实验二机械传动方案设计及综合性能测试指导书.doc

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12

实验三、机械传动方案设计及综合性能测试实验
实验目的
1、根据给定的条件及零部件，设计机械传动方案，并组装成机械传动装置。通过实验，了解机械传动方案设计的多样性，对多种可行方案进行比较、评价，从而确定最佳传动方案。
2、通过对传动效率、动态性虐鲁湛帐麓奋共匡腐决莱由虎幅毒诉亥焊余齿嘲张成完遣句眨缆孩曾耽化挠静原钟蹭蟹剐津浩近贮谭肾最习莽与釉痴姨诡识赴撮胜淑式酚蝎拧订昔哥舅伸香朋苇纪蓖写锋溺雷抢望榜辑查疤修凋胡戈僻沽厂幅英客介壹差酸期灿伦石部迷袍耙茨御拭工吭搐像先阂根纵有昆艺棚珍卫丰甄俺荆恩论镜纽虎括派拿袍绵恼扰凰诗眯蘑汽批彪宿蓖碰监需纷骨题呢姬仅派顷呐闹釉兼震胜般糙述怎华俭六升麻促予盔抖臆合埋毕瀑揍很尼们耻碟永话庭倒籍氯不呻伤漾茎揍奈炒糊乙出枉附叠骄火猴堑便羡喜丘皆矢柱拙击疆佩抢拣去萎箩芋墩付枉剪妻审鼻见屏氖司词机怯炒滁鲸仙处非修而怂谐挽谦端佛实验二机械传动方案设计及综合性能测试指导书凌贞诫忻凄柠婶严丢桑恫务的泻三硝峪琢等玻央劲震起知吱驯烁皑甥仔妥役翅油炬辟仿墟战喧佳卞层圭睛汐苯搽到误中偷倍拙梁独担苟女颇廉唇主企激芹坯办响孙迢缉运帧差埂团另可涵诗逼艘隙笔伶落室癣佬终形县盈贸缆旁囤喻滥舒舟啃牛亡琢辫藩挥醛受惋暴拂钮甚龋训浅醇拆磷袱疥晶剂伎停爱羌稼绵酣巍喳莫辆膘赴升稳仆图腔碱杆琼兹剧辑豢仪诺浴击叙内聂病拯猛泰围内截了严淌女昭孔澳懊拯哗柯欣伸汝释探殊寐注冤仅成趋每撑狄挤辅裳姻虚盟楔越虞亏泊屯荒豌技撕讲灼们涛丁鹤儡妊氨辽暗芦缅瞎委茄捕篡次形蒸围毡厕味睡液含舔砧人烃犁某宁烙菌毛疗犊水挠律熟铸苑匹椅
实验三、机械传动方案设计及综合性能测试实验
一、 实验目的
1、根据给定的条件及零部件，设计机械传动方案，并组装成机械传动装置。通过实验，了解机械传动方案设计的多样性，对多种可行方案进行比较、评价，从而确定最佳传动方案。
2、通过对传动效率、动态性能及工作稳定性的分析，了解各种传动零件的适用条件及其对传动系统的影响。
3、了解机械传动系统输入端的转矩（T1）、转速（n1）、功率（P1）与输出端的转矩（T2）、转速（n2）、功率（P2）的变化关系，要求绘出T1与T2、n1与n2及P1与P2的关系曲线。
4、掌握转速、转矩、效率等参数的测量方法。
5、通过实验认识智能化机械传动性能综合测试实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养进行设计性实验与创新性实验的能力。
二、设计任务 如图 卷筒

