電機可靠性試驗臺設(shè)計【含8張CAD圖紙、說明書】

電機可靠性試驗臺設(shè)計【含8張CAD圖紙、說明書】,含8張CAD圖紙、說明書,電機,機電,可靠性,試驗臺,設(shè)計,cad,圖紙,說明書,仿單 目錄 摘要 1 Abstract 1 第一章 緒論 2 1.1可靠性研究的意義 2 1.2國內(nèi)外電機可靠性研究的現(xiàn)狀 3 1.2.1國內(nèi)外有關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)概況 4 1.2.2國外可靠性的發(fā)展?fàn)顩r 4 1.2.3國內(nèi)可靠性的發(fā)展?fàn)顩r 5 1.3可靠性基本概念 5 第二章 電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計 8 2.1電機可靠性試驗臺的設(shè)計要求 8 2.2電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計 8 2.2.1試驗臺工作原理 8 2.2.2電機可靠性試驗臺的基本功能 9 2.2.3總體設(shè)計方案 9 第三章 電機可靠性試驗臺重要部件的選擇 14 3.1無刷直流電機的選擇 14 3.1.1無刷直流電機的介紹及工作原理 14 3.1.2電機的選擇 14 3.2測功機的選擇 15 3.2.1測功機的工作原理 15 3.2.3測功機的選擇 17 3.2.4電渦流制動器的主要特點 17 3.2.5電渦流制動器的注意事項及使用環(huán)境 18 3.3扭矩傳感器的選擇 18 3.3.1扭矩傳感器的工作介紹 18 3.3.2扭矩傳感器的選擇 19 3.3.3扭矩傳感器的主要特點 20 3.3.4安裝注意事項 21 3.4本章小結(jié) 21 第四章 電機可靠性試驗臺設(shè)計方案及其零件具體設(shè)計 22 4.1聯(lián)軸器設(shè)計 22 4.1.1選擇聯(lián)軸器的類型 22 4.1.2計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 22 4.1.3確定聯(lián)軸器的型號 23 4.1.4校核最大轉(zhuǎn)速 23 4.1.5協(xié)調(diào)軸孔直徑及規(guī)定部件的安裝精度 23 4.1.6進行必要的校核 24 4.1.7聯(lián)軸器配合與公差 25 4.2鍵的選擇和鍵連接強度計算 26 4.2.1鍵的選擇 26 4.2.2鍵連接強度計算 26 4.2.3鍵的強度校核 27 4.2.4平鍵聯(lián)結(jié)的公差與配合 28 4.3大平板設(shè)計 28 4.3.1平板的分類及應(yīng)用 28 4.3.2大平板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 4.3.3大平板的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 30 4.3.4注意事項 30 4.4扭矩傳感器底座設(shè)計 30 4.5電機支撐底座設(shè)計 32 4.6本章小結(jié) 34 第五章 其他零部件的選取 35 5.1聯(lián)軸器連接螺栓的選擇 35 5.1.1連接螺栓的選擇 35 5.1.2螺紋基本尺寸的選擇 36 5.2安裝螺栓的選擇 36 總裝配三維圖 36 總結(jié) 37 致謝 38 參考文獻 39 附錄I 40 附錄Ⅱ 48 電機可靠性試驗臺設(shè)計 摘要：主要是控制磁粉制動器對電機進行空載、加載、堵轉(zhuǎn)試驗。通過傳感器以及相關(guān)的儀器儀表來顯示電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等相關(guān)參數(shù)曲線，來分析電機的可靠性。 關(guān)鍵詞：電機、可靠性、試驗臺 The Design of the Motor Reliability Test Bed Abstract：Mainly to control the dynamometer motor no-load,load,locked rotor test.Sensors and related instrumentation to display the curve of the motor speed,torque,power and other relevant parameters to analyze the reliability of the motor. Keywords: motor,reliability,test-bed 第1章 緒論 1.1可靠性研究的意義 可靠性工程（Reliability Engineering）是一門全新的覆蓋面十分廣泛的綜合性工程學(xué)科?？煽啃怨こ淌且驗榈诙问澜绱髴?zhàn)的爆發(fā)而出現(xiàn)在這個世界。在第二次世界大戰(zhàn)中，科學(xué)技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，軍隊使用上了雷達、飛航式導(dǎo)彈、彈道式導(dǎo)彈等較為復(fù)雜的新式武器裝備，而這些新式武器的心臟——電子設(shè)備經(jīng)常發(fā)生故障，嚴(yán)重的影響到了部隊的作戰(zhàn)能力，使軍方和輿論界對武器裝備可靠性有了更高的重視。但是，由于當(dāng)時交戰(zhàn)各國忙于對付戰(zhàn)爭，可靠性問題并未得到廣泛深入研究，這項研究真正始于第二次世界大戰(zhàn)后。 只是從20世紀(jì)50年代初開始，在可靠性的測定中采納了更多的統(tǒng)計方法和概率概念以后，定量的可靠性才被廣泛使用，可靠性問題才開始作為一門新興的學(xué)科被系統(tǒng)的加以研究。可靠性從五十年的興起到現(xiàn)在在生活中的使用相當(dāng)廣泛，在軍事上也得到了重視，并成為武器裝備的重要質(zhì)量特征和保證產(chǎn)品效能的有力手段，在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭中，它關(guān)乎著這場戰(zhàn)爭勝利的幾率。所以，現(xiàn)在全球國家的軍事武器專家對武器可靠性的研究有了更大的興趣。提高民間使用產(chǎn)品的質(zhì)量，增強了現(xiàn)代市場競爭力的需要。隨著科技的迅速發(fā)展，消費者對自己所需產(chǎn)品的要求也越來越高，不僅希望價格便宜能夠便宜，功能多元化，而且還要求產(chǎn)品有安全保障，經(jīng)久耐用。因此產(chǎn)品生產(chǎn)商家可以借助可靠性預(yù)計技術(shù)來標(biāo)明產(chǎn)品可靠性指標(biāo)，讓消費者能夠了解到產(chǎn)品的可靠性，將有利于增強產(chǎn)品自身的競爭力，也可以讓消費者放心購買。 自從60年代以來，空間科學(xué)和航空航天技術(shù)的發(fā)展大大提高了可靠性工程的研究水平，使其研究范圍得到了擴展。對于可靠性的研究領(lǐng)域，已經(jīng)從電子、宇航、航空、核能等尖端行業(yè)部門擴展到汽車與電力系統(tǒng)、動力、機械、民用等一般工業(yè)領(lǐng)域，擴展到工業(yè)產(chǎn)品的各個領(lǐng)域。目前，提高工業(yè)產(chǎn)品的可靠性，已經(jīng)變成提高產(chǎn)品質(zhì)量的至關(guān)重要的因素。按照這種趨勢發(fā)展下去，那些可靠性低的產(chǎn)品可能會慢慢退出市場，而對于那些高可靠性的產(chǎn)品以及企業(yè)將得到更多的市場，市場競爭力也越來厲害。不僅如此，而且國外還把對產(chǎn)品可靠性的研究工作提高到節(jié)約能源和資源的高度來認(rèn)識。這不僅是因為高可靠性產(chǎn)品的使用期長，而且通過可靠性設(shè)計，可以有效地利用材料，減少處理時間，獲得體積小、重量輕的工業(yè)產(chǎn)品。 