自動晾衣架設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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Currently on the market and sell automatic clothes hanger can only satisfy the single lifting or contraction of single function, but the function of lifting can only solve the hanging clothes laborious problem but sunshine resources can not be used, while the systolic function is just the opposite, can only solve the full use of sunlight resources but can not solve the problem of labor.Keywords: clothes hanger; efficiency; automatic; shrinkage; lifting function52目 錄1 緒論11.1 自動晾衣架在生產(chǎn)和生活中的作用和意義11.2 自動晾衣架國內(nèi)研究發(fā)展情況11.3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向11.4 課題條件52 自動晾衣架設(shè)計方案及方案的對比和確定62.1 方案一62.2 方案二92.3 方案的對比和確定133 自動晾衣架設(shè)計主要結(jié)構(gòu)的計算143.1 研究內(nèi)容143.2 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計參數(shù)要求143.3蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計153.4蝸桿、蝸輪的基本尺寸設(shè)計193.5蝸輪軸的尺寸設(shè)計與校核203.6減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計223.7 軸的校核243.7.1蝸桿軸的強(qiáng)度校核243.7.2蝸輪軸的強(qiáng)度校核273.7.3 滾動軸承的選擇及校核313.7.4 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核353.8 剪叉式自動晾衣架的校核373.8.1 各鉸接點(diǎn)銷的選擇與校核373.8.2 剪叉臂的強(qiáng)度校核373.9 同步帶傳動計算403.9.1 同步帶計算選型403.9.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）433.9.3 同步帶的設(shè)計453.9.4 同步帶輪的設(shè)計454自動晾衣架設(shè)計三維建模47總結(jié)49致 謝50參考文獻(xiàn)51自動晾衣架設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文1 緒論1.1 自動晾衣架在生產(chǎn)和生活中的作用和意義自動晾衣架不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著重要的作用。給我們帶來的利益是非常的多。自動晾衣架的功能特色是非常多的，自動晾衣架就如電梯的性能大同小異，我們在使用自動晾衣架的時候也可以針對自己的需求對自動晾衣架進(jìn)行設(shè)置?？梢娮詣恿酪录軐ξ覀冏饔檬窍喈?dāng)?shù)拇蟆Ｗ詣恿酪录茉谖覀兩a(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)非常的普遍了，而且在我們生產(chǎn)中有著重要的作用，尤其是貨物高空操作。 現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，順應(yīng)社會的需求，生產(chǎn)力不斷的加大，所以自動晾衣架在我們進(jìn)行高空操作的時候就給我們帶來的重要的作用。自動晾衣架就是上下操作，而且可以給我們提供一個安全穩(wěn)定。1.2 自動晾衣架國內(nèi)研究發(fā)展情況據(jù)權(quán)威媒體調(diào)查統(tǒng)計：“自動升降晾衣架市場需求量將以每年30%的速度復(fù)數(shù)增長，這將是家裝建材行業(yè)最后一塊蛋糕”。自動升降晾衣架現(xiàn)代家庭必需品，有房就有晾衣架，發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆ｋS著中國城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，在城市生活的人口將越來越多，城市里每一套房子都將會安裝自動升降晾衣架，市場容量巨大。隨著市場競爭水平不斷的提高，行業(yè)內(nèi)真正有市場運(yùn)作能力的企業(yè)將有機(jī)會形成強(qiáng)勢突圍，引領(lǐng)行業(yè)從價格競爭到品牌競爭的良性發(fā)展，最終成為行業(yè)內(nèi)核心領(lǐng) 導(dǎo)品牌。國內(nèi)現(xiàn)有自動升降晾衣架配件生產(chǎn)廠商約2000家，市場品牌良莠不齊，99%的品牌都停留在拼價格、拼成本的低端競爭水平，現(xiàn)有晾衣架品牌廠商幾 乎都以生產(chǎn)為主(一個企業(yè)的配件種類就多大幾千種，生產(chǎn)管理雜亂，缺少管理人才，更缺少市場營銷人才)，很少關(guān)注市場競爭，市場競爭大多停留在低價格的自 然銷售狀態(tài)，代理商個人能力決定品牌在當(dāng)?shù)氐氖袌稣加新省?.3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向在中國，晾衣架”一般意指“升降晾衣架”，或所謂的自動晾衣架。分手動、電動兩種。手動（手搖）較為普及。電動之所以未能普及推廣，這是由于整個晾衣架行業(yè)技術(shù)上的不成熟以及售后服務(wù)的局限畢竟是鑲在天花板上，不像小家電一樣容易搬移去維修保養(yǎng)。因而目前，還是手動（手搖）為市場的主導(dǎo)。晾衣架行業(yè)歷史及現(xiàn)狀晾衣架是中國一大特色產(chǎn)品，該晾衣架行業(yè)形成至今已有十多年時間，從開創(chuàng)至今技術(shù)不斷改進(jìn)和變革，其基本組成為：手搖器（負(fù)責(zé)升降、自鎖），鋼絲，轉(zhuǎn)向器，頂座，晾桿，衣架。手搖器是晾衣架”的核心部件，相當(dāng)于汽支架的發(fā)動機(jī)！備受關(guān)注。經(jīng)歷了數(shù)年的磨合，晾衣架行業(yè)質(zhì)量逐漸趨向穩(wěn)定。晾衣架作為每天使用的家居用品，如今已經(jīng)成為許多家庭的生活必需品。作為消費(fèi)者來說，選擇品牌關(guān)鍵是貨真價實。其結(jié)構(gòu)、用料、做工等均是不可或缺的商品組成部分，質(zhì)量和售后服務(wù)更是該晾衣架行業(yè)生產(chǎn)商生存與發(fā)展的永恒構(gòu)成。晾衣架如今，已經(jīng)不僅僅是一個晾衣服的工具。晾衣架，發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅是一個晾衣服的工具。除了實用性很強(qiáng)外，更是一個頗具裝飾性的。晾衣架行業(yè)發(fā)展及未來晾衣架不僅僅是一個裝飾品，更是一個功能性的產(chǎn)品。目前晾衣架的功能”已經(jīng)普遍得到消費(fèi)者的認(rèn)可，已經(jīng)形成一個晾衣架行業(yè)。回歸產(chǎn)品本身走質(zhì)量、特色路線：不斷改良、創(chuàng)新，引領(lǐng)晾衣架行業(yè)重新重視質(zhì)量。