【知识目标】

1.各种机械传统装置的基本原理。

2.各种机械传统装置的基本特性和特点。

【技能目标】

1.掌握机械传动系统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、齿轮传动及蜗杆传动等)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。

4.5.1　实验设备

①机械传动性能综合测试实验台。

②扳手、拉马、橡皮锤、百分表。

4.5.2　实验内容

①测试各种减速器在不同负载下的传动效率。

②根据测试数据绘制传动效率-负载曲线、功率-负载曲线和转速-负载曲线。

4.5.3　实验原理

(1)选择机械传动类型的主要参考指标

选择机械传动类型所依据的主要指标是效率高、外廓尺寸小、质量小、运动性能良好及生产成本低。在选择具体的传动类型时,需要综合考虑,对比各设计方案具体的技术经济指标后才能得出结论。传动效率是评价传动性能的主要指标之一。不断提高传动效率,就能节约动力,降低运行成本。在机械传动中,功率的损失主要由轴承摩擦、传动零件间的相对滑动和搅动润滑油等原因造成,所损失的能量绝大部分将转化为热量,如果损失功率过大,将会使工作温度超过允许的限度,导致传动失效。因此,传动效率低的传动装置一般不宜用于大功率的传递。

(2)各种常见机械传动装置的效率

各种传动机构的传动效率见表4.6。

表4.6　各种传动机构的传动效率

注:表中数据部分源于《机械设计手册》(闻邦椿主编)。

(3)传动实验台系统组成

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、加载装置及工控机模块组成。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连接,如图4.46 和图4.47 所示。

图4.46　机械传动测试系统组成示意图

图4.47　传动实验台构成图

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

(4)实验台主要组成部件性能参数

实验台组成部件主要技术参数见表4.7。

表4.7　实验台组成部件主要技术参数

续表

4.5.4　实验步骤

(1)实验前的准备

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,因电动机、被测传动装置、传感器、加载器的中心高均不一致,故组装和搭接时应选择合适的垫板、支承板和联轴器,调整好设备的安装精度,以使测量的数据精确。(www.daowen.com)

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,重调各联接轴的中心高、同轴度,以免损坏转矩转速传感器。

(2)启动测试软件,进行实验参数设置

如图4.48 所示,软件启动后,出现图示界面。先单击“开始采集”按钮,让程序与实验台通信,再选择“设置选项”下拉菜单,选中“转矩转速传感器设置”,进入图示界面。

(3)设置转矩转速传感器参数

进入设置界面后,根据传感器铭牌上的信息,将传感器标定系数、扭矩量程、齿数输入相应的位置;单击“小电机正转”或“小电机反转”按钮,将传感器上的小电机启动起来。注意小电机的转动方向一定要与主动电机转动的方向相反。

(4)传感器初始值调零

如图4.49 所示,当小电机启动后,主电机没有设置转速时,传感器测量出来的n1,n2,T1,T2 应都为零。但是,因安装、小电机转速波动的原因,实际测量出来的初始值可能不为零,故需要对传感器进行调零。单击“调零”按钮,系统自动对转速进行调零;单击“同步零点”按钮,系统自动对转矩进行调零。

图4.48　测试软件界面

图4.49　传感器参数设置界面

(5)设置主电机转速

主电机转速设置应注意,不能将主电机的转速设置过高,否则容易发生安全事故。系统限制主电机的转速为1 500 r/min,因此实验时,应将转速设置在1 000~1 200 r/min 较为合理。在如图4.48 所示的设定转速文本框里输入相应的转速(一般1 200 r/min),然后单击“设定转速”按钮,将指令发送给实验台,系统会自动调节主电机转速,使之稳定在设定转速上。

(6)设置负载

实验时,应从空载开始往上加载。在加载前,首先单击“采点”按钮,将空载下的数据采集下来;然后在“加载”文本框里输入负载,输入后单击“加载”按钮,将指令发送给实验台,系统会自动调节磁粉制动器的负载,使之稳定在设定的负载上。待系统稳定后,再单击“采点”按钮,将该负载下的数据采集下来。加载时,由于磁粉制动器的最大加载载荷为50N·m,因此,加载载荷的上限会受到系统设定的限制。当超过系统设定的上限时,将无法进行加载。加载时,要注意这一点。

(7)曲线拟合

当加载到最高载荷时,并将此载荷下的数据采集后,应立即进行卸载,单击“完全卸载”按钮,系统会自动进行卸载。待系统重新稳定以后,再单击“停止电机”按钮,系统会自动将主电机转速降至零。此时,选择“数据分析处理”下拉菜单,选择多项式拟合次数(一般选择4 或5次多项式),系统会根据采集的数据拟合出一条传动效率曲线,如图4.50 所示。

图4.50　实验曲线拟合

(8)退出测试系统软件

实验完成后,应及时退出测试系统。在退出前,应先将传感器的小电机关闭,单击如图4.49所示界面上的停止按钮,分别将对应的传感器小电机停止,然后再依次单击“停止采集”按钮、“退出系统”按钮,完全退出该测试软件。

4.5.5　数据处理

实验数据测试完毕后,需要根据实验数据绘制相应的曲线来分析本次实验。图4.51 中依次为蜗杆减速器的η-T2 曲线、T1-T2 曲线、P1-T2 曲线、n1-T2 曲线。

图4.51　绘制测试曲线

4.5.6　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1~2 mm 的间隔。安装时,被测机械、传感器和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80 ℃。必要时,应强制散热。实验结束后,应及时卸除载荷。

③实验时,先启动主电机后加载荷,严禁先加载荷后启动主电机。

④在试验过程中,如遇电机转速突然下降或出现不正常的噪声和振动时,必须卸载或紧急停车,以防电机温度过高烧坏电机和电器,以及发生其他意外事故。

⑤变频器出厂前设定完成,若需更改,必须由专业技术人员设置。

4.5.7　思考题

①测量前,为什么需要对传感器相应参数调零?

②传感器上的小电机为什么要在测量低速时开启,并且与主轴转动的方向相反?

③测量时,为什么需要待系统稳定以后方能采集数据?