鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分的設(shè)計
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任務(wù)書
論文（設(shè)計）題目： 轉(zhuǎn)子測試儀機械部分設(shè)計
學(xué)號： XXXXXXXXXX 姓名： XXXXXXXXXX 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師： XXXXXXXXXX 系主任：
一、 主要內(nèi)容及基本要求
本課題對轉(zhuǎn)子測試系統(tǒng)機械部分進行分析設(shè)計，轉(zhuǎn)子測試系統(tǒng)主要由測量專用傳感器，測試專用夾具，測量專用模板，角度調(diào)節(jié)器，位置傳感器，PLC控制器，工業(yè)電腦及顯示器，系統(tǒng)測試柜，測試軟件，光柵保護器。而我們主要是研究轉(zhuǎn)子測試系統(tǒng)的傳遞路線和測試專用夾具的裝夾方式以及器材的選取。
1．研究轉(zhuǎn)子測試系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)的傳遞路線，通過參數(shù)的選定主軸箱，傳感器的安裝以及氣動尾架的設(shè)計，分析其控制方式，和整體效率分析
2．設(shè)計主軸箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件、箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，
3設(shè)計測試專用夾具，讓傳動更加有效率和連貫。
、預(yù)計達到的目標(biāo)：通過此次畢業(yè)設(shè)計對轉(zhuǎn)子測試系統(tǒng)有了個較深入的理解，自己能夠?qū)D(zhuǎn)子測試儀的傳動系統(tǒng)進行簡單分析設(shè)計，為自己日后在相關(guān)方面的研究打下一個堅實的基礎(chǔ)。在此次設(shè)計中能夠熟練的利用三維建模軟件對一些機構(gòu)及復(fù)雜的系統(tǒng)進行計算機模擬和仿真來解決一些困難的問題。
本課題的基本要求是翻譯一篇不少于3000字的外文文獻，機械系統(tǒng)總裝配圖，系統(tǒng)各主要部分零件圖紙，畢業(yè)設(shè)計論文，要求不少于1.5字
二、重點研究的問題
第一章闡述了本文的研究背景，國內(nèi)外鑄鋁轉(zhuǎn)子發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀、鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的研究狀況及本文的研究意義與研究內(nèi)容。
第二章提出了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀設(shè)計的要求和功能。
第三章做了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械設(shè)計部分做了詳細(xì)的設(shè)計。首先講述了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的原理，并考慮到怎樣合理來設(shè)計鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀。
第四章做了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀運行控制系統(tǒng)部分的設(shè)計
第五章總結(jié)全文，給出結(jié)論，并提出了下一步研究的內(nèi)容。
三、進度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時間
1
收集資料
第一周
2
總體方案確定
第二周
3
主要零部件的計算
第三到第五周
4
系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計
第六到十二周
5
撰寫畢業(yè)論文
第十三到十四周
6
準(zhǔn)備答辯
第十五周
7
8
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻
［1］濮良貴,紀(jì)名剛. 機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社,2002.
[2] 徐灝.機械設(shè)計手冊-第三卷[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1993.
［3］孫垣,陳做模.機械原理[M].高等教育出版社，2006.5.
[4] 楊峻峰，機床及其夾具.清華大學(xué)出版社.2005
[5] 李金壽.機床基礎(chǔ)與機床安裝.機械工業(yè)出版社。2006
［6］機械制造期刊，上海機床廠，氣動式車床尾架，2000
［7］新編全國機械設(shè)備維修配件目錄. 中國機械工業(yè)供銷總公司編.2004
[8] 唐金松.簡明機械設(shè)計手冊（第二版）[M].上海：科學(xué)技術(shù)出版社
[9] 尚久浩主編.自動機械設(shè)計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社.2003年
[10］機械制造期刊，上海機床廠，氣動式車床尾架，2000年
[11]變速器箱體專用鉆床主軸箱的設(shè)計,彭得利, 文章編號：1672-545X（2011）
03-0070-03
評閱表
學(xué)號 XXXXXXXXXX 姓名 XXXXXXXXXX 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 轉(zhuǎn)子測試儀機械部分設(shè)計
評價項目
評 價 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運用知識的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；
4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。
論文
（設(shè)計）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價
評閱人：
年 月 日
鑒定意見
學(xué)號： XXXXXXXXXX 姓名： XXXXXXXXXX 專業(yè)： 機械
畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 42 頁 圖 表 11 張
論文（設(shè)計）題目： 轉(zhuǎn)子測試儀機械設(shè)計部分
內(nèi)容提要： 對于煤炭、石油、天然氣這些不可再生的一次能源，我們能做的就是盡可
能最大化地利用好它們，畢竟它們的儲量有限，我們只有不斷研發(fā)高新技術(shù)，而如何合
理利用現(xiàn)在的資源已經(jīng)成了一個嚴(yán)峻的問題,我們努力把現(xiàn)有的資源發(fā)揮最大作用成為
了我們解決燃眉之急的主要措施。在生活中我們廣泛運用電機，為各種機器提供動力系
統(tǒng)?？墒请姍C的性能并不穩(wěn)定，如何提高電機的壽命，成為了我們研究的課題。電機中
轉(zhuǎn)子是其核心部分，可是轉(zhuǎn)子經(jīng)常會發(fā)生斷條、細(xì)條、未連接到端環(huán)導(dǎo)條，欠鑄、氣孔、
殘渣導(dǎo)條，斜槽角度不良、導(dǎo)條的內(nèi)部短路、鐵心及鋁條的一致性、端換不良。轉(zhuǎn)子的
等效電阻不良及轉(zhuǎn)子的電抗不良。所以我們?yōu)榱藴y試轉(zhuǎn)子的性能，就出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子測試儀，
通過測試轉(zhuǎn)子的這些項目，來達到提高電機性能，合理利用資源的目的。計算機技
術(shù)的發(fā)展使測試轉(zhuǎn)子信號的數(shù)字化，并且便于進行大量的人工智能分析，使鼠籠轉(zhuǎn)子方
便快捷的測試成為可能，鼠籠轉(zhuǎn)子測試儀采用間接直流加磁技術(shù)測導(dǎo)條在切割磁力線時
的電流變化，根據(jù)傳統(tǒng)的電機理論應(yīng)用電腦進行分析判別，測試鑄鋁轉(zhuǎn)子的性能
指導(dǎo)教師評語
指導(dǎo)教師：
年 月 日
答辯簡要情況及評語
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會意見
答辯委員會主任：
年 月 日
說明書
