机械原理与设计.ppt

机械原理与设计 实验一常用机构认识 分析与测绘 一 实验目的 1 了解各种常用机构的组成及运动情况 2 了解各种常用机构的实际应用 3 了解本课程所要学习的内容 4 机构运动简图的测绘方法 5 常用运动副及常用机构运动简图的代表符号和构件的表示方法 6 机构自由度的计算方法及其在实际中的应用 二 实验仪器及工具各类常用机构模型 常用机构展示柜 直尺 三角板 铅笔 橡皮及草稿纸 三 实验原理 1 应用符号由于机构的运动仅仅与机构中的构件数目和构件组成运动副的数目 种类 相对位置及原动件有关 因此 在机构运动简图中可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造 而用简单的线条表示构件 用规定的符号表示运动副 并按一定的比例尺表示运动副的相对位置 以此与实际机构的具有完全相同的运动特征 机构中各构件及运动副均有规定符号表示 2 几种简图表示方法 1 具有两个转动副的构件 用一条直线联接两个运动副元素 表示转动副的小圆 其圆心必须与相对回转中心重合 2 具有多个转动副的构件 用直线将相邻转动副元素的几何中心连接成多边形 并在相邻两直线相交部位涂以焊接记号 或画上阴影线 如三个转动副元素位于一直线上 可用跨越半圆符号表示 3 具有两个移动副的构件 导路必须与相对移动方向一致 4 具有一个转动副和移动副的构件 5 具有一个转动副和一个高副的构件 高副元素与实际轮廓相符 四 实验内容及步骤 观看各类常用机构模型和陈列柜演示 轻轻地 慢慢地转动手柄 从原动件开始仔细观察其依次传动的过程 找出哪些是固定件 哪些是活动件 确定出活动构件的数目 分析各构件相对运动性质 确定运动副的类型和数目 为了能更清楚地表示其相对运动 需要选择各构件的运动平面为投影面 判断各构件之间的运动副性质 即高副 低副 为了使构件之间的关系易于表达 应将原动件置于一个恰当的位置 至少是使各种构件及运动副相互不遮挡 不重合 采用徒手目测的方法 画出机构示意图 各构件和运动副面的相对位置要大致成比例 各构件和运动副的画法要符合规定 并分别以1 2 3 和A B C 标记 由原动件开始依次测量出各运动副的相对位置 以毫米 mm 为单位 并逐一标注在机构示意图上 角度问题可以转化为长度问题来测量 测量应精确 可取多次测量的平均值 选择适当的比例尺 可根据实际尺寸和图纸的大小适当选取 将机构示意图转化为正规的机构运动简图 为了便于对机构进行分析 在机构运动简图上还可以标出与运动有关的尺寸 例如 转动副之间的中心距 移动副导路之间的距离等 五 实验报告1 按要求绘制3种机构模型的机构运动简图 2 计算所绘机构的自由度 并据此分析机构具有确定运动的条件 六 思考题1 机构运动简图有何用处 它能表示出原机构哪些方面的特征 2 绘制机构运动简图时 原动件的起始位置会不会影响机构运动简图的正确性 3 计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何帮助 实验二机组运转及飞轮调节实验 一 实验目的 熟悉机组运转的工作阻力的测试方法 理解机组稳定运转时速度出现周期性波动的原因 掌握机器周期性速度波动的调节方法和设计指标 掌握飞轮设计方法 能够熟练利用实验数据计算飞轮的等效惯量 二 实验系统 1 实验系统框图如图1所示 本实验系统由以下部分组成 1 0 0 7Mpa小型空气压缩机组 DS II型飞轮实验台 2 主轴同步脉冲信号传感器 已安装在DS II型飞轮实验台中 3 半导体压力传感器 已安装在DS II型飞轮实验台中 4 实验数据采集控制器 DS II动力学实验仪 5 计算机及相关实验软件 2 DS II型动力学实验台如图1所示 DS II型动力学实验台由空压机组 飞轮 传动轴 机座 压力传感器 主轴同步脉冲信号传感器等组成 压力传感器已经安装在空压机的压缩腔内 9为其输出接口 同步脉冲发生器的分度盘7 光栅盘 固装在空压机的主轴上 与主轴曲柄位置保持一个固定的同步关系 同步脉冲传感器的输出口为8 开机时 