機械傳動實驗指導書29頁

1、機械設計制造及自動化專業(yè)實驗機械傳動系統(tǒng)方案設計和性能測試實驗指導書機械工程學院實踐技能及培訓中心2012-10-10 目錄一、實驗目的1二、實驗設備介紹1三、實驗任務3四、實驗臺的使用與操作31實驗臺各部分的安裝連線42實驗前的準備及實驗操作4五 、實驗步驟.5六、測試軟件介紹61界面總覽6數(shù)據(jù)操作面板6電機控制操作面板6下拉菜單7附錄1機械傳動方案設計和性能測試綜合實驗報告14附錄2實驗系統(tǒng)各模塊展示15附錄3轉矩轉速傳感器介紹16附錄4實驗注意事項25一、實驗目的1. 掌握機械傳動合理布置的基本要求，機械傳動方案設計的一般方法，并利用機械傳動綜合實驗臺對機械傳動系統(tǒng)組成方案的性能進行測試

2、，分析組成方案的特點；2. 通過實驗掌握機械傳動性能綜合測試的工作原理和方法，掌握計算機輔助實驗的新方法。3. 測試常用機械傳動裝置（如帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動等）在傳遞運動與動力過程中的參數(shù)曲線(速度曲線、轉矩曲線、傳動比曲線、功率曲線及效率曲線等)，加深對常見機械傳動性能的認識和理解；二、實驗設備介紹1 實驗臺系統(tǒng)組成“機械傳動性能綜合測試實驗臺”由機械傳動裝置、聯(lián)軸器、變頻電機、加載裝置和工控機幾個模塊組成，另外還有實驗軟件支持。系統(tǒng)性能參數(shù)的測量通過測試軟件控制，安裝在工控機主板上的兩塊轉矩轉速測試卡和轉矩轉速傳感器聯(lián)接，如圖1和圖2所示。ZJ扭矩傳感器負載被試傳動機構ZJ扭

3、矩傳感器變頻電機 扭矩測量卡扭矩測量卡 D/A轉換卡轉速調節(jié)負載調節(jié)工控機 圖1 機械傳動測試系統(tǒng)組成示意圖1-變頻調速電機 2-聯(lián)軸器 3-轉矩轉速傳感器 4-實驗傳動裝置5-加載與制動裝置 6-工控機 7-電器控制柜 8-臺座圖2 實驗臺機構布局實驗臺組成部件的主要技術參數(shù)如表1所示。表1 組 成 部 件技 術 參 數(shù)備 注變頻調速電機550W，同步轉速1500 r/minZJ型轉矩轉速傳感器.規(guī)格 10N.m ;輸出訊號幅度不小于100mV.規(guī)格 50N.m;輸出訊號幅度不小于100mV機械傳動裝置(試件)直齒圓柱齒輪減速器 i=5蝸桿減速器 i=10V型帶傳動齒形帶傳動 Pb=9.52

4、5 Zb=80套筒滾子鏈傳動 Z1=17 Z2=25擺線針輪減速器 i=91臺WPA50-1/10O型帶3根1根08A型3根磁粉制動器額定制動轉矩: 50 N.m激磁電流: 2A允許滑差功率: 1.1Kw加載裝置工控機IPC-810B控制電機和負載采集數(shù)據(jù)打印曲線三、實驗任務在“機械傳動性能綜合測試實驗臺”上能開展典型機械傳動裝置性能測試、組合傳動系統(tǒng)布置優(yōu)化和新型機械傳動性能測試三類實驗。學生根據(jù)實驗任務自主設計實驗方案和寫出實驗方案書，搭接傳動系統(tǒng)進行測試，分析傳動系統(tǒng)設計方案，寫出實驗報告。實驗方案書內容包括已知條件、實驗目的、機械傳動系統(tǒng)運動參數(shù)和組成方案設計、機械傳動系統(tǒng)性能測試原理