題 目：鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分的設(shè)計
專 業(yè)：
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
目錄
摘要 1
第一章 緒論 3
1.1課題的研究背景 3
1. 1. 1當(dāng)代能源危機問題 3
1. 1. 2環(huán)境問題 3
1. 1. 3能源的合理利用 6
1.2鑄鋁轉(zhuǎn)子技術(shù)國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.1壓力鑄鋁 7
1.2.2離心鑄鋁 7
1.2.3轉(zhuǎn)子質(zhì)量對電氣性能的影響 8
1.3鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀研制的目的及意義 9
1.4鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的研究情況 10
1.5本論文研究的內(nèi)容 10
第二章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的要求 12
2.1 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的基本設(shè)計依據(jù) 12
2.2 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的基本功能 12
2.3 本章小結(jié) 12
第三章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀方案及其具體設(shè)計 13
3.1 轉(zhuǎn)子測試儀整體方案 13
3.2鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的原理 13
3.3鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分的具體設(shè)計 13
3. 3. 1鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分總體設(shè)計 13
3. 3.2機械拖動系統(tǒng)及測試夾具的設(shè)計 14
3. 3.3鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀氣動系統(tǒng)的設(shè)計 19
3.3.4鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀測試傳感系統(tǒng)的設(shè)計 22
3.4 本章小結(jié) 28
第四章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀運行控制系統(tǒng)設(shè)計 30
4.1 變頻調(diào)速基本概念 30
4.2變頻調(diào)速的類型 30
4.3變頻器的組成 32
4.4變頻器的主要功能 32
4. 4. 1頻率給定功能 32
4. 4. 2升速、降速和制動功能 33
4. 4. 3控制功能 33
4. 4. 4保護功能 33
第五章 總結(jié) 34
第六章 致謝 35
第七章 參考文獻 36
摘要
在電機中，使用鑄鋁工藝簡化了馬達的制造工藝，使鑄鋁轉(zhuǎn)子馬達的應(yīng)用非常廣泛。而鑄鋁轉(zhuǎn)子的質(zhì)量直接影響馬達的力效指標(biāo)。在鑄鋁轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)過程中，由于各種因素造成了鑄鋁的氣孔沙眼殘渣、細(xì)條、斷條、欠鑄等，使用這種轉(zhuǎn)子的馬達在運轉(zhuǎn)時負(fù)載能力較正常鑄鋁轉(zhuǎn)子差，使馬達效率下降。由于是在相對大負(fù)載下運行，導(dǎo)致馬達過熱，致使定子絕緣性能下降，最終燒損馬達。鑄鋁轉(zhuǎn)子的測試，可以在電機裝配前，剔除不良鑄鋁轉(zhuǎn)子，以保證電機的力效指標(biāo)，提高電機的產(chǎn)品合格率和馬達性能。傳統(tǒng)的馬達鑄鋁轉(zhuǎn)子測試采用了超聲成像技術(shù)，高頻加磁，工頻加磁。這些測試方法除轉(zhuǎn)子性能的不全面外，由于工藝復(fù)雜在生產(chǎn)也難以應(yīng)用。
計算機技術(shù)的發(fā)展使測試信號的數(shù)字化，并且便于進行大量的人工智能分析，使鑄鋁轉(zhuǎn)子方便快捷的測試成為可能，從而測試鑄鋁轉(zhuǎn)子的性能
關(guān)鍵詞：電機，轉(zhuǎn)子，測試，性能
Abstract
In the electric motor, the use of aluminum process simplifies motor manufacturing process, so that the cast aluminum rotor motor is widely used. The cast aluminum rotor directly influences the quality of motor power efficiency index. In the production process of cast aluminum rotor, due to various factors caused the cast aluminum blowhole Chlamydia residue, strips, bars, owe cast, the rotor of motor in operation when the load capacity than normal cast aluminum rotor differential, so that the motor efficiency. Because it is in a relatively large load operation to cause the motor to overheat, and cause the stator insulation performance, ultimately burning motor. Cast aluminum rotor in motor test, prior to assembly, eliminate bad cast aluminum rotor, to ensure that the motor force efficiency indicators, to improve the motor product qualified rate and the performance of motor. The traditional motor cast aluminum rotor test using ultrasound imaging technique, with high frequency magnetic, power frequency magnetic. These test methods in addition to the rotor performance is not comprehensive, because of complex process in production can not be used.
The development of computer technology makes the test signal is digitized, and convenient for the artificial intelligence analysis of the cast aluminum rotor, convenient and quick testing possible, thereby testing of cast aluminum rotor performance
Keywords: electric motor，aluminum process ，testing ，quality
第一章 緒論
1.1 課題的研究背景
1. 1. 1 當(dāng)代能源危機問題
能源危機不但現(xiàn)在存在，在過去也是一直在在的,并且在未來的危機更為嚴(yán)重，而為何會存在能源危機呢?是指可供我們?nèi)祟惱玫哪茉吹牟怀浞?，而不是能源本身的不足?
具體表現(xiàn)有：1、能源轉(zhuǎn)化的方向性。并不是所有的能源都能夠被人類利用，比如內(nèi)能，其它能的形式轉(zhuǎn)化為內(nèi)能比較容易，而將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能源，就很難辦得到。
2、能源分布的不均性。可以說在地球上幾乎全部的能源都來源于太陽，但是由太陽能轉(zhuǎn)化成的各種能量形式在地球上的分布并不均勻，如在沙漠地帶，太陽能充足，但卻無人居住。