改变储气罐压缩空气出口阀门3的大小 就可以改变储气罐2中的空气压强 因而也就改变了机组的负载 压强值可以从储气罐上的压力表11上直接读出 根据实验要求 飞轮4可以随时从传动轴上拆下或装上 拆下时注意包管好轴上的平键5 在安装飞轮时应注意放入平键 并且将轴端面固定螺母6拧紧 3 DS II型动力学实验仪DS II动力学实验仪内部由单片机控制 它完成汽缸压强和同步数据的采集和处理 同时将采集的数据传送到计算机进行处理 它的面板如图3所示 4 实验台主要技术参数 空压机气压范围 p 0 0 7MPa电机额定功率 P 550W电机转速 1400r m电源 220V交流 50HZ实验台尺寸 长 宽 高 600 300 330 mm 三 实验原理 飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度 m和许可的不均匀系数 来确定飞轮的转动惯量J 当设计飞轮时 因为研究的范围是在稳定运动时期的任一个运动循环内 我们假定在循环开始和循环结束时系统的状态是一样的 对回转机械来说 也就是在循环开始和结束时它们的速度是一样的 这时驱动力提供的能量全部用来克服工作阻力 不计摩擦等阻力 所做的功 在这样的前提下 我们就可以用盈亏功的方法来计算机械系统所需要的飞轮惯量 具体地来说 计算一个运动周期中驱动力矩所做的盈功和阻力矩所做的亏功 最大盈功和最小亏功的差就是系统的最大能量变化 用这个能量变化就可以计算机械系统所需要的飞轮惯量 四 操作步骤 1 连接RS232通讯线本实验必须通过计算机来完成 将计算机RS232串行口 通过标准的通讯线 连接到DS II动力学实验仪背面的RS232接口 如果采用多机通讯转换器 则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机 然后用双端电话线插头 将DS II动力学实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口 2 启动机械教学综合实验系统 图6 图7 3 拆卸飞轮 对实验系统标定 图10 图9 图8 将飞轮从空压机组上拆卸下来 并主要保存联接平键 点击图6进入 飞轮机构实验台主窗体 如图8所示 在该窗体中 点击串口选择菜单 根据接口实际联接情况 选中COM1或COM2 在实验系统第一次应用之前 或者必要时 应该对系统进行标定 点击应用程序界面上的标定菜单 首先进行大气压强的标定 根据提示 关闭飞轮机组 打开储气罐阀门 并点击确定如图9所示 大气压强标定以后 将出现第二个界面 提示对汽缸压强进行标定 如图10所示 启动空压机组 关闭阀门 让储气罐压力达到0 3MPa左右 在方框内输入此压力值 点击确定即可完成标定 4 数据采集 系统标定以后 就可以用数据采集按钮对实验数据进行采集了 数据采集的结果将分别显示在程序界面上 如图11所示 界面左边显示的汽缸压强值和主轴回转速度值 本实验数据是以主轴 曲柄 的转角为同步信号采集 每一点的采集间隔为曲柄转动6度 右边用图表曲线显示汽缸压强和主轴转速 界面下方的文字框中将显示主轴最大 最小 平均转速和回转不匀率 汽缸压强的最大 最小值和平均压强 图11 5 分析计算 数据采集完成以后 就可以对空压机组进行分析 点击计算按钮 系统将出现第二个界面如图12所示 在这个界面中 将显示空压机组曲柄的主动力矩 假设为常数 空压机阻力距曲线和系统的盈亏功曲线 下方的文字框中将显示最大阻力距 平均驱动力矩 最大机械能 最小机械能 最大剩余功等数据 以及根据用户输入的许可不均匀系数计算得到的系统所需的飞轮惯量 图12 6 关闭飞轮机组 安装飞轮 重新启动飞轮机组 得到以上数据以后 用户可以关闭飞轮机组 将卸下的飞轮安装到机组上 重新启动空压机组 点击数据采集按钮 查看主轴的速度曲线 就会发现由于飞轮的调节作用 主轴的运转不均匀系数已经有明显下降 主轴运转稳定 五 实验报告 1 打印所采集的相关曲线 并粘在实验报告上 2 分析调速的目的与原理 六 实验思考题1 空压机在稳定运转时 为什么有周期性速度波动 2 