1、 本科生毕业论文（设计）中文题目 1KN 电子万能试验机的技术设计 英文题目 Design of Structure for 1KN electronic universal testing machine 学生姓名 张彦波 班级 410704 学号 41070425学 院 机械科学与工程学院 专 业 机械工程及自动化 指导教师 陈菲 职称 副教授 摘要随着科学技术的不断发展，对机械产品的要求也越来越高。机械产品需要满足社会的需要，就应该具有高精度、高效率、通用性和灵活性等性能，加上机械产品不断加快的更新换代速度，因此对检验设备也相应地提出了精度高、效率高、通用性好和灵活性强的要求。电子万能试
2、验机作为试验机床家族中的高端产品，在现代机械行业领域内被越来越多的采用，具有机型美观，操作简单，系统工作可靠，测量精度高等特点。本设计为 1KN 拉压万能试验机的结构设计，试验机本体仿照 WDW-100C-1000C 进行设计，结构上可满足相应的参数要求，试验机重要部分的强度和刚度经过软件的模拟分析，满足可靠性试验台的试验要求。关键词：加工中心；试验机；可靠性；拉压力；结构设计AbstractWith the continuous development of science and technology, the requirements of mechanical products hav
3、e become more sophisticated.Mechanical products need to meet the needs of society, they should have high accuracy, high efficiency, versatility and flexibility performanceCoupled with the condition that upgrading speed of mechanical products is accelerating,so the machine equipment is raised corresp
4、ondingly high precision, high efficiency, good versatility and flexibility requirements. Electronic universal testing machine，as a high-end product of the CNC machine tool family ，is being more and more used in the field of modern machinery industry ,its capacity with Beautiful models, Simple Operat
5、ion , high precision, High efficiency, high versatility features. Testing machine plays an important role on todays Machining Center, whose reliability has a huge effect on machine reliability. In order to improve the MTBF level of Machining Center, it is significant to invent a testing bed to test
6、the reliability of Various materials.The article is the strutural design of the 1KN tension and compression testing machine.the test rig design ontologies modeled on the WDW-100C-1000C, the structure can meet the requirement of the Requirements of the corresponding parameters.The strength and stiffn
7、ess of important part of test bench is simulated by analysis software to meet the reliability test requirements.Keywords：Maching Center； Reliability；Tensiler；Structural Design目录ABSTRACT.3第 1 章 绪论 .6第 1 节 试验机的定义 .6第 3 节 试验机行业发展展望 .8第 2 章 1KN 拉压试验机的设计概述 .9第 1 节 总体设计 .9第 2 节 部件设计 .92.1 变速箱的设计 .92.1.1 传
8、动的选择 .92.2 带轮的设计 .142.3 丝杠的定位与固定 .152.4 光杠的固定 .162.5 夹具的设计 .17第 3 章 尺寸设计 .19第 1 节 驱动电机参数选择 .191.1 技术指标（主机设计有关指标） .191.2 传动比的确定及分配 .191.3 驱动电机的选择 .191.4 传动装置的运动及动力参数 .20第 2 节 零部件尺寸设计 .222.1 带轮的设计 .222.1.1 第一级同步齿形带传动设计 .222.2 轴的设计 .31结 论 .34致 谢 .35参 考 文 献 .36第 1 章 绪论第 1 节 试验机的定义试验机是测试、评定和研究材料、零部件、整机（整
9、车） 和类工程项目的物理性能、机械（力学） 性能、工艺性能、安全性能、舒适性能的试验仪器和设备，是科学仪器众多种类中很重要的一类测试仪器。试验机对材料及品、零部件、整机（整车） 、工程项目的性能检测和试验、质量控制和质量保证起着不可替代的作用；对各类工程科学理论研究和工程项目的实施起着极其重要的保障作用；多数试验机产品还属于计量器具，对保证和维持我国长度、力值、硬度量值的准确和溯源具有举足轻重的作用。长期以来，试验机作为很重要的一类科学仪器， 被广泛地应用于冶金、建筑、航天、航空、机械、交通、国防军工、水利、电力、石油、化工、轻工、纺织等行业的国家重点实验室、工业实验室、计量室、质检机构和制造
