JYCS-Ⅲ型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台 毕业论文.doc

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1、毕业设计(论文) 课 题 名 称 JYCS-型机械系统性能研究及参数可视 化分析实验台 学 生 姓 名 学 号 系、年级专业 08 级 机械类（现代制造技术方向） 指 导 教 师 职 称 教 授 2012 年 5 月 20 日 I 内容提要 为了解决机械设计课程相关实验分散进行，缺乏组合实验的问题，设计了一种 JYCS-型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台。该实验台利用光栅角位移 传感器测量转轴转速的大小，利用高精度拉压力传感器测量加载在轴瓦上压力的大 小，利用贴在螺栓组螺栓上的应变片感应静载荷的大小。整个试验台可以实现带传 动，链传动，滑动轴承，动态螺栓，螺栓组螺栓的性能测试与分析，也可

2、对整个机 械系统性能进行测试分析。 该实验台对不同工作条件下工作的传动部分的性能参数进行检测，数据可通过 数码管显示或计算机自动采集分析，显示运动参数的实时变化曲线，具有综合性强、 完整性好、便于教师指导实验等优点。其检测控制系统以 51 系列单片机组为核心， 配有放大、滤波、抗干扰电路实现数据采集、放大、初步处理和数据通讯，以及电 机控制等功能，利用串口实现数据采集箱和电脑之间的信息通讯；以 Vb 为开发平 台，包括实验内容介绍、参数可视化分析、实验结果分析等内容；实验结果可以以 文本形式保存，并可在网络上发送，便于网络化实验，而且教师可在网上批改作业。 此设计在整体上结构布局合理，将机械工

3、程测试技术和计算数据处理技术结合 一体，具有较好的经济性和实用性,有助于增强学生的工程实践能力。 II Summary In order to solve mechanical design course experiments, the lack of a combination of experiment, design a JYCS-III mechanical system performance and parameter visualization analysis of experimental units. The experimental use of the size of

4、 the grating angular displacement sensor to measure shaft speed, precision pull the pressure sensor to measure the size of the load pressure in the bush, using a strain gauge sensor attached to the bolt of the bolt group the size of the static load. The entire test rig can be belt drive, chain drive

5、, sliding bearings, dynamic bolt, the bolt of the bolt group performance testing and analysis, but also the entire mechanical system performance test. The experimental transmission part of the performance parameters under different working conditions for testing, data through the digital display or

6、automatic computer acquisition and analysis, and display real-time curve of the motion parameters, a comprehensive and strong, good integrity and to facilitate the guidance of teachers experiments and other advantages. Detection and Control System 51 series microcontroller as the core, with amplific

7、ation, filtering, anti-jamming circuit for data acquisition, amplification, preliminary processing and data communications, and motor control functions, using the serial interface between the data acquisition box and computer information and communication; Vb as a development platform, including the

8、 experiment, the parameters of visual analysis, the analysis of experimental results; experimental results can be saved as text, can be sent on the network, to facilitate networking experiments, and teachers can online correcting homework. This design in the overall structure of the rational layout,

9、 mechanical engineering test and calculation of data processing technology combined with one, with good economic and practical help to strengthen the ability of students in the engineering practice. III 目 录 内容提要 .I Summary.II 1 绪论.1 1.1 实验室的简介.1 1.2 课题来源3 1.3 国内外仪器仪表的发展趋势3 1.4 实验台设计内容11 2 实验台总体结构布局1

10、3 2.1 实验台总体构思 .13 2.2 实验传动路线的拟定 .13 2.3 实验台总体结构布局图.15 2.4 制动系统的选择 .15 3 本实验台的组成及调整.19 3.1 结构流程图.19 4 本实验台上带传动和轴的机构设计计算24 4.1 带轮传动的计算 .24 4.2 带轮轴的设计.28 5 偏心凸轮传动轴的设计. 30 5.1 轴的相关数据的设计30 5.2 轴的校核31 6 螺栓螺纹的计算.34 6.1 动态变载荷螺栓螺纹的计算 .34 IV 6.2 受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算 .35 6.3 动态螺栓变载荷的上的螺纹计算 .36 7 实验台的测试控制系统与实验台的配套

