机械毕业设计576电机可靠性试验台设计

毕业设计说明书题目：电机可靠性试验台设计

专业：机械设计制造及其自动化学号：

姓名：

指导教师：

完成日期： 2014 年5月

目录

摘要 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 第一章绪论 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 2

1.1可靠性研究的意义 ------------------------------------------------------------------------------ 2

1.2国内外电机可靠性研究的现状 -------------------------------------------------------------- 3

1.2.1国内外有关可靠性标准概况--------------------------------------------------------- 4

1.2.2国外可靠性的发展状况--------------------------------------------------------------- 4

1.2.3国内可靠性的发展状况--------------------------------------------------------------- 5

1.3可靠性基本概念 -------------------------------------------------------------------------------- 5 第二章电机可靠性试验台的总体方案设计 -------------------------------------------------------- 8

2.1电机可靠性试验台的设计要求 -------------------------------------------------------------- 8

2.2电机可靠性试验台的总体方案设计 -------------------------------------------------------- 8

2.2.1试验台工作原理------------------------------------------------------------------------ 8

2.2.2电机可靠性试验台的基本功能------------------------------------------------------ 9

2.2.3总体设计方案--------------------------------------------------------------------------10 第三章电机可靠性试验台重要部件的选择 -------------------------------------------------------15

3.1无刷直流电机的选择 -------------------------------------------------------------------------15

3.1.1无刷直流电机的介绍及工作原理--------------------------------------------------15

3.1.2电机的选择 -----------------------------------------------------------------------------15

3.2测功机的选择 ----------------------------------------------------------------------------------17

3.2.1测功机的工作原理--------------------------------------------------------------------17

3.2.3测功机的选择--------------------------------------------------------------------------18

3.2.4电涡流制动器的主要特点-----------------------------------------------------------19

3.2.5电涡流制动器的注意事项及使用环境--------------------------------------------19

3.3扭矩传感器的选择 ----------------------------------------------------------------------------20

3.3.1扭矩传感器的工作介绍--------------------------------------------------------------20

3.3.2扭矩传感器的选择--------------------------------------------------------------------21

3.3.3扭矩传感器的主要特点--------------------------------------------------------------23

3.3.4安装注意事项--------------------------------------------------------------------------23

3.4本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------------23 第四章电机可靠性试验台设计方案及其零件具体设计----------------------------------------24

4.1联轴器设计 -------------------------------------------------------------------------------------24

4.1.1选择联轴器的类型--------------------------------------------------------------------24

4.1.2计算联轴器的计算转矩--------------------------------------------------------------24

4.1.3确定联轴器的型号 ---------------------------------------------------------------------25

4.1.4校核最大转速 ---------------------------------------------------------------------------25

4.1.5协调轴孔直径及规定部件的安装精度 ---------------------------------------------25

4.1.6进行必要的校核 ------------------------------------------------------------------------26

4.1.7联轴器配合与公差--------------------------------------------------------------------28

4.2键的选择和键连接强度计算 ----------------------------------------------------------------28

4.2.1键的选择 ---------------------------------------------------------------------------------28

4.2.2键连接强度计算 ------------------------------------------------------------------------29

4.2.3键的强度校核 ---------------------------------------------------------------------------30

4.2.4平键联结的公差与配合--------------------------------------------------------------30

4.3大平板设计 -------------------------------------------------------------------------------------31

4.3.1平板的分类及应用--------------------------------------------------------------------31

4.3.2大平板的结构设计--------------------------------------------------------------------32

4.3.3大平板的结构尺寸设计--------------------------------------------------------------33

4.3.4注意事项 --------------------------------------------------------------------------------33

4.4扭矩传感器底座设计 -------------------------------------------------------------------------33

4.5电机支撑底座设计 ----------------------------------------------------------------------------35

4.6本章小结 ----------------------------------------------------------------------------------------37 第五章其他零部件的选取 ----------------------------------------------------------------------------38

5.1联轴器连接螺栓的选择 ----------------------------------------------------------------------38