随着工作载荷的不断增加 速度波动出现什么变化 为什么 3 加飞轮与不加飞轮相比 速度波动有什么变化 为什么 汽缸压强又有什么变化 为什么 4 取空压机主轴 曲柄 作为等效构件 作用于活塞上的工作阻力F的等效阻力矩Mp如何计算 5 分析机组在各种状态 如加飞轮 不加飞轮 加负载 不加负载 的运动规律 上述状态实际上与各种机械均有相似之处 如柴油机 冲床 起重机 轧钢机 甚至自动武器等 因此上述分析方法也可供研究其他设备之用 实验三曲柄滑块 导杆 凸轮实验 一 实验目的 1 通过实验 了解位移 速度 加速度的测定方法 转速及回转不匀率的测定方法 2 通过实验 初步了解 QTD 型组合机构实验台 及光电脉冲编码器 同步脉冲发生器 或称角度传感器 的基本原理 并掌握它们的使用方法 3 通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异 并分析其原因 增加运动速度特别是加速度的感性认识 4 比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别 5 检测凸轮直动从动杆的运动规律 6 比较不同凸轮廓线或接触副 对凸轮直动从动杆运动规律的影响 二 实验系统 1 实验系统组成实验系统框图如图1所示 它由一下设备组成 1 实验机构 曲柄滑块 导杆 凸轮组合机构 2 QTD 型组合机构实验仪 单片机控制系统 3 打印机 4 个人电脑一台 5 光电脉冲编码器 6 同步脉冲发生器 或称角度传感器 图1 2 实验机构主要技术参数 直流电机额定功率100W电机调速范围0 2000r min蜗轮减速箱速比1 20实验台尺寸长 宽 高 500 380 230电源220V 50Hz 3 实验机构结构特点 该组合实验装置 只需拆装少量零部件 即可分别构成四种典型的传动系统 分别是曲柄滑块机构 曲柄导杆滑块机构 平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构 而每一种机构的某一些参数 如曲柄长度 连杆长度 滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整 通过拆装及调整可加深实验者对机械结构本身特点的了解 对某些参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识 4 组合机构实验仪 1 实验仪外形布置此实验仪的外形结构如图2所示 图2 a 为正面结构 图2 b 为背面结构 图2 a 图2 b 2 实验仪系统原理以QTD III型组合机构实验仪为主体的整个控制系统的原理框图如图3所示 图3 图4为实验系统外观 图4 三 实验操作步骤 1 系统联接及启动 1 连接RS232通讯线本实验必须通过计算机来完成 将计算机RS232串口 通过标准的通讯线 连接到QTD III型组合机构实验仪背面的RS232接口 如果采用多机通讯转换器 则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机 然后用双端插头电话线 将QTD III型组合机构实验仪连接到多机通讯转换器的任一个输入口 2 启动机械教学组合实验系统 图5 图6 图7 2 组合机构实验操作 曲柄滑块运动机构实验将曲柄滑块机构组装好 a 滑块位移 速度 加速度测量 1 将光电脉冲编码器输出的5芯插头及同步脉冲发生器输出的5芯插头分别插入测试仪上相对应接口上 把串行传输线一头插在计算机任一串口上 另一头插在实验仪的串口上 2 打开QTD 组合机构实验仪上的电源 此时带有LED数码管显示的面板上将显示 0 3 打开个人计算机 4 起动机构 在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置 然后接通电源 并顺时转动调速电位器 使转速逐渐加至所需的值 否则易烧断保险丝 甚至损坏调速器 显示面板上实时显示曲柄轴的转速 5 机构运转正常后 就可在计算机上进行操作了 请启动系统软件 6 选择好串口 