动态疲劳试验台设计计算4
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PWS-E1000电液伺服动静万能试验机技术方案济南鸿君试验机制造有限公司2012 年12 月PWS-E1000 电液伺服动静万能试验机技术方案1、简介:1000kN 电液伺服动静万能试验机是济南试金开发的PWS系列试验机之一,该试验机采用试金成熟的动静态电液伺服试验技术,利用单元化、标准化、模块化设计手段设计制造,从而大大提高了系统的稳定性和可靠性,系统的关键单元和元件均采用当今国际先进技术制造,整个试验系统的整体性能与国际著名动态试验机公司相当。
1000kN 电液伺服疲劳试验机主要用于金属材料及结构件的动态疲劳试验,和静态拉、压、弯、剪力学性能试验。
是高校、科研院所、企业等进行材料试验的理想设备。
2 方案描述:该方案描述的试验机主要进行各种零部件的静态力学试验和动态疲劳试验。
该试验机主要由主机(上置试金伺服直线作动器NCA1000)、德国DOLI 公司全数字伺服控制器EDC580及相关软件、以及其他必要的附件等组成。
系统进行工作的基本原理如下图。
2.1主机:主机为四立柱框架式结构,伺服直线作动器上置。
2.1.1横梁采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构,保证横梁升降方便,夹持稳固可靠。
2.1.2横梁升降油缸外形美观质量可靠,可无级调整试验空间。
2.1.3横梁夹紧、运动液压模块采用进口液压元件制造,其中换向阀采用手动方式,保证高频试验时具有较高的可靠性。
2.1.4进回油路配置由精度不大于3u 国产温州黎明(引进德国贺德克技术)精密滤油器以及具有消脉、蓄能功能的进回油路蓄能器(中英合资奉化奥莱尔)组成的液压滤油蓄能稳压模块。
2.1.5伺服直线作动器上置,下联负荷传感器主机参考照片2.1.6伺服阀采用国产襄樊航宇高响应两级伺服阀。
2.1.7单元化、标准化、模块化设计的试金NCA系列伺服直线作动器具有低阻尼、高响应、高寿命、大间隙设计的特点。
2.1.8伺服直线作动器的密封元件全部采用进口德国伺服作动器专用高速密封元件。
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用,在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性,因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏,所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代,属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展,其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速,机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生,越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史,有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究,得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关,使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计,至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此,在21世纪的今天,尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中,其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要,并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹,并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围,零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此,提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法,主要有优化或改善缺口形状,改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来;另一种是材料冶金的方法,即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高,或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
