轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計【4張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書】

轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計

40頁 18000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+4張CAD圖紙【詳情如下】

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滾筒部件圖.dwg

轉(zhuǎn)動慣量測試儀裝配圖.dwg

轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計論文.doc

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齒輪零件圖.dwg

轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計

目錄

摘要 I

Abstract II

第一章  引言 1

1.1設(shè)計目的 2

1.2設(shè)計任務(wù) 2

1.3構(gòu)造及工作原理 3

1.4主要的組成構(gòu)件 3

第二章  伺服電動機(jī) 5

2.1交流伺服電機(jī)及其調(diào)速分類和特點 5

2.2直流伺服電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng) 7

2.3交流伺服電機(jī)速度控制原理 8

2.4變頻與伺服的關(guān)系及應(yīng)用 9

2.5交流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速原理 11

2.6變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類 12

2.7電動機(jī)的選型計算 16

第三章 傳感器的選用 31

3.1傳感器選用的一般原則： 31

3.2 數(shù)字式扭矩傳感器技術(shù)性能及應(yīng)用 33

第四章 光電編碼器原理及應(yīng)用電路 41

4.1 光電編碼器原理 41

4.2  LEC型光電編碼器主要技術(shù)指標(biāo) 43

第五章 操控系統(tǒng) 44

4.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及硬件電路設(shè)計 44

4.2永磁伺服電動機(jī)的控制電路 45

4.3監(jiān)測及報警電路 46

4.4時鐘及復(fù)位電路 47

4.6結(jié)　論 48

參考文獻(xiàn) 52

摘要

轉(zhuǎn)動慣量測試儀在學(xué)校，工廠廣泛用于測量金屬及其非金屬材料的機(jī)械性能的，是學(xué)校和工廠不可或缺的試驗設(shè)備。

現(xiàn)在的轉(zhuǎn)動慣量測試儀均是以微機(jī)控制、記錄為主要特點的電子轉(zhuǎn)動慣量測試儀。學(xué)校的舊式試驗設(shè)備存在故障率高，工作性能不可靠，有時達(dá)不到試驗所要求的精度，所以本設(shè)計就原轉(zhuǎn)動慣量測試儀的傳動部分，控制部分加以改造，配以計算機(jī)為主的測量控制系統(tǒng)，從新構(gòu)建一個與現(xiàn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀相一致的電子轉(zhuǎn)動慣量測試儀。

本設(shè)計說明書包括：概論、總體設(shè)計和結(jié)論三大部分。通過對我校教學(xué)實習(xí)基地的一臺轉(zhuǎn)動慣量測試儀的結(jié)構(gòu)和性能的研究，從可轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動慣量測試儀的傳動部分，控制與調(diào)速部分以及檢測部分加以設(shè)計，本說明書介紹了伺服電動機(jī)和擺線針輪減速器的計算和選型設(shè)計，轉(zhuǎn)動慣量測試儀改造方案、改造部位。在傳感技術(shù)與測控技術(shù)的普遍應(yīng)用的條件下，本設(shè)計采用扭矩傳感器和光電編碼器用于測量扭矩和扭角的數(shù)值。在控制系統(tǒng)上將單片機(jī)應(yīng)用到轉(zhuǎn)動慣量測試儀上，其控制也采用了扭矩專用測控軟件。改造后的轉(zhuǎn)動慣量測試儀，采用了電子自動平衡測力裝置，可控伺服電機(jī)，擺線針輪減速，傳感記錄，電腦手動兩控轉(zhuǎn)換并增設(shè)了記錄裝置。 

關(guān)鍵詞：伺服電機(jī)；擺線針輪減速器；計算機(jī)控制系統(tǒng)；轉(zhuǎn)動慣量測試儀。

Abstract

Torsion test machine in the research departments universities and mining materials laboratory used to determine various metallic and non-metallic materials to reverse the admission test of mechanical properties , has been widely used. 

Now the most advanced materials torsion test machine is the computer measurement, control at the core of electronic materials torsion test machine. But the old materials torsion test of the machine most stringent design, manufacture exquisite. This is designed to test the original old part of the machine, based on eliminating its outdated measurement control, with a new computer-core measurement control system to replace the relevant parts, Construction of a new computer can operate control and automatic measurement, with the existing product line of electronic torsion test machine. 

Design Manual: An Introduction, the overall design and conclusions of the three most. I passed the school teaching practice base of a testing machine to reverse the structure and properties of, for-cycloid reducer and the characteristics of existing conditions, determined to reverse the programme of testing machine, introduced a servo motor and cycloid Reducer-round selection of calculation and design and reverse the test machine transformation programme, the transformation of location, design and computer control system of reversing the testing machine they should pay attention to the problem. After the reverse of the testing machine, using an electronic self-balancing force measurement devices, servo motor-cycloid speed control system and the addition of a recorded device, it can exert both positive and negative aspects of torque to reverse the trial. 

Key words: servo motor; cycloid reducer; the computer control system; reversing the test machine.

引言四年的大學(xué)生活接近尾聲時，我們進(jìn)行了為期近四個月的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年來我們所學(xué)到的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一次系統(tǒng)性的總結(jié)與綜合運用，同時也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機(jī)會，而且畢業(yè)設(shè)計也是大學(xué)教學(xué)的最后一個重要環(huán)節(jié)。因此，認(rèn)真踏實地做好這次畢業(yè)設(shè)計不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設(shè)計還可以培養(yǎng)我們獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對今后踏入社會以后能否盡快地適應(yīng)社會也有很大的幫助。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。這是因為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度，都會通過機(jī)械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機(jī)器，是由于機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。所以通過大量設(shè)計制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機(jī)器，就能大大加強(qiáng)和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度，加速我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。

    機(jī)械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設(shè)計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當(dāng)今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設(shè)計及制造提出了更高的要求。我們這些即將大學(xué)畢業(yè)的機(jī)械工程及自動化專業(yè)的學(xué)生，要進(jìn)行對本專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行綜合的運用和掌握，為此我們要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，要自己動手進(jìn)行思考問題，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，也要從此邁出展現(xiàn)自己價值的第一步。