加大力度提高產(chǎn)品的綜合可靠性，可以給你帶來巨大的經(jīng)濟利益以及社會聲譽。在日本將可靠性這項技術(shù)發(fā)展應(yīng)用到民用行業(yè)領(lǐng)域取得了極大的成功，成功的提高了其民用產(chǎn)品的可靠度，讓它們進入了高可靠性產(chǎn)品行列，例如照相機、手機、汽車、彩電、電冰箱等，銷往全球各地，給日本帶來了巨大的經(jīng)濟利益。曾今，美國人預(yù)測，日后能在激烈的市場競爭中而存活下來的只有那些能掌握好自己產(chǎn)品可靠性的企業(yè)。在日本人眼里，可靠性就就代表著一個企業(yè)的信譽，沒有了信譽的企業(yè)注定被市場所拋棄，產(chǎn)品在市場競爭的有利條件就是它們自身的可靠性?？偠灾?，可靠性對產(chǎn)品來說非常的重要，這也引起了越來越多的企業(yè)和工程技術(shù)員工對產(chǎn)品可靠性的重視，他們把產(chǎn)品的可靠性與產(chǎn)品的性能看得同樣重要。甚至有一些嚴(yán)格的企業(yè)規(guī)定，缺少可靠性指標(biāo)，沒有進行可靠性設(shè)計的產(chǎn)品不可以生產(chǎn)。 產(chǎn)品的可靠性不僅得到國家工業(yè)部門的重視，而且也愈來愈得到廣大消費者的關(guān)注。消費者花錢購買產(chǎn)品，注意的不僅僅是產(chǎn)品的功能齊全不，價格便宜不，而且更加關(guān)心產(chǎn)品在以后的使用過程中能否經(jīng)久耐用，不要出現(xiàn)什么故障。經(jīng)久是意味著產(chǎn)品的質(zhì)量好，壽命長，耐用則是說產(chǎn)品適應(yīng)不同環(huán)境下的能力，經(jīng)久耐用就是指產(chǎn)品的使用壽命長?，F(xiàn)在廣大消費者都希望自己買到的產(chǎn)品能夠使用較長的時間，并且功能齊全，不要出現(xiàn)什么故障，還有就是售后服務(wù)要周到。 隨著時間的流逝，科學(xué)技術(shù)也在迅速的發(fā)展，一方面，設(shè)備的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，使用的元器件也愈來愈多，自動化程度也是愈來愈高；另一方面，對于系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性及壽命要求日益提高，特別是對軍事武器裝備和航空航天器具的可靠性提出了更高的要求。因此，為了保證系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性，我們有必要保證元件和零部件的可靠性。如果在一個系統(tǒng)中有一個零件或零部件出現(xiàn)了問題，那么就有可能造成生命財產(chǎn)的重大損失。 電機是一個將電能轉(zhuǎn)化為機械能的驅(qū)動控制元件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，一臺設(shè)備往往需要幾臺電機，有些復(fù)雜的設(shè)備有可能用到幾十臺甚至上百臺驅(qū)動電機和控制微電機，尤其是微電機的采用量比較大。一旦電機在工作中出現(xiàn)故障，有可能導(dǎo)致設(shè)備、系統(tǒng)的癱瘓，如果出現(xiàn)這種情況，可能給公司帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，電機可靠性問題的研究已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的重大課題而引起國內(nèi)外的重視。 因此，可靠性是一門十分重要的課題，值得我們?nèi)ド罹?，我們要好好利用對可靠性的研究，把得出的結(jié)論性的知識應(yīng)用到實際生產(chǎn)中去，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高我國企業(yè)的綜合競爭能力。 1.2國內(nèi)外電機可靠性研究的現(xiàn)狀 電機作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的一部分，它是典型的機電一體化產(chǎn)物，它不僅包含了電機所應(yīng)該具有的所有零部件，如定子、轉(zhuǎn)子、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸承等，而且還包括了一系列的控制線路，用來控制電機的運轉(zhuǎn)。因為它是用來研究的，具有代表性，因此，對于它的可靠性研究我們要與其它電機區(qū)別開來，但又要保持著必要的聯(lián)系。結(jié)合航空航天所用到電機的特征，查找資料了解和吸收了不少國內(nèi)外在電和電子產(chǎn)品的可靠性方面所取得的研究成果，對于加速航空航天電機可靠性研究工作的進程很有幫助。 1.2.1國內(nèi)外有關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)概況 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)品的多元化，促使標(biāo)準(zhǔn)化作為一種現(xiàn)代化管理的手段，已成為衡量一個國家科學(xué)管理、技術(shù)發(fā)展水平的尺度，可是說它已經(jīng)無處不在，已被廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域，如經(jīng)濟、管理、營銷、科學(xué)和工程技術(shù)等。對于可靠性工程技術(shù)和管理水平的發(fā)展也應(yīng)該好好的得到規(guī)劃，沒有約束就容易亂套，自然就離不開“標(biāo)準(zhǔn)化”這一重要管理手段?，F(xiàn)在，在發(fā)達國家中，尤其是美國，隨著可靠性工程和管理的發(fā)展，通過多年的經(jīng)驗積累，編輯出了一個有關(guān)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的整體方案，也在不斷的完善中，這套可靠性標(biāo)準(zhǔn)的建立對提高產(chǎn)品的性能，減少產(chǎn)品壽命周期所花的費用起了至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對可靠性的要求也變得越來越高，也正是因為人民對可靠性的要求越來越多，也促進了可靠性工程的進一步發(fā)展，已經(jīng)制定的標(biāo)準(zhǔn)也在就不斷的修改、補充和完善，以適應(yīng)這種發(fā)展。 現(xiàn)在，全球比較有名，影響較大，使用范圍廣泛的可靠性標(biāo)準(zhǔn)主要是美軍MIL標(biāo)準(zhǔn)系列和國際電工委員會發(fā)布的IEC標(biāo)準(zhǔn)系列。MIL標(biāo)準(zhǔn)與IEC標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系十分密切，許多IEC標(biāo)準(zhǔn)是在MIL標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定的。 1.2.2國外可靠性的發(fā)展?fàn)顩r （1）在歐洲，主要以德國為代表的一些歐洲國家對可靠性的研究及應(yīng)用尤為突出。德國摸索研究出了一套非常完善和詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，并定為德國的國家標(biāo)準(zhǔn)，稱為“國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)”。