汽车零件快速疲劳试验方法培训教材目录第一章疲劳的基本知识 21.1概述21.2 变动负荷 21.3 疲劳曲线 31.4 疲劳宏观断口 41.5 S-N曲线与疲劳极限的测定 61.6 疲劳的统计学初步9 第二章S-N曲线的快速测定方法132.1 概述132.2 快速测定方法的假定132.3 虚拟子样法142.4 试验验证152.5 小结18 第三章疲劳极限快速测定方法203.1 概述203.2 疲劳极限快速测定方法研究203.3 国内外同类方法对比243.4 小结25附录-固定射点法的试验验证26 第四章汽车零部件疲劳试验评估方法与试验技巧334.1 概述334.2 试验设计334.3 试验机364.4 夹具设计374.5 试件制备384.6 试件异常失效的处理394.7 若干试验技巧40 第五章汽车零件台架疲劳试验信息的采集、分析及应用435.1 引言435.2 试验信息的获取435.3 试验信息的分析与应用445.4 结束语49第一章疲劳的基本知识1.1 概述许多机械零部件如轴、连杆、齿轮、弹簧等,都是在变动载荷作用下工作的,它们工作时所承受的应力通常都低于材料的屈服强度。
机件在这种变动载荷下,经过较长时间工作而发生断裂的现象叫做金属的疲劳。
疲劳断裂与静载荷下的断裂不同,无论是静载荷下显示脆性或韧性的材料,在疲劳断裂是都不产生明显的塑性变形,断裂是突然发生的,因此,具有很大的危险性,常常造成严重的事故。
据统计,在损坏的机械零件中,大部分是由金属疲劳造成的。
因此,研究疲劳断裂的原因,寻找提高材料疲劳抗力的途径以防止疲劳断裂事故的发生,对于发展国民经济有着重大的实际意义。
金属疲劳有各种不同的分类方法。
根据机件所受应力的大小,应力交变频率的高低,通常可分为两类:一类为应力较低,应力交变频率较高情况下产生的疲劳,即通常所说的疲劳或称高周疲劳。
另一类为应力高(工作应力近于或高于材料的屈服强度),应力交变频率低,断裂时应力交变周次少(小于104~105)的情况下产生的疲劳,称为低周疲劳(或称低循环疲劳),也称应变疲劳。
传动轴(等速万向节)扭转疲劳试验台技术方案一、功能:本试验台可进行各种轴类、杆件的动态扭转疲劳试验及静态扭转刚性、强度试验。
适用于汽车传动轴、等速万向节、球笼、汽车半轴、汽车驱动桥壳等零部件的扭转疲劳及静扭转性能试验。
动态扭转可实现对称循环和非对称循环疲劳试验。
并可模拟等速万向节实际工矿下(装车状态)的动态扭转疲劳试验,工件安装角度可以360°自由旋转.试验时计算机按设定的参数控制试验台自动进行。
屏幕显示扭矩值、转角值、摆动频率、摆动振幅、循环次数和加载波形等,到达设定次数,自动停机并打印试验结果。
试验台具有电机过载、试验扭矩、转角超载保护停机、油温过高、滤油器堵等报警防护功能.二、设备构成:传动轴(等速万向节)扭转疲劳试验台主要由主机台架系统、液压加载系统、伺服控制系统、强电控制系统、计算机数据处理系统、专用夹具等部分组成。
●主机:本机采用台架式结构,驱动系统、固定夹具、活动支撑等全部固定在试验平台上,它们的安装由工艺保证,试验台的驱动部分和测量(扭矩传感器,扭角传感器)部分都安装在驱动台座中,由旋转作动器(摆动油缸)通过扭矩传感器对试件施加扭矩的大小直接由扭矩传感器测量并输出给计算机,而转角则通过光电编码器测量输出脉冲信号给计算机.主机台架上装有动、静态双向高精度扭矩传感器。
旋转伺服作动器(加载执行元件)上装有电液伺服阀用于主控制。
同轴安装高分辨率光电角度传感器。
以此来实现扭矩及角度的测量。
●液压系统:液压油源泵机组采用电机加变量柱塞泵构成,系统压力通过溢流阀设定,输出到系统的压力油经过了小于6μm过滤精度的过滤器的过滤,保证电液伺服阀安全可靠的进行工作.回油过滤器对回到油箱的液压油进行过滤,保证油箱中液压油的清洁。
在输送到作动器的进、回油路上装有蓄能器,减小液压冲击对试验的影响。
油源的冷却采用传统的循环水冷却方式,选用高效率的热交换元件,使液压油的工作温度能够保证在其正常工作范围.(水源用户自备,入口温度不超过30℃)●伺服控制系统:本测控系统采用动态电液伺服控制技术,实现全数字闭环控制,主要测量通道采用交流放大器、宽范围、不分档,连续全程测量,采用大规模可编程门阵列(FPGA)硬件实时跟踪、积分累加原理(∑—Δ)并采用同步采集、及数据预处理。