5、、實驗步驟和注意事項。在實驗中觀察測試系統(tǒng)運行情況，采集傳動性能數(shù)據(jù)，測繪實驗系統(tǒng)。實驗報告內容包括測試系統(tǒng)平面布置圖、實驗曲線和分析結果等。四、實驗臺的使用與操作圖3 實驗控制臺背面接口示意圖1 實驗臺各部分的安裝連線（1） 先接好工控機、顯示器、鍵盤和鼠標之間的連線、顯示器的電源線接在工控機上、工控機的電源線插在電源插座上。（2） 將主電機、主電機風扇、磁粉制動器、ZJ10傳感器（輔助）電機、ZJ50傳感器（輔助）電機與控制臺連接，其插座位置在控制臺背面右上方（見圖3）。（3） 輸入端ZJ10傳感器的信號口、接入工控機內卡TC-1（300H）信號口、(見圖4)。 輸出端ZJ50傳感器的信號

6、口、接入工控機內卡TC-1（340H）信號口、(見圖4)。（4） 將控制臺37芯插頭與工控機連接、即將實驗臺背面右上方標明為工控機的插座與工控機內D/A控制卡相連(見圖3、圖4)。圖4 工控機插卡示意圖2 實驗前的準備及實驗操作(1) 搭接實驗裝置前、應仔細閱讀本實驗臺的使用說明書，熟悉各主要設備的性能、參數(shù)及使用方法，正確使用儀器設備及測試軟件。(2) 搭接實驗裝置時，由于電動機、被測傳動裝置、傳感器、加載器的中心高均不一致，組裝、搭接時應選擇合適的墊板、支承板、聯(lián)軸器，調整好設備的安裝精度、以使測量的數(shù)據(jù)精確。各主要搭接件中心高及軸徑尺寸如下:變頻電機 中心高80mm 軸徑19ZJ10轉矩

7、轉速傳感器 中心高60mm 軸徑14ZJ50轉矩轉速傳感器 中心高70mm 軸徑25FZ-5法蘭式磁粉制動器 最大直徑220mm 軸徑25WPA50-1/10蝸輪減速器 輸入軸中心高 軸徑12 輸出軸中心高 軸徑17齒輪減速箱 中心高120mm 軸徑18 中心距85.5mm軸承支承 中心高120mm 軸徑(a) 18軸徑(b) 14、 18(3) 在有帶、鏈傳動的實驗裝置中，為防止壓軸力直接作用在傳感器上、影響傳感器測試精度，一定要安裝本實驗臺的專用軸承支承座。(4) 在搭接好實驗裝置后，用手驅動電機軸，如果裝置運轉自如，即可接通電源，開啟電源進入實驗操作。否則，重調各連接軸的中心高、同軸度，

8、以免損壞轉矩轉速傳感器。(5) 本實驗臺可進行手動及自動操作，手動操作可通過按動實驗臺正面控制面板上的按鈕(見圖5)、即可完成實驗全過程?？刂泼姘逯校弘娫矗?接通、斷開電源及主電機冷卻風扇自動手動： 選擇操作方式主電機： 開啟、關閉變頻電機正轉： 輸入端ZJ10型傳感器電機正向轉動的開啟、關閉反轉： 輸入端ZJ10型傳感器電機反向轉動的開啟、關閉正轉： 輸出端ZJ50型傳感器電機正向轉動的開啟、關閉反轉： 輸出端ZJ50型傳感器電機反向轉動的開啟、關閉電流粗調： FZ5型磁粉制動器加載粗調電流微調： FZ5型磁粉制動器加載微調 圖5 實驗臺操作面板五、測試軟件介紹1測試軟件界面總覽圖6 主界面

