帶傳動實驗指導書_圖文

1、帶傳動實驗指導書金悅姓名班級學號西安交通大學機械基礎實驗教學中心542012年9月目錄1-1 概述 (11-2 預習報告 (11-3 實驗原理.一、實驗系統(tǒng)的組成.1、實驗系統(tǒng)的組成.2、主要技術參數(shù).3、實驗機結構特點.(1機械結構.(2電測系統(tǒng).二、實驗原理及測試方法.1、轉速測量.2、轉矩測量.3、加載原理.4、電機調速.1-4 實驗步驟.一、人工記錄操作方法.二、與計算機接口操作方法.三、校零與標定.1-5 實驗任務.1-6 實驗報告.1-1 概述本實驗通過對帶傳動效率的測量,了解機械量的電測量方法,間接觀察帶傳動中的彈性滑動現(xiàn)象,獲得對帶傳動的機理

2、及效率概念更深入的認識。研究張緊力、皮帶轉速等因素對平皮帶傳動性能的影響,比較平皮帶、三角帶、齒形帶傳動性能的特點。在進行實驗前請您認真閱讀預習報告,并回答其中的問題。1-2 預習報告1.請回答帶是如何進行傳動的,彈性滑動指的是什么?打滑又是什么?如何區(qū)分這兩個概念,區(qū)分它們的原則是什么?2.您知道傳感器的作用是什么嗎?您了解幾種將機械量轉化為電量的傳感器?您知道其轉化原理嗎?3.如果要您測量效率,您會怎么測?a功率之比b功之比4.上面的測量方法各需要測哪幾個參數(shù),請您寫下來功率之比:功之比:5.如果讓您準備一套測試系統(tǒng),您知道需要哪些設備嗎?6.您是否知道皮帶傳動的彈性滑動曲線?皮帶傳動的彈

3、性滑動曲線應該是什么形狀?以上這些問題您了解多少?如果有不太清楚的地方,請到您的教科書及實驗指導書中查閱。1-3 實驗原理一、實驗系統(tǒng)的組成1、實驗系統(tǒng)的組成 如圖1所示,實驗系統(tǒng)主要包括如下部分:(1帶傳動機構 (2主、從動輪轉矩傳感器(3主、從動輪轉速傳感器 (4電測箱(與帶傳動機構裝為一體(5個人電腦 (6打印機2、主要技術參數(shù)主動電機調速范圍:01500 r/min帶輪直徑:D1=D2=87 mm (平帶、V 帶、同步帶包 角:a1=a2=1800傳感器量程:0100 N 精度:0.05%電機額定功率:P=80 W 2電機額定轉矩:T=0.79 N M電 源:220V 交流/50H Z

4、外形尺寸:660300380(mm重量:50 kg3、實驗機結構特點(1機械結構本實驗臺機械部分,主要由兩臺直流電機組成,如圖2所示。其中一臺作為原動機,另一臺則作為負載的發(fā)電機。 1、從動直流發(fā)電機2、從動帶輪3、傳動帶4、主動帶輪5、主動直流電動機6、牽引繩7、差動滑輪8、砝碼9、拉簧 10、浮動支座 11、固定支座 12、電測箱13、拉力傳感器 14、標定桿對原動機,由可控硅整流裝置供給電動機電樞以不同的端電壓,實現(xiàn)無級調速。對發(fā)電機,每按一下“加載”按鍵,即并上一個負載電阻,使發(fā)電機負載逐步增加,電樞電流增大,隨之電磁轉矩也增大,即發(fā)電機的負載轉矩增大,實現(xiàn)了負載的改變。兩臺電機均為懸

5、掛支承,當傳遞載荷時,作用于電機定子上的力矩 T1(主動電機力矩、T2(從動電機力矩迫使拉鉤作用于拉力傳感器(序號13,傳感器輸出的電信號正比于 T1、T2 的原始信號。原動機的機座設計成浮動結構(滾動滑槽,與牽引鋼絲繩、定滑輪、砝碼一起組成帶傳動預拉力形成機構,改變砝碼大小,即可準確地預定帶傳動的預拉力F0。兩臺電機的轉速傳感器(紅外光電傳感器分別安裝在帶輪背后的環(huán)形槽(本圖未表示中,由此可獲得必需的轉速信號。(2電測系統(tǒng)電測系統(tǒng)裝在實驗臺電測箱內,如圖1所示。附設單片機,承擔數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息記憶、自動顯示等功能。能實時顯示帶傳動過程中主動輪轉速,轉矩和從動輪的轉速、轉矩值。如通過微

