100KG静重式力标准机传动与砝码部分设计

1、100Kg静重式力标准机设计100Kg静重式力标准机传动与砝码部分设计Design Transmission System and Weight of100Kg Dead Weight Norm Force Machine设 计 者： 仝萌指导老师： 于立娟学 院： 机械学院专 业：班 级： 140703 目录摘要2第一章 绪论41.1力标准机及其重要作用41.2力值计量传递设备的技术要求71.3本课题的任务10第二章 1KN静重式力标准机的结构组成1121基本组成112.2结构122.3主机的基本结构组成14第三章 1KN静重式力标准机的传动系统18传动过程18第四章 设计计算204.1 砝

2、码质量及尺寸的确定204.2吊挂及反向器质量的确定244.3吊挂杆的校核计算26第五章 总结27第六章 参考文献28摘要1KN静重式力标准机是属于复杂、高精度的设备。对于一个国家在国民经济建设中占有重要的地位。力标准机是一个国家的力值计量和力值传递领域的最高标准的设备，静重式力标准机是标准测力机的一种，用来检定负荷传感器的各项性能指标。它是每个国家力值传递环节中的必需设备，其准确度的高低、工作性能的好坏，是一个国家力值计量检测发展水平的重要标志。它的各项性能指标决定了整个测力行业的准确度，其性能对于国家的经济、军事、航空航天等领域具有重要意义。本设计主要设计1KN静重式力标准机的传动系统和砝码

3、部分的设计。本文的设计内容主要概括为：力标准机的现状、1KN静重式力标准机设计要求、设计方案的选择、传动系统设计、砝码设计、总结等。关键词：力标准机、静重式力标准机、传动系统、砝码Abstract The 1KN Dead Weight Norm Force Machine is a complex, high precision equipment. It plays important role in one countrys expanding economy and construction. The 1KN Dead Norm Force Machine is used to ins

4、pect force-measure equipment, such as load cell and to compare with other countries. The paper described a new type of Build-up Force Standard Machine using the hydrostatic bearing technique in a large-force standard machine with hydraulic multiplicationg(HM).The non-rotating loading cylinder has a

5、shortened effective length ,witch makes highly precise machine of the loading ram/piston cylinder practicable in manufacture. It has been found that this configuration of the force applied (the working oil pressure control variation ) and that it may therefore contribute to improving the metrologica

6、l characteristics of the force standard machine. The content for this book of directions is the generalize for the process of designing. It gives a brief introduction of process of designing and computing for some key links, for reference only to reader. .Keywords: Standard Machine、 Dead Weight Norm

7、 Force Machine、Transmission system、Weight第一章 绪论1.1力标准机及其重要作用力基准机是一个国家的力值计量和力值传递领域的最高标准的设备。力基准机是标准测力机的一种，用来检定负荷传感器的各项性能指标。同时力基准机是各种标准测力机中力值准确度最高的一种，它的各项性能指标决定了整个测力行业的准确度。它的性能对于国家的经济、军事、航空航天等领域具有重要意义。测力机主要分为静重式测力机、杠杆式测力机、液压式测力机、叠加式测力机等几种类型。高力值准确度的大力值基准机一般都是静重式测力机或液压式测力机。 力值测量不仅和我们的日常经济生活紧密相连，在国防，军事，航天

8、领域也是不可或缺的。在日常生活中，所谓的力值测量也就是重量的测量，可谓是处处可见，人们购买的许多商品，都需要测量商品的重量，以决定货款的多少。在化工厂，工人师父们配置各种药剂和化学用品经常是根据重量来完成成份的配置的，称重是否准确关系到产品质量。因此，力值测量的准确程度在经济建设中起着重要的作用。随着社会的发展人们对测量准确度的要求越来越高，也要求负荷测力传感器的其他使用性能能够满足生产生活的需要。在国防和军事领域力值测量也有重要的作用。在导弹发射时，科研人员很关心燃料燃烧时对导弹产生的推力，从而评判燃料的性能和导弹是否能够满足设定的射程和打击威力。而且导弹这类的产品，造价高从而试验成本很高，

