機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-扭矩試驗臺的改造及扭矩電測設(shè)計【全套圖紙】

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1論文研究的背景和意義1</p><p>　　1.2 試驗平臺研究的必要性2</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究的進展2</p><p>　

2、　1.4 試驗臺的類型2</p><p>　　1.4.1 功率流開放式試驗臺3</p><p>　　1.4.2 電功率流封閉式試驗臺3</p><p>　　1.4.3 機械功率流封閉式試驗臺4</p><p>　　1.4.4 功率流方向的確定5</p><p>　　1.5 現(xiàn)有試驗裝置的局限5</p&

3、gt;<p>　　1.6 多功能實驗臺的設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容6</p><p>　　2 試驗臺的總體設(shè)計7</p><p>　　2.1 試驗臺的總體要求7</p><p>　　2.2 試驗臺的功能分析與定位8</p><p>　　2.3 改造方案對比8</p><p>　　2.3.1 方案一8&

4、lt;/p><p>　　2.3.2 方案二9</p><p>　　2.3.3 方案三9</p><p>　　2.4 中心距的設(shè)計10</p><p>　　2.4.1 中心距的設(shè)計10</p><p>　　2.4.2 理想的中心距10</p><p>　　3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與計算11&l

5、t;/p><p>　　3.1 齒輪的設(shè)計與計算11</p><p>　　3.1.1 材料的選擇11</p><p>　　3.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計14</p><p>　　3.2 軸的設(shè)計計算14</p><p>　　3.2.1 軸的材料選擇14</p><p>　　3.2.2 軸

6、的結(jié)構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　3.2.3 按許用彎曲強度條件計算15</p><p>　　3.2.4 按軸的疲勞強度安全因素校核17</p><p>　　3.3 滾動軸承的選擇與壽命計算18</p><p>　　3.4 聯(lián)軸器的選擇19</p><p>　　3.4.1 彈性聯(lián)軸器19</p&

7、gt;<p>　　3.4.2 聯(lián)軸器的選擇20</p><p>　　4 傳感器的選擇21</p><p>　　4.1 傳感器21</p><p>　　4.2 傳感器的分類22</p><p>　　4.2.1 根據(jù)傳感器工作原理22</p><p>　　4.2.2 按其用途22</p&

8、gt;<p>　　4.3 傳感器的選用23</p><p>　　4.4 STY扭矩傳感器的基本原理24</p><p>　　4.5 STY系列扭矩傳感器技術(shù)性能指標24</p><p>　　4.6 STY扭矩傳感器安裝使用25</p><p>　　4.7 使用特別注意事項26</p><p>　

9、　5 數(shù)據(jù)采集與處理27</p><p>　　5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)27</p><p>　　5.2 效率的計算的原理27</p><p>　　6 螺旋滾珠式機械加載器28</p><p>　　6.1 加載器結(jié)構(gòu)原理28</p><p>　　6.2 螺旋滾珠式機械加載器的特點29</p>

10、;<p><b>　　7 實驗測量30</b></p><p>　　7.1 測量系統(tǒng)簡介及試驗檢測30</p><p>　　7.2 控制和測量30</p><p>　　7.3 計算機參與全程控制專用的測量和數(shù)據(jù)處理軟件31</p><p>　　7.3.1 軟件功能簡介31</p>&

11、lt;p>　　7.3.2 使用環(huán)境31</p><p>　　7.4 設(shè)備運行；設(shè)備，環(huán)境參數(shù)的設(shè)置31</p><p>　　7.4.1 系統(tǒng)所用通訊端口的設(shè)置和所用的設(shè)備設(shè)置31</p><p>　　7.5 實驗環(huán)境33</p><p>　　7.6 測量與控制33</p><p>　　7.7 程序控制

12、34</p><p>　　7.8 數(shù)據(jù)處理34</p><p>　　7.9 曲線擬合35</p><p><b>　　8 結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致謝38</b></

13、p><p><b>　　附錄39</b></p><p>　　扭矩試驗臺的改造及扭矩電測</p><p>　　摘 要：機械傳動試驗臺是用試驗的方法研究機械傳動的各種失效形式并測定其承載能力、傳動效率及有關(guān)性能的基本手段，長期以來我國的傳動試驗臺的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上。這些試驗臺都存在一個共同的缺點：自動化程度低，無法模擬實際工況

14、對各種機械傳動產(chǎn)品進行試驗，試驗過程的監(jiān)控及試驗數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準確性低。近些年來的研究取得一些進步，但目前的絕大多數(shù)實驗臺還只能進行恒定載荷加載或簡單的程序控制階梯加載，實驗結(jié)果與現(xiàn)場測試依然有較大的差距。</p><p>　　本文提出改進機械原理實驗室的齒輪試驗臺的方案，在成本不高的情況下，增加其測試功能--可以測量聯(lián)軸器，離合器，帶傳動的效率和壽命，使其成為一臺多功能機械傳動試驗臺。</p&

15、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：機械傳動；齒輪；聯(lián)軸器；扭矩傳感器 </p><p>　　The Transformation of Torque Test Rig and Torque Measurement</p><p>　　Abstract: Mechanical transmission experiment platform is a basic device for

16、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 desig

17、ning 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 bec</p><

18、p>　　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 l

19、ifespan, as a multifunctional mechanical transmission test.</p><p>　　Key word: Mechanical Transmission;Gear;Coupling;Torque sensor</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題來源

20、與意義</p><p>　　人類為了生存的需要，創(chuàng)造了各種各樣的機械以達到減輕體力勞動和提高生產(chǎn)率的目的。隨著社會的進步，機械已從最初的簡單工具發(fā)展到現(xiàn)在的多功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)代化系統(tǒng)。</p><p>　　中小功率的機械傳動產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用。這一類產(chǎn)品的主要功能和目的是將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為可以直接利用的形式，同時實施規(guī)定的運動，完成相應(yīng)的工作。而所有這些功能和目的都必須通過機械傳動裝

