机械传动实验指导书.docx

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机械传动实验指导书

机械设计制造及自动化专业实验

机械传动系统方案设计和性能测试

实验指导书

五、实验步骤..........................................................................................5

一、实验目的

1.掌握机械传动合理布置的基本要求，机械传动方案设计的一般方法，并利用机械传动综合实验台对机械传动系统组成方案的性能进行测试，分析组成方案的特点；

2.通过实验掌握机械传动性能综合测试的工作原理和方法，掌握计算机辅助实验的新方法。

3.测试常用机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）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；

二、实验设备介绍

1实验台系统组成

“机械传动性能综合测试实验台”由机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机几个模块组成，另外还有实验软件支持。

系统性能参数的测量通过测试软件控制，安装在工控机主板上的两块转矩转速测试卡和转矩转速传感器联接，如图1和图2所示。

图1机械传动测试系统组成示意图

1-变频调速电机2-联轴器3-转矩转速传感器4-实验传动装置

5-加载与制动装置6-工控机7-电器控制柜8-台座

图2实验台机构布局

实验台组成部件的主要技术参数如表1所示。

表1

组成部件

技术参数

备注

变频调速电机

550W，同步转速1500r/min

ZJ型转矩转速传感器

Ⅰ.规格10N.m;

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

机械传动装置（试件）

直齿圆柱齿轮减速器i=5

蜗杆减速器i=10

V型带传动

齿形带传动Pb=9.525Zb=80

套筒滚子链传动Z1=17Z2=25

摆线针轮减速器i=9

1台

WPA50-1/10

O型带3根

1根

08A型3根

磁粉制动器

额定制动转矩:

50N.m

激磁电流:

2A

允许滑差功率:

1.1Kw

加载装置

工控机

IPC-810B

控制电机和负载采集数据

打印曲线

三、实验任务

在“机械传动性能综合测试实验台”上能开展典型机械传动装置性能测试、组合传动系统布置优化和新型机械传动性能测试三类实验。

学生根据实验任务自主设计实验方案和写出实验方案书，搭接传动系统进行测试，分析传动系统设计方案，写出实验报告。

实验方案书内容包括已知条件、实验目的、机械传动系统运动参数和组成方案设计、机械传动系统性能测试原理、实验步骤和注意事项。

在实验中观察测试系统运行情况，采集传动性能数据，测绘实验系统。

实验报告内容包括测试系统平面布置图、实验曲线和分析结果等。

四、实验台的使用与操作

图3实验控制台背面接口示意图

1实验台各部分的安装连线

（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3）。

（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（见图4）。

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Ⅰ、Ⅱ（见图4）。

（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D/A控制卡相连（见图3、图4）。

图4工控机插卡示意图

2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。

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法兰式磁粉制动器最大直径220mm轴径φ25

WPA50-1/10蜗轮减速器输入轴中心高轴径φ12

输出轴中心高轴径φ17

齿轮减速箱中心高120mm轴径φ18中心距85.5mm

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5）、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：