3、日益增加的人口導(dǎo)致能量分配不足。由于石油、煤炭等目前大量使用的傳統(tǒng)化石能源枯竭，同時新的能源生產(chǎn)供應(yīng)體系又未能建立而在交通運輸、金融業(yè)、工商業(yè)等方面造成的一系列問題統(tǒng)稱能源危機。
根據(jù)經(jīng)濟學(xué)家和科學(xué)家的普遍估計，到本世紀(jì)中葉，也即2050年左右，石油資源將會開采殆盡，其價格升到很高，不適于大眾化普及應(yīng)用的時候，如果新的能源體系尚未建立，能源危機將席卷全球，尤以歐美極大依賴于石油資源的發(fā)達國家受害為重。最嚴(yán)重的狀態(tài)，莫過于工業(yè)大幅度萎縮，或甚至因為搶占剩余的石油資源而引發(fā)戰(zhàn)爭。
為了避免上述窘境，目前美國、加拿大、日本、歐盟等都在積極開發(fā)如太陽能、風(fēng)能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)等可再生新能源，或者將注意力轉(zhuǎn)向海底可燃冰(水合天然氣)等新的化石能源。同時，氫氣、甲醇等燃料作為汽油、柴油的替代品，也受到了廣泛關(guān)注。
1. 1. 2 環(huán)境問題
到目前為止已經(jīng)威脅人類生存并已被人類認(rèn)識到的環(huán)境問題主要有：全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、淡水資源危機、能源短缺、森林資源銳減、土地荒漠化、物種加速滅絕、垃圾成災(zāi)、有毒化學(xué)品污染等眾多方面。
1.全球變暖：全球變暖是指全球氣溫升高。導(dǎo)致全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀(jì)以來大量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多種溫室氣體。由于這些溫室氣體對來自太陽輻射的短波具有高度的透過性，而對地球反射出來的長波輻射具有高度的吸收性，也就是常說的溫室效應(yīng)"，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球變暖的后果，會使全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上升等，既危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更威脅人類的食物供應(yīng)和居住環(huán)境。
2.臭氧層破壞：在地球大氣層近地面約20～30公里的平流層里存在著一個臭氧層，其中臭氧含量占這一高度氣體總量的十萬分之一。臭氧含量雖然極微，卻具有強烈的吸收紫外線的功能，因此，它能擋住太陽紫外輻射對地球生物的傷害，保護地球上的一切生命。然而人類生產(chǎn)和生活所排放出的一些污染物，如冰箱空調(diào)等設(shè)備制冷劑的氟氯烴類化合物以及其它用途的氟溴烴類等化合物，它們受到紫外線的照射后可被激化，形成活性很強的原子與臭氧層的臭氧（O3）作用，使其變成氧分子（O2），這種作用連鎖般地發(fā)生，臭氧迅速耗減，使臭氧層遭到破壞。南極的臭氧層空洞，就是臭氧層破壞的一個最顯著的標(biāo)志。到1994年，南極上空的臭氧層破壞面積已達2400萬平方公里。因此科學(xué)家警告說，地球上空臭氧層破壞的程度遠(yuǎn)比一般人想象的要嚴(yán)重的多。
3.酸雨：酸雨是由于空氣中二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等酸性污染物引起的pH值小于5.6的酸性降水。受酸雨危害的地區(qū)，出現(xiàn)了土壤和湖泊酸化，植被和生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，建筑材料、金屬結(jié)構(gòu)和文物被腐蝕等等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。此外，全世界使用礦物燃料的量有增無減，也使得受酸雨危害的地區(qū)進一步擴大。我們國家在八十年代，酸雨主要發(fā)生在西南地區(qū)，到九十年代中期，已發(fā)展到長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區(qū)。
4.淡水資源危機：地球表面雖然2/3被水覆蓋，但是97%為無法飲用的海水，只有不到3%是淡水，其中又有2%封存于極地冰川之中。在僅有的1%淡水中，25%為工業(yè)用水，70%為農(nóng)業(yè)用水，只有很少的一部分可供飲用和其它生活用途。然而，在這樣一個缺水的世界里，水卻被大量濫用、浪費和污染。加之，區(qū)域分布不均勻，致使世界上缺水現(xiàn)象十分普遍，全球淡水危機日趨嚴(yán)重。世界上任何一種生物都離不開水，人們貼切地把水比喻為生命的源泉"。然而，隨著地球上人口的激增，生產(chǎn)迅速發(fā)展，水已經(jīng)變得比以往任何時候都要珍貴。一些河流和湖泊的枯竭，地下水的耗盡和濕地的消失，中國的黃河都已雄風(fēng)不再，昔日"奔流到海不復(fù)回"的壯麗景象已成為歷史的記憶了。
5.資源、能源短缺：當(dāng)前，世界上資源和能源短缺問題已經(jīng)在大多數(shù)國家甚至全球范圍內(nèi)出現(xiàn)。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要是人類無計劃、不合理地大規(guī)模開采所至。本世紀(jì)九十年代初全世界消耗能源總數(shù)約100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)測到2000年能源消耗量將翻一番。從目前石油、煤、水利和核能發(fā)展的情況來看，要滿足這種需求量是十分困難的。因此，在新能源（如太陽能、快中子反應(yīng)堆電站、核聚變電站等）開發(fā)利用尚未取得較大突破之前，世界能源供應(yīng)將日趨緊張。 此外，其它不可再生性礦產(chǎn)資源的儲量也在日益減少，這些資源終究會被消耗殆盡。
6.森林銳減：森林是人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要的組成部分。地球上曾經(jīng)有76億公頃的森林，到本世紀(jì)時下降為55億公頃，到1976年已經(jīng)減少到28億公頃。由于世界人口的增長，對耕地、牧場、木材的需求量日益增加，導(dǎo)致對森林的過度采伐和開墾，使森林受到前所未有的破壞。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年約有1200萬公頃的森林消失，其中占絕大多數(shù)是對全球生態(tài)平衡至關(guān)重要的熱帶雨林。 對熱帶雨林的破壞主要發(fā)生在熱帶地區(qū)的發(fā)展中國家，尤以巴西的亞馬遜情況最為嚴(yán)重。亞馬遜森林居世界熱帶雨林之首，但是，到九十年代初期這一地區(qū)的森林覆蓋率比原來減少了11%，相當(dāng)于70萬平方公里，平均每5秒鐘就有差不多有一個足球場大小的森林消失。此外，在亞太地區(qū)、非洲的熱帶雨林也在遭到破壞。 =
7.土地荒漠化：簡單地說土地荒漠化就是指土地退化。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會對荒漠化的概念作了這樣的定義："荒漠化是由于氣候變化和人類不合理的經(jīng)濟活動等因素，使干旱、半干旱和具有干旱災(zāi)害的半濕潤地區(qū)的土地發(fā)生了退化。全球現(xiàn)有12億多人受到荒漠化的直接威脅，其中有1.35億人在短期內(nèi)有失去土地的危險?；哪呀?jīng)不再是一個單純的生態(tài)環(huán)境問題，而且演變?yōu)榻?jīng)濟問題和社會問題，它給人類帶來貧困和社會不穩(wěn)定。到二十世紀(jì)末，全球?qū)p失約1/3的耕地。在人類當(dāng)今諸多的環(huán)境問題中，荒漠化是最為嚴(yán)重的災(zāi)難之一。對于受荒漠化威脅的人們來說，荒漠化意味著他們將失去最基本的生存基礎(chǔ)--有生產(chǎn)能力的土地的消失。
8.物種加速滅絕：物種就是指生物種類?，F(xiàn)今地球上生存著500～1000萬種生物。一般來說物種滅絕速度與物種生成的速度應(yīng)是平衡的。但是，由于人類活動破壞了這種平衡，使物種滅絕速度加快，據(jù)《世界自然資源保護大綱》估計，每年有數(shù)千種動植物滅絕，到2000年地球上10～20%的動植物即50～100萬種動植物將消失。而且，滅絕速度越來越快。世界野生生物基金會發(fā)出警告：本世紀(jì)鳥類每年滅絕一種，在熱帶雨林，每天至少滅絕一個物種。物種滅絕將對整個地球的食物供給帶來威脅，對人類社會發(fā)展帶來的損失和影響是難以預(yù)料和挽回的。