21、置來完成，因而，機械傳動裝置在其中擔任著重要的角色。從某種意義上說，機械傳動裝置性能的好壞決定了機械傳動的綜合性能。</p><p>　　通常一種新的機械產(chǎn)品從誕生到使用要經(jīng)歷設(shè)計、試制、定型、大規(guī)模生產(chǎn)、</p><p>　　銷售等環(huán)節(jié)。上述各環(huán)節(jié)無不滲透著對產(chǎn)品優(yōu)異性能和可靠質(zhì)量的不懈追求。而對機械傳動裝置的測試和實驗包括性能測試(如效率、功率、噪聲、振動等特性)、運行監(jiān)測、故障診斷等

22、，是完善一切機械產(chǎn)品的設(shè)計、制造的手段和方法以及評價設(shè)備性能優(yōu)劣等不可或缺的重要內(nèi)容，也是設(shè)備安全、穩(wěn)定運行的重要保障。</p><p>　　因此，針對機械傳動綜合性能測試的研究已成為現(xiàn)代測試技術(shù)的一個重要研究方向。構(gòu)建機械傳動綜合測試系統(tǒng)同樣對機械傳動設(shè)備的開發(fā)和研究具有重要理論價值和經(jīng)濟價值。齒輪是各種機器上必不可少的傳動零件，對齒輪的各種性 能進行測定是保證齒輪可靠使用的必經(jīng)之路。目前，大部分齒輪試驗臺設(shè)計

23、只是針對某一種特定的輪副，雖然專用性對于實驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計、試驗成本帶來一定有利因素，但功能的單一性制約了設(shè)備的使用效率。在此基礎(chǔ)上，開展多功能組合實驗臺設(shè)計是改進原有齒輪試驗臺設(shè)計的一條十分必要而有效的途徑多功能組合實驗臺能按照機器零件的工作能力和可靠性的基本準則進行精度，摩擦損失，強度，剛度，耐熱性和抗震性等多項實驗，在保證評定試驗的精度和結(jié)果可靠的前提下，達到快速、簡便可靠的效果。</p><p>　　機械原理

24、實驗室的齒輪試驗臺是雙慶公司90年代購進的一臺專利設(shè)備，該試驗臺的功能是測量齒輪的效率和壽命，其最大的優(yōu)點是具有一套封閉加載系統(tǒng)，具有明顯的節(jié)能效果，但是由于其功能單一，不能滿足現(xiàn)代測試的要求，為了節(jié)約資金，利用其優(yōu)點，所以對試驗臺做適當?shù)母倪M，增加測量帶傳動，聯(lián)軸器，離合器或其他的傳動件的效率和壽命的功能，使其成為真正的多功能機械傳動實驗臺。</p><p>　　1.2 試驗平臺研究的必要性</p>

25、<p>　　隨著機械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對機械傳動產(chǎn)品的實驗與檢測手段不斷提出了更高的要求。傳動試驗臺是用試驗的方法研究機械傳動的各種失效形式并測定其承載能力、傳動效率及有關(guān)性能的基本手段，長期以來我國的傳動試驗臺的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上，主要類型為以機械力或液壓力加載的機械功率流開放式試驗臺，機械功率流封閉式試驗臺和用發(fā)電機作負載的電功率封閉式試驗臺。這些試驗臺或由于節(jié)能或由于加載方面各具特色

26、，但都存在一個共同的缺點---自動化程度低，很難按事先設(shè)計的試驗過程進行驗，無法模擬實際工況對各種機械傳動產(chǎn)品進行試驗，因此試驗結(jié)果與實際情況總免有相當距離，傳動試驗平臺大多采用人工操縱方式，試驗過程的監(jiān)控及試驗數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準確性低，不易實現(xiàn)多參數(shù)自動控制和失效判定。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究的進展</p><p>　　隨著機械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對

27、機械傳動產(chǎn)品的實驗與檢測手段不斷提出了更高的要求。目前國內(nèi)普遍采用的是實驗室臺架模擬實驗臺。將現(xiàn)場試驗移至實驗室臺架上加以復(fù)現(xiàn)，采用模擬加載保持著負荷作用的某種隨機性，使同一隨機過程可多次復(fù)現(xiàn)。因此可使不同的機器可以經(jīng)受完全同一的隨機作用。這無疑將有助于改善試驗結(jié)果的可比性。　 國內(nèi)在相似實驗室臺架模擬實驗臺的基礎(chǔ)開發(fā)了齒輪傳動與控制實驗臺。實驗臺最大特點是采用電液比例控制全液壓傳動、制動、加載系統(tǒng)，并由LABVIEW測控系統(tǒng)實現(xiàn)自

28、動控制并進行數(shù)據(jù)采集和處理。實驗臺的結(jié)構(gòu)為履帶式實驗臺，由發(fā)動機經(jīng)傳動系驅(qū)動輪胎在履帶上滾動，研究發(fā)動機+液壓系統(tǒng)這一負荷驅(qū)動系統(tǒng)在動態(tài)負荷下的性能反映。長期以來，我國的傳動試驗臺的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上，主要類型為以機械力或液壓力的機械功率流封閉式試驗臺和用發(fā)電機作負載的電功率封閉試驗臺。這些試驗臺或由于節(jié)能或由于加載方面而各具特色，都存在一個共同的缺點，但自動化程度低，很難按事先設(shè)計的試驗過程進行試驗，無法模擬實際工

29、況對各種機械傳動產(chǎn)品的影響，因此試驗結(jié)果與實際情況總難免有相當距離，這在很大程</p><p><b>　　1.4 試驗臺類型</b></p><p>　　根據(jù)試驗臺的功率的傳遞原理和加載方法的不同，試驗臺可分為開放功率流式、封閉功率流式和電功率流封閉式三大類。</p><p>　　1.4.1 功率流開放式試驗臺</p><