作為國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它包括了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，已經(jīng)很成熟了，并且非常完善的包括了工程的各個領(lǐng)域。之前為了規(guī)范采用的是綜合安全系數(shù)法(荷載<強度/FS)，類似于容許應(yīng)力法，而現(xiàn)在的德國荷載規(guī)范DIN?1055(草案)和混凝土設(shè)計規(guī)范DIN?1045(草案)采用了以可靠度為基礎(chǔ)的分項系數(shù)方法。 （2）在美國，他們對可靠性的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，尤其在以下的幾個方面運用的可靠性工程相對合理，因為它有了科學(xué)的規(guī)范，對于可靠性工程理論的研究及工業(yè)應(yīng)用方面美國在世界都是遙遙領(lǐng)先的，堪稱是代表。? 美國可以說是結(jié)構(gòu)可靠性理論與應(yīng)用的典范，在全球可以說是較早開展結(jié)構(gòu)可靠度研究的國家之一，從中也積累了較多的經(jīng)驗，標(biāo)志美國對可可靠性研究開始的是1947年美國Freudenthal?A.?M.教授的論文“結(jié)構(gòu)安全性”是結(jié)構(gòu)可靠性理論系統(tǒng)研究的開始，它的發(fā)表對可靠性研究也是有著重要的意義。?目前，在美國混凝土規(guī)范ACI?318一02中，將抗力折減系數(shù)必由0.8提升到0.9，這將導(dǎo)致梁板等受彎構(gòu)件的縱向受拉鋼筋減少約10%。在解釋這一變化時，該規(guī)范指出是基于過去和現(xiàn)在的可靠度分析、對材料性能的統(tǒng)計的研究。 ? 1.2.3國內(nèi)可靠性的發(fā)展?fàn)顩r 對我國來說起步相對較晚，最早出現(xiàn)在電子行業(yè)，由電子工業(yè)部門開始可靠性工作的，從1984年開始，國家也意識到了可靠性研究的重要性，為了很好的發(fā)展，國家投入了大量的人力物力，出現(xiàn)了由國防科工委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)指揮，切實結(jié)合本國國情提出了“引進來走出去”戰(zhàn)略，并積極引進國外的先進科學(xué)技術(shù)，組織并制定出了一系列有關(guān)可靠性最基本的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。1985年10月由國防科工委頒發(fā)的《航空技術(shù)裝備壽命與可靠性工作暫行規(guī)定》，是我國航空航天技術(shù)的可靠性工程全面進入工程實踐和系統(tǒng)發(fā)展階段的一個重要標(biāo)志。1987年5月，中央軍委、國務(wù)院頒發(fā)的《軍工產(chǎn)品質(zhì)量管理條例》中明文規(guī)定了產(chǎn)品研制的過程中一定要用到可靠性技術(shù)；1987年12月和1988年3月先后頒發(fā)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB368—87《裝備維修性通用規(guī)范》和GJB450—88《裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱》，它為我國軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，算得上是我國目前軍工產(chǎn)品可靠性技術(shù)很有代表性的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。在軍工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定的同時，其他有關(guān)工業(yè)部門、軍兵種也是越來越重視可靠性管理在這些方面的應(yīng)用，加強可靠性之間的交流，可以更好的把信息數(shù)據(jù)綜合到一起，開展各種學(xué)術(shù)交流，相互學(xué)習(xí)。全國軍用電子設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)交換網(wǎng)已經(jīng)成立；全國性和專業(yè)系統(tǒng)性的各級可靠性學(xué)會相繼成立，進一步促進了我國可靠性理論與工程研究的深入展開。 1.3可靠性基本概念 可靠性指的是產(chǎn)品在指定的時間內(nèi)、指定的環(huán)境下，完成指定功能的能力。由于產(chǎn)品的故障可能會對消費者造成影響，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，消費者對產(chǎn)品的質(zhì)量性能的好壞，維修復(fù)雜程度，壽命周期的長短都比較關(guān)注。所以提出產(chǎn)品可靠性是有必要的。 指定條件：指的是產(chǎn)品的環(huán)境條件、使用條件以及維護條件。 指定時間：指的是產(chǎn)品需要達到的指定任務(wù)時間。如車輛的行駛里程，還有應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)等。 指定功能：產(chǎn)品必須具備的功能和技術(shù)規(guī)格。 可靠性定義我們把它分為兩種，一種是任務(wù)可靠性，另一種是基本可靠性。兩者都特別強調(diào)在無故障的情況下完成指定的任務(wù)。任務(wù)可靠性強調(diào)的是在任務(wù)剖面的范圍內(nèi)去完成所規(guī)定的功能?；究煽啃灾饕獜娬{(diào)的是在壽命剖面的定義范圍內(nèi)完成任務(wù)的持續(xù)時間是在規(guī)定的范圍內(nèi)。壽命剖面包含了任務(wù)剖面，它是由很多個任務(wù)剖面構(gòu)成的。為了衡量任務(wù)的可靠性，我們對它的影響因素總了一些總結(jié)，規(guī)定只考慮危及任務(wù)成功的致命故障，與任務(wù)沒有關(guān)系的其他障礙可以忽略不計，不予考慮。而基本可靠性涉及的因素就比較多，整個壽命周期內(nèi)的所有故障都不能放過。 任務(wù)剖面：指產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的任務(wù)，對當(dāng)中所經(jīng)歷的時間和環(huán)境做詳細(xì)的描述。產(chǎn)品在工作中表現(xiàn)出來的狀態(tài)；產(chǎn)品的工作時間和順序；出現(xiàn)故障時的維修方案；產(chǎn)品所處的環(huán)境(外加的與誘發(fā)的)的時間和順序；順利完成任務(wù)或致命故障的定義。 壽命周期與壽命剖面：產(chǎn)品從采集原料、經(jīng)過加工、出廠銷售到報廢退出使用這一時間過程內(nèi)所發(fā)生的所有事件和環(huán)境的時序描述。它是由任務(wù)剖面構(gòu)成，包含一個或多個任務(wù)剖面。人們通常喜歡把產(chǎn)品的壽命剖面分成兩個階段，第一階段為后勤，第二階段是使用。 可靠性的定義固有可靠性：在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中所確定的可靠性稱為產(chǎn)品的固有可靠性。生產(chǎn)廠家通過模擬實際工作標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的手段，對產(chǎn)品進行嚴(yán)格的檢測，通過測試合格的可靠性，我們要給予標(biāo)明。 使用可靠性：固然與產(chǎn)品的使用條件有著密切的關(guān)系，與產(chǎn)品的使用環(huán)境、操作的水平、操作者的個人素質(zhì)、產(chǎn)品保養(yǎng)與技術(shù)維修等因素的影響。 