9.垃圾成災(zāi)：全球每年產(chǎn)生垃圾近100億噸，而且處理垃圾的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上垃圾增加的速度，特別是一些發(fā)達國家，已處于垃圾危機之中。美國素有垃圾大國之稱，其生活垃圾主要靠表土掩埋。過去幾十年內(nèi)，美國已經(jīng)使用了一半以上可填埋垃圾的土地，30年后，剩余的這種土地也將全部用完。我國的垃圾排放量也相當(dāng)可觀，在許多城市周圍，排滿了一座座垃圾山，除了占用大量土地外，還污染環(huán)境。危險垃圾，特別是有毒、有害垃圾的處理問題（包括運送、存放），因其造成的危害更為嚴(yán)重、產(chǎn)生的危害更為深遠(yuǎn)，而成了當(dāng)今世界各國面臨的一個十分棘手的環(huán)境問題。
10.有毒化學(xué)品污染：市場上約有7～8萬種化學(xué)品。對人體健康和生態(tài)環(huán)境有危害的約有3.5萬種。其中有致癌、致畸、致突變作用的約500余種。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，如今每年又有1000～2000種新的化學(xué)品投入市場。由于化學(xué)品的廣泛使用，全球的大氣、水體、土壤乃至生物都受到了不同程度的污染、毒害，連南極的企鵝也未能幸免。自五十年代以來，涉及有毒有害化學(xué)品的污染事件日益增多，如果不采取有效防治措施，將對人類和動植物造成嚴(yán)重的危害。
1. 1. 3 能源的合理利用
我們都知道煤炭、石油、天然氣是屬不可再生能源，總有取盡用竭的一天?，F(xiàn)代主要能源是煤、石油和天然氣，它們都是短期內(nèi)不可能再生的化石燃料，儲量都極其有限，因此必須節(jié)能。風(fēng)能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質(zhì)能等是可再生能源；煤、石油和天然氣等是非再生能源。
隨著全球各國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的日益增加，現(xiàn)在許多發(fā)達國家都更加重視對可再生能源、環(huán)保能源以及新型能源的開發(fā)與研究；同時我們也相信隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷進步，專家們會不斷開發(fā)研究出更多新能源來替代現(xiàn)有能源，以滿足全球經(jīng)濟發(fā)展與人類生存對能源的高度需求，而且我們能夠預(yù)計地球上還有很多尚未被人類發(fā)現(xiàn)的新能源正等待我們?nèi)ヌ綄づc研究。
對于煤炭、石油、天然氣這些不可再生的一次能源，我們能做的就是盡可能最大化地利用好它們，畢竟它們的儲量有限，我們只有不斷研發(fā)高新技術(shù)，把存在于地球上的不可再生的能源盡可能多的利用起來。因為煤炭、石油、天然氣在我們生活中起著重大作用。
而如何合理利用現(xiàn)在的資源已經(jīng)成了一個嚴(yán)峻的問題,我們努力把現(xiàn)有的資源發(fā)揮最大作用成為了我們解決燃眉之急的主要措施。在生活中我們廣泛運用電機，為各種機器提供動力系統(tǒng)?？墒请姍C的性能并不穩(wěn)定，如何提高電機的壽命，成為了我們研究的課題。電機中轉(zhuǎn)子是其核心部分，可是轉(zhuǎn)子經(jīng)常會發(fā)生斷條、細(xì)條、未連接到端環(huán)導(dǎo)條，欠鑄、氣孔、沙眼、殘渣導(dǎo)條，斜槽角度不良、導(dǎo)條的內(nèi)部短路、鐵心及鋁條的一致性、端換不良。轉(zhuǎn)子的等效電阻不良及轉(zhuǎn)子的電抗不良。所以我們?yōu)榱藴y試轉(zhuǎn)子的性能，就出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子測試儀，通過測試轉(zhuǎn)子的這些項目，來達到提高電機性能，合理利用資源的目的。
1.2 鑄鋁轉(zhuǎn)子技術(shù)國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀
我們研究出制造鑄鋁轉(zhuǎn)子的有兩種方法，離心鑄鋁和壓力鑄鋁。下面分別來看一下這兩種鑄鋁方法的工作原理和特點。
1.2.1 壓力鑄鋁
工作原理是用壓力將融化好的金屬鋁液注入型腔，待冷卻凝固成鑄件。其特點有：
（1）在壓鑄過程的始終，壓力起著主要作用。
（2）壓鑄時，金屬液在高速沖型過程中，如果型腔中的氣體來不及排出，就會被卷入金屬內(nèi)產(chǎn)生氣孔。
（3）由于金屬液充型過程是在壓力作用下進行的，轉(zhuǎn)子鐵心可在冷態(tài)下壓鑄。
（4）生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)機械化、自動化，從而可減輕勞動強度。
1.2.2 離心鑄鋁
工作原理是將融化好的金屬鋁液注入旋轉(zhuǎn)著的鋁模中，使之在離心力的作用下充滿型腔，并凝固。其特點有：
（1）離心力對鑄件的成型和金屬結(jié)晶過程有重要影響，它有助于金屬液中的氣體和非金屬雜物（比金屬輕）的排出。更重要的是影響到金屬結(jié)晶過程，起到加強補縮和結(jié)晶細(xì)化的作用。
（2）轉(zhuǎn)子鐵心必須預(yù)熱。鐵心加熱后，在槽型斷面上得到氧化，有利于降低電機的雜散損耗。
但我們采用以上方法來加工鑄鋁轉(zhuǎn)子時，鑄鋁方法和轉(zhuǎn)子質(zhì)量有如下關(guān)系，鑄鋁轉(zhuǎn)子比銅條轉(zhuǎn)子異步電動機的附加損耗增加2~6倍，采用的鑄鋁方法不同，附加損耗也不同，其中壓力鑄鋁轉(zhuǎn)子電機的附加損耗最大。這是因為壓鑄時強大的壓力籠條和鐵心接觸的十分緊密，甚至鋁水?dāng)D入了疊片之間，橫向電流增大，使電機的附加損耗大為增加。此外，壓鑄時由于加壓速度快，壓力大，型腔內(nèi)得空氣不能完全排除，大量氣體呈“針孔”狀密布于轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)、風(fēng)葉等處，致使鑄鋁轉(zhuǎn)子中鋁的比重減小（約比離心鑄鋁減少8%），平均電阻增加（13%），這樣使電機的主要經(jīng)濟指標(biāo)大大下降。離心鑄鋁轉(zhuǎn)子雖然受各種因素影響，容易產(chǎn)生缺陷，但電機的附加損耗小。采用不同鑄鋁方法的鑄鋁轉(zhuǎn)子電機主要電氣性能列表如表1.2-1：
鑄鋁方法
溫升
0C
轉(zhuǎn)子損耗
W
負(fù)載電流
A
空載電流
A
轉(zhuǎn)差率
%
離心鑄鋁
70.7
359
25.2
7.96
2.6~2.8
壓力鑄鋁
73.1
380
25.3
8.4
2.8
表1.2-1 不同鑄鋁方法的鑄鋁轉(zhuǎn)子電機主要電氣性能
可見，電氣性能離心鑄鋁好于壓力鑄鋁。
1.2.3 轉(zhuǎn)子質(zhì)量對電氣性能的影響
離心鑄鋁轉(zhuǎn)子見缺陷已在前面介紹過，下面較詳細(xì)的討論這些缺陷產(chǎn)生的原因及其對電機性能的影響。1、轉(zhuǎn)子鐵心重量不夠，2、轉(zhuǎn)子錯片，槽斜線不直，3、轉(zhuǎn)子斜槽寬大于或小于允許值，4、轉(zhuǎn)子斷條5、轉(zhuǎn)子細(xì)條6、氣孔7、澆不滿8、縮孔9、裂紋10、鋁的質(zhì)量不好或回爐廢鋁用量過多。
1.3 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀研制的目的及意義
在鼠籠轉(zhuǎn)子AC馬達中，使用鑄鋁工藝簡化了馬達的制造工藝，使鑄鋁轉(zhuǎn)子馬達的應(yīng)用非常廣泛。而鑄鋁轉(zhuǎn)子的質(zhì)量直接影響馬達的力效指標(biāo)。在鑄鋁轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)過程中，由于各種因素造成了鑄鋁的氣孔沙眼殘渣、細(xì)條、斷條、欠鑄等，使用這種轉(zhuǎn)子的馬達在運轉(zhuǎn)時負(fù)載能力較正常鑄鋁轉(zhuǎn)子差，使馬達效率下降。由于是在相對大負(fù)載下運行，導(dǎo)致馬達過熱，致使定子絕緣性能下降，最終燒損馬達。 鼠籠轉(zhuǎn)子的測試，可以在馬達裝配前，剔除不良鑄鋁轉(zhuǎn)子，以保證馬達的力效指標(biāo)，提高馬達的產(chǎn)品合格率和馬達性能。 傳統(tǒng)的馬達鑄鋁轉(zhuǎn)子測試采用了（1）超聲成像技術(shù)。（2）高頻加磁。（3）工頻加磁。這些測試方法除轉(zhuǎn)子性能的不全面外，由于工藝復(fù)雜在生產(chǎn)也難以應(yīng)用。