机械零件课程中的疲劳试验设计及分析张旦闻α摘 要 在机械零件的教学中开设了一个可观测疲劳全过程的试验,拍摄了各阶段典型疲劳裂纹形貌的教学图片.介绍了这项试验的实施和试验内容,分析了这项试验对机械零件课程教学的联系与作用.关键词 疲劳试验,机械零件,试验课分类号 G 642;T G 111.8在机械零件课程的教学过程中,变载荷作用下机械零件的疲劳失效分析和计算问题贯穿于整个教学内容之中,成为机械零件课程教学的重点和难点,学生对于基本疲劳理论的理解和对疲劳的感性认识非常重要.但纵观机械专业教学的全过程,始终没有针对疲劳问题开设相应试验来加强学生对于这一概念的理解和认识.而在以静力学为主的材料力学的教学过程中,有关疲劳的试验教学几乎是空白.学生在进入机械零件等专业课程有关疲劳的分折、计算和工艺设计的学习过程中,往往会感到学习困难、吃力、缺乏灵活运用和综合分析的能力,教学效果受到影响.综上所述,在机械零件课程中开设紧扣教学内容的疲劳试验十分必要.初步的教学实践表明:这样能激发学生对机械设计课程的学习兴趣,进一步提高学习效率和教学质量,简化课堂教学内容,加深了学生对疲劳问题的实践认识,为从事其它机械设计打下基础.开设疲劳试验的困难在于疲劳裂纹是在材料内部发生的,用于科学研究的接触疲劳试验只能得到最终的试验数据和疲劳剥落外貌,而不能对疲劳发展过程进行连续观测,因而不宜将这种试验直接引入到教学中去.为此我们要对试验设备和试样进行改造,围绕教材和课堂教学制订试验教学内容,促进机械零件教学质量更进一步提高.1 试验设备及试样结构接触疲劳试验是在改进的JPM —1型接触疲劳试验机上进行的.由于试验时间短(1小时以内),可去掉冷却装置.为简化操作,我们省去了灵敏度自动控制系统,使其运转简单可靠、维护方便.对试样的结构改进尤为重要,将原来对称式试样改为非对称式结构,如图1所示,其目的是使疲劳裂纹发生外端的圆柱面上,以便观测.在接触应力的作用下试样的疲劳裂纹首先在预先抛光过的外端面上产生并扩展,通过定时停机,取下试样,对裂纹进行显微观测,使学生了解疲劳裂纹的萌生、扩展过程,裂纹在不同应力作用下的扩展第13卷第2期1998年6月 洛阳大学学报JOU RNAL O F LUO YAN G UN I V ER S IT Y V o l .13N o.2Jun . 1998α作者单位:洛阳大学机械工程系,河南省洛阳市,471000收稿日期:1998—03—05图1 试样结构速度以及硬度对疲劳寿命的影响等.2 接触疲劳试验内容试样的工作应力ΡH设在高应力区(如材料为GC r15为3500M Pa左右).试样预先作端面金相抛光处理,具体试验内容和步骤如下:(1)在试验加载运行10分钟后,卸下试样、用有机溶剂清洗试样抛光表面,然后在金相显微镜下寻找试样端面次表层(距接触表1mm内的环形区域)的裂纹.选择2至3个裂纹作为观测对象,并在试样相应位置上作上记号以便下一次对同一裂纹作跟踪观测.裂纹在萌生扩展阶段的形态如图2所示.(2)在裂纹扩展阶段、测量裂纹的扩展速度.当机器以恒速运行条件下,测量裂纹长度与时间的关系.(3)比较不同硬度的试样在相同应力状态下裂纹扩展速度和疲劳寿命的区别或比较相同试样在不同应力下裂纹扩展速度的不同.图2 裂纹在萌生扩展阶段的形态3 试验与教学内容的联系首先,根据试验观测,疲劳裂纹起源于材料的缺陷部位,这种缺陷以冶金夹杂物为・9・洛阳大学学报 1998主[1].裂纹萌生时间占试样疲劳寿命的10%左右,而裂纹的扩展期较长,从裂纹进入扩展直至疲劳断裂所对应的时间占试样疲劳寿命的90%左右[2].由此说明:材料的内部缺陷诱发裂纹产生,而裂纹的扩展以及裂纹之间的相互连通最终导致疲劳点蚀1因此,减少材料内部缺陷对疲劳寿命至关重要.冶金夹杂物的数目是随着零件尺寸的增大而增加,这就对机械零件疲劳强度计算中引入绝对尺寸系数ΕΡ,ΕΣ(螺拴和轴疲劳强度计算中的尺寸系数Ε以及齿轮弯曲疲劳强度计算中的尺寸系数Y x 的必要性加以论证.第二,通过试验观察,学生了解到疲劳裂纹起源于接触面的次表层上,进而向表面扩展.说明这种表面失效形式与试样表面机械性能有密切的联系1在选择齿轮材料的基本要求、疲劳失效分析、提高齿轮抗疲劳点蚀能力的措施以及润滑油粘度选择等内容的教学中,就可通过试验加以生动的说明.需要说明的是:硬度和韧性之间有一个合理组合的问题并不是一味提高硬度就一定能提高接触疲劳强度.轴承钢只有当HRC =62时接触疲劳强度最高,而硬度过高其接触疲劳强度有所下降[3].