實用的產(chǎn)品，質(zhì)量才是永恒的。只有質(zhì)量被大眾接收，晾衣架行業(yè)才可持續(xù)健康發(fā)展。換言之，只要功能、質(zhì)量普遍被認(rèn)可，晾衣架將會成為居民生活一個必需品。而競爭激烈的未來，特色將是吸引顧客的重要要素！電動晾衣架-來自鋼絲繩手搖晾衣架的華麗蛻變，使用電機(jī)驅(qū)動，且功能多樣，又稱電動晾衣機(jī)。根據(jù)“瀟湘”網(wǎng)友的研究，電動晾衣架最精辟的定義就是升降機(jī)械。作為家電，它的正式名稱應(yīng)該叫電動晾衣機(jī)。第一代電動晾衣架由主機(jī)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、晾衣系統(tǒng)三部分組成。主機(jī)組要由吸頂承重、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、照明等組成；升降系統(tǒng)由鋼絲繩和鋁制XX伸縮架構(gòu)成；晾衣系統(tǒng)由架托和晾桿組成。電動晾衣架的基本功能是為家庭和旅館等各類用戶提供自動化的晾衣、晾被等解決方案。第一代電動晾衣架對現(xiàn)代生活最大的貢獻(xiàn)是高品質(zhì)生活的舒適性。一旦使用過電動晾衣架晾衣，人類就會習(xí)慣于現(xiàn)代生活“懶惰性”的愜意。對老人、小孩、孕婦、弱勢人群而言這是一種現(xiàn)代必需型家電。電動晾衣架集成照明、居家裝飾、安全防護(hù)等增值功能；適用于別墅、度假村、公寓樓和各類中高端住宅小區(qū)；一般安裝在陽臺或者靠近窗戶的屋頂上。它是一個頗具裝飾性的產(chǎn)品，已經(jīng)成為陽臺上一道亮麗的風(fēng)景線。第一代電動晾衣架的散件成本大約為三百到四百元，銷售價格最高為三千多元，它創(chuàng)造了家電行業(yè)百分之一千利潤神話。毒品級的利潤吸引了大量的粗制爛造的手工作坊加入，他們唯一的目的就是撈一把就走。根據(jù)未經(jīng)證實的國家統(tǒng)計局資料，2010年電動晾衣架銷售60萬臺，2013年預(yù)測將達(dá)91萬臺，2014年將超過百萬規(guī)模。目前，第二代電動晾衣架已經(jīng)出現(xiàn)。產(chǎn)品高品質(zhì)高性能低成本，這是革命性的創(chuàng)造發(fā)明。第一代電動晾衣架經(jīng)銷商普遍采用“懶人”營銷模式，夸大產(chǎn)品功能，隱瞞產(chǎn)品缺陷，謀求低成本低品質(zhì)高暴利高價格的營銷模式。他們往往推出了各種光怪華麗的技術(shù)和功能指標(biāo)。1、盡量包裝電動晾衣架的外殼。為了讓消費(fèi)者多掏錢，采用豪華的設(shè)計，用鋁鎂合金材質(zhì)制作機(jī)身，外觀看上去經(jīng)典簡約、流線時尚；晾桿采用航空鋁材或者不銹鋼增加視覺沖擊效果。2、最求高利潤千方百計提升利潤來源。增加各種名稱的“技術(shù)”如：智能技術(shù)、消毒、風(fēng)干、防風(fēng)架、矢量平衡升降技術(shù)、負(fù)離子凈化等等，這些功能繁雜完全是廢物功能甚至危害人身健康。3、漏洞百出的宣傳，缺乏專業(yè)營銷廣告。沒有任何一家企業(yè)經(jīng)過信用評估，沒有任何一家企業(yè)請過國家質(zhì)檢總局測試過產(chǎn)品性能。為了識別無良廠商和黑心經(jīng)銷商的宣傳，特向廣大消費(fèi)者提供第一代產(chǎn)品功能的善意提示。A：紫外消毒功能。紫外線本身適用于餐具消毒，對衣服等消毒能力很差，這是設(shè)計者無知用錯了地方。紫外消毒必須垂直輻射接觸面，衣服的褶皺和垂直掛塞影響消毒效果，至于衣物內(nèi)面更是無法消毒。在家電里面，最佳的消毒方式是在洗衣機(jī)中洗滌的同時，靠洗滌液或者消毒液對衣物從內(nèi)到外的全方位消毒。電動晾衣架的紫外消毒燈發(fā)出的高強(qiáng)度輻射對人或者動物的眼睛有嚴(yán)重危害，紫外線對皮膚有致癌作用，輻射還會對高檔毛料、絲綢、皮草造成老化、脆化等危害。不要聽信廠商欺騙宣傳，為了自身安全千萬不要選用。如果遇到傷害可以索取賠償。B：風(fēng)干和烘干系統(tǒng)。沒有正確利用水汽蒸發(fā)原理，靠電腦風(fēng)扇吹干衣服，這是一種笑話。電動晾衣架的本質(zhì)是利用陽光晾曬衣服，人工干衣完全可以用高效率的烘干機(jī)。C：障礙安全問題：晾桿升降過程中可能會遇到障礙物或者拉扯，這個時候要及時停機(jī)保護(hù)。目前的機(jī)械式遇阻停機(jī)功能僅能部分實現(xiàn)失載停機(jī)。如果遇到障礙物體重壓式的晾桿障礙，還是會造成人或者機(jī)器損傷。D：風(fēng)阻安全問題：鋼絲繩和伸縮架組成的懸吊結(jié)構(gòu)，縱向和橫向擺動大。遇到大風(fēng)不管哪種擺動都可能照成衣服吹落，晾桿砸壞陽臺玻璃或者傷人的問題。E：產(chǎn)品質(zhì)量問題：電動晾衣架的行業(yè)平均全壽命使用故障在10%左右，家電標(biāo)準(zhǔn)是千分之三。獨(dú)立的消費(fèi)者組織評估，家電在實際使用過程中存在在不可抗拒外在力量和顧客非法操作的情況，這不是產(chǎn)品本身設(shè)計缺陷，國際水準(zhǔn)的家電的實際使用故障率不超過1%。F：負(fù)離子功能。陽臺空氣經(jīng)常流通，質(zhì)量不差，怕的是外來污染空氣。負(fù)離子根本無法有效凈化空氣中的有毒有害成分。目前家庭級的空氣凈化裝置從效率和成本來說都沒有有效解決手段。這又是一個廢物功能。G：紅外遙控功能。一種最普通的家電技術(shù)，包裝后詭稱為智能控制技術(shù)，不知道智能在哪一點(diǎn)。H：節(jié)能環(huán)保。很多生產(chǎn)商連環(huán)?？茖W(xué)定義都不知道，省電不等于環(huán)保，第一代電動晾衣架企業(yè)沒有任何一家有能力設(shè)計出節(jié)電技術(shù)。第一代電動晾衣架行業(yè)的企業(yè)非常弱小，絕大多數(shù)企業(yè)都是幾個人十幾個人的手工作坊，最多企業(yè)的年產(chǎn)不過數(shù)萬臺。從業(yè)人員良莠不齊，缺乏國際水準(zhǔn)的設(shè)計人員。相比家電行業(yè)百萬的入門門檻，整個行業(yè)都是弱、小、散的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。這些微小型企業(yè)嚴(yán)重缺乏信用機(jī)制的建立，無論廣告和產(chǎn)品都等同于保健產(chǎn)品的信用等級，消費(fèi)者千萬要注意自我保護(hù)。國內(nèi)具備電動晾衣機(jī)生產(chǎn)能力的廠家成百上千。大多數(shù)企業(yè)既做手搖晾衣架、同時又做著電動晾衣架。多數(shù)企業(yè)主是文盲和半文盲，絕大多數(shù)企業(yè)都是代工和貼牌，不 懂技術(shù)研發(fā)，不懂研發(fā)管理，有個業(yè)余級的外觀設(shè)計就以為很有實力。沒有一家企業(yè)達(dá)到家電企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，沒有一家企業(yè)能夠做到3C整機(jī)認(rèn)證，沒有一家企業(yè)為自 己的信用過失和技術(shù)過失向消費(fèi)者道過謙。行業(yè)發(fā)展從開拓期走向大規(guī)模制造的啟動期，技術(shù)研發(fā)成了競爭勝負(fù)的關(guān)鍵。電動晾衣機(jī)本質(zhì)是白色家電中低檔制造工業(yè)，技術(shù)水平不需要很高。目前行業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的設(shè)計師，有人第一個完成電動晾衣架工業(yè)行業(yè)各種定義理論研究。一門學(xué)科能成為科學(xué)，它的第一個定義必須科學(xué)。目前有人把電動晾衣架行業(yè)理論研究從經(jīng)驗積累提高到現(xiàn)代工科水準(zhǔn)。