6、機接口外接 PC 機,這時就可自動顯示并能打印輸出帶傳動的滑動曲線T2 及傳遞效率曲線 T2 及相關數(shù)據(jù)。電測箱操作部分主要集中在箱體正面的面板上,面板的布置如圖 3 所示。 圖3 電測箱面板布置圖在電測箱背面?zhèn)溆形C RS232 接口、主、被動輪轉矩放大、調零旋鈕等,其布置情況如圖4所示。 圖4 電測箱背面布置圖1、電源插座2、被動力矩放大倍數(shù)調節(jié)3、主動力矩放大倍數(shù)調節(jié)4、被動力矩調零5、主動力矩調零6、RS-232 接口二、實驗原理及測試方法1、轉速測量轉速的測量采用光電測速。圖5為光電傳感器結構示意圖,其上有兩個元件,一為紅外發(fā)光管,一為光敏二極管,使用時測速盤放于兩元件間,當測速盤上

7、的槽對準元件時,紅外發(fā)光管發(fā)出的光照射到光敏二極管上,光敏二極管受到照射產(chǎn)生脈沖,并將脈沖送入記數(shù)電路中進行記數(shù)。當測速盤上刻有60道槽,記數(shù)時間為1秒時,測出的數(shù)字就為每分鐘的轉數(shù)。圖5 轉速傳感器測量原理圖 兩臺電機的轉速,分別由安裝在實驗臺兩電機帶輪背后環(huán)形槽中的紅外交電傳感器上測出。帶輪上開有光柵槽,由光電傳感器將其角位移信號轉換為電脈沖輸入單片計算機中計數(shù),計算得到兩電機的動態(tài)轉速值,并由實驗臺上的LED 顯示器顯示上來也可通過微機接口送往PC 機進一步處理。(參見圖1 圖6 轉速測量原理框圖2、轉矩測量力矩屬于機械量,也稱為非電量。非電量的測試主要采用電測量的方法,它的關鍵環(huán)節(jié)是要

8、有一個把被測的非電量變換成電量的轉換裝置傳感器。傳感器的分類方法有兩種,一種是按照被測的機械量分,另一種是按傳感器的工作原理分。按被測量分,對使用目的比較明確;按工作原理分,對儀器性能比較明確。本實驗中轉矩的測量采用電阻應變式傳感器,其原理如下:測試時將應變片牢固地粘貼在試件表面上,當試件受力產(chǎn)生應變時,應變片的電阻絲也隨著變形,因而導致電阻的變化,該變化可通過測量電路測出。通常測量電路采用惠斯通電橋,將電阻的變化轉變?yōu)殡妷旱淖兓M行測量。如前所示(參見圖1實驗臺上的兩臺電機均設計為懸掛支承,當傳遞載荷時,傳動力矩分別通過固定在電機定子外殼上的杠桿受到轉子力矩的反方向力矩測得。該轉矩通過杠桿及

9、拉鉤作用于拉力傳感器上而產(chǎn)生支反力,使定子處于平衡狀態(tài)。所以得到以下結論。主動輪上的轉矩為T1=L1F1(Nm 測速盤紅外發(fā)光管光敏二極管從動輪上的轉矩為T2=L2F2(Nm式中,F1、F2為傳感器測量的拉力,L1、L2為電機中心到傳感器的距離。3、加載的原理加載是通過改變發(fā)電機激磁電壓實現(xiàn)的。逐個按動實驗臺操作面上的“加載”按扭(即逐個并上發(fā)電機負載電阻,使發(fā)電機激磁電壓加大,電樞電流增大,隨之電磁轉矩增大。由于電動機與發(fā)電機產(chǎn)生相反的電磁轉矩,發(fā)電機的電磁轉矩對電動機而言,即為負載轉矩。所以改變發(fā)電機的激磁電壓,也就實現(xiàn)了負載的改變。本實驗臺由兩臺直流電機組成,左邊一臺是直流電動機,產(chǎn)生主

