購買設(shè)計(jì)請充值后下載，，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點(diǎn)開預(yù)覽，，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件。。。【注】：dwg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。。。具體請見文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814
王曉峰 童車滾輪疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
目錄
中文摘要
第一章 概述............................................................................1
1.1童車起源...........................................................................1
1.2童車的發(fā)展現(xiàn)狀................................................................1
1.3童車行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?...................................................3
1.4童車的發(fā)展趨勢................................................................4
1.5意義....................................................................................5
第二章 總體設(shè)計(jì)方案比較....................................................6
2.1 總體設(shè)計(jì)方案一..............................................................6
2.2 總體設(shè)計(jì)方案二..............................................................7
2.3 總體設(shè)計(jì)方案三..............................................................8
2.4 設(shè)計(jì)方案比較..................................................................9
第三章 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...........................................................10
3.1 夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................................11
3.2 張緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................14
3.3 滾動(dòng)軸承的選擇.............................................................17
3.4 電機(jī)的選擇.....................................................................18
第四章 強(qiáng)度校核計(jì)算...........................................................19
4.1 夾持桿受力圖及分析.....................................................19
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
中文摘要
內(nèi)容：改革開放以來,隨著人民生活水平的提高,人們對生活中的生活用品的質(zhì)量要求也提出了更高的要求。童車是現(xiàn)在人們生活中必不可少的用品之一，兒童推車在帶來方便的同時(shí)，也會(huì)給嬰幼兒帶來傷害，為此世界各國和地區(qū)均制訂了嚴(yán)格的安全性能標(biāo)準(zhǔn)，以最大限度地為嬰幼兒提供安全的兒童推車產(chǎn)品。其質(zhì)量的合格與否直接影響到兒童的安全。所以本課題主要針對現(xiàn)實(shí)生活中人們對童車的安全性的考慮設(shè)計(jì)了用于試驗(yàn)童車滾輪疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)機(jī)。本課題主要根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一個(gè)童車滾輪強(qiáng)度疲勞試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)以童車滾輪為試驗(yàn)對象，夾持童車手把，模擬道路環(huán)境滾動(dòng)，直到童車滾輪破壞或達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間為止。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)能按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)動(dòng)力源采用電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可以設(shè)定。
關(guān)鍵詞：改革開放，生活水平，疲勞，試驗(yàn)機(jī)，安全。
第一章 概述
1.1童車起源
兒童推車起源于歐洲，至今已有超過三百年的歷史，在中國，兒童推車的出現(xiàn)也已有幾十年的時(shí)間。兒童推車是嬰幼兒戶外活動(dòng)的重要工具，擴(kuò)大了嬰幼兒的活動(dòng)范圍，減輕了年輕父母的負(fù)擔(dān)，是尋常百姓家庭必備的用品，在全世界范圍受到了廣泛的歡迎。兒童推車在帶來方便的同時(shí)，也會(huì)給嬰幼兒帶來傷害，為此世界各國和地區(qū)均制訂了嚴(yán)格的安全性能標(biāo)準(zhǔn)，以最大限度地為嬰幼兒提供安全的兒童推車產(chǎn)品。我國是兒童推車等各類玩具和兒童用品的生產(chǎn)大國，全球約75%的這類產(chǎn)品在中國生產(chǎn)。然而目前我國還不是兒童推車產(chǎn)品的生產(chǎn)強(qiáng)國，兒童推車生產(chǎn)企業(yè)普遍規(guī)模小，技術(shù)落后，產(chǎn)品以仿制為主，企業(yè)對產(chǎn)品安全性能檢測設(shè)備的開發(fā)投入缺乏熱情，已嚴(yán)重影響到兒童推車產(chǎn)品的安全質(zhì)量。
1.2童車的發(fā)展現(xiàn)狀
2008，童車行業(yè)將陷入四大困境，并在這四大困境中淘汰一部分競爭力低下，處于邊緣掙扎的企業(yè)。
其一，出口難度加大。同另外的嬰童產(chǎn)品一樣，童車也面對著出口難度加大，外銷越來越難做的問題。
一方面是人民幣升值，外銷價(jià)格優(yōu)勢下降。中國外銷的競爭優(yōu)勢，大部分屬于成本優(yōu)勢，人民幣對美元的低比率使得中國的外銷產(chǎn)品的價(jià)格在國際市場上顯得特別有競爭力。中國出口產(chǎn)品的低價(jià)位迎合了歐美國家中低收入人群的消費(fèi)需求，中國童車的出口額才得以高速遞增。但是，在來自于美國的壓力下，人民幣近半年來開始升值，從起初的1美元兌換8.28元，到突破8元大關(guān)，接著又跌至7.9元。權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)期，未來的人民幣升值空間依然巨大。人民幣的升值，童車企業(yè)將面臨兩種局面，一是價(jià)格失去競爭力，二是如果要維持外銷產(chǎn)品的價(jià)格優(yōu)勢，就只能降低利潤。人民幣繼續(xù)升值，意味著童車企業(yè)的外銷價(jià)格優(yōu)勢和利潤在進(jìn)一步下降。
另一方面，嬰童產(chǎn)品的反傾銷愈演愈烈，一定程度上也影響了童車行業(yè)。如就墨西哥來說，1997年9月8日，墨西哥經(jīng)濟(jì)部在《官方日報(bào)》上發(fā)表公告，決定對從中國進(jìn)口的部分嬰兒床和學(xué)步車(稅號為8715.00.01和9501.00.99)免征反傾銷稅，而對其中由Evenflo?Company，Inc公司進(jìn)口的Evenflo牌嬰兒床征收21.72％的反傾銷稅，對其他中國產(chǎn)嬰兒床征收105.84％的反傾銷稅，其他中國臺(tái)灣地區(qū)產(chǎn)嬰兒床征收31.53％的反傾銷稅。2004年5月21日，墨西哥經(jīng)濟(jì)部在《官方日報(bào)》上發(fā)表公告，表示將自2002年9月9日起繼續(xù)對上述產(chǎn)品征收五年的反傾銷稅。2007年8月21日，墨西哥經(jīng)濟(jì)部決定開始對中國童車進(jìn)行反傾銷行政復(fù)審，調(diào)查期為2006年7月1日至2007年6月30日。童車反傾銷事件已不在少數(shù)，而中國企業(yè)反傾銷應(yīng)訴能力還沒有與國際接軌，很多對中國企業(yè)的反傾銷案件，往往都以中國企業(yè)敗訴告終。這樣一來，歐盟、美國等大型經(jīng)濟(jì)體的裁決，對國內(nèi)童車企業(yè)帶來很大的影響，往往一旦反傾銷敗訴，很多中小企業(yè)毫無退路，只能以破產(chǎn)告終。因此，遠(yuǎn)卓品牌機(jī)構(gòu)預(yù)言，外銷模式的外向型企業(yè)，如果遇到反傾銷，銷售量有可能從上億下降到零，甚至面臨破產(chǎn)的絕境。
其二，品牌格局動(dòng)蕩。童車品牌雖然在這些年來大量涌現(xiàn)，不少企業(yè)也重視到了塑造品牌的重要性，但有影響力的品牌卻并不多，童車品牌格局也顯得不穩(wěn)定。因童車業(yè)的競爭度急劇上升，童車品牌起伏也便大增，可能你今天很輝煌，明天也會(huì)有破產(chǎn)的危險(xiǎn)。童車企業(yè)變化大、創(chuàng)意多，品牌更是不定，要做到“好孩子”企業(yè)品牌和“平湖”童車區(qū)域品牌這么穩(wěn)定已是有相當(dāng)難度。
其三，消費(fèi)者品牌意識(shí)覺醒。這對一大批中小型童車企業(yè)來說可能就是一個(gè)噩耗。消費(fèi)者品牌意識(shí)的覺醒，就意味者未來童車行業(yè)品牌將有著生殺大權(quán)，它能給企業(yè)判生死。而童車企業(yè)一大半企業(yè)還都未建立自己的品牌，或不知道如何建設(shè)品牌。消費(fèi)者的選擇是對產(chǎn)品的選擇，同時(shí)也是對童車品牌信任度的體現(xiàn)。沒有能力做品牌的企業(yè)，將在品牌年代承受很大的壓力。
其四，設(shè)計(jì)抄襲，原創(chuàng)不足。中國的童車制造業(yè)在工藝水平上已經(jīng)沒有什么問題，現(xiàn)代化的廠房、現(xiàn)代化的設(shè)備越來越多，童車設(shè)計(jì)水平也在不斷提高，但目前童車設(shè)計(jì)中抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，童車產(chǎn)品的同質(zhì)化程度逐漸增強(qiáng)，比如學(xué)步車、嬰兒搖籃車、兒童單車等，不同的童車，制造采用的工藝不同，但同類童車的生產(chǎn)工藝、技術(shù)、設(shè)備相差無幾。任何行業(yè)的發(fā)展遵循同樣的規(guī)律：在產(chǎn)品同質(zhì)化、品牌沒有明顯區(qū)隔時(shí)，市場競爭通常表現(xiàn)為激烈的價(jià)格戰(zhàn)。
1.3童車行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?
