实验一 带传动实验- 机械与能源工程学院首页 - 图文

《机械设计》实验指导书

集美大学机械设计及理论教研室 集美大学机械基础实验中心

2012年8月

编

目 录

实验一 机械传动性能综合实验…………………………………………………….... 2

实验二 轴系结构设计与分析实验……………………………………………………16

实验三 减速器拆装实验………………………………………………………………19

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实验一、机械传动性能综合实验

一、 实验目的

1、通过测试常见机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、摆线针轮等）在传递运动与动力过程中的参数曲线(速度曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等),加深对常见机械传动性能的认识和理解；

2、 通过组合机械传动装置测试系统，测试由常见机械传动组成的不同传动系统的参数曲线，掌握机械传动合理布置的基本要求；

3、 通过实验认识智能化机械传动性能综合实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养进行设计性实验与创新性实验的能力。 二、实验设备结构及原理

本实验在“JCY机械传动性能综合实验台”上进行。该实验台以新型实验台的概念设计，可替代传统的单一实验台（如“带传动实验台”、“齿轮传动实验台” ）进行有关典型机械传动，“带传动”、“链传动”、“齿轮传动”、“蜗轮传动”及其它新型传动等基本实验，更可进行多级组合传动，如“带—齿轮传动”、“链—齿轮传动”、“齿轮—链传动”、“带—链传动” 等。采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。由种类齐全的机械传动装置、联轴器动力输出装置、加载装置和控制及测试软件、工控机等组成,其工作原理系统图如下：

变频ZJ扭矩被试传 ZJ扭矩负 电 机 传感器 传感器 载 动机构 扭矩测量卡 扭矩测量卡 转速调节 负载调节 工控机 实验台由变频电机作为驱动，转矩转速传感器测量机械传动装置的输入与输出转矩和转速，磁粉加载器进行转矩加载，全过程采用程控调节或手动调节,同步采样输入输出端的扭矩、转速及功率。

机械传动性能综合实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。

1 2 3 2 4 2 3 2 5 6 8 7 图1 1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件 5-加载与制动装置 6-工控机 7-电器控制柜 8-台座

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机械传动性能综合实验台外型如图2所示。

图2

实验台组成部件的主要技术参数如表1所示。

表1 序号 1 2 组 成 部 件 变频调速电机 550W 技 术 参 数 备 注 1台 3 4 5 Ⅰ.规格 10N.m ; 2台 ZJ型转矩转速传感器 输出讯号幅度不小于100mV Ⅱ.规格 50N.m; 输出讯号幅度不小于100mV 直齿圆柱齿轮减速器 i=5 1台 摆线针轮减速器 1台 机械传动装置(试件) 蜗杆减速器 i=10 WPA50-1/10 V型带传动 O型带3根 齿形带传动 Pb=9.525 Zb=80 1根 套筒滚子链传动 Z1=17 08A型3根 Z2=25 额定转矩: 50 N.m 1台 磁粉制动器 激磁电流: 2A 允许滑差功率: 1.1Kw 工控机 1台 实验台采用两个扭矩测量卡进行采样，测量精度达到±0.2%FS。

机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果。其控制系统主界面如图3所示。

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图3 实验台控制系统主界面

三、实验原理

采用模块化结构、可通过利用传动部分中不同部件的选择、组合搭配，通过支承联接，构成链传动实验台、三角带传动实验台、同步带传动实验台、齿轮传动实验台、蜗杆传动实验台、齿轮－链传动实验台、带－齿轮传动实验台、链－齿轮传动实验台、带－链传动实验台等多种单级典型机械传动及两级组合机械传动性能综合测试实验台。通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点。

实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩M (N.m)、功率N(K.w)、效率η等。并按照以下关系自动绘制参数曲线：

传功比 I=n1/n2

扭矩 M=9550 N/n (Nm)

效率 η=N2/N1= M1 n2/ M2 n1

根据参数曲线（图4所示）可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。

图4 参数曲线（示例）

四、实验步骤 1．准备阶段

（1）认真阅读《实验指导书》和《JCY机械传动性能综合实验台配套软件使用说明书》；

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（2）确定实验类型与实验内容

选择实验 (典型机械传动装置性能测试实验) 时, 可从V带传动、同步带传动、套筒滚子链传动、圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器中，选择1-2种进行传动性能测试实验；选择实验（组合传动系统布置优化实验）时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验；