9、所以力值测量工具的高准确度和高性能有助于有效提高该类科研试验的成功率。同样在航空航天领域，火箭发射时也要求准确测量火箭的推力。火箭发射时由于要产生很大的加速度因而其推力势必非常大同时由于式动态过程所以对传感器的测试性能要求很高，火箭推力的测量在航空航天领域是极重要的课题，所以采用高性能的大力值测量仪对于航空航天事业和军工事业有着重要的作用。我们知道准确测量质量和力值对于我们的日常生活和国防建设及其军事科研有着重要的作用。不同的测量领域对测量工具和测量仪器都有不同的量程和测量准确度的要求，为了检测负荷传感器的准确度是否满足测量要求，就要使用测力机对其进行准确度检测。在负荷传感器生产行业中，传感器

10、的性能高低都要由标准测力机来检定。根据负荷传感器的工作原理，人为的对其施加载荷然后根据实际输出与理想的工作输出予以比较，就得出了负荷传感器的各项性能参数的高低。作为检测方的标准机的准确度要远高于被检传感器的准确度才能够检定待检传感器。标准测力机的检测结果的准确程度，必须由另外手段予以确认，基准测力机既能对负荷传感器实现所有的标准测力机实现的参数测量也能通过该种参数的测量评定标准测力机的准确度的高低。所以基准机测力机是各种性能参数最高的标准测力机。随着社会各行各业的发展，对高精度、大力值的计量需求越来越多。因此如何准确、方便、快速的实现大力值测量成为一个重要的课题，是计量部门和科技人员的努力方向

11、之一。要完成对大力值负荷传感器的检测就需要大力值基准机，来评定相应负荷传感器的质量等级。所以大力值基准设备是每个国家力值传递环节中必需的设备，大力值基准机准确度的高低，工作性能的好坏，是一个国家质量检测领域发展水平高低的重要标志。基准是由力基准机实现的，目前各国的基准机都采用这种方式来复现力值。因此力基准机的准确度高低决定了所有测力仪的准确度，它在国家经济发展中有十分重要的地位。目前，有如下几种工作方式的测力机静重式测力机 ，液压式测力机，杠杆式测力机，叠加式测力机等。静重式测力机是利用砝码质量所产生的重力来复现力值加载到被检测力仪上，由于没有过多的外界干扰因素，所以它的准确度最高。普通的测力

12、机的准确度为10-4数量级，而静重式测力机准确度的则可以高出一个数量级，所以大力值力基准机大多是静重式测力机。静重式测力机准确度所以高就是因为其复现力值的来源是砝码重量，采用的是最原始、最直接的方式。正是因为静重式测力机具有如此高的测量精度，所以它才成为测力仪检测领域最高级的标准。但是通过重量产生大力值，就要求砝码的质量很大，才能够产生数吨力乃至数百吨力。在如此大的质量条件下，砝码体积就会很大，其占用的结构空间无疑也会同样的增加。所以在大力值的基准机的机械结构都是非常庞大的。以100吨的测力机为例，假设我们采用最直观的方法，那么要产生从0.5吨到100吨的重量级差，就需要200块0.5吨的砝码

13、来完成这样的砝码组合，对应这么多的砝码必然要有大量配合的控制部件，这么多机械对象和电气对象所组成的机电设备将是非常复杂的控制系统。在如此多控制部件和检测部件的情况下，系统的工作可靠性就会降低。建制这样一台大力值的静重式测力机就需要很大成本投入，而且质量大，体积大所带来的直接问题就是对基准机运行的可靠性和控制系统的性能高低的考验。从根本上来讲最准确的测力机必须通过最原始的力值实现方式作为测力机的工作方式。所以国家基准机必须通过基准机来实现。鉴于静重式基准机的高精度特点，每个国家都有必要使用静重式测力机作为本国的大力值基准，以提升本国力值测量的准确度。中国在60年代的时候由老一辈的科研工作者，研制

14、了一台100吨的静重式测力机作为我们国家的大力值计量基准。由于历史的原因，为防被战争破坏，被搁置起来。该设备建成之初，测力机的准确度达到了0.002（FS）,限于当时科技水平，该设备的自动化工作程度很低，多数工作都要靠手动完成，给检定人员带来了繁重的体力劳动和脑力劳动。我国的专门计量研究部门是设在北京，所以该设备一直无法在现代的条件下为我国的经济建设服务。目前经过多年的老化，该设备的技术特性远远跟不上时代发展的要求，砝码的准确度也已经达不到静重式测力机应该达到的水平，所以该测力机已经不能够作为国家的基准机使用。目前，国内生产的量程在1000以下的静重式力标准机砝码的加卸荷时间以及蠕变试验一般不