計算機技術(shù)的發(fā)展使測試信號的數(shù)字化，并且便于進行大量的人工智能分析，使鼠籠轉(zhuǎn)子方便快捷的測試成為可能，鼠籠轉(zhuǎn)子測試儀采用間接直流加磁技術(shù)測導(dǎo)條在切割磁力線時的電流變化，根據(jù)傳統(tǒng)的電機理論應(yīng)用電腦進行分析判別，測試鑄鋁轉(zhuǎn)子的性能。圖1.3—1就為鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀現(xiàn)在發(fā)展的一種類型。
圖1.3—1鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀
1.4 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的研究情況
目前對于快速大批量進行鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量分析的方法主要有電阻測量法和電感測量法兩種。第一種電阻測量法用于計算轉(zhuǎn)子電阻值，電阻值有助于分析轉(zhuǎn)子整體的質(zhì)量，特別是標(biāo)準(zhǔn)性能方面如：效率、最大輸出功率和功耗等。電阻測量法有一定的弊端，主要是一方面電阻測量法對轉(zhuǎn)子故障的特性不能提供更多的信息，單一用電阻測量法無法確定問題的真正原因是由于轉(zhuǎn)子鋁條斷裂，還是端環(huán)有氣孔，或是斜槽角度不佳，而且電阻測量法也無法識別焊接、起動扭矩及電機噪音相關(guān)的某些問題。另一方面電阻測量法對于使用者來說難于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)界限，如果設(shè)定界限過嚴(yán)，造成大多數(shù)轉(zhuǎn)子被判定為不合格，這種差別尤其在工藝、原材料、熱處理等方面的輕微變化而顯得很突出。而設(shè)定界限較寬的話，就會造成幾乎沒有不良品。使用客戶很難根據(jù)自己產(chǎn)品的情況設(shè)置出合理的界限，在這種情況下，電阻測量法顯得有些難于實際的應(yīng)用。第二種電感測量法在測量時不需要使用定子。因此電感測量法可以測試出轉(zhuǎn)子很小的故障，被測轉(zhuǎn)子在以預(yù)定恒速接近傳感器磁場轉(zhuǎn)動,磁場接近轉(zhuǎn)子外周，足以使轉(zhuǎn)子鋁條穿過磁場，鋁條穿過磁場時，鋁條中便可以感應(yīng)出電壓。產(chǎn)生的電流流過短路端環(huán)，使鋁條中產(chǎn)生渦流，這些交流電反過來又在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生自身的磁場，并使傳感器中感應(yīng)出交流信號，每當(dāng)一條轉(zhuǎn)子鋁條穿過磁場時，就會產(chǎn)生一個正弦波形，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周后，完成了一次完整的測量。對于毫無缺陷的轉(zhuǎn)子，能產(chǎn)生幾乎完美的正弦波形，理論上來說，完美的轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生完美的正弦波形。無缺陷的轉(zhuǎn)子能使轉(zhuǎn)子中每個鋁條都產(chǎn)生相同的曲線，這就有可能用不同的標(biāo)準(zhǔn)來評定波形的差異程度，從而來判定質(zhì)量，可接受的變異量用工藝能力分析法來決定。電感測量法可以輕易測量出轉(zhuǎn)子鋁條發(fā)生斷裂、轉(zhuǎn)子鋁條中有空氣或氣孔以及斜槽角度誤差。電感測量法還可以根據(jù)相應(yīng)的情況計算出轉(zhuǎn)子感應(yīng)波形的總值，這個值對于轉(zhuǎn)子單條鋁條并不敏感，它只是對誤差敏感，因此，總值公差最為重要，要根據(jù)工藝能力和電機關(guān)鍵特性盡量設(shè)小，總值可以識別轉(zhuǎn)子中所有缺陷，如鋁質(zhì)量不好、鐵芯質(zhì)量不好、鋁條中有氣孔、發(fā)藍(lán)不好,這類缺陷在整個轉(zhuǎn)子中都有可能存在。二、特點：由上所述，電感測量法要遠(yuǎn)比電阻測量法的優(yōu)勢明顯，所以在鼠籠轉(zhuǎn)子的質(zhì)量測量方面，電感測量法占據(jù)主導(dǎo)地位。該測試儀就是采用電感測量法進行測量，該設(shè)備可以在五秒鐘以內(nèi)完成對一個鼠籠轉(zhuǎn)子的質(zhì)量測量（真正的測量時間低于一秒）。測量結(jié)束時，電腦會自動顯示出測量結(jié)果以及判定是否合格，對不合格的產(chǎn)品顯示出是鋁條斷條、還是鋁條中有氣孔或雜質(zhì)、還是槽角度不良。測量的項目有：最大值、最小值、峰峰值、平均值、占空比等。測量并控制的項目有：鋁條數(shù)、最小波幅、最大波幅、梯度、總值等?？梢哉f，這樣的一次測量足以判定該轉(zhuǎn)子是否合格。該系統(tǒng)可以進行自動和手動測量，自動測量用于正常的生產(chǎn)線測試，手動測量主要是用于調(diào)整工裝位置、判定系統(tǒng)故障，采集和設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。該系統(tǒng)可以對不同疊高、不同直徑、不同鋁條數(shù)的鑄鋁轉(zhuǎn)子進行測量，在更換品種時，只需在手動情況下進行調(diào)整工裝位置，這十分有利于客戶降低采購成本，提高工作效率。下圖1.4—1就是通過傳感器來測試轉(zhuǎn)子的性能。
圖1.4—1轉(zhuǎn)子測試儀測試部分
1.5 本論文研究的內(nèi)容
鑄鋁轉(zhuǎn)子的應(yīng)用前景非常廣闊，怎樣更好地提高鑄鋁轉(zhuǎn)子的性能是一個很有意義的研究課題。本文的選題就是在這樣的背景下，由鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和老師的指導(dǎo)，然后再結(jié)合當(dāng)前計算機技術(shù)、自動檢測與控制技術(shù)的特點，以檢測實用性、操作方便性、使用可靠性為原則，完成整個測試臺的設(shè)計?？紤]試驗環(huán)境清潔要求及測試能力的可擴展性，本方案采用變頻器電機變速方式。
本文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)結(jié)構(gòu)簡要說明如下：
第一章闡述了本文的研究背景，國內(nèi)外鑄鋁轉(zhuǎn)子發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀、鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的研究狀況及本文的研究意義與研究內(nèi)容。
第二章提出了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀設(shè)計的要求和功能。
第三章做了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械設(shè)計部分做了詳細(xì)的設(shè)計。首先講述了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的原理，并考慮到怎樣合理來設(shè)計鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀。
第四章總結(jié)全文，給出結(jié)論，并提出了下一步研究的內(nèi)容
第二章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的要求
2.1 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的基本設(shè)計依據(jù)
1）適用范圍: 交流電機鼠籠轉(zhuǎn)子的檢查測試.
2) 轉(zhuǎn)子直徑: 50-300 mm
3) 轉(zhuǎn)子長度: 30-500mm
4) 導(dǎo) 條 數(shù): 5-50 采樣頻率: 20MHZ 信號幅值: 5V
5) 測試轉(zhuǎn)速: 100-500rpm
6) 此儀器對工作環(huán)境要求寬松，既適用實驗室科研分析，又適用生產(chǎn)線批量檢測。環(huán)境溫度0-40℃, 電源：單相220V±10% 50HZ
2.2 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀的基本功能
測試項目:
1, 斷條、細(xì)條、未連接到端環(huán)導(dǎo)條.
2, 欠鑄、氣孔、沙眼、殘渣導(dǎo)條.
3, 斜槽角度不良、導(dǎo)條的內(nèi)部短路.
4, 鐵芯及鋁條的一致性.
5, 端換不良.
6, 轉(zhuǎn)子的等效電阻不良及轉(zhuǎn)子的電抗不良.