9、數(shù)據(jù)操作面板用于對被測參數(shù)數(shù)據(jù)庫和測試記錄數(shù)據(jù)庫進行操作。電機、負載控制操作面板（1）電機轉速調節(jié)框:通過調節(jié)此框內數(shù)值可改變變頻器頻率，進而調節(jié)電機轉速，變頻器最高頻率由變頻器設置。（2）被測參數(shù)裝入按鈕:根據(jù)被試件參數(shù)數(shù)據(jù)庫表格中的“實驗編號”，裝入與編號相符的實驗數(shù)據(jù)，并在下面表格中顯示。（3）測試參數(shù)自動采樣按鈕:試驗臺開始運行后，由計算機自動進行采樣并記錄下采樣點的各參數(shù)，按下此按鈕后，用戶對數(shù)據(jù)的采樣無須干預。(4)停止采樣按鈕:按下此按鈕，計算機停止對試驗數(shù)據(jù)進行采樣。(5)手動采樣按鈕:如果用戶選擇手動采樣方式，那么在整個試驗期間，用戶必須在認為需要采集數(shù)據(jù)的時刻按下此按鈕，計

10、算機會將該時刻采集的試驗數(shù)據(jù)填入下面表格中顯示并等待用戶進行下一個采樣點的采樣。(6)主電機電源開關:按下此按鈕可以打開關閉主電機電源，并且通過圖象顯示當前電機電源狀態(tài)。（由于此開關影響繼電器壽命，故現(xiàn)為虛設，主電機電源開關現(xiàn)設置于工作臺控制面板上。）(7)電機負載調節(jié)框:控制此調節(jié)框，計算機將控制電機負載的大?。ù欧壑苿悠鳎?。調節(jié)框數(shù)值為0-100可調，負載滿度由后面的滿度調節(jié)滑竿控制。在調節(jié)框里輸入負載后，點擊“調載”后，計算機立即自動調節(jié)磁粉制動器的大小。下拉菜單（1）設置菜單設置菜單對本實驗臺有效的菜單項包括“基本試驗參數(shù)”，“選擇測試參數(shù)”，“設定轉矩轉速傳感器參數(shù)”。 圖7 “設置

11、”下拉菜單圖8 基本實驗參數(shù)圖9 選擇測試參數(shù)圖10 扭矩傳感器參數(shù)設置界面設置報警對話框可取默認值。設置扭矩傳感器對話框中有傳感器參數(shù)、傳感器轉速設置和扭矩調零。傳感器參數(shù)可從傳感器銘牌上找到。傳感器轉速設置時，主電機靜止，啟動傳感器上小電機，按下小電機旁的齒輪按鈕，計算機自動檢測小電機轉速并填入框內。圖11 扭矩傳感器自動調零設置界面每次實驗臺重新安裝時需要扭矩調零。扭矩調零時，啟動小電機，按下鑰匙按鈕（輸入扭矩調零/輸出扭矩調零）便可進入自動調零界面。注意小電機轉向要求和主電機相反。保證小電機轉向和主電機轉向相反的步驟：在試驗菜單上選擇主電機電源和輸入端小電機正轉電源，在主電機控制操作面

12、板上加速，如顯示面板上的轉速增加，說明此時的輸入端小電機轉向和主電機轉向相反。進入自動調零界面后，先點擊“清楚所有零點”按鈕，然后點擊“自動調零”按鈕，稍等片刻后，計算機即可自動調零并顯示相應數(shù)據(jù)，最后點擊“OK”按鈕保存數(shù)據(jù)并推出調零界面。（2）試驗菜單圖12 試驗菜單這里的命令和電機控制操作面板上的按鈕等效。（3）分析菜單圖13 分析菜單用戶可根據(jù)實驗需要，選擇要繪制的曲線并打印結果。圖14 繪制曲線選項六、實驗步驟1、 設計機械傳動系統(tǒng)方案2、 根據(jù)設計方案安裝被測實驗裝置，注意選用合適的調整墊塊，確保傳動軸之間的同軸度要求3、 調試實驗設備，對測試設備進行調零，以保證測量精度；（1）保

