盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009目 录1 绪论11.1论文研究的背景和意义11.2 试验平台研究的必要性21.3 国内外研究的进展21.4 试验台的类型21.4.1 功率流开放式试验台31.4.2 电功率流封闭式试验台31.4.3 机械功率流封闭式试验台41.4.4 功率流方向的确定51.5 现有试验装置的局限51.6 多功能实验台的设计要求和设计内容62 试验台的总体设计72.1 试验台的总体要求72.2 试验台的功能分析与定位82.3 改造方案对比82.3.1 方案一82.3.2 方案二92.3.3 方案三92.4 中心距的设计102.4.1 中心距的设计102.4.2 理想的中心距103 关键零部件的设计与计算113.1 齿轮的设计与计算113.1.1 材料的选择113.1.2 按齿面接触强度设计143.2 轴的设计计算143.2.1 轴的材料选择143.2.2 轴的结构设计143.2.3 按许用弯曲强度条件计算153.2.4 按轴的疲劳强度安全因素校核173.3 滚动轴承的选择与寿命计算183.4 联轴器的选择193.4.1 弹性联轴器193.4.2 联轴器的选择204 传感器的选择214.1 传感器214.2 传感器的分类224.2.1 根据传感器工作原理224.2.2 按其用途224.3 传感器的选用234.4 STY扭矩传感器的基本原理244.5 STY系列扭矩传感器技术性能指标244.6 STY扭矩传感器安装使用254.7 使用特别注意事项265 数据采集与处理275.1 数据采集系统的原理与结构275.2 效率的计算的原理276 螺旋滚珠式机械加载器286.1 加载器结构原理286.2 螺旋滚珠式机械加载器的特点297 实验测量307.1 测量系统简介及试验检测307.2 控制和测量307.3 计算机参与全程控制专用的测量和数据处理软件317.3.1 软件功能简介317.3.2 使用环境317.4 设备运行；设备，环境参数的设置317.4.1 系统所用通讯端口的设置和所用的设备设置317.5 实验环境337.6 测量与控制337.7 程序控制347.8 数据处理347.9 曲线拟合358 结论36参考文献37致谢38附录39扭矩试验台的改造及扭矩电测摘 要：机械传动试验台是用试验的方法研究机械传动的各种失效形式并测定其承载能力、传动效率及有关性能的基本手段，长期以来我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上。这些试验台都存在一个共同的缺点：自动化程度低，无法模拟实际工况对各种机械传动产品进行试验，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低。近些年来的研究取得一些进步，但目前的绝大多数实验台还只能进行恒定载荷加载或简单的程序控制阶梯加载，实验结果与现场测试依然有较大的差距。 本文提出改进机械原理实验室的齿轮试验台的方案，在成本不高的情况下，增加其测试功能-可以测量联轴器，离合器，带传动的效率和寿命，使其成为一台多功能机械传动试验台。关键词：机械传动；齿轮；联轴器；扭矩传感器 The Transformation of Torque Test Rig and Torque MeasurementAbstract: Mechanical transmission experiment platform is a basic device for the study of some types of mechanical failure,the transmission efficiency, and the related performance of mechanical transmission and the measurement of the load ability. In our country, the ability of studying and designing mechanical transmission experiment platform is still at such stage that the experimental device is operated manually, leaving some common shortcomings among those platforms,such as low-automation because they cant simulate real working environment accurately during testing the mechanical products, and the accuracy of acquiring data is low. Although a number of achievements have been made in recently years, these platforms can just perform with invariant load or with simple skip load. There is a big gap between experiments and real working environment.This paper presents improved mechanical principle of the laboratory test gear program,the costs are law in the circumstances, increase its test function can be measured coupling clutch, belt drive efficiency and lifespan, as a multifunctional mechanical transmission test.Key word: Mechanical Transmission;Gear;Coupling;Torque sensor1 绪论1.1 课题来源与意义人类为了生存的需要，创造了各种各样的机械以达到减轻体力劳动和提高生产率的目的。