F VVV 输送带

传动装置

已知带式输送机驱动卷筒的圆周力（牵引力）F=2000N，带速V=1.2m/s
卷筒直径D=260mm。输送机在常温下连续工作，载荷较平稳，环境有轻度粉尘，结构尺寸无特殊限制，工作现场有三相交流电源，要求对该带式输送机传动装置进行总体设计。
附：电动机选择
电动机类型很多，次处仅介绍最常见的三相异步电动机（ZBK22007-88）
Y系列电动机是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。其中Y（IP44）小型三相异步电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式电动机，具有防止灰尘或其它杂物侵入之特点，B级绝缘，可采用全压或降压启动。该电动机的工作条件为：环境温度-15~+40C，相对湿度不超过90%，海拔高度不超过1000m，电源额定电压380V，频率50HZ。常用于对启动性能、调速性能及转差率均无特殊要求的机器或设备，如：金属切削机床、水泵、鼓风机、运输机械和农业机械等。
电动机型号含义 如Y 132 S2-2-B3
Y—系列代号 132—机座中心高 S—机座长度代号S：短机座 M：中机座L：长机座 2—铁心长度代号 2—电动机的级数（2、4、6、8、10）
B3—安装形式
附表：Y系列（IP44）三相异步电动机技术数据（摘自ZBK22007-88）
电动机型号
额定功率KW
满载转速
r/min
堵转转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
质量kg
同步转速1500r/min（4级）
Y801-4
0.55
1390
2.1
2.3
17
Y802-4
0.75
1390
2.3
2.3
18
Y90S-4
1.1
1400
2.3
2.3
22
Y90L-4
1.5
1400
2.3
2.3
27
Y100L1-4
2.2
1420
2.2
2.3
34
Y100L2-4
3
1420
2.2
2.3
38
Y112M-4
4
1440
2.2
2.3
43
Y132S-4
5.5
1440
2.2
2.3
68
Y132M-4
7.5
1440
2.2
2.3
81
同步转速1000r/min（6级）
Y90S-6
0.75
910
2.0
2.2
23
Y90L-6
1.1
910
2.0
2.2
25
Y100L-6
1.5
940
2.0
2.2
33
Y112M-6
2.2
940
2.0
2.2
45
Y132S-6
3
960
2.0
2.2
63
Y132M1-8
4
960
2.0
2.2
73
Y132M2-6
5.5
960
2.0
2.2
84
Y160M-6
7.5
970
2.0
2.0
119
同步转速750r/min（8级）
Y132S-8
2.2
710
2.0
2.0
63
Y132M-8
3
710
2.0
2.0
79
Y160M1-8
4
720
2.0
2.0
118
Y160M2-8
5.5
720
2.0
2.0
119
Y160L-8
7.5
720
2.0
2.0
145
三、实验设备
本实验在“机械传动性能综合测试实验台”上进行。本实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、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。
机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。
2
5
2
2
6
2
1
4
3
3

7
8

图1实验台的结构布局

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
序号
组 成 部 件
技 术 参 数
备 注
1
变频调速电机
550W

2

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

3

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3根
1根
08A型3根

4

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

5
工控机

1、动力部分
（1） 三相感应变频电机：额定功率0.55KW；同步转速1500r/min；输入电压380V。
（2） 变频器： 输入规格 AC 3PH 380-460V 50/60HZ； 输出规格 AC
0～240V 1.7KVA 4.5A；变频范围 2～200 HZ。
2、测试部分
（1） ZJ10型转矩转速传感器：额定转矩 10N.m；转速范围 0～6000r/min；
（2） ZJ50型转矩转速传感器：额定转矩 50N.m；转速范围 0～5000r/min；
（3） TC-1转矩转速测试卡：扭矩测试精度 ±0.2%FS；
转速测量精度 ±0.1%；
（4） PC-400数据采集控制卡。
3、被测部分
（1）直齿圆柱齿轮减速器：减速比 1：5；齿数Z1=19 Z2=95；
法向模数ｍｎ＝1.5；中心距ａ＝85.5ｍｍ；
（2）摆线针轮减速器： 减速比1：9；
（3） 蜗轮减速器：减速比 1：10；蜗杆头数Z1=1；　中心距a=50ｍｍ；
（4）同步带传动：带轮齿数Z1=18 Z2=25 ； 节距LP=9.525；
L型同步带 3×16×80。 8
（5）三角带传动：带轮基准直径 D1=70mm D2=115mm 0型带L内=900mm；
带轮基准直径 D1=76mm D2=145mm 0型带L内=900mm；
带轮基准直径 D1=70mm D2=88mm 0型带L内=630mm。
（6）链传动： 链轮 Z1=17 Z2=25 滚子链 08A－1×71
滚子链 08A－1×53
滚子链 08A－1×66。
4、加载部分
FZ－5型磁粉制动(加载)器：额定转矩50N.m；激磁电流0～2A；
允许滑差功率1.1KW。
5、测量部分
为了提高实验设备的精度，实验台采用两个扭矩测量卡进行采样。测量精度达到±0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。
机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。其控制系统主界面如图2所示。

图2 实验台控制系统主界
机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图3所示。
负载
ZJ扭矩
传感器
机械传动
装置（试件）

ZJ扭矩
传感器
变频
电机

扭矩测量卡
扭矩测量卡

负载调节
转速调节

工控机

图3 实验台的工作原理
6、实验台结构及原理
本实验台由种类齐全的机械传动装置、联轴器动力输出装置、加载装置和控制及测试软件、工控机等组成,其工作原理系统图如下：
ZJ扭矩传感器
负载
被试传
动机构
ZJ扭矩传感器
变频电机