5.1.1连接螺栓的选择-----------------------------------------------------------------------38

5.1.2螺纹基本尺寸的选择-----------------------------------------------------------------39

5.2安装螺栓的选择 -------------------------------------------------------------------------------39

总装配三维图----------------------------------------------------------------------------------------39 总结 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------40 致谢 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------41 参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------42 附录I------------------------------------------------------------------------------ 错误！未定义书签。附录Ⅱ ----------------------------------------------------------------------------- 错误！未定义书签。

电机可靠性试验台设计

摘要：主要是控制磁粉制动器对电机进行空载、加载、堵转试验。通过传感器以及相关的仪器仪表来显示电机的转速、转矩、功率等相关参数曲线，来分析电机的可靠性。

关键词：电机、可靠性、试验台

The Design of the Motor Reliability Test Bed

Abstract：Mainly to control the dynamometer motor no-load,load,locked rotor test.Sensors and related instrumentation to display the curve of the motor speed,torque,power and other relevant parameters to analyze the reliability of the motor.

Keywords: motor,reliability,test-bed

第一章绪论

1.1可靠性研究的意义

可靠性工程（Reliability Engineering）是一门全新的覆盖面十分广泛的综合性工程学科。可靠性工程是因为第二次世界大战的爆发而出现在这个世界。在第二次世界大战中，科学技术得到突飞猛进的发展，军队使用上了雷达、飞航式导弹、弹道式导弹等较为复杂的新式武器装备，而这些新式武器的心脏——电子设备经常发生故障，严重的影响到了部队的作战能力，使军方和舆论界对武器装备可靠性有了更高的重视。但是，由于当时交战各国忙于对付战争，可靠性问题并未得到广泛深入研究，这项研究真正始于第二次世界大战后。

只是从20世纪50年代初开始，在可靠性的测定中采纳了更多的统计方法和概率概念以后，定量的可靠性才被广泛使用，可靠性问题才开始作为一门新兴的学科被系统的加以研究。可靠性从五十年的兴起到现在在生活中的使用相当广泛，在军事上也得到了重视，并成为武器装备的重要质量特征和保证产品效能的有力手段，在现代化的战争中，它关乎着这场战争胜利的几率。所以，现在全球国家的军事武器专家对武器可靠性的研究有了更大的兴趣。提高民间使用产品的质量，增强了现代市场竞争力的需要。随着科技的迅速发展，消费者对自己所需产品的要求也越来越高，不仅希望价格便宜能够便宜，功能多元化，而且还要求产品有安全保障，经久耐用。因此产品生产商家可以借助可靠性预计技术来标明产品可靠性指标，让消费者能够了解到产品的可靠性，将有利于增强产品自身的竞争力，也可以让消费者放心购买。

自从60年代以来，空间科学和航空航天技术的发展大大提高了可靠性工程的研究水平，使其研究范围得到了扩展。对于可靠性的研究领域，已经从电子、宇航、航空、核能等尖端行业部门扩展到汽车与电力系统、动力、机械、民用等一般工业领域，扩展到工业产品的各个领域。目前，提高工业产品的可靠性，已经变成提高产品质量的至关重要的因素。按照这种趋势发展下去，那些可靠性低的产品可能会慢慢退出市场，而对于那些高可靠性的产品以及企业将得到更多的市场，市场竞争力也越来厉害。不仅如此，而且国外还把对产品可靠性的研究工作提高到节约能源和资源的高度来认识。这不仅是因为高可靠性产品的使用期长，而且通过可靠性设计，可以有效地利用材料，减少处理时间，获得体积小、重量轻的工业产品。

加大力度提高产品的综合可靠性，可以给你带来巨大的经济利益以及社会声誉。在日本将可靠性这项技术发展应用到民用行业领域取得了极大的成功，成功的提高了其民用产品的可靠度，让它们进入了高可靠性产品行列，例如照相机、手机、汽车、彩电、电冰箱等，销往全球各地，给日本带来了巨大的经济利益。曾今，美国人预测，日后能在激烈的市场竞争中而存活下来的只有那些能掌握好自己产品可靠性的企业。在日本人

