毕业设计(论文)-锭子卷簧扭转弹性测量装置的设计(全套图纸) .doc.doc
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1、锭子卷簧扭转弹性测量装置的设计摘要锭子系统中在纺织工业中起着非常大的作用,是纺织得以实现的前提,而锭子卷簧的性能则能影响纺织产品质量。卷簧在锭子系统中起着支承作用,为了提高纺织产品的质量,就十分有必要对它的刚度进行测量。为此设计一种对卷簧的扭转弹性进行测量的装置。本设计主要内容为:测卷簧所受扭转力的装置的设计,卷簧夹具的设计,传动机构的设计和总体布局的设计,并能实现手动测量与自动测量两种方法能独立完成,在文中有齿轮等零部件的校核和一些参数的设计计算以及一些零件的有关知识介绍。该装置是以弹簧扭转刚度的定义为理论基础,用机械方法分别对卷簧扭力和扭转角进行测量,从而根据理论公式计算出卷簧较为准确的刚
2、度。关键词:卷簧;扭转弹性测量;测量装置;弹性测量全套CAD图纸,联系153893706The measure equipment design of the spindle coil spring torsion elasticityAbstract Spindle system is an important part in the textile industry ,it has the quite tremendous influence to the entire textile products, and coil spring is an important strut of t
3、he spindle system.In order to make the work safe and comfortable as well as to obtain the high grade textile products, it is necessary to do its rigid characteristic research. So we need to design a pair of devices for the measurement of spring rolls of flexible reverse . The main feature of the des
4、ign is: the design of a equipment for the measurement of spring suffered reverse ,the design of spring rolls fixture,and the design of Transmission part and the General layout. It can achieve automatic and manual measurement of the two methods measured independently. The paper includes the check of
5、the gear and the design of other parts of and some of the parameters, some relevant parts are also referred. The device is based on the define of torsional stiffness of the spring as the theoretical basis, Torsion spring rolls and reverse angle are measured by Mechanical methods respectively .Thus,
6、according to the theories spring rolls stiffness will be Calculated more accurately. Key words: coil spring,torsion flexibility measure,measure equipment,spring measure目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景11.1.1 扭矩的测量11.1.2 扭转角度的测量:41.2 检测装置的发展51.2.1 国内测量装置的发展51.2.2 国内试验机的发展61.3 相关工作61.4 本文主要研究内容9第二章 锭子卷簧
7、扭转弹性测量装置的设计102.1 引言102.2 卷簧扭转弹性测量装置的设计112.2.1 根据基础理论,计算卷簧弹性,确定测量范围。112.2.2 方案的拟定142.3 设计卷簧弹性测量装置172.3.1 测扭矩装置的设计172.3.2 角度尺的设计192.3.3 测量过程要素202.4 设计卷簧夹持机构212.4.1 卷簧内外端夹紧装置设计212.4.2 夹紧装置的设计22第三章 传动齿轮的设计计算及离合器的选择233.1 齿轮的初步设计计算233.2 离合器的选择263.2.1 离合器的分类263.2.2 离合器的基本组成和工作原理263.3 离合器的工作原理273.3.1 常用离合器工