童車行業(yè)是個(gè)大有可為的行業(yè)，發(fā)展?jié)摿薮?。從市場發(fā)展及國內(nèi)環(huán)境來看，遠(yuǎn)卓品牌機(jī)構(gòu)認(rèn)為，未來幾年童車行業(yè)呈現(xiàn)以下四大發(fā)展趨勢。
其一，市場容量與日俱增。隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，人們的生活水平逐年提高。假設(shè)一個(gè)家庭中誕生了一個(gè)小寶寶，在經(jīng)濟(jì)條件允許的話，這個(gè)家庭會(huì)盡最大的努力為寶寶提供最好的物質(zhì)條件。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國0至6歲的嬰幼兒數(shù)量為1.08億，以平均每個(gè)孩子花銷5000元進(jìn)行概算，這個(gè)市場的遠(yuǎn)景容量將是5000億元。童車是嬰童產(chǎn)品中最為典型和普遍的產(chǎn)品，因此童車有非常大的市場。童車產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前最具投資前景的朝陽產(chǎn)業(yè)，未來三至五年該產(chǎn)業(yè)將會(huì)成為中國最耀眼的產(chǎn)業(yè)。
其二，品牌化生存勢不可擋。從幾年前開始，童車業(yè)價(jià)格戰(zhàn)如火如荼，一些小企業(yè)終于無力招架，在殘酷的價(jià)格戰(zhàn)中倒下，關(guān)門、倒閉，或者被兼并而在市場上消失了，優(yōu)勝劣汰速度在加快。但由于消費(fèi)需求的偏移和童車在設(shè)計(jì)和做工上的大同，原先的“價(jià)格戰(zhàn)”已慢慢向“價(jià)值戰(zhàn)”傾斜，“品牌營銷”逐漸取代“價(jià)格營銷”成為商家打開市場的新策略。未來的童車市場，品牌就是效益。消費(fèi)者對品牌的認(rèn)知度、滿意度及忠誠度都會(huì)決定企業(yè)在市場上的競爭力。品牌越來越受到童車企業(yè)的重視，那么童車企業(yè)如何才能使消費(fèi)者從眾多童車品牌中選中自己，這就成了童車企業(yè)首要考慮的問題。換句話說，品牌化生存成了童車企業(yè)勢不可擋的發(fā)展趨勢。
其三，專業(yè)化品牌運(yùn)作首當(dāng)其沖。中國童車業(yè)不少企業(yè)也慢慢成長為具有雄厚實(shí)力的大型企業(yè)，他們也認(rèn)識(shí)到了品牌塑造的重要性，但他們有想法沒辦法，不知道怎么做品牌，所以童車業(yè)的領(lǐng)袖品牌始終沒有建立。發(fā)育成熟的行業(yè)往往已經(jīng)形成了一個(gè)領(lǐng)袖品牌群落，而發(fā)育不太成熟的行業(yè)，往往只有一兩個(gè)領(lǐng)袖品牌在默默耕耘，甚至還沒有出現(xiàn)領(lǐng)袖品牌。如發(fā)育已經(jīng)相當(dāng)成熟的家電行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了海爾、美的、長虹、TCL等領(lǐng)袖品牌，而童車業(yè)除了好孩子這個(gè)極具實(shí)力的品牌外，至今仍找不到第二個(gè)可以遍布全國、叱詫風(fēng)云的領(lǐng)導(dǎo)品牌。這顯然是不夠穩(wěn)定的。
童車業(yè)在品牌塑造上處于弱勢地位，十分缺乏品牌系統(tǒng)推廣和操作的經(jīng)驗(yàn)，他們認(rèn)為品牌策略就是VI設(shè)計(jì)，把巨資投到了企業(yè)形象、宣傳廣告、包裝、店堂等方面的設(shè)計(jì)上，但他們殊不知這只是品牌塑造的很小以部分。VI視覺識(shí)別，在一定意義上說是傳播企業(yè)經(jīng)營理念、建立企業(yè)知名度、塑造企業(yè)形象的快速便捷之途，但是其影響力卻不是很大。?
童車企業(yè)要塑造強(qiáng)勢品牌，只是花巨資做VI或招聘人才進(jìn)駐公司服務(wù)都很難真正產(chǎn)生實(shí)效。童車企業(yè)可以與品牌咨詢公司合作，借助品牌咨詢公司強(qiáng)大的智囊團(tuán)有系統(tǒng)、有規(guī)劃地實(shí)施品牌戰(zhàn)略。專業(yè)化品牌運(yùn)作是未來童車業(yè)必然的選擇。
其四，重視原創(chuàng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新。當(dāng)前真正考慮到兒童需求的童車還很少，在童車產(chǎn)品雷同的大形勢下，品牌就急需創(chuàng)新設(shè)計(jì)。9月24日下午，浙江平湖舉辦了以“創(chuàng)新——引領(lǐng)童車行業(yè)新飛躍”為主題的中國——平湖童車產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇。來自廣東、上海、江蘇、浙江、寧波、義烏等玩具行業(yè)、童車產(chǎn)業(yè)界的專家、學(xué)者和平湖童車行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位的代表共200多人參加了論壇。浙江經(jīng)營管理研究會(huì)副秘書長、浙江大學(xué)、浙江師范大學(xué)客座教授連云堯則緊緊圍繞“創(chuàng)新”主題，從創(chuàng)新能力、動(dòng)力、實(shí)質(zhì)、思維、方法等各方面向與會(huì)人員作了題為《創(chuàng)新引領(lǐng)童車行業(yè)再上新臺(tái)階》的報(bào)告。寧波媽咪寶嬰童用品制造有限公司總經(jīng)理葉偉德與現(xiàn)場企業(yè)家們共同分享了產(chǎn)品創(chuàng)新、創(chuàng)牌，以及打造一流企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與收獲。在隨后舉行的論壇對話板塊，企業(yè)家們與專家、學(xué)者面對面，圍繞“——品牌——品牌管理競爭”、“創(chuàng)新與保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)”兩大主題，就如何應(yīng)對國際玩具市場對中國一玩具的召回措施，加強(qiáng)內(nèi)部管理提高童車質(zhì)量，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等問題進(jìn)行了互相討論。此會(huì)議的召開也說明了童車企業(yè)品牌塑造及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性。遠(yuǎn)卓品牌機(jī)構(gòu)認(rèn)為，童車企業(yè)應(yīng)不斷尋找市場空白點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品豐滿、細(xì)化、創(chuàng)新，將創(chuàng)新設(shè)計(jì)作為品牌的靈魂。如國內(nèi)第一卡通童車——螞蟻兄弟用其大智慧設(shè)計(jì)出的“螞蟻前籃”獲得了“中國杰出專利與發(fā)明獎(jiǎng)”，擁有3項(xiàng)專利的螞蟻童車前籃于2007年9月30日正式進(jìn)駐中國科技館。螞蟻兄弟以其創(chuàng)新設(shè)計(jì)，品牌擴(kuò)張速度很快。
隨著兒童車需求的不斷增大，兒童車的特殊性對童車企業(yè)提出了更高的要求。中國童車行業(yè)應(yīng)加快創(chuàng)新步伐，盡快出現(xiàn)更多引領(lǐng)行業(yè)潮流的強(qiáng)勢品牌，以帶動(dòng)童車行業(yè)的整體發(fā)展。知名品牌的崛起將會(huì)使消費(fèi)者在選購?fù)嚂r(shí)更方便、放心，也會(huì)給“中國造”的名牌與國際品牌相抗衡提供支持。
1.4童車的發(fā)展趨勢
隨著城市化帶來的人口密集、生活節(jié)奏加快等變化，童車正在朝更安全、更方便、更牢固的方向發(fā)展。
首先，安全性的規(guī)定將越來越嚴(yán)格。例如，兒童推車的上圍高于坐墊180毫米，肩帶最小寬度為15毫米，叉帶最小寬度為20毫米，跨帶最小寬度為50毫米，安全帶（即跨帶）應(yīng)能承受300牛頓拉力。具有折疊功能的兒童推車應(yīng)設(shè)置鎖緊保險(xiǎn)裝置，以避免在使用中推車意外折疊傷及兒童。再比如，在幼兒手可觸及的范圍內(nèi)，不得出現(xiàn)5毫米－13毫米的夾縫。這些國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)越來越細(xì)化和嚴(yán)格了。
其次，方便性的需求更突出。城市化的加快帶來人流的增多和生活節(jié)奏的加快，新一代的父母親要求童車的使用更方便和快捷。這種需求在東部大城市特別突出。童車生產(chǎn)廠家也在盡可能地為消費(fèi)者提供“省事”的童車，比如，目前就有一種單手折疊童車，一只手就能將童車疊起來，立在地上也不會(huì)倒。
第三，在方便攜帶的同時(shí)，還要求童車?yán)喂?。城市生活空間擁擠，出門難免會(huì)發(fā)生磕碰，牢固不易變形的童車自然受到歡迎。目前，鋁合金車架的童車正成為潮流，這種車架輕便牢固，折疊之后體積小，在東部城市需求明顯。而顏色漂亮、造型獨(dú)特的童車在生活節(jié)奏比較慢的小城市依然受到歡迎。
1.5意義
隨著人民生活水平的提高，人們越來越注重自己所使用的產(chǎn)品的安全性。本課題提出了針對兒童童車滾輪強(qiáng)度安全性能的疲勞性試驗(yàn)方法，并據(jù)此研制了兒童童車滾輪強(qiáng)度疲勞性試驗(yàn)機(jī)。模擬童車在現(xiàn)實(shí)路面上滾輪的滾動(dòng)情況，來檢測童車滾輪的安全性及與其連接結(jié)構(gòu)的安全性，避免由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度缺陷而導(dǎo)致的對嬰幼兒的傷害。
第二章 總體設(shè)計(jì)方案比較
2．1 總體設(shè)計(jì)方案一
總體結(jié)構(gòu)研制的兒童推車滾輪強(qiáng)度疲勞性試驗(yàn)機(jī)主要由三個(gè)部分組成：主體結(jié)構(gòu)部分，控制部分，運(yùn)動(dòng)部分。底座采用鋁合金工業(yè)鋁型材，表面噴塑處理。支架采用鋁合金工業(yè)鋁型材，為兒童推車樣品提供穩(wěn)固的測試平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)部分主要由電機(jī)，減速器，輸送帶，滾軸組成。頂梁與支柱之間采用套筒連接，電機(jī)與主體采用電機(jī)安裝在總體內(nèi)部。將電機(jī)放在兩滾輪之間如圖1。
圖1
這樣安裝可以讓電機(jī)和主體成為一體，但由于電機(jī)在主體內(nèi)部如果要維修要通過拆下底座和滾輪來進(jìn)行維修那樣不方便！而且電機(jī)和底座成為一體電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的震動(dòng)有可能會(huì)影響試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)從而使試驗(yàn)機(jī)的使用周期變短。而且把電機(jī)放在底座內(nèi)部使該方案增加了機(jī)構(gòu)，這樣無形中也增加了該試驗(yàn)機(jī)的制造成本。但把電機(jī)放在底內(nèi)部也有好處，可以節(jié)省空間！
2．2 總體設(shè)計(jì)方案二
主體結(jié)構(gòu)部分，控制部分，運(yùn)動(dòng)部分。底座采用鋁合金工業(yè)鋁型材，表面噴塑處理。支架采用鋁合金工業(yè)鋁型材，為兒童推車樣品提供穩(wěn)固的測試平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)部分主要由電機(jī)，減速器，輸送帶，滾軸組成。