有優(yōu)秀的設(shè)計師第一個規(guī)劃新一代產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)和發(fā)展方向。采用歐美國家研發(fā)競爭模式已經(jīng)開發(fā)出第二代、第三 代、第四代電動晾衣架核心機(jī)并申請專利。新的換代產(chǎn)品升降平穩(wěn)迅速，安全性能達(dá)到歐美以人為本的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量等夠達(dá)到家電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成本一代比一代低， 這是無法逾越的競爭優(yōu)勢。我們期待這個行業(yè)能成為中國原產(chǎn)第一個的新型家電行業(yè)，也期待中國人為世界貢獻(xiàn)了第一個新的家電行業(yè)。1.4 課題條件自隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會競爭也越來越激烈，為了提高企業(yè)生產(chǎn)速度，減輕工人的勞動強(qiáng)度，并且實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，人們設(shè)計了可以減少人力物力并且能夠出色完成任務(wù)的自動晾衣架。自動晾衣架的種類比較繁多，根據(jù)不同的用途、自動晾衣架的結(jié)構(gòu)、動力傳遞形式以及規(guī)格會有不同的選擇和設(shè)計。機(jī)械傳動方式的特點(diǎn)是零件加工相對要求不高、結(jié)構(gòu)較簡單、加工容易、維修方便、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗沖擊性能好、可實現(xiàn)準(zhǔn)確到位，并有自鎖功能、不污染環(huán)境。研制安全、可靠的電機(jī)驅(qū)動的剪叉式自動晾衣架，將有利于保證高空作業(yè)的安全，具有一定的實用價值。具體研究內(nèi)容及要求包括：1. 查找相關(guān)文獻(xiàn)，分析自動晾衣架的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。2. 設(shè)計剪叉式自動晾衣架的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計要求選用元器件和校核結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度。2 自動晾衣架設(shè)計方案及方案的對比和確定2.1 方案一從既可以升降又可以收縮這一方向，我們首先想到的是四桿機(jī)構(gòu)，如圖1通過雙搖桿機(jī)構(gòu)（1）與（3）帶動（2）由豎直位置轉(zhuǎn)動到水平位置，以實現(xiàn)升降的過程，（2）上帶有導(dǎo)軌，可以實現(xiàn)收縮的功能，在水平位置時，通過（4）擋板，使其固定。圖1講到固定的問題，我們又想到了四桿機(jī)構(gòu)中的死點(diǎn)，如圖2用搖桿作為原動件可以使其固定在陽臺外側(cè)。圖2傳動問題，我們想到可以用直齒輪傳動、蝸輪蝸桿、斜齒輪傳動等。原動力的提供，可以通過電機(jī)，或者人工手柄的形式。圖3蝸輪蝸桿傳動：圖3綜合以上的想法，我們有了初步的目標(biāo)，即通過電動機(jī)的帶動，使蝸輪蝸桿傳動，帶動四桿轉(zhuǎn)動，從而帶動衣架上升，再利用死點(diǎn)使其固定在最高點(diǎn)。再通過拉動繩索通過滑輪使裝在帶有導(dǎo)軌的連桿上的晾衣桿運(yùn)動。圖4是在最低點(diǎn)時掛衣服狀態(tài)。圖4掛好衣服后，通電后，電動機(jī)工作，帶動晾衣架轉(zhuǎn)動到最高點(diǎn)。圖5是在最高點(diǎn)并且在陽臺外側(cè)晾曬的狀態(tài)。若為陰天，則可以通過手動的方式，轉(zhuǎn)動手柄，利用摩擦力的作用，使得繩子帶動晾衣桿（2）運(yùn)動到陽臺內(nèi)側(cè)，避免淋雨。圖5圖6 圖6側(cè)為俯視圖，此時晾衣桿在陽臺內(nèi)側(cè)。右側(cè)的圖為手動機(jī)構(gòu)以解決滑動的問題。工作原理過程一：衣架轉(zhuǎn)動蝸桿減速器電動機(jī) 過程二：曬衣桿滑動 圓盤蝸輪蝸桿手柄過程一通過（9）綜合箱體（含有電動機(jī)和減速器）的作用，帶動（10）蝸桿運(yùn)動，從而帶動（8）渦輪的運(yùn)動。焊接在蝸輪上的（5）搖桿也隨著蝸輪運(yùn)動，就帶動整個晾衣架的運(yùn)動，現(xiàn)升降的問題。在最高點(diǎn)時處于在陽臺外側(cè)工作狀態(tài)。陰天時，不讓衣物在陽臺外側(cè)，通過過程二，通過手柄的搖動，使蝸桿轉(zhuǎn)動，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，黏貼在蝸輪上的（14）圓盤也隨著渦輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，（18）繃直的繩子在摩擦力的作用下帶動（2）桿（曬衣桿）滑動。從而實現(xiàn)收縮的功能。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖（圖7圖72.2 方案二設(shè)計思路通過在網(wǎng)上的資料收集，我們小組發(fā)現(xiàn)目前市場上賣的伸縮晾衣架大部分是用幾組桿鉸接而成的，如圖8。圖8但上訴的機(jī)構(gòu)只能滿足伸縮的要求，所以我們想到螺孔與螺釘?shù)呐浜希焉炜s機(jī)構(gòu)裝置在帶有螺紋的桿件上，通過轉(zhuǎn)動桿件使得整個機(jī)構(gòu)上升。如圖9示：圖9 綜上所述，我們小組所想的第二個方案可分為兩個部分：一是通過手柄控制晾衣架的收縮，二是通過電機(jī)帶動控制晾衣架的升降。如圖10，該圖為裝在墻壁的左側(cè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為整個晾衣架機(jī)構(gòu)收縮的主動機(jī)構(gòu)，通過手柄帶動左側(cè)的絲桿（13）轉(zhuǎn)動，使兩邊的連桿活動基座（9）上升，從而帶動伸縮。左右兩側(cè)都裝有電動機(jī)，是對升降提供動力。圖11，圖12分別是中間機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)。圖10（左側(cè)機(jī)構(gòu)） 圖11中間機(jī)構(gòu)（晾衣架）圖12右側(cè)機(jī)構(gòu)圖13為整個晾衣架的斜視圖：圖13運(yùn)動原理升降過程：伸縮機(jī)架升降旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動圓錐齒輪傳動電動機(jī) 伸縮過程：晾衣桿伸縮活動基座升降手柄轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動 