10、動轉矩,通過皮帶,帶動右邊的直流發(fā)電機。直流發(fā)電機的輸出電壓通過面板的“加載”按鍵控制電子開關,逐級接通并聯(lián)的負載電阻(采用電烙鐵的內芯電阻,使發(fā)電機的輸出功率逐級增加,也即改變了皮帶傳送的功率大小,使主動直流電動機的負載功率逐級增加。 圖7 直流發(fā)電機加載示意圖4、電機的調速主動電機的直流電源由可控硅整流裝置供給,轉動電位器可改變可控硅控制角,提供給主動電機電樞不同的端電壓,以實現(xiàn)無級調節(jié)電機轉速。本實驗臺中設計了粗調和細調兩個電位器?？删_的調節(jié)主動電機的轉速值。1-4 實驗步驟一、人工記錄操作方法1、設置預拉力不同型號傳動帶需在不同預拉力F0的條件下進行試驗,也可對同一型號傳動帶,采用不

11、同的預拉力,試驗不同預拉力對傳動性能的影響。為了改變預拉力F0,如圖2所示,只需改變砝碼 8 的大小。2、接通電源在接通電源前將開關粗調電位器的電機調速旋鈕逆時針轉到底,使開關“斷開”,細調電位器旋鈕逆時針旋到底,按電源開關接通電源,按一下“清零”鍵,此時主、被動電機轉速顯示為“0”,力矩顯示為“.”,實驗系統(tǒng)處于“自動校零”狀態(tài)。校零結束后,力矩顯示為“0”。再將粗調調速旋鈕順時針旋轉接通“開關”并慢慢向高速方向旋轉,電機起動,逐漸增速,同時觀察實驗臺面板上主動輪轉速顯示屏上的轉速數(shù),其上的數(shù)字即為當時的電機轉速。當主動電機轉速達到預定轉速(本實驗建議預定轉速為12001300 轉/分左右時

12、,停止轉速調節(jié)。此時從動電機轉速也將穩(wěn)定地顯示在顯示屏上。3、加載在空載時,記錄主、被動輪轉矩與轉速。按“加載”鍵一次,第一個加載指示燈亮,調整主動電機轉速,(此時,只需使用細調電位器進行轉速調節(jié)使其仍保持在預定工作轉速內,待顯示基本穩(wěn)定(一般 LED 顯示器跳動 23 次即可達到穩(wěn)定值記下主、被動輪的轉矩及轉速值。再按“加載”鍵一次,第二個加載指示燈亮,再調整主動轉速(用細調電位器,仍保持預定轉速,待顯示穩(wěn)定后再次記下主、被動輪的轉矩及轉速。第三次按“加載”鍵,第三個加載指示燈亮,同前次操作記錄下主、被動輪的轉矩、轉速。重復上述操作,直至 7 個加載指示燈亮,記錄下八組數(shù)據(jù)。根據(jù)這八組數(shù)據(jù)便

13、可作出帶傳動滑動曲線T2及效率曲線T2。在記錄下各組數(shù)據(jù)后應先將電機粗調速旋鈕逆時針轉至“關斷”狀態(tài),然后將細調電位器逆時針轉到底,再按“清零”鍵。顯示指示燈全部熄滅,機構處于關斷狀態(tài),等待下次實驗或關閉電源。為便于記錄數(shù)據(jù),在實驗臺的面板上還設置了“保持”鍵,每次加載數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后,按“保持”鍵可使轉矩,轉速穩(wěn)定在當時的顯示值不變。按任意鍵可脫離“保持”狀態(tài)。4.實驗中應注意避免發(fā)生的問題(1加初拉力時務必使用差動滑輪,如若未使用差動滑輪,將使初拉力不足,嚴重影響實驗結果。(2砝碼的實際重量需根據(jù)砝碼上標注的兩個數(shù)字進行計算,請您自己計算。(3打開電源后需清零,按清零按鈕的時候電機轉速必須為