眼里，可靠性就就代表着一个企业的信誉，没有了信誉的企业注定被市场所抛弃，产品在市场竞争的有利条件就是它们自身的可靠性。总而言之，可靠性对产品来说非常的重要，这也引起了越来越多的企业和工程技术员工对产品可靠性的重视，他们把产品的可靠性与产品的性能看得同样重要。甚至有一些严格的企业规定，缺少可靠性指标，没有进行可靠性设计的产品不可以生产。

产品的可靠性不仅得到国家工业部门的重视，而且也愈来愈得到广大消费者的关注。消费者花钱购买产品，注意的不仅仅是产品的功能齐全不，价格便宜不，而且更加关心产品在以后的使用过程中能否经久耐用，不要出现什么故障。经久是意味着产品的质量好，寿命长，耐用则是说产品适应不同环境下的能力，经久耐用就是指产品的使用寿命长。现在广大消费者都希望自己买到的产品能够使用较长的时间，并且功能齐全，不要出现什么故障，还有就是售后服务要周到。

随着时间的流逝，科学技术也在迅速的发展，一方面，设备的结构日益复杂化，使用的元器件也愈来愈多，自动化程度也是愈来愈高；另一方面，对于系统或设备的可靠性及寿命要求日益提高，特别是对军事武器装备和航空航天器具的可靠性提出了更高的要求。因此，为了保证系统和设备的可靠性，我们有必要保证元件和零部件的可靠性。如果在一个系统中有一个零件或零部件出现了问题，那么就有可能造成生命财产的重大损失。

电机是一个将电能转化为机械能的驱动控制元件，已经被广泛应用于各领域，一台设备往往需要几台电机，有些复杂的设备有可能用到几十台甚至上百台驱动电机和控制微电机，尤其是微电机的采用量比较大。一旦电机在工作中出现故障，有可能导致设备、系统的瘫痪，如果出现这种情况，可能给公司带来巨大经济损失。因此，电机可靠性问题的研究已经成为现代技术领域的重大课题而引起国内外的重视。

因此，可靠性是一门十分重要的课题，值得我们去深究，我们要好好利用对可靠性的研究，把得出的结论性的知识应用到实际生产中去，提高产品的质量，提高我国企业的综合竞争能力。

1.2国内外电机可靠性研究的现状

电机作为现代工业不可缺少的一部分，它是典型的机电一体化产物，它不仅包含了电机所应该具有的所有零部件，如定子、转子、定子绕组、转子绕组、换向器、轴承等，而且还包括了一系列的控制线路，用来控制电机的运转。因为它是用来研究的，具有代表性，因此，对于它的可靠性研究我们要与其它电机区别开来，但又要保持着必要的联系。结合航空航天所用到电机的特征，查找资料了解和吸收了不少国内外在电和电子产品的可靠性方面所取得的研究成果，对于加速航空航天电机可靠性研究工作的进程

很有帮助。

1.2.1国内外有关可靠性标准概况

随着经济的发展，产品的多元化，促使标准化作为一种现代化管理的手段，已成为衡量一个国家科学管理、技术发展水平的尺度，可是说它已经无处不在，已被广泛地应用于各个行业领域，如经济、管理、营销、科学和工程技术等。对于可靠性工程技术和管理水平的发展也应该好好的得到规划，没有约束就容易乱套，自然就离不开“标准化”这一重要管理手段。现在，在发达国家中，尤其是美国，随着可靠性工程和管理的发展，通过多年的经验积累，编辑出了一个有关可靠性标准的整体方案，也在不断的完善中，这套可靠性标准的建立对提高产品的性能，减少产品寿命周期所花的费用起了至关重要的作用。随着现代科学技术的不断发展，对可靠性的要求也变得越来越高，也正是因为人民对可靠性的要求越来越多，也促进了可靠性工程的进一步发展，已经制定的标准也在就不断的修改、补充和完善，以适应这种发展。