伸縮，主要由主機(jī)架（4）、衣架連桿（6）、旋轉(zhuǎn)絲桿（13）、連桿活動基座（9）、橫向晾衣桿（15）以及左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）構(gòu)成；在主機(jī)架（4）的前端面上，上部導(dǎo)向軌固定基座（5）和下部導(dǎo)向軌固定基座（11）分別將左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）固定，左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）同時穿過連桿活動基座（9）內(nèi)部的光孔，連桿活動基座（9）可以在左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）垂直滑動上；衣架連桿中心銷軸（7）穿過衣架連桿（6）上的衣架連桿中心軸孔（8）將兩個衣架連桿（6）相鉸連，兩個相互鉸連后的衣架連桿（6）又通過衣架連桿端部連接軸孔（16）和橫向晾衣桿（15）相互鉸連，最后，鉸連后的衣架連桿（6）一端與上部導(dǎo)向軌固定基座（5）相鉸連，另一端與連桿活動基座（9）相鉸連；旋轉(zhuǎn)絲桿（13）穿過連桿活動基座（9）側(cè)面的螺紋孔，并通過絲桿上端固定基座（14）和絲桿下端固定基座（19）固定在主機(jī)架（4）的右側(cè)端面上；使用時，先利用水平固定架（1）和垂直固定架（12）將主機(jī)架（4）固定，將需要晾曬的衣物放置在橫向晾衣桿（15）上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)輪（3）可以帶動旋轉(zhuǎn)絲桿（13）旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)絲桿（13）螺紋摩擦力的作用下，連桿活動基座（9）在左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）垂直滑動上，連桿活動基座（9）又帶動了鉸連后的衣架連桿（6）之間的鉸連運(yùn)動，從而實現(xiàn)了晾衣架可以伸縮的目的。升降，把伸縮的主機(jī)架（4）固定于升降機(jī)架，把帶有螺紋瞳孔的水平固定架（1）與長旋轉(zhuǎn)絲桿（26）配合，在電動機(jī)（23）的帶動下，使圓錐齒輪（25）轉(zhuǎn)動，再帶動圓錐齒輪（22），從而使長旋轉(zhuǎn)絲桿運(yùn)動，使得，伸縮裝置可以升降。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：（圖14）圖14升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：（圖15）圖152.3 方案的對比和確定具體方案比較內(nèi)容 方案一方案二美觀程度一般較美觀運(yùn)動難易程度較容易較費(fèi)力性價比較高較低效率較高中等占地空間較大較小通過比較，主要考慮成本問題和運(yùn)動難易程度問題，決定在第2種方案進(jìn)行改進(jìn)，通過電動機(jī)進(jìn)行控制操作。經(jīng)過分析,決定采用如下方案設(shè)計圖,如圖所表示:3 自動晾衣架設(shè)計主要結(jié)構(gòu)的計算3.1 研究內(nèi)容1. 工作原理及工藝動作過程小型電動機(jī)驅(qū)動減速裝置使機(jī)構(gòu)帶著曬衣架先從上向下移動到一定位置，待衣物架好后，再上升，最后將曬衣架橫向送出室外曬衣。2. 自動晾衣架的設(shè)計參數(shù)要求1）曬衣架初始高度：2.5m。2）曬衣架下降的最低高度：1.5m3）運(yùn)動速度：0.5m/min。4）電動機(jī)轉(zhuǎn)速：4000r/min。5）上升和下降與送出動作要緩慢平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)構(gòu)有自鎖功能。具體設(shè)計方案是：選用的電動機(jī)由凸緣聯(lián)軸器將電動機(jī)軸和準(zhǔn)平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速傳給滾筒。3.2 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計參數(shù)要求擬采用蝸輪蝸桿減速器，傳動簡圖如圖1.1所示。圖1.1 傳動裝置簡圖1電動機(jī) 2、4聯(lián)軸器 3級蝸輪蝸桿減速器5傳動滾筒 6輸送帶需要根據(jù)工作條件進(jìn)行估算來選取電動機(jī)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速：4000r/min。初步選擇直流無刷電機(jī)DT80BL160-3130 額定電壓310VDC 額定轉(zhuǎn)速4000RPM 額定功率750W 額定轉(zhuǎn)矩1.8N.m 級數(shù)4級 重量3.0KG 軸徑14mm3.3蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計 取蝸輪蝸桿的傳動比為i=50,那么輸出的轉(zhuǎn)速4000/50=80r/min,蝸桿的材料采用45鋼，表面硬度45HRC，蝸輪材料采用ZCuA110Fe3,砂型鑄造。以下設(shè)計參數(shù)與公式除特殊說明外均以參考由機(jī)械設(shè)計 第四版 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 第13章蝸桿傳動為主要依據(jù)。具體如表31： 表51蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計表項 目計算內(nèi)容計算結(jié)果中心距的計算蝸桿副的相對滑動速度參考文獻(xiàn)5第37頁（23式）4m/sVs7m/s當(dāng)量摩擦系數(shù)4m/sVs51.7100mm又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mm計算轉(zhuǎn)矩 Tc=KT=K9550=1.595503.19/27.4=1667.76N.M51.7100mm又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mmD6=673.6減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計參照參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學(xué)院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計算得，箱體的結(jié)構(gòu)尺寸如表8.1：表8.1箱體的結(jié)構(gòu)尺寸減速器箱體采用HT200鑄造，必須進(jìn)行去應(yīng)力處理。設(shè)計內(nèi)容計 算 公 式計算結(jié)果箱座壁厚度=0.04225+3=12mma為蝸輪蝸桿中心距取=12mm箱蓋壁厚度1=0.8512=10mm取1=10mm機(jī)座凸緣厚度bb=1.5=1.512=18mmb=18mm機(jī)蓋凸緣厚度b1b1=1.51=1.510=15mmb1=18mm機(jī)蓋凸緣厚度PP=2.5=2.512=30mmP=30mm地腳螺釘直徑dd=20mmd=20mm地腳螺釘直徑dd=20mmd=20mm地腳沉頭座直徑D0D0=48mmD0=48mm地腳螺釘數(shù)目n取n=4個取n=4底腳凸緣尺寸（扳手空間）L1=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm軸承旁連接螺栓直徑d1d1= 16mmd1=16mm軸承旁連接螺栓通孔直徑d1d1=17.5d1=17.5軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸緣尺寸（扳手空間）C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱連接螺栓直徑d2d2 =12mmd2=12mm上下箱連接螺栓通孔直徑d2d2=13.5mmd2=13.5mm上下箱連接螺栓沉頭座直徑D0=26mmD0=26mm箱緣尺寸（扳手空間）C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n,d3n=4, d3=10mmn=4d3=10mm檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圓錐定位銷直徑d5d5= 0.8 d2=9mmd5=9mm減速器中心高HH=340mmH=340mm軸承旁凸臺半徑RR=C2=16mmR1=16mm軸承旁凸臺高度h由低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn)。