1.1設(shè)計目的

　 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。

本說明書分為概述、設(shè)計內(nèi)容、總結(jié)三大部分，分別介紹了此次玩具箱玩具柜關(guān)閉件試驗機(jī)的設(shè)計任務(wù)；有關(guān)玩具箱玩具柜關(guān)閉件試驗機(jī)的設(shè)計總體方案確定及框圖、擺線針輪減速器的設(shè)計計算、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核、光電編碼器的選型；主要是對本次畢業(yè)設(shè)計的心得。

1.2設(shè)計任務(wù)

1． 課題任務(wù)

   規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量是建立復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)模型的必備參數(shù)，是解決復(fù)雜系統(tǒng)（如汽車）動力學(xué)問題的關(guān)鍵參數(shù)，因此，進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計就具有重要的經(jīng)濟(jì)價值與社會意義。本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一不規(guī)則型體轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備，要求能測質(zhì)量在0-500公斤范圍內(nèi)不規(guī)則型體的轉(zhuǎn)動慣量。

2． 課題要求

具體要求如下： 

1、 調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量測量方法。

5.4時鐘及復(fù)位電路

利用8098 的內(nèi)部振蕩電路構(gòu)成時鐘電路,定時石英晶振的頻率f ocs = 12 MHz。采用自動上電和手動兩種復(fù)位方法,其電路圖如圖4

鍵盤、顯示及打印機(jī)管理電路

該系統(tǒng)采用3 ×8 行列式鍵盤和8 位八段共陰極L ED 顯示器,用8255 的PA 口作為鍵盤的列線及顯示器的字位線,用8098 的P4 、P214 、P217 作為鍵盤的行線。8255 的PB 口為顯示器的字形輸出口,PC口為打印機(jī)的輸出口,具體電路見圖5。

6.6結(jié)　論

材料轉(zhuǎn)動慣量測試儀采用8098 單片機(jī)控制系統(tǒng)前后,分別對低碳鋼、鑄鐵進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)試驗,結(jié)果表明:由于控制系統(tǒng)選用了8098 單片機(jī),使得整機(jī)工作可靠性高,性能價格比好,工作精度達(dá)015 %;同時,利用8098 的脈沖寬度調(diào)制功能,使電機(jī)控制電路簡單,對電機(jī)增減速、正反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)的控制方便、可靠;控制系統(tǒng)的故障檢測及報警電路簡單適用,整個測試過程自動完成。

3）關(guān)鍵設(shè)置質(zhì)量管理點

對工程質(zhì)量有重大影響的施工和對工藝技術(shù)有特殊要求的工序設(shè)置質(zhì)量管理點,對其實行強(qiáng)化管理,重點控制。這是提高工程整體質(zhì)量水平,防止質(zhì)量事故發(fā)生的重要方法。質(zhì)量點的活動實施步驟是:

(1) 通過對工程特點和施工條件等因素的綜合分析,確定需要設(shè)置質(zhì)量管理點的關(guān)鍵部位。

(2) 對設(shè)置質(zhì)量管理點項目提出質(zhì)量目標(biāo)控制值,并制定強(qiáng)化管理的具體措施。

(3) 明確質(zhì)量管理點活動的負(fù)責(zé)人,落實責(zé)任措施,以保證目標(biāo)控制值的實現(xiàn)。

4 ）控制材料及構(gòu)件質(zhì)量

材料和構(gòu)件進(jìn)貨時正確處理質(zhì)量和成本的關(guān)系,保證材料和構(gòu)件的進(jìn)貨是確保工程質(zhì)量,實現(xiàn)合同目標(biāo)的基礎(chǔ)和前提。降低材料成本,提高工程效益只能通過增加供銷信息,根據(jù)調(diào)查確定幾個產(chǎn)品質(zhì)量信得過的廠家,然后經(jīng)過評比,選擇廠家和合理進(jìn)貨渠道,減少中間環(huán)節(jié),以降低倉儲及施工損失等措施來實現(xiàn)。決不能為降低成本而降低材料和構(gòu)件的進(jìn)貨質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。項目材料和構(gòu)件進(jìn)貨由項目經(jīng)理親自抓,材料員具體負(fù)責(zé)材料的訂貨,材料進(jìn)場后由實驗員進(jìn)行現(xiàn)場取樣驗收,需送實驗室的立即送檢,合格后材料員進(jìn)行保管,并按定額發(fā)給各施工班組(3) 加強(qiáng)對工序質(zhì)量的檢查,實行由班組長、質(zhì)量員,主管技術(shù)和質(zhì)量的項目負(fù)責(zé)人(項目技術(shù)負(fù)責(zé)人)組成的三級內(nèi)部驗收制度。發(fā)現(xiàn)不符合質(zhì)量要求的分項工程,不準(zhǔn)進(jìn)入下道工序，自檢合格后請監(jiān)理進(jìn)行驗收,由于工程質(zhì)量不合格施工組自負(fù)返工損失費，管理人員也要按一定的工料費比例扣罰獎金。加強(qiáng)動態(tài)跟蹤管理,嚴(yán)格控制工序質(zhì)量,有助于防止?jié)B、漏、孔殼、堵塞等質(zhì)量通病,保證分項工程達(dá)到質(zhì)量計劃要求。質(zhì)量的好壞關(guān)系著許許多多人的生命財產(chǎn)安全,讓我們共同關(guān)注質(zhì)量,把它當(dāng)作工程的首要任務(wù)。