第三,试样卸载后其内部的裂纹随下一次加载而继续扩展,直至断裂的现象是疲劳损伤积累理论的一个佐证.在学习“把非稳定变应力(Ρi ,n i )转化成稳定变应力(Ρ,n e )后就使得应力Ρ循环n e 与诸应力Ρi 各自循环n i 次对材料所造成的损伤相当”[4]的计算理论时,学生就容易接受和理解,减少了这一部分的教学难度.在处理复杂载荷作用下的机械零件疲劳强度的问题时就不再困难了.4 疲劳试验课程安排由于疲劳试验的特殊性,试验前实验教师应将试验机、试样、金相显微镜准备好.试样可按不同硬度、不同材料分成2~3组.试验应力设置在快速疲劳区,使试样的疲劳寿命在30~50分钟左右(也可以在试验前对试样进行抛光,加载运行产生合适的裂纹后,再由学生继续试验).显微镜为200倍和50倍两种,并配以测微目镜以便读数.每班分成2~3组,开机10分钟后,第一组进行试样观测,第二组换上不同试样在相同或不同应力下试验.以此循环直至试样疲劳破坏.实验教师2名,一个负责疲劳实验机,指导学生正确的使用和安装试样.另一名负责金相抛光和显微观测.实验教师在实验前结合典型的疲劳裂纹图片进行讲解说明,根据实验内容提出实验的基本要求和注意事项,布置思考题,进一步加深对课堂理论概念的理解.任课教师可结合实验数据、图片在不同章节对实验结果进一步的分析,在学生具备一定实践的认识以后,课堂教学内容适当精简,调动学生的自学能力,通过课堂讨论、讲评达到教学目的.由于疲劳实验与教材的不同章节、不同研究对象发生联系.需要教师在实验安排和实验内容上结合教材与实验教师密切合作,组织好疲劳实验和裂纹观测这两个环节,就一定能达到预期的实验教学目的.参考文献1 陈清.金属热处理学报,1989(12)2 邵尔玉.W EA R ,1990,(12)3 吴宗泽.机械零件1中央广播电视大学出版社,19934 曹仁政.机械零件.北京:冶金工业出版社,1985・19・第2期 张旦闻:机械零件课程中的疲劳试验设计及分析 Fa tigue Test D esign and Ana lysis of M echan ica l Parts CourseZhang D anw ei(D epartm en t in M echan ical Engineering )AB STRA CT In m echan ical parts cou rse ,a test on ob servab le fatigue p rocess is offered .T each ing charts of typ ical fatigue crack ing fo r m are sho t .T he enfo rcem en t and con ten ts of th is test are in troduced .A nd the teach ing connecti on and acti on to m echan i 2cal p arts cou rse fo r th is test are analyzed .KEY W ORD S fatigue test ,m echan ical parts ,test cou rse(上接80页)The CA I Teach i ng Sof tware i n GraphCourse of Eng i neer i ng Spec i a l ityYu L ili(D epartm en t of E lectron ic Engineering )AB STRCT A cco rding to teach ing charateristics of grap h cou rse fo r engineering speciality ,u sing A u to CAD as developm en t p latfo r m ,an i m p lem en tati on of design ing CAD is pu t fo r w ard .KEY W ORD S com pu ter softw are ,CA I ,exam inati on questi on s bank ・29・洛阳大学学报 1998。
机械零件的疲劳强度计算1.疲劳强度计算基础疲劳强度计算的基础是疲劳试验数据。
通过疲劳试验,可以得到不同应力水平下的应力与循环寿命的关系,即疲劳试验曲线。
然后通过统计方法,计算出零件在极限寿命设计条件下的疲劳强度。
2.标准疲劳曲线标准疲劳曲线是指确定零件疲劳强度的一种方法。
根据标准疲劳曲线,可以通过查表或计算,得到具体应力水平下的寿命和强度。
3.应力集中系数机械零件在实际工作中常常存在应力集中现象。
