实验四
实 验 名 称： 综合传动试验
实 验 简 介：“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。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。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 目 的：A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；B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；C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。培养学生的机构运动创新意识；培养学生的综合设计与实际动手能力。
实验项目性质： 设计性实验（课内选做/课外开放）
计 划 学 时： 4学时
面 向 专 业： 机械类
实 验 要 求：A 预习《机械设计》等课程的相关知识点内容；B预习《机械设计实验指导书》中实验目的、原理、设备、操作步骤或说明，并写出预习报告，提出设计方案；实验前没有预习报告者不能够进行实验；C 进行实验时衣着整齐，遵守实验室管理规定、学生实验守则、仪器设备操作规定等相关规定，服从实验技术人员或实验教师的指导与管理。
开 放 地 点： 教一楼——137室（机械性能测试室）
开 放 办 法： 先登陆网站进行网上预约或到实验室填写预约表进行预约，根据预约时间提前预习写出预习报告、进行实验。
开 放 时 间： 以网上公告或实验室时间安排为准
实 验 分 组： 4人/组
实 验 照 片：
实验四 综合传动试验
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=9.525 Zb=80 套筒滚子链传动 Z1=17 Z2=25 |
1台 WPA50-1/10 O型带4根 2根 08A型4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、实验原理
机械传动装置是大多数机械或机器的主要组成部分，机械传动装置的效率是恒量一个机械传动装置性能的一个重要标准。JYC机械传动性能综合测试实验台能提供这样一个平台来完成各种传统机械传动装置的效率测试。它的动力部分是一台变频调速电机，它能为被测装置提供各种不同的转速来配合实验所要求的转速，在被测传动装置的输入和输出端各装有一个转矩转速传感器，输出端还装有可调节载荷的负载，再通过转矩转速测量卡把实验数据读入工控机。
实验中，我们已知的参数有负载转矩M2，输入转速n1，被测传动装置的传动比i，通过实验我们还可测得输入转矩M1，和输出转速n2，这样我们就可以根据公式：
η=N2/N1=M2n2/(M1n1) (7-1)
实验中，这一计算由实验台控制软件自动完成。实验中，我们还可以把加载过程记录下来，利用所记录的数据，实验台控制软件可以为我们绘出被传动装置的输出扭矩——效率曲线，以便我们更深入的了解该传动装置在实际工作中效率的变化情况。
三、实验任务
1. 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。
2. 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、操作说明
1. 实验台的安装
（1）实验台应安装在环境清洁、干燥、无振动、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℃~30℃、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，并接上电源；
（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（见图2）；
（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2）；
（5）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）。
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，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、加载设备的中心高均不一致，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；
（3）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 输入轴中心高50mm 轴径Φ14 输出中心高100mm 轴径Φ17
齿轮减速箱 中心高120mm 轴径Φ18 中心距85.5mm
摆线针轮减速箱 中心高120 mm 轴径Φ20 轴径Φ35
轴承支承 中心高120 mm 轴径（a）Φ18 轴径（b）Φ14、Φ18
（4）在有带传动、链传动的实验装置中，为防止压轴力直接作用在传感器上，影响传感器的测试精度，一定要安装本实验台的专用轴承支承座；
（5）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和同轴度，以免损坏转矩转速传感器；
本实验台可进行手动和自动操作，手动操作可通过按动实验台正面的控制面板上的按钮（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
自动—手动： 选择操作方式
主电机： 开启、关闭变频电机和主电机风扇
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
（1） 实验数据测试前，应对测试设备进行参数设置和调零，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、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，守时记录数据可设为零或大于10min，意思是采用手动记录数据，不用定时记录数据，采样周期为1000ms即可；
在可显示的参数对话框内，可供显示的参数可选择n1、M1、n2、M2、N1、N2、i、η这些参数，这些参数已经打勾，可不理睬；
在设置扭矩传感器常数对话框内，用户根据输入端和输出端扭矩传感器铭牌上的标识，下确填写对话框内的系数、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；
d) 下拉菜单A分析部分
在绘制曲线的对话框内：Y坐标轴可任选一种、二种……或全选，但只限于可供显示的那几种试验参数，其余X坐标轴可设置为M2，曲线拟合法先设置为折线法，X，Y坐标值可先设置为自动，待正式测试时根据需要再做适当调整，准备完成以上步骤，参数设置即完成了。
2） 调零
a) 点击主界面下拉菜单中的T试验部分，起动输入和输出端扭矩传感器上的小电机，此时显示面板上n1和n2分别显示小电机的转速，M1和M2应分别显示传感器量程（M1一般为10±3N·m，M2一般为50±10N·m），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员旋转方向相反，转速叠加，说明小电机旋转方向正确，可进行下一步骤操作，如果此时显示面板上的小电机转速减小（可能是都减小，也可能是其中一个减小）则要重新调整小电机旋向，直到两小电机转速均与主轴转速叠加为止；
b) 小电机旋向下确后，将主轴停转，然后现次点击下拉菜单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和输出端调零框右边一个钥匙状和齿轮状按钮便可自动调零，存盘后返回主界面，调零结束。
（2） 接好实验装置、正确调零后，其手动和自动操作程序简述如下：
自动操作：
1) 打开工控机，双击桌面上的快捷方式“Test”进入软件运行界面；
2) 按下控制台电源按扭，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！然后点击“装入”按钮；
4) 通过软件运行界面电机转速调节框调节电机转速；
5) 通过电机负载调节框缓慢加载，待显示面板上的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。
手动操作：
1) 打开工控机，双击桌面上的快捷方式“Test”进入软件运行界面；
2) 按控制台电源按钮，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！！然后点击“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) 通过转动控制台电流粗调、电流微调缓慢加载，待显示面板上的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；
另外，在开动电机之前要先检查试验装置，包括线路连接、装置搭接的正确性与可靠性；测试时，加载一定要平稳缓慢，否则将影响采样和测试的精度；若实验测试结果的误差较大，应检查实验装置是否正确安装、转速转矩传感器的调零是否正确。
五、实验步骤
1、 认真阅读《实验指导书》，拟定传动方案，划出简图；
2、 布置、安装被测机械传动装置。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、 按《实验指导书》要求对测试设备进行调零，以保证测量精度；
4、 测试；打开实验台电源总开关和工控机电源开关；
5、 点击“Test”，显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；
6、 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；
7、 点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2，扭矩M1、M2等；
8、 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；
9、 启动主电机，进入“实验”。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；
10、 从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果；
11、 打印实验结果；
12、 结束测试。注意逐步卸载，关闭电源开关。
13、 分析：对实验结果进行分析；
六、注意事项
1、 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℃，实验结束后应及时卸除载荷。
2、 在施加实验载荷时，“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不应超过其额定值的120%。
3、 做实验时应先启动主电机后加载荷，严禁先加载后开机。
4、 在实验过程中，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、 变频哭出厂前设定完成，若需更改，必须由专业技术人员或熟悉变频器的技术人员担任，因不适当的设定将造成人身安全和损坏机器等意外事故。
七、实验报告要求
1. 实验报告格式：自拟；
2. 实验报告内容：传动方案简述、功能要求、方案简图、实验搭接尺寸及框图、相关参数理论计算、实测数据、图表、实验结论等；
3. 实验心得与体会。
八、思考题
1. 影响实验数据精度的因素有哪些？
2. 传动装置的布局方式对传动效率有什么影响？