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題目： 轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容、要求 不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量是建立復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)模型的必備參數(shù)，是解決復(fù)雜系統(tǒng)（如汽車）動力學(xué)問題的關(guān)鍵參數(shù)，因此，進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計就 具有重要的經(jīng)濟(jì)價值與社會意義。本課題的主要任務(wù) 是 設(shè)計一不規(guī)則型體轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備，要求能測質(zhì)量在 0斤范圍內(nèi)不規(guī)則型體的轉(zhuǎn)動慣量 。 具體要求如下： 1、 調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量測量方法。 2、 對各種不同的轉(zhuǎn)動慣量測量方法進(jìn)行分析、比較，選擇綜合性能指標(biāo)最優(yōu)的轉(zhuǎn)動慣量測量方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行轉(zhuǎn)動 慣量測試儀總體設(shè)計。 3、 繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖。 4、對轉(zhuǎn)動慣量測試儀電氣控制部分進(jìn)行設(shè)計，繪制電氣控制部分電路圖。 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的工作包括： 1、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）；在畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的 300單詞的 英文摘要； 畢業(yè)設(shè)計說明書要有嚴(yán)格的理論分析與設(shè)計方案分析與比較，有充分的設(shè)計計算依據(jù)和較詳細(xì)的設(shè)計計算過程，有明確的定量設(shè)計計算結(jié)果； 2、獨立完成與課題 或?qū)I(yè) 相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻 譯（附英文原文）； 3、 繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖， 繪圖工作量折合紙 3 張以上，其中必須包含兩張 上的計算機(jī)繪圖圖紙； 4、繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀的控制部分電路圖。 三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 賀占魁 , 樊啟泰 . 復(fù)雜不規(guī)則剛體轉(zhuǎn)動慣量的測試原理和方法 [J]，機(jī)械設(shè)計與研究， 2003， 19（ 2）： 59[2] 唐應(yīng)時等 J]. 現(xiàn)代制造工程，2009，（ 6）： 81[3] 任培，袁中凡 . 轉(zhuǎn)動慣量測試系統(tǒng)的 研制 [J]. 中國測試技術(shù)， 2007， 33（ 1）：37[4] 杜登惠 . 動力總成轉(zhuǎn)動慣量測量及誤差分析 [J]. 車輛與動力技術(shù)， 2007（ 4）：10[5] 胡育輝編著 . 數(shù)控銑床加工中心 [M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2005. [6] 洪鐘德 . 簡明機(jī)械設(shè)計手冊 [M]. 北京：同濟(jì)大學(xué)出版社， 2002. [7] 楊明忠 . 機(jī)械設(shè)計 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001. [8] 吳宗澤 . 機(jī)械零件設(shè)計手冊 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004. [9] ., ]. 2001. [10] 濮良貴，紀(jì)名剛 七版） [M]等教育出版社， 2001. 轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容、要求 不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量是建立復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)模型的必備參數(shù)，是解決復(fù)雜系統(tǒng)（如汽車）動力學(xué)問題的關(guān)鍵參數(shù)，因此， 進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計就 具有重要的經(jīng)濟(jì)價值與社會意義。本課題的主要任務(wù) 是 設(shè)計一不規(guī)則型體轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備，要求能測質(zhì)量在 0斤范圍內(nèi)不規(guī)則型體的轉(zhuǎn)動慣量 。 具體要求如下： 4、 調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量測量方法。 5、 對各種不同的轉(zhuǎn)動慣量測量方法進(jìn)行分析、比較，選擇綜合性能指標(biāo)最優(yōu)的轉(zhuǎn)動慣量測量方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀總體設(shè)計。 6、 繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖。 4、對轉(zhuǎn)動慣量測試儀電氣控制部分進(jìn)行設(shè)計，繪制電氣控制部分電路圖。 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的工作包括： 1、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）；在畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的 300單詞的 英文摘要； 畢業(yè)設(shè)計說明書要有嚴(yán)格的理論分析與設(shè)計方案分析與比較，有充分的設(shè)計計算依據(jù)和較詳細(xì)的設(shè)計計算過程，有明確的定量設(shè)計計算結(jié)果； 2、獨立完成與課題 或?qū)I(yè) 相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）； 3、 繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖， 繪圖工作量折合紙 3 張以上，其中必須包含兩張 上的計算機(jī)繪圖圖紙； 4、繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀的控制部分電路圖。 三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 賀占魁 , 樊啟泰 . 復(fù)雜不規(guī)則剛體轉(zhuǎn)動慣量的測試原理和方法 [J]，機(jī)械設(shè)計與研究， 2003， 19（ 2）： 59[2] 唐應(yīng)時等 J]. 現(xiàn)代制造工程，2009，（ 6）： 81[3] 任培，袁中凡 . 轉(zhuǎn)動慣量測試系統(tǒng)的研制 [J]. 中國測試技術(shù)， 2007， 33（ 1）：37[4] 杜登惠 . 動力總成轉(zhuǎn)動慣量測量及誤差分析 [J]. 車輛與動力技術(shù)， 2007（ 4）：10[5] 胡育輝編著 . 數(shù)控銑床加工中心 [M]. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2005. [6] 洪鐘德 . 簡明機(jī)械設(shè)計手冊 [M]. 北京：同濟(jì)大學(xué)出版社， 2002. [7] 楊明忠 . 機(jī)械設(shè)計 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001. [8] 吳宗澤 . 機(jī)械零件設(shè)計手冊 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004. [9] ., ]. 2001. [10] 濮良貴，紀(jì)名剛 七版） [M]等教育出版社， 2001. I 轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計 目錄 摘要 .................................................................. 1 ............................................................. 2 第一章 引言 ........................................................... 1 ........................................................ 5 ........................................................ 5 .................................................. 5 .................................................. 7 第二章 伺服電動機(jī) ..................................... 錯誤 !未定義書簽。 .................. 錯誤 !未定義書簽。 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 ..................................... 14 ............................................. 