1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 多功能实验台设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要 多功能实验台是教师提升教学质量的重要辅助平台，教师通过这个多功能实验台媒介平台，将原先略显乏味呆板的理论知识以实验操作的方式生动形象地 表述给学生，营造出新型的课堂教育氛围。多功能实验台与原先的教学实验台相比有着其独特的功能，所占的空间不大，并且有着绿色环保的特点。 本论文中多功能实验台的设计考虑了成本开销，以此达到更好的经济性，在原来的基础上改进实验台的性能，不仅满足教师学生的教学科研要求，还能提高安全系数，保护师生的安全。 本文
2、较详细的说明了多功能实验台的设计过程，介绍了主要部件的设计，实验台装配图及主要零件图的绘制，该实验台的基本原理是通过液压系统提供动力带动剪式升降机对实验平台进行升降，电机带动齿轮传动进行平台的旋转。 关键词： 多功 能，绿色环保，液压系统。 II Design of multi-functional bench Abstract Multi-function bench is an important auxiliary platform for teachers to upgrade teaching quality, Teachers through this multi media pl
3、atform bench, originally slight dull boring theoretical knowledge by operation expressed to the students, Creating a new atmosphere of classroom education Multi-function bench compared with the original teaching bench having its unique features, Occupies little space, and has environmental protectio
4、n. In this paper multi-function bench is designed with the cost of overhead, In order to achieve better economy,Improvements on the basis of the original performance bench, not only meets theteachers and students in teaching and research requirements, also improves the safety factor to protect the s
5、afety of students and teachers. This paper describes the design process of multi-function bench in detail, introduces the main components of the design, bench assembly drawing and mapping of the main parts, The basic principle of the bench is driven by hydraulic system powered scissor lift platform
6、for lifting the experiment, motor drives the rotation of the platform gear. Keywords: multi-function ,environmental protection,hydraulic system. III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1多功能实验台的来源 . 1 1.2多功能实验台的意义 . 2 1.3多功能实验台市场发展现状 . 2 2多功能实验台结构分析与总体设计 . 3 2.1多功能实验台的方案设计 . 4 2.2方案评价 . 4 2.3多功能实验台的总
