3586 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3586 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),微動(dòng),跳躍,彈性,開(kāi)關(guān),動(dòng)態(tài),特性,測(cè)試儀,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 王添躍 院系 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí) 機(jī)械 08-13 班指導(dǎo)教師姓名 陳佳瑩 職稱 講師 從事專業(yè) 機(jī)械電子工程 是否外聘 □是□否題目名稱 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的、意義1、設(shè)計(jì)意義：近年來(lái)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)試儀的結(jié)合，強(qiáng)烈要求分析設(shè)計(jì)內(nèi)容的完善、目標(biāo)最優(yōu)化，使測(cè)試儀檢測(cè)高速化，并且具有高可靠性和良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此研究高精度、高質(zhì)量、自動(dòng)化程度高、安全可靠的測(cè)試儀具有重要的實(shí)現(xiàn)意義。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)關(guān)測(cè)試儀的生產(chǎn)廠家逐漸增多，設(shè)備數(shù)量日趨龐大，著重開(kāi)發(fā)各類開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的研究。世界檢測(cè)業(yè)正向網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試儀器發(fā)展。2、設(shè)計(jì)目的：1）理解微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀工作原理，組成結(jié)構(gòu)以及工作流程2）完成微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使學(xué)生理解并掌握一般航天機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程掌握對(duì)航天機(jī)械關(guān)鍵零部件的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度校核方法二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）1、設(shè)計(jì)內(nèi)容微動(dòng)彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀用于檢測(cè)電冰箱溫控器及各種控溫機(jī)構(gòu)中微動(dòng)彈性開(kāi)關(guān)的力-位移特性，從而評(píng)定這批開(kāi)關(guān)的質(zhì)量。課題的主要內(nèi)容是對(duì)一微動(dòng)彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括總體設(shè)計(jì)方案，領(lǐng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及精度校驗(yàn)和剛度校核。2、技術(shù)要求1. 設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性；2. 主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)性、合理性；3. 設(shè)計(jì)的工藝性，裝配的可行性，主要裝配精度的合理性，主要參數(shù)的可檢查性。三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果（一）計(jì)算說(shuō)明部分設(shè)計(jì)說(shuō)明書字?jǐn)?shù)在 1.5 萬(wàn)字以上（說(shuō)明書一式 2 份）。（二）圖紙部分1、微動(dòng)開(kāi)關(guān)測(cè)試儀的總體設(shè)計(jì) 0 號(hào)一張；2、微動(dòng)彈性開(kāi)關(guān)測(cè)試儀的底座 1 號(hào)一張；3、電路圖 0 號(hào)一張；4、零件圖 3 號(hào)八張。四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排? 2012.2.28-2012.3.7 收集資料，查閱文獻(xiàn)，撰寫開(kāi)題報(bào)告，翻譯英文文獻(xiàn)；? 2012.3.8-2012.4.3 確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)架；? 2012.4.4-2012.4.17 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研制；? 2012.4.18-2012.4.30 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；? 2012.5.1-2012.5.14 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；? 2012.5.15-2012.6.5 繪制、修改總體結(jié)構(gòu)裝配圖及零件工作圖；? 2012.6.6-2012.6.17 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，整理材料，準(zhǔn)備答辯 五、主要參考資料[1]秦紅磊、李曉白、季云建、王偉斌。微動(dòng)開(kāi)關(guān)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] ， 《測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)》19（1）2005[2]俞宗源，李堅(jiān)石。微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程的仿真與參數(shù)設(shè)計(jì)[J]. 《機(jī)電元件》.15(1).1995[3]王連明 .《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》[J].一重技術(shù)，1997 （3）:15-19[4]陳鐵鳴 .王連明.《機(jī)械設(shè)計(jì) 》[J].一重技術(shù)，1999 （2）:48-51.[5]張瀘光 .中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本 [J]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002[6]茹詩(shī)松 .回歸分析及其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) [J]一重技術(shù) 1996六、備注指導(dǎo)教師簽字：年 月 日系主任簽字： 年 月 日本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-13 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeFretting jump flexible switching dynamic test instrument design Candidate： Specialty：Construction MachineryClass： Supervisor:2012-06·I摘 要測(cè)試儀裝置是為了能夠?qū)ξ?dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行檢驗(yàn)的平臺(tái)，進(jìn)而來(lái)提高開(kāi)關(guān)的性能，保證其質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，也是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的基本要求?；跈z測(cè)儀設(shè)計(jì)的理論，根據(jù)已有檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工作原理，即電動(dòng)機(jī)作為工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，將其主軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)經(jīng)帶輪，圓柱導(dǎo)軌變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)產(chǎn)生一作用力，傳給傳感器，由傳感器記錄。對(duì)測(cè)試儀的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，確定測(cè)試儀裝置的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)，從而給出了微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，論述了微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，闡述了微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)原理。