15、能满足国际法制计量组织（OIML）第60号国际建议的“称重传感器计量规程”以及国家“称重传感器检定规程”规定的要求，存在着一下问题：1.一般原有力标准机在城中传感器试验中砝码的加卸荷时间和力值的稳定时间大大长于60号建议所规定的时间，其测试数据与国外生产的称重传感器数据不具备“可比性”，因而不利于我国的称重传感器走向国际市场和国际间的交流。2.一般原有静重式力标准机在进行蠕变试验中只能实现逐级加卸荷，不能完成按额定载荷的90100一次加卸荷，不能满足“规程”中蠕变试验的要求。逐级机械和其结果是将蠕变值部分“吃掉”。因此也就不能准确的测出被测传感器真实蠕变值的大小。新型静重式力标准机主要由机架、

16、升降机构、直线轴承导向机构、砝码、蠕变控制机构、加力框架、对中机构以及电器控制系统等构成1987年，为装备原机电部设在上海工业自动化仪表研究所的“质量检测中心”，天水红山实验机厂研制了100KN微机控制静重式力标准机，1990年研制成功。此机由主机、液压源、控制台三大部分组成，主机又由机架、砝码组、加荷框架、砝码加卸机构、试验空间调节机构、蠕变试验装置、高低温试验装置等组成。在结构上具有结构、性能、控制上的先进性。实现了技术先进、功能齐全、自动化程度高、精确度高的预期目标，具有国内先进水平。浙江省称重技术研究所和浙江大学机械电子控制工程研究所共同主持完成的500KN静重式力标准机于2000年1

17、0月23日顺利通过专家的验收，它自动化程度高，操作、维修方便，安全性和可靠性明显提高，特别是采用先进的电液伺服技术解决了砝码交换过程中的“朝拜”现象，在国内首先获得成功，为其他同类设备的技术改造提供了经验。航天总公司第一计量测试研究所历经十余年的艰苦研究，制造出了国防军工系统大力值最高计量标准的1.1MN静重式力标准机。通过了由国防科工委主持的，国家计量科学院、国家技术监督局、中国测试技术研究院等九个单位组成的专家组的评审。该机的技术性能及技术指标达到了国际先进水平，最大力值标准居亚洲第一位，可作为国防系统大力值最高计量标准，也可直接服务于武器设备和国民经济建设，具有广阔的效益前景。1.2力值

18、计量传递设备的技术要求对各种测量检测设备而言，检定结果的准确性是对设备的最基本的要求。作为力值计量传递路径中最高一级的力基准机，其力值准确度是最高的，其他技术要求亦然。对各种测力机主要有以下几个技术参数的要求：1 力值准确度2 力值不重复度3 测力机的附加滞后4 力值的非直线度5 测力机的工作效率6 测力机的工作可靠性7 测力机的工作自动化程度8 测力机的造价高低对静重式测力机这几条技术要求都存在上述几条的技术要求。力值准确度：所谓力标准机的力值准确度是指机器力值的系统误和随机误差的综合。静重式基准机的工作原理是这样的，如图所示，由质量准确的砝码产生的重力作为检测负荷传感器的力源，通过砝码的不

19、同组合产生被检传感器要求的不同级别的力值，以加载到负荷传感器上，通过其实际输出和目标输出的比较得出被检传感器的准确度。砝码F0F静重式力标准机示意图 图由基本的静力分析可以知道负荷传感器上所承受的压力或者拉力就是吊挂机构传递来的砝码的重力。 d,d0分别为砝码材料和砝码所在地点的空气的密度（kg/m3）。所以对于静重式测力机其力值准确度首先取决于砝码的称量精度和砝码的加工质量，还取决于重力加速度的测量精度以及砝码和空气密度的测定精度，同时还与砝码的材质，表面处理程度有关。砝码的加卸方式也直接影响了静重机的力值准确度。在大力值静重式测力机中由于砝码的质量都比较大，其体积也是相当庞大，所以砝码加载