夾持機(jī)構(gòu)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌如圖2
圖2
張緊機(jī)構(gòu)軸承端蓋采用一體的結(jié)構(gòu)如圖3
圖3
采用滑動(dòng)導(dǎo)軌來進(jìn)行對夾持裝置的升降可以方便而簡單的調(diào)整該裝置的高度來適應(yīng)童車的高度。但由于采用滑動(dòng)導(dǎo)軌來調(diào)節(jié)夾持裝置的升降不能很好的進(jìn)行定位和緊固。因?yàn)樵趭A持裝置夾住童車把手時(shí)，要求升降機(jī)構(gòu)不能產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)。張緊機(jī)構(gòu)軸承端蓋采用上下端蓋一體的話要求軸承---滾軸---軸承之間有一定的緊度，滾軸能夠很好的把軸承壓在端蓋上，要不然軸承不能起到他的作用！而且如果采用上下端蓋一體的話要求軸承的外圓大小與端蓋之間的配合要是正好的或都稍緊一點(diǎn)那樣軸承才能很好得轉(zhuǎn)起來。
2．3 總體設(shè)計(jì)方案三
主體結(jié)構(gòu)頂梁和支柱采用螺釘連接，電機(jī)采用外設(shè)式，張緊機(jī)構(gòu)軸承蓋采用上下端蓋分離的方法，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用跑步機(jī)的原理傳輸帶上加一些凹凸物件用來模仿現(xiàn)實(shí)在的路況，為了能夠讓童車平穩(wěn)地放在試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上在傳輸帶的下方安裝五個(gè)獨(dú)力的小滾動(dòng)軸，這樣可以對童車的放置起支撐作用如圖4
圖4
夾持機(jī)構(gòu)的升降采用外置緊固螺釘來實(shí)現(xiàn)，升到要求的高度后直接將緊固螺釘擰死，這樣升降機(jī)構(gòu)在童車測試期間就不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，如果要調(diào)整高度就松開緊固螺釘來進(jìn)行調(diào)整，機(jī)構(gòu)如圖5
圖5
2．4設(shè)計(jì)方案比較
以上三個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合起來看最后選定第三個(gè)方案，固為第三個(gè)方案能夠很好的滿足該課題的要求。
首先，第三個(gè)方案的夾緊升降機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到升降，緊固和定位的要求。
其次，第三個(gè)方案采用電機(jī)外置的方法可以對電機(jī)進(jìn)行很好的維護(hù)和監(jiān)測。這樣電機(jī)所產(chǎn)生的震動(dòng)可以幾乎不影響到試驗(yàn)機(jī)的使用周期和運(yùn)行狀況
第三，運(yùn)動(dòng)裝置的傳輸帶上加凹凸塊能很好的模擬現(xiàn)實(shí)中的路況，這樣就能更準(zhǔn)確地測出童車的真正的使用周期。
第四，主體中的頂梁和支柱采用螺釘連接而不采用套筒連接這樣方便而且也不用另外增加生產(chǎn)配件的成本。
最后，在試驗(yàn)機(jī)底座安裝五根獨(dú)立的滾動(dòng)軸能夠?qū)ν嚻鸬胶芎玫闹巫饔谩?
總結(jié)以上幾點(diǎn)，所以決定采用第三種方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第三章 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過調(diào)查目前市場上比較流行的童車把手有以下二種如圖6，所以針對這種情況設(shè)計(jì)
圖6（左圖為直把式，右圖為橫把式）
的夾持裝置也主要是針對這兩種把手！由于這兩種把手的夾持方式不一樣所以設(shè)計(jì)了兩種夾持裝置直把式的童年車的夾持裝置如圖7-1與圖7-2
圖7-1 夾持裝備
圖7-2 直把式童車夾持裝置設(shè)計(jì)圖
該夾持裝置通過緊固螺釘（圖7-1中的1）來對升降桿與夾持裝置進(jìn)行固定的，通過三個(gè)階梯孔上的螺釘（圖7-1中的2，3，4）來對把手進(jìn)行夾緊。這三個(gè)階梯孔是為了滿足不同直徑的把手而設(shè)計(jì)的，基本上能滿足市面上所有童車把手的直徑。而且為了保證能夠在夾緊的過程中能夠很好的夾緊不至于在測試童車的過程中出現(xiàn)脫離狀況，在每個(gè)階梯孔都設(shè)置了兩個(gè)緊固螺釘孔（如圖7-2），這樣就能夠很好的對把直把手進(jìn)行夾緊。
另一種童車就是橫把式的童車，針對這種把手設(shè)計(jì)了如圖8的機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾持。其主要組成分為四部分，如圖8-1，圖8-2，圖8-3
圖8-2和圖8-3是該夾持裝置上下夾持部分通過圖8-1中的銷2來連接，夾持裝置與升降桿的夾緊和松開通過螺釘1來實(shí)現(xiàn)，圖8-1中的3是用來夾緊橫向把手用的。將橫向把手放入圖8-1中后通過擰緊3來緊固夾持裝置和童車。
圖8-1
圖8-2
圖8-3
3．2張緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于該試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分采用傳輸帶實(shí)現(xiàn)，因此傳輸帶的松緊度也影響到試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能。所以設(shè)計(jì)了一個(gè)能過螺紋桿和螺帽來實(shí)現(xiàn)傳輸帶的張緊其結(jié)構(gòu)如圖9-1
通過滑塊(圖9-1中的2,3,6)沿導(dǎo)軌1前后運(yùn)動(dòng)來調(diào)整傳輸帶的松緊度。通過圖9-1中的螺母來實(shí)現(xiàn)對滑塊以及滾軸的定位和固定。其中2和3采取分離式是為了讓軸承能夠更好的配合，不至于軸承安裝后產(chǎn)生松動(dòng)。6與2，3通過凹槽和螺釘?shù)呐浜鲜谷叱蔀橐粋€(gè)整體，在6運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)整體運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)在對傳輸帶的張緊。
圖9-1
圖9-2 滾軸臺(tái)
3.3 滾動(dòng)軸承的選擇
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。如果按軸承用于承受的外載荷不同來分類時(shí)，滾動(dòng)軸承可以概括分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類，圖10為軸承簡圖
圖10
向心力軸承：適用于極限轉(zhuǎn)速比高，軸向承載能力少量的機(jī)構(gòu)。其性能和特點(diǎn)是主要承受徑向載荷，也可以同時(shí)承受小的軸向截荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量小于等于8到16分，大量生產(chǎn)，價(jià)格最低。
推力球軸承：適用于極限速比低，軸向承載只能承受單向的軸向載荷。其性能和特點(diǎn)是為了防止鋼球與滾道之間的滑動(dòng)，工作時(shí)必須加有一定的軸向載荷。高速時(shí)離心力大，鋼球與保持架磨損，發(fā)熱嚴(yán)重，壽命降低，故極限轉(zhuǎn)速很低。軸線必與軸線重合，以保證鋼球載荷的均勻分配。
向心推力軸承：主要適用于軸向力和徑向力都比較大的機(jī)構(gòu)。
綜上所述，本機(jī)構(gòu)采用向心力軸承比較好。因?yàn)楸緳C(jī)構(gòu)主要要承受的是徑向力為主，而且向心力軸承可以大量生產(chǎn)價(jià)格最低，比較適合。查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得選用61808型深溝球軸承，主要性能參數(shù)d=40mm,D=52mm,B=7mm,脂潤滑極限轉(zhuǎn)速9500r/min,油潤滑極限轉(zhuǎn)速13000r/min。基本能滿足本機(jī)構(gòu)的要求。
對底座起支撐作用的滾動(dòng)軸承選用61806型深溝球軸承，主要參數(shù)d=30mm,D=42mm,B=7mm, 脂潤滑極限轉(zhuǎn)速12000r/min, 油潤滑極限轉(zhuǎn)速16000r/min。
3.4 電機(jī)的選擇
本機(jī)構(gòu)采用三相防護(hù)式鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是為一般防滴式。防止直徑大于12mm的小固體異物進(jìn)入并防止沿垂地線成60度角或小于60度角的淋水對電機(jī)的影響。
用途及使用范圍：適用于驅(qū)動(dòng)無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床，鼓風(fēng)機(jī)，水泵，運(yùn)輸機(jī)等。主要性能及特點(diǎn)效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，Y系列絕緣為B級。
使用條件及工作方式：海拔不超過1000m；環(huán)境溫度不超過+40℃；額定電壓為380V，額定頻率為40Hz；3KW以下為Y接法，4KW及以上為Δ接法；工作方式為連續(xù)使用。
選用Y160M-6型三相防護(hù)式鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)有功率7.5KW,轉(zhuǎn)速971r/min，在380V時(shí)電流為16.7A。
第四章 強(qiáng)度校核計(jì)算
4．1夾持桿受力圖用分析
夾持機(jī)構(gòu)的桿在試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力如圖11
圖11
桿主要受到童車的重量和兒童的重量相對于傳送帶所產(chǎn)生的摩擦，由于目前市場上出現(xiàn)有雙座位的童車所以考慮兒童重量時(shí)對兒童體重取標(biāo)準(zhǔn)體重的2倍。童車的重量就取用雙兒童座位的重量為13KG，兒童的重量取30KG。童車滾輪滾軸的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種機(jī)構(gòu)的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從新的角度對設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對自己提出了新的要求。
在設(shè)計(jì)過程中夾持裝置設(shè)計(jì)讓我很頭痛，原因是由于本身設(shè)計(jì)受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的框定，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點(diǎn)，這些矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識(shí)到：要向更完美的進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。
