智能型皮带试验台机构设计及仿真

1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)智能型皮带试验台机构设计及仿真Design And Simulation Of Mechanism Design And Simulation Of Intelligent Belt Test Rig For Intelligent Belt Test Rig学生姓名班 级学 号学院名称专业名称指导教师 学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注

2、。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本文利用设计的皮带传动试验台，通过lapview软件进行数据的传输和分析，对皮带传

3、动的实时仿真和试验台的智能控制方法进行了研究。它的主要内容有以下几点：第一，皮带传动的实时仿真，就是根据现有的条件，根据皮带的实时运行的速度，将皮带的运动方式通过Lapview虚拟软件用图形的方法表达出来；第二，采用模糊控制这个原理对整个的试验台系统实现自动控制；第三，数字量和模拟量的采集以及相应控制电路的选择和设计；第四，利用lapview的虚拟系统进行软件设计，本文提出了视图抽象，物理抽象的概念，并在设计时用到了该软件。通过这一整个的设计以及实验，本论文得到了的实验数据与实际的实验相同。 关键字：试验台 ； LapVIEW ； 自动控制 AbstractIn this paper, the

4、 design of the belt transmission test rig, through the lapview software for transmission and analysis of data, the belt transmission real-time simulation and test rig intelligent control method is studied. It mainly focus on the following points: first, real-time simulation of belt drive is acc

5、ording to the existing conditions, according to the real-time operation of belt speed, movement of the belt through the Lapview virtual software with graphical method to express; second, fuzzy control is adopted the principle of the whole test system to achieve automatic control; third, digital and

6、analog quantity acquisition and corresponding control circuit of the selection and design; fourth, the virtual system using lapview of software design, this paper put forward the view abstraction, abstract physical concept and in the design used the software. The whole software is reliable and

7、running well.Keywords: LapVIEW test bench automatic control 目录1 绪论311本课题的提出31.2国内外研究的现状及发展趋势42 PDC-B智能型带传动实验台的产品介绍62.1 皮带试验台的发展与介绍62.3试验台功能和特性72.4实验原理92.5实验台的操作步骤113 lapview开发软件123.1 LapVIEW的解析123.2 LapVIEW的特点134 张紧装置总体设计144.1电动机的确定144.2机构工作级别的确定15机构利用等级15机构载荷状态164.2.3 机构工作级别164.3皮带绳直径计算与选取164.4卷筒几何

8、尺寸的确定174.5总传动比及传动比的分配：224.6传动装置的运动参数计算：225 蜗轮蜗杆减速器的设计245.1蜗杆、蜗轮的基本参数及强度计算：24选择蜗轮的材料，确定许用应力24按齿面接触疲劳强度设计计算：25齿根弯曲疲劳强度校核计算：28热平衡计算286 数据的采集和分析306.1 Labview信号分析与处理306.2 LabView驱动与电脑的连接306.3进入系统后，点击“数据采集”按钮数据采集就开始317 结论与建议347.结论347.2建议35致谢：35参考文献36附录：371 绪论本篇论文主要讨论的是用PDC-B试验台来进行皮带实验机构的设计及仿真，研究皮带在不同速度，不同

9、运动状态下，所产生的结果。然后通过虚拟软件LapVIEW，进行数据的采集和分析，用图片的方式把他表现出来，使其更加形象生动。让本论文的实验结果能够让更多的人信服。而且通过对皮带试验台机构的研究和仿真，也可以让本论文了解和知道皮带的传动效率，皮带的打滑，皮带的一些特性。以后可以在生活和生产中更好的利用皮带的这些特性，造福社会。同时本文用到的LapVIEW虚拟软件，也可以让我自己学习到很多新的知识。通过研究和实验，提升自己动手动脑的能力。通过对皮带试验台的研究和分析，本论文可以得到很多的数据和图形，根据这些数据和图形，本论文更好的了解了皮带传动的属性。生活中有很多的皮带传动装置，无论是什么机械，都

10、有皮带的传动。皮带传动的研究与本论文的生活息息相关，密不可分。所以，我希望通过的研究，能够了解到皮带的很多特性，对皮带传动装置进行优化改良，够让皮带的传输效率变得更高，皮带的传动机构变得更加简单。下面就是我的研究成果。 11本课题的提出二十一世纪，发达国家正一步一步地带领着全球从由第一、第二产业为主的经济时代向着以第三产业为主的经济时代转变的非常的重要时期。这与科学技术的进步息息相关，无论是现在还是将来，科技的发展都是重中之重。现代工业重要的发展目标是用很牛逼的科技作为重要的内容，通过两者的结合增加产品的价值。怎样加快电子信息技术发展的速度，使产业结构发生变化，从某种程度上说这也对世界的经济起