11、软件.39 7.1 实验台的测试控制系统.39 7.2 实验台的配套软件.40 8 该实验台可进行的实验项目.41 8.1 静态螺栓组应变实验 .41 8.2 带传动实验.43 8.3 滑动轴瓦油膜压力分布分析实验 .45 8.4 动态螺栓联接实验.47 8.5 系统速度波动实验. .48 8.6 注意事项.48 总结.49 参考文献.50 致谢.51 1 1 绪论 1.1 实验室的简介 实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，对科技发展起着十分重要的作用。 在国际上享有盛誉的著名实验室更被誉为科研领域的麦加，是科技工作者向往和追 求的地方。这些实验室往往代表了世界前沿基础研究的最高水平，诞生了

12、一大批诺 贝尔奖获得者和具有划时代意义的科技创新成果，是开展高层次学术交流的重要场 所。 1.1.1 实验室的发展动向 近年来，随着微电子、自动化、计算机和信息管理等相关技术向传统机械行业 的不断渗透，给机电类专业的发展带来了前所未有的活力。同时，我国的产业结构 调整、企业改制及技术改造正向纵深推进，中国有望成为世界新的制造中心和加工 中心，制造业将成为我国的支柱产业和主导产业。 “制造业信息化”和“机床数控化”作 为现代加工业制造业的高科技标志和发展趋势，为高等工程教育创造了广阔的人才 市场空间。国家实施科教兴国战略，加大对高等教育的投入，学校进入了发展建设 的新时期，给实验室带来了新的发展

13、机遇。 构建以综合性、设计性、应用性为主，既有基本技能训练，又有开发创新的实 践教学体系，改变实践教学附属于课堂教学，以验证性、演示性实验为主的现状， 打破各专业课程间的壁垒，加强课程间的交叉、渗透，建立系列课程或课群起点上 的具有一定柔性、实验实习一体性的独立的实训环节，建成基本技能、专业技能、 技术应用能力训练有机结合的实践教学体系，使实践教学向深层次发展，以满足培 养学生的应用技能和创新能力的需要。 1.1.2 实验室发展特点及高等教育对实验教学的要求 高等教育实验教学的建设目标是：树立以学生为本，知识传授、能力培养、素 质提高协调发展的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念，建立有利

14、于培养 学生实践能力和创新能力的实验教学体系，建设满足现代实验教学需要的高素质实 验教学队伍，建设仪器先进、资源共享、服务开放的实验教学环境，建立现代化高 2 效运行的管理机制，全面提高实验教学水平。为高等学校实验教学提供示范经验， 带动高等学校实验室的建设和发展。 实验教学应以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨，以实验教 学改革为核心，以实验资源开放共享为基础，以高素质实验教学队伍和完备的实验 条件为保障，创新管理机制，全面提高实验教学水平和实验室使用效益。 实验室发展特点： （1）创造条件，更新项目，实现实验室全方位的开放 实验室的开放就是实验室全日向学生开放，并在实验室中同时

15、安排多项实验内 容，让学生独立自主地安排实验时间，选择实验内容，为学生个性化培养提供自由 发展的空间和平台。积极组织对实验项目的设计和论证，大胆地削减过去陈旧、简 单重复的演示性和验证性实验内容，按照国家教育部本科教学工作水平评估的要求 和标 准，增加综合性、应用性、设计性、创新性的实验内容和项目，并达到实验课 程总数的80%以上。要使前沿性、创新性的实验项目在水平上和数量上有较大的突 破。 （2）加快实施基础课实验教学示范中心的建设 教育部启动的“基础课实验教学示范中心建设”计划，拟在全国建设100个左右 的示范中心。我们应抓住“十二五”建设机遇，在先期通过由教育部委托省教育厅组 织的基础课

