大,可承受%過載；11）體積小,重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；12)輸出信號以頻率形式給出，便于和計算機進行接口.2.3.22.3.2 電機的選擇電機的選擇圖 2-3 80YYCJ25 電機80YYCJ25 的特性：6W-2200W 齒輪減速電機.速比 1/3-1/200 定速,變速，剎車電機 。產(chǎn)品特點:具有壽命長,無

28、噪聲,體積小，重量輕，免保養(yǎng)，價格低。 產(chǎn)品定位電機功率：25W 機座：80 使用電壓:單相 110V、單相 220V、三相 220V 或三相380V 齒輪箱減速比：i=3750 基本參數(shù) 安裝機構型式 立式 功率 25W 各檔速比 3-750。3 3 扭矩測量試驗臺硬件設計扭矩測量試驗臺硬件設計從電機控制器電路開始，到電氣電路設計，外圍設計，主控制器硬件結構及原理,資源擴展單元，電源隔離單元，脈沖信號采集單元，模擬信號采集單元及網(wǎng)絡擴展接口等。主要介紹了試驗臺的電氣部分，其中又以控制單元結構為主.圖 31 總體設計框圖輸入 220v 的交流電給電機使其轉動，傳感器和被測器件在電動機的旋轉的帶

29、動下，由于被測器件被帶動時會產(chǎn)生不同的力傳給扭矩傳感器。扭矩傳感器把信號傳給 PC 機，PC 機采集數(shù)據(jù)并安要求顯示所要求的數(shù)據(jù)。3 3。1 1 試驗臺的硬件組成試驗臺的硬件組成主要機械構件（立柱、橫梁等）采用便于調節(jié)和拆卸組裝的優(yōu)質成品型材，再設計一些專門構件組成活動支架,用于安裝各種夾具，其外觀簡潔實用，質量輕巧，易于拆裝。圖 3-2 扭矩測量硬件框圖本試驗臺是由上位機,80YYCJ25 電機，電機電源控制器,JN338、傳感器支架及工作臺架等硬件組成。下圖是本試驗臺的硬件部分，包括電路連接，最左側兩條是力傳感器屏蔽電纜，中間兩條是接近開關用屏蔽電纜，右側兩條是電機電纜。1）硬件安裝方式：

30、JN338 型智能扭矩傳感器使用時的安裝方式如 32 所示。應注意的是傳感器的驅動端與原動機相連。增加中間支承的目的是為了保證傳感器不受因頻繁更換測試設備造成安裝同軸度的變化,由此引起測試數(shù)據(jù)的變化,同時可避免因安裝不同軸而使傳感器承受彎矩，從而引起測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。如果能保證安裝同軸度，或者由于安裝場地的限制，可去掉中間支承。2）安裝基礎原動機、傳感器、負載及中間支撐應安裝在穩(wěn)固的基礎上，必須避免過大的震動，否則將可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測量精度,甚至損壞傳感器的現(xiàn)象。聯(lián)軸器：采用一般彈性柱銷式聯(lián)軸器即可，但應盡可能減少聯(lián)軸器的質量，這對小規(guī)格傳感器尤其重要。為了使傳感器不承受彎矩,我們推薦采用

31、擾性聯(lián)軸器(例如尼龍繩聯(lián)軸器），這將顯著改善傳感器的工作條件，保證測量精度。3）對于有強電磁場干擾的測試壞境,例如變頻器、電渦流測功機等，建議用戶使變頻器等干擾源遠離儀器及傳感器,并接好地線.電渦流測功機與傳感器之間應增加中間支承。3.23.2 系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構系統(tǒng)采用模塊式結構，以計算機作為主控制器。計算機有著豐富的軟硬件資源和強大的系統(tǒng)功能，運算和控制速度高，在現(xiàn)場控制上有著良好的控制性能。系統(tǒng)其他部分都通過接口卡與計算機相連，被其控制同時為其提供測試數(shù)據(jù)。通過執(zhí)行計算機上的接口軟件，系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖 33 所示。主要有以下部分：圖 33 系統(tǒng)結構框圖3 3。3 3 主控制器單元主控

32、制器單元系統(tǒng)的主控制器由一臺工控計算機、標準鍵盤、鼠標器、CRT 彩色顯示器和打印機等組成。計算機作為系統(tǒng)的主控制器，通過接口卡控制其他部分動作，采集測試數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行復雜的計算和分析,完成系統(tǒng)集成的各項測試功能，同時在測試的過程中，對測試結果進行實時動態(tài)顯示,如果發(fā)現(xiàn)超標即進行報警處理,并自動記錄故障時刻,以便操作者采取相關措施。操作者可通過顯示器、鍵盤和鼠標進行人機操作,選擇相應的測試項目，輸入必要的測試參數(shù),監(jiān)測整個測試過程,并進行相應的文件操作，通過打印機打印測試結果。3.43.4 電機控制單元電機控制單元圖 34 電機調速控制器US56002 交流齒輪減速電機調速控制器主要使