14、零。(4勿忘測量空載時的數(shù)據(jù)。(5電機5的轉速始終保持1200轉左右(可有20轉的誤差。(6實驗以手動記錄方式為主,計算機記錄方式為輔。實驗時手動記錄方式和計算機記錄方式同時進行,實驗報告繪制的曲線以手動記錄數(shù)據(jù)為主,如果僅做快速驗證實驗觀察結果,可只采用計算機記錄方式進行實驗。二、與計算機接口操作方法1、了解帶傳動系統(tǒng)軟件圖8 帶傳動軟件界面 如圖8所示,整個軟件界面由標題欄、菜單欄、采集數(shù)據(jù)顯示區(qū)、計算結果顯示區(qū)、曲線顯示區(qū)、誤差分析結果顯示區(qū)、剩余標準差S 相關指數(shù)R*R 結果顯示區(qū),七部分組成。整個軟件的功能是由菜單欄的下拉菜單完成的,整個菜單欄包括串口選擇、數(shù)據(jù)采集、采用模擬數(shù)據(jù)、數(shù)

15、據(jù)分析、數(shù)據(jù)擬合、打印、幫助、退出,下面分別對每一菜單功能進行說明:串口選擇串口1:在進行數(shù)據(jù)采集之前必須做這一步,用戶可根據(jù)實際硬件的搭接情況進行選擇,其中串口1在本軟件指定的位置為:3F8H (十六進制。串口2:同串口1的菜單說明,只不過串口2在本軟件中指定的位置為2F8H (十六進制。數(shù)據(jù)采集在進行串口選擇操作后,即可進行數(shù)據(jù)采集操作,在正確采集數(shù)據(jù)操作后,采集數(shù)據(jù)顯示區(qū) 曲線顯示區(qū)計算結果顯示區(qū) 誤差分析結果顯示區(qū) 剩余標準差S 相關指數(shù)R*R 結果顯示區(qū) 標題欄 菜單欄在采集數(shù)據(jù)顯示區(qū)可以看到所采集的數(shù)據(jù),它包括主動轉速N1(r/m、從動輪轉速N2(r/m、主動輪轉矩T1(Nm、被動

16、輪轉矩T2(Nm。如果在采集過程中出現(xiàn)采集不到的數(shù)據(jù),或者采集數(shù)據(jù)有錯誤,請重復數(shù)據(jù)采集這一步,或者重新進行串口選擇操作。有關數(shù)據(jù)采集的實驗臺的使用說明,請參看“幫助”下拉菜單的“實驗臺使用說明書”中有關實驗操作部分!采用模擬數(shù)據(jù)設置該項功能的目的在于如果現(xiàn)場沒有帶傳動實驗臺,無法進行現(xiàn)場采集操作,那么就可以點擊該菜單,系統(tǒng)將自動采用軟件出廠時所采集的一組數(shù)據(jù),在采集數(shù)據(jù)顯示區(qū)可以看到所采用的模擬數(shù)據(jù),用該組數(shù)據(jù),用戶可以進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)擬合、打印等一系列操作。即可以在無實驗臺的情況下進行軟件演示。數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析的功能在于:將采集的數(shù)據(jù)(主動轉速N1(r/m、從動輪轉速N2 (r/m、主動

17、輪轉矩T1(Nm、被動輪轉矩T2(Nm進行效率、滑差率的計算,并在曲線顯示區(qū)顯示功率T2、滑差率T2的曲線。如果沒有進行數(shù)據(jù)采集操作或采用模擬數(shù)據(jù)操作,系統(tǒng)會提示要求進行數(shù)據(jù)采集操作,沒有數(shù)據(jù),系統(tǒng)將不會進行數(shù)據(jù)分析操作。數(shù)據(jù)擬合在這一菜單下,有“效率曲線最小二乘法擬合”,“效率曲線指數(shù)擬合”,“滑差率曲線最小二乘法擬合”,“滑差率曲線指數(shù)擬合”四個下拉菜單,在“效率曲線最小二乘法擬合”和“滑差率曲線最小二乘法擬合”下又分別設有子菜單:“二次擬合”,“三次擬合”,“四次擬合”,“高次擬合”。在“高次擬合”中,可以輸入的擬合數(shù)為 5 到 8 次。選擇相應的擬合次數(shù)后,系統(tǒng)將會進行相應的擬合操作,