现在，全球比较有名，影响较大，使用范围广泛的可靠性标准主要是美军MIL标准系列和国际电工委员会发布的IEC标准系列。MIL标准与IEC标准的关系十分密切，许多IEC标准是在MIL标准的基础上制定的。

1.2.2国外可靠性的发展状况

（1）在欧洲，主要以德国为代表的一些欧洲国家对可靠性的研究及应用尤为突出。德国摸索研究出了一套非常完善和详细的标准，并定为德国的国家标准，称为“国家工业标准(DIN)”。作为国家工业标准，它包括了产品的结构设计，已经很成熟了，并且非常完善的包括了工程的各个领域。之前为了规范采用的是综合安全系数法(荷载<强度/FS)，类似于容许应力法，而现在的德国荷载规范DIN 1055(草案)和混凝土设计规范DIN 1045(草案)采用了以可靠度为基础的分项系数方法。

（2）在美国，他们对可靠性的应用已经相当成熟，尤其在以下的几个方面运用的可靠性工程相对合理，因为它有了科学的规范，对于可靠性工程理论的研究及工业应用方面美国在世界都是遥遥领先的，堪称是代表。

美国可以说是结构可靠性理论与应用的典范，在全球可以说是较早开展结构可靠度研究的国家之一，从中也积累了较多的经验，标志美国对可可靠性研究开始的是1947年美国Freudenthal A. M.教授的论文“结构安全性”是结构可靠性理论系统研究的开始，它的发表对可靠性研究也是有着重要的意义。目前，在美国混凝土规范ACI 318一02中，将抗力折减系数必由0.8提升到0.9，这将导致梁板等受弯构件的纵向受拉钢筋减少约10%。在解释这一变化时，该规范指出是基于过去和现在的可靠度分析、对材料性能的统计的研究。

1.2.3国内可靠性的发展状况

对我国来说起步相对较晚，最早出现在电子行业，由电子工业部门开始可靠性工作的，从1984年开始，国家也意识到了可靠性研究的重要性，为了很好的发展，国家投入了大量的人力物力，出现了由国防科工委的统一领导指挥，切实结合本国国情提出了“引进来走出去”战略，并积极引进国外的先进科学技术，组织并制定出了一系列有关可靠性最基本的规定和标准。1985年10月由国防科工委颁发的《航空技术装备寿命与可靠性工作暂行规定》，是我国航空航天技术的可靠性工程全面进入工程实践和系统发展阶段的一个重要标志。1987年5月，中央军委、国务院颁发的《军工产品质量管理条例》中明文规定了产品研制的过程中一定要用到可靠性技术；1987年12月和1988年3月先后颁发的国家军用标准GJB368—87《装备维修性通用规范》和GJB450—88《装备研制与生产的可靠性通用大纲》，它为我国军工产品的生产奠定了基础，算得上是我国目前军工产品可靠性技术很有代表性的基础标准。在军工行业标准确定的同时，其他有关工业部门、军兵种也是越来越重视可靠性管理在这些方面的应用，加强可靠性之间的交流，可以更好的把信息数据综合到一起，开展各种学术交流，相互学习。全国军用电子设备可靠性数据交换网已经成立；全国性和专业系统性的各级可靠性学会相继成立，进一步促进了我国可靠性理论与工程研究的深入展开。

1.3可靠性基本概念

可靠性指的是产品在指定的时间内、指定的环境下，完成指定功能的能力。由于产品的故障可能会对消费者造成影响，带来巨大的经济损失。因此，消费者对产品的质量性能的好坏，维修复杂程度，寿命周期的长短都比较关注。所以提出产品可靠性是有必要的。