本文主要論述了測(cè)試儀的測(cè)試過(guò)程，其主要包括測(cè)試儀的主要結(jié)構(gòu)和儀器的組成，檢測(cè)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的力傳感器和位移特性。通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)而提高儀器的性能，保證儀器的工作質(zhì)量，這也是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的基本要求。關(guān)鍵詞：測(cè)試儀；動(dòng)態(tài)；傳感器；結(jié)構(gòu)；微動(dòng)IIABSTRACTTester device is in order to be able to micro-switches the dynamic characteristics of the test platform, and then switch to improve performance, guarantee its quality, raise labor productivity, as well as modern detection techniques basic requirements. Detector design based on the theory that, on the basis of the detector structure and design experience and the work principle that the electrical work as the power source, its spindle rotary dynamic drive pulley, cylindrical guide into reciprocating linear motion. and at the same time produce a force, transmission sensors, recorded by the sensor. Tester of the kinetic parameters for analysis, the tester device structure and technical parameters, which gives a micro-switch tester dynamic characteristics of the bulk structure design. According to the test instrument design case will, of fretting Switch Tester dynamic characteristics of structural design, Fretting expounded jump flexible switching dynamic characteristics tester principle of the structure. This paper mainly discusses the tester testing process, including its main tester of the main structural components and equipment, Detection Switch jump flexibility and displacement sensor characteristics. Through the design of equipment to further enhance the performance of the equipment to ensure the quality of their work, this is also a modern detection techniques basic requirements. Key words：Tester; Dynamic; Sensor; Structure; Fretting目 錄摘要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IABSTRACT ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II第 1 章 緒論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 論文研究的背景及意義 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 研究現(xiàn)狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.3 本論文研究的主要內(nèi)容 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4第 2 章 測(cè)試原理及測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)架 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1 測(cè)試原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1.1 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)工作過(guò)程分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1.2 測(cè)試參數(shù)的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2 測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)架 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2.1 懸臂梁壓力式傳感器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2.2 測(cè)試平臺(tái)的機(jī)械構(gòu)架 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72.3 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8第 3 章 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.1 測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2.1 步進(jìn)電機(jī)的控制原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2.2 測(cè)試儀器的硬件連接 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????113.3 測(cè)試儀器的組成和位移的完成 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????113.4 測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123.5 試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.6 試系統(tǒng)控制程序 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.7 本章小結(jié) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13第 4 章 測(cè)試儀的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)規(guī)格的選取 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????144.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????144.3 聯(lián)軸器的選用 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164.5 芯軸的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184.6 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18第 5 章 主要領(lǐng)部件的設(shè)計(jì)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????195.1 軸承的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????195.2 鍵連接的設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????195.3 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20結(jié)論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22致謝 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????241.