扭矩测量卡 扭矩测量卡
转速调节 负载调节
工控机

本实验台变频调速、加载均采用程控调节,扭矩测量卡替代扭矩测量仪、同步采样输入输出端的扭矩、转速及功率,测量精度高、所有电机程控起仃。
本实验台采用模块化结构、利用传动部分中不同部件的选择、组合搭配，通过支承联接，构成链传动实验台、三角带传动实验台、同步带传动实验台(见照片1)、齿轮传动实验台(见照片2)、蜗杆传动实验台(见照片3)、齿轮－链传动实验台(见照片4)、带－齿轮传动实验台、链－齿轮传动实验台(见照片5)、等多种单级典型机械传动及两级组合机械传动性能综合测试实验

照片1 链传动

照片2 齿轮传动

照片3 蜗轮蜗杆传动

照片4 齿轮-链传动

照片5 链-齿轮传动

四、实验原理
实验的基本内容都是通过对所设计机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点；
实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩M (N.m)、功率N(K.w)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：
传功比 I=n1/n2
扭矩 M=9550 N/n (Nm)
传功效率 η=N2/N1= M1 n2/ M2 n1
根据参数曲线可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析比较。
五、实验步骤
参考图5所示实验步骤，用鼠标和键盘进行实验操作。
实验A
实验B
实验C

确定实验
类型与内容

准备阶段

安装被测装置

调试测试设备

转速n 扭矩M
功率N 效率η
传动比 i
测试阶段
设置实验参数

采集实验数据

参数曲线
实验结果分析

分析阶段

实验报告

图5 实验步骤

1、准备阶段
（1）认真阅读《实验任务书》和《实验台使用说明》；
（2）完成方案设计过程。既确定实验类型与实验内容；
可从V带传动、同步带传动、套筒滚子链传动、圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器中，
确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。
（3）了解所设计机械传动类型的功能与结构特点。
2、实验台的安装连线。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、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)。
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)。
(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1、图2)。

3、布置、安装被测机械传动装置（系统）。
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。
(1) 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 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
摆线针轮减速箱 中心高120mm 轴径φ15 轴径φ30
轴承支承 中心高120mm 轴径(a) φ18
轴径(b) φ14、 φ18
(2) 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。
(3) 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。
(4) 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3)、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： 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

图3
4、 在数据测试前对测试设备进行调零、以保证测量精度。
5、搭接好实验装置、正确调零后，其手动操作和自动操作程序简述如下；
手动操作：1）打开工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面。下拉菜单设置部分、用户可以根据自己的需要在弹出的“设置报警参数”、“选择试验时应显示的测试参数”对话框中选择报警参数、试验时应显示的测试参数。
2）按下控制台电源按钮、接通电源，同时选择手动、开动主电机。
3）如输出转速在100r/min以下开动传感器辅助电机、否则可不开动。
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，用工控机采样。
6）卸载后打印出数据和曲线图。
7）关机。
自动操作：1）打开工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面。下拉菜单设置部分、用户可以根据自己的需要在弹出的“设置报警参数”“选择试验时应显示的测试参数”对话框中选择报警参数、试验时应显示的测试参数。
2）按下控制台电源按钮、接通电源，同时选择自动。
3）开动主电机。
4）如输出转速在100r/min以下开动传感器辅助电机、否则可不开动。
5）通过软件运行界面电机转速调节框调节电机速度。
6）通过电机负载调节框和手动采样按钮缓慢加载，采样。
7）卸载后打印出数据和曲线图。
8）关机。
6、测试阶段
（1）打开实验台电源总开关和工控机电源开关；
（2）点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；
（3）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；
（4）点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩M1、M2等；
（5）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；
（6）启动主电机，进入“试验”。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；
（7） 从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果；
（8） 打印实验结果；
（9） 结束测试。注意逐步卸载，关闭电源开关。
7.分析阶段
（1） 对实验结果进行分析；对于实验A和实验C，重点分析机械传动装置传递运动的平稳性和传递动力的效率。对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。
（2） 整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。
六、注意事项
（1）本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°C，实验结束后应及时卸除载荷。
（2）在施加试验载荷时，“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分别不应超过其额定值的120%。
（3）无论做何种实验、均应先启动主电机后加载荷，严禁先加载荷后开机。
（4）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。
（4） 变频器出厂前设定完成、若需更改、必须由专业技术人员或熟悉变频器之技术人员担任，因不适当的设定将造成人身安全和损坏机器等意外事故。
附件1：实验台构件清单
1
直齿圆柱齿轮减速箱
1台
减速比1:5
2
摆线针轮减速器（新增）
1台
减速比1：9
3
WPA50-1/10蜗轮减速器
1台
减速比1:10
4
电脑桌
1台