（3）布置、安装被测机械传动装置（系统）。注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴度要求；

（4）按《实验台使用说明书》要求对测试设备进行调零，以保证测量精度； （5）分析实验装置所适应的机械传动装置种类和传动装置的参数范围。 2.测试阶段

（1）打开实验台电源总开关和工控机电源开关；

（2）点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；

（3）键入实验教学信息标：实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、实验日期等；

（4）点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩M1、M2等； （5）点击“分析”，确定实验分析所需项目：曲线选项、绘制曲线、打印表格等； （6）启动主电机，进入“试验”。使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可；

（7）从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果； （8）打印实验结果； （9）结束测试。（注意逐步卸载，再关闭电源开关） 3.分析阶段

（1）对实验结果进行分析；重点分析机械传动装置传递运动的平稳性和传递动力的效率或不同的布置方案对传动性能的影响;

（2）整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议等。 五、实验内容与要求

1、实验方案确定，实验设备参数确定

根据给定功率、转速、传动比等确定传动及实验方案，选择实验方案及相关参数； 2、实验装置组装与调整（见实验注意事项）；

3、实验装置所需测试性能的确定，包括效率、扭矩、转速、功率等； 4、绘制实验装置布局简图；

5、实验结果分析，绘制性能参数曲线，进行性能分析，比较各类传动性能特点。 六、使用与操作注意事项 1、实验台的安装环境及安装

(1) 实验台应安装在环境清洁、干燥、无震动、无磁场干扰、无腐蚀气体、有动力源的实验室内。环境温度为10°C～30°C、相对湿度≤85%;

(2) 实验台应放置于坚硬的地面上(不必打地基)、通过脚垫调校到水平位置; 2、实验台各部分的安装连线

本实验台的安装连线较为直观，其步骤如下：

（1） 先接好工控机、显示器、键盘和鼠标之间的连线、显示器的电源线接在工控机上、

工控机的电源线插在电源插座上;

（2） 将主电机、主电机风扇、磁粉制动器、ZJ10传感器（辅助）电机、ZJ50传感器（辅

助）电机与控制台连接，其插座位置在控制台背面右上方（见图1）;

（3） 输入端ZJ10传感器的信号口Ⅰ、Ⅱ接入工控机内卡TC-1 （300H）信号口Ⅰ、Ⅱ(见

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图2);

输出端ZJ50传感器的信号口Ⅰ、Ⅱ接入工控机内卡TC-1 （340H）信号口

Ⅱ(见图2); （4） 将控制台37芯插头与工控机连接、即将实验台背面右上方标明为工控机的插座与

工控机内IO控制卡相连(见图1、图2)。

图1

图2 3、实验前的准备及实验操作

(1) 搭接实验装置前、应仔细阅读本实验台的使用说明书,熟悉各主要设备的性能、参数及使用方法,正确使用仪器设备及测试软件;

(2) 搭接实验装置时,由于电动机、被测传动装置、传感器、加载器的中心高均不一致,组装、搭接时应选择合适的垫板、支承板、联轴器,调整好设备的安装精度、以使测量的数据精确;

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各主要搭接件中心高及轴径尺寸如下:

变频电机 中心高80mm 轴径φ19

ZJ10转矩转速传感器 中心高60mm 轴径φ14 ZJ50转矩转速传感器 中心高70mm 轴径φ25 FZ-5磁粉制动器 法兰式 轴径φ25 WPA50-1/10蜗轮减速器 输入轴轴径φ12 输出轴轴径φ17

齿轮减速器 中心高120mm 轴径φ18 中心距85.5mm 摆线针轮减速器 中心高120mm 轴径φ20 轴径φ35

轴承支承 中心高120mm 轴径(a) φ18 轴径(b) φ14、 φ18

(3) 在有带、链传动的实验装置中,为防止压轴力直接作用在传感器上、影响传感器测试精度、一定要安装本实验台的专用轴承支承座;

(4) 在搭接好实验装置后，用手驱动电机轴、如果装置运转自如、即可接通电源、开启电源进入实验操作。否则、重调各连接轴的中心高、同轴度，以免损坏转矩转速传感器; (5) 本实验台可进行手动及自动操作,手动操作可通过按动实验台正面控制面板上的按钮(见图3)、即可完成实验全过程； 控制面板中：