应力集中系数是考虑应力集中对零件疲劳强度影响的一个修正系数。
根据零件形状和载荷条件,可以确定相应的应力集中系数,从而修正零件的疲劳强度。
4.疲劳裕度系数疲劳裕度系数是指零件的实际应力与允许应力之比。
疲劳裕度系数是确定零件设计是否合理的一个重要参数。
如果疲劳裕度系数小于1,说明零件存在疲劳强度不足的风险;如果疲劳裕度系数大于1,说明零件在设计寿命内连续运行是安全的。
5.SN曲线法SN曲线法是一种常用的疲劳强度计算方法,通过试验或经验得到不同应力水平下的应力与寿命关系,即SN曲线。
通过与实际应力相比较,可以得到零件的寿命。
6.工程应力法工程应力法是一种简化的疲劳强度计算方法。
该方法根据零件在实际工况中的应力分布情况,选择合适的应力部位,计算得到平均应力,然后根据SN曲线法得到寿命。
7.有限元分析方法有限元分析方法是一种基于数值模拟的疲劳强度计算方法。
通过建立零件的有限元模型,并给定边界条件和载荷条件,可以计算出零件的应力分布情况。
然后通过与SN曲线法相结合,得到零件的疲劳寿命。
总之,机械零件的疲劳强度计算是一个复杂的工作,需要深入研究零件的应力分布、载荷条件、材料性能以及疲劳试验数据等方面,综合运用不同的计算方法和理论,以保证零件在实际工作条件下的安全性和可靠性。
塑料动态弯曲疲劳试验标准《塑料动态弯曲疲劳试验标准》一、引言塑料作为一种常见的材料,在工业生产和日常生活中被广泛应用。
然而,塑料材料在使用过程中可能会遭受到动态弯曲疲劳,导致材料性能下降甚至失效。
针对塑料动态弯曲疲劳性能的评估和测试,制定了相应的试验标准。
本文将就塑料动态弯曲疲劳试验标准进行全面探讨。
二、试验标准概述塑料动态弯曲疲劳试验标准是指在一定的加载条件下,对塑料材料在动态弯曲载荷作用下的疲劳性能进行评定的标准方法。
这些标准试验方法旨在通过模拟材料在实际使用条件下所受到的弯曲疲劳载荷,评估塑料材料的使用寿命和耐久性。
三、主要试验内容1. 试样制备:按照标准要求,通过挤出、注塑等方法制备符合尺寸和形状要求的试样。
2. 试验设备:使用适当的动态弯曲疲劳试验设备,如万能材料试验机、动态疲劳试验机等。
3. 试验条件:设定合适的试验频率、载荷幅值、试验温度等条件,以模拟实际使用条件下的动态弯曲载荷。
4. 试验方法:进行动态弯曲疲劳试验,记录试样的载荷-位移曲线、载荷-时间曲线等数据。
5. 试验评定:根据试验结果,评定试样的动态弯曲疲劳性能,如载荷-位移曲线的变化、试样的疲劳寿命等。
四、国际标准和国内标准国际上对塑料动态弯曲疲劳试验相关的标准有ISO 180、ASTM D 671、GB/T 1043 等。
这些标准主要涉及了试样的制备、试验条件的确定、试验方法的要求等方面。
在国内,相关的标准主要由国家标准化管理委员会负责,如GB/T 13934、GB/T 20434 等标准。
这些标准对于塑料动态弯曲疲劳试验的内容、要求等进行了明确规定。
五、个人观点在实际工程应用中,塑料制品的疲劳性能是一个重要的考量因素。
通过进行动态弯曲疲劳试验,可以客观评定塑料材料在动态载荷下的性能表现,为工程设计和材料选型提供可靠的数据支持。
我认为深入了解和掌握塑料动态弯曲疲劳试验标准,对于工程技术人员和研发人员来说是非常重要的。
六、总结与回顾塑料动态弯曲疲劳试验标准对于评定塑料材料的疲劳性能、预测其使用寿命等方面具有重要意义。
汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟本文从网络收集而来,上传到平台为了帮到更多的人,如果您需要使用本文档,请点击下载按钮下载本文档(有偿下载),另外祝您生活愉快,工作顺利,万事如意!汽车车轮是汽车的重要组成部分,承受了来自汽车的全部重量,它的可靠性直接影响汽车的安全行驶以及人的生命安全。
为了保证它的安全,国家对它出厂前需要通过的试验进行了规定,分别为动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验和冲击试验。
做这些试验需要轮毂产品和专用设备,增加了成本,同时还延长了产品的设计周期。
近年来,随着NX NASTRAN,ANSYS 等分析软件的发展、应用,通过计算机技术来模拟上述三个实验,将模拟分析结果作为设计的初始条件,可降低设计周期和实验成本,深受汽车企业欢迎。
车轮主要是由轮毂和轮胎组成的,而动态弯曲疲劳试验中只对轮毂进行了考察。
动态弯曲疲劳试验模拟了汽车行驶过程中受到弯曲力矩的情况,并且轮毂发生疲劳破坏的最主要原因就是弯曲疲劳,因此对它的研究显得尤为重要。