11、到积极的作用。正是因为比较重要，所以他被很宽泛的应用在工业中，其中不乏包括利用计算机进行仿真和工业自动化。如今，工业上有很多地方都用到了它。咱打个造汽车的比方，美国通用汽车公司就是用这种科技，让人们有身临其境的感觉。其通过这一技术可以大大减少甚至于消除实体模型的开支，在有限的时间内减少研发时间。此外，汽车的形状也会用到这个系统，可以从多个角度观看汽车里面的样子，从而可以让客户从满意度以及安全性这两个方面来感知这辆汽车。这一技术在飞行仿真的应用领域又起到了另一番作用。对于飞机的飞行仿真系统，本论文可以把他分为4个部分，第一操作舱系统，第二外部图像视觉系统，第三运动系统，第四计算和控制系统。计算机

12、系统是飞行仿真系统中的重要枢纽，用他本论文可以计算飞机的轨迹，本论文可以控制指示灯和驾驶感。芝加哥某大学通过应用这一技术分析了人体神经的工作原理，突破了很多医学瓶颈，其中最重要的有电场可视化，还有就是大脑内部的一些仿真。极其重要的是仿真技术在军事上使其实现了另一种更为特殊的作用。比如研制新的武器，模拟一些战术布置，培训如何使用武器等等好多好多的地方。 正是由于有了自动控制的技术，本论文可以自动化的生产，解放劳动生产力，提高生产质量，由此本论文变化了劳动的生产条件，并在社会的各个方面起到极大的作用。正是由于计算机控制技术的崛起，现代工业的自动化也飞速发展起来了，它是这两种技术的有机结合。本论文把

13、计算机控制系统分为四种：数据采集和处理，计算机在线操作系统，直接控制系统，分级控制系统。文章中的计算机控制系统也就是用到了数据采集与处理这两个系统。 随着计算机技术的发展，未来工业企业自动化将会朝着智能控制系统，网络虚拟系统等等这些的发展方向。当把本论文国家的计算机仿真和先进国家比较时，本论文会发现还有着不小的差距。由于我国在仿真的软件和硬件都不太行。为了追上先进的国家，缩小与他们的差距，本论文构造了一个皮带的传动系统，通过对他的研究，本论文会在各个方面产生巨大的影响。我国的实时仿真与自动控制都将飞速发展。1.2国内外研究的现状及发展趋势17世纪70年代，蒸汽机的诞生，人类的劳动力得到了很好地

14、发展，由机器顶替人去完成复杂和繁重的体力劳作成为了一种普遍存在。十八世纪以后，人的大脑也得到了很好的发展。这与计算机的出现、进一步改进和各种各样的应用存在着密不可分的关系。等到了2000年以后，工业里面的很多方面都存在了这些应用。本论文用硬件来说，计算机飞快的进行着运算；用软件来说，由开始最简单的机器码，研究到了今天的高级编程的语言；从计算机应用的自身来说，从最基础的数字计算，到如今在工业上的控制，它甚至能够模仿人的思想的过程，根据图片的显示从最开始的二维，到现在本论文可以用三维和三维动态模具。 早前计算机仿真技术就被应用到了很多很多的领域。最先前的时候，人类可以利用计算机对数学方程进行解答，

15、本论文只能得到一些数字。到了1980年代之后，本论文把它称作Simulation，衍生出了离散系统的仿真以及一些连续系统的仿真，通过这个本论文可以直接在计算机的屏幕上把它的结果和过程显现出来。比如说，本论文根据机械制造，把它运用于生产线上。现代的工业信息化把他遗留下来了。那时候，自动生产线很复杂，很多的因素需要被考虑。一个技术人员，甚至一组技术人员的团队都难彻底得搞清楚这种集复杂的集成制造系统。因此，仿真软件就出现了。仿真软件的用处有很多，它可以用来识别生产自动线的上下限，合理的把资源分开来，优化那些设备等。在所有的仿真软件中，比较具有影响力的有LapVIEW。这些软件需要在DOS环境下运作。