并在弹出的采样参数设置区内选择相应该的采样方式和采样常数 你可以选择是定时采样方式 采样的时间常数有10个选择档 分别是 2ms 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 50ms 比如选25ms 你也可以选择定角采样方式 采样的角度常数有5个选择档 分别是 2度 4度 6度 8度 10度 比如选择4度 7 在 标定值输入框 中输入标定值0 05 标定值是指光电脉冲编码器每输出一个脉冲所对应滑块的位移量 mm 也称作光电编码器的脉冲当量 它是按以下公式计算出来的 脉冲当量计算式 脉冲 取为0 05 式中 脉冲当量 齿轮分度圆直径 现配齿轮 光电脉冲编码器每转脉冲数 现配编码器 8 按下 采样 按键 开始采样 请等若干时间 此时测试仪就在接收到PC机的指令进行对机构运动的采样 并回送采集的数据给PC机 PC机对收到的数据进行一定的处理 得到运动的位移值 9 当采样完成 在界面将出现 运动曲线绘制区 绘制当前的位移曲线 且在左边的 数据显示区 内显示采样的数据 10 按下 数据分析 键 则 运动曲线绘制区 将在位移曲线上再逐渐绘出相应的速度和加速度曲线 同时在左边的 数据显示区 内也将增加各采样点的速度和加速度值 b 转速及回转不匀率的测试 1 同 滑块位移 速度 加速度测量 的 1 至 7 步 2 选择好串口 在弹出的采样参数设计区内 你应该选择最右边的一栏 角度常数选择有5档 2度 4度 6度 8度 10度 选择一个你想要的一档 比如选择6度 3 同 滑块位移 速度 加速度测量 的 9 10 11 步 不同的是 数据显示区 不显示相应的数据 曲柄导杆滑块运动机构实验将曲柄导杆滑块机构组装好 按上述a b步骤操作 比较曲柄滑块机构与曲柄导杆滑块机构运动参数的差异 平底直动从动件凸轮机构实验将平底直动从动件凸轮机构组装好 检测其从动杆的运动规律 滚子直动从动件凸轮机构实验将滚子直动从动件凸轮机构组装好 检测其从动杆的运动规律比较平底接触与滚子接触运动特性的差异 四 注意事项 1 在未确定拼装机构能正常运行前 一定不能开机 2 若机构在运行时出现松动 卡死等现象 请及时关闭电源 对机构进行调整 五 实验报告 1 打印实验结果 并将其贴在实验报告上 2 比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别 3 采用不同的凸轮廓线或接触副 对直动从动件运动规律有哪些影响 4 理论运动线图与实测运动线图有哪些差异 分析其产生原因 实验四带传动实验 一 实验目的 1 了解带传动的基本原理 并观察 分析有关带的弹性滑动和打滑等重要物理现象 2 分析并验证预紧力对带的工作能力的影响 3 了解转速 转差速以及扭矩的测量原理与方法 4 绘制带的滑动曲线及传动效率曲线 二 实验系统 带传动是广泛应用的一种传动 其性能实验为机械设计教学大纲规定的必做实验之一 也是产品开发中的一项重要鉴别手段 本实验台的完善设计保证操作者用简单的操作 同时又概念形象地获得传动的效率曲线及滑动曲线 采用直流电动机为原动机及负载 具有无级调速功能 本实验台设计了专门的带传动预张力形成机构 预张力可预先准确设定 在实验过程中 预张力稳定不变 在实验台的电测箱中配置了单片机 设计了专用的软件 使本实验台具有数据采集 数据处理 显示 保持 记忆等多种人工智能 也可与PC机对接 实验台备有接口 这时可自动显示并打印输出实验数据及实验曲线 使用本实验台 可以方便的完成以下实验 1 利用实验装置的四路数字显示信息 在不同负载的情况下 手工抄录主动轮转速 主动轮转矩 被动轮转速 被动轮转矩 然后根据此数据计算并绘出弹性滑动曲线和传动效率 2 利用RS232串行线 将实验装置与PC机直接连通 随带传动负载逐级增加 计算机能根据专用软件自动进行数据处理与分析 并输出滑动曲线 效率曲线和所有实验数据 1 皮带传动原理 1 1带传动的分析预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力 