16、教学实验室评估的实验室及面向广大学生受益面较大的实验室中，重点 培养和建设如“流体力学实验中心”、 “力学实验中心”、 “大学物理实验中心”、 “机电实验 中心”、 “计算机基础教学实验中心”、 “自动控制教学实验中心”、 “大学外语语言教学中 心”等基础教学实验中心。使上述实验室全部按照“基础课实验教学示范中心” 标准进行建设，彻底改善基础教学实验条件，成为“十二五”期间标志性建设成果。 通过“十二五”期间的重点建设，选择其中条件比较成熟的，向教育部进行申报。通 过基础课实验教学示范中心建设工作，建设成国内一流的基础教学实验室，对学校 的发展将产生积极影响。 （3）加强上层次、上水平的重点实

17、验室的培育与建设 要创建高水平一流的研究型大学，重点实验室的建设，将会形成学校的核心竞 争力。具有鲜明学科特色及强劲科研能力的实验室，以及今后有发展前景的基础实 验室，使高校高水平高质量的实验室从数量上和质量上都有新的突破和飞跃。 3 （4）建设与现代化实验室相适应的高素质、高水平实验技术队伍 创新教育的关键在教师，教师创新素质的高低是培养和造就高素质创新人才的 关键。人才因素是保证实验室可持续发展的关键因素，也奠定了培养创新人才的师 资条件。 1.2 课题来源 目前，随着高等工科学校教育改革的深入，根据建设工程型、研究型大学的需要， 以及社会对培养现代化的高级人才要求，学生在大学里学习技术基

18、础课程，掌握基本 技能和知识的同时，要求与当代的工程师、研究型人才一样具有工程设计的综合创新 能力。为此，作为将来从事机械产品的设计、制造以及与此相关的工程技术人员，在 掌握机械设计方法、理论的同时，通过较完整的实验教学的训练，使学生掌握机械产 品的性能测试的综合能力，从而使学生学会应对分析工程问题，解决问题的能力。同 时，掌握各种现代化的测试手段，构筑进行机械产品研制开发的能力所必需的工程思 维。另外，学生在学习理论课程的基础上，针对实际机器和机械系统进行性能的综合 分析和评估。 机械系统是一个较复杂的系统，主要由驱动部分、传动部分、执行部分和链接部 分组成。现代机械工业的发展为了提高效率、

19、减少设计和制造周期，大部分产品已基 本成为模块化。在原动机方面，电动机、气缸、液压缸等已实现了模块化；而传动部 分也以所谓的减速器的形式作为模块早已进入市场，当然也包括近年来出现的各种新 型减速器、增速器；作为连接使用的模块有联轴器、离合器等也已模块化；还有支撑 零件如滚动轴承等。因此，可以这样讲，构成机器或机械系统的主要部件大都已经模 块化，于是，机械设计的任务就是根据给定的具体功能要求，通过这些模块的有机组 合（设计）构成具有一定目的的系统。因此，基于各种机械模块，进行系统的创意设 计就作为我们开发创新性实验平台的构筑依据。 邵阳学院机械与能源工程系按照工程模式进行实验室的设计与规划，尤其

20、重视学 生的工程能力、应用能力及创新能力的培养。为了满足机械设计实验教学的需求，本 文设计了 JYCS-型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台。 1.3 国内外仪器仪表的发展趋势 1.3.1 我国仪器仪表制造业的发展趋势： 4 仪器仪表行业高技术、高投入、高产出、低能耗、低污染的特点将在低碳经济 和新兴产业的发展下带动仪器仪表需求的上升。国内仪器仪表行业一直以来都是应 用在传统的服务市场，如冶金、火电等行业。随着市场需求的改变，越来越多的新 型产业开始兴起，物联网、智能电网等新技术的发展快速。食品、药品安全领域备 受人们关注。国家对能源的综合利用、环境保护提出了更加严格的要求。这同时也 为我