8、作原理273.3.2 离合器从动部分293.3.3 扭转减振器29 3.3.4电磁片式摩擦离合器的设计计算.33结 论36致 谢37附录39附录5057第一章 绪论1.1 课题背景根据材料力学推导出弹簧应力和变形的计算公式,若无一定的实际经验,很难设计和制造出高精度的弹簧。根据卷簧弹性计算公式kT/,我想本次设计的装置既然是测量卷簧弹性的装置,那么就应该从两个方面去考虑,第一点我十分关注国内外现有的测量扭矩的方法,第二点是测量转角的工具,那么首先介绍一下我通过查阅所了解的一些测量扭矩的方法。1.1.1 扭矩的测量扭矩由力和力臂的乘积来定义,单位是Nm。扭矩的测量以测量转轴应变和测量转轴两横截面
9、相对扭转角的方法最常用。应变式扭矩测量由材料力学知,当受扭矩作用时,轴表面有最大剪应力max。轴表面的单元体为纯剪应力状态,在与轴线成45度的方向上有最大正应力1和2,其值为1=2=max。相应的变形为1和2,当测得应变后,便可算出max。测量时应变片沿与轴线成45的方向粘贴。 若测得沿45方向的应变1,则相应的剪应变为 (11)式中:E材料的弹性模量;材料的泊松比;于是,轴的扭矩为 (12)式中:Wn材料的抗扭模量。对于实心圆轴测扭时,电阻应变计须沿主应变1及2的方向(与轴线成45及135夹角)。应变计的布置及组桥方式应考虑灵敏度、温度补偿及抵消拉、压及弯曲等非测量因素干扰的要求。图1.1
10、测量扭矩时应变片的布置和组桥方式图1.1(测量扭矩时应变片的布置和组桥方式)为一轴体的表面展开图,图中给出几种布片及组桥方案。(a)为双片集中轴向对称(横八字)布置,应变片R1及R2互相垂直,其敏感栅中心分别处于同一母线的两个邻近截面的圆周上,组成半桥的相邻两臂。这种布置方式的贴片及引线较为简单,但不能完全抵消弯曲影响,可用于轴体不受弯曲的场合。(b)为双集中径向对称(竖八字)布置,与(a)之不同之处仅在于R1及R2处于同一截面周边的邻近两个点上,其适用条件同(a)。(c)为四片径端对称的双横八字布置,应变片各按(a)的方式分别布置再在同一直径两个端点的邻近部位。在轴体表面展开图中,互相垂直的
11、两个应变片的中心共线,四片可组成半桥或全桥。组成全桥时,输出灵敏度为(a)的二倍。无论组成半桥或全桥皆可抵消拉(压)及弯曲的影响。(d)为四片径端对称的双竖八字布置,可视为(b)的复合。应变片分别处于同一截面同一直径两个端点的邻近部位,且在轴体表面展开图中四个敏感栅的中心共线。(e)为四片均布的双竖八字布置,与(d)的区别仅在于四片圆周均布。(d)与(e)可组成全桥或半桥方式,其灵敏度及抵抗非测力因素的性能同(c)。首先采用自制夹具把卷簧固定在心轴上,让卷簧外端固定在一个固定架上,使心轴转动的时候能够带动卷簧的拉紧,然后用应变片如上述方式组桥安在心轴上,那么就能测量出心轴所受的扭矩的大小,从而
12、能得到卷簧所受的扭矩。还有其他一些液压测扭矩的装置,其中我较为看好的是液压扭力扳手,其优点是结构结单,测量方便,精度也合适本次设计。初步认为测力的方法很多,我个人采用了一个简单的机构来测量其扭矩。试想我们首先要测的是弹簧扭转时产生的扭矩,如果我们用一个悬臂去连接心轴,手动或机动使悬臂绕心轴旋转,这样我们可以固定一个力臂,那么我们只要测出在此力臂处卷簧所受的推或拉力就可以知道我们上面所需要得到的扭矩了,这样一来,原来要测量扭矩的问题也就变成了测力的问题了。我所关心的问题也就由测扭矩方法变成了关心测力的方法了。力的测量 通过对机械零件和机械结构的力、扭矩和压力的测量,可以分析其受力状况和工作状态,
13、验证设计计算,确定工作过程和某些物理现象的机理。对设备的安全运行、自动控制及设计理论的发展等都有重要指导作用。(1) 力的测试方法与测力传感器的选用力值的测试方法可分为两类。一类是直接比较法,即把待测力与基准量直接进行比较。另一类是间接比较法,就是将被测力通过力传感器转换为其它物理量,然后与标定值进行比较。此法不仅适用于静态测试,而且还广泛用于动态力的测试。实现力值测试的关键装置是测力传感器。测力传感器种类繁多,有电容式、压阻式、差动变压器式、压电式、电阻应变式等。在动态力测试中选用时,还应注意传感器的动态特性即幅频特性和相频特性。因为一般的测力传感器进行动态力(如车削力)测试时都存在幅值误差
14、和相位误差,这些误差都与被测对象的变化频率有关,只有当被测力的变化频率远小于测力传感器的固有频率且进行误差补偿时,测力传感器的输出值才接近动态被测力的实际值。此外,多向测力时还应注意各方向力的交叉干扰即一方向的被测力对另一方向被测力测量值的影响。常用的测力传感器有如下几种: 1. 电容式力传感器 其特点是结构简单,灵敏度高,动态响应快,但是由于电荷泄漏难于避免,不适宜静态力的测量 (电容式力传感器的结构原理)。2. 压电式力传感器 前面章节介绍过压电式传感器的原理和压电式振动加速度传感器,测力传感器的结构类似。其特点是体积小,动态响应快,但是也存在电荷泄漏,不适宜静态力的测量。使用中应防止承受