順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論夾持裝備或張緊機(jī)構(gòu)，我都采用了一些新的技術(shù)和方法他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，這些不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比如我的設(shè)計(jì)軸承端蓋方面，應(yīng)該設(shè)計(jì)帶有封閉蓋的端蓋，這無疑是很讓我自身感到遺憾的，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國的四化服務(wù)。
致謝
從三月份接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,衷心的感謝我的指導(dǎo)周建華老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助,尤其在課題設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備階段和本人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,導(dǎo)師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見,在最后的修改階段老師在百忙之中抽出時(shí)間為我們提供了必要的幫助,這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)工作,在短暫的幾個(gè)月的相處時(shí)間里,老師淵博的知識(shí),敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象,這將使得我終身受益,謹(jǐn)此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。
參考文獻(xiàn)
[1] 熊良山.機(jī)械制造基礎(chǔ).武漢: 華中科技大學(xué)出版社，2000
[2] 許福玲.液壓與氣壓傳動(dòng).武漢:機(jī)械工業(yè)出版神,2004
[3] 鐘志華.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2001
[4] 廖念釗.互換性與技術(shù)測量.重慶:中國計(jì)量出版社,1998
[5] 郭青山.人機(jī)工程設(shè)計(jì).天津:天津大學(xué)出版社，1994
[6] 申永勝.機(jī)械原理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005
[7] 齊占慶.機(jī)床電氣控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
[8] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2002
[9] 朱炳麒.理論力學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
[10] 周建方.材料力學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[11] 王詠梅，李大慶，孫江宏，等．Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中文野火版基礎(chǔ)教程．北京：清華大學(xué)出版社，2006．
[12] 劉培晨，萬勇，潘松峰,等.autocad中文版機(jī)械圖繪制實(shí)例教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社
[13] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).天津:北京航天航空大學(xué)出版社，2005
[14] 曾勵(lì).機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社，2003
陸少華 新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期工作材料
學(xué) 生 姓 名： 陸少華 學(xué)號： 090007118
教 科 部： 機(jī) 械 力 學(xué)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)（論文）題目：新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
指 導(dǎo) 老 師： 龔 俊 杰
材 料 目 錄
序號
名 稱
數(shù)量
備注
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表
1
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
1
3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告
1
4
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述）
1
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯（含原文）
1
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
1
2014 年 3月 12日
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目申報(bào)表
設(shè)計(jì)（論文）題 目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
題目類型
1
題目來源
A
面向?qū)I(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
龔俊杰
職稱
副教授
學(xué)位
博士
從事專業(yè)
工程力學(xué)
題目簡介：
本課題首先搭建新型蝴蝶式壓電懸臂梁的振動(dòng)與發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，研究裝置的固有頻率和在外界激振條件下的輸出發(fā)電電壓情況。運(yùn)用ANSYS有限元軟件，建立發(fā)電裝置的機(jī)電耦合有限元模型，對新型蝴蝶式壓電懸臂梁在給定激勵(lì)下的模態(tài)、振型，包括應(yīng)力、應(yīng)變等進(jìn)行有限元計(jì)算。在有限元分析的基礎(chǔ)上，對蝴蝶式懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式、壓電片的分布等進(jìn)行參數(shù)化研究，分析支撐結(jié)構(gòu)的組成形式、壓電陶瓷的數(shù)量、厚度、排列方式等參數(shù)對輸出應(yīng)變大小的影響，最終確定最合理的設(shè)計(jì)方案。
審核意見：
審核人簽名：
年 月 日
題目類型－－1、為結(jié)合科研；2、為結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際；3、為結(jié)合大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃；
4、為結(jié)合學(xué)科競賽；5、模擬仿真；6、其它
題目來源－－A.指導(dǎo)教師出題 ； B.學(xué)生自定、自擬
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
教 科 部： 機(jī) 械 力 學(xué)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名: 陸 少 華 學(xué)號: 090007118
畢業(yè)（論文）題目：新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.7
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)： 學(xué)院機(jī)房、結(jié)構(gòu)測試與分析研究室
指 導(dǎo) 老 師： 龔 俊 杰
專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人：
發(fā)任務(wù)書日期： 2014年 2月22日
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)論文任務(wù)書
論文題目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
年級
大四
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
陸少華
學(xué)號
090007118
主要內(nèi)容：
1.能夠運(yùn)用現(xiàn)代的測試設(shè)備與儀器進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)的測試與處理，能夠熟練運(yùn)用大型有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析并能夠簡單的改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)；
2.搭建新型蝴蝶式壓電懸臂梁的振動(dòng)與發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，研究裝置的固有頻率和在外界激振條件下的輸出發(fā)電電壓情況。運(yùn)用ANSYS有限元軟件，建立發(fā)電裝置的機(jī)電耦合有限元模型，對新型蝴蝶式壓電懸臂梁在給定激勵(lì)下的模態(tài)、振型，包括應(yīng)力、應(yīng)變等進(jìn)行有限元計(jì)算；
3. 在有限元分析的基礎(chǔ)上，對蝴蝶式懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式、壓電片的分布等進(jìn)行參數(shù)化研究，分析支撐結(jié)構(gòu)的組成形式、壓電陶瓷的數(shù)量、厚度、排列方式等參數(shù)對輸出應(yīng)變大小的影響，最終確定最合理的設(shè)計(jì)方案；
4.查閱文獻(xiàn)15篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料；
5.撰寫開題報(bào)告：包括工作任務(wù)分析、調(diào)研報(bào)告或文獻(xiàn)綜述、方案擬定與分析以及實(shí)施計(jì)劃等；
6.撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。
主要任務(wù)及基本要求（包括指定的參考資料）：
主要任務(wù)及基本要求：
1、撰寫開題報(bào)告：包括工作任務(wù)分析、調(diào)研報(bào)告或文獻(xiàn)綜述、方案擬定與分析以及實(shí)施計(jì)劃等；
2、查閱文獻(xiàn)14篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料；
3、熟練運(yùn)有限元分析軟件；
4、能夠運(yùn)用MSC/DYTRAN或ANSYS有限元軟件建立簡單結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變場分布規(guī)律；
5、撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。
主要參考文獻(xiàn)：
[1]溫志渝，溫中泉等，振動(dòng)式壓電發(fā)電機(jī)及其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[Z],國家“863”資助項(xiàng)目.
