电子万能试验机的设计_万能试验机电路开发-优快云博客

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图1 电子万能试验机加载框架

电子万能试验机传动齿轮

一、关于电子万能试验机传动系统传动比计算

首先，看图片里的传动结构，绿色椭圆部分是第二级级传动，红色椭圆是第一级。

二个滚珠丝杠通过同步齿型带传动联接。下图是试验机的齿型带传动系统结构简图。

两组齿轮产生了两对传动比I1和I2。总传动比是两个个分传动比的乘积：

作用：通过两级减速提高扭矩，降低横梁运动速度，满足试验加载速率要求。

齿轮通过齿距为5毫米的HTD齿型带传动联接。为获得精确的测量，齿型带必须张紧而且无间隙。

第一级传动比（I2）：
主动轮（21 齿）→ 从动轮（100 齿），I2=100/21≈4.76（从动轮齿数 / 主动轮齿数，实现减速增扭）。
第二级传动比（I1）：
主动轮（24 齿）→ 从动轮（42 齿），I1=42/24=1.75（进一步减速，提升扭矩）。
总传动比（Ig）：Ig=I1×I2≈8.33（两级减速的乘积，匹配电机与横梁的运动关系）。
横梁与电机运动关系：
螺距 h=5mm/转（丝杠每转，螺母移动 5mm），
横梁每移动 1mm，电机需转动：Ig/h=8.33/5=1.666转/mm（通过传动比与螺距换算，实现位移控制的精度匹配）。

$v=\frac{n\cdot h }{Ig}$ （n为电机转速，单位：rpm；v为横梁速度，单位：mm/min）

若 $v=1500mm/min$ ，则电机转速 $n=\frac{v\cdot Ig}{h}=\frac{1500\times 8.33}{5}=2500rpm$

电子万能试验机通过闭环控制系统实现高精度加载，核心是将反馈信号与设定值比较，通过控制器调节电机输出，形成动态平衡。三种闭环控制状态的设计要点如下：

原理：通过引伸计或应变片采集试样变形信号，换算为应变值后与设定值比较，控制电机运动以实现恒应变率加载。
公式：

闭环控制逻辑与力闭环类似，以变形量为反馈量。
设计要点：
- 引伸计分辨率需满足最小变形测量要求（如 0.001mm）。
- 变形与横梁位移的解耦：需扣除试验机自身刚度引起的变形。
- 应变率控制需匹配传动系统速度（见传动比计算）。

原理：通过电机内置编码器实时监测电机转速与位置，换算为横梁位移后与设定值比较，实现精准定位或恒位移速率控制。
公式：
设计要点：
- 编码器分辨率（如 2000 线 / 转）需满足位移精度要求（如 0.01mm）。
- 传动链间隙补偿：通过软件或机械结构（如预紧滚珠丝杠）减少回程误差。

控制模式切换逻辑：
- 力闭环→应变闭环：当试样屈服后，自动切换至应变控制（需软件设定阈值）。
- 应变闭环→位置闭环：试验结束后，横梁快速返回初始位置（需高速低扭矩模式）。
参数匹配要点：
机械结构优化：
- 同步齿型带张紧设计：避免打滑导致传动比失真。
- 齿轮副侧隙调整：采用双片齿轮错齿消隙或弹簧加载消隙。
- 滚珠丝杠预紧：消除轴向间隙，提高刚度。