萬能材料試驗機設計開題報告.doc

本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告學生姓名：張慶彬?qū)W 號：14030925班 級：140309專 業(yè)：機械工程及自動化指導教師：李鳳開 題 報 告一、 課題介紹: 課題名稱：萬能材料試驗機CAD課題背景：試驗機行業(yè)是靜、動態(tài)力學性能試驗儀器、試驗設備、試驗裝置和無損檢測儀器設備的生產(chǎn)制造業(yè)。試驗機行業(yè)已有五十多年的發(fā)展史，其發(fā)源地在我國的東北吉林省長春市。隨著各行各業(yè)對試驗機產(chǎn)品需求的增長，隨著我國生產(chǎn)制造水平的不斷提高和測試技術(shù)的飛速發(fā)展，目前生產(chǎn)試驗機的公司和企業(yè)已遍布全國各地，生產(chǎn)著幾百種規(guī)格、型號和系列的試驗機產(chǎn)品，有的試驗機產(chǎn)品已出口到國外，遠銷到亞洲和歐美市場，具有一定的競爭能力。試驗機行業(yè)主要生產(chǎn)制造以下八類產(chǎn)品：1.金屬材料試驗機；2.非金屬材料試驗機；3.力與變形測試儀器（力傳感器、測力儀、位移傳感器、引伸計、加速度計等）；4.包裝件與工藝性能試驗機（包括包裝件跌落試驗機、包裝件沖擊試驗機、摩擦磨損試驗機、彎折試驗機、校直機等）；5.平衡機（包括現(xiàn)場平衡儀）；6.振動臺（包括沖擊臺與碰撞試驗臺）；7.無損檢測儀器（磁粉探傷機、X射線探傷機、射線探傷機、超聲探傷儀、渦流探傷儀、聲發(fā)射檢測儀等）；8.試驗機功能附件和與試驗機相關(guān)的試驗儀器與設備。試驗機是試驗、檢測材料（金屬材料、非金屬材料）、零部件、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的強度、剛度、硬度、彈性、塑性、韌性、延性和表面與內(nèi)部缺陷的儀器設備、系統(tǒng)或裝置。大多數(shù)試驗機是集機光電液于一體的技術(shù)密集型高科技產(chǎn)品，多數(shù)產(chǎn)品均屬于計量器具。試驗機廣泛應于用工礦企業(yè)、計量、學校的現(xiàn)場和實驗室，其應用領(lǐng)域涉及到機械、冶金、建筑、航空、航天、軍工、交通、運輸、質(zhì)檢、計量、教育、醫(yī)療等各行各業(yè)。試驗機行業(yè)多年來定期和不定期地通過全國試驗機標準化技術(shù)委員會開展標準化活動；通過國家試驗機質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心開展質(zhì)量檢驗活動；通過中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會試驗儀器分會開展行業(yè)活動；通過中國儀器儀表學會試驗機分會開展學術(shù)活動國外，在工業(yè)比較發(fā)達的國家中，對于試驗機的研制和生產(chǎn)，都是比較重視的。這是因為，材料試驗機作為一個基礎工業(yè)部門，對于工業(yè)生產(chǎn)和科研工作有直接的不容忽視的影響。實際上，對于工業(yè)生產(chǎn)和各種工程設計來說，材料試確保各種機器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設計與安全運行的重要測試設備。因為，為了既經(jīng)濟又安全可靠地從事各種工程設計，必須根據(jù)材料的機械性能選取合適的材料。否則，可能造成浪費，或者導致發(fā)生嚴重的事故。而要獲得準確的材料機械性能數(shù)據(jù)，只有使用材料試驗機。在工業(yè)生產(chǎn)特別是軍事工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常需要對各種材料和零部件或整機進行檢定和測試。許多重要性的熱處理零部件，如軋鋼機的鋼輥，機器的主軸和汽車的連桿等，都要百分之百的進行硬度檢定。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，也提出了許多新問題。例如現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，需要一些具有特殊性能的，能在高溫，低溫，高壓，高速成以及各種復雜條件下工作的材料，因此必須研制新型材料與合金。