7、体设计 . 5 3液压升 降台设计计算和校核 . 6 3.1液压动力系统计算和校核 . 6 3.2 液压传动及连杆机构系统的计算与校核 . 7 3.2.1 液压传动设计 . 7 3.2.2 连杆机构系统的计算与校核 . 7 3.3电机旋转传动系统的设计与校核 . 10 3.3.1 电机的选型与校核 . 10 3.3.2 圆锥 齿轮的设计与校核 . 12 3.4总装图及工作原理 . 17 4结论 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 20 附录 . 21 附录图 1 多功能实验台装配图 . 附录图 2 剪式升降机构装配图 . 附录图 3 实验台平台图 . IV 附录图 4 小锥齿轮图 . 附录
8、图 5 大锥齿轮 图 . 附录图 6 长轴零件 图 . 附录图 7 短轴零件图 . 附录图 8 连杆零件图 . 附录图 9 机座零件图 . 多功能实验台设计 1 1 绪论 1.1 多功能实验台的来源 最初的实验台只是多个实验仪器的简单的集合，计算机技术的出现使得实验台在集成性、可靠性方面有了质的发展，目前先进的实验台大多是集计算机硬件、软件模块和相关实验仪器为一体的综合实验装置，有的实验台还采用了虚拟仿真技术和网络技术，使实验台有了很高的科技含量。学科以及专业的不同，相应实验台的构建原理和组成部分也是不相同的，但大部分的实验台都有两个重要的组成部分，即控制部分和数据 采集部分。不同时期的实验台
9、的控制方式和数据采集方式是不同的。现在实验台的设计都加强了计算机技术的应用，其中 PLC 技术和单片机技术是最常用的技术之一。目前的实验台 大致可分为三大类： 数据检测类实验台、演示类实验台、装置检验类实验台。 多功能实验台将会向数字化、智能化方向发展，虚拟实验和虚拟仪器技术代表了未来实验技术的发展方向，工业发达的国家已经将虚拟仪器技术广泛应用于航天、通讯、生物医学、地球物理、电子、机械等各个领域，进行工程技术工作和科学研究。具有虚拟仿真技术的实验台具有以下几种优点： (1)可操作性用计算机 虚拟仪器代替昂贵易损的实验设备，使用者操纵计算机键盘可反复调整仪器各部位，屏幕实时以动画画面显示仪器的
10、各种指示及仪器内部结构的动作。 (2)可设计性在利用虚拟仪器进行实验时，允许用户自行设定各种实验的初始参数，调整仪器进行实验，通过屏幕观察实验现象，分析判断。良好的交互性实验不是一种单纯的操作训练，操作者通过实验需要理解实验思想，在做仿真实验时，对参数的不同设定和操作仪器过程中，能很直观地观察和理解其物理意义。同时还可调用专家系统对操作者的操作、参数设定进行指导和评估，使专家的指导与学生的独立思考步步紧扣 ,生 动地把教与学融于一体 。 仿真实验虽然能够较好地满足新的教育需求 ， 但由于受虚拟现实技术发展的限制 ， 这种实验模式在目前还难以完全取代真实的实验 ， 由于实验具有很强的实践性。 1
11、.2 课题的意义 二十一世纪社会对人才的需求不仅要求专业知识扎实、知识面广 ， 而且要求解决实际问题的能力强 。 在工程型 、 研究型大学的教学注重知识的积累同时 ，还要加强学生的思维能力 、 实践能力 、 开拓创新能力的培养 。 实验室作为高等教学和科研的重要基地 ， 承担着培养国家专门人才对学生进行实践能力培养和实施全面教育 、 创新教育的重要任务 。 如何把学生推到实验主体的 位置上 ， 充分挖掘和发挥学生的主动性和创造性 ， 引导他们向自己的未知领域迈进是至关多功能实验台设计 2 重要的。 随着我国经济的快速可持续发展，教育部对科教事业的经费投入逐渐增加，高校作为培养人才的重要基地，有
12、着极为重要的地位，在教育师资力量不断提升的同时，学校的硬件设施也在不断完善，其中实验室有着重要的作用，而实验台作为实验室的主要设备扮演着关键角色。通过系统的教学训练使学生掌握各种机械传动装置 ,构筑产品研发的工程思维 ,对工程问题综合分析和评估。丰富和巩固理论知识的同时 ,确立和强化了学生的工程回归意识 ， 激发了学生的求知欲 ,体现了“以 人为本 ” 的教育理念 。由此可见多功能实验台在当今的素质教育中有着重要的作用，因此开发出新型的多功能实验台有着重大的现实意义。 1.3 多功能实验台市场发展现状 目前较为先进的是 PLC控制的气动实验台，它结合了气动、电子和计算机技术的优点，以 PLC作