21、国仪器仪表行业提供了广阔的市场发展空间和新的发展方向。 随着经济的发展和社会的进步，用户对仪器仪表需求模式也发生了很大变化。 以环保行业为例，以人工采样和实验分析正向自动化、智能化、网络化监测方向发 展。大力发展装备自动化，提升装备制造业的整体水平。仪器仪表是提升装备制造 水平的关键，国内仪表企业要紧紧围绕汽车装备、新能源装备、节能环保装备等方 向发展装备自动化。 “十二五”期间我国自动化仪表行业市场需将持续稳定增长，年复合增长率为 20%左 右， “十二五”末期，市场容量或将超过 3500 亿元。 随着经济和技术的发展，对自动化控制和检测技术的要注越来越高，从而出现 了大量自动化控制和检测的

22、新技术和新产品，如功能安全仪表系统，无线仪表等技 术和产品。其中工业自动化仪表，基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、 特种和专用的自动化仪表是其发展重点。 1.3.2 国外仪器仪表发展趋势： 工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备控制仪表从基地 式调节器变送、指示、调节一体化的仪表开始经历了气动、电动单元组合仪表到计 算机控制系统 DDC 直至今日的分散控制系统 DCS 已经走过了 20 多年的里程。DCS 以 其高度的可靠性,易于扩充的功能、漂亮的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制 算法、开放的联网能力等优点得到迅速的发展,成为计算机工业控制系统的主流。 PLC 以

23、其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点,迅速获得广泛应 用已成为与 DCS 并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以 PLC 为基础的 DCS 发 展很快，PLC 与 DCS 相互渗透、相互融合、相互竞争已成为当前工业控制系统的发 展趋势。 开放化 开放化及小型化 DownSiz 顾客服务系统等新的关键技术已进入自动化行业与以 往 DCS 相对应的 PC 机控制系统也已经出现。近几年 PC 机及其相关技术的迅速发展 5 将对今后产生重大影响。开放化潮流的背景有下述两方面： a 大量生产的 PC 机已在企业和家庭中广泛作为信息设备。 b 控制系统的范围逐渐扩大，用户希望自选设备并能

24、简单方便地把它相互连接 起来进行统一管理。 提供新的服务 a 系统集成System Integrator 开放化通过多卖方技术设备的综合、建立系统，这就需要高效运行的控制系统 集成业务，根据用户对象熟悉系统中的各种自动化仪表选择最佳设备。今后的趋势 是由专门的 SI 部门来代替用户组成系统。 b系统维修 用通用信息处理设备组成的控制系统，当故障出现时判别哪台设备出故障是非 常困难的。仪表制造厂不仅要对自己的产品，还必须对在系统中的通用信息处理设 备提供一定程度的综合维修服务。 DCS经历了初创从1975年到1980年，成熟从1980年到1985年，扩展从 1985年以后几个发展时期。在控制功能

25、完善、信息处理能力、速度及组态软件等方 面取得了令人瞩目的成就，已经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发达国 家都有生产自己的 DCS 生产厂家。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公 司如美国的霍尼韦尔Honeywell TDC300、TDC3000、XS9000、FoxboroI/A、SWestingHouse WDPFA BBMOD30,日本横河YokoyawaCENUMxl,日立HIA CS30005000,德国的西 门子 SiemensTelenermMSIPA OS200,加拿大贝莱BA ILEYN90。 目前世界上约有200家 PLC 生产厂家目前占控制市场份额30%，主

26、要生产厂家有 美国的 AB 公司、莫迪康公司、GE 公司、德国的西门子公司、法国的 Teleme Cangu 公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC 将与 IPCDCS 集成 PLC 逐渐成为占自 动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测，到2000年 PLC 占 控制市场份额将超过50%。 现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控 制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场的仪表，包括变送器、执行器、记录 仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等基于计算机的控制系统之间进 行的数据通信系统。有人预测基于现场总线的FCSFieidbus C

27、ontrol System将取 6 代DCS，成为控制系统的主角。Internet和Intranet技术也将进入控制领域，计 算机自动化系统也将渗透到企业，从生产到管理、直到经营的方方面面。 自动化产品市场需求将快速增长 全球的自动化产品市场销售额预测如下：全球的过程自动化产品市场销售额在 1996年达461亿美元，到2001年将增长到559亿美元。预计在2006年将达到700亿 美元。从1996年到2001年间的年平均增长率为3.9%，而从2001年到2006年年平均增 长率将达到4.6%，以不变价格计算则2006年的销售额为761亿美元。主要应用于玻璃、 陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝

28、板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、 纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天燃气工业等。 1996年的自动化产品系统和维修的461亿美元中有406亿美元是属于自动化工程 项目方面，有54亿美元是用于操作方面。测量和自动化技术作为新的投资在工厂现 代化投资中将增长2-3倍。2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为：矿山工业 为70亿美元、原材料工业为90亿美元、过程工业为360亿美元、电站为110亿美元、 环保工业为70亿美元。就全球地区而言北美占27.2%，西欧占26%，亚非不包括日本 占21.1%，日本占12.3%，东欧占4.7%，南美占4.9%，其它地区占3.7%，从中看出亚 非地区的

29、市场发展前景最好。 （2）、科学仪器 科学仪器含光学仪器和分析析器 A 光学仪器 光学仪器是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会 生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递工具。特别是现代 光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。 集成电路生产所用制造设备品种的40%，数量的60%都是光学设备，而检验仪器 所占比重就更大。计量工作约有90%属几何尺寸测量，其中主要用光学计量仪器来完 成。过去在计量室测量一个凸轮需要数小时，现在车间生产现场用计算机控制的三 坐标测量机进行测量只需10分钟。轧钢生产现场条件极其恶劣，被测件温度超过 1000，运动速度为数米

30、每秒并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强 电磁干扰。利用 CCD 光电在线测径系统在轧钢生产中进行在线尺寸检测控制了生产 流程，就能保证产品高质量和生产高效率。 光学遥感仪器帮助人类解决面临的能源、粮食、气象预报、环境监测等方面的 重大问题。15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后 7 发射三颗陆地卫星花费2.5亿美元，但所获经济效益大得多，其中仅用遥感仪器监视 洪水、探测农作物病虫害、改进油田勘探以及粮食估产等几项每年的经济收益估计 就达15亿美元以上。 由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势，从而能满足生产过程中的自 动监控以及图象分析、精密测量、信

31、息处理和传输、微观观察、记录、显示、传递 和储存。利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害气体、核辐射等各种特殊 环境下正常地工作。因此光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备应用十分广 泛。 现代光学仪器的发展趋势： 随着光学仪器产业结构的全球性调整，主要工业发达国家竞相发展高技术产品， 使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美、日、德等国为了发展现代化的光学 仪器工业，大力开发和应用各种新技术、新器件、新材料、新原理，系统地应用光 机电综合技术以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场，使光学仪器向产业 高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向 发展。 现

32、代光学仪器的特征： 1、现代光学仪器冲破了传统理论，以几何光学或物理光学为基础的束缚光学技 术同其它学科和技术不断融化、渗透派生出新的学科分支，形成许多交叉发展的领 域，打破了长期来光学的传统应用范围。如以傅里叶变换原理为基础的各类傅里叶 变换光谱仪，基于光声效应的激光光声光谱仪，利用激光开拓新的测量原理、方法， 使众多的激光计量检测仪器问世。激光技术与传统的显微镜相结合，开发出激光扫 描显微镜。另外，有一系列产品应用光电转换原理生产了一大批新颖的光电仪器， 许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处理、微光学等得到开发应用。 2、结构上打破了以光学和机械为主体的基本框架，集光学、机械、电子、计

33、算机于一体，电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。 3、摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典模式，操作、检测、数 据处理和信息传递实现自动化。工作效率、可靠性是传统光学仪器无可比拟的。 4、设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和 quot 优化设计。整个系 列产品品种之间零部件通用性强、标准化程度高、标准件多，因而使仪器成本下降， 质量提高。 8 5、现代光学仪器的质量评价标准更全面、更严格。过去评价传统光学仪器的 质量主要着眼于功能指标，即仪器的使用范围、精度等级、灵敏度、重复性、稳定 性及结构特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量指标、可靠性、工艺