33、用于交流 50HZ，電壓 220V/110V 的單相電路中。該電子控制器具有單相電容啟動,與異步電動機，微型齒輪減速器速度傳感器可組成的機電一體化產(chǎn)品。主要優(yōu)點：1）體積小，速度范圍寬，機械特性優(yōu)良。2）廣泛用于包裝、食品、儀表、電子、醫(yī)療器械生產(chǎn)流水線作調速驅動裝置。3）配套電機功掛廣。使用條件： 壞境溫度：10+50 相對濕度：90% 大氣壓力：86-106Kpa 電壓波動： 頻率%10%2表 3-1 控制器技術參數(shù)控制器接線圖 3-5 所示:圖 3-5 控制器接線圖3 3。5 5 傳感器模塊單元傳感器模塊單元該轉矩傳感器的檢測敏感元件是電阻應變橋。將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性

34、軸上以組成應變電橋，只要向應變電橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號，然后將該應變信號放大，再經(jīng)過壓頻轉換變成與扭應變成正比的頻率信號。傳感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉變壓器承擔的，因此可實現(xiàn)能源及信號的無接觸傳遞。該應變傳感器測量原理如圖 3-6 所示。圖 3-6 傳感器測量原理圖表 32 JN338 傳感器主要技術參數(shù)表 3-3 傳感器產(chǎn)品規(guī)格參考圖 3-7 傳感器接口腳：接地端;腳：電源端;腳:電源端；腳：轉速信號輸出端；腳：轉矩信號輸出端。3.63.6 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集或產(chǎn)生信息的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用基于

35、計算機的測量軟硬件產(chǎn)品，實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的自動化測量.通常，必須在數(shù)據(jù)采集設備采集之前調理傳感器的信號。圖38 基于PC機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集板卡的性能取決于它的分辨力、采樣速率、通道數(shù)、靈活性、可靠性、可擴展性以及計算機平臺等因素.數(shù)據(jù)采集板卡的分辨力取決于板卡上的ADC（模數(shù)轉換器）的位數(shù).采用PCI總線技術大大提高了數(shù)據(jù)采集板卡的性能。與以往ISA總線相比，PCI總線較好地解決了ISA的瓶頸問題。PCI總線是一種同步的32位或64位局部總線，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到132MB/s.PCI總線在儀器上的擴展是PXI（PCI extension for Instrumentation）。

36、PXI以CompactPCI為基礎，是PCI擴展儀器結構的新型系統(tǒng)級規(guī)范，它滿足工業(yè)標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了PCI總線的全部優(yōu)點并進行了擴展，由于采用模塊化結構,它能夠使用緊湊結構的計算機并把它裝配到一個堅固的PXI機箱中。PXI的優(yōu)點在于：設備成本低、運行速度快、體積緊湊并且有很好的兼容性和可擴展性11。Labview的讀寫端口：圖3-9 讀端口 Vi地址指定要讀取的8位有符號整數(shù)的地址。圖310 寫端口 Vi地址指定要寫入8位有符號整數(shù)的地址。寫入值是要寫入指定地址的字節(jié)（8位)。3 3。7 7 測試系統(tǒng)編程軟件的選用測試系統(tǒng)編程軟件的選用LabView是基于圖形開發(fā)、調

37、試和運行程序的集成化環(huán)境，也是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言。目前,在以PC機為基礎的測試和工控軟件中,LabView的市場普及率僅次于C+/C語言。LabView具有以下優(yōu)點：流程圖式的編程、不需預先編譯就存在語法檢測和調試過程數(shù)據(jù)探針的使用、豐富的VI庫和儀器面板素材庫、信號處理分析和近600種設備的驅動程序（可擴充）、通用的設計解決方案庫等。4 4 試驗臺測試軟件設計試驗臺測試軟件設計4 4。1 1 軟件設計的構思軟件設計的構思軟件設計一般包括兩部分內容,其一為用戶的應用程序，主要進行數(shù)據(jù)采集和處理，其二是人機交互界面，也就是為應用程序建立一個良好的使用操作環(huán)境，讓用戶方便快捷的接

