中國計量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院論文

1、中國計量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名： 丁建斌 學(xué) 號： 1230117131 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程專業(yè) 班 級： 機(jī)電121 設(shè)計（論文）題目： 萬能材料試驗機(jī)CAD 指導(dǎo)教師： 系 ： 機(jī)電工程系 2016年 3月 22 日萬能材料試驗機(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、我們需要在通過畢業(yè)設(shè)計這一環(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，我選擇了萬能材料試驗機(jī)設(shè)計這個題目。1.2. 1.1.2 課題的意義通常,

2、把測定材料機(jī)械性能的儀器和設(shè)備稱為材料試驗機(jī)。但是，有些國家有時把測定材料物理性能（甚至化學(xué)性能）的儀器和設(shè)備也稱為材料試驗機(jī)。國外，在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家中，對于試驗機(jī)的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因為，材料試驗機(jī)作為一個基礎(chǔ)工業(yè)部門，對于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。實(shí)際上，對于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設(shè)計來說，材料試驗機(jī)是確保各種機(jī)器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計與安全運(yùn)行的重要測試設(shè)備。因為，為了既經(jīng)濟(jì)又安全可靠地從事各種工程設(shè)計，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，常常需要對各種材料和零部件或整機(jī)進(jìn)行檢定和測試。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，也需要隨時檢驗。顯而易見，所有這些研究和檢驗工作，離開材料試驗機(jī)是無法進(jìn)行的。上述幾點(diǎn)，已足以說明材料試驗機(jī)的發(fā)展對航空，冶金，機(jī)械，建筑和造船等工業(yè)部門，在合理設(shè)計工程結(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)用各種測試，記錄和顯示儀器，所以材料試驗機(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國內(nèi)外實(shí)驗機(jī)研究的回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)外試驗機(jī)發(fā)展及其趨勢近些年來，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，對金屬材料試驗提出的要求也越來越高，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。因此，在材料試驗機(jī)中不斷地采用了一些新技術(shù)，例如電液伺服系統(tǒng)，電子計算機(jī)等。所有這些新技術(shù)的應(yīng)用

5、，不僅使材料試驗機(jī)的性能在為提高，而且使材料試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了很大的變化。近來國外生產(chǎn)的一些萬能試驗機(jī)，由于應(yīng)用了一些新技術(shù)，試驗機(jī)的性能有所提高，應(yīng)用范圍也有所擴(kuò)大。這種試驗機(jī)除了能做拉壓，彎，剪切等表態(tài)試驗外，還可以做蠕變和松弛試驗，有的還能做動態(tài)試驗，測定材料的疲勞極限。國外生產(chǎn)的萬能試驗機(jī)和拉力試驗機(jī)，主要分為機(jī)械式，液壓式和電子式三種。近來電液伺服系統(tǒng)萬能試驗機(jī)后來居上。此外，有時又按其他特征分為高溫，低溫，大型，微型和自動試驗機(jī)等。機(jī)械式萬能試驗機(jī)的加荷機(jī)械和測力機(jī)械一般采用機(jī)械傳動裝置。這種試驗機(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。因測力

6、機(jī)械的慣性較大，加荷速度受到一定限制。所以，國外一些主要生產(chǎn)廠已經(jīng)不再生產(chǎn)，有的僅放在次要的地位。液壓萬能試驗機(jī)，應(yīng)用液壓傳動加荷。范圍一般為10-200噸。最大負(fù)荷高達(dá)5500噸。與機(jī)械萬能試驗機(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，各國都在大力發(fā)展電子萬能試驗機(jī)與電子拉力試驗機(jī)。這是一種將電子技術(shù)應(yīng)用于試驗機(jī)負(fù)荷系統(tǒng)與變形系統(tǒng)中，精確地進(jìn)行測量和記錄的新型材料試驗機(jī)。1.3. 1.2.1國內(nèi)外各種實(shí)驗機(jī)的介紹試驗機(jī)是用來進(jìn)行材料力學(xué)性能指標(biāo)測定的設(shè)備，在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗中都需要應(yīng)用試驗機(jī)來進(jìn)行力學(xué)性能測試。而其中在靜態(tài)