FZ5型磁粉制动器加载粗调

电流微调：

FZ5型磁粉制动器加载微调

图5实验台操作面板

五、测试软件介绍

1．测试软件界面总览

图6主界面

２．数据操作面板

用于对被测参数数据库和测试记录数据库进行操作。

３．电机、负载控制操作面板

（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。

在调节框里输入负载后，点击“调载”后，计算机立即自动调节磁粉制动器的大小。

４．下拉菜单

（1）设置菜单

设置菜单对本实验台有效的菜单项包括“基本试验参数”，“选择测试参数”，“设定转矩转速传感器参数”。

图7“设置”下拉菜单

图8基本实验参数

图9选择测试参数

图10扭矩传感器参数设置界面

设置报警对话框可取默认值。

设置扭矩传感器对话框中有传感器参数、传感器转速设置和扭矩调零。

传感器参数可从传感器铭牌上找到。

传感器转速设置时，主电机静止，启动传感器上小电机，按下小电机旁的齿轮按钮，计算机自动检测小电机转速并填入框内。

图11扭矩传感器自动调零设置界面

每次实验台重新安装时需要扭矩调零。

扭矩调零时，启动小电机，按下钥匙按钮（输入扭矩调零/输出扭矩调零）便可进入自动调零界面。

注意小电机转向要求和主电机相反。

保证小电机转向和主电机转向相反的步骤：

在试验菜单上选择主电机电源和输入端小电机正转电源，在主电机控制操作面板上加速，如显示面板上的转速增加，说明此时的输入端小电机转向和主电机转向相反。

进入自动调零界面后，先点击“清楚所有零点”按钮，然后点击“自动调零”按钮，稍等片刻后，计算机即可自动调零并显示相应数据，最后点击“OK”按钮保存数据并推出调零界面。

（2）试验菜单

图12试验菜单

这里的命令和电机控制操作面板上的按钮等效。

（3）分析菜单

图13分析菜单

用户可根据实验需要，选择要绘制的曲线并打印结果。

图14绘制曲线选项

六、实验步骤

1、设计机械传动系统方案

2、根据设计方案安装被测实验装置，注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴度要求

3、调试实验设备，对测试设备进行调零，以保证测量精度；

（1）保证小电机的转向和主轴的转动方向相反

选择图12实验菜单上的“输入端小电机P正转电源”和“输出端小电机r反转电源”，然后将图10中输入端小电机和输出端小电机转速都置为零（直接删除即可）。

再点击主界面上的测试参数自动采样按钮，此时转速面板上显示出来的转速为小电机转速。

接着在电机转速调节框里输入一个转速值（如500r/min），让电机转动起来，此时如果转速面板的输入端转速n1和n2都增加，则表示传感器上的小电机转向和主轴转动的方向相反，如哪一个减小，则表示转向相同，此时就需要重新设置小电机的转向。

（2）对两端传感器进行调零

点击图7“设置”下拉菜单中的“设置转速转矩传感器参数”菜单，进入如图10扭矩传感器参数设置界面，对两端的传感器进行调零。

其中文本框的传感器参数可以从传感器铭牌上找到，并将其输入到文本框。

首先点击齿轮状的按钮测试出小电机转速，然后分别点击“输入扭矩调零”和“输出扭矩调零”进入调零界面。

进入后点击“清除所有零点”按钮将原有所有零点清除，然后再点击“自动调零按钮”让软件自行调零，最后点击“OK”按钮退出调零界面。

（3）温度系数的修正

传感器调零后，回到扭矩传感器参数设置界面，如果实验时的环境温度不等于传感器标定时的温度，则需要对其进行修正。

用温度计测试出实验时的环境温度，然后将其输入到测量时的环境温度文本框里最后保存退出。

4、设置实验参数

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；点击“设置”确定实验测试参数：

转速n1、n2扭矩M1、M2等；

5、加载实验

实验时，在电机转速调节框里输入一个转速（如1000r/min），并使电动机转速加快至接近同步转速后，再进行加载实验。

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15组左右即可，注意在加载时不要让电机超载；

6、分析实验结果，从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果。

7、结束测试。

注意逐步卸载，关闭电源开关。

附录1机械传动方案设计和性能测试综合实验报告

1．实验目的

2．实验台主要仪器及设备

3．实验原理

4．实验步骤

5．实验数据及曲线

列出实验数据表和绘制传动系统特性曲线

6．实验分析和结论

7．实验总结

总结经验教训，提出合理化建议。

附录2实验系统各模块展示

1、工作台和控制柜

实验平台总图

实验台平面图

2、工控机

3、三相变频调速电机和输入端转矩转速传感器

转矩转速传感器结构图

ZJ5转矩转速传感器中心高H=80，轴径D=14mm，最大测量转矩=5N.m

底座高度90mm

4、磁粉制动器和输出端转矩转速传感器

FZ-5发兰式磁粉制