取50mm軸承端蓋外徑D2D2=軸承孔直徑+(55.5) d3取D2=180mm箱體外壁至軸承座端面距離KK= C1+ C2+(810)=44mmK=54mm軸承旁連接螺栓的距離S以Md1螺栓和Md3螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近一般取S=D2S=180蝸輪軸承座長度（箱體內(nèi)壁至軸承座外端面的距離）L1=K+=56mmL1=56mm蝸輪外圓與箱體內(nèi)壁之間的距離=15mm取=15mm蝸輪端面與箱體內(nèi)壁之間的距離=12mm取=12mm機(jī)蓋、機(jī)座肋厚m1,mm1=0.851=8.5mm, m=0.85=10mmm1=8.5mm, m=10mm以下尺寸以參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 王昆等主編 高等教育出版社 1995年表6-1為依據(jù)蝸桿頂圓與箱座內(nèi)壁的距離=40mm軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離=4mm箱底的厚度20mm軸承蓋凸緣厚度e=1.2 d3=12mm箱蓋高度220mm箱蓋長度（不包括凸臺）440mm蝸桿中心線與箱底的距離115mm箱座的長度（不包括凸臺）444mm裝蝸桿軸部分的長度460mm箱體寬度（不包括凸臺）180mm箱底座寬度304mm蝸桿軸承座孔外伸長度8mm蝸桿軸承座長度81mm蝸桿軸承座內(nèi)端面與箱體內(nèi)壁距離61mm3.7 軸的校核3.7.1蝸桿軸的強(qiáng)度校核1繪軸的計算簡圖在確定軸承支點(diǎn)位置時，應(yīng)從手冊上查取a值，對于30207型單列圓錐滾子軸承，a=16mm，所以，作為簡支梁的軸的支撐跨距=（20+43.75+34）+（20+43.75+34） =97.75+97.75=195.5mm 2計算作用在軸上的力=736.67N， =6179.88N， 3計算支點(diǎn)反力水平反力： 垂直反力： 4計算彎矩，作彎矩圖水平彎矩： 垂直彎矩： 合成彎矩 5扭矩圖由機(jī)械零件課程設(shè)計表618 查得折算系數(shù) 6校核軸的強(qiáng)度由機(jī)械設(shè)計表15-1查得： ，強(qiáng)度足夠。 見圖5-3。圖5-3 軸的強(qiáng)度3.7.2蝸輪軸的強(qiáng)度校核 1繪軸的計算簡圖在確定軸承支點(diǎn)位置時，應(yīng)從手冊上查取a值，對于30212列圓錐滾子軸承，a=22mm，作為簡支梁的軸的支撐跨距 =（20+43.75+34）+（20+43.75+34） =97.75+97.75=195.5mm 2計算作用在軸上的力=6179.88N， =736.67N， 3計算支點(diǎn)反力水平反力： 垂直反力： 4計算彎矩，作彎矩圖水平彎矩： 垂直彎矩： 合成彎矩： 5扭矩圖由機(jī)械零件課程設(shè)計表618 查得折算系數(shù) 6校核軸的強(qiáng)度由機(jī)械設(shè)計表15-1查得： ， ，強(qiáng)度足夠。 見圖5-4。圖5-4軸的強(qiáng)度3.7.3 滾動軸承的選擇及校核3.7.3.1 蝸桿軸滾動軸承的選擇及校核1軸承的徑向載荷的計算 2派生軸向力的計算查手冊得，圓錐滾子軸承30207型的=14o02，10， 查表d=35mm時，e=0.37，y=1.6；故 所以，軸承2受壓則： 3求當(dāng)量動載荷 所以，對于軸承1 x=1 ， y=0 對于軸承2 x=0.4 ， y=1.6 4校核軸承的壽命查手冊得c=51.5KN =10/3 n=940r/min 故 此軸承的壽命滿足要求 3.7.3.2 蝸輪軸上軸承的校核1求徑向載荷 2計算派生軸向力查手冊得，圓錐滾子軸承30212型的 ， y=1.5故 則：軸承2受壓所以， 3求當(dāng)量動載荷所以，對于軸承1：x=1 ，y=0 對于軸承2：x=1 ，y=0 4校核軸承的壽命查手冊 c=97.8KN ，=10/3 ，n=18.8r/min 故 此軸承壽命滿足要求。3.7.4 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核3.7.4.1 蝸桿軸上安裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接由機(jī)械零件課程設(shè)計表81 選用普通平鍵 87mm， 取L45mm。 由機(jī)械零件課程設(shè)計表87 查得，鍵的工作長度lLb45837mm， 鍵的工作高度k3mm。 由機(jī)械零件課程設(shè)計表88 查得，鍵聯(lián)接的許用壓力 ， 所以，所選平鍵合適。 3.7.4.2 蝸輪軸上裝蝸輪處的鍵聯(lián)接由機(jī)械零件課程設(shè)計表81 選用普通平鍵 1811mm， 取L45mm 由機(jī)械零件課程設(shè)計表87 查得鍵的工作長度lLb4518=27mm 鍵的工作高度k5.5mm 由機(jī)械零件課程設(shè)計表88 查得鍵聯(lián)接的許用壓力 所以，所選平鍵合適。 3.7.4.3 蝸輪軸上裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接由機(jī)械零件課程設(shè)計表81 選用普通平鍵 1610mm， 取L100mm。 由機(jī)械零件課程設(shè)計表87 鍵的工作長度lLb10016=84mm 鍵的工作高度k5mm 由機(jī)械零件課程設(shè)計表88 查得鍵聯(lián)接的許用壓力 所以， 所選平鍵合適。 3.8 剪叉式自動晾衣架的校核3.8.1 各鉸接點(diǎn)銷的選擇與校核考慮到整體布局需要，以及結(jié)合裝配草圖，根據(jù)摩擦副的特性，取。對上述各鉸接點(diǎn)在任意角度時的計算公式的分析計算，可知H點(diǎn)承受的作用力最大，且當(dāng)時作用在H點(diǎn)的力最大。由式（4-37）知，當(dāng)時KN KN銷軸均用45鋼制造，作調(diào)質(zhì)處理，其屈服強(qiáng)度=355MPa，選擇安全系數(shù)為2，其許用剪切應(yīng)力=0.5=177.5MPa?？紤]到生產(chǎn)制造的方便、節(jié)省制造工時，在使用材料允許的條件下，該機(jī)構(gòu)交接的雙頭螺紋銷均采用同一直徑，取mm。MPa因此，該機(jī)構(gòu)所有鉸接點(diǎn)選用的銷均滿足強(qiáng)度要求。3.8.2 剪叉臂的強(qiáng)度校核 由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠(yuǎn)大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖3-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時滿足強(qiáng)度要求，則該剪叉臂即滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)機(jī)構(gòu)在最低位置時，的值最小，即值最大。參照圖3-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子：.(7.1).(7.2) .(7.3).(7.4).(7.5).(7.6).(7.7).(7.8)圖3-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖各力分解后的受力圖如圖3-2(a)所示，彎矩圖見圖3-2(c)圖3-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖剪叉臂的g處由于是有一個肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖3-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點(diǎn)處，但需校核e、k兩點(diǎn)處的強(qiáng)度，且圖中有，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，如圖3-3所示，圖3-3（a）是e點(diǎn)處的截面圖，圖3-3（b）是k點(diǎn)處的截面圖。