智能型皮帶試驗臺機構設計及仿真

1、圖書分類號：密 級：畢業(yè)設計(論文)智能型皮帶試驗臺機構設計及仿真Design And Simulation Of Mechanism Design And Simulation Of Intelligent Belt Test Rig For Intelligent Belt Test Rig學生姓名班 級學 號學院名稱專業(yè)名稱指導教師學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。

2、本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名： 日期：年月日學位論文版權協(xié)議書本人完全了解關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸所擁有。有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名：日期：年月日 日期：年月日摘要本文利用設計的皮帶傳動試驗臺，通過lapview軟件進行數(shù)據(jù)的傳輸和分析，對皮帶傳動的實時仿真和試驗臺的

3、智能控制方法進行了研究。它的主要內容有以下幾點：第一，皮帶傳動的實時仿真，就是根據(jù)現(xiàn)有的條件，根據(jù)皮帶的實時運行的速度，將皮帶的運動方式通過Lapview虛擬軟件用圖形的方法表達出來；第二，采用模糊控制這個原理對整個的試驗臺系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制；第三，數(shù)字量和模擬量的采集以及相應控制電路的選擇和設計；第四，利用lapview的虛擬系統(tǒng)進行軟件設計，本文提出了視圖抽象，物理抽象的概念，并在設計時用到了該軟件。通過這一整個的設計以及實驗，本論文得到了的實驗數(shù)據(jù)與實際的實驗相同。 關鍵字：試驗臺 ； LapVIEW ； 自動控制 AbstractIn this paper, the design of

4、the belt transmission test rig, through the lapview software for transmission and analysis of data, the belt transmission real-time simulation and test rig intelligent control method is studied. It mainly focus on the following points: first, real-time simulation of belt drive is according to t

5、he existing conditions, according to the real-time operation of belt speed, movement of the belt through the Lapview virtual software with graphical method to express; second, fuzzy control is adopted the principle of the whole test system to achieve automatic control; third, digital and analog quan

6、tity acquisition and corresponding control circuit of the selection and design; fourth, the virtual system using lapview of software design, this paper put forward the view abstraction, abstract physical concept and in the design used the software. The whole software is reliable and running wel

7、l.Keywords: LapVIEW test bench automatic control目錄1 緒論311本課題的提出31.2國內外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢42 PDC-B智能型帶傳動實驗臺的產(chǎn)品介紹62.1 皮帶試驗臺的發(fā)展與介紹62.3試驗臺功能和特性72.4實驗原理92.5實驗臺的操作步驟113 lapview開發(fā)軟件123.1 LapVIEW的解析123.2 LapVIEW的特點134 張緊裝置總體設計144.1電動機的確定144.2機構工作級別的確定15機構利用等級15機構載荷狀態(tài)164.2.3 機構工作級別164.3皮帶繩直徑計算與選取164.4卷筒幾何尺寸的確定174.5總傳

8、動比及傳動比的分配：224.6傳動裝置的運動參數(shù)計算：225 蝸輪蝸桿減速器的設計245.1蝸桿、蝸輪的基本參數(shù)及強度計算：24選擇蝸輪的材料，確定許用應力24按齒面接觸疲勞強度設計計算：25齒根彎曲疲勞強度校核計算：28熱平衡計算286 數(shù)據(jù)的采集和分析306.1 Labview信號分析與處理306.2 LabView驅動與電腦的連接306.3進入系統(tǒng)后，點擊“數(shù)據(jù)采集”按鈕數(shù)據(jù)采集就開始317 結論與建議347.結論347.2建議35致謝：35參考文獻36附錄：371 緒論本篇論文主要討論的是用PDC-B試驗臺來進行皮帶實驗機構的設計及仿真，研究皮帶在不同速度，不同運動狀態(tài)下，所產(chǎn)生的結果