随着社会的进步，机械已从最初的简单工具发展到现在的多功能、结构复杂的现代化系统。中小功率的机械传动产品有着广泛的应用。这一类产品的主要功能和目的是将其它形式的能量转化为可以直接利用的形式，同时实施规定的运动，完成相应的工作。而所有这些功能和目的都必须通过机械传动装置来完成，因而，机械传动装置在其中担任着重要的角色。从某种意义上说，机械传动装置性能的好坏决定了机械传动的综合性能。通常一种新的机械产品从诞生到使用要经历设计、试制、定型、大规模生产、销售等环节。上述各环节无不渗透着对产品优异性能和可靠质量的不懈追求。而对机械传动装置的测试和实验包括性能测试(如效率、功率、噪声、振动等特性)、运行监测、故障诊断等，是完善一切机械产品的设计、制造的手段和方法以及评价设备性能优劣等不可或缺的重要内容，也是设备安全、稳定运行的重要保障。 因此，针对机械传动综合性能测试的研究已成为现代测试技术的一个重要研究方向。构建机械传动综合测试系统同样对机械传动设备的开发和研究具有重要理论价值和经济价值。齿轮是各种机器上必不可少的传动零件，对齿轮的各种性 能进行测定是保证齿轮可靠使用的必经之路。目前，大部分齿轮试验台设计只是针对某一种特定的轮副，虽然专用性对于实验台结构设计、试验成本带来一定有利因素，但功能的单一性制约了设备的使用效率。在此基础上，开展多功能组合实验台设计是改进原有齿轮试验台设计的一条十分必要而有效的途径多功能组合实验台能按照机器零件的工作能力和可靠性的基本准则进行精度，摩擦损失，强度，刚度，耐热性和抗震性等多项实验，在保证评定试验的精度和结果可靠的前提下，达到快速、简便可靠的效果。机械原理实验室的齿轮试验台是双庆公司90年代购进的一台专利设备，该试验台的功能是测量齿轮的效率和寿命，其最大的优点是具有一套封闭加载系统，具有明显的节能效果，但是由于其功能单一，不能满足现代测试的要求，为了节约资金，利用其优点，所以对试验台做适当的改进，增加测量带传动，联轴器，离合器或其他的传动件的效率和寿命的功能，使其成为真正的多功能机械传动实验台。1.2 试验平台研究的必要性 随着机械工业的发展和科研水平的不断提高，对机械传动产品的实验与检测手段不断提出了更高的要求。传动试验台是用试验的方法研究机械传动的各种失效形式并测定其承载能力、传动效率及有关性能的基本手段，长期以来我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上，主要类型为以机械力或液压力加载的机械功率流开放式试验台，机械功率流封闭式试验台和用发电机作负载的电功率封闭式试验台。这些试验台或由于节能或由于加载方面各具特色，但都存在一个共同的缺点-自动化程度低，很难按事先设计的试验过程进行验，无法模拟实际工况对各种机械传动产品进行试验，因此试验结果与实际情况总免有相当距离，传动试验平台大多采用人工操纵方式，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低，不易实现多参数自动控制和失效判定。1.3 国内外研究的进展随着机械工业的发展和科研水平的不断提高，对机械传动产品的实验与检测手段不断提出了更高的要求。目前国内普遍采用的是实验室台架模拟实验台。将现场试验移至实验室台架上加以复现，采用模拟加载保持着负荷作用的某种随机性，使同一随机过程可多次复现。因此可使不同的机器可以经受完全同一的随机作用。这无疑将有助于改善试验结果的可比性。 国内在相似实验室台架模拟实验台的基础开发了齿轮传动与控制实验台。实验台最大特点是采用电液比例控制全液压传动、制动、加载系统，并由LABVIEW测控系统实现自动控制并进行数据采集和处理。实验台的结构为履带式实验台，由发动机经传动系驱动轮胎在履带上滚动，研究发动机+液压系统这一负荷驱动系统在动态负荷下的性能反映。长期以来，我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上，主要类型为以机械力或液压力的机械功率流封闭式试验台和用发电机作负载的电功率封闭试验台。这些试验台或由于节能或由于加载方面而各具特色，都存在一个共同的缺点，但自动化程度低，很难按事先设计的试验过程进行试验，无法模拟实际工况对各种机械传动产品的影响，因此试验结果与实际情况总难免有相当距离，这在很大程度上影响了试验数据对机械传动产品的设计、生产的直接指导作用。因此多年来，人们对它所下的功夫很多。甚至很大程度上可以认为，数十年来机械闭式试验台的发展其实质就是加载器的发展。据统计，现今国内外经使用证实行之有效的加载器多达数十种。适用的加载器种类虽然多，但是按动力学原理可将加载器分为三大类：简式加载器；支反力式加载器；力矩式加载器。传动试验平台大多采用人工操纵方式，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低，不易实现多参数自动控制和失效判定。因此国内外有关学者一直致力于在实验室模拟机械传动产品的实际工况进行机械传动产品的寿命和性能试验。比如自1989年以来，德国大众公司、美国GM公司和斯太尔公司都在研制