維修性：產(chǎn)品發(fā)生故障是不可避免的，但故障后的維修我們是可以控制的，產(chǎn)品在發(fā)生故障或失效后，對于維修的時間，是否可以馬上修復(fù)的難以程度。 廣義可靠性：產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)完成指定功能的能力。包括狹義可靠性和維修難易性。 可靠性也可以建立數(shù)學(xué)模型，這樣可以更好的對其進行研究也可以作為最重要的基礎(chǔ)理論之一，它主要用來研究和解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法，屬于數(shù)學(xué)的應(yīng)用范疇。在可靠性的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設(shè)計及壽命試驗等方面應(yīng)用較多。 可靠性物理即失效分析，是研究失效現(xiàn)象及其機制和檢測方法的學(xué)科，使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計方法發(fā)展到以理化分析為基礎(chǔ)的失效分析方法。 從微觀角度研究零部件（元器件）的失效發(fā)展過程和失效機理，從本質(zhì)上、從機理方面探究產(chǎn)品的不可靠因素，為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)。 可靠性工程是對產(chǎn)品（零部件、元器件、設(shè)備或系統(tǒng)）的失效及其發(fā)生概率進行統(tǒng)計、分析的一門邊緣性學(xué)科，主要內(nèi)容是運用系統(tǒng)工程的觀點和方法論從設(shè)計、生產(chǎn)和使用等角度來研究產(chǎn)品的可靠性，包括對產(chǎn)品進行可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)計、可靠性試驗、可靠性評估、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性維修及失效分析。 實施可靠性工程應(yīng)重視可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析 3. 可靠性設(shè)計 應(yīng)用可靠性理論、技術(shù)和設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在給定的可靠性指標(biāo)下，對零件、部件、設(shè)備或系統(tǒng)進行的設(shè)計，稱為可靠性設(shè)計。 通過預(yù)計、分配、分析、改進等一系列可靠性工程活動，把可靠性定量要求設(shè)計到產(chǎn)品的技術(shù)文件和圖樣中去，從而形成產(chǎn)品的固有可靠性。 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 零件可靠性設(shè)計 系統(tǒng)可靠性設(shè)計的目的，就是要使系統(tǒng)在滿足規(guī)定可靠性指標(biāo)，完成預(yù)定功能的前提下，使系統(tǒng)的技術(shù)性能、重最、成本、時間等各方面取得協(xié)調(diào)，求得最佳設(shè)計；或是在性能、重量、成本、時間和其它要求的約束下，設(shè)計能得到實際高可靠度的系統(tǒng)。 系統(tǒng)可靠性設(shè)計常用的方法 系統(tǒng)可靠性框圖;故障模式影響與危害度分析FMECA;故障樹分析FTA;馬爾科夫過程 研究可靠性的重要意義 保證和提高產(chǎn)品的可靠性水平;提高經(jīng)濟效益;提高市場競爭能力。 第2章 電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計 2.1電機可靠性試驗臺的設(shè)計要求 研究內(nèi)容：設(shè)計一個能進行無刷直流電機可靠性試驗臺，要求通過增加電機載荷　的方式對無刷直流電機進行加速壽命試驗。具體內(nèi)容如下：　　　　　　　　　 　1．無刷直流電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　2．動力元件的選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　3．傳動機構(gòu)的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　4．其他零部件的設(shè)計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 基本要求：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．技術(shù)指標(biāo)要求符合設(shè)計要求。 2．繪制測試臺總裝配圖和主要零件圖。要求圖紙不少于2.5張A0圖紙。 3．翻譯一篇不少于3000字的外文文獻。 4．撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，要求不少于1萬字。 測試對象：無刷直流電機 技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速：3000rpm 功率：600W 測試內(nèi)容： 1　 輸入電功率 2　 輸出轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、頻率 主要實驗內(nèi)容：空載特性試驗、加載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗 測試數(shù)據(jù)精度要求：轉(zhuǎn)速≤0.5%, 轉(zhuǎn)矩≤0.5% 結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，功能可擴展 試驗設(shè)備組成：電渦流制動器、無刷直流電機、扭矩傳感器、輔助支撐、大平板、電機工裝夾具、聯(lián)軸器。 2.2電機可靠性試驗臺的總體方案設(shè)計 2.2.1試驗臺工作原理 電機可靠性試驗臺是對電機進行綜合測試的一個系統(tǒng)。他是由電機、扭矩傳感器、電渦流制動器、聯(lián)軸器、大平板、支撐元件等組成的一個測驗系統(tǒng)，通過電渦流制動器給被測電機加載，在加載的情況下由扭矩傳感器測量出被測電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、功率等數(shù)據(jù)，將這些測得的數(shù)據(jù)傳遞給電腦，電腦綜合處理得出電機的工作壽命情況。 首先，給被測電機通電，有電腦操控，可以控制電機的輸入功率。然后，通過聯(lián)軸器與扭矩傳感器連接，把電機的輸出扭矩傳遞給扭矩傳感器，扭矩傳感器將扭矩扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號，將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋 ,向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的。因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。最后，扭矩傳感器的輸出軸與電渦流制動器通過聯(lián)軸器連接，把扭矩傳給了電渦流制動器，渦流制動器，它是利用渦流損耗的原理來吸收功率的。從而，使軸上的扭矩變小，起到加載的作用。 2.2.2電機可靠性試驗臺的基本功能 設(shè)計原則：以可靠性、安全性、經(jīng)濟性、實用性、可操作性、可維護性為設(shè)計原則，同時兼顧到先進性。 