13、證小電機的轉向和主軸的轉動方向相反選擇圖12實驗菜單上的“輸入端小電機P正轉電源”和“輸出端小電機r反轉電源”，然后將圖10中輸入端小電機和輸出端小電機轉速都置為零（直接刪除即可）。再點擊主界面上的測試參數(shù)自動采樣按鈕，此時轉速面板上顯示出來的轉速為小電機轉速。接著在電機轉速調節(jié)框里輸入一個轉速值（如500r/min），讓電機轉動起來，此時如果轉速面板的輸入端轉速n1和n2都增加，則表示傳感器上的小電機轉向和主軸轉動的方向相反，如哪一個減小，則表示轉向相同，此時就需要重新設置小電機的轉向。（2）對兩端傳感器進行調零點擊圖7 “設置”下拉菜單中的“設置轉速轉矩傳感器參數(shù)”菜單，進入如圖10 扭矩

14、傳感器參數(shù)設置界面，對兩端的傳感器進行調零。其中文本框的傳感器參數(shù)可以從傳感器銘牌上找到，并將其輸入到文本框。首先點擊齒輪狀的按鈕測試出小電機轉速，然后分別點擊“輸入扭矩調零”和“輸出扭矩調零”進入調零界面。進入后點擊“清除所有零點”按鈕將原有所有零點清除，然后再點擊“自動調零按鈕”讓軟件自行調零，最后點擊“OK”按鈕退出調零界面。（3）溫度系數(shù)的修正傳感器調零后，回到扭矩傳感器參數(shù)設置界面，如果實驗時的環(huán)境溫度不等于傳感器標定時的溫度，則需要對其進行修正。用溫度計測試出實驗時的環(huán)境溫度，然后將其輸入到測量時的環(huán)境溫度文本框里最后保存退出。4、 設置實驗參數(shù)鍵入實驗教學信息標：實驗類型、實驗編

15、號、小組編號、實驗人員、指導老師、實驗日期等；點擊“設置”確定實驗測試參數(shù)：轉速n1、n2 扭矩M1、M2等；5、 加載實驗 實驗時，在電機轉速調節(jié)框里輸入一個轉速（如1000r/min），并使電動機轉速加快至接近同步轉速后，再進行加載實驗。加載時要緩慢平穩(wěn)，否則會影響采樣的測試精度；待數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定后，即可進行數(shù)據(jù)采樣。分級加載，分級采樣，采集數(shù)據(jù)15組左右即可，注意在加載時不要讓電機超載；6、 分析實驗結果，從“分析”中調看參數(shù)曲線，確認實驗結果。7、 結束測試。注意逐步卸載，關閉電源開關。29附錄1 機械傳動方案設計和性能測試綜合實驗報告1 實驗目的2 實驗臺主要儀器及設備3 實驗原理4

16、實驗步驟5 實驗數(shù)據(jù)及曲線列出實驗數(shù)據(jù)表和繪制傳動系統(tǒng)特性曲線6 實驗分析和結論7 實驗總結總結經驗教訓，提出合理化建議。附錄2 實驗系統(tǒng)各模塊展示1、 工作臺和控制柜實驗平臺總圖實驗臺平面圖2、 工控機3、 三相變頻調速電機和輸入端轉矩轉速傳感器轉矩轉速傳感器結構圖ZJ5轉矩轉速傳感器中心高H=80，軸徑D=14mm，最大測量轉矩=5N.m底座高度 90mm4、 磁粉制動器和輸出端轉矩轉速傳感器FZ-5發(fā)蘭式磁粉制動器 最大直徑220mm 軸徑25 轉矩50N.mZJ50轉矩轉速傳感器中心高H=70，軸徑D=25mm，最大測量轉矩=50N.m底座高度 100mm5、 機械傳動裝置直齒圓柱齒輪