2.3 本章小結(jié)
本章首先講述了本文的總體設(shè)計要求，然后提出了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀要實現(xiàn)的基本功能，為下面研究做了很好的鋪墊。
第3章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀方案及其具體設(shè)計
3.1 轉(zhuǎn)子測試儀整體方案
測試臺采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括電機控制模塊，測量傳感器測試模塊、測試模塊等，測試控制臺實現(xiàn)整個系統(tǒng)地遠(yuǎn)程集中控制和數(shù)據(jù)檢測，電機控制柜為變頻器和邏輯控制元器件提供安裝平臺。鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作狀態(tài)為水平安裝，在本系統(tǒng)中，偏航減速器仍采用水平安裝方式，并用支承架來起支撐作用。工作臺置于平整的地面上（需要地腳螺釘）?？紤]到該減速器為無傳動比、小扭矩輸出，測試件與被測試件中間采用傘形頂針，所以鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀主軸箱采用MT4內(nèi)錐主軸結(jié)構(gòu)。為保證對轉(zhuǎn)子進行更好的測試，我們采用氣動尾架結(jié)構(gòu)，并采用三角形導(dǎo)軌，以便于尾架滑動和連接。測量的結(jié)果通過測量傳感器系統(tǒng)進行對轉(zhuǎn)子質(zhì)量的測量，測量的結(jié)果會在TFT高分辨率大屏幕工業(yè)液晶顯示器顯示出來，我們再對測試結(jié)果的波形進行分析。
3.2 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀工作的原理
該測試儀就是采用電感測量法進行測量，該設(shè)備可以在五秒鐘以內(nèi)完成對一個鼠籠轉(zhuǎn)子的質(zhì)量測量（真正的測量時間低于一秒）。測量結(jié)束時，電腦會自動顯示出測量結(jié)果以及判定是否合格，對不合格的產(chǎn)品顯示出是鋁條斷條、還是鋁條中有氣孔或雜質(zhì)、還是槽角度不良。測量的項目有：最大值、最小值、峰峰值、平均值、占空比等。測量并控制的項目有：鋁條數(shù)、最小波幅、最大波幅、梯度、總值等?？梢哉f，這樣的一次測量足以判定該轉(zhuǎn)子是否合格。
該系統(tǒng)可以進行自動和手動測量，自動測量用于正常的生產(chǎn)線測試，手動測量主要是用于調(diào)整工裝位置、判定系統(tǒng)故障，采集和設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。
該系統(tǒng)可以對不同疊高、不同直徑、不同鋁條數(shù)的鑄鋁轉(zhuǎn)子進行測量，在更換品種時，只需在手動情況下進行調(diào)整工裝位置，這十分有利于客戶降低采購成本，提高工作效率。
3.3 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分的具體設(shè)計
3. 3. 1 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分總體設(shè)計
鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分包括測量傳感器系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、機械拖動系統(tǒng)及測試夾具，這些系統(tǒng)都一并安排在導(dǎo)軌上。機械拖動系統(tǒng)及測試夾具是采用小型電機采用變頻器變速，然后與主軸相連，但主軸必須是內(nèi)錐，以便于測試夾具的安裝。氣動系統(tǒng)也是該轉(zhuǎn)子測試儀的尾架，在一般車床的尾架進行加以改進，去掉絲桿和手動輪，在后面直接加個活塞桿，與氣缸進行相連。而測量傳感器系統(tǒng)相當(dāng)于一般車床的刀架，在其原有的基礎(chǔ)上，進行改造，以便于傳感器的安裝。對測量傳感器系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、機械拖動系統(tǒng)設(shè)計支承架，然后合理的布置在導(dǎo)軌上。
3. 3.2 機械拖動系統(tǒng)及測試夾具的設(shè)計
1.機械拖動系統(tǒng)的設(shè)計
（1）電機的選擇
由 ，則p輸入= p輸出=0.5KW，因此，選用額定功率為0.55KW的異步電機，轉(zhuǎn)子測試儀的輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min，則電機的額定轉(zhuǎn)速n電≥1500r/min，其中 =4.775N.m。根據(jù)轉(zhuǎn)子測試儀轉(zhuǎn)速和扭矩可知：可選用額定功率為0.75KW、同步轉(zhuǎn)速為1500r/min、額定轉(zhuǎn)速為2825rpm，型號為Y801—2。
（2）聯(lián)軸器的選擇
由T=9550×p/n=9550×0.75/1500=4.775N.m
電機轉(zhuǎn)矩：Tca=KA=1.5×4.775=7.1625N.m
選用聯(lián)軸器型號為LT4的彈性套柱銷聯(lián)軸器
（3）軸的設(shè)計
a.考慮軸的綜合性能，選擇軸的材料20CrMnTi
b.根據(jù)被測試的工件的直徑是50—300，所以選擇MT4的內(nèi)錐主軸
c.軸的受力示意圖
d.軸最小的直徑的計算
dmin=A0√p/n=112×0.5/1500=29.23mm
所以軸的最小直徑為30mm
e.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖3.3.1—1所示：
圖3.3.1—1主軸結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I—II軸段右端需制出一軸肩，故取II—III段的直徑dII—III=35mm，左端用軸向擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=38mm。半聯(lián)軸器與軸配合的嗀孔長度L1=82mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故I—II段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取LI—II=78mm。
（4）初步選擇滾動軸承
因軸承同時受有徑向力和較小的軸向力，所以選擇深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)dII—III=40mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承6008，其尺寸為d×D×B=40mm×68mm×15mm，故LII—III=15mm。右端深溝球軸承采用軸肩進行定位，由手冊上查得6008型軸承的定位軸肩高度h=2.5mm，因此取dIII—IV=45mm
1>求比值
根據(jù)機械設(shè)計手冊表12-7可知：深溝球軸承的最大e 值為0.44，則此時，所以X=1,Y=0,。
2>初步計算當(dāng)量動載荷P
根據(jù)式
按照機械設(shè)計書表13-6可知：fp=1.0—1.2,取fp=1.2
則P=96000N，C=21500N。
根據(jù)式
，其中n=0.8rpm.，可知：=29705. 2（h）。
（5）內(nèi)錐軸段的設(shè)計
因轉(zhuǎn)子是中間空心的，根據(jù)工作需求，需要采用活動頂尖這樣的夾具，傘形頂針就可以達到這樣的效果，才能讓轉(zhuǎn)子隨著電機的運轉(zhuǎn)，從而同速運轉(zhuǎn)起來。為了配合傘形頂針，需采用內(nèi)錐螺紋的軸，Z4130 MT4/ZS41245帶螺紋主軸，主軸錐度為4號莫氏錐度，dIV—V=45mm，最高轉(zhuǎn)速為2500r/min
主要軸的設(shè)計，如 圖3.3.1—2所示:
圖3.3.1—2軸的裝配圖
（6）測試夾具的設(shè)計
根據(jù)工件的大小，選擇BC156—MT4的傘形頂針，傘形頂針與轉(zhuǎn)子配合階段具有鋸齒，這樣就能保證活動頂尖帶動轉(zhuǎn)子運動時，從而起到了防滑的作用，轉(zhuǎn)子和傘形頂針達到同電機達到同步轉(zhuǎn)速。傘形頂針的尺寸為A=88mm，B=12mm，C=108mm，D=156mm，D1=45mm，L=208mm，θ=70°。
傘形頂針如圖3.3.1—3所示：
圖3.3.1—3傘形頂針
（7）軸上零件的周向定位