34、性、经济性、人机学指标、美学指标、标准化及专利权指标等八个方面。 发展趋势： 从传统光学仪器转变为现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是基 础。光谱仪器发展最快。发达国家80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动 化，如内装机械手等机器人系统实现无人操作，向实验室信息管理系统自动化及智 能化方向发展。光学计量仪器从大型精密仪器-三坐标测量机到传统的自准直仪和 投影仪，都已实现微机化、光电化。激光技术的结合和CCD等光电器件的引入更 为快速、准确、可靠的线检测和监控创造了条件。 未来10年由于高新技术的发展和应用将进一步推动光学仪器实现光机电一体化 和智能化。现今的智能化仪器更确切地应

35、称为 quot 微机化仪器。而更高程度的智能 化是信息技术的最高层次应用，包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数 值、逻辑与知识的综合分析结果智能化的标志，是知识的表达与应用。电子技术、 计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善为仪器向更高档次的智能发展创造 了条件。 未来10年光和电的渗透会进一步强化更多的新技术、新器件的推广应用，因而 在光机电一体化的基础上融入不同原理，派生出新用途的产品，以满足各领域日益 增长的需求。具有优异性能的光电器件和功能材料的开发和应用将加速现代光学仪 器的发展，如 CCD 器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟，实际应 用已获突破，显示了广泛

36、的应用前景，必将使光学仪器领域发生重要变革，推动产 品向小型化、高分辨、光电化和自动化发展。 A、光学计量仪器 未来的光学计量仪器仪表必须简化设计，大量压缩零部件，提高智能化，便于 操作，发展在线计量测试仪器仪表。 利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高 灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的新型传感器技术，如： 利用高温超导量子干涉器 SGUID 开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地 学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器、无损材料检验仪器等。 9 利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等这是大家所共知的，它与近场光学 相结合不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏

37、振信息可以分辨出被 测物体的材料，这是目前实验研究的新探索。将可调谐稳频激光光谱仪的技术用于 高精密的几何量与机械量及多种无形态的量的测量，如高精度的折射率测量、光波 波前沿的测量、超薄膜层厚度的测量等。 开发新一代微型光纤传导激光干涉仪。它测量范围可以从纳米到几米或更 大的范围，分辨率可达10nm，并且克服了 HP 激光干涉仪的缺点，它具有 HP 激光干 涉仪的一切功能。另外，它还可用于称重研制新型电子天平、高精度的电子皮带称、 高分辨率的压力计等。 发展纳米测量技术建立纳米计量测试标准。这是当今在计量与测量技术研 究中十分活跃的课题。 发展测量机器人。类似的测量仪器已出现。即 ZeissS

38、canMax 三坐标测量机， 操作十分方便，工人学习510分钟即掌握使用；可放在车间使用；自动修正影响测量 精度的外界干扰；目前的测量精度为35m。 利用了智能机器人技术，但要保证测量量值的计量正确性是一个十分复杂理论 和技术问题，目前已得到初步解决。 环境保护科学仪器仪表的发展与进步将是当今和21世纪的重点研究领域。有关 环保科学仪器仪表的检测和有关这方面的配套的计量仪器仪表还缺乏，用于生产安 全与防护的科学仪器仪表也还需大力开发与发展，将成为仪器仪表行业的新分支。 B、分析仪器 分析仪器是集光、机、电、化、计算机等多学科技术为一体的高技术产品在计 算机技术、微电子技术、现代数字手段、信息处

39、理论数字图像技术以及人工智能技 术的发展推动下，分析仪器仪器正向智能化方向发展智能化，包括理解、推理、判 断、分析等一系列功能。 分析仪器智能化发展趋势主要表现是：基于微电子技术和计算机技术的应用实 现分析仪器的自动化。通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、 分析、处理，提高分析仪器数据处理能力。数字图像处理系统实现了分析仪器数字 图像处理功能的发展，以及分析仪器的联用技术与人工智能的广泛应用等。这些使 现代分析测试速度超高速化、分析试样超微量化、分析仪器的超小型化的发展趋势。 世界分析仪器事业持续快速发展可以由两个角度来看： 10 从技术发展角度来看，世纪之交的世界分析仪器技术