第 1 章 緒 論1.1 論文研究的背景及意義目前對(duì)微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試技術(shù)，國(guó)內(nèi)很少有人研究，尚未形成具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整套技術(shù)理論，在實(shí)際生產(chǎn)中要制造出合格的微動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)除了利用從國(guó)外引進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備（未提供檢測(cè)技術(shù)）進(jìn)行檢測(cè)，在很大程度上還要依靠專家的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)格的工藝制度保證，不僅沒(méi)有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)也影響了生產(chǎn)效率。因此通過(guò)對(duì)本課題的研究，研制出完整的微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析來(lái)評(píng)定微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的質(zhì)量，為微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化，并建立自己的質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)；此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加工工藝水平也不斷提高，對(duì)彈性元件的應(yīng)用日益廣泛，質(zhì)量要求也不斷提高，而我國(guó)的工藝生產(chǎn)水平十分落后，彈性元件的生產(chǎn)質(zhì)量較國(guó)外有著很大的差距。隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試儀已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺少的基礎(chǔ)，在汽車、船舶、航天航空、開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)關(guān)測(cè)試儀的生產(chǎn)廠家逐漸增多，設(shè)備數(shù)量日趨龐大，著重開(kāi)發(fā)各類開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試。世界檢測(cè)業(yè)正像網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試儀器發(fā)展。現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)和改造自然的重要手段，也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。隨著檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，測(cè)試儀器必將在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)生革命性的變化，21 世紀(jì)的儀器概念將會(huì)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)概念。以 PC 機(jī)或工作站為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)成實(shí)用的測(cè)控系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率，共享資源，將成為儀器技術(shù)發(fā)展的方向，網(wǎng)絡(luò)化儀器將是今后測(cè)試儀器發(fā)展的必然。正是由于人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到科學(xué)儀器的重要作用和地位,美、日、歐共體等發(fā)達(dá)國(guó)家均把科學(xué)儀器列為國(guó)家重點(diǎn)支持的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)的科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,技術(shù)差距越來(lái)越大,主要產(chǎn)品市場(chǎng)都被外商占領(lǐng),形勢(shì)極為嚴(yán)重。1.2 研究現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)測(cè)試在國(guó)際學(xué)術(shù)組織:國(guó)際計(jì)量局(BIPM)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC ),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)聯(lián)合制定的《國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本名詞》中的定義為:量的瞬時(shí)值以及它隨時(shí)間而變化的值的確定。換言之，它指的是被測(cè)之量為變量的連續(xù)側(cè)量過(guò)程。在動(dòng)態(tài)測(cè)試中，測(cè)量過(guò)程處于不斷變化狀態(tài)，引起動(dòng)測(cè)試誤差的因素比靜態(tài)測(cè)量2更多、更復(fù)雜，這就與傳統(tǒng)的被測(cè)之量為常量的靜態(tài)測(cè)試有所不同，即以往適用于靜態(tài)測(cè)試的成套經(jīng)典數(shù)據(jù)處理方法及測(cè)試誤差分析與估算方法，不完全適用于動(dòng)態(tài)測(cè)試。在動(dòng)態(tài)測(cè)試中，要考慮到被測(cè)變量的變化規(guī)律及特點(diǎn)、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性(與測(cè)試速度、加速度、慣性、阻尼，以及沖擊、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)因素有關(guān))、以及外界擾動(dòng)(包括環(huán)境條件的變動(dòng)、干擾、噪聲等種種因素)等影響。動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)表現(xiàn)為測(cè)試時(shí)間的函數(shù)，一般由三部分組成:被測(cè)變量、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的基本特點(diǎn)首先是由其定義所決定的，動(dòng)態(tài)測(cè)試所測(cè)量的是隨測(cè)試時(shí)間而變化的量，盡管被測(cè)量本身未必都是時(shí)間的某種函數(shù)，但其總是表現(xiàn)為隨測(cè)試時(shí)間而變化的某種函數(shù)，可簡(jiǎn)稱為時(shí)變性。由于測(cè)試過(guò)程中難免存在隨機(jī)誤差或千擾噪聲等，因而動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)也象常量的靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)一樣具有隨機(jī)性，可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的另一基本特點(diǎn)是既含有確定性變化部分，又含有隨機(jī)性變化部分，即總是表現(xiàn)為測(cè)試時(shí)間的隨機(jī)函數(shù)，即隨機(jī)過(guò)程，可簡(jiǎn)稱之為隨機(jī)性。相鄰時(shí)間的信號(hào)之間具有統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，正是這種相關(guān)性才是動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)所具有的一種基本特性，而靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)之間則應(yīng)是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立或不相關(guān)的。由于動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試被測(cè)變量過(guò)程中，處于不斷變化的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需用微分方程來(lái)描述動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的輸入被測(cè)變量，與其輸出即顯示的動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，或以其離散化的差分方程，或以系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)方程等形式來(lái)描述，以反映出其動(dòng)態(tài)特性。綜上所述，動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)具有上述的時(shí)變性、隨機(jī)性、相關(guān)性基本特點(diǎn)。