20、系统的运动行程会比较大，承受砝码重力的机构在承受砝码重力的时候系统变形就会很大，如果在加载砝码重力的过程中加载过程不均匀，或者有较大的冲击，就会使得传感器的受力发生很大的波动，一方面会引起系统整机的大幅度振动，另一方面被检传感器的受力条件也发生了改变，严重的情况下使得检测数据无效，甚至损害被检传感器和设备，造成严重的后果。本课题中的静重式力标准机准机，其砝码加载过程比普通的静重机多了一个过程，并不是单纯的将砝码加载到传感器上。在设备工作的过程中还有倒码这个必备的过程，能否在倒码过程使传感器上的受力接近于砝码没有倒换的情况，是该基准机力值准确度能否实现的重要保证。在倒码过程中传感器的受力出现回程

21、幅度大到一定程度时，对传感器的测量的数据将是发生了较大的变化的，所以通过有效运行控制使砝码的重力平稳均匀的作用到被检传感器上是保证静重式测力机力值准确度的基本保证。因此作为机电一体化的设备，静重式测力机的力值准确度取决于砝码的质量准确度和控制系统的控制性能。测力机的力值准确度直接影响传感器的额定输出n，因此也影响传感器的灵敏度S0,当测力机的力值偏大时，被校传感器的输出值随之变大；反之亦然。随之而来，力值的准确度将影响传感器的不稳定度Sb和灵敏度偏差Se.按照一般的误差传递要求，力标准机力值准确度一般应优于被检传感器的不稳定度指标Sb的三倍。具体指标见下表 测力机的力值准确度要求Sb(%F.S

22、)±0.04±0.06±0.1±0.2±0.6±1.0±2.0测力机的理智准确度应优于±0.01±0.02±0.03±0.06±0.2±0.3±0.5力值不重复度：对负荷传感器而言，力值不重复度指的是在相同的加荷条件和相同的环境条件下对传感器施加同一负荷时，其输出的极差。对静重式测力机而言，力值不重复度指的是在相同的加荷要求下，给传感器作用力的极差。影响力值不重复度的主要因素是控制系统的性能。控制系统的加荷的变化程度会影响力值加荷的均匀程度和平稳程度。测力

23、机的力值不重复度Rm直接影响被校传感器的不重复度Re。该项指标必须通过控制算法的有效改进来实现。测力机的附加滞后：同一台传感器在不同的测力机上测试时，得到的滞后值不完全相同，根据检定标准，基准机给测力仪带来的滞后值作为其他标准测力机的依据。测力机的附加滞后的大小是否准确将直接影响对被检传感器的滞后值的测量，通过控制系统的有效工作可以较好的解决附加滞后的问题，而且基准机的附加滞后将被默认为零。力值的非直线度：力标准机的力值非直线度是指“在被比对或检定的测力机的测量范围内，各被测负荷点的力值正确度随负荷的变化程度”该值也主要取决于砝码自身的性能和砝码加载控制过程。从以上几点可以看出，直接影响测力机

24、的众多技术指标的因素都是和测力机的控制系统密切相关。在机械系统固定，砝码准确度一定的情况下，只有通过改善控制系统的控制性能才可以提高整个基准机的技术指标。作为普通生产检测用的测力机的力值准确度都要优于被检传感器的准确度的3倍，作为一个国家的基准机，其力值准确度的要求自然是更高，一般来讲对于静重式测力机，其力值准确度应该达到0.002%F.S。任何设备的工作，人们都希望其工作效率高，操作使用方便。自动化程度高是生产效率高的根本保证。控制系统要在保证设备工作准确度的前提条件下，为基准机提供高效率的工作能力。国内外许多的测力机都是靠手动操作电动机来实现测力机的工作，不但工作效率低，也加重了操作人员的