指定条件：指的是产品的环境条件、使用条件以及维护条件。指定时间：指的是产品需要达到的指定任务时间。如车辆的行驶里程，还有应力的循环次数等。

指定功能：产品必须具备的功能和技术规格。

可靠性定义我们把它分为两种，一种是任务可靠性，另一种是基本可靠性。两者都特别强调在无故障的情况下完成指定的任务。任务可靠性强调的是在任务剖面的范围内去完成所规定的功能。基本可靠性主要强调的是在寿命剖面的定义范围内完成任务的持续时间是在规定的范围内。寿命剖面包含了任务剖面，它是由很多个任务剖面构成的。为了衡量任务的可靠性，我们对它的影响因素总了一些总结，规定只考虑危及任务成功的致命故障，与任务没有关系的其他障碍可以忽略不计，不予考虑。而基本可靠性涉及的因素就比较多，整个寿命周期内的所有故障都不能放过。

任务剖面：指产品在规定的时间内完成指定的任务，对当中所经历的时间和环境做详细的描述。产品在工作中表现出来的状态；产品的工作时间和顺序；出现故障时的

维修方案；产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间和顺序；顺利完成任务或致命故障的定义。

寿命周期与寿命剖面：产品从采集原料、经过加工、出厂销售到报废退出使用这一时间过程内所发生的所有事件和环境的时序描述。它是由任务剖面构成，包含一个或多个任务剖面。人们通常喜欢把产品的寿命剖面分成两个阶段，第一阶段为后勤，第二阶段是使用。

可靠性的定义固有可靠性：在产品的生产过程中所确定的可靠性称为产品的固有可靠性。生产厂家通过模拟实际工作标准环境下的手段，对产品进行严格的检测，通过测试合格的可靠性，我们要给予标明。

使用可靠性：固然与产品的使用条件有着密切的关系，与产品的使用环境、操作的水平、操作者的个人素质、产品保养与技术维修等因素的影响。

维修性：产品发生故障是不可避免的，但故障后的维修我们是可以控制的，产品在发生故障或失效后，对于维修的时间，是否可以马上修复的难以程度。

广义可靠性：产品在整个寿命周期内完成指定功能的能力。包括狭义可靠性和维修难易性。

可靠性也可以建立数学模型，这样可以更好的对其进行研究也可以作为最重要的基础理论之一，它主要用来研究和解决各种可靠性问题的数学模型和数学方法，属于数学的应用范畴。在可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面应用较多。

可靠性物理即失效分析，是研究失效现象及其机制和检测方法的学科，使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。从微观角度研究零部件（元器件）的失效发展过程和失效机理，从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。

可靠性工程是对产品（零部件、元器件、设备或系统）的失效及其发生概率进行统计、分析的一门边缘性学科，主要内容是运用系统工程的观点和方法论从设计、生产和使用等角度来研究产品的可靠性，包括对产品进行可靠性设计、可靠性预计、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析。

实施可靠性工程应重视可靠性数据的收集与分析3. 可靠性设计

应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据，在给定的可靠性指标下，对零件、部件、设备或系统进行的设计，称为可靠性设计。

通过预计、分配、分析、改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定量要求设计到产品的技术文件和图样中去，从而形成产品的固有可靠性。系统可靠性设计零件可靠性设计系统可靠性设计的目的，就是要使系统在满足规定可靠性指标，完成预定功能的前提下，使系统的技术性能、重最、成本、时间等各方面取得协调，求得最佳设计；或是在性能、重量、成本、时间和其它要求的约束下，设计能得到实际高可靠度的系统。

系统可靠性设计常用的方法系统可靠性框图;故障模式影响与危害度分析FMECA;故障树分析FTA;马尔科夫过程研究可靠性的重要意义保证和提高产品的可靠性水平;提高经济效益;提高市场竞争能力。