9、。然后通過虛擬軟件LapVIEW，進行數(shù)據(jù)的采集和分析，用圖片的方式把他表現(xiàn)出來，使其更加形象生動。讓本論文的實驗結果能夠讓更多的人信服。而且通過對皮帶試驗臺機構的研究和仿真，也可以讓本論文了解和知道皮帶的傳動效率，皮帶的打滑，皮帶的一些特性。以后可以在生活和生產(chǎn)中更好的利用皮帶的這些特性，造福社會。同時本文用到的LapVIEW虛擬軟件，也可以讓我自己學習到很多新的知識。通過研究和實驗，提升自己動手動腦的能力。通過對皮帶試驗臺的研究和分析，本論文可以得到很多的數(shù)據(jù)和圖形，根據(jù)這些數(shù)據(jù)和圖形，本論文更好的了解了皮帶傳動的屬性。生活中有很多的皮帶傳動裝置，無論是什么機械，都有皮帶的傳動。皮帶傳動的

10、研究與本論文的生活息息相關，密不可分。所以，我希望通過的研究，能夠了解到皮帶的很多特性，對皮帶傳動裝置進行優(yōu)化改良，夠讓皮帶的傳輸效率變得更高，皮帶的傳動機構變得更加簡單。下面就是我的研究成果。11本課題的提出二十一世紀，發(fā)達國家正一步一步地帶領著全球從由第一、第二產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟時代向著以第三產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟時代轉變的非常的重要時期。這與科學技術的進步息息相關，無論是現(xiàn)在還是將來，科技的發(fā)展都是重中之重。現(xiàn)代工業(yè)重要的發(fā)展目標是用很牛逼的科技作為重要的內容，通過兩者的結合增加產(chǎn)品的價值。怎樣加快電子信息技術發(fā)展的速度，使產(chǎn)業(yè)結構發(fā)生變化，從某種程度上說這也對世界的經(jīng)濟起到積極的作用。正是因為比較

11、重要，所以他被很寬泛的應用在工業(yè)中，其中不乏包括利用計算機進行仿真和工業(yè)自動化。如今，工業(yè)上有很多地方都用到了它。咱打個造汽車的比方，美國通用汽車公司就是用這種科技，讓人們有身臨其境的感覺。其通過這一技術可以大大減少甚至于消除實體模型的開支，在有限的時間內減少研發(fā)時間。此外，汽車的形狀也會用到這個系統(tǒng)，可以從多個角度觀看汽車里面的樣子，從而可以讓客戶從滿意度以及安全性這兩個方面來感知這輛汽車。這一技術在飛行仿真的應用領域又起到了另一番作用。對于飛機的飛行仿真系統(tǒng)，本論文可以把他分為4個部分，第一操作艙系統(tǒng)，第二外部圖像視覺系統(tǒng)，第三運動系統(tǒng)，第四計算和控制系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)是飛行仿真系統(tǒng)中的重要

12、樞紐，用他本論文可以計算飛機的軌跡，本論文可以控制指示燈和駕駛感。芝加哥某大學通過應用這一技術分析了人體神經(jīng)的工作原理，突破了很多醫(yī)學瓶頸，其中最重要的有電場可視化，還有就是大腦內部的一些仿真。極其重要的是仿真技術在軍事上使其實現(xiàn)了另一種更為特殊的作用。比如研制新的武器，模擬一些戰(zhàn)術布置，培訓如何使用武器等等好多好多的地方。 正是由于有了自動控制的技術，本論文可以自動化的生產(chǎn)，解放勞動生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)質量，由此本論文變化了勞動的生產(chǎn)條件，并在社會的各個方面起到極大的作用。正是由于計算機控制技術的崛起，現(xiàn)代工業(yè)的自動化也飛速發(fā)展起來了，它是這兩種技術的有機結合。本論文把計算機控制系統(tǒng)分為四種：數(shù)

13、據(jù)采集和處理，計算機在線操作系統(tǒng)，直接控制系統(tǒng)，分級控制系統(tǒng)。文章中的計算機控制系統(tǒng)也就是用到了數(shù)據(jù)采集與處理這兩個系統(tǒng)。隨著計算機技術的發(fā)展，未來工業(yè)企業(yè)自動化將會朝著智能控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡虛擬系統(tǒng)等等這些的發(fā)展方向。當把本論文國家的計算機仿真和先進國家比較時，本論文會發(fā)現(xiàn)還有著不小的差距。由于我國在仿真的軟件和硬件都不太行。為了追上先進的國家，縮小與他們的差距，本論文構造了一個皮帶的傳動系統(tǒng)，通過對他的研究，本論文會在各個方面產(chǎn)生巨大的影響。我國的實時仿真與自動控制都將飛速發(fā)展。1.2國內外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢17世紀70年代，蒸汽機的誕生，人類的勞動力得到了很好地發(fā)展，由機器頂替人去完成復雜