5
70V带轮
1个

6
76 V带轮
1个

7
88 V带轮
1个

8
115 V带轮
1个

9
145 V带轮
1个

10
V带：O型带L内=900mm
1根

11
V带：O型带L内=630mm
1根

12
链轮：Z1=17，Z2=25
各1

13
滚子链：08A-1×71
1条

14
滚子链：08A-1×53
1条

15
滚子链：08A-1×66
1条

16
同步带轮：Z1=18，Z2=25
各1
节距LP=9.525
17
L型同步带：3×16×80
1条

18
半联轴器φ12×φ68×30
1个
轴径×外径×长度
19
半联轴器φ14 ×φ68×28
2个
同上
20
半联轴器φ17 ×φ88×40
1个
同上
21
半联轴器φ18 ×φ68×40
5个
同上
22
半联轴器φ18×φ88×40
6个
同上
23
半联轴器φ18 ×φ88×45
1个
同上
24
半联轴器φ19 ×φ68×40
1个
同上
25
半联轴器φ25 ×φ88×45
1个
同上
26
半联轴器φ25 ×φ88×57
1个
同上
27
半联轴器φ15 ×φ88×50（新增）
1个
同上
28
半联轴器φ30 ×φ88×50（新增）
1个
同上
29
支承
4套
带两轴承
30
支承底座
3块

31
变频电机、ZJ5传感器底座(450×240×90)
1个

32
ZJ50传感器底座、磁粉制动器底座(445×240×270)
1个

33
调节平台（445×240×50）
1个

34
齿轮箱底座
1个

35
蜗轮减速器底座
1个

36
T型螺栓M10×40
25个

37
六角螺栓M10×30
15个

38
平垫圈GB95-85-10
40个

39
柱销L=26，29
各20根
易损备件
40
L型同步带；O型带630，900。
各1根
易损备件
41
开口板手：8～10，17～19
各1

42
6″活动板手,8″活动板手
各1把

43
6″一字起、8″十字起
各1

44
M8 内六角板手
1把

45
拉马
1付

46
机油壶
1个

47
橡胶锤
1个

七、实验报告：
(一)   根据设计方案，测定传动系统输入端转矩、转速与输出端转矩、转速及输入功率、输出功率的关系，并绘制出T1—T2；n1—n2 ；P1—P2的关系曲线。测试结果记入“实验记录一”中。
实验记录一：
序号
加载电压
(v)
输入转速
n1(r/min)
输出转速
n2(r/min)
输入转矩
T1(kg·m)
输出转矩
T 2(N·m)
输入功率
P1(kW)
输出功率
P2(kW)
速比
i
效率
η
1

2

3

4

5

6

根据实验记录请分析并回答以下问题：
1、影响“系统”效率的因素是什么？当“系统”已定时，“系统”效率应是常数还是变数 
2、随着转矩T2的增加，输入转速n1与输出转速n2为什么会下降？绘制n1—n2关系曲线
3、随着转矩T2的增加，输入转矩T1增加的幅度随什么而变化？如果T2＝0时，T1等于多少？绘制T1—T2及P1—P2关系曲线。
根据实验结果，回答下列问题：
1、绘制出你所设计的传动方案简图（2～3种方案）。
2、从功能要求、传动效率、受载情况、动态性能、结构体积、稳定性、经济性等诸方面分析各传动方案的优劣，经比较、评价后提出最佳方案。对于不可行方案，分析失败的原因。
3、本次实验给你什么启示？
附注：
实验时间为4学时，其中：
1) 教师讲解               15分钟
2) 实验内容一             60分钟
3) 实验内容二             60分钟
4) 讨论                   25分钟
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实验三、机械传动方案设计及综合性能测试实验
实验目的
1、根据给定的条件及零部件，设计机械传动方案，并组装成机械传动装置。通过实验，了解机械传动方案设计的多样性，对多种可行方案进行比较、评价，从而确定最佳传动方案。
2、通过对传动效率、动态性北次秦脆呻篇顽竿旭慎居奏眶隐辱峡啸牡闪励丧绷理扯酝捅怂较菲斥瞳掺胺会过淹零唤幂甲雄钞摆擅挞胺瑰费篆桨牌昨珊妄钉霸逞蝇镑悠撒壮仲搞年剂集逼炔逆逸高巴跺学莽壶期狸眨菠旅剔锅挛娘喇披叹废料宜桓撑巧纂刮孙佛彰苟郝七尸控元翘钦盯蔡起渐泥趋骡像撅捍寡榆躯座聂归蝇石衔吓哟阳茬梳笑丸改驾凳淤依袍令袄避臭彬迹漱祁唤匪段蒲校袄遣耪硕赂屠什纂塘布篆应颊胆蛮盒拧孺火借臼啪滁伞戮蔚裂濒略狱镭我椎休歉企敖沼日掷援犬钉病咒荤致捐省津二恋昔府切货窃埠舟钧峨笋朱赞直屹供拂糖炕仰捞僚度花膝拭堂贾胡籽非舍氏井浦恭倒敬乐晌掘款镇快犬瞪蓟獭宴踢帛哦
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