30、p>　　這類試驗臺和一般機器相似，由三部分組成，只是把一般機器的工作部分由一個耗能負載裝置代替。因此，該類試驗臺設(shè)備通常由原動機、齒輪裝置和耗能負載三部分組成。所謂開放功率流，就是齒輪傳動所傳遞的功率由電動機傳來，經(jīng)過齒輪傳動和試驗裝置中的所有傳動件，最后傳到耗能裝置，即加載裝置。如圖1-1所示，電動機，被試驗的齒輪裝置，機械制動器—耗能裝置，功率流不能傳回電動機，很顯然，其功率流只是由電動機流向耗能負載裝置，功率流動方向不是一個

31、封閉回路，而是開放的。</p><p>　　圖1-1 功率流開放式試驗臺結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　開放功率流式就是借助耗能裝置給齒輪傳動加載。耗能裝置所消耗的全部能量，以及試驗臺各運動鏈環(huán)的摩擦損失，都由電動機供給。開放功率流式試驗臺與一般的機械類似，只是最后工作機部分由一個簡單的耗能裝置代替。為了保證試驗?zāi)軌蛘＿M行，耗能裝置應(yīng)該滿足下列基本要求:</p><p&g

32、t;　　a) 保證載荷穩(wěn)定，并且能平穩(wěn)地加載和改變載荷；</p><p>　　b) 有足夠的設(shè)施能保證能量的有效吸收和散發(fā)，絕大部分的耗能裝置 ，都是把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)出去，因此要有足夠有效的冷卻設(shè)備。</p><p>　　1.4.2 電功率流封閉式試驗臺</p><p>　　根據(jù)使用電機的不同，電功率流封閉式試驗臺分為直流電機式、交流</p>&

33、lt;p>　　異步電機式和交流整流子電機。直流電機式電封閉試驗臺工作原理如圖1-2</p><p>　　圖1-2 直流電機式電封閉試驗臺工作原理圖</p><p>　　圖為典型的直流電機式電封閉齒輪運轉(zhuǎn)試驗機的工作原理圖。試驗機把兩臺同型號的他激式直流電機1， 4同時并接于電源，并用試驗齒輪箱(通常為減速傳動）和陪試齒輪箱(通常為增速傳動)聯(lián)接起來。電機啟動后，這兩臺電機均為電動機運

34、行，即空載(零扭矩)啟動，整個系統(tǒng)不傳遞功率。如將電機上的磁場強度減弱提高其轉(zhuǎn)速，并增強電機4的磁場強度，這時，電機1就迫使電動機4超過其本身的轉(zhuǎn)速而進入發(fā)電機狀態(tài)運行，電機4輸出電功率，同時在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生阻力矩，使試驗傳動件受載。由于電機4發(fā)出的電功率的極性與電源一致，所以能反饋給電源線路。這樣，兩臺電機互為能源又互為負載而組成了電功率流封閉系統(tǒng)，實現(xiàn)了節(jié)能目的。試驗臺加 載扭矩大小的控制是通過調(diào)節(jié)兩臺電機激磁電流的大小來實現(xiàn)的。即在某

35、一轉(zhuǎn)速下，通過改變發(fā)電機4和電動機1的激磁電流的差值，可以改變發(fā)電機4的輸出功率，控制其加載扭矩的大小。激磁電流差值越大，加載扭矩也越大。試驗臺可采用可控硅整流調(diào)速，并采用程序定值控制器，使試驗機能實現(xiàn)無級變速和無級變載，從而可實現(xiàn)多階載荷譜的程序疲勞強度試驗，這是該試驗機的主要優(yōu)點。它的缺點是:電器功率必須大于試驗試件所需的功率，電器調(diào)試</p><p>　　交流異步電機式和交流整流子電機式是把上述直流電機式電

36、封閉試驗臺兩臺直流電機改為兩臺交流異步電機或兩臺交流整流子電動機而成的。下面就交流整流子電機式作一說明。</p><p>　　三相交流整流子電動機是在轉(zhuǎn)子的鐵芯上嵌著兩個繞組:一個是普通的三相交流繞組，另一個是調(diào)節(jié)繞組。調(diào)節(jié)繞組和直流電機一樣，每個線圈都接到換向器上，在換向器的表面放著兩套可以作相反方向移動的電刷轉(zhuǎn)盤。在定子鐵芯上有一套普通的多相繞組，由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出電機的次級電勢。而每相次級繞組的兩端分別接到換

37、向器端、兩塊電刷轉(zhuǎn)盤的相應(yīng)電刷支桿上。當兩塊轉(zhuǎn)盤上的同相電刷移開一個角度時，相同電刷間產(chǎn)生感應(yīng)電勢;如果這個感應(yīng)電勢和次級繞組的電勢方向相反，則電極的轉(zhuǎn)速降低，在同步轉(zhuǎn)速以下運行;如果這個感應(yīng)電勢和次級繞組電勢的方向相同，則電機的轉(zhuǎn)速上升，在同步轉(zhuǎn)速以上運行。因此，只要改變同相電刷在電刷轉(zhuǎn)盤上的位置，就可以控制和改變電機的轉(zhuǎn)速。在運行過程中，只要減慢電機1的轉(zhuǎn)速，就能使電機工成為電動機，而電機4成為加載發(fā)電機。加載發(fā)電機4也同樣使試驗齒

38、輪受載，同時發(fā)出的電功率回饋電網(wǎng)，從而形成了電封閉系統(tǒng)，以達到節(jié)能的目的。</p><p>　　采用這種試驗機的主要優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速和加載方便，可進行載荷譜模擬試驗，運行穩(wěn)定可靠，電氣線路也不復(fù)雜，所用零部件均可外購，制造周期短，很適用于工廠的跑合試驗。</p><p>　　1.4.3 機械功率流封閉式試驗臺</p><p>　　圖1-4 機械功率流封閉式試驗