[2]伍曉明 ,方華軍等，用于振動(dòng)能量收集的 MEMS壓電懸臂梁[J]，功能材料與器件學(xué)報(bào)，2008.04(02)：467-471.
[3]唐可洪,闞君武等，遙控器用壓電發(fā)電裝置的供電特性[J]，光學(xué)精密工程，2008.01（01）：92-96.
[4]闞君武 ,唐可洪等，壓電懸臂梁發(fā)電裝置的建模與仿真分析[J]，光學(xué)精密工程，2008.01（01）：71-75.
[5]方科, 李欣欣等，壓電式能量獲取裝置的研究現(xiàn)狀[J]，傳感器與微系統(tǒng)，2006（10）：7-15.
[6]袁江波，謝濤等，壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J]，振動(dòng)與沖擊，2009.10（10）：36-41.
[7]魏雙會(huì),褚金奎, 杜小振，壓電發(fā)電器建模研究[J]，傳感器與微系統(tǒng)，2008（06）：27-30.
[8]林玲，劉輝，壓電發(fā)電技術(shù)研究應(yīng)用[M]，應(yīng)用科學(xué).
[9]王光慶，壓電疊堆式發(fā)電裝置的建模與仿真分析[J]，中國機(jī)械工程，2009.10上（19）：2298-2304.
[10]楊擁民，張玉光等，基于壓電陶瓷的振動(dòng)能量捕獲技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]，中國機(jī)械工程，2009.1上（1）：113-117.
[11]Salem Saadon , Othman Sidek，A review of vibration-based MEMS piezoelectric energy harvesters[J]，Energy Conversion and Management，2011（52），500-504.
[12]Tao Yang, Yi Lin, Xianji Tan, and Yuehui Feng，Modeling and Analysis of Piezoelectric Bimorph Cantilever Used for Vibration Energy Harvesting[J]，IEEE，2010.6：1783-1788.
[13]D. Bla?evi_, S. Zelenika and G. Gregov，Mechanical analysis of piezoelectric vibration energy harvesting devices[J]，MIPRO,2010.5:122-126.
[14]Z. S. Chen, Y. M. Yang and G. Q. Deng，Analytical and Experimental Study on Vibration Energy Harvesting Behaviors of Piezoelectric Cantilevers with Different Geometries[M], National Natural Science.
[15]Lenk,A. Elektromechanische Systrme. Band 2:Systeme mit verteilten Parametern［M］Berlin：VEB verlag Technik,1977．
發(fā)出任務(wù)書日期： 2014年2月22日 完成期限：2014年6月4日
指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)主任簽名：
年 月 日
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告
學(xué) 生 姓 名： 陸少華 學(xué)號： 090007118
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指 導(dǎo) 老 師： 龔 俊 杰
參觀實(shí)習(xí)報(bào)告
2014年3月26日，在老師的帶領(lǐng)下我們來到了揚(yáng)州保來得科技實(shí)業(yè)有限公司，這也是我們畢業(yè)前的最后一次參觀實(shí)習(xí)。這次實(shí)習(xí)也讓我在進(jìn)入社會(huì)之前積累了不少的經(jīng)驗(yàn)。大學(xué)是一個(gè)教育我、培養(yǎng)我、磨練我的圣地，我為我能在此生活而倍感榮幸。而社會(huì)是一個(gè)很好的鍛煉人的基地，能將學(xué)校學(xué)的知識(shí)聯(lián)系于社會(huì)。實(shí)習(xí)是學(xué)生接觸社會(huì)，了解社會(huì)，服務(wù)社會(huì)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)實(shí)習(xí)自我的最好途徑。親身實(shí)習(xí)，而不是閉門造車。實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)習(xí)再到理論的飛躍。增強(qiáng)了認(rèn)識(shí)問題，分析問題，解決問題的能力。為認(rèn)識(shí)社會(huì)，了解社會(huì)，步入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)。
一 、實(shí)習(xí)目的：
對于一名大學(xué)生來說畢業(yè)實(shí)習(xí)是一個(gè)很關(guān)鍵的學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)。對于我們來說，平常學(xué)到的都是書面上的理論知識(shí)，而畢業(yè)實(shí)習(xí)正好就給了我們一個(gè)在投身社會(huì)工作之前把理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)聯(lián)系起來的機(jī)會(huì)，畢業(yè)實(shí)習(xí)作為學(xué)校老師為我們安排的在校期間最后一次全面性、總結(jié)性的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它既讓我們看到實(shí)際生活中設(shè)計(jì)生產(chǎn)狀況，也是我們在就業(yè)之前的“實(shí)戰(zhàn)預(yù)演”，我們可以從中看到的不僅僅是一個(gè)車間的生產(chǎn)運(yùn)作過程，還有大量實(shí)際設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，以及我們還十分缺乏的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)都包含在每個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，通過實(shí)習(xí)能夠使我們更好的完善自己。畢業(yè)實(shí)習(xí)很短，但無論是對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)還是今后的工作，都帶來了很大的幫助。
二、企業(yè)簡介：
揚(yáng)州保來得科技實(shí)業(yè)有限公司是由保來得（香港）工業(yè)股份有限公司與揚(yáng)州盛得機(jī)械有限公司于1992年合資成立，總投資額為6168萬美元,注冊資本2221.05萬美元。產(chǎn)品70%以上外銷,現(xiàn)年銷售額達(dá)6億RMB。公司專業(yè)生產(chǎn)高精度、高品質(zhì)的粉末冶金專業(yè)制品，產(chǎn)品涵蓋汽車零部件、電動(dòng)工具零件、家電零件、OA零件和電機(jī)含油軸承等，主要應(yīng)用于微電機(jī)、家用電器、電動(dòng)工具、減震器、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件等領(lǐng)域。
三、實(shí)習(xí)內(nèi)容：
來到車間首先看到的是一臺(tái)臺(tái)機(jī)床在工人師傅的操作下生產(chǎn)在一件件產(chǎn)品。對于未入社會(huì)的我們來說很少有機(jī)會(huì)能夠自己親眼看見一件產(chǎn)品的誕生，而這次實(shí)習(xí)最主要的內(nèi)容就是讓我們了解產(chǎn)品從加工到銷售的一系列過程。在參觀實(shí)習(xí)的過程中遇到了很多在書本上學(xué)到的理論知識(shí)的應(yīng)用，而通過這些實(shí)際現(xiàn)場的參觀，讓我對理論知識(shí)的理解得到了進(jìn)一步的升華?？粗と藥煾凳炀毜牟僮骷记啥鳛橐幻麤]有什么操作經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)生來說，這些都是我們要學(xué)習(xí)的。看著一張張簡單而又復(fù)雜的設(shè)計(jì)圖紙，我知道我們要走的路還有很長。
四、實(shí)習(xí)總結(jié)：
短短的實(shí)習(xí)參觀，雖然說沒有深入的了解其中的原理，但是也讓我認(rèn)識(shí)到光有理論知識(shí)沒有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對于機(jī)械行業(yè)來說是不行的。想要在機(jī)械行業(yè)做得好不僅需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也需要不怕苦的精神，吃的苦中苦，方位人上人。也是通過這次實(shí)習(xí)讓我明白眼高手低在機(jī)械行業(yè)是行不通的，除非你永遠(yuǎn)只想在底層工作。作為即將畢業(yè)的大學(xué)生來說，缺少實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)是我們最大的短處，如何避免短處就需要我們自己刻苦的努力來彌補(bǔ)這一短處。?