25、劳动强度，还容易引起误操作，使得测试结果不准确，系统的安全工作也没有保证，控制系统因此应该能够提供方便的测控。随着控制技术和控制手段以及信息技术的进一步发展，智能控制日益成熟，让静重式基准机实现智能工作将是象基准机这样大质量，大功率，复杂设备的发展方向。1.3本课题的任务本次毕业设计在确定100kg静重式测力机的总体方案前提下，主要设计吊挂和砝码支撑机构，要求选择确定运动机构，进行机械结构设计，完成运动和动力计算，绘制传动系统装配图和零件图。要求采用机械传动、砝码加载方式，支撑机构的传动系统应能满足加载过程对承载能力、工作周期等的需要，包括支撑机构的伸缩时间、承载能力等。在本文中将完成以下内容

26、：1、 拟订1KN静重式力标准机的基本结构和各个部分的结构方案，2、 设计1KN静重式力标准机的各个组成部分的动作原理，3、 设计1KN静重式力标准机传动系统4、 完成砝码的设计 工作量：1、设计图纸A0共3张；2、设计计算说明书1份；3、外文翻译5000字。第二章 1KN静重式力标准机的结构组成21基本组成1KN静重式力标准机，除了采用传统的砝码加载荷方式以外，具备倒换砝码的功能。具有砝码数量少、体积小的特点。设备中的每一块砝码均可以单独控制施加与卸下，使用组合方便。由微机、单片机和可变程序控制器等构成的控制系统实现了力标准机工作的全自动化。静重式力标准机基本结构组成部分如下图所示，有主控微

27、机、控制柜、主机等。本文主要设计主机部分，其基本示意图如下：2.2结构力标准机是由复杂而庞大的机械结构和多控制元件，多检测元件，高可靠性的电气部件组成比较复杂的自动控制系统。机械方面静重式测力机作用于被检测传感器上的力是由高精度砝码的重力复现的，砝码的质量准确度可达到0.0001%F.S。该测力机在机械机构上大体可以分为两个部分，上部用于传感器的测量，下部又可分为上下两部分，上部为砝码，下部为预加载机构及电机等动力及传动部分。现由上向下详细分析：动横梁机构：作用：它是放置被检测负荷传感器的机构。通过它的运动可以调整传感器的空间。固定架作用：它是测力机的主体部分，系统中各机械部件的运动的最终承载

28、体都是固定架。该机构用于承载不工作状态的砝码。该机构中对应每一块砝码都有相应的动力部件控制砝码支撑的运动。连接在大地上。 移动托盘作用：它是砝码运动的驱动机构。通过它的上下运动，可以将砝码从固定笼上取下，然后加载到力值传递机构即吊挂上。该机构中对应每一块砝码也都有相应的动力部件控制砝码支撑的运动。吊挂：作用：它是力值传递机构。砝码加载到吊挂上，然后吊挂又作用到被检定的负荷传感器上。电气方面，上述所述机械部分中，移动笼机构，预加载机构，动横梁机构，杠杆平衡机构，吊挂防摆跟随机构，以及固定笼和移动笼上的砝码支撑机构都是需要电机驱动的部件，对应它们都有用于驱动的电动机。其中，移动笼，预加载，动横梁机

29、构对应的电动机是交流伺服电机，每一部电机都有对应的驱动器用于电机调速。吊挂防摆跟随机构的电机是直流永磁电机，对应其有一部直流伺服电机，用于电机调速以满足工作需求。砝码支撑机构都有三相异步电机提供动力，其前级驱动是大功率接触器。因为砝码的质量比较大，设备的体积也很庞大，系统的重量也以数吨计，而且设备的工作精度也不能降低。或要求快速，或要求精准，或要求平稳，总之需要进行多样化的控制。另外系统中的部分控制部件的运行功率也是十分大，其启动，停止都会对设备的正常工作有所冲击，必须采取合适的控制方式控制其运行以减小对设备检定工作的影响。所以要完成对大质量，大功率，高速率的设备的检测和控制就必须有性能优良的

30、控制系统，控制系统的结构设计必须合理。所以除了上述需要电源外，还需要相应的控制电路。 除了动力部件以外，基准机中也需要诸多的检测元件，包括大量的电磁开关，行程开关，接近开关等。基准机工作时需要判断行程的大小因此配有检测各部件行程的位移传感器及相应的信号处理电路。 由于设备的高精度，大惯量特性，使的设备安全工作变得尤为重要，因此系统中还有许多急停装置，以保证设备的可靠安全运行。操作平台是供工作人员从事检定工作的空间，为安全方便起见由手动控制其升降，其运动由交流异步电机控制。综上可知该仪器的组成及各部分的作用和运动方式，综合考虑各种因素，该仪器的机构简图如下所示：2.3主机的基本结构组成 其基本结