16、本论文把生产线上的设备，工件，运转车用线和简单的图形来表示。当软件运作时，本论文可以看到装配的工件自动地在被加工。等到1990代初期，本论文依旧在现实运作的系统中看见了这个计算机仿真，它还不能体现出实际系统的实时状态。到了1990年后期，计算机的仿真已经能够进行实时的仿真，换句话说，计算机可以根据得到的消息，把现实里面的情况反映到计算机的显示屏上，并通过，进行控制。全球定位系统的发展就是运用了此技术，世界上的任意一个车辆都可以通过它追踪到。尽管到现在这个技术才只有100多年的历史，但已经发展了三个过程，经典控制理论阶段，现代控制理论阶段，智能控制理论阶段。他所产生的精华有：人工智能，控制理论，

17、管理科学结合起来。为了能够对系统进行智能的控制，他把系统细化，分成了很多小的模块，把人类的很多经验和研究成果融汇到一起。智能控制有很多方法，其中比较重要的就是模糊控制，它可以由一组模糊推理得规则产生知识模型，可以进行人机对话，能够非常简单快捷地将学者的思维方式加到知识模型中去。模糊集合的概念是1965年由美国控制理论的专家首先提出了的。1965 年，英国教授第一次次将模糊集合理论运用到了加热器的控制中，此后比较具有典型性的案例还有热交换过程，交通路口控制，飞船飞行控制，机器人控制，电梯控制，反应堆控制等。目前为止，在模糊控制方面，日本率先走在了前列，将模糊控制应用到了日用家电产品的生产中，比如

18、照相机、吸尘器、洗衣机等，模糊控制的应用在日本得到了非常大的普及2 PDC-B智能型带传动实验台的产品介绍。5 蜗轮蜗杆减速器的设计 传递空间两交错轴之间的运动和动力本论文通常是用蜗杆来实现，这样本论文就可以对速度进行加速和减速了,它有两个组成部分：涡轮和蜗杆，但他最常用的是减速传动。本论文必须把蜗杆和蜗轮的螺旋线方向保持一致。蜗杆传动有两个最主要的特点：（1）传动平稳，振动、冲击和噪声均很小。（2）能以单机传动获得较大的传动比，结构紧凑。就是因为这个，本论文一般会把他用到小功率或者说是中间有停顿的工作，又或是要有自锁的场所，通常本论文会把它安排在高速度极上。传动比和蜗杆传动的机械效率可以用来

19、确定蜗杆头数，越少，结构就会非常紧凑，但由此引发的后果是机械效率会比较低；换句话说，越多，机械效率越高，但蜗杆加工越困难。本论文取的蜗杆，他只要应用于传动比比较大的时候。本论文再让蜗轮的齿数，通常Z可以取到20-28。考虑到蜗轮的使用情况，取。5.1蜗杆、蜗轮的基本参数及强度计算：选择蜗轮的材料，确定许用应力蜗杆：参见，选用45号钢表面淬火，表面硬度HRC=4550 蜗轮：参见表7.6, 选用ZCuSn10Pb1蜗轮许用接触应力，由式7-9 蜗轮的基本许用接触应力由表7.6查得应力循环次数N （3-3）接触强度的寿命系数则蜗轮许用接触应力蜗轮许用弯曲应力,由式7-12蜗轮的基本许用弯曲应力由表

20、7.6查得弯曲强度的寿命系数（3-4）则蜗轮的许用弯曲应力=0.82×51=41.72按齿面接触疲劳强度设计计算：由式7-8蜗杆头数 蜗轮齿数 蜗轮转矩 估取效率 蜗杆传动的总机械效率：（4-4）式中：啮合效率轴承效率搅油效率带有自锁性的蜗轮蜗杆的效率：,取 蜗轮转速 则蜗轮转矩 载荷系数 （5-5）使用系数 查表7.8得： 动载荷系数 估计 按 m/s估取m/s 载荷分布不均匀系数 载荷平稳则载荷系数 材料弹性系数 查表得：故 查表7.3得 模数=5蜗杆分度圆直径 蜗杆的导程角 蜗轮分度圆直径 蜗轮的圆周速度齿根弯曲疲劳强度校核计算：蜗轮齿根弯曲应力，由式7-10 蜗轮齿形系数查表