使得轮子转动时带动皮带传动 两皮带轮静止时 带各处的拉力都等于预紧力F0 传动时 由于带与轮子表面间摩擦力的作用 带两边出现拉力差异 绕进主动轮和绕出主动轮的一边的拉力从F0增大到F1 绕出主动轮和绕进被动轮的一边的拉力由F0减小到F2 F1作用的边称为紧边 F2作用的边称为松边设环形带的总长度不变 则紧边的拉力的增量F1 F0应等于松边拉力的减小量F0 F2 即F1 F0 F0 F2则紧边与松边之差称为带传动的有效拉力 即圆周力等于F F1 F2 1 2带传动的弹性滑动与打滑滑动率由于弹性滑动不可避免 所以从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度 在带传动时 由带的滑动引起的被动轮速度的降低率称为滑动率 其中 V1 V2为主 被动轮轮缘的线速度 n1 n2为主 被动轮的转速 d1 d2为主 被动轮的直径 若d1 d2 则 n1 n2 n1 根据实验研究结果 带的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上 随着有效圆周力的增加 弹性滑动的区段也逐渐增大 当它扩大至整个包角对应的接触弧时 带传动的有效圆周力也达到最大极限 如果载荷进一步增大 带与带轮间就发生显著的相对滑动 即产生打滑 打滑将使皮带磨损加剧 被动轮转速急剧降低 甚至使传动失效 这种情况应当避免 2 实验系统的组成 实验系统外观如图1所示 图1 如图2所示 实验系统主要包括如下部分 1 带传动机构 2 主 从动轮转矩传感器 3 主 从动轮转速传感器 4 电测箱 与带传动机构装为一体 5 个人电脑 6 打印机 图2 3 主要技术参数 1 直流电机功率 2台x50W 2 主动电机调速范围 0 1800转 分 3 额定转矩 T 0 24N m 2450g cm 4 实验台尺寸 长x宽x高 600 x280 x300 5 电源 220V交流 50Hz 4 实验机构结构特点 1 机械结构本实验台机械部分 主要由两台直流电机组成 如图3所示 其中一台作为原动机 另一台作为负载的发电机 图3 2 电测系统电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板上 面板的布置如图4所示 图4 在电测箱背面备有微机RS232接口 主 被动轮转矩放大 调零旋钮等 其布置情况如图5所示 图5 在电测箱背面备有微机RS232接口 主 被动轮转矩放大 调零旋钮等 其布置情况如图5所示 1 电源插座2 被动力矩放大倍数调节3 主动力矩放大倍数调节4 被动力矩调零5 主动力矩调零6 RS 232接口 三 实验操作步骤 1 人工记录操作方法 1 设置预拉力不同型号传动带需在不同预拉力F0的条件下进行实验 也可对同一型号传动带采用不同的预拉力 以实验不同预拉力对同一传动带传动性能的影响 为了改变预拉力F0 如图2所示 只需改变砝码8的大小 2 接通电源在接通电源前 将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转到底 使开关 断开 细调电位器旋钮逆时针转到底 按电源开关接通电源 按一下 清零 键 此时主 被动电机转速显示为 0 力矩显示为 实验系统处于 自动校零 状态 校零结束后 力矩显示为 0 再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通 开关 并慢慢向高速方向旋转 电机起动 逐渐增速 同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数 其上的数字即为当时的电机转速 当主动电机转速达到预定转速 本实验建议预定转速为1200 1300r m 时 停止转速调节 此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上 3 加载在空载时 记录主 被动轮转矩与转速 按 加载 键一次 第一个加载指示灯亮 调整主动电机转速 此时 只需使用细调电位器进行转速调节 使其保持在预定工作转速内 