15 ............................................... 19 第 三 章 傳感器的選用 ................................................... 21 ......................................... 21 字式扭矩傳感器技術(shù)性能及應(yīng)用 ................................ 23 第 四 章 光電編碼器原理及應(yīng)用電路 ....................................... 30 電編碼器原理 ................................................ 30 .................................. 32 第 五 章 操控系統(tǒng) ....................................................... 33 制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及硬件電路設(shè)計 .................................. 33 ....................................... 34 ................................................. 35 ................................................. 36 論 ......................................................... 37 參考文獻(xiàn) .............................................................. 39 1 摘要 轉(zhuǎn)動慣量測試儀在學(xué)校，工廠廣泛用于測量金屬及其非金屬材料的機(jī)械性能的，是學(xué)校和工廠不可或缺的試驗設(shè)備。 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)動慣量測試儀均是以微機(jī)控制、記錄為主要特點的電子轉(zhuǎn)動慣量測試儀。學(xué)校的舊式試驗設(shè)備存在故障率高，工作性能不可靠，有時達(dá)不到試驗所要求的精度，所以本設(shè)計就原轉(zhuǎn)動慣量測試儀的傳動部分，控制部分加以改造，配 以計算機(jī)為主的測量控制系統(tǒng)，從新構(gòu)建一個與現(xiàn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀相一致的電子轉(zhuǎn)動慣量測試儀。 本設(shè)計說明書包括：概論、總體設(shè)計和結(jié)論三大部分。通過對我校教學(xué)實習(xí)基地的一臺轉(zhuǎn)動慣量測試儀的結(jié)構(gòu)和性能的研究，從 可轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動慣量測試儀的傳動部分，控制與調(diào)速部分以及檢測部分加以設(shè)計， 本說明書介紹了伺服電動機(jī)和擺線針輪減速器的計算和選型設(shè)計，轉(zhuǎn)動慣量測試儀改造方案、改造部位。在傳感技術(shù)與測控技術(shù)的普遍應(yīng)用的條件下，本設(shè)計采用扭矩傳感器和光電編碼器用于測量扭矩和扭角的數(shù)值。在控制系統(tǒng)上將單片機(jī)應(yīng)用到轉(zhuǎn)動慣量測試儀上，其控制也 采用了扭矩專用測控軟件。改造后的轉(zhuǎn)動慣量測試儀， 采用了電子自動平衡測力裝置，可控伺服電機(jī)，擺線針輪減速，傳感記錄，電腦手動兩控轉(zhuǎn)換并增設(shè)了記錄裝置。 關(guān)鍵詞 ：伺服電機(jī)；擺線針輪減速器；計算機(jī)控制系統(tǒng)；轉(zhuǎn)動慣量測試儀。 2 in to to of is at of of is to of on a to of a of of I of a to of to of a of of of to of an of a it 3 to 4 引言 四年的大學(xué)生活接近尾聲時，我們進(jìn)行了為期近 四 個月的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年來我們所學(xué)到的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一次系統(tǒng)性的總結(jié)與綜合運用，同時也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機(jī)會，而且畢業(yè)設(shè)計也是大學(xué)教學(xué)的最后一個重要環(huán)節(jié)。因此， 認(rèn)真踏實地做好這次畢業(yè)設(shè)計不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設(shè)計還可以培養(yǎng)我們獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對今后踏入社會以后能否盡快地適應(yīng)社會也有很大的幫助。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。這是因為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度，都會通過機(jī)械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機(jī)器，是由于機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生 產(chǎn)率和改善勞動條件。機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。所以通過大量設(shè)計制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機(jī)器，就能大大加強(qiáng)和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的力度，加速我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。 機(jī)械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。然而夾具又是 制造系統(tǒng)的重 要組成部分 ， 不論是傳統(tǒng)制造 ， 還是現(xiàn)代制造系統(tǒng) ， 夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設(shè)計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。 當(dāng)今激烈 的 市場競爭和企業(yè)信息化的要求 ,企業(yè)對夾具的設(shè)計及制造提出了更高的要求。我們這些即將大學(xué)畢業(yè)的機(jī)械 工 5 程及自動化 專業(yè)的學(xué)生，要進(jìn)行對本專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行綜合的運用和掌握，為此我們要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，要自己動手進(jìn)行思考問題，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，也要從此邁出展現(xiàn)自己價值的第一步。 計目的 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。 本說明書分為概述、設(shè)計內(nèi)容、總結(jié)三 大 部分，分別介紹了此 次玩具箱玩具柜關(guān)閉件試驗機(jī)的設(shè)計任務(wù) ；有關(guān) 玩具箱玩具柜關(guān)閉件試驗機(jī)的設(shè)計 總體方案確定及框圖、 擺線針輪減速器的設(shè)計計算 、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算 及校核、 光電編碼器的選型 ；主要是對本次畢業(yè)設(shè)計的心得。 計任務(wù) 1． 課題任務(wù) 規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量是建立復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)模型的必備參數(shù)，是解決復(fù)雜系統(tǒng)（如汽車）動力學(xué)問題的關(guān)鍵參數(shù)，因此，進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀設(shè)計就具有重要的經(jīng)濟(jì)價值與社會意義。本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一不規(guī)則型體轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備，要求能測質(zhì)量在 0 2． 課題要求 具體要求如下： 1、 調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握不規(guī)則構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量測量方法。 6 2、 對各種不同的轉(zhuǎn)動慣量測量方法進(jìn)行分析、比較，選擇綜合性能指標(biāo)最優(yōu)的轉(zhuǎn)動 慣量測量方法，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測試儀總體設(shè)計。 3、 繪制轉(zhuǎn)動慣量測試儀機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖。 4、對轉(zhuǎn)動慣量測試儀電氣控制部分進(jìn)行設(shè)計，繪制電氣控制部分電路圖。 本課題要求學(xué)生具備較好的機(jī)械設(shè)計專業(yè)理論知識與實際應(yīng)用能力。并且能運用三維 件進(jìn)行機(jī)械輔助設(shè)計，從而培養(yǎng)學(xué)生較好的 力。同時應(yīng)具備繪制和閱讀機(jī)械圖樣的能力。要求學(xué)生積極、廣泛地收集相關(guān)資料，查閱參考文獻(xiàn)。翻譯相關(guān)英文資料。