14、和繁重的體力勞作成為了一種普遍存在。十八世紀以后，人的大腦也得到了很好的發(fā)展。這與計算機的出現(xiàn)、進一步改進和各種各樣的應用存在著密不可分的關系。等到了2000年以后，工業(yè)里面的很多方面都存在了這些應用。本論文用硬件來說，計算機飛快的進行著運算；用軟件來說，由開始最簡單的機器碼，研究到了今天的高級編程的語言；從計算機應用的自身來說，從最基礎的數(shù)字計算，到如今在工業(yè)上的控制，它甚至能夠模仿人的思想的過程，根據(jù)圖片的顯示從最開始的二維，到現(xiàn)在本論文可以用三維和三維動態(tài)模具。早前計算機仿真技術就被應用到了很多很多的領域。最先前的時候，人類可以利用計算機對數(shù)學方程進行解答，本論文只能得到一些數(shù)字。到了1

15、980年代之后，本論文把它稱作Simulation，衍生出了離散系統(tǒng)的仿真以及一些連續(xù)系統(tǒng)的仿真，通過這個本論文可以直接在計算機的屏幕上把它的結果和過程顯現(xiàn)出來。比如說，本論文根據(jù)機械制造，把它運用于生產(chǎn)線上?，F(xiàn)代的工業(yè)信息化把他遺留下來了。那時候，自動生產(chǎn)線很復雜，很多的因素需要被考慮。一個技術人員，甚至一組技術人員的團隊都難徹底得搞清楚這種集復雜的集成制造系統(tǒng)。因此，仿真軟件就出現(xiàn)了。仿真軟件的用處有很多，它可以用來識別生產(chǎn)自動線的上下限，合理的把資源分開來，優(yōu)化那些設備等。在所有的仿真軟件中，比較具有影響力的有LapVIEW。這些軟件需要在DOS環(huán)境下運作。本論文把生產(chǎn)線上的設備，工件，

16、運轉車用線和簡單的圖形來表示。當軟件運作時，本論文可以看到裝配的工件自動地在被加工。等到1990代初期，本論文依舊在現(xiàn)實運作的系統(tǒng)中看見了這個計算機仿真，它還不能體現(xiàn)出實際系統(tǒng)的實時狀態(tài)。到了1990年后期，計算機的仿真已經(jīng)能夠進行實時的仿真，換句話說，計算機可以根據(jù)得到的消息，把現(xiàn)實里面的情況反映到計算機的顯示屏上，并通過，進行控制。全球定位系統(tǒng)的發(fā)展就是運用了此技術，世界上的任意一個車輛都可以通過它追蹤到。盡管到現(xiàn)在這個技術才只有100多年的歷史，但已經(jīng)發(fā)展了三個過程，經(jīng)典控制理論階段，現(xiàn)代控制理論階段，智能控制理論階段。他所產(chǎn)生的精華有：人工智能，控制理論，管理科學結合起來。為了能夠對系

17、統(tǒng)進行智能的控制，他把系統(tǒng)細化，分成了很多小的模塊，把人類的很多經(jīng)驗和研究成果融匯到一起。智能控制有很多方法，其中比較重要的就是模糊控制，它可以由一組模糊推理得規(guī)則產(chǎn)生知識模型，可以進行人機對話，能夠非常簡單快捷地將學者的思維方式加到知識模型中去。模糊集合的概念是1965年由美國控制理論的專家首先提出了的。1965 年，英國教授第一次次將模糊集合理論運用到了加熱器的控制中，此后比較具有典型性的案例還有熱交換過程，交通路口控制，飛船飛行控制，機器人控制，電梯控制，反應堆控制等。目前為止，在模糊控制方面，日本率先走在了前列，將模糊控制應用到了日用家電產(chǎn)品的生產(chǎn)中，比如照相機、吸塵器、洗衣機等，模糊