电源： 接通、断开电源及主电机冷却风扇 自动－手动： 选择操作方式

主电机： 开启、关闭变频电机

Ⅰ正转： 输入端ZJ10型传感器电机正向转动的开启、关闭 Ⅰ反转： 输入端ZJ10型传感器电机反向转动的开启、关闭 Ⅱ正转： 输出端ZJ50型传感器电机正向转动的开启、关闭 Ⅱ反转： 输出端ZJ50型传感器电机反向转动的开启、关闭 电流粗调： FZ50型磁粉制动器加载粗调 电流微调： FZ50型磁粉制动器加载微调

图3

（6） 实验数据测试前、应对测试设备进行参数设置与调零、以保证测量精度，其具体步

骤如下： 1)参数设置

a） 打开工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面； b） 按下控制台电源按钮、控制台上选择自动、按下主电机按钮； c） 下拉菜单C设置部分

在报警参数对话框内第一报警参数、第二报警参数不必理睬，定时记录数

据可设置为零或大于10Min、意思为采用手动记录数据、不用定时记录数据，采样周期

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为1000ms即可；

在可供显示的参数对话框内，可供显示的参数已经打勾，故此对话框可不理睬（可供显示的参数也就是显示面板上所能显示的参数）；

在设置扭矩传感器常数框内，用户根据输入端扭矩传感器和输出端扭矩传感器铭牌上的标识、正确填写对话框内系数、扭矩量程和齿数，框内的小电机转速和扭矩零点可暂不填入；

C设置部分的配置流量传感器串口参数与设定压力温度等传感器参数两对话框，如果本实验台不能做压力、温度、流量等方面的测试,则可不理睬； d) 下拉菜单A分析部分

在绘制曲线的对话框内:Y轴坐标名称可任意选择一种、二种?或全选,但局限于可供显示的那几种试验参数。其余X轴坐标名称先设置为t、曲线拟合法先设置为折线法, x、y坐标值先设置为自动，待正式测试时根据需要再作适当调整。准确完成以上步骤、参数设置即完成； 2）调零

a） 点击主界面下拉菜单中的T试验部分，起动输入端扭矩传感器和输出端扭矩传感

器上部的小电机，此时显示面板上n1和n2应分别显示小电机的转速、M1和M2应分别显示传感器扭矩量程（M1一般为10±3Nm、M2一般为50±10Nm）。然后点动电机控制操作面板上的电机转速调节框、调节主电机转速，如果此时小电机和主轴旋转方向相反、转速叠加，说明小电机旋转方向正确、可进行下一步骤。如果此时显示面板上n1和n2数值减小（可能n1数值减小、可能n2数值减小、也可能n1n2数值均减小）则要重新调整小电机旋向、直至两小电机转速均与主轴转速叠加为止;

b） 小电机旋向正确后、将主轴转速回调至零，然后再次点击下拉菜单C设置部分选择T、系统再次弹出‘设置扭矩转速传感器参数’对话框，此时只需分别按下输入端和输出端调零框右边一钥匙状按钮、便可自动调零，存盘后返回主界面、调零结束；

（7） 接好实验装置、正确调零后，其手动操作和自动操作程序简述如下： a、自动操作

1）打开工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面;

2）按下控制台电源按钮、 控制台上选择自动、按下主电机按钮（如调零后未关机而直接进行自动操作，以上两项可免）;

3）在主界面被测参数数据库内、填入实验类型、实验编号、小组编号、指导老师、实验人员等。切记！实验编号必须填写、其它可填可不填、然后‘装入’，即按动数据操作面板中被测参数装入按钮;

4）通过软件运行界面电机转速调节框调节电机速度;

5）通过电机负载调节框缓慢加载，待显示面板上数据稳定后按动手动记录按钮记录数据，加载及手动记录数据的次数则视实验本身的需要而定; 6）卸载后打印出数据和曲线图; 7）关机；

b、手动操作

1） 工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面;

2） 按下控制台电源按钮、接通电源，同时选择手动、按下主电机按钮;

3） 在主界面被测参数数据库内、填入实验类型、实验编号、小组编号、指导老师、

实验人员等。切记！实验编号必须填写、其它可填可不填、然后‘装入’，即按动数据操作面板中被测参数装入按钮;

4） 通过软件运行界面电机转速调节框调节电机速度;

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5） 通过转动控制台电流粗调、电流微调缓慢加载，待显示面板上数据稳定后按动