40、可以说正在经历一场革命 性变化。传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精 密机械电子学结构、实验室内人工操作应用模式转化为光、机、电、计算机一体化、 自动化的结构，并正向更名副其实的智能系统发展，带动有自诊断自控、自调、自 行判断决策等高智能功能系统的发展。其可与多台仪器、多个实验室结合的综合分 析管理系统 LIMS Laboratory Information Management System 已经推广应用，计 算机内装上调制解调器从而可以上网，制造厂商可与全球用户或用户之间实现实时 信息交流。例如，厂商对用户正在使用的仪器进行远距诊断、指导，正确使用或提 出维修指

41、导。各同类仪器用户或相同分析工作用户直接进行数据互换、情报共享等 已经不是研究开发的方向，普遍应用亦已指日可待。 从世界分析仪器销售增势来看：世纪之交在农业、能源、信息、环境、材料、 生物、医学等领域快速发展的全球需求刺激下，加上分析仪器技术发展推动的分析 仪器更新换代周期不断缩短，使多年来世界分析仪器市场销售额保持10%左右甚至更 高的年增长率。这说明分析仪器行业不是 quot 这个夕阳产业，而是能不断更新，保 持旺盛的生命力的行业。世界分析仪器技术更新快、科技含量高，增长迅猛。 为适应现代高科技研究和产业的迅猛发展，作为信息时代，信息获取-处理-传 输链的源头技术、分析仪器技术的发展是必然

42、的。没有新的分析方法、分析技术和 相应的全新分析仪器就不能更全面、更灵敏、更可靠、更方便地获取、研究社会、 环境等领域中的信息，21世纪的信息时代就无从谈起。这是世纪之交期间面临新形 势的一个特征，也是分析仪器新技术、新元器件、新产品会不断涌现、科技含量越 来越高的缘由。从另一个角度来说，也是被世界科技和产业、人类社会发展大形势 的要求逼出来的分析仪器技术适应大形势发展的结果。 分析技术和分析仪器的应用日益拓展 20世纪前些年经典的分析技术和分析仪器主要是为现代产业大生产服务的，主 要为了适应分析、监控工农业生产、保证产品质量、保障大生产流程，安全高效的 要求而发展、提高的当今世纪之交分析技术

43、和分析仪器的。quot用武之地在于 quot已经大大拓展最引人注目的生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应 用。日新月异的现代高科技在军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用 拓展，例如生物武器、化学武器在战争中的使用，使得高速、灵敏、准确的现场毒 物检测、生命保障任务大大扩大了分析仪器的应用领域。 11 可以肯定在新世纪到来后，分析技术和分析仪器的应用、拓展趋势将更加显著。 必须看准这个发展潮流在分析仪器事业的发展，在思路上摆正位置、选好方向。 21世纪初世界分析仪器市场的年销售额递增率为8%-10%，2000年世界市场 将达300亿美元。世界分析仪器最大的市场是美国，约占总销售

44、额的40%，其次是 欧洲，约占27%，第三是日本，约占20%，中国进口分析仪器仅占世界销售额的1.4%。 科学仪器的世界市场 科学仪器随着世界经济增长市场需求今后可望每年以3%-6%速度的增长。需求潜 力最大的产业部门有通信、电力、信息、生物、生物技术、医药、环保等。市场前 景最好的国家和地区为东亚和墨西哥。 全球科学仪器的市场规模约200亿美元，主要市场为美、德、日、法、英、意 等工业发达国家。主要生产国和出口国是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年 来部分发展国家对科学仪器的需求增长很快，这些国家地区有智利、捷克、洪都拉 斯、印度、台湾省、厄瓜多尔、埃及等地，对科学仪器的进口正在以年均15