這些特性集中在一起就構(gòu)成了它的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理的基本任務(wù)為:1)確定合乎實(shí)際的動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)及其測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)模型；2)合理規(guī)定動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差的評(píng)定指標(biāo)，且要求能較全面而客觀地反映其方面特性；3)識(shí)別并提取動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)中的各項(xiàng)非周期和周期的確定性變化成分，并擬出其 適用性判別或顯著性檢驗(yàn)的驗(yàn)證方法；4)從所提取的確定性成分中借助實(shí)驗(yàn)測(cè)定或輔以數(shù)據(jù)處理，盡量分離出測(cè)試的系統(tǒng)誤差；5)表述與分解動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)中的隨機(jī)性成分，盡量通過(guò)分解而分離或抑制測(cè)試的 3隨機(jī)誤差，并有助于分析其起因。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通常動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理宜分為三個(gè)階段:預(yù)處理;成分與結(jié)果表示。主要處理階段是成分分離。它可劃分為兩部分:識(shí)別、提取確定性成分和表述、分解隨機(jī)性成分。至于采用的具體處理方法，則取決于動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理的實(shí)際要求及設(shè)定的數(shù)學(xué)模型。以識(shí)別、提取確定性成分為主的處理方法可分為兩類:以解析式或多項(xiàng)式擬合的方法和以函數(shù)值序列表示的濾波或平滑方法，分別簡(jiǎn)稱擬合法和濾波法。表述、分解隨機(jī)性成分的方法也有多種，司一歸納為兩個(gè)方面:在時(shí)域上的相關(guān)分析和在頻域上的譜分析。人們借助測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)表現(xiàn)事物不斷運(yùn)動(dòng)著的物理信號(hào)，通過(guò)分析和處理獲取事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)信息及其量值。隨著現(xiàn)代科學(xué)和社會(huì)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，隨著快速傅立葉變換(FFT)理論的產(chǎn)生，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)分析和處理的高速器件的生產(chǎn)及其算法的不斷完善，已建立了較為成熟的動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)碚摵蛻?yīng)用技術(shù)?，F(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)是應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，研究動(dòng)態(tài)信號(hào)采集、變換、傳輸和實(shí)時(shí)處理的技術(shù)學(xué)科。它結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)等技術(shù)學(xué)科并應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試過(guò)程。現(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)比較有很大不同。傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)局限與簡(jiǎn)單的測(cè)量比較，而現(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)通常以微型計(jì)算機(jī)為核心構(gòu)成數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)，由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備組成。它帶來(lái)的變革主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1、傳統(tǒng)測(cè)量的目的局限于以測(cè)量系統(tǒng)的輸出量來(lái)評(píng)價(jià)被測(cè)量，而動(dòng)態(tài)測(cè)試于傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量不同，它測(cè)量的是隨時(shí)間不斷變化的量，重點(diǎn)研究測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；2、動(dòng)態(tài)測(cè)試不同于傳統(tǒng)測(cè)試中輸出與輸入量之間簡(jiǎn)單的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)態(tài)測(cè)試中要求輸出信號(hào)的波形可以不失真的復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的波形；3、現(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的目的是要解決測(cè)試系統(tǒng)工作過(guò)程中遇到的具體技術(shù)問(wèn)題，如信號(hào)的獲取、處理與分析、信號(hào)的顯示與記錄等及它們之間的禍合關(guān)系。4、現(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜性決定其組成之后動(dòng)態(tài)性能未必符合預(yù)先提出的要求，但是這種“缺陷”可以通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究及應(yīng)用適當(dāng)?shù)臑V波器等手段改進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性來(lái)彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的靈活性。 4現(xiàn)代測(cè)試平臺(tái)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的研究，即以虛擬儀器技術(shù)為軟件核心，針對(duì)硬件測(cè)試對(duì)象:振動(dòng)臺(tái)，利用一系列的必要硬件工具，結(jié)合動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)碚?，建立起一套完整的?dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，并利用這一系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)的采集與分析處理。該動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容主要為振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試，希望通過(guò)利用虛擬儀器技術(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域上的動(dòng)態(tài)測(cè)試及分析，從而得到所需要的信息。 1.3 本論文研究的主要內(nèi)容本文主要論述了測(cè)試儀的測(cè)試過(guò)程，其主要包括測(cè)試儀的主要結(jié)構(gòu)和儀器的組成，檢測(cè)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的力傳感器和位移特性。通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)而提高儀器的性能，保證儀器的工作質(zhì)量，這也是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的基本要求。5第 2 章 測(cè)試原理及測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)架2.1 測(cè)試原理2.1.1 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)工作過(guò)程分析本課題測(cè)試的為微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性。其中，微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)由弓簧系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括：舌片、弓簧、動(dòng)簧片、動(dòng)觸頭和靜觸頭五個(gè)部分，如圖 2-1 所示。