第二章电机可靠性试验台的总体方案设计

2.1电机可靠性试验台的设计要求

研究内容：设计一个能进行无刷直流电机可靠性试验台，要求通过增加电机载荷的方式对无刷直流电机进行加速寿命试验。具体内容如下：

1．无刷直流电机可靠性试验台的总体方案设计

2．动力元件的选择

3．传动机构的设计

4．其他零部件的设计

基本要求：

1．技术指标要求符合设计要求。

2．绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于2.5张A0图纸。

3．翻译一篇不少于3000字的外文文献。

4．撰写毕业设计说明书，要求不少于1万字。

测试对象：无刷直流电机

技术指标：转速：3000rpm

功率：600W

测试内容：

①输入电功率

②输出转速、扭矩、功率、频率

主要实验内容：空载特性试验、加载试验、堵转试验

测试数据精度要求：转速≤0.5%, 转矩≤0.5%

结构紧凑，外形美观，功能可扩展

试验设备组成：电涡流制动器、无刷直流电机、扭矩传感器、辅助支撑、大平板、电机工装夹具、联轴器。

2.2电机可靠性试验台的总体方案设计

2.2.1试验台工作原理

电机可靠性试验台是对电机进行综合测试的一个系统。他是由电机、扭矩传感器、电涡流制动器、联轴器、大平板、支撑元件等组成的一个测验系统，通过电涡流制动器给被测电机加载，在加载的情况下由扭矩传感器测量出被测电机的转速转矩、功率等数据，将这些测得的数据传递给电脑，电脑综合处理得出电机的工作寿命情况。

首先，给被测电机通电，有电脑操控，可以控制电机的输入功率。然后，通过联轴

器与扭矩传感器连接，把电机的输出扭矩传递给扭矩传感器，扭矩传感器将扭矩扭力的物理变化转换成精确的电信号，将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环型变压器承担的。因此实现了无接触的能源及信号传递功能。最后，扭矩传感器的输出轴与电涡流制动器通过联轴器连接，把扭矩传给了电涡流制动器，涡流制动器，它是利用涡流损耗的原理来吸收功率的。从而，使轴上的扭矩变小，起到加载的作用。

2.2.2电机可靠性试验台的基本功能

设计原则：以可靠性、安全性、经济性、实用性、可操作性、可维护性为设计原则，同时兼顾到先进性。

测量方式：采用微机测量

测量柜配置电流、电压传感器，中间环节采用信号调理接口模块，由计算机完成信号采集和测量任务。

控制方式：采用汽车级MCU直接控制

采用德国西门子公司汽车级的微型控制器进行联锁控制，联锁程序可根据用户的要求定制、修改，控制系统性能稳定、系统可扩展性好。

操作方式：手动操作和自动操作方式并存

为避免微机故障时影响试验工作，采用手动控制（面板按钮操作）和自动控制（计算机键盘/鼠标操作）并存的方式，不便采用自动控制或微机出现故障，可以采用手动操作进行试验。

试验数据处理：试验结果保存工控机或服务器内

微机试验台配置国内外知名品牌原装工业计算机，自动试验的结果数据直接保存在试验工控机硬盘中，手动测量的数据可由人工输入到试验软件界面，再保存在存储器内，提供本机数据库功能，可以进行试验数据的本机查询访问，设计有试验报告自动生成功能并提供输出打印功能（配置惠普多功能激光打印机）。

电机可靠性试验台是为了测验电机综合性能而设计出来的一款试验台，它是由电涡流制动器、无刷直流电机、扭矩传感器、辅助支撑、大平板、电机工装夹具、联轴器组成。

它通过扭矩传感器、电涡流制动器对电机进行加载而测得电机的转速、转矩及功率综合出电机的性能，即对无刷直流电机进行加速寿命试验。

2.2.3总体设计方案

电机可靠性试验台由电机、扭矩传感器、测功机、联轴器、大平板、支撑元件构成，试验系统的总体设计如图2-1

图2-1电机试验台

根据任务书的要求，以及电机试验系统的基本功能，用无刷直流电机、电涡流制动器、扭矩传感器设计一个电机可靠性试验台。为了达到同样的效果，设计方案可以有多种，每种方案的设计都有着它的特点及突出点，这样才有可能被选中，投入生产，同一种方案在不同的环境下，它们优点可能发挥不出它应有的效果。所以，应该根据环境去选择适应它的方案，这样才可以很好的利用环境，发挥出它的优势。对于本次课题设计电机试验台拟定了三种方案。