45、%-30%速 度增长。 1.4 实验台设计内容 对 JYCS-型机械系统性能研究及参数可视化分析实验台进行整体设计，包括 实验台总体结构布局的设计，零部件设计、计算、总图绘制，各个带传动、链传动 的传动比等计算。 该实验台为一机多用的机械设计类综合实验台，将带传动实验、链传动实验、液 体滑动轴承实验、静态螺栓组联接实验、动态变载荷螺栓联接实验有机地综合在一个 实验台上，使其能测试分析系统，同时该实验台利用先进的测试技术和计算分析技术， 让学生掌握现代测试技术，提高工程实践能力。 机械系统性能研究及参数可视化分析实验台是一部新型的综合实验研究分析器材， 具有与基础学科相关、内在联系密切的能进行多

46、种机械性能研究测试，把多种实验有 机的整合到一起的实验台，能让学生把所学的知识贯穿起来。 1.4.1 课题提供的主要参数 （1）电机功率：0.6KW （2）最高转速：600 rpm 12 （3）传感器类型：光栅角位移传感器：1000栅/转 压力传感器：量程10kg BLR-14高精度拉压力传感器：量程1000kg ZB-YB管路压力传感器：量程1.6MPa 光电角位移传感器：180栅/转 （4）重量：320kg 1.4.2 实验台预期达到的功能 （1）、该实验台系统可对带传动，链传动，滑动轴承，动态螺栓，螺栓组的性能进 行测试分析，也可对整个机械系统性能进行测试分析。 （2）、该实验台可对在不

47、同工作条件下工作的传动部分的性能参数进行检测，数据 可通过数码管显示或计算机自动采集分析。 （3）、通过计算机实时显示运动参数的实时变化曲线，综合性强，完整性好，便于 教师指导实验。 （4）、检测控制系统以 51 系列单片机组为核心，配有放大、滤波、抗干扰电路实 现数据采集、放大、初步处理和数据通讯，以及电机控制等功能，该系统利用串口 实现数据采集箱和电脑之间的信息通讯； （5）、该实验台教学分析软件以 Visual basic 语言为开发平台，包括实验内容介 绍、实验录像、参数可视化分析、实验结果分析等内容； （6）、实验结果可以以文本形式保存，并可在网络上发送，便于网络化实验，使教 师可在

48、网上批改作业； 13 2 实验台总体结构布局 2.1 实验台总体构思 本次设计实验台的目标是组合带传动、链传动、液体动压轴承、螺栓组静载荷、 螺栓动载荷各个实验装置，测试参数包括转轴转速n、液压油膜压力P、螺栓组联 接静载荷Pn、螺栓动载荷加载力F、弹性滑差率、绕接合面的倾覆力矩M等等。 根据以上5个实验的要求，主要将实验台分为5个部分：动力系统、制动系统、 加载系统、测试系统及工作平台。 2.2 实验传动路线的拟定 电机带传动级传动轴（滑动轴承）静态负载 如图2.1所示： 14 图 2.1 滑动轴瓦油膜压力分布分析实验 电机带传动级传动轴（滑动轴承） 链传动级传动轴动态负载（动态螺栓） ，如

49、图 2.2 所示： 图 2.2 系统速度波动实验图 电机带传动级传动轴（磁粉制动器） ，如图2.3所示： 15 图 2. 3 带传动实验图 电机链传动级传动轴动态负载（动态螺栓） ，如图2.4所示： 图 2.4 链传动实验图 2.3 实验台总体结构布局图 通过对上述各种实验传动路线的分析，可以设计出如下的 JYCS-型机械系统 性能研究及参数可视化分析实验台。实验台总体结构布局如图 2.3 所示： 图2.3实验台总体结构布局 16 2.4 制动系统的选择 机械功率开放式实验台的加载器的种类大致有以下3种。机械制动器结构 简单，制造容易，使用灵活，并有一定的测量精度，但制动器发热大，需要强制 冷却，且载荷不够稳定，制动轮磨损快，速度不能过高；磁粉制动器结构简单， 操作方便，运转平稳，能适用于高频加载，且有定型产品可以选购，但这种制动 器运转发热量大，温升高，易引起激磁线圈内阻增加，从而使负载力矩不稳定， 制动器需要强制水冷。涡流消功器式在低速时有很好的制动效果，可不必采用增 速器，改变负荷时平稳、方便，很容易实现程序控制，