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名： 陸少華 學(xué) 號：090007118
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目： 新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
指 導(dǎo) 老 師： 龔 俊 杰
2014年 3 月 12 日
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題 目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
題目來源
指導(dǎo)老師出題
題目類型
為結(jié)合科研
指導(dǎo)教師
龔俊杰
學(xué)生姓名
陸少華
學(xué) 號
090007118
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
開題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備與總結(jié)，研究目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段、 內(nèi)容及時(shí)間安排；完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素等。）
本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
（1）培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)查研究以及資料、信息的獲取、分析等綜合能力；
（2）培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，主要包括設(shè)計(jì)、計(jì)算及繪圖能力；
（3）培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)，分析解決實(shí)際問題的能力；
（4）培養(yǎng)學(xué)生的在設(shè)計(jì)過程中使用計(jì)算機(jī)的能力；
（5）培養(yǎng)學(xué)生的撰寫設(shè)計(jì)說明書、論文的能力；
（6）培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起止日期
工 作 內(nèi) 容
2014-02-22~2014-03-31
2014-04-1～2014-05-30
2014-06-01～2014-06-07
畢業(yè)設(shè)計(jì)開始，查閱中外文資料，完成外文翻譯，完成實(shí)習(xí)調(diào)研和實(shí)習(xí)報(bào)告，完成開題報(bào)告；
進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)有限元軟件的使用方法、進(jìn)行理論計(jì)算與有限元模擬、分析模擬結(jié)果，接收畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文；
修改完善畢業(yè)論文、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯、整理畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的所有資料、成果并歸檔。
文 獻(xiàn) 綜 述
1、引 言
能源問題是當(dāng)今最為關(guān)注的問題之一，各國科技工作者一直在努力尋找和開發(fā)新能源來解決缺乏和使用傳統(tǒng)能源時(shí)存在的問題。利用環(huán)境中的能量及人力發(fā)電為便攜式微功率電器及無線傳感器等提供實(shí)時(shí)的電能供給已成為國際上的一個(gè)研究熱點(diǎn) 。獲得電能的有效方法之一是利用壓電 、電磁及靜電原理捕獲環(huán)境中的機(jī)械能。與其它發(fā)電原理相比,壓電發(fā)電的最大優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單,易于制作成各種所需尺寸和形狀,便于與微系統(tǒng)集成或置于微機(jī)電系統(tǒng)的內(nèi)部。然而,目前壓電發(fā)電的輸出功率依然很有限,嚴(yán)重地阻礙了這一技術(shù)的更廣泛應(yīng)用,如何有效地提高壓電發(fā)電裝置的發(fā)電能力是未來幾年需要解決的關(guān)鍵問題。
利用每一種發(fā)電原理構(gòu)造的發(fā)電裝置都有其自身的特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。壓電發(fā)電裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化、集成化等,尤其適用于各類傳感及監(jiān)測系統(tǒng)。本課題提出利用新型蝴蝶式壓電懸臂梁型振子將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。通過參考一定的文獻(xiàn)了解壓電發(fā)電的可行性，這將涉及到材料力學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等各方面學(xué)科的結(jié)合應(yīng)用。
2、壓電發(fā)電的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的發(fā)電裝置有兩種：電磁感應(yīng)發(fā)電與化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，電磁感應(yīng)發(fā)電主要有風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電等?；瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)電有燃料電池發(fā)電、太陽能發(fā)電等。而隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對綠色能源的需求日益增長，而壓電發(fā)電就是這種新型的能源發(fā)電裝置。對于壓電發(fā)電的發(fā)展趨勢將向微能源器件、與其他技術(shù)集成,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自供電、與旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)合這些方面發(fā)展。
而對于壓電裝置的應(yīng)用不僅僅只能用來發(fā)電，可以結(jié)合其他的設(shè)備和科技成果進(jìn)行新的應(yīng)用，如壓電發(fā)電技術(shù)與旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)合、壓電式袖珍風(fēng)車、壓電發(fā)電鞋等等，都是對于壓電裝置的巧妙結(jié)合與應(yīng)用。而對于本次討論的主要為壓電裝置在發(fā)電方面的研究，新型蝴蝶式壓電懸臂梁是這方面典型的例子，對于壓電裝置首要的注意是壓電材料的選擇。
3、壓電材料的選擇
壓電材料對振動(dòng)能量捕獲能力起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前,壓電材料分為以下幾類:非鐵電性壓電晶體、鐵電性壓電晶體、壓電陶瓷、無機(jī)壓電鐵電薄膜、壓電聚合物、壓電復(fù)合材料。其中最常用的壓電材料是鋯鈦酸鉛，又稱PZT，另一種常用壓電材料為聚偏氟乙烯（PVDF）.PZT薄膜和MEMS體硅工藝結(jié)合可以研制出壓電振動(dòng)能量收集器?？捎糜谀芰渴占c轉(zhuǎn)化的環(huán)境能量有太陽能、振動(dòng)機(jī)械能、溫度梯度等等。其中太陽能的利用已經(jīng)商業(yè)化,其他能源的收集技術(shù)仍在研究中。振動(dòng)機(jī)械能是一種存在范圍很廣的能量形式,尤其在許多人們比較難以進(jìn)入的地方都有振動(dòng)源存在,研究振動(dòng)能量收集技術(shù)具有更普遍的意義。
4、國內(nèi)外壓電發(fā)電研究的發(fā)展趨勢
針對壓電式能量獲取裝置的特殊優(yōu)點(diǎn),國外已有很多研究機(jī)構(gòu)和著名大學(xué)在這方面展開了研究,如賓夕法尼亞州立大學(xué)的鐃鈸換能器、華盛頓大學(xué)的P3 微熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、麻省理工學(xué)院的微水動(dòng)力傳感器、法國TIMA實(shí)驗(yàn)室的懸臂量式壓電發(fā)電機(jī)等。維基尼亞科學(xué)家利用壓電材料制作的發(fā)電系統(tǒng)給電池充電，壓電振子在諧振工作條件下給一個(gè)40mAh電池充電時(shí)間不到1小時(shí)，利用隨機(jī)頻率充電需要個(gè)半小時(shí)的結(jié)果。
在國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開始研究壓電發(fā)電的開發(fā)與應(yīng)用，壓電發(fā)電應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，可以在無線傳感器，微型電子器械以及遙控器等方面得到很好的應(yīng)用。重慶大學(xué)的溫志渝，溫中泉等教授學(xué)者已對壓電發(fā)電在無線傳感器中的應(yīng)用進(jìn)行了比較全面的論述。吉林大學(xué)的唐可洪,闞君武等教授學(xué)者也對壓電發(fā)電應(yīng)用與遙控器中提出了相應(yīng)的模型與理論分析。目前，國內(nèi)對于壓電發(fā)電的研究已經(jīng)比較成熟，很多機(jī)構(gòu)與科研人員也在這基礎(chǔ)上對壓電發(fā)電進(jìn)一步的進(jìn)行改進(jìn)。
5、壓電發(fā)電的理論分析與研究
而對于壓電發(fā)電裝置在現(xiàn)實(shí)中能否，最主要的是首先進(jìn)行建模與仿真分析，一般采用ANSYS軟件?；谇叭说难芯?，新型蝴蝶式壓電懸臂梁發(fā)電是對已有壓電發(fā)電裝置的應(yīng)用與改進(jìn)。吉林大學(xué)闞君武等教授學(xué)者建立了單、雙晶壓電梁發(fā)電能力的仿真分析模型,研究了結(jié)構(gòu)尺寸、激勵(lì)方式及材料性能等對其發(fā)電能力的影響規(guī)律。研究表明,在基板材料及激勵(lì)條件相同時(shí),存在不同的最佳厚度比使單、雙晶壓電梁發(fā)電能力最大,雙晶梁的最大發(fā)電量約為單晶梁的2倍。基板材料不同時(shí),最佳厚度比隨著楊氏模量比增加而減小,鋁、鉬基板構(gòu)成的單、雙晶壓電梁的最佳厚度比分別為(0. 7 ,0. 35) 和(0. 45 ,0. 2) 。在相同的厚度比及外界激勵(lì)條件下,楊氏模量比對兩種壓電梁發(fā)電能力的影響不同,楊氏模量比低于3. 3 時(shí),雙晶梁的發(fā)電量均大于單晶梁。
每種現(xiàn)實(shí)的科學(xué)成果都有相應(yīng)理論的支持。當(dāng)壓電晶體在外力作用下發(fā)生形變時(shí),在它的某些表面上出現(xiàn)異號極化電荷,這種沒有電場作用,只是由于應(yīng)變或應(yīng)力,在晶體內(nèi)產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在壓電晶體上加一電場時(shí),晶體不僅要產(chǎn)生極化,還要產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力,這種由電場產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是壓電發(fā)電的基本原理，而對于壓電效應(yīng)的研究國內(nèi)外都已經(jīng)有了比較成熟的研究成果。
很多科研機(jī)構(gòu)與研究人員對于壓電發(fā)電的研究已經(jīng)不僅僅局限與理論的研究，而是已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，理論的研究是對于實(shí)踐應(yīng)用的一部分，壓電效應(yīng)就是一個(gè)很好的例子，人們通過對于壓電效應(yīng)的分析與研究提出了壓電發(fā)電的設(shè)想，并且成功的應(yīng)用于實(shí)踐。
6、結(jié) 論
壓電發(fā)電裝置未來將成為一種主流的發(fā)電形式，而現(xiàn)在由于一些條件的限制，壓電發(fā)電能的應(yīng)用還局限于一定的范圍，然而隨著科技的發(fā)展與各國科技人員的努力，壓電發(fā)電這種新型的環(huán)保的發(fā)電方式必將得到更廣的應(yīng)用。人們對與壓電發(fā)電的研究也在進(jìn)一步的深入，例如哈爾濱大學(xué)的袁江波等教授學(xué)者將對高性能的壓電材料的選擇進(jìn)一步的討論研究。新型蝴蝶式壓電懸臂梁發(fā)電是基于壓電發(fā)電理論的一種深入研究應(yīng)用，也是對于壓電發(fā)電的綜合應(yīng)用。
相對于傳統(tǒng)能源，壓電發(fā)電的發(fā)展將成為一種新型能源的存在，它將解決傳統(tǒng)能源污染嚴(yán)重，填補(bǔ)現(xiàn)階段能源不足的問題。
主要參考文獻(xiàn)
[1]溫志渝，溫中泉等，振動(dòng)式壓電發(fā)電機(jī)及其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[Z],國家“863”資助項(xiàng)目.