18、同時在曲線顯示區(qū)將會分別顯示出效率曲線和滑差率曲線的擬合效果,用戶可以選擇相應的擬合方式進行擬合,以達到偏差最小、相關系數(shù)最大的擬合效果。在進行擬合操作以后,可以使用計算機鍵盤上的方向鍵來移動光標,查看相應橫坐標位置的滑差率和效率數(shù)值;打印點擊該菜單可以進行打印操作,打印的結果是采集的數(shù)據(jù)和曲線顯示區(qū)顯示的曲線。幫助該菜單下有下拉菜單:“帶傳動系統(tǒng)軟件說明書”、“實驗系統(tǒng)說明書”、“關于”3項。其中“帶傳動系統(tǒng)軟件說明書”是有關軟件的功能與操作的一些說明,“實驗系統(tǒng)說明書”指的是帶傳動實驗臺的使用說明書,“關于”里有一些版本信息。退出點擊該菜單可以推出本系統(tǒng)。2、連接 RS232 通訊線在DC

19、S-型帶傳動實驗臺后板上設有 Rs232 串行接口,可通過所附的通訊線直接和計算機相聯(lián),組成帶傳動實驗系統(tǒng)。如果采用多機通訊轉換器,則需要首先將多機通訊轉換器通過 RS232 通訊線連接到計算機,然后用雙端插頭電話線,將DCS-型帶傳動實驗臺連接到多機通訊轉換器的任一個輸入口。3、啟動機械教學綜合實驗系統(tǒng) 圖9 機械教學實驗系統(tǒng)軟件初始界面如果用戶使用多機通訊轉換器,應根據(jù)用戶計算機與多機通訊轉換器的串行接口通道,在程序界面的右上角串口選擇框中選擇合適的通道號(COM1或COM2。根據(jù)帶傳動實驗在多機通訊轉換器上所接的通道口,點擊“重新配置”鍵,選該通道口的應用程序為帶傳動實驗,配置結束后,在

20、主界面左邊的實驗項目框中,點擊該通道“帶傳動”鍵,此時,多機通訊轉換器的相應通道指示燈應該點亮,帶傳動實驗系統(tǒng)應用程序將自動啟動,如圖 10 所示。如果多機通訊轉換器的相應通道指示燈不亮,檢查多機通訊轉換器與計算機的通訊線是否連接正確,確認通訊的通道是否與鍵入的通訊口(COM1或COM2一致。點擊圖 10中帶傳動的圖片,將出現(xiàn)如圖 8的帶傳動實驗系統(tǒng)界面。點擊菜單欄中的“串口選擇”命令,正確選擇(COM1或COM2,點擊“數(shù)據(jù)采集”命令,等待數(shù)據(jù)輸入。 圖10 帶傳動實驗系統(tǒng)初始界面如果用戶選擇的是帶傳動實驗臺與計算機直接連接,則在圖 9 主界面右上角串口選擇框中選擇相應串口號(COM1或CO

21、M2。在主界面左邊的實驗項目框中點擊“帶傳動”鍵,進入帶傳動實驗系統(tǒng)初始界面,如圖10,點擊圖 10中帶傳動的圖片,將出現(xiàn)如圖 8的帶傳動實驗系統(tǒng)界面。點擊菜單欄中的“串口選擇”命令,正確選擇(COM1或COM2,點擊“數(shù)據(jù)采集”命令,等待數(shù)據(jù)輸入。4、數(shù)據(jù)采集及分析(1將實驗臺粗調速電位器逆時針轉到底,使開關斷開,細調電位器也逆時針旋到底。打開實驗機構電源,按“清零”鍵,幾秒鐘后,數(shù)碼管顯示“0”,自動校零完成。(2順時針轉動粗調電位器,開關接通并使主動輪轉速穩(wěn)定在工作轉速(一般取12001300r/m左右,按下“加載”鍵再調整主動轉速(用細調電位器,使其仍保持在工作轉速范圍內,待轉速穩(wěn)定(