e點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為k點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為圖3-3 剪叉臂e、k兩點(diǎn)處的截面圖因為當(dāng)時，此時e、k兩點(diǎn)的彎矩最大，且由式（7.8）得，則選擇材料為，參照參考文獻(xiàn)1，所以是安全的。3.9 同步帶傳動計算3.9.1 同步帶計算選型設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：式中需要傳遞的名義功率工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7；表3-3.工作情況系數(shù)確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中P，n1=61rpm。查表3-4表3-4選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數(shù)14。實際齒數(shù)應(yīng)該大于這個數(shù)據(jù)初步取值z1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm驗證帶速v 由公式v=d1n1/60000計算得， svmax=40m/s，確定帶長和中心矩根據(jù)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)得所以有：現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定=() = =719.7mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計算有在本次設(shè)計中傳動比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。12、基本額定功率的計算查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為=0.21KW表3-5 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量13、計算作用在軸上力=71.6N3.9.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）1、同步帶的節(jié)線長度同步帶工作時，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要參數(shù)。當(dāng)傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。表3-6 帶節(jié)線長度表2、帶的節(jié)距Pb如圖3-4所 中文譯文 標(biāo)題:數(shù)控簡單剪切儀動態(tài)土壤測試作者:果皮,Pendo M,輝西斯圖爾特,喬納森P,加州大學(xué)洛杉磯分校Venugopal,拉維,Sysendes公司。出版日期:01-01-2007系列:加州大學(xué)洛杉磯先前發(fā)表的作品發(fā)布信息:加州大學(xué)洛杉磯先前發(fā)表的作品,加州大學(xué)洛杉磯附加信息:版權(quán)2007年,ASTM,http:/journalsip.astm.org/原始引用:果皮,斯圖爾特,摩根,d.h。,Venugopal,r .(2007)?！皵?shù)控簡單剪切設(shè)備動態(tài)土壤測試”,Geotech。測試日報,ASTM,30(5),368 - 377。數(shù)控剪切裝置簡單動態(tài)土壤測試文摘:我們描述的特征簡單剪切裝置能力運(yùn)用現(xiàn)實的多向地震荷載對土標(biāo)本。這個裝置,文中稱為數(shù)控簡單剪切(直流ss)裝置,包括功能,如伺服液壓控制的驅(qū)動和真正的數(shù)字控制克服控制的局限性,一些之前的動態(tài)土壤測試機(jī)器。該設(shè)備是顯示有能力正弦和寬帶的復(fù)制命令信號在一個廣泛的頻率和振幅,雖然設(shè)備有限控制能力非常小的命令位移(少于大約0.005毫米)。小變形限制結(jié)果從噪聲介紹了控制系統(tǒng)的反饋信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。我們證明,雙向命令信號準(zhǔn)確地傳授與最小交叉耦合,結(jié)果從一個創(chuàng)新的多輸入多輸出的數(shù)字控制系統(tǒng)。這個功能的設(shè)備演示一系列寬帶測試標(biāo)本非飽和土受到uni -和雙向勵磁。關(guān)鍵詞:數(shù)字控制,簡單的剪切、動態(tài)土壤測試、多向加載介紹直接簡單的剪切設(shè)備已經(jīng)成功運(yùn)用多年來描述靜態(tài)和動態(tài)土屬性。這測試方法往往是首選當(dāng)它是可取的標(biāo)本來體驗光滑、連續(xù)的旋轉(zhuǎn)主應(yīng)力方向在剪切。初始應(yīng)力可以應(yīng)用模擬靜態(tài)字段條件當(dāng)鋼絲增強(qiáng)利用膜,減少橫向變形樣品(即。,NGI-type配置,Bjerrum和Landva1966)。也許最常見的應(yīng)用程序的簡單剪切試驗對仿真的垂直(或近垂直)剪切波傳播通過土柱。優(yōu)點(diǎn)和局限性簡單的剪切測試相對于其他類型的實驗室測試描述了在其他地方,這里不再重復(fù)(比如,菜的et al。1972;沈et al。1978;薩達(dá)et al。1982;Vucetic和拉卡斯提花1982;1985;Budhu Bhatia et al。1985;Amer et al。1987;Airey和木材1987;Budhu和Britto 1987;雅et al。1993)。最簡單的剪切設(shè)備運(yùn)行在一個水平方向并應(yīng)用諧波載荷頻率一般慢于動態(tài)過程,如地震搖晃(如。,Tatsuoka和銀1981;Doroudian和Vucetic 1995;和Pfender Lefebvre 1996;瑞艾莫和種子1997;Kusakabe et al。1999年,Hazirbaba和Rathje 2004)。雖然總是有近似參與應(yīng)用在實驗室土壤特性測量對現(xiàn)場條件,對現(xiàn)有設(shè)備無法提供快速、多向加載介紹進(jìn)一步的錯誤未知的意義當(dāng)實驗室測量土壤屬性用于工程模擬。一個數(shù)量的簡單剪切設(shè)備已經(jīng)被發(fā)展調(diào)查土壤響應(yīng)多向加載(如。,石原和山崎1980;雅et al。1993;DeGroot et al . 1996)。加州大學(xué)伯克利分校的雙向循環(huán)簡單剪切(UCB-2D)裝置是值得注意的,因為它明顯減少了機(jī)械合規(guī)問題,導(dǎo)致相對最高/基地帽搖擺在早期的設(shè)備(如。,石原和山崎1980;石原和“1988)。另一個顯著的特點(diǎn)UCB-2D設(shè)備是燃燒室壓力控制,方便背壓飽和。校長UCB-2D設(shè)備本身的限制,早期的設(shè)備,是他們無法應(yīng)用地震像寬帶裝貨嗎在快速位移率。這種限制也存在對大多數(shù)單向簡單剪切設(shè)備。其原因是雙重的:(1)氣動加載系統(tǒng)使用一個可壓縮流體(即。、空氣)其中介紹了重大錯誤的反饋回路在高頻段;和(2)數(shù)字監(jiān)督模擬控制器被雇用這有效地限制處理速度和成熟的控制算法。