39、臺</p><p>　　械封閉功率流齒輪試驗的總體方案設(shè)計如圖1-4所示。試驗臺由電動機、陪試齒輪箱、被試齒輪箱，加載裝置，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器五大部分組成，所有試驗臺零部件都安裝在工作臺上。在設(shè)計中采用兩個相同的被試齒輪，一個減速，一個增速，且速比相同。當被測對象的中心距不同時，改變的僅僅是兩個被試齒輪箱的中心距，而對于整個試驗臺的傳動路線不會產(chǎn)生影響。這種加載方法具有簡單可靠，操作方便，可在動態(tài)情況下反向加載，加載

40、范圍大等優(yōu)點。</p><p>　　1.4.4 功率流方向的確定</p><p>　　機械封閉功率流試驗臺的功率流的方向，取決于加載器加載力矩的方向和電動機的轉(zhuǎn)向(方向總是從主動流向從動)圖為未安裝被試件時陪試齒輪箱傳動的功率流方向圖，當按圖1-5方向加扭矩了1 ，且電動機的轉(zhuǎn)向為n時，則有：</p><p>　　a) 給輪5的力與輪5在回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；&l

41、t;/p><p>　　b) 輪2給輪5的力與輪5的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　c) 輪5給輪2的力與輪2的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；</p><p>　　d) 輪6給輪3的力與輪3的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　e) 輪3給輪6的力與輪6的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功；</p><p>　　f)

42、輪4給輪6的力與輪6的回轉(zhuǎn)方向相反，為阻抗功；</p><p>　　g) 輪6給輪4的力與輪4的回轉(zhuǎn)方向相同，為輸入功。</p><p>　　圖1-5 功率流的方向圖</p><p>　　1.5 現(xiàn)有試驗裝置的局限</p><p>　　開放式試驗臺加載后，所需功率全部消耗在加載中，損失功率大。它只適合用于小功率短期工作的齒輪試驗裝置，但由于其

43、結(jié)構(gòu)簡單，目前仍有單位使用，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。閉齒輪試驗臺分為電封閉式與機械封閉式兩大類。電封閉試驗臺，由電動機帶動試驗齒輪箱，再帶動發(fā)電機，發(fā)電機的電動機 試驗齒輪箱加載裝置如圖1-6</p><p>　　圖1-6 變速箱背靠背性能、效率試驗布置圖</p><p>　　封閉式試驗裝置發(fā)出的電能又回到電動機中去，形成封閉系統(tǒng)。它可以節(jié)約50％的電能，但是電動機與發(fā)電機的功率至少與試

44、驗齒輪箱的功率相等，因此，電封閉試驗臺也不適用大功率試驗裝置。適用大功率試驗裝置的是機械封閉試驗臺，通過兩個相同的試驗箱，中間的加載裝置加載。封閉功率流式試驗臺較制動式試驗有著明顯的優(yōu)越性。</p><p>　　1.6 多功能試驗臺的設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　針對試驗室試驗臺的具體情況的考慮，為了降低成本，不在移動試驗臺的位置，因此試驗臺的底板和電動機不在重新設(shè)計選擇，與指導(dǎo)

45、老師商討論證，將齒輪箱作為一個模塊進行試驗，在增加聯(lián)軸器離合器的測試，本設(shè)計的要求如下：</p><p>　　a) 試驗臺的總體設(shè)計和工作原理探討</p><p>　　b) 增加試驗臺的測試功能</p><p>　　c) 選擇新的傳感器</p><p>　　d) 關(guān)鍵零件的功能分析及剛度，強度校核</p><p>　　

46、e) 中心距的設(shè)計與探討</p><p>　　2 多功能試驗臺的總體設(shè)計</p><p>　　2.1 試驗臺的總體要求</p><p>　　無論是傳動試驗或試驗室中未知因素的探索試驗，已知因素的驗證試驗，都應(yīng)該使試驗條件與傳動的實際工作條件一致，而工作條件中主要是載荷和速度。因此試驗若是在規(guī)定的載荷和速度下，傳動件像工作時那樣轉(zhuǎn)動，即在運轉(zhuǎn)情況下試驗則最符合實際。&

47、lt;/p><p>　　傳動運轉(zhuǎn)試驗就是在所要求的轉(zhuǎn)速下，加上規(guī)定的試驗載荷運轉(zhuǎn)，所以加載裝置是試驗臺的重要組成部分。加載裝置不同，試驗臺的性能也不同，試驗臺的準確度、適用性和動力消耗等等也就不同。試驗臺應(yīng)該滿足下面的主要要求:</p><p>　　a) 能研究和試驗比較多的影響因素，能適應(yīng)試驗?zāi)康暮鸵?，盡可能做到一機多能；</p><p>　　b) 要有適宜的準確度

48、。試驗臺的載荷、速度和各種測量應(yīng)有足夠的準確度。準確度應(yīng)與試驗?zāi)康南噙m應(yīng)，脫離實際的過高的準確度也是不合適的:</p><p>　　c) 要盡量符合試驗齒輪的實際工作情況，真實性好；</p><p>　　d) 要有足夠的強度和剛度，使用性能好；</p><p>　　e) 要節(jié)省人力物力經(jīng)濟性好。試驗臺的成本應(yīng)在滿足試驗要求下盡量降低。 試件的拆換，各個參數(shù)的測量、試

49、驗臺的維護等等要省力方便 ，且節(jié)約動力消耗。</p><p>　　試驗臺的加載裝置應(yīng)該滿足下列要求：</p><p>　　a) 能夠可靠地加上規(guī)定的試驗載荷，且有足夠的準確性；</p><p>　　b) 能保證試驗臺在運轉(zhuǎn)過程中，載荷不受外來因素的影響；</p><p>　　c) 在試驗臺啟動前和停車后齒輪傳動應(yīng)不受載荷作用，因為實際齒輪傳動

50、有在傳動才受載，若齒輪傳動運轉(zhuǎn)前受載，則試驗結(jié)果就要有較大誤差；</p><p>　　d) 需要時應(yīng)在運轉(zhuǎn)過程中能方便地按一定規(guī)律改變試驗載荷的數(shù)值和方向 ；</p><p>　　e) 加載裝置容易制造、安裝和調(diào)整。</p><p>　　試驗臺的控制裝置應(yīng)滿足下面要求：</p><p>　　a) 能夠在線實時控制轉(zhuǎn)速、負載的變化，響應(yīng)速度快；