鋼鐵廠生的的鋼杰，也需要隨時檢驗。顯而易見，所有這些研究和檢驗工作，離開材料試驗機是無法進行的。近看年來，隨著航空，冶金，造船，化工和機械工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的迅速發(fā)民法，對金屬材料試驗提出的要求也越來越高，許多產(chǎn)品的重要的零部件甚至整機，常常需要在各種復雜的情況下進行模擬試驗。因此，在材料試驗機中不斷地采用了一些新技術(shù)，例如電液伺服系統(tǒng)，電子計算機等。所有這些新技術(shù)的應用，不僅使材料試驗機的性能在為提高，而且使材料試驗機的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了很大的變化。近來國外生產(chǎn)的一些萬能試驗機，四于應用了一些新技術(shù)，試驗機的性能有所提高，應用范圍也有所擴大。這種試驗機除了能做拉壓，彎，剪切等表態(tài)試驗外，還可以做蠕變和松弛試驗，有的還能做動態(tài)試驗，測定材料的疲勞極限。國外生產(chǎn)的萬能試驗機和拉力試驗機，主要分為機械式，液壓式和電子式三種。近來電液伺服系統(tǒng)萬能試驗機后來居上。此外，有時又按其他特征分為高溫，低溫，大型，微型和自動試驗機等。機械式萬能試驗機的加荷機械和測力機械一般采用機械傳動裝置。這種試驗機具有足夠的精度和穩(wěn)定性。但負荷能力受到一定限制，最大負荷多在10噸以下。因測力機械的慣性較大，加荷速度受到一定限制。所以，國外一些主要生產(chǎn)廠已經(jīng)不再生產(chǎn)，有的僅放在次要的地位。十五期間試驗機行業(yè)的市場需求量將包含下列幾個方面：一、能源領(lǐng)域“十五”期間，我國將繼續(xù)發(fā)展一批大型能源工程項目。如30萬千瓦和60萬千瓦大型火電機組。2010年前，我國將建造百萬千瓦級核電站15座左右；三峽水電站機組單機容量為700兆瓦，共24臺機組。試驗機行業(yè)可為承擔工程建設任務的汽輪機、鍋爐、電機、發(fā)電廠和電纜等大型的企業(yè)提供配套服務。預計可以提供平衡試驗設備、振動試驗設備、沖擊試驗設備及無損檢測設備等幾十個品種，上百臺（套）。還能為能源系統(tǒng)中的大型煉油設備、儲能設備及核電站的安全可靠提供質(zhì)量監(jiān)探和故障診斷設備儀器達5000多臺，滿足率達到80%以上。二、交通領(lǐng)域汽車方面：“十五”至2010年，我國汽車工業(yè)年產(chǎn)量和總保有量將繼續(xù)提升。2000年汽車保有量約為1800萬2100萬輛，當年汽車需求量為250萬300萬輛；2010年保有量約為4400萬5000萬輛，當年汽車需求量為550萬650萬輛?！熬盼濉逼陂g預算投資1400億元，到2010年汽車工業(yè)將成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，所以“九五”期間將會更加加大投資。其中，將有相當比例的資金用于建設高水平的國家、行業(yè)重點試驗室或工程技術(shù)中心。如輪胎實驗室、整車動力學實驗室、材料研究室、實車碰撞實驗室，因此必將購置大量的汽車材料、零部件及整車性能試驗設備。預計“十五”期間，試驗機行業(yè)能滿足汽車工業(yè)發(fā)展所需測試儀器和設備將由目前的60%提高到80%左右。另外，為我國“三大三小”轎車生產(chǎn)基地所需測試設備近400個品種1萬多臺（套）中，可提供整車性能衣零部件在線測試設備約占總需求的50%以上。近些年建立的汽車維修點全國現(xiàn)有14萬個，需要增添和購置大量的如輪胎平衡機、尾氣排放等必要的檢測設備。鐵道運輸方面：預計2000年，我國發(fā)展內(nèi)燃摩托車和電力摩托車1500臺，客車3400輛，貨車3400輛?！笆濉逼陂g，我國將大力發(fā)展地鐵、城市軌道車輛，為解決摩托車發(fā)動機、缸套、連桿、活塞等關(guān)鍵工藝需要一批高精度的工藝試驗設備。其中，可為軌道橋梁強度試驗提供2000噸以上大型結(jié)構(gòu)萬能試驗機。航空航天方面：我國的航空航天已發(fā)展成為具有一定科技水平和相當規(guī)模的產(chǎn)業(yè)部門。