測量方式：采用微機測量 測量柜配置電流、電壓傳感器，中間環(huán)節(jié)采用信號調(diào)理接口模塊，由計算機完成信號采集和測量任務(wù)。 　　控制方式：采用汽車級MCU直接控制 　　采用德國西門子公司汽車級的微型控制器進行聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖程序可根據(jù)用戶的要求定制、修改，控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、系統(tǒng)可擴展性好。 　　操作方式：手動操作和自動操作方式并存 　　為避免微機故障時影響試驗工作，采用手動控制（面板按鈕操作）和自動控制（計算機鍵盤/鼠標(biāo)操作）并存的方式，不便采用自動控制或微機出現(xiàn)故障，可以采用手動操作進行試驗。 　　試驗數(shù)據(jù)處理：試驗結(jié)果保存工控機或服務(wù)器內(nèi) 微機試驗臺配置國內(nèi)外知名品牌原裝工業(yè)計算機，自動試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)直接保存在試驗工控機硬盤中，手動測量的數(shù)據(jù)可由人工輸入到試驗軟件界面，再保存在存儲器內(nèi)，提供本機數(shù)據(jù)庫功能，可以進行試驗數(shù)據(jù)的本機查詢訪問，設(shè)計有試驗報告自動生成功能并提供輸出打印功能（配置惠普多功能激光打印機）。 電機可靠性試驗臺是為了測驗電機綜合性能而設(shè)計出來的一款試驗臺，它是由電渦流制動器、無刷直流電機、扭矩傳感器、輔助支撐、大平板、電機工裝夾具、聯(lián)軸器組成。 它通過扭矩傳感器、電渦流制動器對電機進行加載而測得電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率綜合出電機的性能，即對無刷直流電機進行加速壽命試驗。 2.2.3總體設(shè)計方案 電機可靠性試驗臺由電機、扭矩傳感器、測功機、聯(lián)軸器、大平板、支撐元件構(gòu)成，試驗系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖2-1 圖2-1電機試驗臺 根據(jù)任務(wù)書的要求，以及電機試驗系統(tǒng)的基本功能，用無刷直流電機、電渦流制動器、扭矩傳感器設(shè)計一個電機可靠性試驗臺。為了達到同樣的效果，設(shè)計方案可以有多種，每種方案的設(shè)計都有著它的特點及突出點，這樣才有可能被選中，投入生產(chǎn)，同一種方案在不同的環(huán)境下，它們優(yōu)點可能發(fā)揮不出它應(yīng)有的效果。所以，應(yīng)該根據(jù)環(huán)境去選擇適應(yīng)它的方案，這樣才可以很好的利用環(huán)境，發(fā)揮出它的優(yōu)勢。對于本次課題設(shè)計電機試驗臺擬定了三種方案。 方案一： 方案一電機試驗系統(tǒng)由電機、扭矩傳感器、磁粉制動器、絲桿升降平臺、聯(lián)軸器、底座、大平板等支撐元件組成。一開始我覺得一套電機試驗系統(tǒng)不應(yīng)該僅僅只測驗?zāi)骋恍碗姍C，是否可以測試一個系列，提出了這種可能情況，我們就該解決問題。電機的功率越大，它的外形尺寸也會發(fā)生變化，變大。我們可以利用升降平臺可以實現(xiàn)電機的升降。可以實現(xiàn)升降作用的機構(gòu)有很多，如：絲桿升降平臺、蝸輪蝸桿升降臺、剪叉式升降平臺、手推式升降平臺、手搖式升降平臺等，考慮經(jīng)濟實惠，綜合多方面的因素我們選擇絲桿升降平臺來實現(xiàn)這一功能，即被測電機的底座采用絲桿升降平臺作為可升降底座。磁粉制動器直接安裝在大平板上，因為扭矩傳感器尺寸相對較小，需要設(shè)計一個底座?？傮w的方案設(shè)計如下圖2-2 被測電機 扭矩傳感器 磁粉制動器 圖2-2總體設(shè)計方案 這種方案也有它的弊端，由于這種方案加入了絲桿升降平臺。那么，對空間的要求也就要高，因為絲桿升降平臺的高度比一般的底座高高，考慮到空間不足，我們就把大平板設(shè)計成了一個二階大平板，這樣空間就會得到改善。二階大平板相對于一階來說加工工序增多，也加大了加工的復(fù)雜程度。磁粉制動器的許用轉(zhuǎn)速相對較小，比較適合測驗功率較大，轉(zhuǎn)速較小的電機。 方案二： 方案二電機試驗系統(tǒng)由電機、扭矩傳感器、電渦流制動器、聯(lián)軸器、底座、大平板等支撐元件組成。相對方案一來說，方案二用固定底座代替了可升降的絲桿升降平臺，對于電機的升降調(diào)節(jié)，我們采用了最原始的方法，墊木塊，同樣可以達到電機高度調(diào)節(jié)的作用，可以給固定底座配一套大小不一的木墊板，以此來調(diào)節(jié)電機的上下高度。與絲桿升降平臺不一樣，底座是用螺栓固定在大平板上，故電機試驗系統(tǒng)穩(wěn)定性也有了較好的提高。這樣一來就沒有了空間不夠的煩惱，大平板也就沒有必要設(shè)計成一個二階平板，直接設(shè)計成一個一階大平板，簡便美觀，加工工序也減少了，加工方便，節(jié)約成本。制動器由原來的磁粉制動器變?yōu)殡姕u流制動器，電渦流制動器的許用轉(zhuǎn)速較廣，適用范圍也較廣泛。同樣，電渦流制動器直接安裝在大平板上，而扭矩傳感器需要借助底座安裝?？捎糜谧冾l調(diào)速等各類電動機。總體設(shè)計方案如下圖2-3 電渦流制動器 圖2-3總體設(shè)計方案 這種設(shè)計方案采用了木墊塊，可是木墊塊也有不足之處，因為它的厚度都是確定的們不能改變，不能隨意的調(diào)節(jié)，還有就是螺栓安裝的時候，預(yù)緊力大小不一樣，也可能導(dǎo)致電機的軸線發(fā)生偏移。還有就是要配給一套木墊塊，如果出現(xiàn)丟失會比較麻煩，以此可能會影響任務(wù)的完成時間，而造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，我們在選擇此種方案的時候應(yīng)該好好考慮電機試驗系統(tǒng)對穩(wěn)定性、對中性的要求。因為固定底座是在水平方向的，故僅適用于有底腳的電機，具有一定的局限性。 方案三： 方案三電機試驗系統(tǒng)由電機、扭矩傳感器、電渦流制動器、聯(lián)軸器、底座、大平板等支撐元件組成。方案三相對于方案一的變化挺大的，絲桿升降平臺被去掉了，還有就是底座由水平的換成了垂直的擋板，磁粉制動器也是由電渦流制動器所替代。相對于方案二就只是電機底座有所變化。對于電機高度的調(diào)節(jié)，方案三有所突破，它采用的是在擋板上加工出四條相互垂直的螺栓孔槽，這樣就避免因為電機的外形尺寸增大而無法安裝，也除去了墊木塊所產(chǎn)生的誤差。方案三的最大改變就在被測電機的安裝方式發(fā)生了變化，這是對凸緣端蓋電機試驗的一種彌補，前兩種方案對帶有凸緣端蓋的電機就無法進行測試，更別說其他的，這時，給它換一個安裝底座就可以了，方案三的最大特色就在這里?？傮w設(shè)計方案如下圖2-4 圖2-4總體設(shè)計方案 同樣，方案三也有它的不足之處。因為電機的安裝螺栓孔變成了槽型的，這就給安裝加大了難度系數(shù)，如果沒有安裝好，可能也會出現(xiàn)電機的軸線偏移。在一個就是被測電機是懸掛在支撐板上，電機在工作的時候，加上自身的質(zhì)量，不斷的震動下，安裝螺栓容易發(fā)生松動，給我們的生命財產(chǎn)帶來威脅。所以，最好是對其安裝螺栓進行防松處理，可以采用彈簧墊圈。不過這種設(shè)計也僅適用于帶有凸緣端蓋的電機，也具有一定的局限性。 以上是我設(shè)計出的三種方案，它們各有千秋，至于選擇哪種方案就要看你的要求以及使用的環(huán)境。