其工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下，當(dāng)制冷家用電器內(nèi)部溫度升高時(shí)，波紋管內(nèi)所充滿的飽和蒸汽壓力變大，使波紋管產(chǎn)生變形位移，推動(dòng)推桿移動(dòng)，推桿的運(yùn)動(dòng)使舌片產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)弓簧也被向內(nèi)側(cè)的壓縮而增大其反力，當(dāng)弓簧的兩個(gè)支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到動(dòng)簧片的平面內(nèi)時(shí)，弓簧變形最大，弓簧處于一個(gè)極不穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)推桿再有極微量運(yùn)動(dòng)時(shí)，弓簧立即翻轉(zhuǎn)（此時(shí)推桿所受彈力迅速減小） ，拉動(dòng)動(dòng)簧片運(yùn)動(dòng)并與靜簧片接觸，此時(shí)電路接通，壓縮機(jī)開(kāi)始工作，降低制冷家用電器內(nèi)部溫度，使其達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度，由此可知溫度與跳變點(diǎn)的力值相對(duì)應(yīng)，跳變點(diǎn)的力值即為測(cè)試與分析的重點(diǎn)；當(dāng)內(nèi)部溫度降低時(shí)，波紋管內(nèi)飽和蒸汽壓力變小，波紋管產(chǎn)生反向變形位移，拉動(dòng)推桿后移，舌片變形減小逐漸返回原狀態(tài)，當(dāng)弓簧的兩個(gè)支點(diǎn)再次處于靜觸頭所確定的動(dòng)簧片平面內(nèi)時(shí)，又翻回到原狀態(tài)（此時(shí)推桿所受彈力迅速增大） ，使動(dòng)觸點(diǎn)離開(kāi)靜觸點(diǎn)，其工作過(guò)程示意圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)示意圖2.1.2 測(cè)試參數(shù)的確定在本課題中，微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性是指微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)在工作過(guò)程6中，位移與彈性應(yīng)力的關(guān)系。因此本課題所要設(shè)計(jì)并研制的壓力式溫控器開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的目的就是要獲得輸入的位移信號(hào)和相應(yīng)位移所產(chǎn)生的彈性應(yīng)力信號(hào)。測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試及精度要求為：（1） 測(cè)力的量程為 1000gf（10N） ，測(cè)力的分辨值為 1gf（0.01N） ，測(cè)力精度為 1%；（2） 位移的最小分辨值為 0.01mm。2.2 測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)架測(cè)試微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性，我們需要獲得表征其動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)，即力信號(hào)和位移信號(hào)。測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試過(guò)程就是模擬制冷家用電器中微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程，即逐步對(duì)微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)施加位移信號(hào)觀察其產(chǎn)生的力信號(hào)。由于預(yù)設(shè)溫度與跳變點(diǎn)的力值對(duì)應(yīng)，所以跳變點(diǎn)力值的測(cè)量精度可反應(yīng)出被測(cè)開(kāi)關(guān)在溫控器中的控溫精度，所以在動(dòng)態(tài)特性測(cè)試過(guò)程中，主要的被測(cè)參數(shù)是微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的力信號(hào)。為了獲取所需要的力信號(hào)和位移信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)中的主要測(cè)量器件是用于測(cè)量力信號(hào)的壓力式傳感器和用于提供位移信號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。2.2.1 懸臂梁壓力式傳感器壓力傳感器的種類繁多，主要有電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器。其中應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，因?yàn)樗哂休^低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。壓阻式壓力傳感器的傳感器件是電阻應(yīng)變片，它是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。使用時(shí)將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。圖 2.2 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變片電阻值的變化可由公式（2.1）得到：7（2.1）式中 R ——電阻應(yīng)變片的電阻值（Ω） ；ρ ——電阻應(yīng)變片的電阻率（ Ωm） ；L ——電阻應(yīng)變片的長(zhǎng)度（m） ；S ——電阻應(yīng)變片的截面積（m2）通過(guò)比較分析各種壓力式傳感器的性能和特點(diǎn)，我們根據(jù)本課題所需要的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和精度要求，訂制了懸臂梁壓阻式壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。其中，圖 2-3-a)為其正視圖，圖 2-2-b)為其左視圖。圖 2.3 懸臂梁壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖該傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：量程為 10N；精度為 0.077%；非線性為 0.08%FS。2.2.2 測(cè)試平臺(tái)的機(jī)械構(gòu)架為了使測(cè)試系統(tǒng)的每個(gè)器件正常工作，我們需要設(shè)計(jì)并制作測(cè)試平臺(tái)將各個(gè)器件搭建在一起，測(cè)試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。圖 2.4 測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖測(cè)試平臺(tái)主要由底座、傳感器支架、測(cè)桿、卡具及固定在平臺(tái)上的傳感器、步8進(jìn)電機(jī)和工作臺(tái)組成。其中，工作臺(tái)使用南京工藝裝備制造廠生產(chǎn)的 DZH50-P 型精密工作臺(tái)，它是一個(gè)以絲杠作為傳動(dòng)件的直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，絲杠的導(dǎo)程為 4mm，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，絲杠前后移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的位移，若步進(jìn)電機(jī)工作在半步方式，則工作臺(tái)的最小位移量 s 可由式（2.2）求出：s=2mm式中 l——絲杠的導(dǎo)程（mm） ；s——步進(jìn)位移量（mm） 。由上述計(jì)算可得，工作臺(tái)的位移進(jìn)給量滿足測(cè)試系統(tǒng)的位移分辨力要求。測(cè)試系統(tǒng)機(jī)械平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題敘述如下：(1) 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，為保證測(cè)試系統(tǒng)具有抗震性，以減小測(cè)試時(shí)的干擾，平臺(tái)底座材料是 45 號(hào)鋼并具有一定的厚度，使其具有良好的抗震性；(2) 由于測(cè)力最大值為 10N（較小） ，平臺(tái)的測(cè)桿、支架和卡具使用合金鋁材料即可滿足剛度和強(qiáng)度要求，同時(shí)也減小了步進(jìn)電機(jī)的載荷；(3) 為避免浪費(fèi)材料，支架和底座分別加工并采用螺紋連接，螺紋的設(shè)計(jì)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；(4) 為保證測(cè)試過(guò)程能真實(shí)地模擬實(shí)際工作過(guò)程，測(cè)頭使用了壓力式溫控器中的原件測(cè)頭；(5) 電機(jī)安裝時(shí)用電機(jī)前端蓋安裝止口定位，采取公差配合，保證了電機(jī)軸與負(fù)載軸的同心度。測(cè)試平臺(tái)工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工作臺(tái)前后移動(dòng)，測(cè)頭與測(cè)試件相互作用并使測(cè)試件發(fā)生彈性變形，產(chǎn)生的彈力可通過(guò)傳感器測(cè)出。所以此測(cè)試平臺(tái)可以提供測(cè)試所需要的位移信號(hào)和力信號(hào)2.3 本章小結(jié)本章分析了微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程，得出了測(cè)試其動(dòng)態(tài)特性所需要的兩個(gè)參數(shù)力和位移；本章介紹了測(cè)試其動(dòng)態(tài)特性所需要的測(cè)量器件傳感器和步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)，并選擇了適合本課題設(shè)計(jì)需要的相應(yīng)器件；本章介紹了測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程和注意事項(xiàng)。