隨著航天航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，對航空航天材料、零部件、整機性能及結(jié)構(gòu)強度的要越來越高。如對耐高溫材料陀螺軸、起落架、葉片、葉輪和機翼等結(jié)構(gòu)的安全可靠要求也越來越迫切。因此需要大力發(fā)展和提供成套模擬振動試驗設備、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗設備和平衡自動線。三、冶金系統(tǒng)改擴建鞍鋼、寶鋼、武鋼四大鋼廠及其他大型鋼鐵企業(yè)的改造，這勢必需要大量的成套金屬材料試驗機。四、輕紡建材工業(yè)方面預測“十五”期間我國將大力發(fā)展造紙、皮革加工、橡膠、工業(yè)與民用建筑材料、工業(yè)與民用陶瓷以及化纖、毛棉紡、絲綢合成材料等輕工紡織業(yè)。預計試驗機行業(yè)將為輕紡、建材市場提供橡膠、皮革、紙張、纖維和建材等非金屬精密測試儀器上萬臺（套）。其中，紡織纖維檢測設備達5000臺（套）、建材達1萬臺（套）以上，可滿足輕紡、建材所需測試儀器的90%以上。五、醫(yī)療衛(wèi)生方面預計“十五”期間，試驗機行業(yè)可為我國縣級以上醫(yī)院（約3000個）提供先進醫(yī)用超聲實時顯像診斷儀等精密醫(yī)療檢測設備5000多臺（套）。若按超聲顯像診斷儀平均1萬人一臺計算，總需求將超過10萬臺。六、農(nóng)業(yè)方面1988年國家在6個方面投入2600億元，其中與儀器儀表行業(yè)直接有關(guān)的有500億斤國家糧庫建設用的汽車衡、溫濕度傳感器和控制系統(tǒng)等。工作內(nèi)容和要求：包括資料查詢，查找與試驗機相關(guān)的新技術(shù)，目前國內(nèi)試驗機現(xiàn)狀，國外試驗機發(fā)展情況以及對未來幾年內(nèi)試驗機可能的發(fā)展方向。根據(jù)所掌握的最新資料確定幾個可能的萬能試驗機的方案方向，再進一步考察，從實際出發(fā)，確定方案的可行性。接下來進行總體方案的設計，并時刻考慮新技術(shù)的加入，已經(jīng)成熟的技術(shù)是相對穩(wěn)定的，兩方面結(jié)合起來才能更大的提高試驗機的穩(wěn)定性和技術(shù)含量?？傮w方案確定后進行運動動力學設計，其中有些要計算，有些要用到軟件分析，傳統(tǒng)設計與現(xiàn)代設計方法相結(jié)合，保證更高的效率和成功率。在設計過程中可能出現(xiàn)反復，在不斷改進中提高系統(tǒng)的性能。其中要查看許多標準，按標準設計計算。一些常用結(jié)構(gòu)最好用現(xiàn)在應用比較成熟的，確保系統(tǒng)穩(wěn)定，最后繪圖。課題的重點和難點：保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度加入現(xiàn)代技術(shù)使該試驗機成為既可靠又有技術(shù)含量的現(xiàn)代產(chǎn)品，其中新的思想很重要，但完全脫離現(xiàn)有產(chǎn)品也是不切實際的，要把握一個度的問題。可能用到的主要知識和技能：設計萬能試驗機可能會用到的知識包括一些基礎知識材料力學，理論力學等，電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，同時也有計算機方面的知識，繪圖，工程軟件等。需要自學的知識和技能：與試驗機有關(guān)各各方面的知識，CAD技術(shù)的一些新的應用。二、 工作計劃3月26日-4月6日1翻譯論文（字數(shù)5000字左右）2調(diào)研（網(wǎng)上調(diào)研，工廠調(diào)研，課題研究）3開題報告撰寫4月7日-4月27日（總體設計計算，總裝圖）4月28日-5月18日（零部件設計計算，零件圖）三、 參考文獻1.機械設計/譚慶昌，趙洪志主編.北京：高等教育出版社，2004.72.材料力學/聶毓琴，孟廣偉主編.北京：機械工業(yè)出版社，2004.23.工程分析及電子樣機模擬：CATIA V5在工程實踐中的應該/高秀華等編著.北京：化學工業(yè)出版社，2004.84.機電傳動控制/鄧星鐘 主編 武漢：華中科技大學出版社，2001.3