在做論文期間，要求學(xué)生抓緊有限時間，根據(jù)課題工作進(jìn)度計劃，按期完成相關(guān)工作。應(yīng)有端正、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，定 期匯報工作成績。 造及工作原理 本機(jī)（圖表 1）加載由計算機(jī)控制交流伺服控制系統(tǒng)，通過交流伺服電動機(jī)，擺線針輪減速機(jī)帶動主動夾頭旋轉(zhuǎn)加載，扭轉(zhuǎn)和扭角檢測采用高精度扭矩傳感器和光電編碼器，計算動態(tài)顯示試驗扭角扭矩曲線，加載速率，試驗力峰值等。檢測方法符合 本試驗機(jī)主要用于對金屬材料或非金屬材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗，也可以對零部件或構(gòu)件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗，是航空航天，建材行業(yè)，交通運輸，科研部門，各類大專院校和工礦企業(yè)力學(xué)實驗室用來測定材料扭轉(zhuǎn)性能必備的檢測儀器。 加載方法 采用交流伺服電機(jī)及驅(qū)動器，扭矩和扭轉(zhuǎn)角的檢測：采用高精度對稱扭矩傳感器；扭轉(zhuǎn)角的檢測采用高精度 操作特點 具有手動操作（有正反向手動操作按鈕）和計算機(jī)操作兩種方式。 7 基于 臺下的專用測控軟件，采用人機(jī)交互方式分析計算被測材料的機(jī)械性能指標(biāo)，實驗數(shù)據(jù)自動處理，動態(tài)顯示試驗曲線，試驗結(jié)果儲存，打印。也可人工干預(yù)分析過程，提高分析的準(zhǔn)確度。 要的組成構(gòu)件 1）伺服電機(jī) 2）擺線針輪減速器 3）傳感器 4) 編碼器及計算機(jī)控制系統(tǒng) 8 第二章 伺服電動機(jī) 伺服電動機(jī)也稱為執(zhí)行電動機(jī)。在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象。伺服電動機(jī)有交流和直流兩種。他們的最大特點之可控。再有控制信號輸入時，伺服電動機(jī)就轉(zhuǎn)動；沒有控制信號輸入則停止轉(zhuǎn)動；改變控制電壓的大小和相位（或極性）就可以改變伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。因此，它與普通電機(jī)相比具有如下特點： 1、調(diào)速范圍寬廣，四伏電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓的改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)； 2、轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實現(xiàn)迅速的啟動、停轉(zhuǎn)； 3、控制功率小，過載能力力強(qiáng)，可靠 性性好。 流伺服電機(jī)及其調(diào)速分類和特點 交流伺服電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件。它的任務(wù)是將電信號轉(zhuǎn)換成為軸上的角位移或角速度的變化。交流伺服電動機(jī)應(yīng)具有的基本性能是：良好的可控性，運行穩(wěn)定和快速反應(yīng)。良好的可控性是指單向供電時無自傳現(xiàn)象； 運行穩(wěn)定是指轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而均勻下降；快速響應(yīng)是指交流伺服電動機(jī)接到控制信號時能快速啟動，失去信號時能自動制動并迅速停止轉(zhuǎn)動。 長期以來，在要求調(diào)速性能較高的場合，一直占據(jù)主導(dǎo)地位的是應(yīng)用直流電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。但直流電動機(jī)都存在一些固有的缺點，如電刷和換向 器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電動機(jī)的最高速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高。而交流電動機(jī)，特別是鼠籠式感 9 應(yīng)電動機(jī)沒有上述缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動機(jī)輸出功率可比直流電動機(jī)提高 10﹪～ 70﹪，此外，交流電動機(jī)的容量可比直流電動機(jī)造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動，交流伺服驅(qū)動已有取代直流伺服驅(qū)動之勢 。 步型交流伺服電動機(jī) 異步型交流伺服電 動機(jī)指的是交流感應(yīng)電動機(jī)。它有三相和單相之分，也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流電動機(jī)相比，質(zhì)量輕 1/2，價格僅為直流電動機(jī)的 1/3。缺點是不能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞 。 這種鼠籠轉(zhuǎn)子的異步型交流伺服電動機(jī)簡稱為異步型交流伺服電動機(jī)，用 步型交流伺服電動機(jī) 同步型交流伺服電動機(jī)雖較感應(yīng)電動機(jī)復(fù)雜，但比直流電動機(jī)簡單。它的定子與感應(yīng)電動機(jī)一樣，都在定子上裝有對稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動機(jī)存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動機(jī)。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率較高；缺點是體積大、啟動特性欠佳。但永磁式同步電動機(jī)采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動外形尺寸約小 1/2，質(zhì)量減輕 60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動機(jī)的 1/5。它與異步電動機(jī)相比，由于采用了永磁鐵勵磁，消除了勵磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以效率高。又因為沒有電 磁式同步電動機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)（異步）電動機(jī)相同， 10 而功率因數(shù)卻大大高于異步電動機(jī)，從而使永磁同步電動機(jī)的體積比異步電動機(jī)小些。這是因為在低速時，感應(yīng)（異步）電動機(jī)由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時，它的視在功率卻要大得多，而電動機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。 交流伺服電機(jī)的控制方法有三種： 1、幅值控制 2、相位控制 3、幅值 流伺服電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng) 直流伺服電動機(jī)在自動控制系統(tǒng)中和交流伺服電動機(jī)一樣，用作執(zhí)行元件。對它的主要要求是要有下垂的機(jī)械特性，線性的 調(diào)節(jié)特性和對控制信號能做出快速的響應(yīng)。 直流伺服電動機(jī)通常用于功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率一般為1W— 600W。但也有數(shù)千瓦的，它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流他勵電動機(jī)相同，不同點只是它做得比較細(xì)長一些以便滿足快速響應(yīng)的要求。 直流伺服電機(jī)的調(diào)速 由公式： 直流電機(jī)調(diào)速有三種方法： （ 1）改變電區(qū)電壓 U：由額定電壓向 下調(diào)低，轉(zhuǎn)速也由額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)低，調(diào)速范圍大。 （ 2）改變磁通量 Φ （即改變 改變激磁回路的電阻可改變 Φ 。由于激磁回路電感大，電氣時間常數(shù)大，調(diào)速快速性差，轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)高。 （ 3）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，銅耗大，不經(jīng)濟(jì)。直流伺服電機(jī)通常采用調(diào)壓調(diào)速。 11 直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)的機(jī)械特性比較，前者堵轉(zhuǎn)矩大，特性曲線線性度好，機(jī)械特性較硬。缺點是有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)常維護(hù)，產(chǎn)生無線電干擾。在確定系統(tǒng)中采用何種電動機(jī)時許綜合考慮其電機(jī)特點 所以在本次轉(zhuǎn)動慣量測試儀改造畢業(yè)設(shè) 計中所用的電機(jī)選用交流伺服電機(jī) 。 流伺服電機(jī)速度控制原理 一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。 速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。 對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如 低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快 ，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機(jī)。 換一種說法是： 1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如 10V 對應(yīng) 5外部模擬量設(shè)定為 5部負(fù)載等 于 電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于 2 轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。 