[2]伍曉明 ,方華軍等，用于振動(dòng)能量收集的 MEMS壓電懸臂梁[J]，功能材料與器件學(xué)報(bào)，2008.04(02)：467-471.
[3]唐可洪,闞君武等，遙控器用壓電發(fā)電裝置的供電特性[J]，光學(xué)精密工程，2008.01（01）：92-96.
[4]闞君武 ,唐可洪等，壓電懸臂梁發(fā)電裝置的建模與仿真分析[J]，光學(xué)精密工程，2008.01（01）：71-75.
[5]方科, 李欣欣等，壓電式能量獲取裝置的研究現(xiàn)狀[J]，傳感器與微系統(tǒng)，2006（10）：7-15.
[6]袁江波，謝濤等，壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J]，振動(dòng)與沖擊，2009.10（10）：36-41.
[7]魏雙會(huì),褚金奎, 杜小振，壓電發(fā)電器建模研究[J]，傳感器與微系統(tǒng)，2008（06）：27-30.
[8]林玲，劉輝，壓電發(fā)電技術(shù)研究應(yīng)用[M]，應(yīng)用科學(xué).
[9]王光慶，壓電疊堆式發(fā)電裝置的建模與仿真分析[J]，中國機(jī)械工程，2009.10上（19）：2298-2304.
[10]楊擁民，張玉光等，基于壓電陶瓷的振動(dòng)能量捕獲技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]，中國機(jī)械工程，2009.1上（1）：113-117.
[11]Salem Saadon , Othman Sidek，A review of vibration-based MEMS piezoelectric energy harvesters[J]，Energy Conversion and Management，2011（52）:500-504.
[12]Tao Yang, Yi Lin, Xianji Tan, and Yuehui Feng，Modeling and Analysis of Piezoelectric Bimorph Cantilever Used for Vibration Energy Harvesting[J]，IEEE，2010.6：1783-1788.
[13]D. Bla?evi_, S. Zelenika and G. Gregov，Mechanical analysis of piezoelectric vibration energy harvesting devices[J]，MIPRO,2010.5:122-126.
[14]Z. S. Chen, Y. M. Yang and G. Q. Deng，Analytical and Experimental Study on Vibration Energy Harvesting Behaviors of Piezoelectric Cantilevers with Different Geometries[M], National Natural Science.
[15]Lenk,A. Elektromechanische Systrme. Band 2:Systeme mit verteilten Parametern［M］Berlin：VEB verlag Technik,1977．
本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）
一 、本課題要研究或解決的問題：
目前，利用外界振動(dòng)通過壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電流為交流電，其缺點(diǎn)是不連續(xù)、不規(guī)則。在工程應(yīng)用中，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配電路，采用橋式整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，經(jīng)一定時(shí)間的充電，達(dá)到足夠的量時(shí)方可供應(yīng)外部負(fù)載使用。
能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括選擇壓電材料、設(shè)計(jì)和外部振動(dòng)頻率接近的壓電振子及支撐方式、設(shè)計(jì)高效的電能收集和儲(chǔ)存電路系統(tǒng)等。
目前的驗(yàn)證性演示主要是驅(qū)動(dòng)一些照明或顯示器。要有大的發(fā)電量，在技術(shù)上應(yīng)該沒有太大的障礙，主要還是成本和效益問題。如何進(jìn)一步提高發(fā)電效率，大幅度降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性和耐用性，這些都是十分重要的難題。
將壓電發(fā)電技術(shù)真正應(yīng)用于生活，這些都是需要我們進(jìn)一步努力研究的。
二 、采用的研究手段
（1） 通過參考一定的相關(guān)文獻(xiàn)對壓電發(fā)電現(xiàn)狀有一定的了解，從而確定壓電發(fā)電是否可行。
（2） 通過ANSYS、Solidworks軟件進(jìn)行理論分析與建模，記錄理論分析數(shù)據(jù)。
（3） 通過對實(shí)踐活動(dòng)中的具體情況，進(jìn)行歸納與分析。
（4） 對已有產(chǎn)品進(jìn)行分析研究從而來完善自己的課題。
（5） 結(jié)合老師的指導(dǎo)與幫助，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與研究進(jìn)行一定的修正與完善，最后達(dá)到研究的目的
揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯
教 科 部： 機(jī) 械 制 造
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名： 陸 少 華
學(xué) 號： 090007118
外 文 出 處：
附 件：
指導(dǎo)老師評語
簽名：
年 月 日
原文：
Mechanical Testing : tension Test and Other Basic Tests
4.1 INTRODUCTION
4.2 INTRODUCTION TO TENSION TEST
4.3 ENGINEERING STRESS –STRAIN PROPERTILES
4.4 TRENDS IN TENSILE BEHAVIOR
4.5 TRUE STRESS –STRAIN INTERPRETATION OF TENSION TEST
4.6 CMPRESSION TEST
4.7 HARDNESS TESTS
4.8 NOTCH-IMPACT TESTS
4.9 BENDING AND TORSION TESTS
4.10 SUMMARY
OBJECTIVES
? Become familiar with the basic types of mechanical tests, including tests in tension compression, indentation hardness , notch impact, bending ,and torsion .
? Analyze date from tension tests to determine materials properties, including both engineering properties and true stress-strain properties .
? Understand the significance of the properties obtained from basic mechanical tests, and explore some of the major trends in behavior that are seen in these tests.
4.1 INTRODUCTION
Samples of engineering materials are subjected to a wide variety of mechanical tests to measure their strength or other properties of interest .Such samples, called specimens, are often broken or grossly deformed in testing. Some of the common forms of test specimen and loading situation are (a). Compression tests (b) are also common. In engineering, hardness is usually defined in terms of resistance of the material to penetration by a hard ball or point, as in (c). Various forms of bending test are also often used ,as is torsion of cylindrical rods or tubes.
The simplest test specimens are smooth (unnotched) ones, as illustrated in Fig.4.2(a). More complex geometries can be used to produce conditions resembling those in actual engineering Components, Notches that have a definite radius at the end may be machined into test specimens, as in (b). The term notch is used here in a generic manner to indicate any notch , hole , groove , slot ,etc., that has the effect of a stress raiser . Sharp notches that behave similar to cracks are also used, as well as actual cracks that are introduced into the specimen prior to testing ,as in (c) .
Figure 4.1 Geometry and loading situations commonly employed in mechanical testing of materials (a) tension,(b) compression, (c) indentation hardness,(d)cantilever bending,(e) three-point bending,(f) four-point bending, and (g) torsion
Figure 4.2 Three classes of test specimen : (a) smooth or unnotched, (b) notched ,and (c) precracked .
To understand mechanical testing, it is first necessary to briefly consider materials testing equipment and standard test methods. We will then discuss tests involving tension , compression, indentation, notch impact ,bending, and torsion .Various more specialized tests are discussed in later chapters in connection with such topics as brittle fracture ,fatigue, and creep.
4.2 INERODUCTION TO TENSION TEST
A tension test consists of slowly pulling a sample of material with an axial force, as in Fig 4.1(a), until it breaks. This section of the chapter provides an introduction to the methodology for tension tests, as well as some additional comments. Sections that follow discuss tension testing in more detail, after which other types of test are considered.
Figure4.5 ensile specimens of metals(left to right): untested specimen with 9 mm diameter test section, and broken specimens of gray cast iron ,aluminum alloy 70575-T651,and hot-rolled AISI 1020 steel.(Photo by R.A simonds.)
4.2.1 Test Methodology
The test specimen used may have either a circular or a rectangular cross section, and its ends are usually enlarged to provide extra area for gripping and to avoid having the sample break where it is being gripped. Specimens both before and after testing are shown for several metals and polymers in Fig.4.5 and 4.6.
Methods of gripping the ends vary with specimen geometry. A typical arrangement for threaded-end specimens id shown in Fig.4.7.Note that spherical bearings are used at each end to provide a pure tensile force, with no undesirable bending. The usual manner of conducting the test is to deform the specimen at a constant speed. For example, in the universal testing machines of Fig.4.3, the motion between the fixed and moving crossheads can be controlled at a constant speed. Hence, distance h in Fig.4.7 is varied so that
The axial force that must be applied to achieve this displacement rate varies as the test proceeds.