7、萬能材料試驗機(jī)上的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗尤為廣泛。我國靜態(tài)萬能試驗機(jī)為數(shù)眾多，遍布于全國各地，大部分不具備電測能力，以手動調(diào)整進(jìn)、回油閥的方式運(yùn)行，試驗手段落后，有勞動量大和測試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。若對其指示、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)性能及使用價值，更好地為材料研究、質(zhì)量控制和實(shí)驗教學(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)、測試技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于靜態(tài)試驗機(jī)，來實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能參數(shù)的自動檢測，其中試驗數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、自動處理分析和試驗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機(jī)的動態(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)萬能材料試驗機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)的硬件搭建及軟件設(shè)計。下面對各種試驗機(jī)作簡單介紹：1液壓萬能材料試驗機(jī)傳統(tǒng)的材料試驗機(jī)是液壓式的, 這種材料試驗機(jī)存在一些不足之處。它通過油泵向油缸輸油加壓, 由流量調(diào)節(jié)閥控制流量。油泵和測力油缸的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障, 不但影響試驗機(jī)的運(yùn)行和試驗質(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; 采用擺錘測力計測量試驗力,擺錘的慣性大, 對載荷的測量精度低, 且量程范圍小。2電子萬能試驗機(jī)電子材料試驗機(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; 試驗中無須選擇量程, 可實(shí)行全過程自動控制; 裝卸夾具和附件方便; 軟件包功能

9、強(qiáng)大, 用戶通過PC 可直接存儲數(shù)據(jù)、計算并輸入測試結(jié)果和打印試驗報告。計算機(jī)控制整個試驗過程, 保證了試驗的質(zhì)量。電子萬能試驗機(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)各自特長而設(shè)計成的大型精密測試儀器，它具有高科技特點(diǎn)，其設(shè)計方法是模塊化的。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。材料試驗機(jī)測試裝置包括機(jī)身、橫梁及其支撐部件、鉗口和引伸計等。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, 而引伸計和試驗鉗口則是試驗機(jī)的關(guān)鍵測量裝置和部件。電子材料試驗機(jī)由計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。首先, 通過計算

10、機(jī)可完成試驗階段的設(shè)置。對于金屬材料的常規(guī)拉伸試驗, 通常劃分為三個階段, 即彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。在三個試驗階段設(shè)置中, 均要選擇速率控制類型和最大存儲頻率等主要參數(shù)值。同時, 計算機(jī)可實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的存儲, 并由計算軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 給出檢測結(jié)果,最后, 完成試驗報告的打印。3擴(kuò)大試驗機(jī)試驗噸位的機(jī)械增力裝置該裝置屬于材料試驗設(shè)備，能在一定的試驗條件下解決小噸位高頻拉壓試驗機(jī)不能進(jìn)行大噸位試驗的問題。它利用彈性內(nèi)封閉力系的原理，通過改變裝置系統(tǒng)內(nèi)部的約束尺寸來實(shí)現(xiàn)增力，運(yùn)用實(shí)驗應(yīng)力分析技術(shù)通過電阻、電橋、應(yīng)變儀、指示器、光標(biāo)及“動態(tài)靜標(biāo)法”來實(shí)現(xiàn)檢測。該裝置能確保原試驗機(jī)的各

11、項性能指標(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、工藝簡單、測試精確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。4機(jī)械式帶傳動萬能材料試驗機(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)簡單、成本低。尤其配以滾珠絲杠與同步齒型膠帶的傳動系統(tǒng)，使得整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)快、噪聲低、效率高。對測量系統(tǒng)，微機(jī)可以對其進(jìn)行自動調(diào)零，自動標(biāo)定、自動換檔，從而保證了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，并大大地提高了工作效率。通過對傳統(tǒng)材料試驗機(jī)的分析, 發(fā)現(xiàn)其不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1) 無法保證角度及位移測量的精度?，F(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng), 利用增量測量方法來確定位

12、置和材料延伸率, 精度達(dá)到±011m, 速度可達(dá)16m / s ; 傳統(tǒng)試驗機(jī)多通過游標(biāo)卡尺人工測量, 無法滿足這一要求。(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)無法即時匯總和分析。(3) 速度調(diào)節(jié)為機(jī)械的有級調(diào)速, 速度控制為開環(huán)控制, 不能構(gòu)建轉(zhuǎn)速閉環(huán)。(4) 不能測量材料的屈服強(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, 多功能材料試驗機(jī)、萬能材料試驗機(jī)等, 其實(shí)驗原理與當(dāng)前主流的計算機(jī)控制材料試驗機(jī)并沒有實(shí)質(zhì)性的變化, 其被控對象都比較相似, 對控制效果的要求也相似。計算機(jī)控制材料試驗機(jī)主要是在控制系統(tǒng)上引入了CAT (Computer Aided Test, 計算機(jī)輔助測試) , 具有液壓伺服或者交直流電機(jī)伺服驅(qū)動、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)械傳動手冊，機(jī)械工業(yè)出版社。2機(jī)械設(shè)計，潭慶昌 編，高等教育出版社。3全國最新機(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，卜炎 編，機(jī)械工業(yè)出版社。5機(jī)械設(shè)計圖冊，成大先 編，化學(xué)工業(yè)出版社。6滾動軸承產(chǎn)品樣本，中國工業(yè)出版社。7中國機(jī)電產(chǎn)品目錄，國家機(jī)械工業(yè)局