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1、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2二、实验设备介绍2三、实验任务4四、实验安排4五、实验台的使用与操作51实验台各部分的安装连线52实验前的准备及实验操作6六、测试软件介绍81界面总览8数据操作面板8电机控制操作面板8下拉菜单9附录1：机械传动方案设计和性能测试综合实验任务卡12附录2：机械传动方案设计和性能测试综合实验方案书13附录3：机械传动方案设计和性能测试综合实验报告13附录4：实验系统各模块展示14附录：转矩转速传感器介绍25附录6: 实验注意事项27一、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
2、，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
3、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550WZJ型转矩转速传感器.规格 5N.m ;输出讯号幅度不小于100mV.规格 50N.
4、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=10V型带传动齿形带传动 Pb=9.525 Zb=80套筒滚子链传动 Z1=17 Z2=251台WPA50-1/10O型带3根1根08A型3根磁粉制动器额定转矩: 50 N.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
5、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34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
6、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
7、的信号口、接入工控机内卡TC-1 （300H）信号口、(见图3)。 输出端ZJ50传感器的信号口、接入工控机内卡TC-1 （340H）信号口、(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
8、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19ZJ10转矩转速传感器 中心高60mm 轴径14ZJ50转矩转速传感器 中心高70mm 轴径25FZ-5发兰式磁粉制动器 最大直径220mm 轴径25WPA50-1/10蜗轮减速器 输入轴中心高 轴径12 输出轴中心高 轴径17齿轮减速箱 中心高120mm 轴径18 中心距85.5mm轴承支承 中心高120mm 轴径(a) 18轴径(b) 14、 18(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
9、、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 正转： 输入端ZJ10型传感器电机正向转动的开启、关闭 反转： 输入端ZJ10型传感器电机反向转动的开启、关闭 正转： 输出端ZJ50型传感器电机正向转动的开启、关闭 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
10、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。电机控制操作面板下拉菜单（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
11、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
12、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
13、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 90mm4、 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25 转矩50N.mZJ50转矩转速传感器中心高H=70，轴径
14、D=25mm，最大测量转矩=50N.m底座高度 100mm5、 机械传动装置直齿圆柱齿轮减速器 中心距90mm 中心高 120mmWPA50-1/10蜗轮减速器 中心高 100mm 底座高度 120mmV带轮 直径为：70 、76、88、115、145O型V带 内周带长：630、900链轮 齿数为： 17、25滚子链 08A-171、08A-153同步带轮 齿数：18、25L型同步带 31680半联轴器 126830、146828、178840、186840、188840、188845、196840、258845、258857支承 4套 中心高 120mm支承底座 3块 高度 50mm7、联接
15、件T型螺栓M1040，25个六角螺栓M1030，15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：转矩转速传感器介绍.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
16、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。2结构原理图一为传感器的结构示意图，它由机座、端盖、扭力轴、内齿轮、外齿轮、磁钢、线圈轴承等组成。内齿轮、磁钢固定在套筒上，线圈固定在端盖上，外齿轮固定在扭力轴上，当内外齿轮发生相对转动时，由于磁通不断变化、在线圈中便感应出近似正弦波的感应电势1、2，两感应电势的初始相位差是恒定的，考虑到正反加载，0设计在大约1800位置上，当加上扭力时，扭力轴发生扭转变形。在弹性范围内外加扭矩与机械扭转角
17、成正比，这时 1、2讯号的相位差要发生变化，=0。当传感器的扭矩增加到额定值时，变化的相位大约为900。因此，测量出就等于间接测量出轴上的外加转矩，这样，传感器就实现了把机械量(扭角变化)转化成电子量(相位差变化)的过程。图二为讯号的时序波形图。此时，扭力轴的机械扭转角为3600/Z的1/4（Z为齿轮齿数）。附录6: 实验注意事项1、 传感器是精密仪器，严禁手握轴头搬运，严禁在地上拖拉。安装联轴器时严禁用铁质榔头敲打，两个半联轴器间应留有12mm的间隔。安装时，被测机械、传感器、负载三者要有较好的同轴度。2、 本实验台采用的是风冷式磁粉制动器，其表面温度不得超过80C,实验结束后应及时卸除载荷。3、 在施加载荷时，“手动”应平稳旋转电流微调旋钮，“自动”应平稳加载，并注意输入传感器的最大转矩不能超过其额定值的120%。4、 先启动主电机后加载荷，严禁先加载荷后开机。5、 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振动时，必须卸载或者紧急停车，以防电机温度过高、烧坏电机、电器及其他意外事故。6、 变频器出厂前设定完成，若需更改，必须由专业技术人员担任。