This force P may be divided by the cross-sectional area Ai to obtain the stress in the specimen at
Any time during the test:
Figure4.6 Tensile specimens of polymers (left to right): Untested specimen with a 7.6 mm diameter test section, a partially tested specimen of high-density polyethylene (HDPE), and broken specimens of nylon 101 and Teflon (PTFE). (photo by R.A.Simonds.)
Displacements in the specimen are measured within a straight central portion of constant cross section over a gage length li, as indicated in Fig.4.7.Strain ε be computed from the change in this length ,ΔL;
4.2
Stress and strain, based on the initial (undeformed) dimensions, Ai and Li, as just presented, are called engineering stress and strain.
Figure 4.7 typical grips for a tension test in a universal testing machine.( adapted from [AMST 97] Std.E8;copyright C ASTM; reprinted with permission.)
It is sometimes reasonable to assume that all of the grip parts and the specimen ends are nearly rigid .In this case ,virtually all of the change in crosshead motion is due to deformation within the straight section of the test specimen, so that ΔL is approximately the same as Δh, the change In h ,strain may therefore be estimated as ε=Δh/li, However, actual measurement of ΔL is preferable.
Strain ε as calculate from Eq.4.2 is dimensionless. As a convenience, strains are sometimes given as percentages, where ε%=100ε.Strain may also be expressed in millionths, called microstrain, where εu=100ε. If strains are given as percentages or as percentages or as microstrain , then, prior to using the value for most calculations, it is necessary to convert to the dimensionless from ε.
The principal result obtained from a tension test is a graph of engineering stress versus engineering strain for the entire test, called a stress-strain curve. With the use of digital computers in the laboratory ,the form of date is a list of numerical values of stress and strain, as sampled at short time intervals during the test. Stress-strain curves vary widely for different materials. Brittle behavior in a tension test is failure without extensive deformation. Gray cast iron, glass, and some polymers, such as PMMA (acrylic), are examples of materials with such behavior. A stress-strain curve for gray iron is shown in Fig.4.8.Othermaterials exhibit ductile behavior, failing in tension only after extensive deformation. Stress-strain curves for ductile behavior in engineering metals and some polymers are similar to Figs. 4.9 and 4.10,respectively.
Figure4.8 Stress-strain curve for gray cast iron in tension, showing brittle behavior.
Figure4.9 schematic of the engineering stress-strain curve of a typical ductile metal that exhibits necking behavior. Necking begins at the ultimate stress point.
譯文：
機(jī)械性能試驗(yàn)：拉伸試驗(yàn)和其他基本測試
4.1 引言
4.2 拉伸試驗(yàn)介紹
4.3 工程應(yīng)力應(yīng)變特性
4.4 拉伸行為趨勢
4.5拉伸試驗(yàn)的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變解釋
4.6壓縮試驗(yàn)
4.7硬度試驗(yàn)
4.8抗缺口沖擊試驗(yàn)
4.9點(diǎn)彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)
4.10概要
目 標(biāo)：
l 熟悉機(jī)械試驗(yàn)的基本類型，包括拉壓、壓痕硬度、抗缺口沖擊、彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。
l 分析拉伸試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來確定材料的性能，包括工程特性與真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變特性。
l 從基本力學(xué)試驗(yàn)中了解性能實(shí)驗(yàn)的意義，以及從這些試驗(yàn)中探索一些行為中的主要趨勢。
4.1 引言
材料的樣品往往要進(jìn)行各種各樣的機(jī)械試驗(yàn)，以衡量他們的強(qiáng)度、性能之間的厲害關(guān)系。這樣的樣品，稱為標(biāo)本，這些樣本在試驗(yàn)中經(jīng)常被破壞或者嚴(yán)重變形。一些常見形式的試驗(yàn)樣品和載荷情況如（a）所示。（b）情況在壓縮試驗(yàn)中也很常見。在工程中，硬度通常被定義為材料的抗?jié)B透硬質(zhì)球或點(diǎn)，如（c）所示。扭轉(zhuǎn)圓柱棒或管在各種形式的彎曲試驗(yàn)也經(jīng)常使用。
最簡單的試樣是光滑的（無缺口），如圖4.2（a）所示。更復(fù)雜的幾何形狀可以用來生產(chǎn)類似那些在實(shí)際工程元件軸凹口具有一定半徑的端部的情況，可被加工成如（b）所示的試樣。凹口這個(gè)術(shù)語在這里是對所有切口，孔，槽，縫隙等籠統(tǒng)的表示，這些都是由于應(yīng)力集中所帶來的影響。鋒利的凹口表現(xiàn)為類似于裂紋的被使用，實(shí)際的裂紋被引入到測試前的樣品中，如（c）所示。
圖4.1
圖4.1中的幾何和載荷情況是在材料力學(xué)性能測試中普遍采用，有（a）拉伸，（b）壓縮，（c）壓痕硬度，（d）懸臂彎曲，（e）三點(diǎn)彎曲，(f)四點(diǎn)彎曲以及（g）扭轉(zhuǎn)
圖4.2 試驗(yàn)樣品
圖4.2中的三類試驗(yàn)樣品為（a）光滑或無缺口樣品，（b）有缺口樣品以及（c）預(yù)制裂紋樣品。
要了解機(jī)械測試，首先有必要簡要地研究材料試驗(yàn)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。然后，我們將討論包括拉伸，壓縮，壓痕，缺口沖擊，彎曲和扭轉(zhuǎn)測試。各種更專業(yè)的測試將在后面的章節(jié)中有討論，這樣的課題有脆斷裂，疲勞和蠕變。
4.2 拉伸試驗(yàn)介紹
拉伸試驗(yàn)包括在一個(gè)軸向力方向慢慢提拉材料試樣直到其斷裂，如圖4.1（a）所示。本章節(jié)將介紹進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的方法，以及一些附加注解。跟隨討論更詳細(xì)的拉力試驗(yàn)，之后在考慮其他的測試。
圖4.5拉伸試樣金屬
圖4.5 所示為拉伸試樣的金屬（左到右）：未經(jīng)測試的9毫米直徑的測試段試樣，破壞的灰鑄鐵標(biāo)本，70575-T651鋁合金和AISI1020熱軋鋼（圖片由R.A.Simonds.提供。）
4.2.1測試方法
所使用的試樣可以是圓形或矩形的橫截面，其兩端通常需要加粗來為夾持提供額外的面積，以避免樣本在被夾持處斷裂。圖.4.5和4.6中的多種金屬和聚合物所示為測試之前和之后的兩個(gè)樣品。
試樣的幾何形狀不同抓住兩端的方式也有所不同。螺紋端的典型布置id標(biāo)本試樣如圖4.7所示。需要注意的是球軸承主要用在每個(gè)末端，以提供純粹拉伸力，沒有不需要的彎曲。通常進(jìn)行的測試方式是在一個(gè)恒定的速度下變形試樣。例如圖4.3中的萬能試驗(yàn)機(jī)固定和移動(dòng)十字頭之間的運(yùn)動(dòng)可以以恒定的速度控制。因此，在圖4.7的距離h的變化，滿足
必須施加以達(dá)到這個(gè)位移速率變化的軸向力作為測試所得。這個(gè)力P可以表示為截面積ai被劃分在測試過程中的任何時(shí)間段所獲得的應(yīng)力：
圖4.6 拉伸式樣的聚合物
圖4.6 所示為拉伸式樣的聚合物（左至右）：未經(jīng)測試的7.6毫米直徑的試驗(yàn)段樣品，高密度聚乙烯的局部測試樣品(HDPE)，以及斷裂的101尼龍和聚四氟乙烯樣品。（圖片由R.A.Simonds.提供）
試件原長Li是通過量具沿著等截面的圓柱部分測量得到的,如圖4.2所示。應(yīng)變?chǔ)趴梢酝ㄟ^計(jì)算長度ΔL的變化來表示：
4.2
應(yīng)力和應(yīng)變，根據(jù)初始（未變形）的尺寸，正如剛才提出的Ai和Li，被稱為工程應(yīng)力應(yīng)變。
圖4.7
圖4.7所示為典型的夾在萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸試驗(yàn)。（改編自[AMST97] Std.E8;版權(quán)：?ASTM;許可轉(zhuǎn)載）
有時(shí)合理假設(shè)所有的控制部件和樣品幾乎都是剛性的，在這種情況下,幾乎所有的十字頭運(yùn)動(dòng)是由于試樣的直線部分內(nèi)的變形而變化，使ΔL和Δh大體相同，在計(jì)算h的變化時(shí)，應(yīng)變可估算為ε=Δh/li，但是，在實(shí)際中ΔL是可以直接測得的。應(yīng)變?chǔ)诺挠?jì)算來自Eq.4.2是無量綱。為方便起見，應(yīng)變有時(shí)給定為百分之一，其中ε（％）=100ε。應(yīng)變也可能表現(xiàn)以百萬分之一，被稱為微應(yīng)變，其中εu=100ε。如果應(yīng)變以百分?jǐn)?shù)形式，或以百分比或作為微應(yīng)變給出，那么，對于大多數(shù)的計(jì)算在使用前的值，有必要轉(zhuǎn)換為來自