2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值 。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。 3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) 制時速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。 頻與伺服的關(guān)系及應(yīng)用 隨著工業(yè)水平的發(fā)展，自動 化 水平的提高，變頻技術(shù)和伺服在工業(yè)自動化控制上有著廣泛的應(yīng)用，變頻技術(shù)： 簡單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，這時可以開環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的 V/F 控制方式?，F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學(xué)模型的建立，將交流電機(jī)的定子磁場 在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩， 樣反饋后構(gòu)成閉 13 環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的 節(jié)；這 樣可以既控制電機(jī)的速度也可控制電機(jī)的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于 v/f 控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。伺服系統(tǒng) ： 1、伺服驅(qū)動器 在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒有該環(huán)）都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運算，在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強(qiáng)大很多，主要的一點可以進(jìn)行精確的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置（當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動器里），驅(qū)動器內(nèi)部的算法和 更快更精確的計算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器 。 2、電機(jī)方面 伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動的交流電機(jī)（一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī)），也就是說當(dāng)驅(qū)動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時，伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動作變化，響應(yīng)特性和抗過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動的交流電機(jī)，電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動伺服電機(jī) 。 兩者的共同點：交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機(jī)的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的 式模仿直流電機(jī)的控制方式來實現(xiàn)的，也就是說交流伺服電機(jī)必然有變頻的這一環(huán)節(jié)：變頻就是將工頻的 50、 60交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管（ ）通過載波頻率和 節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類似于正余弦的脈動電，由于頻率可調(diào)，所以交流電機(jī)的速度就可調(diào)了 14 （ n=60f/2p ， n 轉(zhuǎn)速， 由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應(yīng)用也不大相同 ： 1、在速度控制和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器，也有在上位加位置反饋信號構(gòu)成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控制的，精度和響應(yīng)都不高?，F(xiàn)有些變頻也接受脈沖序列信號控制速度的，但好象不能直接控制位置。 2、 在有嚴(yán)格位置控制要求的場合中只能用伺服來實現(xiàn)，還有就是伺服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻，有些對速度的精度和響應(yīng)要求高的場合也用伺服控制，能用變頻控制的運動的場合幾乎都能用伺服取代，關(guān)鍵是兩點：一是價格伺服遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，二是功率的原因：變頻最 大的能做到幾百 至更高，伺服最大就幾十 服的基本概念是準(zhǔn)確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內(nèi)部環(huán)節(jié)，伺服驅(qū)動器中同樣存在變頻（要進(jìn)行無級調(diào)速）。但伺服將電流環(huán)速度環(huán)或者位置環(huán)都閉合進(jìn)行控制，這是很大的區(qū)別。除此外，伺服電機(jī)的構(gòu)造與普通電機(jī)是有區(qū)別的，要滿足快速響應(yīng)和準(zhǔn)確定位?，F(xiàn)在市面上流通的交流伺服電機(jī)多為永磁同步交流伺服，但這種電機(jī)受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾 樣在現(xiàn)場應(yīng)用允許的情況下多采用交流異步伺服，這時很多驅(qū)動器就是高端變頻器，帶編碼器 反饋閉環(huán)控制 。 流伺服電機(jī)的變頻調(diào)速原理 由 s)-(1}{n{ n } r /m m r / m i m i n}{-}{ / 6 0 { f } ??? 可知，改變定子電源頻率可以改變同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。又有異步電動機(jī)的電勢公式可知外加電壓近似于頻率和磁通的乘積成正比，即 ??? 由于 f/ ??? ，因此，若外加電壓不變，則磁通隨頻 15 率改變而改變，亦即頻率降低，則磁通增加；、頻率增加，磁通降低。顯而易見，前者有可能造成電動機(jī)的磁路過飽 和，從而導(dǎo)致電流的增加而引起鐵心過熱。為了解決這一問題，這要求在變頻調(diào)速系統(tǒng)中降頻的同時最好降壓，即頻率與電壓能協(xié)調(diào)控制，亦即 一般來說，在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)中，如果能保持 ?/值，則可保證調(diào)速過程中電動機(jī)的過載能力保持不變。同時，可滿足磁通 ? 基本不變的要求。而在恒功率調(diào)速時，如能滿足 ?定值的條件，則調(diào)速過程中電動機(jī)的過載能力也保持不變，但此時磁通將發(fā)生 變化，如果此時亦按恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速滿足 ?/值的條件，則磁通將基本保持不變，但電動機(jī)的過載能力將在調(diào)速過程中改變。從而根據(jù) /調(diào)控制的方法不同，可以有不同的調(diào)速特性。 頻調(diào)速系統(tǒng)的分類 變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為交 交變頻調(diào)速與交 者常稱為帶直流環(huán)節(jié)的間接變頻調(diào)速，后者則常稱為直接變頻調(diào)速。 在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中可知：交 直 優(yōu)點是：節(jié)省了換流環(huán)節(jié)，提高了效率；在低頻時波 形較好，電動機(jī)諧損耗及轉(zhuǎn)矩的脈動大大減小。其缺點是：最高頻率受電網(wǎng)頻率的限制，且主回路元件數(shù)量多。故一般適用于低速、大容量的場合，如球磨機(jī)、礦井提升機(jī)、電力機(jī)車及軋機(jī)的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動慣量測試儀的改造選用交 交變頻調(diào)速。在交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)中，首先將電網(wǎng)中交流電整流成直流電，再通過逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。前者目前主要采用晶閘管整流器來完成；逆變器的作用與整流器的作用相反，一般包括逆變電路及換流電路兩部分。逆變電路又有單相與多相、零式與僑式之分。換流電 16 路是保證當(dāng)前導(dǎo)通的一只晶閘管換為后一只晶閘管導(dǎo) 通時，確保前者能可靠關(guān)斷的裝置。就整個變頻裝置而言，又根據(jù)從直流變到交流的中間環(huán)節(jié)濾波方法的不同而派生出兩種不同的線路，即所謂電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)和電路型變頻調(diào)速系統(tǒng)。 圖示為電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖 系統(tǒng)中，晶閘管整流、移相觸發(fā)電路、脈沖放大器、電壓及速度負(fù)反饋環(huán)節(jié)的電路及原理與交流調(diào)速系統(tǒng)沒有多大差別，其中，速度給定與頻率發(fā)生器電路是用來將給定電壓變換為一定頻率脈沖信號的電路，通常采用單結(jié)晶體管振蕩器，也有采用晶體管多諧振蕩器、間歇振蕩 器等組成。