方案一：

方案一电机试验系统由电机、扭矩传感器、磁粉制动器、丝杆升降平台、联轴器、底座、大平板等支撑元件组成。一开始我觉得一套电机试验系统不应该仅仅只测验某一型电机，是否可以测试一个系列，提出了这种可能情况，我们就该解决问题。电机的功率越大，它的外形尺寸也会发生变化，变大。我们可以利用升降平台可以实现电机的升降。可以实现升降作用的机构有很多，如：丝杆升降平台、蜗轮蜗杆升降台、剪叉式升降平台、手推式升降平台、手摇式升降平台等，考虑经济实惠，综合多方面的因素我们选择丝杆升降平台来实现这一功能，即被测电机的底座采用丝杆升降平台作为可升降底座。磁粉制动器直接安装在大平板上，因为扭矩传感器尺寸相对较小，需要设计一个底座。总体的方案设计如下图2-2

被测电机扭矩传感器磁粉制动器

图2-2总体设计方案

这种方案也有它的弊端，由于这种方案加入了丝杆升降平台。那么，对空间的要求也就要高，因为丝杆升降平台的高度比一般的底座高高，考虑到空间不足，我们就把大平板设计成了一个二阶大平板，这样空间就会得到改善。二阶大平板相对于一阶来说加工工序增多，也加大了加工的复杂程度。磁粉制动器的许用转速相对较小，比较适合测验功率较大，转速较小的电机。

方案二：

方案二电机试验系统由电机、扭矩传感器、电涡流制动器、联轴器、底座、大平板等支撑元件组成。相对方案一来说，方案二用固定底座代替了可升降的丝杆升降平台，对于电机的升降调节，我们采用了最原始的方法，垫木块，同样可以达到电机高度调节的作用，可以给固定底座配一套大小不一的木垫板，以此来调节电机的上下高度。与丝杆升降平台不一样，底座是用螺栓固定在大平板上，故电机试验系统稳定性也有了较好的提高。这样一来就没有了空间不够的烦恼，大平板也就没有必要设计成一个二阶平板，直接设计成一个一阶大平板，简便美观，加工工序也减少了，加工方便，节约成本。制动器由原来的磁粉制动器变为电涡流制动器，电涡流制动器的许用转速较广，适用范围也较广泛。同样，电涡流制动器直接安装在大平板上，而扭矩传感器需要借助底座安装。可用于变频调速等各类电动机。总体设计方案如下图2-3

电涡流制动器

图2-3总体设计方案

这种设计方案采用了木垫块，可是木垫块也有不足之处，因为它的厚度都是确定的们不能改变，不能随意的调节，还有就是螺栓安装的时候，预紧力大小不一样，也可能导致电机的轴线发生偏移。还有就是要配给一套木垫块，如果出现丢失会比较麻烦，以此可能会影响任务的完成时间，而造成巨大的经济损失。因此，我们在选择此种方案的时候应该好好考虑电机试验系统对稳定性、对中性的要求。因为固定底座是在水平方向的，故仅适用于有底脚的电机，具有一定的局限性。

方案三：

方案三电机试验系统由电机、扭矩传感器、电涡流制动器、联轴器、底座、大平板等支撑元件组成。方案三相对于方案一的变化挺大的，丝杆升降平台被去掉了，还有就是底座由水平的换成了垂直的挡板，磁粉制动器也是由电涡流制动器所替代。相对于方案二就只是电机底座有所变化。对于电机高度的调节，方案三有所突破，它采用的是在挡板上加工出四条相互垂直的螺栓孔槽，这样就避免因为电机的外形尺寸增大而无法安装，也除去了垫木块所产生的误差。方案三的最大改变就在被测电机的安装方式发生了变化，这是对凸缘端盖电机试验的一种弥补，前两种方案对带有凸缘端盖的电机就无法进行测试，更别说其他的，这时，给它换一个安装底座就可以了，方案三的最大特色