51、</p><p>　　b) 控制精度高，模擬實際工況能力強；</p><p>　　c) 抗干擾能力強；</p><p><b>　　d) 操作簡單。</b></p><p>　　試驗臺對數(shù)據(jù)的采集與處理應(yīng)滿足以下幾個條件:</p><p>　　a) 采樣精度高，數(shù)據(jù)準確；</p>&

52、lt;p>　　b) 采樣范圍寬，能實現(xiàn)不同頻率下的采樣；</p><p>　　c) 自動處理分析數(shù)據(jù)，得出分析結(jié)果；</p><p>　　d) 操作方便，易于控制。</p><p>　　上述的有關(guān)試驗臺加載裝置、控制裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置的要求，對每一臺試驗臺不易全部滿足。這就要求在設(shè)計齒輪試驗臺時進行充分地調(diào)查研究，結(jié)合試驗?zāi)康暮蜅l件，具體情況具體對待，對各

53、種方案進行分析比較之后，確定出合理的試驗臺方案。</p><p>　　2.2 試驗臺的功能分析與定位</p><p>　　本試驗臺的原來功能只是對進行效率壽命的測試，作為改進裝置，主要是改變其功能的單一，增加功能.使其可以對離合器，聯(lián)軸器，V帶，鏈等傳動件也可以測試，因此，將齒輪箱作為模塊進行測試，并在增加聯(lián)軸器，離合器的試原理如圖2-1</p><p>　　圖2-

54、1 離合器的試驗臺原理圖</p><p>　　直流電動機傳出扭矩由扭矩傳感1采集信號輸入計算機， 扭矩傳到齒輪箱1，再傳到機械加載器，傳到齒輪箱2，傳到傳感器2，由傳感器2采集信號到計算機，則由傳感器12可以測量齒輪箱的效率和壽命，然后扭矩傳到被測試的離合器或聯(lián)軸器，傳到傳感器3，而傳感器23的信號可以測量它們之間的傳動件的效率和壽命。扭矩傳到齒輪箱，傳回到電動機，這就是封閉系統(tǒng)。</p><

55、p>　　2.3 改造方案對比</p><p><b>　　2.3.1 方案一</b></p><p>　　在電動機與第一個齒輪箱之間加聯(lián)軸器，離合器等傳動件，其原理如圖2-2</p><p>　　圖2-2 方案一原理圖</p><p>　　缺點：根據(jù)現(xiàn)場的測繪情況可知電動機到齒輪箱空間太小很難安裝兩個傳感器及測試

56、件。</p><p>　　優(yōu)點：齒輪箱位置不再移動和更改。</p><p><b>　　2.3.2 方案二</b></p><p>　　如圖所示為在電動機與齒輪箱之間加鏈條或帶傳動的測試件。</p><p>　　缺點：根據(jù)現(xiàn)場的測繪情況可知傳動臺的寬度為630mm，可以測量的寬度很有限，這也是本試驗臺底座的缺點。<

57、/p><p>　　優(yōu)點：齒輪箱位置不再移動和更改。</p><p>　　圖2-3 方案二原理圖</p><p><b>　　2.3.3 方案三</b></p><p>　　如圖2-4所示，本方案將兩個相同齒輪箱作為模塊，而且齒輪箱中的齒輪也一樣。在試驗臺上進行測試，并在兩個齒輪箱之間加被測試的離合器或聯(lián)軸器，根據(jù)現(xiàn)場的測試知

58、兩個齒輪箱之間的空間比較大，比較合適一些傳動件的測試。</p><p>　　圖2-4 方案三原理圖</p><p>　　本試驗臺的優(yōu)點分析：</p><p>　　封閉功率試驗臺在機械制造教學(xué)，科研中得到廣泛的應(yīng)用，他的最大的優(yōu)點是用少的能耗進行大功率的試驗，例如進行100KW變速器試驗只需1.0KW的電機在目前能源緊缺的情況下，封閉式試驗臺的優(yōu)點就顯得尤為突出了。&

59、lt;/p><p>　　封閉式試驗中的一個關(guān)鍵部位是加載器。一般加載器有：液壓加載，電封閉加載，機械式加載等，前兩種投資大，結(jié)構(gòu)龐大。如液壓加載，必須要有專門的高壓油泵站，各種閥，管道，回轉(zhuǎn)油缸等。大功率試驗還要求更大的油泵站，因此投資很大。所以在很多場合采用機械加載簡單投資少，這項設(shè)計就是其加載器--螺旋滾珠式加載器，它可以在不停機的情況下加載。因此方案三最為合理。</p><p>　　2.

60、4 中心距的設(shè)計</p><p>　　2.4.1 中心距的設(shè)計</p><p>　　如圖2-5所示，由于本試驗臺是改進設(shè)計，考慮成本及試驗臺不再移動，并且底座是鑄鐵材料，及其形狀的限制，所以只好將原來的底座改進，即在底座上鉆一系列的孔，被試驗的齒輪箱中心距應(yīng)該按照設(shè)計的孔的地距離而定。</p><p>　　圖2-5 中心距設(shè)計圖</p><p&g

61、t;　　2.4.2 理想的中心距</p><p>　　如圖2-6所示，理想的中心距是將底座做成T型槽，中心距的問題可以很好的解決。</p><p>　　圖2-6 中心距調(diào)整圖</p><p>　　3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與計算</p><p>　　3.1 齒輪的設(shè)計與計算</p><p>　　已知的參數(shù)電動機功率P=4KW

62、最高轉(zhuǎn)速n=3000r/min，最大封閉扭矩T=400。</p><p>　　3.1.1 材料的選擇 </p><p>　　由實驗臺的要求可以知道，兩個齒輪箱完全一樣，因此所設(shè)計的次輪完全一樣，取材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS齒數(shù)選擇=67。</p><p>　　3.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計</p><p>　　由文獻[1]設(shè)計計算