當(dāng)然,振動臺和離心機(jī)實驗都能使用多方向的地震像加載到土壤模型(即。,派克et al。1975;1998年andYanagisawa Jafarzadeh的說法;Kutter 1995;威爾遜et al . 2004)。然而,直接測量土壤元素的響應(yīng)(例如,剪切應(yīng)力剪切應(yīng)變關(guān)系、體積應(yīng)變和孔隙水壓力)在這些類型的實驗需要密集的儀表數(shù)組,可以影響響應(yīng)他們的目的是措施,從而使復(fù)雜數(shù)據(jù)解釋(如。,困難et al . 2005)。 圖1應(yīng)用的能力,可靠程度的控制,多向加載在一個很寬的頻率范圍內(nèi),土壤元素在實驗室是至關(guān)重要的推進(jìn)我們的根本理解動態(tài)土壤屬性。例如,寬帶裝載能力是需要調(diào)查率影響土壤手稿收到2006年3月1日,1月28日發(fā)表2007年,2007年5月在線發(fā)表。1研究生研究員,副教授和副主席,分別土木工程系&大學(xué)環(huán)境工程加利福尼亞,洛杉磯,5731年洛杉磯消沉大廳CA 90095。2工程師,指數(shù)失效分析,320年,200套房,歐文戈達(dá)德,CA92618年。3創(chuàng)始人和高級咨詢顧問工程師,Sysendes,Inc .,1804 m,套件4、蒙特利爾、QC H3H 1硅陶瓷、加拿大的觀點(diǎn)和結(jié)論包含在本文檔的作者和不應(yīng)被解釋為一定代表官方的政策,明示或暗示,美國政府。巖土測試日報,卷。30,5號紙ID GTJ100518可以在www.astm.org368年版權(quán)2007年由ASTM國際,100年巴爾港驅(qū)動器,PO Box,西Conshohocken C700,PA 19428 - 2959。屬性,人們知道這是重要的對于粘土(如。,Lefebvre和Pfender 1996;Sheahan et al . 1996)。此外,效果剪切速率和2 d裝載在孔隙壓力生成或體積改變行為,或兩者兼而有之,是了解較少,需要進(jìn)一步調(diào)查一些土壤類型。為了滿足這些研究需要,一個簡單的剪切設(shè)備現(xiàn)場數(shù)控與能力室壓力控制和多向激勵一直發(fā)達(dá)。這個裝置,文中稱為現(xiàn)場數(shù)控簡單剪切(直流ss)裝置合并功能,如伺服液壓控制的驅(qū)動和真正的數(shù)字控制克服的局限性先前的動態(tài)土壤測試機(jī)器。結(jié)果是一個真正獨(dú)特的簡單剪切裝置的功能應(yīng)用寬帶(地震像)位移要求土壤標(biāo)本在兩個方向,用最小的交叉耦合水平運(yùn)動。在本文中,我們描述這個裝置和它的功能動態(tài)土壤測試。物理描述直流ss裝置機(jī)械設(shè)計的直流ss裝置使用了UCB-2D的裝置作為一個原型(面包師et al . 1993)。這個直流ss裝置是專為了保留的主要特征UCB-2D設(shè)備如包含細(xì)胞壓力的目的背壓飽和,有限的機(jī)械遵守尊重對簡單剪切邊界條件(如。,頂部和基板“搖擺”),和雙向加載功能。除了這些特性,直流ss裝置結(jié)合了幾種改進(jìn)設(shè)計相對于UCB-2D裝置包括:我使用一個三郵報框架與高績效跟蹤軸承(容納垂直位移的頂罩),以進(jìn)一步降低搖擺;二世一個伺服液壓控制的控制系統(tǒng),使高頻率加載;iii雙重軸負(fù)載細(xì)胞獲得職位摩擦剪切載荷的測量。圖1顯示了大會的直流ss裝置。照片的直流ss設(shè)備顯示在圖2。直流黨衛(wèi)軍的設(shè)備是用來測試圓柱土壤標(biāo)本與直徑10.2厘米或更少。這個標(biāo)本是位于相對嚴(yán)格的底部和頂部帽(圖1、圖2(b)和通常局限由一線增強(qiáng)膜。見圖2(c),水平(頂部和底部)面臨的標(biāo)本被限制的帽子,它含有細(xì)磨石epoxied變成一個休會覆蓋整個臉的帽子除了保持嘴唇的鋁在邊緣。這些帽子提供一個“摩擦”表面同時使排水進(jìn)入多孔石頭如果石頭不飽和(石頭可以飽和對不排水試驗)。這個上蓋/樣品/下蓋堆棧頂部之間的位置和底部適配器板圖1所示。底部帽適合一個休息在底部適配器板。適配器板頂部輕輕地降低,這樣休息在頂端的適配器板適合舒適地覆蓋在頂蓋。頂部和底部帽是緊緊在各自的適配器板由三個固定螺絲在每個板。一旦樣品是獲得兩個適配器板之間,三個LVDTs間距分布樣品安裝在頂部適配器板和固定在板通過螺釘。這個標(biāo)本是然后合并垂直應(yīng)力和準(zhǔn)備剪切載荷。圖2頂部適配器板是一種垂直表,進(jìn)而是附加到一個垂直負(fù)載細(xì)胞(圖1)。垂直負(fù)載轉(zhuǎn)移到標(biāo)本通過垂直表,這是附加的三個等距線性幻燈片。每個三個線性幻燈片附屬于一個單獨(dú)的帖子,有效防止側(cè)運(yùn)動和搖擺的垂直表(因此,實際上無花果。1原理的直流ss裝置在加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校。果皮ET AL。在數(shù)控簡單剪切儀369來說,標(biāo)本)。這是一個重要的三郵報框架改善UCB-2D設(shè)備,雇傭了一個懸臂系統(tǒng)(垂直表附加到一對跟蹤軸承沿相同的墻)。負(fù)載應(yīng)用于垂直表由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在主框架之外。一個重要的功能的設(shè)備,直流黨衛(wèi)軍留存從UCB-2D裝置是其雙向加載功能。橫向剪切載荷應(yīng)用在該基地的標(biāo)本通過兩個獨(dú)立控制的水平表。底部水平表安裝在線性幻燈片附加到主框架的裝置,這表是只自由移動一個水平方向。上層水平表也安裝在線性幻燈片,這樣運(yùn)動上層表是完全垂直于下表。兩個水平表可以控制產(chǎn)生凈合成的運(yùn)動底部適配器板在任何水平方向。加載應(yīng)用較低水平表通過螺紋棒相連致動器,可以應(yīng)用張力和壓縮。有一個tensioncapable輥之間連接上層表及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)以適應(yīng)垂直位移下表。負(fù)載應(yīng)用到表loadcells來衡量安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)和表之間。負(fù)荷測量由loadcells不相同,那些傳授標(biāo)本由于摩擦而在線性的幻燈片。這個巨大的摩擦加載系統(tǒng)中的表征,觀察到相當(dāng)小(大約2.2 N)。這一點(diǎn)的重要性摩擦負(fù)載取決于什么類型的測試,是理想的。這種摩擦負(fù)載將產(chǎn)生不準(zhǔn)確的(大約0.3 kPa10.2厘米直徑試樣),代表比例可以忽略不計的剪切應(yīng)力對大多數(shù)應(yīng)用程序。然而,如果很低應(yīng)力測量是必要的,帖子摩擦剪切應(yīng)力可以通過使用一個雙軸loadcell測量。這種雙軸loadcell適合在頂部之間適配器板和垂直表,一個空間,否則占用墊塊。這種雙軸loadcell能夠測量兩個垂直和剪切載荷同時以最小的相聲這些通道之間。然而,存在的雙軸loadcell介紹系統(tǒng)遵從性(即搖擺和垂直變形),可能是重要的在大中型菌株。因此,大多數(shù)測試執(zhí)行沒有雙軸loadcell到位。三LVDTs(線性可變差動傳感器),安裝頂部和底部之間的適配器板,用于測量垂直標(biāo)本變形。這些位置的LVDTs最小化錯誤由于機(jī)械合規(guī)。這三個LVDTs是用,這樣相對搖擺的標(biāo)本在兩個方向的加載可以測量。三LVDTs數(shù)據(jù)的平均值定義試樣高度在一個測試。水平變形是衡量兩個LVDTs安裝在水平表在嗎正交的方向。設(shè)備的直流黨衛(wèi)軍下運(yùn)作的“應(yīng)變控制”的條件下,這意味著表位移控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)力量必須實現(xiàn)這些位移測量。