18、控制的應用在日本得到了非常大的普及2 PDC-B智能型帶傳動實驗臺的產(chǎn)品介紹。5 蝸輪蝸桿減速器的設計傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力本論文通常是用蝸桿來實現(xiàn)，這樣本論文就可以對速度進行加速和減速了,它有兩個組成部分：渦輪和蝸桿，但他最常用的是減速傳動。本論文必須把蝸桿和蝸輪的螺旋線方向保持一致。蝸桿傳動有兩個最主要的特點：（1）傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很小。（2）能以單機傳動獲得較大的傳動比，結構緊湊。就是因為這個，本論文一般會把他用到小功率或者說是中間有停頓的工作，又或是要有自鎖的場所，通常本論文會把它安排在高速度極上。傳動比和蝸桿傳動的機械效率可以用來確定蝸桿頭數(shù)，越少，結構就會非常

19、緊湊，但由此引發(fā)的后果是機械效率會比較低；換句話說，越多，機械效率越高，但蝸桿加工越困難。本論文取的蝸桿，他只要應用于傳動比比較大的時候。本論文再讓蝸輪的齒數(shù)，通常Z可以取到20-28?？紤]到蝸輪的使用情況，取。5.1蝸桿、蝸輪的基本參數(shù)及強度計算：選擇蝸輪的材料，確定許用應力蝸桿：參見，選用45號鋼表面淬火，表面硬度HRC=4550蝸輪：參見表7.6, 選用ZCuSn10Pb1蝸輪許用接觸應力，由式7-9 蝸輪的基本許用接觸應力由表7.6查得應力循環(huán)次數(shù)N（3-3）接觸強度的壽命系數(shù)則蝸輪許用接觸應力蝸輪許用彎曲應力,由式7-12蝸輪的基本許用彎曲應力由表7.6查得彎曲強度的壽命系數(shù)（3-4

20、）則蝸輪的許用彎曲應力=0.82×51=41.72按齒面接觸疲勞強度設計計算：由式7-8蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)蝸輪轉矩估取效率蝸桿傳動的總機械效率：（4-4）式中：嚙合效率軸承效率攪油效率帶有自鎖性的蝸輪蝸桿的效率：,取 蝸輪轉速則蝸輪轉矩載荷系數(shù)（5-5）使用系數(shù) 查表7.8得：動載荷系數(shù)估計 按m/s估取m/s 載荷分布不均勻系數(shù) 載荷平穩(wěn)則載荷系數(shù)材料彈性系數(shù) 查表得：故 查表7.3得 模數(shù)=5蝸桿分度圓直徑蝸桿的導程角蝸輪分度圓直徑蝸輪的圓周速度齒根彎曲疲勞強度校核計算：蝸輪齒根彎曲應力，由式7-10蝸輪齒形系數(shù)查表7.9,則彎曲強度足夠熱平衡計算由式7-15可得蝸桿傳動所需的散熱

21、面積傳動效率 嚙合效率 當量摩擦角由式7-14滑動速度 =由查表7.10則)=0.96散熱系數(shù)，按通分良好油的工作溫度周圍空氣溫度故6 數(shù)據(jù)的采集和分析6.1 Labview信號分析與處理圖1-16.2 LabView驅動與電腦的連接圖2-1通過將數(shù)據(jù)傳入到LabVIEW中我們可以得到圖2-1實驗所得到的數(shù)據(jù)和我們計算機虛擬軟件得到的數(shù)據(jù)并沒有太大的差距。我們可說，我們做的這個實驗是成功的，本篇論文得到的結果是正確的。由此，皮帶傳動實驗的結果大體是可以的。7 結論與建議7.結論通過皮帶試驗臺的研究和探索，以及在實時仿真和智能控制方面的深入研究。本論文發(fā)現(xiàn)了很多新的知識，本論文也學到了很多研究問