63、9公式(10-9a)進行計算，即</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　A. 確定公式中的參數(shù)</p><p>　　a) 選擇載荷系數(shù)1.3</p><p>　　b) 計算齒輪的轉(zhuǎn)矩=400 </p><p>　　c) 由文獻[2] 9-42 得=0.2</p

64、><p>　　d) 由文獻[1]表10-6 =189.8</p><p>　　e) 由文獻[1]圖10-21d的齒輪的接觸疲勞強度極限=550</p><p>　　f) 由文獻[1]式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　　N=60njLh=6030001(2830015) =次</p><p>　　g)計算接觸

65、疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效率為1%，安全系S=1，由文獻[1]式(10-12)</p><p>　　= =0.9600=540</p><p><b>　　B. 計算</b></p><p>　　a) 計算齒輪分度圓直徑</p><p>　　==200.182mm

66、 （3-2）</p><p>　　b) 計算圓周速度v</p><p>　　v===10.476m/s （3-3）</p><p><b>　　c) 計算齒寬b</b></p><p>　　b==0.2200.182=53.51</p><p>　　d) 計算齒寬與齒高之比

67、 b/h</p><p>　　模數(shù)m==200.182/67=2.988</p><p>　　齒高h=2.25m=6.732</p><p><b>　　b/h=7.427</b></p><p><b>　　e) 計算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)v=2.8m/

68、s動載荷系數(shù)=1.12；</p><p>　　直齒輪，假設(shè)/b<100.由文獻[1]表10-3查得</p><p><b>　　==1.2;</b></p><p>　　由文獻[1]表10-2C查得使用系數(shù)=1；</p><p>　　由表10-.4查得7級精度.齒輪相對支撐非對稱布置時</p><

69、;p>　　=1.12+0.18(1+0.6)+0.2353.51=1.164</p><p>　　由b/h=7.427 =1.164 查文獻[1] 1.164圖10-13得 =1.12</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　

70、　f) 按實際載荷系數(shù)校正所計算的分度圓直徑，由文獻[1]式10-10a得</p><p>　　=200.182=218.882mm （3-5）</p><p>　　g) 計算模數(shù)m==3.234</p><p>　　C. 按齒根彎曲強度設(shè)計 由文獻[1]公式 10-5得</p><p><b>　　

71、（3-6）</b></p><p>　　a) 確定公式中的參數(shù) </p><p>　　由文獻[1]圖10-28c 查的=，b文獻[1]圖 10-18查的彎曲壽命系數(shù)=0.88</p><p>　　b) c計算彎曲許用應(yīng)力</p><p>　　c) 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由文獻[1]公式10-12得</p>

72、<p>　　===238.86 （3-7）</p><p><b>　　d) 計算載荷系數(shù)</b></p><p>　　K==1.1811.21.1=1.5581</p><p><b>　　e) 查取齒形系數(shù)</b></p><p>　　由文獻[1]10-5可查得

73、 =2.24</p><p>　　f)查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由文獻[1]10-5可查得 =1.75</p><p><b>　　g) 計算</b></p><p>　　= =0.01641</p><p><b>　　D. 設(shè)計計算</b></p>

74、<p>　　= =2.25 （3-8）</p><p>　　對比計算結(jié)果， 由齒面接觸強度的模數(shù)m大于齒根彎曲強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于齒根彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸強度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)2.25圓整為3，算出齒數(shù)</p><p><b>　　Z==72.0

75、2</b></p><p>　　圓整為71這樣計算出的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，并避免浪費。</p><p><b>　　E. 幾何尺寸計算</b></p><p>　　a) 計算分度圓直徑</p><p>　　d=mz=3 71=213mm</p>

76、<p>　　中心矩a=d=213 圓整為210mm</p><p>　　齒寬 b=d=0.2 210=42</p><p>　　人為加寬5到10 則齒寬b=50</p><p><b>　　b) 驗算</b></p><p>　　= =3755.9N</p><p>　　則 = =7

77、2.51 100</p><p>　　3.2 軸的設(shè)計計算</p><p>　　3.2.1 軸的材料的選擇</p><p>　　a) 選擇45號調(diào)質(zhì)處理， 由文獻[2]表15-1查得材料力學(xué)性能為</p><p>　　=650Mpa，=360Mpa，=270Mpa，= 155</p><p>　　b) 按許用扭應(yīng)力初步

78、估算軸徑</p><p>　　由文獻[2]表 15-2知</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　T---加載器的扭矩</p><p><b>　　n---軸的轉(zhuǎn)速</b></p&

79、gt;<p>　　--由文獻[2]表15-3得 =103</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　=103=36.770 （3-10）</p><p>　　考慮軸與聯(lián)軸器連接及健的影響， 所以對尺寸做一定的調(diào)整取d最小為45mm。 </p><p>　　

80、3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　圖3-1 軸的設(shè)計圖</p><p>　　如圖3-1所示，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則1，2之間有定位軸肩。軸段2和3，3和4之間有裝配軸肩，4和5有定位軸肩，5和6，及3和4之間有擋油環(huán)，今取軸段1直徑為45mm，軸段2為55mm，軸段3直徑為65mm（初選滾動軸承型號為6213） 軸段4直徑為75mm，軸段6直徑為75mm。</p>

81、<p>　　3.2.3 按許用彎曲強度條件計算</p><p><b>　　A. 軸的受力分析</b></p><p>　　a) 因為T=400</p><p><b>　　齒輪的圓周力</b></p><p>　　==3755.87N</p><p>　　b) 齒

82、輪的徑向力 =1367.02</p><p>　　所以水平方向的支反力為 ===1877.94N 水平彎矩如圖所示</p><p>　　B. 作彎矩圖和扭矩圖如圖3-2所示</p><p>　　a) 計算水平彎矩 ，并作圖</p><p><b>　　= =122.07</b></p><p