手动记录按钮记录数据。加载及手动记录数据的次数则视实验本身的需要而定; 6） 卸载后打印出数据和曲线图; 7） 关机。

4、实验注意事项

（1）本实验台采用的是风冷式磁粉制动器、注意其表面温度不得超过80°C，实验结束后应及时卸除载荷;

（2）在施加试验载荷时，“手动”应平稳地旋转电流微调旋钮、“自动”也应平稳地加载，并注意输入传感器的最大转矩分别不应超过其额定值的120%;

（3）无论做何种实验、均应先启动主电机后加载荷，严禁先加载荷后开机;

（4）在试验过程中、如遇电机转速突然下降或者出现不正常的噪声和震动时，必须卸载或紧急停车（关掉电源开关），以防电机温度过高、烧坏电机、电器及其它意外事故; （5）注意检查各类减速器润滑油实验时的润滑状态;

（6）传感器本身是一台精密仪器、严禁手握轴头搬运（对于小规格尤其要注意）；严禁在地上拖、拉；在安装联轴器时，严禁用铁质榔头敲打; （7）实验台不工作时、应切断电源。

七、实验结果与思考题

1、绘制您所设计的机械传动实验方案布局简图。

2、对实验结果进行分析，并比较各类机械传动的性能特点。

3、您在实验装置组装与性能测试的过程中，有无遇到什么问题？您是如何解决的？有何新设想或新建议等？

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附：JCY机械传动性能综合实验台配套软件说明书

该配套软件是为机械传动性能实验台专门编写的软件，本软件用BORLAND C++BUILDER5编写，主要由下拉菜单、显示面板、电机控制操作面板、数据操作面板、被试件参数数据库、测试记录数据库六大部分构成，其优点是，贴近用户、使用方便、功能强大、操作简单。 快速入门及注意事项: 1、运行软件:

双击桌面的快捷方式就能进入该软件运行环境了。 2、界面总览

以上就是软件的运行界面，主要由： （1）下拉菜单

（2）显示面板

（3）电机控制操作面板

（4）数据操作面板

（5）被测参数数据库

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（6）测试记录数据库

六部分组成，其中电机控制操作面板主要用于控制试验台架，下拉菜单中可以设置各种参数，显示面板用于显示试验数据，测试记录数据库，用于存放并显示临时测试数据，被测参数数据库,用来存放被测参数, 数据操作面板主要用来操作两个数据库中的数据。

一、数据操作面板主要由数据导航控件组成，其作用主要是对被测参数数据库和测试记录数据库中的数据进行操作。其中:

数据导航控件:

这些按钮的作用依次是,前进一个记录、插入一个记录、前进至最后一个记录 、删除当前记录、编辑记录、确认编辑有效、放弃编辑、添加一个记录。

二、电机控制操作面板由电机转速调节框、被测件参数装入按钮，测 试参数自动采样按钮、停止采样按钮、手动采样按钮、主电机电源开关按钮、电机负载调节框及负载满度调节滑竿构成。

1、电机转速调节框:

通过调节此框内数值可改变变频器频率，进而调节电机转速，变频器最高频率由变频器设置。

2、被测参数装入按钮:

根据被试件参数数据库表格中的“实验编号”，装入与编号相符的实验数据，并在下面表格中显示。

3、测试参数自动采样按钮:

试验台开始运行后，由计算机自动进行采样并记录下采样点的各参数，按下此按钮后，用户对数据的采样无须干预。

4、停止采样按钮:

按下此按钮，计算机停止对试验数据进行采样。 5、手动采样按钮:

如果用户选择手动采样方式，那么在整个试验期间，用户必须在认为需要采集数据的时刻按下此按钮，计算机会将该时刻采集的试验数据填入下面表格中显示并等待用户进行下一个采样点的采样。

6、主电机电源开关:

按下此按钮可以打开关闭主电机电源，并且通过图象显示当前电机电源状态。（由于此开关影响继电器寿命，故现为虚设，主电机电源开关现设置于工作台控制面板上。）

7、电机负载调节框:

控制此调节框，计算机将控制电机负载的大小（磁粉制动器）。调节框数值为0-100可调，负载满度由后面的满度调节滑竿控制。

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三、下拉菜单由文件，设置，试验，分析四部分组成。 1、文件菜单:

文件主菜单内包括退出系统菜单项，选择此菜单项将退出本软件系统。 2、设置菜单:

设置主菜单内包括“基本试验常数”，“选择测试参数”，“设定转矩转速传感器参数”，“配置流量传感器串口参数”，“设定压力温度等传感器参数”菜单项。

a.选择“基本试验常数”菜单项，将弹出设置报警参数窗口

用户可根据实际情况进行参数的选择填写，其中要注意的是“定时记录数据”框内数据为计算机对试验数据采样的时间，单位为分钟，本实验台测试时以手动数据采样为佳，故一般“定时记录数据”框内数据设置为0或大于10。采样周期为计算机自动采样时连续采集两个采样点时间隔的时间，定为1000ms即可。其余第一报警参数，第二报警参数框可不予理睬。

b.“选择测试参数”被选中时，系统弹出“选择试验时应显示的测试参数”对话框

用户可以根据自己的需要选择显示的参数，开始测试时计算机将根据用户的选择来显示相应的数据。本实验台如无压力、温度、流量测试项目的话，可供显示的试验参数共8项，对话框内打勾之处即是。

c.选择“设定转矩转速传感器参数”时，系统弹出“设置扭矩转速传感器参数”对话框

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用户应根据输入端扭矩传感器和输出端扭矩传感器铭牌上的标识正确填写对话框内系数，扭矩量程和齿数。

注意:填写小电机转速时，用户必须启动传感器上小电机，此时测试台架主轴应处于静止状态，按下小电机转速旁一齿轮图标按钮，计算机将自动检测小电机转速，并填入该框内。当主轴转速低于100转/分钟时，必须启动传感器上小电机且小电机转向必须同主轴相反！机械台架每次重新安装后都需要进行扭矩的调零，但是没必要每次测试都进行调零。 调零时要注意，输入和输出一定要分开调零。调零分为精细调零和普通调零，当进行精细调零时，要先断开负载和联轴器，然后主轴开始转动，进行输入调零，接下来接好 联轴器，主轴转动，进行输出调零。当进行普通调零时则没有这么麻烦，无须断开联轴器，直接开动小电机进行调零就可以了。但小电机转动方向必须与主轴转动方向相反，处于零点状态时用户只需按下调零框右边一钥匙状按钮，便可自动调零。

d.选择“配置流量传感器串口参数”时，将会弹出“配置设备串行口”对话框

根据实际情况，本实验台测试时，无需理睬此对话框

e.选择“设定压力温度等传感器参数”，将弹出“传感器常数”对话框

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用户可根据传感器的使用说明进行正确配置并调节零点。如实验台没有压力、温度测试内容，则可不理睬此对话框。 3、试验菜单:

试验主菜单内包括“主电机电源”，“输入端小电机p正转电源”，“输入端小电机p反转电源”，“输出端小电机p正转电源”，“输出端小电机p反转电源”，“开始采样”，“停止采样”，“记录数据”，“覆盖当前记录”菜单项。

a.主电机电源，功能相当于电机控制操作面板上的主电机电源按钮。

b.输入端输出端小电机正反转电源，此四个菜单项可分别控制输入端输出端传感器上小电机的正反转，以保证测试时小电机转向同主轴转向相反。

c.开始采样，功能相当与电机控制操作面板上的开始采样按钮。 d.停止采样，功能相当与电机控制操作面板上的停止采样按钮。 e.记录数据，功能相当与电机控制操作面板上的手动记录数据。 f.覆盖当前记录，此菜单项将新的记录替换当前记录。

4、分析菜单:

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2、将测得的各种螺栓直径填入下表：

名 称 轴承旁联接螺栓直径 盖与座联接螺栓直径 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 起盖螺钉直径 吊环螺钉直径

3、将测得的箱体有关尺寸填入下表： 名 称 符 号 齿轮减速器 a1 中心距 a2 中心高 h 机座壁厚 δ1 机盖壁厚 δ2 机座凸缘厚度 b1 机盖凸缘厚度 b2 大齿轮顶圆距内机壁距离 △1 机座筋厚 m1 机盖筋厚 m2 机座底凸缘厚度 b3 凸台高度 h1 七、思考题：

1、减速器各主要附件的作用是什么？

2、轴承端盖有哪些结构形式？各有什么特点？

3、一对相互啮合的齿轮，其齿宽应如何考虑？

符 号 d1 d2 d3 d4 d5 d6 齿轮减速器 蜗轮减速器 蜗轮减速器 20

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