机械制造行业机械传动性能测试和系统方案设计.docx
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机械制造行业机械传动性能测试和系统方案设计
机械传动系统方案设计和性能测试综合实验指导书
一、实验目的
1.培养学生根据机械传动实验任务，进行自主实验的能力。
实验在“机械传动性能综合测试实验台”上进行，实验室提供机械传动装置和测试设备资料，学生根据实验任务自主设计实验方案，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。
2.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；
3.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。
4.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
“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。
学生可以根据自己的实验方案进行传动连接、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。
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
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
ZJ型转矩转速传感器
Ⅰ.规格5N.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
1台
WPA50-1/10
O型带3根
1根
08A型3根
磁粉制动器
额定转矩:
50N.m
激磁电流:
2A
允许滑差功率:
1.1Kw
加载装置
工控机
IPC-810A
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。
在本科生主要进行第二类实验，即组合传动系统布置优化设计。
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、实验安排
本实验指导书将在网络上发布，学生在实验前仔细阅读和研究实验指导书和相关的文件。
在机械传动内容讲授完毕后，授课老师安排学生试验任务。
实验分成小组进行，每组3~4人，同时可有两组进入实验室。
每组同学要通过阅读实验指导书了解实验设备、使用与操作、测试软件和传动设计已知条件，参考附录2的实验方案书写好方案书，方案书经实验指导老师认可后，学生方可进行实验，实验系统搭接完后经实验指导老师检查通过后方可开启电机。
在实验中观察测试系统运行情况，利用实验软件采集数据和打印相关数据曲线，测绘实验系统，进行结果分析，参考附录3写出实验报告。
五、实验台的使用与操作
图2实验控制台背面示意图
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2）。
（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3）。
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3）。
（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2、图3）。
图3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发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4）、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4实验台操作面板
六、测试软件介绍
1．界面总览
图5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．电机控制操作面板
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“基本试验常数”，“选择测试参数”，“设定转矩转速传感器参数”。
图6设置菜单
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。
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，按下钥匙按钮便可自动调零。
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。
（2）试验菜单
图7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8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。
附录1：
机械传动方案设计和性能测试综合实验任务卡
任务卡1：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷有冲击，工作机距原动机较远
任务卡2：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷有冲击，要求传动比准确
任务卡3：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷平稳，工作环境有粉尘，要求传动比准确
任务卡4：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷有冲击
任务卡5：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷有冲击，要求传动比准确
任务卡6：
设计参数：
工作机功率
，工作机转速
工作条件：
载荷平稳，工作环境有粉尘，要求传动比准确
实验要求：
设计满足条件的机械传动系统，按照所设计传动系统的组成方案在综合实验台上搭接机械传动性能综合测试系统，分析传动系统的性能。
参考附录2写出实验方案书，参考附录3写出实验报告。
附录2：
机械传动方案设计和性能测试综合实验方案书
1．实验目的
2．实验原理
3．实验步骤
4．注意事项
附录3：
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4：
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发兰式磁粉制动器最大直径220mm轴径φ25转矩50N.m
ZJ50转矩转速传感器中心高H=70，轴径D=25mm，最大测量转矩=50N.m
底座高度100mm
5、机械传动装置
直齿圆柱齿轮减速器中心距90mm中心高120mm
WPA50-1/10蜗轮减速器中心高100mm底座高度120mm
V带轮直径为：
70、76、88、115、145
O型V带内周带长：
630、900
链轮齿数为：
17、25
滚子链08A-1
71、08A-1
53
同步带轮齿数：
18、25
L型同步带3
16
80
半联轴器Φ12
Φ68
30、Φ14
Φ68
28、Φ17
Φ88
40、Φ18
Φ68
40、
Φ18
Φ88
40、Φ18
Φ88
45、Φ19
Φ68
40、Φ25
Φ88
45、Φ25
Φ88
57
支承4套中心高120mm
支承底座3块高度50mm
7、联接件
T型螺栓M10
40，25个
六角螺栓M10
30，15个
平垫圈GB95-85-10，40个
柱销L=26,29，各20根
8、辅助工具
开口扳手
活动扳手
一字起和十字起
内六角扳手
拉马
机油壶
附录５：
转矩转速传感器介绍
１.概述
ZJ型转矩转速传感器（简称传感器）是根据磁电转换和相位差原理，将转矩，转速机械量转换成两路有一定相位电压讯号的一种精密仪器，它一般与转矩转速（简称测量仪）配套使用，能直接测量各种动力机械的转矩与转速（即机械功率），具有测量精度高，操作简便，显示直观，测量范围广等优点，可以测量轴静止状态至额定转速范围的转矩，广泛应用于：
A．各种发动机的台架试验；
B．各种电机的转矩、转速及功率测试；
C．各种不同类型水泵、液压泵的转矩、转速及功率测试；
D．各种类型的风机的转矩、转速及功率测试；
E．各种减速器、变速器的转矩、转速及功率测试；
F．各种家用电器设备旋转轴的转矩、转速及功率测试。
G．各种旋转机械的转矩、转速及功率测试。
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