38、受。試驗臺軟件系統(tǒng)主要都包括下面幾個模塊：軟件環(huán)境功能,如文件的管理，編輯等功能;試驗前的準備或系統(tǒng)的自檢，完成對系統(tǒng)的預熱及初始化；試驗過程，包括數(shù)據(jù)的采集,設備試驗過程的控制等；最后就是試驗結果的處理，包括數(shù)據(jù)等的處理，顯示、保存及打印輸出檢測報告等。硬件與軟件組成了計算機控制的機電一體化試驗臺。硬件是介質，但界面友好、操作方便、功能強大的軟件能夠保證硬件高效的工作.一方面，軟件控制著檢測系統(tǒng)硬件，使它們各部分協(xié)調一致地工作，并能按照檢測任務的要求進行檢測工作,同時向軟件系統(tǒng)返回各種各樣的信息,經(jīng)計算機內部對信息的處理，得到最終結果，最后將結果顯示和保存。另一方面，系統(tǒng)的軟件也承擔著人機對

39、話的功能，能夠按照操作者的指示發(fā)布命令,完成檢測任務。根據(jù)軟件工程及實際應用的需要，在控制軟件的設計過程中應考慮以下幾點:1）軟件應具有很高的可靠性?？煽啃灾饕Q子軟件的正確性與健壯性兩個方面，可靠的軟件在正常情況下能夠正常工作，在意外情況下也能適當?shù)丶右蕴幚?以使其損失減為最小。2)軟件應有簡明易用性。在實際應用中，由于操作人員由子計算機知識方面的限制，加上他們對軟件系統(tǒng)不可能深入詳細地了解，因此，軟件的易學、易用要求顯得非常的重要。提高易用性措施包括給出簡明、直觀、美觀的圖形操作界面，豐富明了的操作提示及簡潔的聯(lián)機幫助和操作文檔.3）軟件的可維護性。隨著檢測要求的提高及系統(tǒng)功能的擴展與修

40、改，有時需要對軟件進行更新和升級，因此在軟件設計的開始階段就應考慮源程序的易閱讀性和易擴展性，在開發(fā)過程中合理設計程序結構，編寫詳細的注釋及開發(fā)文檔，為后續(xù)開發(fā)人員對軟件的維護和升級提供方便。4.24.2 軟件設計語言的選擇軟件設計語言的選擇LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。用戶完全可以根據(jù)實際應用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術和專家系統(tǒng)應用于儀器設計與集成,從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。LabVIEW

41、 提供一種像數(shù)據(jù)流一樣的編程方式，用戶只要連接各個邏輯框即可構成程序。它的基本程序單位是VI。LabVIEW通過圖形編程的方法，建立一系列的VI,完成用戶指定的測試任務。對于簡單的測試任務，可由一個VI完成；對于復雜的測試任務，則可按照模塊設計的概念，把一項復雜的測試任務變成一系列的子任務。設計時，先設計各種VI以完成每項子任務，然后把這些VI組合起來以完成更大的任務,最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個包括眾多功能子虛擬儀器的集合。使用傳統(tǒng)的程序設計語言開發(fā)儀器系統(tǒng)存在許多困難。開發(fā)者不僅要關心程序流程方面的問題，還必須考慮用戶界面、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)表達等復雜的問題，這些問題在LabVIEW中都迎

42、刃而解了。LabVIEW提供了大量的函數(shù)和子程序支持用戶的任務，也提供了一些專用程序如GPIB設備控制、VXI總線控制、串行口設備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲.4.34.3 軟件軟件功能結構設計功能結構設計圖 4-1 系統(tǒng)的軟件功能結構圖本軟件采用labview 8.5編程實現(xiàn)。根據(jù)任務書的要求,本調整扭矩測試系統(tǒng)共分為六個部分：數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測量、參數(shù)顯示、參數(shù)的保存及讀取和打印。其中，數(shù)據(jù)采集部分包含了波形顯示的功能。這些功能都是由軟件編程實現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件功能結構如圖41所示。由于程序龐大，必須運用多個子程序，然后在主程序中調用。在設計完成以上模塊之后，將這些模塊在主VI的框圖程序中按照

43、一定的邏輯關系有機的組合起來，就形成了一臺完整的虛擬信號分析儀.下面，按照模塊的順序，結合前面板結構和軟件中各功能的設計，分別介紹各個部分的內容。4 4。3 3。1 1 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊的前面板如圖4-2所示：圖 42 數(shù)據(jù)采集界面在該前面板中又分為四個部分：硬件配置、波形顯示、波形精度的調節(jié)、時間的顯示和操作人輸入。下面介紹各個部分的主要內容：（1）硬件配置:在該部分包括兩個端口，分別是電機的型號、最大扭矩值。這兩部分分別通過采集輸入電機型號和扭矩值。圖4-3 數(shù)據(jù)采集程序模擬量數(shù)據(jù)讀取Vi光電編碼器數(shù)據(jù)讀取Vi（2）波形顯示：在波形顯示部分設計了一個波形顯示控件，用于顯