9第 3 章 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制3.1 測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)基于 PC 機(jī)的微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 測(cè)試系統(tǒng)框圖測(cè)試系統(tǒng)的工作過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)并運(yùn)行所編制的控制軟件，接通步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、濾波電路及傳感器的電源?？刂栖浖褂?jì)算機(jī)通過(guò) ISA 接口控制步進(jìn)電機(jī)控制卡輸出步進(jìn)電機(jī)工作所需要的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)，這兩路信號(hào)再通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)工作并帶動(dòng)工作臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)安裝在工作臺(tái)上的壓力式溫控器開(kāi)關(guān)與壓力式傳感器的測(cè)頭接觸并相互作用時(shí)，壓力傳感器將開(kāi)關(guān)件的彈力值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)過(guò)放大電路和濾波電路輸入到 A/D 采集卡，再通過(guò) ISA 接口傳送給計(jì)算機(jī)，此時(shí)控制軟件開(kāi)始記錄位移值和力值。當(dāng)壓力式溫控器開(kāi)關(guān)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)后，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)壓力式溫控器開(kāi)關(guān)與傳感器測(cè)頭脫離時(shí)，停止記錄數(shù)據(jù)。利用控制軟件所記錄的數(shù)據(jù)可以畫出壓力式溫控器開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中的動(dòng)態(tài)曲線（力和位移的關(guān)系曲線） ，并進(jìn)一步分析其動(dòng)態(tài)特性。3.2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的控制原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電元件。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)每輸入一相控制信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部會(huì)有相應(yīng)的繞組通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，利用其定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。步進(jìn)電機(jī)不能直接接到普10通的交直流電源上工作，必須使用專用設(shè)備—步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。因此，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)可包括三部分：脈沖信號(hào)源、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。圖 3.2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，脈沖頻率決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的步距角數(shù)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器要求的脈沖信號(hào)一般為 TTL 電平兼容的方波信號(hào)，而步距角選擇和電機(jī)使能信號(hào)為 TTL 電平信號(hào)。用普通脈沖頻率發(fā)生器可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度控制，但它不能精確控制所輸出的脈沖數(shù)，也就不能精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的需要，我們使用嘉志 6020 系列全數(shù)字步進(jìn)電機(jī)控制卡作為控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)源。嘉志 6020 步進(jìn)電機(jī)控制卡采用 ISA 總線與 PC 機(jī)通信，脈沖頻率最高可達(dá) 200 000Hz，高電平為 4.5-5V，驅(qū)動(dòng)電流最大為 50mA。在安裝控制卡前，要正確設(shè)置好板地址和板上跳線，6020 控制卡的默認(rèn)板地址為 300H，占用 300H-30FH 的 PC 機(jī) IO 地址，在設(shè)置板地址時(shí)要參考 PC 機(jī) IO 地址圖，利用其中的空閑部分，并注意不要與其它板卡的地址相沖突。6020 控制卡通過(guò)板卡上的跳線設(shè)置可有兩種脈沖輸出方式：CW（正轉(zhuǎn)）+CCW（反轉(zhuǎn)）或 CW（正轉(zhuǎn)）+方向控制信號(hào)。若設(shè)為前者，則當(dāng)方向信號(hào)為高電平時(shí)，CW 信號(hào)端有脈沖輸出，CCW 信號(hào)端無(wú)脈沖輸出；當(dāng)方向信號(hào)為低電平時(shí)，CW 信號(hào)端無(wú)脈沖輸出，CCW 信號(hào)端有脈沖輸出。若設(shè)為后者，無(wú)論方向信號(hào)為高電平還是低電平，CW 信號(hào)端均有脈沖輸出，而 CCW 信號(hào)端均無(wú)脈沖輸出。根據(jù)后續(xù)所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的需要，我們讓 6020 控制卡以 CW+方向控制信號(hào)方式輸出控制脈沖。113.2.2 測(cè)試儀器的硬件連接圖 3.3 儀器的硬件連接圖儀器的硬件聯(lián)接如圖 3.3 所示微處理器發(fā)出脈沖信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器和功率放大后輸洽步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)千分螺桿驅(qū)動(dòng)被測(cè)開(kāi)關(guān)，并將力信號(hào)傳給力平衡傳感器。傳感器的輸出經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器處理后輸給微處理器。步進(jìn)電機(jī)、傳感器、千分螺桿、測(cè)桿共同組成儀器的測(cè)試臺(tái)，被測(cè)開(kāi)關(guān)盒置千分螺桿的螺毋(工作臺(tái))上，螺桿只轉(zhuǎn)動(dòng)不移動(dòng)，螺母只做軸向移動(dòng)。3.3 測(cè)試儀器的組成和位移的完成測(cè)試儀器要完成的功能有：力 Fs 的測(cè)試，舌形簧片的位移 S 的測(cè)試 Fs=f(S)函教曲線的繪制。其系統(tǒng)框圖如圖 3.4 所示。將被測(cè)開(kāi)關(guān)置于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)上，工作臺(tái)由一個(gè)千分螺桿驅(qū)動(dòng)，千分螺桿山步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。來(lái)自微處理器的脈沖信號(hào)摳功步進(jìn)電機(jī)，則工作的位移(也是開(kāi)關(guān)整體的位移) S=pn/360°Φ，式中 P 為螺桿螺距， n 為脈沖數(shù)， Φ 為步進(jìn)角。12圖 3.4 測(cè)試儀的原理框圖儀器采用力平衡傳感器來(lái)測(cè)試，它的框圖如圖 3.5 所示。在測(cè)試過(guò)程中，用一測(cè)桿連接開(kāi)關(guān)(將測(cè)桿一端置于舌形簧片的方孔中)和力平衡傳感器(測(cè)桿另一端與感應(yīng)式位移傳感器的動(dòng)磁鐵連接)。在工作臺(tái)帶動(dòng)開(kāi)關(guān)盒運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)桿將力 Fs 傳給位移傳感器，它將由于力 Fs 使動(dòng)磁鐵產(chǎn)生的位移處理為與 Fs.成正比的電壓 v，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后輸給微處理器。與此同時(shí)，輸出電壓廠經(jīng)力發(fā)生器轉(zhuǎn)換后得一平衡力 Fp，反饋給位移傳感器，使其動(dòng)磁鐵受一反向力而重新平衡于初始位置。此時(shí)可以認(rèn)為測(cè)桿插入動(dòng)磁鐵的一端是不動(dòng)的。那么，它插入舌簧方孔內(nèi)的另一端也將是不動(dòng)的。故工作臺(tái)帶動(dòng)開(kāi)關(guān)盒運(yùn)動(dòng)的位移量實(shí)際上就是舌形簧片點(diǎn)(方孔處)的位移量 S。采用相對(duì)位移法來(lái)獲得位移和測(cè)試位移是本儀器的一個(gè)特點(diǎn)。