方案一，采用絲桿升降平臺來實現(xiàn)電機的上下高度的調(diào)節(jié)，而因為空間的問題，犧牲了大平板，將大平板變成了二階大平板，給加工帶來一些難度，因為底座處于水平方向，這種方案僅適用于有底腳的電機；方案二，采用固定底座，穩(wěn)定性較好，用木墊塊來實現(xiàn)被測電機上下高度的調(diào)節(jié)，這樣給調(diào)節(jié)增加了一定的難度，要根據(jù)經(jīng)驗來進行操作，操作不便，而這種方案也僅適用于帶有底腳的電機；方案三，跟方案二差不多，它的最大改變在于電機的安裝形式發(fā)生了改變，固定底座變成了垂直擋板，同時，它的調(diào)節(jié)方式也發(fā)生了變化，相對木墊塊來說精度更高了，操作起來容易上手，而這種方案也僅適用于帶有凸緣端蓋的電機。 通過對以上三種方案的分析得知，選用方案三作為我設(shè)計電機可靠性試驗臺的整體設(shè)計更適合。因為我要設(shè)計的電機可靠性試驗臺所要測試的是功率相對較低，體積較小、質(zhì)量較輕的電機。質(zhì)量輕，也就沒有必要采用絲桿升降平臺這種升降機構(gòu)。方案三，結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，故選用方案三作為電機試驗臺設(shè)計的整體設(shè)計方案。 第3章 電機可靠性試驗臺重要部件的選擇 3.1無刷直流電機的選擇 3.1.1無刷直流電機的介紹及工作原理 基本簡介：無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。無刷電機是指無電刷和換向器(或集電環(huán))的電機，又稱無換向器電機。早在上世紀(jì)誕生電機的時候，產(chǎn)生的實用性電機就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機，這種電動機得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動機有許多無法克服的缺陷，以致電機技術(shù)發(fā)展緩慢。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機就應(yīng)運而生了。這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機，它克服了第一代無刷電機的缺陷。 工作原理：無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護和顯示等等。 3.1.2電機的選擇 我選擇的是上海瑞克科技發(fā)展有限公司的90ZW系列的無刷直流電機，如圖3-1 電氣參數(shù)：（上海瑞克90ZW03） 額定功率 600w 額定轉(zhuǎn)矩 2 最大轉(zhuǎn)矩 4 額定轉(zhuǎn)速 3000r/min 額定電壓 48V 額定電流 15.62A 圖3-1無刷直流電機 安裝尺寸： 圖3-2電機示意圖 表3-1電機外形尺寸 代 號 型 號 A B C D E F G S L 03 90ZW 73.55 90 83 12-15 26 20 2 7 110 單位：mm 3.2測功機的選擇 3.2.1測功機的工作原理 測功機也稱測功器，主要用于測試發(fā)動機的功率，也可作為、減速機、變速箱的加載設(shè)備，用于測試它們的傳遞功率。主要分為水力測功機、電渦流測功機、電力測功機， 由于電渦流測功機控制性能和響應(yīng)速度明顯優(yōu)于水力測功機，而價格又遠(yuǎn)低于電力測功機。 由電渦流測功機結(jié)構(gòu)示意圖3-2可知，感應(yīng)子主要由旋轉(zhuǎn)部分和擺動部分（電樞和勵磁線圈）組成。轉(zhuǎn)子軸上的感應(yīng)子形狀猶如齒輪，與轉(zhuǎn)子同軸裝有一個直流勵磁線圈。當(dāng)勵磁線圈組通以直流電流時，其周圍便有磁場存在，那么圍繞勵磁組就產(chǎn)生一閉合磁通。很明顯，位于繞組左側(cè)的感應(yīng)子具有一個極性，右側(cè)具有相反的極性。旋轉(zhuǎn)時，由于磁密值的周期性變化而產(chǎn)生渦流，此渦流產(chǎn)生的磁場同產(chǎn)生它的磁場相互作用，從而產(chǎn)生與被試機反向的制動力矩，使電樞擺動，通過電樞上的力臂，將制動力傳給測量裝置。 1.定子 2.轉(zhuǎn)子（鼓風(fēng)輪） 3.勵磁線圈 4.拉壓傳感器 圖3-3測功機示意圖 3.2.2選擇要素及注意事項 1、在交直流電機和電動工具試驗中，常常使用到測功機這種測試設(shè)備，測功機主要測試電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率。但是不是每一臺測功機都能滿足所有的電機測試要求的，主要考慮三個方面的因素： 第一，扭矩測試范圍，測功機的轉(zhuǎn)矩通常是不能超過的最大轉(zhuǎn)矩值。 第二，轉(zhuǎn)速測試范圍，測功機的轉(zhuǎn)速通常是不能超過的承受的最大轉(zhuǎn)速，如果長時間超速使用會大大縮短測功機的使用壽命，特別是機械磨損。 第三，測功機上通常所標(biāo)的功率是指測功機所能吸收的功率，因為一般的測功機（磁滯、磁粉、電渦流測功機是靠吸收熱量達到能量的消耗）即被測交直流電機或電動工具的輸出功率。嚴(yán)格地來說，這個指標(biāo)也是不能超過的，否則測功機很容易就會因為熱量散不出去被燒壞； 2、測功機的選擇要不但要滿足轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率三個主要技術(shù)指標(biāo)，還要看看是不是符合測試的具體要求，一般電機都需要測試空載轉(zhuǎn)速、空載損耗、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，也是需要著重考慮的！ 3、在測功機的選擇時，最好電機所有的測試數(shù)據(jù)都在測功機性能參數(shù)的30%-90%之間。因為測功機在這個區(qū)間的測試精度是最有保證的，主要分三個部分：測功機機械部分、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器精度范圍、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功率測量儀顯示精度。 4、通常用到的測功機主要有以下的分類：磁滯測功機、磁粉測功機、渦流測功機、電力測功機（直流、交流電力測功機）及不太常用的測功機（永磁同步電機、伺服電機等）。 測功機按能達到的轉(zhuǎn)速高低排序為：渦流測功機、電力測功機、磁滯測功機、磁粉測功機； （1）渦流測功機不能將電機或電動工具做到堵轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速上限卻很高，通常20000—30000r/min；轉(zhuǎn)矩也可以做到很大。 （2）磁滯測功機轉(zhuǎn)速一般為20000轉(zhuǎn)以下，但其可以做到堵轉(zhuǎn)，不過功率不太大；轉(zhuǎn)矩一般為20以下。 （3）磁粉測功機的轉(zhuǎn)速較低，通常1500—5000r/min，但轉(zhuǎn)矩可以做大，電機也可以做到堵轉(zhuǎn)。 5、通常異步測功機不需要水冷卻，僅風(fēng)冷即可；渦流測功機、磁滯測功機、磁粉測功機需要水冷和風(fēng)冷同時進行，也有些小功率的磁滯測功機不需要水冷也能滿足測試要求；測功機在使用過程中，一定要開啟冷卻功能。 3.2.3測功機的選擇 通過上述的比較以及被測無刷直流電機電氣參數(shù)的綜合考慮決定選用海安縣磁力 機電有限公司的電渦流制動器WL5 電氣參數(shù)： 額定轉(zhuǎn)速 200—6000r/min 額定轉(zhuǎn)矩 5 吸收功率 0.75Kw 激磁電流 ＜5A 安裝尺寸： （a） （b） 圖3-4電渦流制動器 表3-2電渦流制動器外形尺寸 代 號 型 號 B1 D1 HD L B D L1 d（h7） H d1 b WL5 150 224 278 225 110 190 40 14 120 12 5 單位：mm 3.2.4電渦流制動器的主要特點 1　 結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、價格低廉、使用維護方便； 2　 采用水冷卻，噪音低、振動??