44、示采集到的原始信號波形。（3)波形精度的調節(jié):主要是通過調節(jié)按鈕實現(xiàn)對波形的調節(jié).（4）時間的顯示和操作人輸入:時間的顯示主要通過格式化日期/時間字符串實習（主要的程序設計和節(jié)點介紹如下）操作人的輸入主要是打印時顯示操作人。圖 4-4 時間顯示軟件設計圖 45 格式化日期/時間字符串時間格式字符串指定輸出字符串的格式。如以開始的時間格式代碼未被函數(shù)識別為格式代碼,將返回實際字符。默認的代碼為%c，與計算機上配置的時區(qū)所使用的日期/時間表示法對應。如時間格式字符串是空字符串，函數(shù)將使用默認值。4.34.3。2 2 參數(shù)測量模塊參數(shù)測量模塊圖 4-6 波形處理界面圖 4-7 處理后數(shù)據(jù)顯示界面數(shù)據(jù)

45、測量模塊主要是通過波峰檢測節(jié)點來實習,通過對波峰X、Y值的捆綁在XY Graph圖形內顯示峰點和谷點（圖46 波形處理界面所示）。再通過創(chuàng)建數(shù)組把峰谷值顯示在Table里（處理后數(shù)據(jù)顯示界面所示）。數(shù)據(jù)測量模塊程序如圖48所示：圖 48 數(shù)據(jù)處理的程序設計圖 4-9 波峰檢測X是表示要分析信號的輸入值數(shù)組。數(shù)據(jù)可以是單個數(shù)組或連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。連續(xù)的數(shù)據(jù)塊用于較大的數(shù)據(jù)數(shù)組或實時處理。閾值使VI忽略過小的波峰和波谷。如擬合幅值小于閾值，VI將忽略峰值。VI也將忽略大于閾值的擬合波谷。波峰/波谷指定VI查找輸入信號中的波峰或波谷.振幅包含在當前數(shù)據(jù)塊中找到的波峰/波谷的振幅.4.3.34.3.3 參

46、數(shù)打印參數(shù)打印 圖 4-10 打印的按鈕設計波形打?。阂粋€波形打印按鈕，選擇是否進行打印.一個打印方式按鈕，選擇打印機打印或網(wǎng)頁打印.圖 411 打印部分的程序設計由程序可知打印的內容有：標題、Table 的數(shù)值、XY Graph 的波形圖和操作人.圖 4-12 添加表格至報表文本數(shù)據(jù)是要以表格形式打印的消息。行首確定表格中每行的標題。列首確定表格中每列的標題。圖 4-13 添加控件圖像至報表說明如打開HTML報表的Web瀏覽器被設定為只顯示文本，則值為用于顯示的圖形說明。打印效果圖如圖4-14所示：圖 4-14 打印的效果圖4.34.3。4 4 參數(shù)保存及讀取參數(shù)保存及讀取圖 4-15 數(shù)據(jù)

47、的讀取及保存界面數(shù)據(jù)的保存：是通過寫入電子表格文件節(jié)點，Path 是保存的路徑，保存的文本可以用 Excel 和文本打開。保存的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示界面顯示的數(shù)據(jù)是一樣的。圖 416 數(shù)據(jù)保存的程序設計格式指定如何將數(shù)字轉化為字符。文件路徑是文件的路徑名。二維數(shù)據(jù)一維數(shù)據(jù)沒有連線或為空時包含 VI 寫入文件的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取的程序設計如圖 4-18 所示：圖 418 數(shù)據(jù)讀取的程序設計數(shù)據(jù)讀取模塊：主要是讀取電子表格文件實現(xiàn)的，把讀取的所有行通過索引數(shù)組分成 6 列，在 1、2，4、3，6、5列捆綁在一起在圖形上顯示。圖 419 讀取電子表格文件圖 420 索引數(shù)組n 維數(shù)組可以是任意類型的 n 維數(shù)組。索引 0。.n1 必須為數(shù)值。 索引輸入端的數(shù)量與 n 維數(shù)組的維數(shù)匹配。5 5 檢測結果的分析檢測結果的分析5 5。1 1 波形顯示調試波形顯示調試波形的采集:扭矩傳感器 2 腳接15電源；3 腳接15電源；4 腳轉速信號輸出端與 5 腳轉矩信號輸出端和 PC 機的讀取端口相連。運行程序,單擊前面板右下方的“開始/停止測試