彈性套柱銷聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按d I—II=30mmm由表6—1查得平鍵截面b×h=10mm×8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70mm，同時為了保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
兩深溝球軸承之間采用定位圈連接，定位圈也可以用來做緊固件，起到固定配件的作用。 定位圈詳細(xì)參數(shù)：材質(zhì)：S45C ，硬度：±48HRC，精密度：±0.02mm，耐溫系數(shù)：≤300℃，材質(zhì)保養(yǎng)：在模具停休期需噴灑防銹劑以保養(yǎng)模具配件，延長使用壽命。
（8）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑為R1.6
（9）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3.3.1—4。
圖3.3.1—4軸的計算簡圖
由此可知， 和力偶平衡由圖3.3.1—4可知：主軸受到兩個相同方向相同的力，則水平力,扭矩T=0 N.m。
軸受到彎矩的作用，彎矩為:
取I截面：則 M1=FNH1×X=FNH1X(0≤X≤142.93)
取Ⅱ截面：則 M2=FNH2×(367.93-X)(142.93≤X≤225)
由彎矩圖可知: 在深溝球軸承6009部分所受的力最大，則中間部分所深軸承溝球受力最大，此處為危險截面。當(dāng)X=142.93時最大，則M=13080 KN.mm。
則彎矩圖如圖3.3.1—5 所示
圖3.3.1—5 軸的彎矩圖
由 可知，d≥30，則只要軸的直徑大于等于30，軸就達到所需要的強度。
3. 3.3 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀氣動系統(tǒng)的設(shè)計
我國現(xiàn)有車床尾座工作原理如下：向后推動快速緊固手柄5，通過偏心軸及拉桿，可將尾座體4 夾緊在床身導(dǎo)軌上，擰緊螺母，可將尾座夾緊更可靠。尾座套筒2由平鍵導(dǎo)向，搖動手輪1，可使尾 座套筒2縱向移動，從而帶動頂尖前后運動，實現(xiàn)工件的頂緊和松開。如圖3.3.2—1：
圖3.3.2—1手動尾座
氣壓傳動與控制技術(shù)是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量與信號的傳遞，實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械 化，自動化的一門技術(shù)。它是流體傳動與控制學(xué)科的一個重要組成部分。氣動的優(yōu)點很多：
1）對于傳動形式而言，氣缸作為線性驅(qū)動器可在空間的任意位置組建它所需的運動軌跡，安裝 維護簡單。
2〕工作介質(zhì)是取之不盡，用之不竭的空氣，排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本很低。壓力等級 低，使用安全。
3〕氣缸動作速度一般為50?5000111178，比液壓和電氣方式的動作速度快，其間，通過單向節(jié)流 閥，可使氣缸速度無級調(diào)節(jié)。近代氣動技術(shù)發(fā)展，氣缸最低速度可在3 10111/8平行運動，高速可達310/8， 甚至高達1710/8，對于髙速氣缸必須設(shè)有效緩沖。
4)可靠性髙，使用壽命長。
5〕利用空氣的可壓縮性，可儲存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運動中 的高速響應(yīng)?？蓪崿F(xiàn)緩沖。對沖擊載荷和過載荷有較強的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動裝置有 保護能力。
6〕全氣動控制具有防火，防爆，耐潮的能力。與液壓方式比，氣動方式可在髙溫場合使用。
7〕由于空氣損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。
改進原理：由氣源產(chǎn)生的0.6MPa高壓氣體經(jīng)過氣動三聯(lián)件的過濾凈化，加潤滑油和降低噪音 后進入氣缸4，通過調(diào)壓閥控制其壓力，然后推動氣缸活塞桿2向后運動?；钊麠U通過聯(lián)動機構(gòu),連接板帶動絲杠9運動，而絲杠又帶動套筒5和頂尖6向前運動頂緊工件；加工結(jié) 束后，通過兩位四通電磁換向閥使氣缸活塞桿2向前運動，帶動頂尖6向后運動松開工件。
（如圖3.3.2—2知) 改進后的優(yōu)點：改進前，頂尖為手動機械轉(zhuǎn)動手輪，讓中心孔頂針向前移動頂緊工件，特別是對 于一些大批量細(xì)長軸的加工，由于長時間頻繁轉(zhuǎn)動手輪，工作強度很髙，而且頂針前進和后退速度很 慢，工作效率很低；采用氣動夾緊后，根據(jù)工件大小，尾座體7可以在導(dǎo)軌上移動到合適位置，然后 推動快速緊固手柄8，通過偏心軸及拉桿，可將尾座體7夾緊在床身導(dǎo)軌上，操作靈活自由。
然后只 要用腳輕踩氣動換向開關(guān)，則氣缸活塞桿向后伸出，通過聯(lián)動機構(gòu)使頂尖快速向前移動頂緊工件，壓 緊力為0.61^^足以頂緊工件。加工完成后，再踩動氣動換向開關(guān)，與前相反，頂尖松開工件。由 于氣缸使用了合理的行程，從而使夾緊及松開工件的時間大大縮短，提高了工作效率。同時將手動轉(zhuǎn) 動手輪式改為腳踏式大大減輕了工人的勞動強度。
圖3.3.2—2氣動尾座設(shè)計
3.3.4 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀測試 傳感系統(tǒng)的設(shè)計
一．十字工作臺總體設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求及相關(guān)的參考資料，工作臺臺身材料選用灰鑄鐵HT200,該材料價格便宜,而液態(tài)流動性好,減振能力強、動剛度大；容易進行切削加工，易斷屑。是目前此類零件應(yīng)用最多的材料。
確定本方案數(shù)控十字工作臺的基本結(jié)構(gòu)將由底座、滑動座和工作平臺（帶T形槽）組成，此三部分由下至上重疊布置在Y-X平面上，由Y軸和X軸上各自的數(shù)控驅(qū)動元件配合相應(yīng)傳動鏈可實現(xiàn)滑動座和工作平臺獨立運動。底座與滑動座，滑動座與工作平臺之間分別通過滾動導(dǎo)軌副和滾動絲桿副聯(lián)系。
底座相對滑動座和工作平臺固定不動，沿底座Y軸的方向上平行布置了兩組滾動導(dǎo)軌副和一組滾珠絲桿副，并在底座-Y軸方向的端部布置驅(qū)動元件。
滑動座聯(lián)接在底座的導(dǎo)軌上由絲桿帶動可沿Y軸運動。同時，在滑動座X軸的方向上平行布置了兩組滾動導(dǎo)軌副和一組滾珠絲桿副，并在滑動座-X軸方向的端部布置驅(qū)動元件。
工作平臺上沿X軸方向開有T形槽，方便固定支撐工件，其整體聯(lián)接在滑動座的導(dǎo)軌上由絲桿帶動可沿X軸運動。
二． 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與選型
1. 工作平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖如圖圖3.3.3-1所示。
圖3.3.3-1 工作平臺結(jié)構(gòu)簡圖
2. 滑塊座結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖如圖3.3.3-2所示。
圖3.3.3-2 滑動座結(jié)構(gòu)設(shè)計總圖
3. X、Y向滾動導(dǎo)軌副選擇:
根據(jù)數(shù)控工作臺的整體結(jié)構(gòu)以及工作平臺的尺寸，確定X軸滾動導(dǎo)軌副形式為臥式導(dǎo)軌,導(dǎo)軌軸移動。雙列平行導(dǎo)軌各帶2個滑塊，即工作平臺和滑動臺分別與4個滑動導(dǎo)軌塊連接并受其支撐。確定Y軸滾動導(dǎo)軌副形式為臥式導(dǎo)軌，滑塊座移動。雙列平行導(dǎo)軌各帶2個滑塊，即滑動臺和底座分別與4個滑動導(dǎo)軌塊連接并受其支撐。根據(jù)工程力學(xué)原理：
X向?qū)к壐笨傒d荷WX= 工件重量+工作平臺重量+Z向切削負(fù)載
（工件重量為150Kg，工作平臺重量為200Kg（HT200密度為7.0g*cm3）,Z向切削負(fù)載為1000N）
WX= 1.5+2+1=4.5KN
兩導(dǎo)軌間中心距300㎜，滑塊座間距250㎜。
通過計算可得單個滑塊上的最大載荷為3.4KN
Y向?qū)к壐笨傒d荷WY= 工件重量+工作平臺重量+Z向切削負(fù)載+滑動座重量
（滑動座重量為100Kg）
WY= 1.5+2+1+1=5.5KN