該輸出脈沖分別送至環(huán)形計數(shù)器及頻率 /電壓變換器中。環(huán)形計數(shù)器實質(zhì)是一個分頻器，它把來自頻率發(fā)生器的脈沖 6 個一組依次分配，經(jīng)過脈沖放大后，順序觸發(fā)逆變器的 6只晶閘管來實現(xiàn)逆變。頻率 /電壓變換器是為了實現(xiàn)電壓與頻率的協(xié)調(diào)控制的。因為在變頻的同時，必須相應(yīng)的改變直流度給定 － ～ 頻率 發(fā)生器 環(huán)形 計數(shù)器 脈沖 放大器 F/V 變換器 直流 放大 器 移相 電路 變頻 M － ～ 變頻器 17 電壓，以滿足調(diào)速系統(tǒng)的要求。頻率 /電壓變換器把脈沖信號變換為寬度與頻率成線性關(guān)系的矩形波。即當(dāng)脈沖信號的頻率增高時，其輸出電壓也增高，控制晶閘管整流器的控制角 a 前移，使晶閘管整流器的輸出電壓也增高。 目前通用型變頻器主要是交 交變頻器，其 主要電路為下圖。同時變頻器的核心電路，有整流回路（交 流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直 成，當(dāng)然還包括限流電路，制動電路，控制電路等組成。 1）整流電路（交 如下圖所示，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進(jìn)行整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一 般需經(jīng)過吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入整流橋的輸入端。網(wǎng)絡(luò)的作用，是吸收交流電網(wǎng)的高頻諧波信號和浪涌過電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當(dāng)電源電壓為三相 380流器件的最大反向電壓一般為 1200— 1600V，最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。 18 2）濾波電路（能耗電路） 逆變器的負(fù)載屬感性負(fù)載的異步電動機(jī)，無論異步電動機(jī)處于電動或發(fā)電狀態(tài)，在直流濾 波電路和異步電動機(jī)之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖。同時，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進(jìn)行濾波的作用。 通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個電容器串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因為電解電容器容量有較大的離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個阻值等相的勻壓電阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會嚴(yán)重制約變頻器的壽命。 3） 逆變電路（直交轉(zhuǎn)換） 逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用。 最常見的逆變電路結(jié)構(gòu)形式是利用六個功率開關(guān)器件（ 成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中功率開關(guān)器件 的導(dǎo) 19 通與關(guān)斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。 通常的中小容量的變頻器主回路器件一般采用集成模塊或智能模塊。智能模塊的內(nèi)部高度集成了整流模塊、逆變模塊、各種傳感器、 保護(hù)電路及驅(qū)動電路。如三菱公司生產(chǎn)的 士公司生產(chǎn)的7門子公司生產(chǎn)的 ，內(nèi)部集成了整流模塊、功率因數(shù)校正電路、 塊的典型開關(guān)頻率為 20護(hù)功能為欠電壓、過電壓和過熱故障時輸出故障信號燈。逆變電路中都設(shè)置有續(xù)流電路。續(xù)流電路的功能是當(dāng)頻率下降時，異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也隨之下降。為異步電動機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通道。在逆變過程中，寄生電感釋放能量提供通道。另外，當(dāng)位于同一橋臂上的兩個開關(guān)，同 時處于開通狀態(tài)時將會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實際的通用變頻器中還設(shè)有緩沖電路等各種相應(yīng)的輔助電路，以保證電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時，對換流器件進(jìn)行保護(hù)。 動機(jī)的選型計算 所得設(shè)計的扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)加以折算進(jìn)行電動機(jī)的選擇計算。 1） 折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 W* ?? 式（ 0 0??? ? 式（ 74 6 7*l ???? ? 式（ — 電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 — 生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 20 — 電動機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度 — 電動機(jī)功率 2） 工作狀態(tài)下的載荷負(fù)載轉(zhuǎn)矩 在正常狀態(tài)下，工作狀態(tài)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩應(yīng)不超過電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的 80% Tr m %*Tm s ? 式（ — 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 N*M — 工作狀態(tài)載荷轉(zhuǎn)矩 N*M 0*T ? 式（ 8 7 5 NT ? 式（ 1、 鑒于此選擇的電機(jī)為 所以運用交直交 變頻調(diào)速系統(tǒng)將電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度調(diào)至 87轉(zhuǎn) /分鐘。 型號 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 3000R/21 第三章 傳感器的選用 感器選用的一般原則： 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量 環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行 — 個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因 為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價格能否承受，還是自行研制。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 2、靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出 信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。 22 傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 3、 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有 — 定延遲，希 望延遲時間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。 在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點 (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等 )響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。 4、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性 ，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。 5、穩(wěn)定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 23 在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。 傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使 用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。 6、精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量 值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。 對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 字式扭矩傳感器技術(shù)性能及應(yīng)用 字式扭矩傳感器的基本性能 在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù) :旋轉(zhuǎn)扭矩 ,為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩傳統(tǒng)使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近（磁或光）傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時，這兩組傳感器 就可以測量出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(yōu)點：實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞，檢測信號 24 為數(shù)字信號；缺點：體積較大，不易安裝，低轉(zhuǎn)速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較，因此低速性能不理想。