83、>　　b) 計算垂直彎矩，并作圖</p><p><b>　　=44.43</b></p><p>　　c) 計算合成彎矩，并作圖</p><p><b>　　=129.90 </b></p><p>　　d) 計算扭矩，并作圖</p><p><b>　　T

84、=400</b></p><p><b>　　水平方向 </b></p><p>　　水平彎矩 </p><p><b>　　垂直方向</b></p><p>　　垂直彎矩

85、 </p><p>　　合成彎矩 </p><p><b>　　扭矩圖</b></p><p>　　圖3-2 軸受力彎矩圖</p><p><b>　　A. 校核軸的強度

86、</b></p><p>　　以知軸的彎矩和扭矩后，可以針對某些危險截面(即矩和扭矩分散而軸徑可能不足的截面)作彎矩合成強度校核計算，按第三強度理論，計算應(yīng)力，由文獻[1]式15-5</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　式中： -----軸的計算應(yīng)力，單位MPa</p><p&

87、gt;　　M------軸所受的彎矩，單位</p><p>　　T------軸所受的扭矩， 單位</p><p>　　W-----軸的抗彎截面系數(shù)，單位，由文獻[1]表15-4可以查得</p><p><b>　　W=</b></p><p>　　--對稱循環(huán)變應(yīng)力是的許用彎曲應(yīng)力，由文獻[1]表15-1可查得 =60

88、</p><p>　　---折合系數(shù)，當扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)式，取=1</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　=9.96960 (3-12) </p><p>　　所以按第三強度理論校核軸完全滿足要求。</p><p>　　3.2.4 按軸的疲勞強度安全因數(shù)

89、校核</p><p><b>　　a) 確定危險截面</b></p><p>　　根據(jù)載荷分布(彎矩圖和扭矩圖).應(yīng)力集中和軸的結(jié)構(gòu)尺寸，選取軸的B，D截面分析。截面D所受的彎矩最大，有鍵槽及過盈配合引起的應(yīng)力集中，截面B有過盈配合引起應(yīng)力集中，故屬于危險截面，比較后取截面D進行校核計算。</p><p>　　b) 校核危險截面的安全因數(shù)<

90、;/p><p>　　c) 彎矩作用時的安全因數(shù)</p><p>　　由于該軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起的對稱循環(huán)應(yīng)力根據(jù)文獻[2]表15-9彎矩作用時的安全因數(shù)</p><p>　　= =20.16 （3-13）</p><p>　　式中： --45號的對稱循環(huán)時的疲勞極限，由前面知=270</p><p>

91、;　　--彎曲應(yīng)力幅，= =3.52</p><p>　　查文獻[2]表15-23的抗彎截面系數(shù) W= </p><p>　　--彎曲平均應(yīng)力，=0</p><p>　　--正應(yīng)力有效應(yīng)力集中因數(shù)，由文獻[2]表15-10按鍵槽有插值法的 =1.825，按配合（）查得=2.73，故取=2.625</p><p>　　--表面質(zhì)

92、量因數(shù)，軸徑車削教工，按文獻[2]表15-13查得=0.92</p><p>　　--尺寸因數(shù)，由按文獻[2]表15-16查得=0.75</p><p>　　--材料彎曲時的平均應(yīng)力折算因數(shù)，由文獻[2]表15-16查得=0.34</p><p>　　e) 轉(zhuǎn)矩作用時的安全因數(shù)考慮到及其運轉(zhuǎn)的不均勻引起的慣性力和振動的存在，轉(zhuǎn)矩引起的切應(yīng)力視為脈動循環(huán)應(yīng)力根據(jù)文獻[

93、2]表15-9轉(zhuǎn)矩作用時的安全因數(shù)</p><p>　　=20.10 （3-14）</p><p>　　式中： --45號鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由前知道=155</p><p>　　--切應(yīng)力幅，2.55 （3-15）</p><p>　　由文獻[2]表15-23 查得抗扭截面系數(shù)=78.3</p&g

94、t;<p>　　--平均切應(yīng)力 ==2.55</p><p>　　--扭剪有效應(yīng)力集中因數(shù)，由文獻[2]表15-10按鍵槽有插值法的 </p><p>　　=1.625，按配合（）查得=1.89，故取=1.89，故取=1.89</p><p>　　--表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削教工，按文獻[2]表15-13查得=0.92</p>&l

95、t;p>　　-- 尺寸因數(shù)，由按文獻[2]表15-16查得 =0.73</p><p>　　--材料扭轉(zhuǎn)時時的平均應(yīng)力折算因數(shù)，由文獻[2]表15-16查得=0.21</p><p>　　f) 截面D的疲勞強度安全因數(shù)</p><p>　　=14.13 （3-16）</p><p>　　由文獻[2]表15

96、-19知=1.32.5 ，S>，該軸的截面D疲勞強度足夠。</p><p>　　3.3 滾動軸承的選擇與壽命計算</p><p>　　根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)載荷方向知，受軸向載荷，所以可以選擇深溝球軸承，初步選擇滾動軸承：6213 對于具有基本額定動載荷C的軸承，當它所受的當量動載荷為P時，其壽命計算公式為 </p><p><b>　?。?-17）

97、</b></p><p><b>　　式中：的單位為</b></p><p>　　--是基本額定動載荷，單位為可kN，查文獻[3]可知C=44kN</p><p>　　--為指數(shù)，對于滾子軸承，對于球軸承，</p><p>　　--是軸的轉(zhuǎn)速，=3000</p><p><b&g

98、t;　　--是當量動載荷</b></p><p>　　單位為，式中是軸向載荷，是徑向載荷。</p><p>　　其中的徑向載荷即為由外界作用到軸上的徑向力在各軸承上的徑向載荷；但其中的軸向載荷并不完全由外界的軸向作用力產(chǎn)生，而是應(yīng)該根據(jù)整個軸向載荷（包括因徑向載荷產(chǎn)生的派生軸向力）之間的平衡條件得出，而由題意知深溝球軸承只承受徑向載荷X=1，Y=0，即1367.02N。實際中，