； 3　 輸入轉(zhuǎn)速范圍寬，可用于變頻調(diào)速等各類電動機，及動力機械的型試試驗； 4　 控制器采用直流電源，控制功率??； 5　 轉(zhuǎn)矩的測量可以采用普通磅秤、電子磅秤或高精度轉(zhuǎn)矩傳感器，適用于不同測 量精度的場合； 6　 作制動器用，適用于高轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩場合。 3.2.5電渦流制動器的注意事項及使用環(huán)境 1　 運行前須對電渦流制動器進行檢查。核定名牌數(shù)據(jù)是否為要求的規(guī)格：檢查緊 固件是否松動，各接線板接線是否正常，接觸是否良好，如有缺陷或不良應(yīng)予排除或更換； 2　 產(chǎn)品安裝時，以軸伸水平，底腳放平后旋緊地腳螺栓，并保證各組連接裝置轉(zhuǎn) 動輕快靈活； 3　 冷卻水中不含有直徑1mm以上的固體顆?；蛘咂渌s物，其pH值為6-8，硬度 為300ppm以下； 4　 進水壓力一般為不小于0.1Mpa，不大于0.3Mpa； 5　 進水溫度最高不超過30℃，出水溫度約為50℃-60℃為宜，大于70℃時則應(yīng)加 大冷卻水量； 6　 加載（加勵磁）之前必須先通入冷卻水，卸載（去勵磁）五分鐘之后才能斷開 冷卻水。嚴(yán)禁無水運行，否則短時間便會損壞設(shè)備。水壓、流量應(yīng)滿足說明書要求； 7　 電渦流制動器和控制器必須有可靠接地； 8　 制動器不工作時必須關(guān)閉控制器，勵磁電流回零。工作時注意勵磁電壓、電流， 嚴(yán)禁超過額定參數(shù)運行； 9　 電渦流制動器周圍應(yīng)保持清潔，進水口保持暢通； 10　 制動器投入運行后，應(yīng)定期給軸承添加潤滑脂； 11　 運行兩年后進行大修，清洗軸承，更換潤滑脂，發(fā)現(xiàn)軸承損壞應(yīng)更換。 使用環(huán)境： 1　 最高的環(huán)境溫度不超過40℃ 2　 海拔高度不超過1000m 3　 當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時，相對溫度不大于85% 3.3扭矩傳感器的選擇 3.3.1扭矩傳感器的工作介紹 為了測量電機的實際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，我選擇了給系統(tǒng)加上一個扭矩傳感器，扭矩傳感器是對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號。 將專用的測扭應(yīng)變片如圖3-3，用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋圖3-4 ,向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的。因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。 圖3-5傳感器及應(yīng)變片位置 圖3-6無接觸感應(yīng)式輸出 ? 3.3.2扭矩傳感器的選擇 根據(jù)電機的數(shù)據(jù)參數(shù)選用的扭矩傳感器選用的是北京中航泰隆科技有限公司的TL-303系列中的5-100Nm扭矩傳感器。 主要性能及電氣指標(biāo): 額定轉(zhuǎn)矩 5-100 扭矩精度 <±0.5 % F· S,<±0.3 % F· S,<±0.1 % F· S(可選) 頻率響 應(yīng) 100μs 非線性 <±0.2 % F· S 重復(fù)性 <±0.1% F· S 回差 <0.1 % F· S 零點時漂 <0.2 % F· S 零點溫漂 500MΩ 靜態(tài)超載 120 % 150% 200%(可選) 使用溫度 -10 ～ 50℃(-40-85℃可選) 儲存溫度 -20 ～ 70℃ 電源電壓 ±15V±5% 總消耗電流 <200mA 頻率信號輸出 5KHZ—15KHZ(RS485/232串口輸出) 額定扭矩 10KHZ±5kHZ (正反雙向測量值) 信號占空比 (50±10)% 尺寸安裝 圖3-7扭矩傳感器示意圖 表3-3扭矩傳感器外形尺寸 代 號 型 號 D d L E H h B G F 鍵（長×寬×高） TL-303 92 18 188 30 128 57 65 8 79 30×6×6 單位：mm 3.3.3扭矩傳感器的主要特點 1　 既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩； 2　 既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動態(tài)扭矩； 3　 檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強； 4　 體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用； 5　 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩； 6　 沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運行； 7　 傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理； 8　 測量彈性體強度大可承受100%的過載。 3.3.4安裝注意事項 1、使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動力源和負(fù)載之間。 　　2、建議用撓性 、彈性或萬向節(jié)聯(lián)軸器，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下。 　　3、動力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動。 4、將本傳感器的基座與設(shè)備的基座固定可靠，中心高須墊合適避免產(chǎn)生彎矩 。 3.4本章小結(jié) 通過對電機、電渦流制動器、扭矩傳感器的選擇，更多的了解到電機的類別，無刷直流電機對于我來說是一個新的詞匯，以及測功機的多樣化。同時，學(xué)會了如何去選擇自己所需要的電機，我們要綜合數(shù)據(jù)要求以及一些外部因素，如環(huán)境等，而選擇屬于自己所要的電機，不能盲目。不能因為電機的額定值都達到了你的要求就立馬選擇它，這樣是不行的，有可能會導(dǎo)致你設(shè)計的試驗臺系統(tǒng)成本價太高而失去市場競爭力，我們應(yīng)該盡量不要讓額定值超出你的設(shè)計范圍太多，這樣可以節(jié)約成本，市場競爭力自然就上去了。 同時，電機、電渦流制動器、扭矩傳感器的形狀尺寸大小不一千變?nèi)f化，這讓它們的安裝就有了統(tǒng)一，現(xiàn)在的電機可靠性試驗臺設(shè)計，安裝底座基本都是帶有槽條縫隙的大平板，這樣不小不一樣的電機、電渦流制動器、扭矩傳感器都可以在上面找到屬于自己的安裝位置，這樣避免了給每一臺電機可靠性試驗臺配一套底座的需要，也節(jié)約資源，有了一套完整的底座系統(tǒng)。 第四章 電機可靠性試驗臺設(shè)計方案及其零件具體設(shè)計 電機可靠性試驗臺由電渦流制動器、無刷直流電機、扭矩傳感器、輔助支撐、大平板、電機工裝夾具、聯(lián)軸器組成。這節(jié)我們重點設(shè)計輔助支撐、大平板、電機工裝夾具、聯(lián)軸器等傳動機構(gòu)，支撐元件的設(shè)計。 