（見圖一） 圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器 示意圖 扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)。它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。 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，若向應(yīng)變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號。這就是基本的扭矩傳感器模式。 （見圖二）但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號輸出如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導(dǎo)電滑環(huán)來完成。 圖二 基本的扭矩傳感器 由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。及由于接觸不可靠引起信號波動，因而造成測量誤差大甚至測量不成功。為了克服導(dǎo)電滑環(huán)的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法 :將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上 25 放大并進(jìn)行 V/F 轉(zhuǎn)換成頻率信號，通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無線電接 收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號（見圖三）。 圖三 旋轉(zhuǎn)軸上的能源供應(yīng)是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。 （見圖四）遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項缺陷，但也存在著三個不足之處，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；其二：由于是電池供電，所以只能 短期使用。其三：由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時的動平衡問題。在小量程及小直徑軸時更突出。數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點并克服了其缺陷 ,在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器 ,實現(xiàn)了能源及信號的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。 26 圖四 字式扭矩傳感器 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(qiáng)； 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(jī)處理； 8．測量彈性體強(qiáng)度大可承受 100%的過載。 字式扭矩傳感器 測量原理 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。（虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分） （見圖五）。 27 圖五 字式扭矩傳感器 原理結(jié)構(gòu) 在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：（ 1）能源環(huán)形變壓器的次級線圈，（ 2）信號環(huán)形變壓器初級線圈，（ 3）軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、 V/傳感器的外殼上固定著（ 1）激磁電路，（ 2）能源環(huán)形變壓器的初級線圈（輸入），（ 3）信號環(huán)形變壓器次級線圈（輸出），（ 4）信號處理電路。 字式扭矩傳感器 工 作過程 向傳感器提供 ±15V 電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生 400方波，經(jīng)過 率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器 到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到 ±5V 的直流電源，該電源做運算放大器 工作電源；由基準(zhǔn)電源 雙運放 成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及 V/F 轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的 大成 v 的強(qiáng)信號，再通過 V/F 轉(zhuǎn)換器 過信號環(huán)形變壓器 經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為 既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動 之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 28 本傳感器輸出的頻率信號在零點時為 量程時為 5滿量程變量為 5000 個數(shù) /每秒。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生 60個脈沖，高速或中速采樣時可以用測頻的方法，低速采樣時可以用測周期的方法。本傳感器精度可達(dá) ±～ ±（ F·S ）。由于傳感器輸出為頻率信號，所以無需 字式扭矩傳感器的 應(yīng)用范圍 1．檢測發(fā)電機(jī)，電動機(jī) ，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率； 2．檢測減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷揚機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載 扭矩及輸入功率； 3．檢測各種機(jī)械加工中心，自動機(jī)床的工作過程中的扭矩； 4．各種旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率； 5．檢測扭矩的同時可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力； 6．可用于制造粘度計，電動（氣動，液力）扭力扳手。 7．使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動力源和負(fù)載之間。 字式扭矩傳感器的 安裝方式 本傳感器屬貫通形安裝方法，一般需要通過聯(lián)軸器安裝，為了便于在特殊要求的條件下使用，本傳感器還有七種變形結(jié)構(gòu)： 1． 如果要求傳動系統(tǒng)的軸向不因安裝了傳感器 而加長，則可使用智能聯(lián)軸器 可以承擔(dān)聯(lián)軸器的功能。也就是一種帶檢測功能的聯(lián)軸器。 29 2． 被測傳動系統(tǒng)不允許加長但可以拆卸時，則可以使用套裝式扭矩傳感器套在被測軸上即可測試。 3． 被測傳動系統(tǒng)既不允許加長又不可以拆卸時，則可以使用在現(xiàn)場組裝的卡裝式扭矩傳感器。從軸的兩側(cè)卡在軸上即可進(jìn)行測試。即可長期監(jiān)測也可短期檢測。與電流鉗形表相似。 4． 有的測試系統(tǒng)既有扭力又有軸向力時則可以使用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸向力三參數(shù)傳感器；既可以避免軸向力對扭力測試的干擾又可以測量軸向力的信號； 5． 在高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速下測試時可以使用 無軸承式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器； 6． 如果被測系統(tǒng)為不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時可以使用扭矩傳感變送器； 7．如果被測系統(tǒng)最大值在 5mN·m 至 1N·m 時可以使用小量程轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。 能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀 為了更方便的使用本系列扭矩傳感器特配合設(shè)計了智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀與計算機(jī)虛擬儀器，該兩種儀器可以直接顯示出正在測量的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，功率值的數(shù)值及曲線，也可以設(shè)定轉(zhuǎn)矩的限定值，超值報警，還可以保存本次測量的轉(zhuǎn)矩峰值及曲線，并且可以打印出上述各參數(shù)及曲線圖 。 30 第四章 光電編碼器原理及應(yīng)用電路 電編碼器原理 光電編碼 器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光 電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖 1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90。 根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。 量式編碼器 原理輸出三增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)組方波脈沖 A、 相；A、 沖相位差 90海傭煞獎愕嘏卸銑魴較潁鳽相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均