1 轮毂的三维建模轮毂主要是由轮辋和轮辐组成的,轮辋是轮毂上与轮胎接触的部分,文献[1]对它的尺寸做了规定,轮辐是与车轴实施安装连接,支撑轮辋的车轮部分。
轮辐部分是影响轮毂重量和强度的重要部分,它的尺寸和形状没有统一的标准。
轮辐的设计主要是从轮板数量和轮辐形状两个方面考虑,在设计中辐板数量影响轮毂的外观、强度、通风性、加工难易等,常用的有五辐、七辐、八辐、十辐等,而轮辐形状有星型、Y 型、V 型等。
2 动态弯曲疲劳试验根据国家标准,试验时轮毂承受一个与之相对旋转的弯矩。
本文采用轮毂旋转加载方式如图 2 所示,为了对车轮施加弯矩,以规定的m 到m距离(力臂)处施加一个平行于车轮安装面的力。
本文选用的力臂长L 为m,确定应力最大位置时是让轮毂在一固定不动的弯矩下旋转,从而找出轮毂旋转过程中应力最大的位置,然后以此位置的载荷和约束为基础进行疲劳分析。
3 弯曲疲劳试验有限元模拟最大应力位置的确定依据动态弯曲疲劳试验的要求,如图 2 所示,轮毂被紧固在试验装置的面上,装置上的夹具夹紧轮毂的轮缘,所以在对轮毂施加约束时,应在轴一侧轮辋外缘处施加固定约束,以此来固定它的 6 个自由度。
2014年3月第21卷第2期控制工程Control Engineering of China Mar .2014Vol.21,No.2文章编号:1671-7848(2014)02-0215-04收稿日期:2012-12-05;收修定稿日期:2013-04-25基金项目:国家自然科学基金(51075138)作者简介:游红(1974-),女,湖南湘潭人,高级实验师,主要从事计算机控制技术方面的教学与科研工作。
基于双下位机的疲劳试验机控制系统设计游红(湖南工程学院工程训练中心,湖南湘潭411101)摘要:为了有效解决目前国内液压疲劳试验机由于长时间实验造成容易死机和数据丢失,以及进口动态疲劳试验机价格昂贵且操作不便等问题,提出了基于LabVIEW 软件平台开发上位机,以及EDC220控制伺服阀和S7-300PLC 控制工艺流程的双下位机的液压疲劳试验机测控方案。
LabVIEW 上位机通过以太网与双下位机进行高速通讯,进行控制数据和采集数据的交换;整个控制系统通过长时间的运行测试,系统稳定高效可靠运行,没有死机和数据丢失的现象发生,有效地解决了上述问题,达到了较为满意的效果。
关键词:labVIEW ;疲劳试验;EDC220;伺服阀;双下位机中图分类号:TP27文献标志码:A Control System Design of Hydraulic Fatigue Testing MachineBased on Double Lower ComputersYOU Hong(Engineering Training Center ,Hunan Institute of Engineering ,Xiangtan 411101,China )Abstract :Long running of domestic hydraulic fatigue test machine can lead to crash and data loss of system ,and imported dynamic machine is costly and complicated .To solve the problems mentioned above ,a solution of measure and control of test machine which has a upper computer developed by labVIEW and a double lower computers constructed by EDC220servo valve and S7-300PLC con-trol flow is presented.The labVIEW upper computer communicates and exchanges the data of control and acquisition with the double lower computers rapidly using ethernet.After long running testing ,stability ,high efficiency and reliability of the control system is showed ,and the problem of crash and data loss is solved effectively ,promising result is satisfied.Key Words :labVIEW ;fatigue testing ;EDC20;servo -valve ;double lower computer1引言电液伺服疲劳试验机是采用电液伺服技术生产的疲劳试验机,主要用于测试材料和零部件的力学动态疲劳性能,它是伺服泵站作为动力源的一类疲劳试验机。