13、为主控单元的电一气动闭环控制系统，从而大大简化了老式气动实验台的结构，提高了可靠性，增加了扩展、开发的柔性度。 液压与气动控制一样在工业中有着广泛的应用，液压实验台通过对泵和阀的控制实现液压传动，传统的液压实验设备大多由继电器电路控制，自动化程度低，而且液压回路实现单一 。为适应各类教学科研及机械工程对液压实验台要求的也不断提高，利用先进的控制技术 (如 PLC技术、单片机技术，微机控制技术等 )开发新实验台或对原有实验台进行技术改造。将液压技术与先进的控制技术有机结合，实验台自动化程度极大提高。 多功能实验台设计 3 2 多功能实验台设计与总体设计 2.1 多功能实验台的方案设计 伴随科技迅
14、速发展 ， 与之匹配的相关科学实验的硬件设施都得以提 升，当今的实验台较多注重考虑机电一体化 ， 不论是实验者实验过程体验，还是实验效果 ， 都是比常规实验台有质的区别。 要确定多功能实验台的方案设计，首先我们确 认了传动机械 多功能实验台采用机械上模块化组合（如设计中中升降与旋 转符合一起构成一个模块组合）、电器上单元独立于集中控制的总体方案设计。 多功能实验台的结构组成 传动机械多功能实验台的结构如下图所表示， 尺寸宽大的操作实验台中间开剖了一个空缺，在空缺之处放置了一台“剪 叉式垂直升降机构”，是有液压系统配备液压缸来实现此功能，在平台上可以根 据设计行程任意升降，升降机构上面配置了升降
15、小平台，小平台上安装一电机 （三相异步单机即可，可带变频调速），通过圆锥齿轮实现十字交叉式传动， 从而推动上面的小托板 360 旋转。见图 2-1。 该系统 主要是有三个部分组成：一是机械传动部分； 二是控制部分；三是检测部分。 在机械传动部分，电机直连两配对的圆锥齿轮 ，带动转盘；控制部分由计算机， PKSF 晶闸管整流调速设备以及其他操作台组成。检 测部分主要是有光电开关与机械行程控制开关来实现。 图 2-1 多功能实验台总体设计方案 多功能实验台设计 4 2.2 方案评价 符合市场需求，同时又能符合教学实际使用的多功能实验台应该不仅在外观包装上能让人耳目一新 ， 同时又 要 在整体结构布
16、置上与原有常规实验台有质的区别。因此本设计方案评价重点应该在机电一体化部分上。 2.3 多功能实验台的总 体设计 （ 1） 总体设计的内容 总体设计是机械系统内部设计的主要任务之一，也是进行系统技术设计的依据。总体设计对机械的性能、尺寸、外形、质量及生产成本具有重大的影响。 总体设计的主要内容有： 1) 本多功能实验台采用横向与纵向结合布置的模式，为拓展学生思维留有余地。 2) 本实验台主要参数： 平台尺寸：长度 3000mm宽度 2000mm 750mm 总体可升降高度相较于实验台平面：上升高度差 1600mm，下降 230mm。 3) 总体方案设计如下图： 本实验台总体方案设计思路见下图
17、2-2 图 2-2 多功能实验台总体方案设计 4) 具体参数见后边第三部分。 （ 2） 总体布置设计 本多功能实验台主要考虑为学院级教师辅导使用，首先充分考虑外观性 ， 不管是尺寸上，还是高度都能适合各老师的使用，同时将剪叉式升降机构置入 实验台中间，充分节省了空间，同时为学生展示实验时观摩具有较大意义， 多功能实验台设计 5 按照要求，实验台表面要求抛光处理，然后用 804 强力胶粘接 EPAM 胶，考虑了实验台的使用寿命。同时本实验台在机构布置上，以搭载式展示于教师前面 。 （ 3） 总体主要参数的确定 参数主要涉及机械功能参数，以及电气控制与 检测部分 ： 1）机械参数化设计 实验台主要
18、技术性能指标应满足有关传动机械 产品性能实验的标准要求 ，如“圆锥齿轮”结构与强度，电机输出转速等 。 本次设计主要数据如下（含不确定设计部分） ： 输出转速为 200-360 转 /分，因此考虑相应的电机与齿轮的参数； 电机功率； 液压缸参数设计 ； 2）控制系统参数设计 A.供电系统 三相四线制 AC380V 经空气开关，送至交流接触器，小空气开关分 别将电能分配到整流主电路、电机励磁电路，辅助控 制及继电操作回路中去。 B.电动机主电路供电系统 三相 AC380V 经接触 器，整流变压器，快速熔断器送至三相全控桥 式电路，其输出端经平波电抗器及用于正反转切换的接 触器送至电动机电枢回路，两相AC380V 直径接送至电机励磁主电路中去。