4.1聯(lián)軸器設(shè)計 4.1.1選擇聯(lián)軸器的類型 選擇一種合用的聯(lián)軸器類型可考慮以下幾點： 1）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重 載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴(yán)重沖擊載荷要求消除軸系扭矩振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 2） 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 3） 兩軸相對位移的大小和方向。在安裝調(diào)整過程中，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用繞性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時，可選用滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的連接可選用萬向聯(lián)軸器等。 4） 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強光等比較敏感，而且容易老化。 5） 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足使用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器（例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等），由于具有良好的綜合性能，廣泛適用于一般的中小功率傳動。 4.1.2計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 由于機器啟動時的動載荷和運行中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計算轉(zhuǎn)矩。計算轉(zhuǎn)矩按下式計算 式中，T為公稱轉(zhuǎn)矩，；KA為工作情況系數(shù)，見表14-1。 表4-1 工作情況系數(shù)KA 工作機 KA 原動機 分類 工作情況及舉例 電動機 汽輪機 四缸和四缸 以上內(nèi)燃機 雙杠內(nèi)燃機 單缸內(nèi)燃機 Ⅰ 轉(zhuǎn)矩變化小，如發(fā)電機、小型通風(fēng)機、小型離心泵 1.3 1.5 1.8 2.2 Ⅱ 轉(zhuǎn)矩變化小，如透平壓縮機、木工機床、運輸機 1.5 1.7 2.0 2.4 Ⅲ 轉(zhuǎn)矩變化中等，如攪拌機、增壓泵、有飛輪的壓縮機、沖床 1.7 1.9 2.2 2.6 Ⅳ 轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷中等，如織布機、水泥攪拌機、拖拉機 1.9 2.1 2.4 2.8 Ⅴ 轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大，如造紙機、挖掘機、起重機 2.3 2.5 2.8 3.2 Ⅵ 轉(zhuǎn)矩變化大并有強烈沖擊載荷，如壓延機、重型初軋機 3.1 3.3 3.6 4.0 4.1.3確定聯(lián)軸器的型號 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩及所選的聯(lián)軸器類型，按照 的條件由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中選定該聯(lián)軸器型號。上式中的[T]為該型號聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。 4.1.4校核最大轉(zhuǎn)速 被連接軸的轉(zhuǎn)速n不應(yīng)該超過所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速即。 4.1.5協(xié)調(diào)軸孔直徑及規(guī)定部件的安裝精度 多數(shù)情況下，每一型號聯(lián)軸器適用的軸的直徑均有一個范圍。標(biāo)準(zhǔn)中或者給出軸直徑的最大和最小值，或者給出適用直徑的尺寸系列，被連接兩軸的直徑應(yīng)當(dāng)在此范圍之內(nèi)。一般情況下被連接兩軸的直徑是不同的，兩個軸端的形狀也可能是不同的，如主動軸軸端為圓形柱，所以連接的從動軸軸端為圓錐形。 規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度： 根據(jù)所選聯(lián)軸器允許軸的相對位移偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度。通常標(biāo)準(zhǔn)中只給出單項位移偏差的允許值。如果有多項位移偏差存在，則必須根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸大小計算出相互影響的關(guān)系，以此作為規(guī)定部件安裝精度的依據(jù)。 4.1.6進行必要的校核 如有必要，應(yīng)對聯(lián)軸器的主要承載零件進行強度校核。使用非金屬彈性元件的聯(lián)軸器時，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不要超過該彈性元件材料允許的最高溫度。 根據(jù)要求需要設(shè)計兩對聯(lián)軸器。首先，設(shè)計被測電機與扭矩傳感器連接的聯(lián)軸器。 選擇屬于剛性聯(lián)軸器的土元聯(lián)軸器。Tn=20000—10Nm；[n]=13000—1400r/min；d=10-180mm，物補償性能，不能減振、緩沖，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，裝拆、維護簡便，可傳遞大轉(zhuǎn)矩。需保證兩軸較高的對中精度。適用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動精度要求較高的傳動軸系。這種類型的聯(lián)軸器比較適合我所需要的，故選擇剛性聯(lián)軸器中的凸緣聯(lián)軸器。 載荷計算 公稱轉(zhuǎn)矩 由表4-1查得KA=1.7，故 從GB/T 5843—2003中查得GYS1型剛性凸緣聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為25，許用最大轉(zhuǎn)速為12000r/min，軸徑為12—19mm之間，故合用。聯(lián)軸器軸孔選用J型（有沉孔的短圓形軸孔）。 圖4-1凸緣聯(lián)軸器示意圖 表4-2 剛性凸緣聯(lián)軸器的規(guī)格尺寸 型號 公稱轉(zhuǎn)矩Tn /N·m 許用轉(zhuǎn)速[n] /r/min 軸孔直徑d（H7） 軸孔 長度 L D D1 螺栓 b 質(zhì)量 m /kg 轉(zhuǎn)動 慣量 I/kg·m2 數(shù)量n 直徑 M GYS1 25 12000 12 32 80 30 6 M6 26 1.16 0.0008 14 16 42 18 19 由于電機輸出軸的直徑為14mm，查表4-2，故選用直徑為14段的型號。則選擇軸孔長度L=27mm。 扭矩傳感器的輸入軸、輸出軸一樣，直徑都為18mm，故選用直徑為18段的型號。則軸孔長度L=30mm。 電渦流制動器輸入軸直徑為14mm，故選用直徑為14段的型號。則軸孔長度L=27mm。 4.1.7聯(lián)軸器配合與公差 聯(lián)軸器與軸的配合采用基軸制H的過盈配合，軸的加工等級為7級，聯(lián)軸器的孔加工等級為8，查《機械精度設(shè)計與檢測》表3-9基軸制常用、優(yōu)先配合，即配合