22、一般需 2-3 個顯示周期后,再按“加載”鍵,以此往復,直至實驗機構面板上的八個發(fā)光管指示燈全亮為止。此時,實驗臺面板上四組數(shù)碼管將全部顯示“8888”,按“送數(shù)”鍵,將所采數(shù)據(jù)送至計算機。(3當實驗機構全部顯“8888”時,計算機屏幕將顯示所采集的全部八組主、被動輪的轉速和轉矩。此時應將電機粗、細調速電位器逆時針轉到底,使“開關”斷開。(4移動鼠標,選擇“數(shù)據(jù)分析”功能,屏幕將顯示本次實驗的曲線和數(shù)據(jù)。如圖 11所示。(5如果在此次采集過程中采集的數(shù)據(jù)有問題,或者采不到數(shù)據(jù),請點擊串口選擇下拉菜單,選擇較高級的機型,或者選擇另一端口。(6移動鼠標至“打印”功能,打印機將打印實驗曲線和數(shù)據(jù)。(

23、7實驗過程中如需調出本次數(shù)據(jù),只須將鼠標點擊“數(shù)據(jù)采集”功能,然后,按下實驗臺上的“送數(shù)”鍵,數(shù)據(jù)即被送至計算機,可用上述(4(6項操作進行顯示和打印。(8一次實驗結束后如需繼續(xù)實驗,應“關斷”粗調速電位器,將細調電位器逆時針旋到底,并按下實驗機構的“清零”鍵,進行“自動校零”。同時將計算機屏幕中的“數(shù)據(jù)采集”菜單選中,重復上述第(2(6項即可。(9 實驗結束后,將實驗臺電機調速電位器開關關斷,關閉實驗機構的電源,用鼠標點擊“退出”。 圖11 實驗曲線、數(shù)據(jù)顯示主界面三、校零與標定1、校零為提高實驗系統(tǒng)的實驗準確度和穩(wěn)定性,以及方便實驗操作。本實驗臺具有“自動校零”功能,能清除系統(tǒng)的零點漂移而

24、帶來的實驗誤差。操作者在平時的實驗過程中,無需進行手動檢零操作。若因種種原因而使系統(tǒng)零點產(chǎn)生較大偏移時,則可按下述方法進行手動校正:a、接通實驗臺電源。b、松開實驗臺背面調零電位器的鎖緊螺母,同時使用萬用表接入實驗臺面板上的主、被動轉矩輸出端。調整調零電位器,使得輸出電壓在 1V 左右。c、調零結束后,再鎖緊調零電位器的鎖緊螺母即可。2、標定為提高實驗數(shù)據(jù)的精度及可靠性,實驗臺在出廠時都是經(jīng)過標定的。標定方法如下:a 、接通實驗臺電源,使實驗臺進入“自動校零”狀態(tài)(方法同前,然后調節(jié)調速旋鈕,使電機穩(wěn)定在某一低速狀態(tài)(一般可取=300轉/分左右。按“加載”鍵一次,第一個加載指示燈亮,實驗臺進入

25、“標定”狀態(tài)。b、記錄下“標定”狀態(tài)時主,被動電機轉矩的顯示值 T1.0 和 T 2.0。選定某一重量的標準砝碼,掛在實驗臺的標定桿(標定時臨時裝上。調節(jié)力矩放大倍數(shù)調節(jié)電位器,使得力矩顯示值 Ti 符合下式:Ti = mLg + Tio (N.m式中m 砝碼質量(KgL砝碼懸掛點到電機中心距離(mg 重力加速度(m/S2Ti.o 砝碼掛前的力矩顯示值。例如 m= 0.4kg;L = 0.10m; Ti.o = 0.06 N.m;則 Ti = 0.452Nm 標定結束后,應鎖緊力矩放大倍數(shù)電位器的鎖緊螺母。注意:1、由于實驗臺在出廠時都作過“校零”與“標定”工作,并將調節(jié)電位器鎖緊,所以使用者在一般情況下不要隨意再進行校準以免影響實驗正常進行。2、軟件運行環(huán)境要求:486以上微機,32M內存或更高, Windows95 或 Windows98 操作系統(tǒng),顯示分辨率 800x600以上,推薦使用1024x768,顯示顏色為16位真彩色或更高(如果運行環(huán)境達不到該要求,程序有可能不能正常運行!1-5 實驗任務1、根據(jù)實驗操作步驟,測量一組平皮帶的效率和滑動率曲線,掌握皮帶效率和滑動率的測量方法。(必做2、根據(jù)完整反映張緊力對皮帶傳動影響的原則,設計不同的張緊力,測量不同張緊力下平皮帶的效率和滑動率曲線;