31、构可以分为上下两部分，上部（以下称为顶部装置）主要是一个可上下移动承载横梁，反向器以及丝杠机构，是力标准机安装被检测力仪的工作部位；下部由承载架、砝码、吊挂、防摆机构构成体。上下两部分通过吊挂串在一起。1.顶部装置顶部装置由承载横梁、丝杠等组成，主机的被测工件（通常是负荷传感器）放置于承载横梁上。承载横梁两边装有跟随滑块一起上下的托盘，从而可以上下移动，用以调整安装传感器的空间。顶部装置可以根据需要安装多工位转盘、环境试验箱等装置。为了防意外，在下横梁吊挂穿过的孔处，可以加装防止吊挂意外坠落横梁。2.砝码和托盘固定笼是整机的结构骨架，起着承担全部载荷并保证各个部件正确工作位置的作用，全部砝码在

32、设备不工作时均放置在固定笼上。下图中，砝码两侧靠近支撑架有两个托盘，砝码随托盘在导轨上上下运动。对于砝码直径较大的设备（例如10吨力机），可以选择3向或者4向提升机构，用4个托盘将砝码托起。 3.提升机构 本净重式力标准机里每个砝码对应有两个电机提升，电机带动一个偏心轴，偏心轴上装有深沟球轴承，依靠轴承的表面与托盘的下部接触提升砝码。 4、防摆跟随机构防摆跟随机构位于设备的底部，是一个由控制电动机驱动的可以上下运动的装置。其结构组成和工作原理与砝码驱动系统相似。作用是通过一个筒形圆环跟随者吊挂下端的同径小块的运动，从而实现防止吊挂的摆动。 5、动横梁机构运动：上下运动传动方案：该构件的上下运动

33、要求平稳，这里采用蜗丝杠螺母传动。螺母安装在托盘上带动动动横梁托盘传动原理图如下图所示： 第三章 1KN静重式力标准机的传动系统传动过程 加载过程 1将被测传感器放在承压盘上-2横梁上升将吊挂抬起-3电机带动托盘将砝码放在掉挂上-4测试完成倒码注：普通的静重式测力机都是在一定的加载范围内，备齐所有需要的砝码组合，所以其机械结构较庞大，砝码的加载量级还是很有限。砝码是静重式测力机重最重要的部件，其准确度的高低决定测力机的力值准确度的高低，所以砝码的造价比较高，如果能降低系统中砝码的数量不但可以减少砝码的资金投入，也可以使整机的机械结构有效的缩小，因而系统的结构得以简化，成本可以大幅度降低。所谓倒

34、换砝码，即从某级载荷到另一级载荷必须在加砝码的同时要卸下原已加上的砝码，加荷过程必须符合国家标准规定的要求，例如从5T加荷到10T，因为设备只有一块5T砝码，所以必须在加一块10T砝码的同时要卸下5T砝码，而这一过程应当像在已有的5T砝码基础上再加一块5T砝码一样。倒换砝码的关键问题是保证力值稳定和保证测力过程对加荷时间的要求。倒换砝码的方法是建立在利用弹性力代替重力、重力与弹性力平衡原理基础上的。其基本原理分析如下：倒换、加卸砝码的物理学模型设系统为线性的，则加卸砝码的力学模型如下图： 图中k1预加载装置、吊挂、和传感器系统的综合刚度 x1预加载装置、吊挂、和传感器系统受载后的变形量 k 2

35、移动笼驱动砝码系统的刚度 x2移动笼驱动砝码系统的变形量卸砝码W保持力值不变的原理 初始状态： P=W，x1=0，x2=0，P1=0，P2=0 卸载过程中： P=W-k2·x2+ k1·x1 P= P W= k1·x1 - k2·x2 控制目标：P=0， 控制结果： P=W+P W, 砝码W脱离吊挂 加砝码W1保持力值不变的原理初始状态： PW，x10，x20，P10，P20 WP1= k1·x1，P2=W1=k2·x2 加载过程中： P=W1-k2·x2+ k1·x1 P= P W1= k1·x1 -