15、横向力和施加予紧力。图1.2 差动变压器式力传感器3. 压磁式测力装置其特点是硅钢材料受力面加大后,可以测量数千吨的力,且输出电势较大,甚至只需滤波整流,无需放大处理。常用于大型轧钢机的轧制力测量。使用中应防止因侧向力干扰而破坏硅钢的叠片结构(压磁式测力装置的工作原理)。4. 差动变压器式测力传感器其特点是工作温度范围较宽,为了减小横向力或偏心力的影响,传感器的高径比应较小。差动变压器式测力传感器的工作原理如图1.1所示。电阻应变式和压电式测力传感器具有灵敏度高、线性度和稳定度好、结构简单、动态特性优良等优点,广泛应用于力的测试中。5电阻应变式力传感器静态和动态力测试广泛应用由应变片与弹性元件
16、组成的力传感器。常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式柱式弹性元件 通过柱式弹性元件表面的拉(压)变形测力。应变片的粘贴和电桥的连接应尽可能消除偏心和弯矩的影响,一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部。柱式力传感器可以测量0.13000吨的载荷,常用于大型轧钢设备的轧制力测量。梁式弹性元件 类型有等截面梁、等强度梁和双端固定梁等,通过梁的弯曲变形测力,结构简单,灵敏度较高。环式弹性元件 分为圆环式和八角环式。它也是通过元件的弯曲变形测力,结构较紧凑。实际应用如切削测力仪。轮辐式弹性元件 轮幅式弹性元件受力状态可分为拉压、弯曲和剪切。前两类测力弹性元件经常采用,精度和稳定性已达到
17、一定水平,但是安装条件变化或受力点移动,会引起难于估计的误差。剪切受力的弹性元件具有对加载方式不敏感、抗偏载、侧向稳定、外形矮等特点。1.1.2 扭转角度的测量据我所知,有应用激光传达室感器的,比较精确,不过我个人认为卷簧的扭转角非常容易测出来,只要用一个自制的角度刻盘就可以解决。随着弹簧应用技术的开发,也给设计者提出了很多需要注意和解决的新问题。如材料、压强和喷丸处理对疲劳强度和松弛性能的影响,设计时难以确切计算,要靠实验数据来定;又如按现行设计公式求出的圈数,制成的弹簧刚度均比设计刚度值小,需要减少有效圈数,方可达到设计要求。弹簧应用技术的发展,对材料提出了更高的要求。主要是在高应力下的提
18、高疲劳寿命和抗松弛性能。其次是根据不同的用途,要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等。为此,弹簧材料除开发了新品种外,另外严格控制化学成分,降低非金属夹杂,提高表面质量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。科技的发展使得弹簧加工技术也加速发展,目前,机械弹簧的加工设备和加工生产线向着数控(NC)和计算机控制(CNC)化的深度和广度发展。但随着弹簧材料和几何形状的变化,加工工艺亦有发展。本设计的装置是一种试验机。(1) 试验机的分类和特点试验机是用于研究和检测材料、零部件、各类产品的力学性能与可靠性的测试仪器。试验机共分为如下十大类:金属袄实验机,平衡机,无损检测仪器,振动台与冲击台,力
19、与变形检测仪器,摩擦磨损,润滑与工艺试验机,包装件试验机,大型结构试验机及汽车专用测试装备。试验机是光机电等一体化技术密集的高科技产品,品种繁多。其中,金属、非金属材料试验机,力与变形检测仪器等具有计量仪器的特性,其技术指标需符合国家相应量值传递准则。每类产品的结构包括机械与电气系统两大部分,但产品外形、体积、工作原理差别极大。通常分为实验室用与生产现场用两大类,前者多用于科研试验,要求准确度高,应用范围广;后者质量控制用,满足批量生产中检测的需要。(2) 试验机的作用和地位试验机广泛应用于科学研究、能源交通、冶金化工、机械电子等各领域,是科研、生产部门必备的基本设备。在材料实验、新型材料开发
20、、产品设计、产品质量监督和控制等方面发挥着重要作用。例如机械和电子工业为了确保产品及其关键零部件或材料的质量和可靠性,需要进行各种性能的检测和测验;金属或非金属材料的力学性能检测;旋转机械及运动机件的平稳性和可靠性检测;锻造件或零部件内部缺陷的无损检测;机电产品部件或整机的耐振性能检测;各种材料的摩擦、磨损机理与定量分析检测;大型设备和建筑机构的整体结构安全性能检测等。所以,试验机是重要的现代科学仪器之一。1.2 检测装置的发展1.2.1 国内测量装置的发展目前,我国已经成功的研制了被称为“世界电子测量仪器之王”的微波毫米波矢量网络分析仪。随着我国新体制电子信息系统和新式武器装备的发展,占领和
21、利用有限的频谱资源已经成为高薪技术发展和军事电子技术及装备发展的一个重要特点,其中充分利用频谱资源中的电磁波幅度、频率、相位和极化信息是现代电子装备的核心特点。而现代电子装备的发展又急需能同时获得被测对象的幅度、相位和群时延特性的测试要求越来越高,因此矢量网络分析仪便成为现代电子装备必备的、关键的测试设备,是其他测试设备无法取代的重要检测手段。另外微波毫米波有源器件CAD技术正在日益普及,而有源CAD的基础是提取有源器件的S参数,当前只有矢量网络分析仪有能力同时获得有源器件的S参数,使CAD的设计结果更接近于实际应用。除此之外,矢量网络分析仪已走出传统的线性网络的应用领域,而在非线性、大功率网
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