這個運(yùn)動,可以傳授表是有限的不同方面的控制系統(tǒng)對不同頻段。在低頻率f0 24赫茲,限制因素是峰致動器位移umax = 51毫米。在中間頻率0.24 Hzf15赫茲,限制因素是流量的能力伺服閥的Qmax = 158立方厘米/秒。在頻率f15赫茲,的制約因素是壓力能力的液壓泵pmax = 21 MPa。的情況下諧波控制信號,這些數(shù)量可以與相關(guān)的峰值表動作如下:U(t) = D sin（wt） umax (1)u (t) = D w cos（wt） Qmax/A (2)u (t) = D w2sin（wt）pmaxA/m (3) 圖3在ut及其衍生產(chǎn)品描述表位移,速度,和加速度,一個是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的橫截面積20.3平方厘米,m是表質(zhì)量5.7公斤,和頻率表運(yùn)動(按弧度/秒)。相應(yīng)的峰值位移值,速度和加速度給出了圖3?？刂葡到y(tǒng)能產(chǎn)生任何運(yùn)動,是在的限制線在圖3。油柱的理論頻率的致動器表系統(tǒng)給出了孔蒂和特龍貝蒂(2000):哪里是體積彈性模量的液壓流體1.7106 kPa嗎和V是原油的體積是463立方厘米的致動器。身體上,油柱頻率代表自然頻率的三液壓執(zhí)行器系統(tǒng),它可以被可視化為表質(zhì)量與彈簧連接有一個剛度定義的油柱在致動器室。對于命令信號頻率油柱頻率附近,表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是有限的由于共振行為(如。,孔蒂和特龍貝蒂2000)。直流ss控制系統(tǒng)如圖4中,數(shù)字控制系統(tǒng)的直流黨衛(wèi)軍設(shè)備有兩個目的。第一個是提供控制信號直接驅(qū)動,驅(qū)動液壓作動器servovalves為每個軸(直接驅(qū)動servovalves有機(jī)載控制器,糾正跟蹤誤差在控制信號在開車前液壓致動器)。第二個目的是獲得LVDTs數(shù)據(jù)和loadcells。這里指的物理設(shè)備作為直流黨衛(wèi)軍是最初開發(fā)了一個基于pc的數(shù)字監(jiān)督模擬控制系統(tǒng)。這個控制系統(tǒng)使用PID(比例-積分導(dǎo)數(shù))控制算法,跑在一個Windows操作系統(tǒng)。主要問題控制系統(tǒng)延時處理過程中的反饋信號從儀器(如(LVDT)和一代的命令信號。這限制了設(shè)備的能力,準(zhǔn)確復(fù)制一些命令信號。這些問題尤其急性加載功能涉及快速度和2 d搖動。圖4該系統(tǒng)已成功用于以前的測試(例如,用力的et al。2004;重?fù)鬳t al。2005),盡管這些應(yīng)用程序涉及單向震動和1.0赫茲加載頻率,所以控制問題相關(guān)的基于pc的系統(tǒng)沒有顯著的。控制系統(tǒng)目前設(shè)備使用一個系統(tǒng)所為硬實時數(shù)字控制。主要區(qū)別基于pc的數(shù)字控制是控制功能被實現(xiàn)在控制器板相對于個人電腦操作系統(tǒng)。這使保證采樣頻率的內(nèi)部反饋回路的5 kHz使用位移反饋水平LVDTs,而基于pc的數(shù)字監(jiān)督模擬控制系統(tǒng)通常不能可靠地執(zhí)行計算需要復(fù)雜的控制反饋采樣頻率高于200赫茲,根據(jù)處理器時鐘速度,控制算法復(fù)雜,數(shù)量的后臺進(jìn)行由個人電腦操作系統(tǒng)等。數(shù)字控制系統(tǒng)利用兩個dSPACE DS1104控制器板。每個板包含一個PowerPC 603 e處理器,四個16位2 s模擬數(shù)字(A / D)轉(zhuǎn)換器,四個12位A / D轉(zhuǎn)換器800 ns和8個16位位十年代數(shù)模轉(zhuǎn)換(D / A)轉(zhuǎn)換器,除了其他輸入/輸出端口。這兩個板安裝在在一個PCI插槽主機(jī)電腦但運(yùn)行他們自己的實時內(nèi)核(即。,一個操作系統(tǒng)專門針對控制功能)獨(dú)立于主機(jī)電腦的操作系統(tǒng)。一個PID控制算法實現(xiàn)了兩個基于pc和硬實時數(shù)字控制。這被稱為隨后隨著“PID控制器”。收益為PID控制器是調(diào)諧為獲得最佳性能試錯用階梯函數(shù)命令信號。PID控制器的輸出是一個數(shù)字電壓命令,發(fā)送到一個穆格公司電壓放大器通過的D / A頻道在dSPACE板。電壓放大器,反過來,發(fā)送一個電壓驅(qū)動信號到適當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)伺服閥。見圖5(一個)、PID控制的兩個軸都是獨(dú)立的,從而控制系統(tǒng)作為一個整體無法補(bǔ)償對于交叉耦合效應(yīng)(即：影響,運(yùn)動沿一個軸在運(yùn)動沿著第二軸)。圖5為了減少交叉耦合效應(yīng),數(shù)字控制系統(tǒng)是通過引入一個多輸入多multipleoutput增強(qiáng)(MIMO)控制算法與PID控制器的接口。見圖5(b),該控制器采用線性差動變換器反饋兩軸和生成一個補(bǔ)償指令信號對于每個PID控制器,考慮到交叉耦合效果。控制器的設(shè)計和實現(xiàn)為一個離散狀態(tài)空間系統(tǒng)使用LQG(線性二次-高斯)最優(yōu)控制方法(富蘭克林et al . 1990)。這方法需要估計的數(shù)量,反映四個經(jīng)驗系統(tǒng)屬性。這是通過使用N4SID系統(tǒng)識別算法(Van Overschee和德沼澤1995)系統(tǒng)辨識算法操作輸入-輸出數(shù)據(jù)序列;用于此目的的數(shù)據(jù)是兩個不相關(guān)的隨機(jī)輸入(生成的PID控制器)和相應(yīng)的線性差動變換器輸出信號。結(jié)合MIMO的控制算法,以及兩個PID控制器是指后來的“mimo PID”控制器。設(shè)備配置的直流黨衛(wèi)軍,MIMO算法可以打開或關(guān)閉。因此,要么PID或mimo PID嗎數(shù)字控制的實驗是可能的。數(shù)據(jù)采集功能無論是模式總結(jié)如下:輸入運(yùn)動時間步:不實用的下限;數(shù)量的輸入運(yùn)動數(shù)據(jù)點(diǎn):不實用的上限;反饋采樣頻率(即。,內(nèi)部頻率對反饋回路):5 kHz;數(shù)據(jù)記錄頻率:上界是5 kHz,可以downsampled作為需要。直流ss系統(tǒng)性能性能的評價系統(tǒng)的直流黨衛(wèi)軍(即。,控制器,泵、致動器、伺服閥),兩個諧波和寬帶地震輸入運(yùn)動被指定為PID控制器和的控制器和由此產(chǎn)生的mimo pid反饋信號測量。單向測試進(jìn)行評估性能每個軸的獨(dú)立,并提供基線結(jié)果相互影響的評估。雙向加載軸之間的交叉耦合進(jìn)行評估。鳴謝開發(fā)的設(shè)備支持直流黨衛(wèi)軍職業(yè)美國國家科學(xué)基金會的資助下,第二個作者(NSF獲獎號:9733113),亨利Samueli學(xué)校的工程和應(yīng)用科學(xué)大學(xué)洛杉磯分校和美國地質(zhì)調(diào)查顯示,國家地震災(zāi)害減少計劃,獎號。1434 - hg - 98 gr - 00037、05 hqgr0050。這種支持是感激地承認(rèn)。這個觀點(diǎn)和結(jié)論包含在這個文檔是作者的,不應(yīng)該解釋為一定代表官方的政策,要么表示或暗示,美國政府。帕特里克m史密斯和哈羅德卡斯珀是感謝他們的相當(dāng)大的貢獻(xiàn)發(fā)展的物理設(shè)備。我們感謝三匿名評論者對他們有用的手稿評論。