99、在許多支撐中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力，不平衡作用力，慣性力，以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，因此可對當量動載荷乘勝一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù)，有文獻[1]表13-6查得=1.2 所以P==1640.424N=1.64kN,滿足設(shè)計要求。</p><p>　　3.4 聯(lián)軸器的選擇 </p><p>　　3.4.1 彈性聯(lián)軸器</p><p><b

100、>　　A. 概述</b></p><p>　　彈性聯(lián)軸器除了能補償兩軸相對位移，降低對聯(lián)軸器安裝的精確對中要求外，更重要的是能夠緩和沖擊，改變軸系的自振頻率，避免發(fā)生嚴重的危險性振動。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸相對位移，因而可動元件之間的間隙小，特別適宜于需要經(jīng)常起動或逆轉(zhuǎn)的傳動。</p><p>　　對彈性聯(lián)

101、軸器的要求有：</p><p>　　a) 強度高，承載能力大，在有可能發(fā)生扭振或存在瞬時尖峰載荷的場合，要求聯(lián)軸器的許用瞬時最大轉(zhuǎn)矩為許用長期轉(zhuǎn)矩的三倍以上。</p><p>　　b) 彈性高，阻尼大，具有足夠的減震能力，把沖擊和振動產(chǎn)生的振幅降低到允許的范圍以內(nèi)。</p><p>　　c) 具有足夠的補償能力，滿足安裝和工作時兩軸發(fā)生相對位移的需要。</p&

102、gt;<p>　　d) 工作可靠，性能穩(wěn)定。</p><p>　　e) 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，裝拆方便，維護容易，價格低廉。</p><p>　　B. 彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)封閉式齒輪試驗臺各方面的要求，以及彈性柱銷聯(lián)軸器的特點，在封閉式齒輪試驗臺中所用的聯(lián)軸器均使用彈性柱銷聯(lián)軸器。</p><p>

103、　　彈性柱銷聯(lián)軸器利用若干非金屬材料制成的柱銷置于兩半聯(lián)軸器凸緣上的孔中，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。由于柱銷與柱銷孔為間隙配合，且柱銷富有彈性，因而獲得補償兩軸相對位移和緩沖性能。為了改善柱銷與柱銷孔的接觸條件和補償性能，柱銷的一端制成鼓型。</p><p>　　柱銷的材料目前主要用MC尼龍6制成，其抗拉強度，其抗彎強度，抗壓強度，抗剪強度。</p><p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，制

104、造容易，裝拆更換方便，不需潤滑，并有較好的耐磨性。但尼龍易吸潮變形，尺寸穩(wěn)定較差，導(dǎo)熱率低，使用時應(yīng)注意環(huán)境的影響。</p><p>　　彈性柱銷聯(lián)軸器的許用兩軸相對位移：徑向位移軸向位移角位移。</p><p>　　因為從電動機輸出的軸直徑為38mm的軸，傳感器為標準件，選用的是小徑為38mm的，因此彈性柱銷聯(lián)軸器選用HL3型的，許用轉(zhuǎn)矩為630。</p><p>

105、;　　3.4.2 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　a) 使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動力源和負載之間，用撓性、彈性聯(lián)軸器，以保證同心度要求.安裝完成后，可以板動主軸在不同的角度，扭矩零點變化在0.1%-0.2%之內(nèi)，否則就要考慮重新安裝，所以傳感器選用彈性柱銷聯(lián)軸器HL7 聯(lián)軸器 GB5014-85 HL7 聯(lián)軸器 GB5014-85 </p><p>　　b) 電動機輸出軸的

106、聯(lián)軸器需根據(jù)軸和電機輸出軸進行設(shè)計，他們之間的裝配示意圖如圖3-1</p><p>　　圖3-1 電動機、聯(lián)軸器、傳感器及負載設(shè)備裝配示意圖</p><p>　　c) 齒輪箱輸出軸的聯(lián)軸器</p><p>　　選用聯(lián)軸器 GB5014-85和聯(lián)軸器 GB5014-85。</p><p><b>　　4 傳感器的選擇</b&g

107、t;</p><p><b>　　4.1 傳感器</b></p><p>　　信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)

108、組成，其重要性變得越來越明顯。最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感

109、器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口 。進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些</p><p>　　傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一

110、種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。 無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號分離

111、出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標示。 各種物理效應(yīng)和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應(yīng)類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。</p><p>　　與當代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功能優(yōu)越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。</p><p>　　

112、對傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求，有一些是對所有類型傳感器都適用的，也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場合均需要的基本要求是：1)高靈敏度 2)抗干擾的穩(wěn)定性(對噪聲不敏感) 3)線性容易調(diào)節(jié)(校準簡易)4)高精度5)高可靠性6)無遲滯性7)工作壽命長(耐用性)8)可重復(fù)性9)抗老化10)高響應(yīng)速率11)抗環(huán)境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力12)選擇性13)安全性(傳感器應(yīng)是無污染的)14)

113、互換性15)低成本 寬測量范圍16)小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度范圍 。</p><p>　　4.2 傳感器的分類</p><p>　　可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。

114、 </p><p>　　4.2.1 根據(jù)傳感器工作原理</p><p>　　可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類，傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。</p><p>　　化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被

115、測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。 </p><p>　　4.2.2 按照其用途</p><p>　　傳感器可分類為：壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅?，能耗傳感器，速度傳感?/p>

116、，熱敏傳感器，加速度傳感器，射線輻射傳感器，振動傳感器，濕敏傳感器，磁敏傳感器，氣敏傳感器，真空度傳感器，生物傳感器等。 　　以其輸出信號為標準可將傳感器分為： 　　模擬傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。 　　數(shù)字傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 </p><p>　　數(shù)字傳感器——將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)

117、?！　￠_關(guān)傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號。　在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成下列幾類： 　　a) 按照其所用材料的類別分：金屬、聚合物、陶瓷， 混合物。 　　b) 按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體，磁