兩導(dǎo)軌間中心距300㎜，滑塊座間距350㎜。
通過計算可得單個滑塊上的最大載荷為5.2KN。
由以上計算結(jié)果并參考廠家的技術(shù)資料，選用南京工藝裝備裝備制造廠的GGBT25AB型滾動導(dǎo)軌副（帶2個滑塊）。其主要技術(shù)參數(shù)：額定動載C為17.7KN；額定靜載C0為22.6KN；單根最大長度2000mm。
滾動導(dǎo)軌副額定壽命計算：
由式
式中fh、ft、fa均為1，fc為0.81，fw按1.2，
計算得 X向：L=176KM。Y向 ： L=115KM。因計算結(jié)果大于50KM，導(dǎo)軌副滿足使用要求。
X向移動導(dǎo)軌副的型號確定為GGBT25AB2-P1-2X850-3。
Y向移動導(dǎo)軌副的型號確定為GGBT25AB2-P1-2X800-3
4 滾珠絲桿螺母副的計算和選型
因在工作臺X向和Y向上各有一滾珠螺母絲桿副，受力大小略有差別，首先對滑動臺上的絲桿副進行計算，以下為具體技術(shù)參數(shù)的計算過程：
4.1X向進給絲桿
1）進給率引力Fm：
Fm= FX+ f＇(Fz+FY+G)
式中 f＇——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，因是滾動導(dǎo)軌取0.0035；
G——工作平臺及工件重量，按3500N
得 Fm = 2000 + 0.0035(1000 + 2000 + 3500)
= 2022.25 N
2）最大動負(fù)載C
由以下計算式：
式中 ——滾珠絲桿導(dǎo)程，初選6mm；
——最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的~，已知最高進給速度為0.3m/min；
——使用壽命，按數(shù)控機床15000h；
——運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取fw=1.3；
——壽命以轉(zhuǎn)為1單位。
得 n=1000*VS/L0=1000*0.3*0.5/5=30r/min
L=60*n*T/106=60*30*15000/106=27
=3*1.3*2022.25=7886.775 N
1)、 滾珠絲桿螺母副的選型
為使得數(shù)控工作臺的結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)產(chǎn)品資料，選用FFZD3005-3型內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲桿副，循環(huán)圈數(shù)3圈，其額定動負(fù)載為10.6KN，選定精度等級3級。
2)、 傳動效率計算
按式
式中 ——螺旋升角，選定的絲桿副為
——摩擦角取，滾動摩擦系數(shù)0.003~0.004；
3)、 剛度驗算
如圖3.3.3-3X所示的X向進給滾珠絲桿支承方式簡圖。
圖3.3.3-3X向進給滾珠絲桿支承方式
已知最大牽引力為2022.25N。支承間距L=815mm絲桿螺母及螺母均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的。
A 絲桿的拉伸或壓縮變形量
根據(jù)Fm=2022.25N，D0=25mm，查“滾珠絲桿軸向拉伸壓縮變形圖”得 δ1=δL/L0=3.0*10-5 ，可算出：
δ1=δL/L0*815=3.0*10-5*815=0.02445（mm）
由于絲桿進行了預(yù)拉伸，其抗壓強度可以提高4倍。其實際變形量為： δ’1=1/4＊0.195=0.61125*10-2（mm）
B 滾珠與螺紋滾道間接觸變形
由產(chǎn)品的資料查得，其剛度KC=657，已知Fm=2026.25N，
計算得 =3.0
因進行了預(yù)緊 ’=1/2＊3.0=0.0015mm
C 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形
采用7206型向心推力球軸承配對使用，d1=30mm，滾動體直徑 DQ=7.4mm，滾動體數(shù)量z=10，
=0.002/sinａ /sin2a
= 0.0196(mm)
因施加預(yù)緊力，故δ3=1/2=0.0098mm
根據(jù)以上計算：
δ=δ1+δ2+δ3=0.006+0.0015+0.098
=0.0119<定位精度(0.02)
4)、 穩(wěn)定性校核
FK=fzπ2 EI/l2=4.0*3.143*20.6*106*2.154/64*81.52=12.82KN
E—絲桿彈性模量，對鋼Ｅ＝20.6*106(N/cm)
I－截面慣性矩,I=πd4/64
FK/FM=12.82/2.2=5.8
因大于穩(wěn)定性安全系數(shù)2.5~4.所以不存在失穩(wěn)的危險.
4.2Y向進給絲桿
1)、 進給率引力Fm：
Fm= Fx+ f＇(Fz+Fy+G+G1)
式中 f＇——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，因是滾動導(dǎo)軌取0.0035；
G——工作平臺及工件重量，按3500N
G1——滑動座的重量，按1000N
得 Fm = 2000 + 0.0035(1000 + 2000 + 3500+1000)
= 2029.75 N
2)、 最大動負(fù)載C
由前述數(shù)據(jù)得 n=1000*VS/L0=1000*0.3*0.5/5=30r/min
L=60*n*T/106=60*30*15000/106=27
=3*1.3*2029.75=7916
3)、 滾珠絲桿螺母副的選型
??選用FFZD2505-3型內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲桿副可以滿足要求，其循環(huán)圈數(shù)3圈，額定動負(fù)載為10.2KN，選定精度等級3級。
4)、 傳動效率計算
5)、 剛度驗算
如圖3.3.3-4 所示的縱向（Y向）進給滾珠絲桿支承方式簡圖。
圖3.3.3-4 縱向（Y向）進給滾珠絲桿支承方式
通過對Y向進給絲桿最大動負(fù)載的計算，得到的結(jié)果與X向進給絲桿的值很接近，因此選用與X向絲桿一致的型號，并且由于支承方式和預(yù)縮要求也相同，所以無需再進行剛度驗算。
3.4 本章小結(jié)
本章講述了鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀設(shè)計方案和具體設(shè)計，同時明確了怎么樣合理的設(shè)計轉(zhuǎn)子測試儀，達到最好的檢測效果。 圖3.4為鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀機械部分總體設(shè)計圖
圖3.4 轉(zhuǎn)子測試儀機械部分裝配圖
第四章 鑄鋁轉(zhuǎn)子測試儀運行控制系統(tǒng)設(shè)計
運行控制系統(tǒng)通過對變頻電機的控制實現(xiàn)減速器運行工況的模擬：控制加載電機的反向轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)減速器負(fù)荷的模擬，采用電機轉(zhuǎn)矩直接矢量控制，以提高轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性和精確性；采用共直流母線的方式實現(xiàn)能量的回饋；以測試控制臺的旋鈕實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和負(fù)荷的遠(yuǎn)程控制。按照測試對象不同，運行控制系統(tǒng)為偏航減速器運行控制系統(tǒng)。
4. 1 變頻調(diào)速基本概念
三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為 試中：為電動機同步轉(zhuǎn)速，p為極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f1為供電頻率。
從上試中得知，改變供電電壓的頻率可以實現(xiàn)對交流電動機的速度控制，這就是變頻調(diào)速?，F(xiàn)在變頻器在電氣自動化控制系統(tǒng)中的使用越來越廣泛，這得益于變頻調(diào)速性能的提高和變頻器價格的大幅度的降低。
實現(xiàn)變頻調(diào)速的關(guān)鍵因素有兩點：一是大功率開關(guān)器件。雖然早就知道變頻調(diào)速是交流調(diào)速中最好的方法，但受限于大功率電力電子器件的實用化問題，變頻調(diào)速直到20世紀(jì)80年代才取得了長足的發(fā)展。二是微處理器的發(fā)展加上變頻控制方式的深入研究使得變頻控制技術(shù)實現(xiàn)了高性能、
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