10、业的生产线及各类工程现场。科研院所、大专院校、质检计量机构、各类企业构成了试验机的用户群。按照 GB/T 47542002 国民经济行业分类的规定，试验机制造业属于仪器仪表行业的一个小类。试验机主要包括以下产品：金属材料试验机、非金属材料试验机力与变形检测仪器、动平衡机、振动台、冲击台与碰撞台、无损检测仪器摩擦、磨损、润滑与工艺试验机、包装件试验机、大型结构试验机、汽车专用试验设备、各种环境模拟试验装置及其功能附件等。试验机产品特点是多品种、小批量，用户个性化要求多。这是集机、光、电、液和计算机技术于一体的高技术产品，涉及到的学科范围非常广泛,下图为国产一款试验机。第 2 节 试验机行业发展简
11、要回顾我国试验机制造业自建国以来，从无到有，不断发展壮大，已经走过了六十年的历程。 （1）解放前的旧中国，几乎没有企业生产制造试验机产品，更谈不上形成一个产业。 （2） 新中国建立后受到了以美国为首的西方国家经济技术的封锁。为摆脱西方国家的封锁，加快我国经济技术和国防工业发展的步伐， 1949 年 10 月20 日，我国第一个试验机专业生产厂家长春仪器厂（长春材料试验机厂） 诞生，标志着中国试验机制造业的开始。1959 年 3 月， 经国家有关部门批准，第一机械工业部材料试验机研究所在长春成立，标志着我国开始独立自主地开展试验机制造技术与产品的研发。到 1979 年建国 30 周年，长春、天水
12、、济南、上海、莱州、汕头、丹东、苏州等地成为试验机的重点生产区域，主要生产企业约 30 家左右，初步形成了一个试验机制造行业（3）改革开放后的 30 年（19792009） ，尤其是后 20 年（ 1989 2009） ，试验机行业同其他行业一样，发生了重大变化，取得了重大发展。重大发展是由于对外开放、计划经济向市场经济转变的重大变化而引起的。重大发展主要表现为： 人力作为可由市场配置的资源能够自由流动，使得科技、管理人才可以走出高等院校、研究院所、国有企业进入市场创办试验机民营生产企业。据不完全统计，1989 年，全国生产试验机的厂家接近 50 家。 试验机生产企业的资本结构发生了根本性的变
13、化。体制上的改变促使企业的运行机制更加适应市场经济发展的需要，促进生产规模的迅速扩大。统计资料显示， 我国试验机行业的工业总产值从 1989 年的 3 亿元 RMB 左右上升到 2008 年的 40 亿元 RMB（76 家规模化以上企业的数据） 。静态力学性能测试仪器的典型产品电子万能试验机、液压万能试验机的测量、控制技术实现了重大突破。力值、位移的测量技术全部由机械式改为电子式； 基于微处理器技术（含基于 DSP 技术） 的国产控制器全面装备了电子万能试验机和液压万能试验机。在计算机被广泛用于试验机的同时，应用程序（试验软件）也得到了快速发展，并在不断改版升级和完善。大部分国产电子万能试验机
14、和微机控制液压万能试验机的性能指标已和国际同类产品的性能指标接近，其中部分国内产品的性价比已优于国外产品。正因为如此，近几年来，国外同类产品的进口量在大幅度下降，且其价格也随之大幅下降。 （4） 在此期间， 试验机行业工作取得了明显的进步。1980 年， 中国仪器仪表学会试验机分会宣告成立。试验机分会曾多次成功举办了试验机制造技术的学术交流活动，组织了对美、英、日、德等国同行的技术座谈和技术交流。试验机分会和长春试验机研究所合办出版的科技期刊工程与试验 （原名曾为：材料试验机 、试验技术与试验机 ） 成为试验机制造业和试验机用户进行学术交流的平台，有力地推动了试验机行业的技术进步。第 3 节
15、试验机行业发展展望展望未来，在市场经济发展的进程中，我国试验机行业必将会有更大的作为。（1）对试验机制造企业而言，未来 10 年20 年的发展关键取决于企业的自主创新能力的提升。试验机制造企业自身 R（2） 试验机产品市场的空间还是很大的。多年来， 国内市场始终有近 50%的份额被进口产品所占有，国外的市场容量也是很可观的，尤其是发展中国家的市场是很广阔的。这对于有自主创新能力、市场开拓能力、科学管理能力的制造企业而言，是会大有作为的。 （3）随着市场经济的发展，在有序的竞争中，试验机制造企业的组织结构会产生一些积极的变化。名品会造就一批名企，假冒伪劣产品会使其制造者被淘汰出局，一个适度规模、
16、发展有序的试验机行业会在竞争中形成。可以预测， 经过 10 年20 年的努力，我国试验机行业在技术与产品的发展上可以基本满足国内市场的需求，并会有批量产品出口，基本赶上或在某些领域超过发达国家的技术水平。第 2 章 1KN 拉压试验机的设计概述第 1 节 总体设计参考试验机各种机型，以及设计要求，先应确定其传动原理，我设计的为小型试验机，最大的拉压力才为 1KN，选用单空间结构原理，其工作原理为：电机通过带轮变速机构带动两平行的滚珠丝杠，从而驱动移动横梁来实现加载，被测试件夹在夹具上，而被测试件的负荷由传感器测量。如图第 2 节 部件设计2.1 变速箱的设计2.1.1 传动的选择由于，总的传动
17、比为 30，将其分配为 4,3,2.5 这三个等级满足要求，分级是利用电机的电调比来实现的因此，无需要离合器等零件，而因为试验机试验压力小1KN，因此不宜设计复杂的传动机构，以免产生不必要的能耗或误差，也减小了密封，润滑，维修等的压力，最终决定选用三级齿形带传动，如图所示左下角带轮连接电机输出轴所带的带轮，传动比为 2.5上方的两个带轮主要其改变传动比的作用，传动比为 3而中间套与轴上的两个带轮则分别连接左右两个丝杠下的带轮，以此带动丝杠传动而使横梁上下移动，从而施加拉或压力。同步带轮传动是由一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和相应的带轮所组成。运动时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，是一种啮合传动，因而具有齿轮传动、链传动和平带传动的各种优点 。 同步带按材质可分为氯丁橡胶加纤维绳同步带，聚氨酯加钢丝同步带，按齿的形目前主要分为梯形齿和圆弧齿两大类，按带齿的排布面又可分为单面齿同步带和双面齿同步带。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，可精密传动,传动平稳，能吸震，噪音小，传动速比范围大，一般可达 110，允许线速度可达 50m/s，传动效率高，一般可达 9899 。传递功率从几瓦到数百千瓦。结构紧凑还适用多轴传动，张紧力小，不需润滑，无污染，因而可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场合下正常工作。