36、k2·x2 控制目标：P=0， 控制结果：P=W1,砝码W1加到吊挂上. 小结：力值控制基本原理 x=v·t 即力值控制速度和精度取决于控制电动机的控制性能，因为v由电动机产生第四章 设计计算4.1 砝码质量及尺寸的确定 砝码尺寸直接影响该仪器的径向尺寸，吊挂的尺寸对仪器的高度有直接影响，所以首先确定这些组件的尺寸。砝码无疑为该仪器的重要组成部分之一,它的精确度直接关系到测量的准确性,本仪器为1kN静重式力标准机,因为尺寸关系选择吊挂组件的质量为2KG,在测量过程中,砝码的分级按2，5，10，20，50,100序列进行。综上，砝码分级情况如下：10KG，10KG，10KG，

37、10KG，10KG，10KG，10KG，0KG，10KG,5KG,2KG,2KG,1KG共13个。砝码尺寸的确定各砝码质量一定，所以设计砝码形状及尺寸时灵活度很大，但因考虑到加工的方便与否，以及整个仪器的径向尺寸和外形的美感，将砝码形状定为圆盘形，砝码材料取45号钢，这样一来，各个级数的砝码的体积为定值.因此，实际要确定的砝码尺寸为10kg，5kg，2kg， 1KG四种。在砝码大体形状为圆盘的前提下，还要考虑砝码与托盘上尼龙小块及与吊挂的接触部分的形状及定位要求，以防倾翻。因为该仪器的精度要求非常高，所以砝码尺寸的确定是一项复杂烦琐的难题，这里我借用3维软件catia应用材料后设置密度，在保证

38、上边因素的前提下，通过在砝码上开孔来，改变孔径的大小来使砝码质量达标，五个砝码的最终尺寸确定如下各图所示1 10Kg砝码尺寸： 砝码上有4个直径12mm的质量调整孔.在catia中计算的质量显示如图：2 5Kg 砝码尺寸：砝码上有个直径12mm的质量调整孔. 3 2砝码尺寸： 砝码上有4个直径8mm的质量调整孔.4 1砝码尺寸计算： 4.2吊挂及反向器质量的确定 当测力机工作时，动横梁上升时，反向器和吊挂作为砝码的承载体也会压在被测传感器上，所以吊挂以及反向器也应该被当作是一个砝码，其质量也应该相当精确。因为两组件质量一定，所以形状及尺寸时灵活度也很大，他们的材料也与砝码一样取45号钢，其中反

39、向器上下横梁可以通过横梁中间对称的孔大小来调整质量，而吊挂则可以通过调整空心圆径的大小来调整质量，最终使二者质量之和为2kg。这里依然采用catia来完成。反向器组件的设计结果如图吊挂组件的设计结果如图两者相加1.03+0.908=1.938 符合质量的要求。4.3吊挂杆的校核计算1因为吊挂杆上极限情况下会挂上100kg的砝码 ，所以以极限来计算吊挂杆最小截面积。 吊挂杆的受力图如图所示。设直杆的轴向拉力为F，横截面积为A，由公式可得横截面的正应力为 =FN/A 所选用材料的45号钢的屈服强度为355mpa 带入数值计算=1000N/A355mpa计算得A2.82cm2本次设计中吊挂杆的尺寸如

40、图，可以看出吊挂杆有2个地方是横截面接比较小的，分别计算这两处的面积得，A1=*42=50.2cm2 A2=*102-*82=28.3cm2 28.3/2.82=10 安全系数为10 所以说吊挂杆的结构强度是足够的。第五章 总结一个学期的毕业设计马上结束了，在于老师的帮助和指导下，通过设计使我对大学四年的知识有了更加深刻的认识和把握，很好的把它用到了实践中，有了质的飞跃，这里面有我的努力更有老师的悉心指导和教育。我感觉要想成为一名出色的设计人员对知识的广度和深度都要有一定的把握，也要有一丝不苟的精神。下面是对此次设计的总结和体会：总结：1、 针对1KN静重式力标准机系统的结构分析，我们知道了标准机的力值准确度取决于系统砝码的力值准确度和砝码的加载