22、題的新的方法。在這一整個的過程中，本論文的思維開闊了，整個人的視野也變寬了。在研究的過程中本論文也不是一番風順的，也遇到了許多的挫折和困難，但是本論文都挺過來了。本論文通過對皮帶的傳動效率，皮帶的摩擦抗組的研究，以及對電機的選擇，對蝸桿減速器的選擇，讓本論文對這一整套的系統(tǒng)有了更加深入的了解。同時對于虛擬軟件LapVIEW也從無到有，學習到了很多的知識，同時也要感謝老師給我?guī)淼暮芏鄮椭?.2建議本篇論文主要討論的是用PDC-B試驗臺來進行皮帶實驗機構的設計及仿真，研究皮帶在不同速度，不同運動狀態(tài)下，所產(chǎn)生的結果。然后通過虛擬軟件LapVIEW，進行數(shù)據(jù)的采集和分析，用圖片的方式把他表現(xiàn)出來

23、，使其更加形象生動。讓本論文的實驗結果能夠讓更多的人信服。而且通過對皮帶試驗臺機構的研究和仿真，也可以讓本論文了解和知道皮帶的傳動效率，皮帶的打滑，皮帶的一些特性。以后可以在生活和生產(chǎn)中更好的利用皮帶的這些特性，造福社會。同時本文用到的LapVIEW虛擬軟件，也可以讓我自己學習到很多新的知識。通過研究和實驗，提升自己動手動腦的能力。致謝：參考文獻1.張春林，機械創(chuàng)新設計（第2版），機械工業(yè)出版社，2007.9.2.邱宣懷，機械設計，高等教育出版社，2014.3.3.丁源，劉慶偉編著，CATIA V5 R21中文版從入門到精通，清華大學出版社，2012-12. 4.盛選禹，李明志主編，CATIA

24、有限元劃分網(wǎng)格教程，機械工業(yè)出版社 ，2009-08.5.（美）斯克萊特，鄒平譯， 機械設計實用機構與裝置圖冊，機械工業(yè)出版社，2014-12.6.秦大同，謝里陽主編，現(xiàn)代機械設計手冊 化學工業(yè)出版社,2011-03. 7.熊詩波，黃長藝 主編，機械工程測試技術基礎（第3版）， 機械工業(yè)出版社，2011-06.8.于駿一，鄒青 主編，機械制造技術基礎 （第2版），機械工業(yè)出版社，2009-05.9.于靖軍主編，機械原理，機械工業(yè)出版社，2013-08. 10.孫靖民，梁迎春主編，機械優(yōu)化設計 第5版，機械工業(yè)出版社，2012-04.11.關慧貞，馮辛安主編，機械制造裝備設計（第3版），機械工業(yè)

25、出版社，2010-01.12.（德）穆斯等編著，孔建益譯，機械設計（第16版），機械工業(yè)出版社，2012-03.13.鞏亞東，原所先，史家順主編 ，機械制造技術基礎，科學出版社，2010-06.14. 朱金生，機械設計實用機構運動仿真圖解（第2版），電子工業(yè)出版社，2014-01.15. 車洪麒，張素輝著，非標準機械設計實例詳解，機械工業(yè)出版社，2011-03.附錄：皮帶傳動的實驗數(shù)據(jù)及曲線圖原始數(shù)據(jù)主動帶輪直徑d1： 120 mm 從動帶輪直徑d2： 120 mm 帶傳動中心距a： 250 mm受力分析結果 小帶輪包角a： 2.67 度 摩擦系數(shù)f： 1.02 N/mm 預張力F0： 2 N

26、 緊邊張力F1： 4.69 N 松邊張力F2： -.7 N 最大圓周力Fec： 5.4 N 序號 n1 Fm1 n2 Fm2 滑差率 效率 1 1065 .6 1065 .6 0 0 2 1054 1.8 1054 1.8 0 77.77 3 1048 2.4 1048 2.4 217421 776897 4 1044 3 1044 3 141749 758061 5 1041 3.4 1039 3.4 429137 802724 6 1038 3.8 1032 3.8 451679 071772 7 1035 4.2 1009 4.2 861305 098997 8 1032 4.9 993 4.9 811455 034386 9 1027 5 983 5 664489 327035 10 1026 5.1 976 5.1 552319 356737 11 1