动态疲劳试验台(主要零、部件)计算说明书
二○一二年
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1 试验台总体参数
——制动器最大制动力:6T ,(60KN)
——轨道轮:轮直径840mm
——制动器制动摩擦系数:0.25
——轨道轮质量: 52(kg )
——制动试验轮周功率:
9550
NT P η= 2 试验台运动系统模型建立
试验台运动系统原理图
1、安装支座
2、导轨
3、导轨油缸
4、车轮油缸
5、模拟车轮
6、制动器
7、顶升油缸
由上图可知试验台运动系统由模拟车轮的摆动,导轨的横向移动,顶升油缸的垂向运动三个运动单元组成
3 各运动机构受力分析计算
在实际模拟过程中三个运动单元是联合运动的,即当模拟车轮开始摆动后,制动器开始制动,制动开始后,导轨的横向移动和顶升油缸的垂向运动同时进行;制动器完成一个制动
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缓解工作,导轨的横向移动和顶升油缸的垂向运动也已完成一个来回,根据运动的合成与分解,以下将进行三个运动单元进行独立分析。
3.1 模拟车轮的摆动计算
我们选取模拟车轮为研究对象,并把制动器作为一个单元体,其它各部分为模拟车轮的一个单元体,它的受力如上图所示;其中有以下定义
Fa :制动器提供的制动力, G :模拟车轮的重力,
b :重心点到转动中心的距离 a :车轮油缸作用点到转动中心的距离
F :车轮油缸作用力 R :模拟车轮半径
根据《机械设计手册》(机械工业出版社)第一卷P4-250表4.12-7力平衡公式计算,有以下公式:
a F
b G R Fa ∙=∙+∙ (力矩平衡)
a
b G R Fa F ∙+∙=(KN ) 9550NT P η
= = 2.8KW (输出功率) 其中:η ——功率因数(根据《机械设计手册》(机械工业出版社)第一卷机构安全系数,此处为1.8)、
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N ——模拟车轮的转速(r/min )、
T ——作用在模拟车轮的最大转距(N/m 2)
3.2 导轨的横向移动计算
我们选取导轨为研究对象,并把导轨上部分作为一个单元体,导轨下部分为另一个单元
体,它的受力如上图所示;其中有以下定义
Fa :制动器提供的制动力, G :导轨上部分的重力,
F :导轨油缸作用力 Fb :导轨间摩擦力
根据《机械设计手册》(机械工业出版社)第一卷P4-250表4.12-7力平衡公式计算,有以下公式:
Fb F = (力平衡)
)(G Fa f Fb +=(KN )
f ;导轨摩擦系数
1000β
COS V F P ⨯⨯=
其中:βCOS ——力与位移的夹角(此处为0)、 V ——顶升油缸上下运行速度(rad/s )
3.2 顶升油缸的垂向运动计算
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我们选取制动装置为研究对象,并把制动装置及安装座作为一个单元体,油缸及固定支座作为另一个单元体,它的受力如上图所示;其中有以下定义
Fa :制动器提供的制动力, G :制动装置及安装座的重力,
F 1,F2 :顶升油缸作用力
根据《机械设计手册》(机械工业出版社)第一卷P4-250表4.12-7力平衡公式计算,有以下公式:
Fa G F F +=+21 (力平衡)
1000
βCOS V F P ⨯⨯=
(输出功率) =1.2KW 其中:βCOS ——力与位移的夹角(此处为0)、
V ——顶升油缸上下运行速度(rad/s )、
计算表明,Fa 与制动装置及安装座的重力G 的作用点必须在两油缸的作用力F1、F2中间,只有这样才能形成平衡。
假如是一个顶升油缸,那么这个油缸无法找到两个力(Fa 与制动装置及安装座的重力G )的中心点,这是因为制动装置及安装座的重力在实际中会有所偏离。
考虑的装置的对称性,油缸的布置应为对中,且需要采用四油缸布置方式。
通过上面计算,总系统的驱动力为:
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F 总=f ( F 车轮+ F 导轨+ F 顶升)