17、減速器 中心距90mm 中心高 120mmWPA50-1/10蝸輪減速器 中心高 100mm 底座高度 120mmV帶輪 直徑為：70 、76、88、115、145O型V帶 內周帶長：630、900鏈輪 齒數(shù)為： 17、25滾子鏈 08A-171、08A-153同步帶輪 齒數(shù)：18、25L型同步帶 31680半聯(lián)軸器 126830、146828、178840、186840、188840、188845、196840、258845、258857支承 4套 中心高 120mm支承底座 3塊 高度 50mm7、聯(lián)接件T型螺栓M1040，25個六角螺栓M1030，15個平墊圈GB95-85-10，40個

18、柱銷L=26,29，各20根8、輔助工具開口扳手活動扳手一字起和十字起內六角扳手拉馬機油壺附錄3 轉矩轉速傳感器介紹.概述ZJ型轉矩轉速傳感器(簡稱傳感器)是根據(jù)磁電轉換和相位差原理，將轉矩，轉速機械量轉換成兩路有一定相位電壓訊號的一種精密儀器，它一般與轉矩轉速(簡稱測量儀)配套使用，能直接測量各種動力機械的轉矩與轉速(即機械功率)，具有測量精度高，操作簡便，顯示直觀，測量范圍廣等優(yōu)點，可以測量軸靜止狀態(tài)至額定轉速范圍的轉矩，廣泛應用于：A各種發(fā)動機的臺架試驗；B各種電機的轉矩、轉速及功率測試；C各種不同類型水泵、液壓泵的轉矩、轉速及功率測試；D各種類型的風機的轉矩、轉速及功率測試；E各種減速

19、器、變速器的轉矩、轉速及功率測試；F各種家用電器設備旋轉軸的轉矩、轉速及功率測試。G各種旋轉機械的轉矩、轉速及功率測試。2結構原理轉矩傳感器主要由扭力軸、磁檢測器、轉筒及殼體等四部分組成。磁檢測器包括配對的兩組內外齒輪、永久磁鋼和感應線圈。外齒輪安裝在扭力軸測量段的兩端；內齒輪安裝在轉筒內，和外齒輪相對，永久磁鋼緊接內齒輪安裝在轉筒內。永久磁鋼、內外齒輪構成環(huán)狀閉合磁路，感應線圈固定在殼體的兩端蓋內。在驅動電機帶動下，內齒輪隨同轉筒旋轉。內外齒輪是變位齒輪，并不嚙合，齒頂間存在工作氣隙，內外齒輪的齒頂相對時氣隙最窄，齒頂和齒槽相對時，氣隙最寬。內外齒輪在相對旋轉運動時，齒頂與齒槽交替相對，相對

20、轉動一個齒位時，工作氣隙發(fā)生一個周期的變化，磁路的磁阻和磁通隨之相應作周期變化，因此線圈中感應出近似正弦波的電壓訊號,訊號電壓瞬時值的變化和內外齒輪的相對位置的變化是一致的。如果兩組檢測器的齒輪的投影互相重合時，兩組電壓訊號的相位差為零。安裝時，兩只內齒輪的投影是重合的。而扭力軸上的兩只外齒輪是按錯動半個齒安裝的。因此，兩個電壓訊號具有半個周期的初始相位差，即初始相位差為=180°。若齒輪為120齒，分度角為3°，相位差為180°時，相應外齒輪錯動1.5°。當扭力軸受到扭矩作用時，產生扭角，兩只外齒輪的錯位角變?yōu)?.5°±，兩個電壓訊號的相差角相應變?yōu)椋?120 ×（1.5°±）=180°±120。 扭角和扭矩是成正比例的,因此扭角的變化和扭矩成正比,即相位差角的變化。式中K1為相位差角和扭矩的比例系數(shù)，K=±120K1，“±”另表示轉動方向。設扭力軸測量段的直徑為d，長度為L，扭力軸材料的剪切彈性模為G，則。將傳感器的兩個電壓訊號輸入ZJ轉矩轉速功率測量儀，經過儀表將電壓訊號進行放大、整形、檢相、變換成計數(shù)脈沖，然后計數(shù)和顯示，便可直接讀出扭矩和轉速的測量結果。圖