就在这里。总体设计方案如下图2-4

图2-4总体设计方案

同样，方案三也有它的不足之处。因为电机的安装螺栓孔变成了槽型的，这就给安装加大了难度系数，如果没有安装好，可能也会出现电机的轴线偏移。在一个就是被测电机是悬挂在支撑板上，电机在工作的时候，加上自身的质量，不断的震动下，安装螺栓容易发生松动，给我们的生命财产带来威胁。所以，最好是对其安装螺栓进行防松处理，可以采用弹簧垫圈。不过这种设计也仅适用于带有凸缘端盖的电机，也具有一定的局限性。

以上是我设计出的三种方案，它们各有千秋，至于选择哪种方案就要看你的要求以及使用的环境。方案一，采用丝杆升降平台来实现电机的上下高度的调节，而因为空间的问题，牺牲了大平板，将大平板变成了二阶大平板，给加工带来一些难度，因为底座处于水平方向，这种方案仅适用于有底脚的电机；方案二，采用固定底座，稳定性较好，用木垫块来实现被测电机上下高度的调节，这样给调节增加了一定的难度，要根据经验来进行操作，操作不便，而这种方案也仅适用于带有底脚的电机；方案三，跟方案二差不多，它的最大改变在于电机的安装形式发生了改变，固定底座变成了垂直挡板，同时，它的调节方式也发生了变化，相对木垫块来说精度更高了，操作起来容易上手，而这种方案也仅适用于带有凸缘端盖的电机。

通过对以上三种方案的分析得知，选用方案三作为我设计电机可靠性试验台的整体设计更适合。因为我要设计的电机可靠性试验台所要测试的是功率相对较低，体积较

小、质量较轻的电机。质量轻，也就没有必要采用丝杆升降平台这种升降机构。方案三，结构简单，易于安装，故选用方案三作为电机试验台设计的整体设计方案。

第三章电机可靠性试验台重要部件的选择

3.1无刷直流电机的选择

3.1.1无刷直流电机的介绍及工作原理

基本简介：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。

工作原理：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。

3.1.2电机的选择

我选择的是上海瑞克科技发展有限公司的90ZW系列的无刷直流电机，如图3-1 电气参数：（上海瑞克90ZW03）

额定功率 600w

额定转矩 2m

N

?

最大转矩 4m

N

?

额定转速 3000r/min

额定电压 48V

额定电流 15.62A

图3-1无刷直流电机

安装尺寸：

图3-2电机示意图

表3-1电机外形尺寸

代号型号A B C D E F G S

L

03

90ZW 73.55 90 83 12-15 26 20 2 7 110 单位：mm

3.2测功机的选择

3.2.1测功机的工作原理

测功机也称测功器，主要用于测试发动机的功率，也可作为、减速机、变速箱的加载设备，用于测试它们的传递功率。主要分为水力测功机、电涡流测功机、电力测功机，由于电涡流测功机控制性能和响应速度明显优于水力测功机，而价格又远低于电力测功机。

由电涡流测功机结构示意图3-2可知，感应子主要由旋转部分和摆动部分（电枢和励磁线圈）组成。转子轴上的感应子形状犹如齿轮，与转子同轴装有一个直流励磁线圈。当励磁线圈组通以直流电流时，其周围便有磁场存在，那么围绕励磁组就产生一闭合磁通。很明显，位于绕组左侧的感应子具有一个极性，右侧具有相反的极性。旋转时，由于磁密值的周期性变化而产生涡流，此涡流产生的磁场同产生它的磁场相互作用，从而产生与被试机反向的制动力矩，使电枢摆动，通过电枢上的力臂，将制动力传给测量装置。

1.定子

2.转子（鼓风轮）

3.励磁线圈

4.拉压传感器

图3-3测功机示意图

3.2.2选择要素及注意事项

1、在交直流电机和电动工具试验中，常常使用到测功机这种测试设备，测功机主要测试电机的转矩、转速、输出功率。但是不是每一台测功机都能满足所有的电机测试要求的，主要考虑三个方面的因素：

第一，扭矩测试范围，测功机的转矩通常是不能超过的最大转矩值。

第二，转速测试范围，测功机的转速通常是不能超过的承受的最大转速，如果长时间超速使用会大大缩短测功机的使用寿命，特别是机械磨损。