其中:f ——安全系数(根据《机械设计手册》(机械工业出版社)第一卷机构安全系数,此处为1.8)、
a
b G R Fa F ∙+∙=车轮= )(G Fa f F +=导轨=
2
F G F a +=η顶升= F 总=
4 固定支座受力分析计算
固定支座主要承担各运动机构的反作用力,在疲劳试验台是有一个次数试验,故需进行强度分析和寿命校核。
4.1 固定支座强度计算
整个固定支座需采用材质为Q235-A 的型材焊接而成,其型材为: 序号
名称 采用的标准 尺寸规格 1
冷弯方形空心型钢 (GB/T6728—1986) 100X6 2
冷弯等边角钢 (GB/T6723—1986) 100 3
热轧钢板 (GB/T709-1988) 10,15,20, 4 热轧普通槽钢 (GB/T707—1988) 10#
固定支座其所受的外力为制动器部分的自重,制动器制动反力,模拟车轮部分的重力,模拟车轮制动反力
根据能量相等的原则:
222
121mv J f =ω 其中:J ——飞轮等效转动惯量(kg.m 2)、 f ω ——飞轮角速度(rad/s )、
m ——模拟质量(kg )、v ——模拟速度(m/S )
2222222
r m i r m v m J f g f ===ωωω (1)
4.2 模拟车轮轴载荷分析及轴设计
由结构设计及受载工况知,模拟车轮轴受弯、扭组合载荷。
中间轴处设有一平键联接,用于传递扭矩;当导轨作横向移动时此时力作用不在中心线上,模拟车轮轴受到弯矩的作用。
故按组合载荷进行设计。
以下分别对模拟车轮轴和轴承进行校核、计算。
见下图(图中未表示转矩)。
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[]
35τT d ≥ 式中:T=m N .4818;取[]52=τ2/mm N (模拟车轮轴材料为45)。
[]3
5τT d ≥4.7752
1000481853=⨯⨯=)(m m 4.3 模拟车轮轴承计算
由最大制动力1.25吨知,轴承径向载荷7000≈Q N ;由结构设计知轴径mm d 200=,模拟运行转速范围为4~2=n min /r 。
预定寿命10000小时(一般轴承的预定寿命为5000~20000小时,通常大部分轴承达到预定寿命后,仍未失效)。
4.3.1 寿命计算
轴承型号 单列圆锥滚子轴承 22310E (SKF 公司)
基本额定动负荷 220000=C N
基本额定静负荷 224000=O C N
疲劳负荷极限 24000
=u P N 额定转速(滑脂) 4800=脂n r/min
额定转速(机油) 6300=油n r/min
最大转速 n f n n ⋅=m a x (n f =2)
43.0=e
4.1=Y
当量动负荷 N X YF F P a r 1260070004.170004.04.0=⨯+=+=
由ISO 基本额定寿命公式,即
ε
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=P C L 10 610转 式中 ε---寿命指数,滚子轴承310=ε,则
第 9 页 共 9页 21.1745.11260022000031031010==⎪⎭
⎫ ⎝⎛=L 610转 轴承寿命以小时表示,其式为 ε⎪⎭
⎫ ⎝⎛=P C n L h 60106 h 式中 n ---轴承转速 r/min ,以4=n min /r 代入,则
1485625200220000460103106=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=h L h
由以上计算结果知,所选轴承的寿命满足要求。
4.3.2 关于模拟车轮轴承的润滑
飞轮轴承采用脂润滑,滑脂牌号为合成锂基润滑脂ZL-1H ,或合成复合铝基润滑 ZFU-1H ,基础油粘度50~30=νs mm /2。
轴承腔内要填满滑脂;轴承盖和轴承座腔内的填脂量为腔体容积的30~50%。
正常运行状况,轴承添加滑脂的间隔时间为5天,加脂量约46克,并注意轴承盖和 轴承座腔内的滑脂不得超过腔体容积的30~50%。
换脂周期为100天,此时需将轴承内及轴承座腔内的残留的旧脂全部清除,经过清洗 全部更新换入原牌号的新润滑脂。
5 液压部件选择
反力架用于被试车辆(或转向架)的纵向定位,可提供540kN 的水平牵引反力。
机架安装在轨道轮组中轴线两端地面T 型导轨上,反力架与车钩之间通过长度可调的拉杆连接。
反力架拉杆轴线中心高在630~1130mm 之间可调,横向调节范围为350mm(即左右各175mm)。