待显示基本稳定 一般LED显示器跳动2 3次即可达到稳定值 记下主 被动轮的转矩及转速值 再按 加载 键一次 第二次加载指示灯亮 再调整主动转速 用细调电位器 仍保持在预定转速 待显示稳定后再次记下主 被动轮的转矩及转速值 第三次按 加载 键 第三个加载指示灯亮 同前次操作记录主 被动轮的转矩及转速值 重复上述操作步骤 直至7个加载指示灯亮 记录下八组数据 根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线 T2及效率曲线 T2 在记录下各组数据后 应先将电机粗调速旋钮逆时针转至 关断 状态 然后将细调电位器逆时针转到底 再按 清零 键 显示指示灯全部熄火 机构处于关断状态 等待下次实验或关闭电源 为便于记录数据 在实验台的面板还设置了 保持 键 每次加载数据基本稳定后 按 保持 键可使转矩 转速稳定在当时的显示值不变 按任意键 可脱离 保持 状态 2 与计算机接口操作方法 1 连接RS232通讯线在DCS II型带传动实验台后板上设有RS232串行接口 可通过所附的通讯线直接和计算机相联 组成带传动实验系统 如果采用多机通讯转换器 则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机 然后用双端插头电话线 将DCS II型带传动实验台连接到多机通讯转换器的任一个输入口 2 启动机械教学综合实验系统 图6 图7 3 数据采集及分析 图8 图9 带传动实验台加载原理 本实验台由两台直流电机组成 左边一台是直流电动机 产生主动转矩 通过皮带 带动右边的直流发电机 直流发电机的输出电压通过面板的 加载 按键控制电子开关 逐级接通并联的负载电阻 采用电烙铁的内芯电阻 使发电机的输出功率逐级增加 也即改变了皮带传送的功率大小 使主动直流电动机的负载功率逐级增加 图10 五 实验报告 1 将实验数据填入下表 并求出计算值 以T2为横坐标 为纵坐标 如图11所示坐标系 绘出T2 曲线 传动效率的计算公式为 图11 T2 2 思考题 1 主动轮圆周速度V1与被动轮圆周速度V2是否相同 原因何在 2 对于弹性滑动和打滑 其中哪些现象产生 带传动就不能正常工作 为什么 3 带传动效率是否载打滑时最高 4 增加初拉力后 对打滑有何影响 5 影响带传动拉力的因素有哪些 实验五齿轮传动实验 一 实验目的 了解封闭流式实验台结构 弄懂封闭加载原理 了解齿轮传动效率的测定原理 掌握用封闭流式实验台测定齿轮传动效率的方法 测定齿轮减速器的传动效率 二 实验系统 CLS 1I型齿轮试验台为小型台式封闭功率流式齿轮试验台 采用悬挂式齿轮箱不停机加载方式 加载方便 操作简单安全 耗能少 在数据处理方面 既可直接抄录数据手工 计算 也可以和计算机接口组成具有数据采集处理 结果曲线显示 信息储存 打印输出等多种功能的自动化处理系统 该系统具有体积小 重量轻 机电一体化相结合等特点 本实验台用于机械设计等课程的教学实验 可以方便地完成以下实验 1 了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理 特点及测定齿轮传动效率的方法 2 通过改变载荷 测出不同载荷下的传动效率和功率 输出T1 T9关系曲线及 一T9曲线 其中T1为轮系输入扭矩 即电机输出扭矩 T9为封闭扭矩 也即载荷扭矩 为齿轮传动效率 1 实验系统组成实验系统外观如图1所示 图1 如图2所示 实验系统由如下设备组成 1 CLS II型齿轮传动实验台 2 CLS II型齿轮传动实验仪 3 计算机 4 打印机 图2 2 实验机构主要技术参数 1 试验齿轮模数m 2 2 齿数Z4 Z3 Z2 Zl 38 3 速比i 1 4 直流电机额定功率P 300w 5 直流电机转速N 0 1100r m 6 最大封闭扭矩TB 15N m 7 最大封闭功率PB 1 5Kw 8 实验台尺寸 长x宽x高 900 x550 x300 9 电源220V交流 50Hz 3 实验台结构实验台的结构如图3所示 由定轴齿轮副 悬挂齿轮箱 