圖 3.5 力平衡傳感器3.4 測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)測(cè)試儀器主要結(jié)構(gòu)由硬件構(gòu)成,并以相對(duì)固定形式確定下來(lái),所實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能較單一。用戶使用過(guò)程中難以對(duì)其功能進(jìn)行改變。通常情況下,它具有輸入信號(hào)接口(有些特殊儀器設(shè)備還具有信號(hào)輸出接口)、內(nèi)部處理電路和實(shí)時(shí)顯示部分。對(duì)于一些儀器功能(如自調(diào)零、自校準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)量程等)的設(shè)置是由用戶在儀器設(shè)備面板上手工完成。測(cè)試儀器主要特點(diǎn)是自成體系,自我包容,用戶無(wú)法改變其內(nèi)容。133.5 測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本測(cè)試系統(tǒng)中使用 Visual Basic 6.0 編制的控制軟件所實(shí)現(xiàn)的功能是：通過(guò)人機(jī)界面的控制按鈕產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)；控制 A/D 采集卡采集傳感器的輸出信號(hào)；記錄步進(jìn)電機(jī)的位移值和溫控器開(kāi)關(guān)的彈力值并保存成數(shù)據(jù)文件，準(zhǔn)備后續(xù)分析；畫出測(cè)試過(guò)程中的力與位移關(guān)系曲線，并保存圖形文件。3.6 測(cè)試系統(tǒng)控制程序控制程序所要實(shí)現(xiàn)的功能有：驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)；采集壓力式溫控器開(kāi)關(guān)的彈力信號(hào)，當(dāng)彈力值大于設(shè)定的閾值 Threshold1 時(shí)，記錄彈力值和位移，當(dāng)壓力式溫控器開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳變，即前后采集的兩個(gè)彈力值的差大于設(shè)定閾值 Threshold2 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)反向移動(dòng)；畫出力與位移的關(guān)系曲線，保存數(shù)據(jù)及圖像。圖像如圖 3.6 所示。圖 3.6 力—行程特性圖3.7 本章小結(jié)本章分析了為動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性。確定采用相對(duì)位移法來(lái)獲得了位移和測(cè)試位移，得 S=pn/360°Φ。分析后使用嘉志 6020 系列全數(shù)字步進(jìn)電機(jī)控制卡作為控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)源。14第四章 測(cè)試儀的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)規(guī)格的選取根據(jù)本測(cè)試儀的測(cè)試要求，選定 0.025 千瓦 Z 型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) Z25-220：功率 P=0.025KW 轉(zhuǎn)速 n=2000r/min 額定轉(zhuǎn)矩 T0 =0.12N﹒m 額定電壓 V=220V因?yàn)閭鲃?dòng)軸 1 與電機(jī)軸是同步傳動(dòng)，所以，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速、功率與電機(jī)規(guī)格完全一致。即：P =0.025KW 轉(zhuǎn)速 n =2000r/min T =9.55×P / n =1194N﹒mm0 000帶傳動(dòng)傳動(dòng)比取 i=1 ；0 軸：0 軸即電動(dòng)機(jī)軸；P0=Pr=0.025Kw ；n0=2000 r/min ；T0=0.025×P0/n0=1194N﹒mm；Ⅰ軸：Ⅰ軸即傳動(dòng)軸 2；P1=P0×η01=P0×η 帶 =0.025×0.99=0.025Kwn1=n0/i01=n0/ i 帶 =2000/1=2000 r/min；T1=9.55P1/ n1=9.55×0.025×103/2000=1194 N·mm；4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)⒈ 確定計(jì)算功率 Pc（KW）由表 12-10 查得工作情況系數(shù) KA=1.0； 故 Pc=KA P=1×0.025KW=0.025KW；⒉ 選擇帶型根據(jù) Pc=0.025Kw，n 1=2000r/min,由 [1]初步選用普通 L 帶 Z 型⒊ 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 D1、 D2 ⑴ 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 D1 根據(jù) L 帶截型，選取 D1≥Dmin。 為了提高Ｖ帶的壽命，宜選取較大的直徑。選取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 D1=48mm，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 D2 = i1D1= 1×48=48mm，選取基準(zhǔn)直徑系列值 D2=48mm15⑵ 驗(yàn)算帶的速度帶速太高則離心力大，減小帶與帶輪間的壓力，易打滑；帶速太低，要求傳遞的圓周力大，故 V 應(yīng)在 5～25mm/s 之內(nèi)。若 V 超此范圍可調(diào)整小帶輪基準(zhǔn)直徑 D1 或轉(zhuǎn)速。帶速計(jì)算式為：V=πD 1n1/（60×1000）所以 V=π×48×2000/（60×1000）=5.024m/s帶的速度合適。⒋ 確定中心距 a 和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld帶傳動(dòng)中心距不宜過(guò)大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動(dòng)。中心距也不宜過(guò)小否則帶短饒轉(zhuǎn)次數(shù)多，會(huì)降低帶的使用壽命，同時(shí)也使 a1 減小，降低傳動(dòng)能力。所以，對(duì)于帶傳動(dòng)，中心距 a0 一般可取為：0.7（ D1+ D2） ≤a0≤2（ D1+ D2） ，將 D1、 D2 代入 初選中心距 a0 =150mm帶長(zhǎng) Ldo=2a0+π（D 1+ D2）/2+( D2- D1)2/4ao=2×150+π×96/2+(48-48)2/（1×150）=451 mm選取 A 型帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=450mm實(shí)際中心距 a={2 Ld-π（D 1+ D2）+√[2 Ld-π（D 1+ D2）] 2-8(D2- D1)2}/8={2×450- 96π+√[2×450- 96π]2-8×0 }/8=149.5 mm 取 a=148 mm⒌ 驗(yàn)算小帶輪上的包角 α1α1=180o- (D2- D1) ×57.3o/a=180o-0×57.3o/148=180o＞120 o 故包角合適。6. 確定帶的初拉力 F0初拉力的大小是保證帶傳動(dòng)正常工作的重要因素。初拉力過(guò)小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過(guò)大，帶的壽命低，軸和軸的承受力大。同步帶張緊后的初拉力 F0 為：F0=500 Pca ×(2.5/Ka—1)+qv2 取 q=0.10 kg·m-1F0=500×0.025×(2.5/1.0—1)+0.1×52=21.25 N⒏ 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力（壓軸力）Q為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸系，必須計(jì)算同步帶傳動(dòng)作用在軸上的力 Q，它等于兩邊拉力的合力，該力可近似按下式計(jì)算： 16Q=2zF0sin(a1/2)=2×1×21.25×sin（180 o/2） =42.5 N⒐ 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)⑴ 對(duì)同步帶輪的設(shè)計(jì)的主要要求設(shè)計(jì)同步帶輪的一般要求為：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好；無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻；與帶接觸的工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為Ｒa0.8um),以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度都應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻。⑵ 帶輪材料由帶速 v=5 m/s≤30 m/s,用 45 號(hào)鋼。⑶結(jié)構(gòu)尺寸鑄鋼制的同步帶輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。根據(jù)帶輪截型確定輪槽尺寸，其余尺寸按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。按帶輪的各部分尺寸，繪制出零件圖。