21、7.9, 则弯曲强度足够热平衡计算由式7-15可得蜗杆传动所需的散热面积传动效率 啮合效率 当量摩擦角由式7-14滑动速度 =由查表7.10则)=0.96散热系数，按通分良好 油的工作温度周围空气温度故6 数据的采集和分析6.1 Labview信号分析与处理图1-16.2 LabView驱动与电脑的连接图2-1通过将数据传入到LabVIEW中我们可以得到图2-1实验所得到的数据和我们计算机虚拟软件得到的数据并没有太大的差距。我们可说，我们做的这个实验是成功的，本篇论文得到的结果是正确的。由此，皮带传动实验的结果大体是可以的。7 结论与建议7.结论通过皮带试验台的研究和探索，以及在实时仿真和智能

22、控制方面的深入研究。本论文发现了很多新的知识，本论文也学到了很多研究问题的新的方法。在这一整个的过程中，本论文的思维开阔了，整个人的视野也变宽了。在研究的过程中本论文也不是一番风顺的，也遇到了许多的挫折和困难，但是本论文都挺过来了。本论文通过对皮带的传动效率，皮带的摩擦抗组的研究，以及对电机的选择，对蜗杆减速器的选择，让本论文对这一整套的系统有了更加深入的了解。同时对于虚拟软件LapVIEW也从无到有，学习到了很多的知识，同时也要感谢老师给我带来的很多帮助。7.2建议本篇论文主要讨论的是用PDC-B试验台来进行皮带实验机构的设计及仿真，研究皮带在不同速度，不同运动状态下，所产生的结果。然后通过

23、虚拟软件LapVIEW，进行数据的采集和分析，用图片的方式把他表现出来，使其更加形象生动。让本论文的实验结果能够让更多的人信服。而且通过对皮带试验台机构的研究和仿真，也可以让本论文了解和知道皮带的传动效率，皮带的打滑，皮带的一些特性。以后可以在生活和生产中更好的利用皮带的这些特性，造福社会。同时本文用到的LapVIEW虚拟软件，也可以让我自己学习到很多新的知识。通过研究和实验，提升自己动手动脑的能力。致谢：参考文献1. 张春林，机械创新设计（第2版），机械工业出版社，2007.9.2. 邱宣怀，机械设计，高等教育出版社，2014.3.3. 丁源，刘庆伟编著，CATIA V5 R21中文版从入门

24、到精通，清华大学出版社，2012-12. 4. 盛选禹，李明志主编，CATIA有限元划分网格教程，机械工业出版社 ，2009-08.5. （美）斯克莱特，邹平译， 机械设计实用机构与装置图册，机械工业出版社，2014-12.6. 秦大同，谢里阳主编，现代机械设计手册 化学工业出版社,2011-03. 7. 熊诗波，黄长艺 主编，机械工程测试技术基础（第3版）， 机械工业出版社，2011-06.8. 于骏一，邹青 主编，机械制造技术基础 （第2版），机械工业出版社，2009-05.9. 于靖军主编，机械原理，机械工业出版社，2013-08. 10. 孙靖民，梁迎春主编，机械优化设计 第5版，机械

25、工业出版社，2012-04.11. 关慧贞，冯辛安主编，机械制造装备设计（第3版），机械工业出版社，2010-01.12. （德）穆斯等编著，孔建益译，机械设计（第16版），机械工业出版社，2012-03.13. 巩亚东，原所先，史家顺主编 ，机械制造技术基础，科学出版社，2010-06.14. 朱金生， 机械设计实用机构运动仿真图解（第2版），电子工业出版社，2014-01.15. 车洪麒，张素辉著，非标准机械设计实例详解，机械工业出版社 ，2011-03.附录：皮带传动的实验数据及曲线图原始数据主动带轮直径d1： 120 mm 从动带轮直径d2： 120 mm 带传动中心距a： 250 m

26、m 受力分析结果 小带轮包角a： 2.67 度 摩擦系数f： 1.02 N/mm 预张力F0： 2 N 紧边张力F1： 4.69 N 松边张力F2： -.7 N 最大圆周力Fec： 5.4 N 序号 n1 Fm1 n2 Fm2 滑差率 效率 1 1065 .6 1065 .6 0 0 2 1054 1.8 1054 1.8 0 77.77 3 1048 2.4 1048 2.4 217421 776897 4 1044 3 1044 3 141749 758061 5 1041 3.4 1039 3.4 429137 802724 6 1038 3.8 1032 3.8 451679 071772 7 1035 4.2 1009 4.2 861305 098997 8 1032 4.9 993 4.9 811455 034386 9 1027 5 983 5 664489 327035 10 1026 5.1 976 5.1 552319 356737