扭力轴 双万向连轴器等组成一个封闭机械系统 电机采用外壳悬挂结构 通过浮动连轴器和齿轮相连 与电机悬臂相连的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台电测箱 在数码显示器上直接读出 电机转速由霍耳传感器4测出 同时送往电测箱中显示 图3齿轮实验台结构简图1悬挂电机2转矩传感器3浮动连轴器4霍耳传感器5定轴齿轮副6刚性连轴器7悬挂齿轮箱8砝码9悬挂齿轮副10扭力轴11万向连轴器12永久磁钢 图3 4 效率计算 l 封闭功率流方向的确定封闭功率流方向如图3 a 所示 其大小为 KW 该功率的大小决定于加载力知和扭力轴的转速 而不是决定于电动机 电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率 即 故单对齿轮 为总效率 若 95 则电机供给的能量 其值约为封闭功率值的1 10 是一种节能高效的试验方法 2 封闭力矩T9的确定由图3 b 可以看出 悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后 齿轮9 齿轮9 就会 产生扭矩 其方向都是顺时针 对齿轮9 中心取矩 得到封闭扭矩T9 本实验台T9是所加载荷产生扭矩的一半 即 N m 其中 W一所加砝码重力 N L一加载杠杆长度L 0 3m 5 齿轮传动实验仪 实验仪正面面板布置及背面板布置如图4 图5所示 实验仪内部系统框图参见图2 图4 1 调零电位器2 转矩放大倍数电位器3 力矩输出接口4 接地端子5 转速输入接口6 转矩输入接口7 RS 232接口8 电源开关9 电源插座 图3 三 实验操作步骤 1 人工记录操作方法 1 系统联接及接通电源齿轮实验台在接通电源前 应首先将电机调速旋扭逆时针转至最低速 0速 位置 将传感器转矩信号输出线及转速信号输出线分别插入电测箱后板和实验台上相应接口上 然后按电源开关接通电源 打开实验仪后板上的电源开关 并按一下 清零键 此时 输出转速显示为 0 输出转矩显示数为 实验系统处于 自动校零 状态 校零结束后 转矩显示为 0 2 转矩零点及放大倍数调整a 零点调整在齿轮实验台不转动及空载状态下 使用万用表接入电测箱后板力矩输出接口3 见图5 上 电压输出值应在1 1 5V范围内 否则应调整电测箱后板上的调零电位器 若电位器带有锁紧螺母 则应先松开锁紧螺母 调整后再锁紧 零点调整完成后按一下 清零 键 待转矩显示 0 后表示调整结束 b 放大倍数调整 调零 完成后 将实验台上的调速旋扭顺时针慢慢向 高速 方向旋转 电机起动并逐渐增速 同时观察电测箱面板上所显示的转速值 当电机转速达到1000转 分左右时 停止转速调节 此时输出转矩显示值应在0 6 0 8Nm 之间 此值为出厂时标定值 否则通过电测箱后板上的转矩放大倍数电位器加以调节 调节电位器时 转速与转矩的显示值有一段滞后时间 一般调节后待显示器数值跳动两次即可达到稳定值 3 加载调零及放大倍数调整结束后 为保证加载过程中机构运转比较平稳 建议先将电机转速调低 一般实验转速调到300 800转 分为宜 待实验台处于稳定空载运转后 若有较大振动 要按一下加载砝码吊篮或适当调节一下电机转速 在砝码吊篮上加上第一个砝码 观察输出转速及转矩值 待显示稳定 一般加载后转矩显示值跳动2一3次即可达稳定值 后 按一下 保持键 使当时的转速及转矩值稳定不变 记录下该组数值 然后按一下 加载键 第一个加载指示灯亮 并脱离 保持 状态 表示第一点加载结束 在吊篮上加上第二个砝码 重复上述操作 直至加上八个砝码 八个加载指示灯亮 转速及转矩显示器分别显示 8888 表示实验结束 根据所记录下的八组数据便可作出齿轮传动的传动效率 T9曲线及T1 T9曲线 2 与计算机接口实验方法 1 连接RS232通讯线在CLS II型齿轮传动实验台电测箱后板上设有RS 232接口 通过所附的通讯连接线和计算机相联 组成智能齿轮传动实验系统 如果采用多机通讯转换器 则需要首先将多机通讯转换器通过RS 232通讯线连接到计算机