4.3 聯(lián)軸器的選用根據(jù)微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器。本設(shè)計(jì)選用波紋管小型彈性聯(lián)軸器 GH5-16。此聯(lián)軸器彈性好、緩沖減振能力強(qiáng)、工作可靠、徑向尺寸小、有較好的補(bǔ)償綜合位移能力，且耐久，承載能力高。主要用于載荷較平穩(wěn)的中、高速傳動(dòng)。4.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)⒈ 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 [12]由 d≥A03√P/N 得 選材 45 鋼因 P=0.025Kw；n=2000r/min根據(jù)實(shí)際需要取 A0=120 代入上式得 d=3mm考慮到有鍵槽 d 應(yīng)擴(kuò)大 7%-10%，取 d=3mm⒉ 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算傳動(dòng)軸上的作用力主要是同步帶作用力由同步帶輪設(shè)計(jì)可知，同步帶對(duì)軸的作用力 Q=42.5 N。軸的受力情況如（圖 4.1） ，圖中 R1 和 R2 是支座反力。17MnwⅠⅠ R21支 承支 承 皮 帶 作 用 力QⅠ ⅠⅠ Ⅰ圖4.1 傳動(dòng)軸受力分析圖由于截面Ⅰ-Ⅰ的彎矩和扭矩最大，所以此截面最危險(xiǎn)。下面核算Ⅰ-Ⅰ截面的強(qiáng)度， 其中:Mw=42.5×96/2=2040N.mm由表 18-3 選取軸的許用彎曲應(yīng)力[σ]=110MPad≥3√10√Mw2+(aT1)2/[σ]式中 a 是考慮彎距和轉(zhuǎn)距所產(chǎn)生的應(yīng)力的循環(huán)特性不同而引入的修正系數(shù)。選取a=1代入計(jì)算 得d≥3√10×√(2040)2+(1194)2 /110 =5.98mm圓整后，取 d=6mm⒋ 核算軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)由于Ⅱ-Ⅱ截面有臺(tái)階，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且直徑較?。╠ Ⅱ =6 mm）,扭矩又比較大，扭矩和其它截面相同彎矩 MW =2040N.mm，所以核算此截面的疲勞強(qiáng)度。由表 18.3 得：σ -1 =65MPa， 由表 5.1 得 τ1=30 MPa；取 ψσ=0.05，ψ τ=0；由表 6-4 查得：圓角處的 Kσ =1.3，Kτ =1.0；由表 6-14 查得：β=0.8；又因?yàn)?σm=0, σα=σw=MW/（0.1 d Ⅱ 3）=2040/（0.1×6 3）≈9.4 N/mm 2；18τm=τα=τ n/2= T/(2×0.2 dⅡ 3)=1194/(2×0.2×63)≈13.8 N/mm2；所 以 僅 考 慮 彎 曲 應(yīng) 力 時(shí) 的 安 全 系 數(shù) 為 ：Sσ=σ-1/(Kσσa+ψσσm)=65/(1.3×9.4+0.05×0) ≈5.3僅考慮扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)為：S τ=τ－1 /(Kττa +ψττm)=30/(1.9×1.0+0×1.9)≈1.6Ⅱ-Ⅱ截面的安全系數(shù)為：S=S σSτ/√Sσ2+Sτ2 =5.3×1.6/√5.3 2+1.62 ≈1.5 ＞ [n]=1.1～1.3 所以軸安全 [12].。4.5 芯軸的設(shè)計(jì)芯軸選用 45 號(hào)鋼，設(shè)計(jì)中芯軸主要承受軸向力作用，所受扭矩和轉(zhuǎn)矩相對(duì)傳動(dòng)軸較小，故軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度符合要求。4.6 本章小結(jié)本章對(duì)傳動(dòng)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和選取，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核。電動(dòng)機(jī)選定 0.025 千瓦Z 型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) Z25-220。聯(lián)軸器選用波紋管小型彈性聯(lián)軸器 GH5-16。芯軸選用45 號(hào)鋼。19第五章 主要領(lǐng)部件的設(shè)計(jì)5.1 軸承的設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸上滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)由表 5-27 查得 CN=0.5，負(fù)荷性質(zhì)為中等沖擊，由表 5-24 查得 fd=1.8。傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n=2000/1=2000r/min由“傳動(dòng)軸 ”計(jì)算可知，皮帶作用力 Q=42.5N ,根據(jù)各支點(diǎn)的彎矩等于零得，即：W1=0 ,42Q—95R2=0 ，求得 R2≈19 NW2=0 ,53Q—95R2=0 ，求得 R1≈24N由表 9-4.1 選定軸承型號(hào)為 6000 滾動(dòng)軸承，該軸承的參數(shù)為：Cr=4.58kN , CO=1.98 kN 。要求壽命大于 20000 小時(shí)⑴ 核算軸承的壽命計(jì)算實(shí)際負(fù)荷每個(gè)軸承承受的實(shí)際徑向負(fù)荷為：Fr=R1=24N因軸承軸向力 Fa 較小計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷Fa/Fr＜e=0.38,查表 20-6 得 X=1, Y=0, X0=0.6,Y0=0.5在此情況下徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為：Pr=Fr=24 N,因?yàn)槭菨L動(dòng)軸承，取 ε=3.3。計(jì)算軸承壽命Lh=106/(60n)(Cr/P)ε=106/(60×2000)×(4.58×103/24)3≈2.8×108h ,此值大于要求壽命 20000h，壽命符合要求。⑵ 校核軸承的靜載荷滾動(dòng)軸承的徑向當(dāng)量靜載荷為：P0=XOFr+ YOFa=0.6×24+0=14.4 N20由表 5-21 查得安全系數(shù) So=1.5 故 SoP0=1.5×14.4=21.6 N＜ CO=1080 N，所以靜負(fù)荷也符合要求。5.2 鍵連接的設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)之間用圓頭普通平鍵連接 [20]（圖 5.2） 。hDbl'圖5.2 平鍵軸的直徑 D=6 mm, 從標(biāo)準(zhǔn)中查出鍵的截面尺寸 b×h =2×1.8mm,t1=0.9 mm；初步擬定鍵長(zhǎng) l=22 mm,對(duì)于圓頭普通平鍵，因?yàn)閮啥说膱A頭部分與輪轂上的鍵槽不接觸，所以：l ' =l－b=22－2=20 mm；平鍵連接所需傳遞的扭矩 T=1.19 N·m 平鍵材料為 45 號(hào)鋼按表 4-23 查得：[σp]=200～250 MPa普通平鍵工作時(shí)，受到擠壓和剪切，但其主要失效形式是因擠壓而造成的壓潰破壞，所以應(yīng)驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度。受壓表面的擠壓應(yīng)力 σp=2T/(Dt1l')=2×1.19×103/(6×0.9×22）≈20 MPa＜[σp]=200～250 MPa故：強(qiáng)度符合要求 [12]。5.3 本章小結(jié)本章對(duì)主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行的載荷計(jì)算使運(yùn)動(dòng)更加合理。選定軸承型號(hào)為 6000 滾動(dòng)軸承，使用壽命能達(dá)到 2000 小時(shí)。傳動(dòng)軸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)之間用圓頭21普通平鍵連接。結(jié) 論本設(shè)計(jì)是在充分復(fù)習(xí)大學(xué)四年知識(shí)的基礎(chǔ)上，來(lái)完成的本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了微動(dòng)跳躍彈性開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)。并通過(guò) AutoCAD軟件畫出圖紙?，F(xiàn)代測(cè)試平臺(tái)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的研究，我以虛擬儀器技術(shù)為軟件核心，針對(duì)硬件測(cè)試對(duì)象:振動(dòng)臺(tái)，利用一系列的必要硬件工具，結(jié)合動(dòng)態(tài)測(cè)試?yán)碚?，建立起一套完整的?dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，并利用這一系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)的采集與分析處理。該動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容主要為振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試，通過(guò)利用虛擬儀器技術(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)
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