一级、二级机械传动构件及测量.doc

机械传动系统方案设计和性能测试综合实验指导书

目录
一、实验目的 2
二、实验内容 2
三、实验设备介绍 2
1. 实验设备的总体布局 2
2. 实验台各部分的安装连线 3
3. 实验台组成部件的主要技术参数 5
四、实验台的使用与操作 5
五、测试软件介绍 7
1.数据操作面板 8
2.电机控制操作面板 8
3.下拉菜单 9
六、实验注意事项 14
附录1：机械传动方案设计和性能测试综合实验任务卡 15
附录2：机械传动方案设计和性能测试综合实验方案书 16
附录3：机械传动方案设计和性能测试综合实验报告 16
附录4：实验系统各模块展示 17
附录5：转矩转速传感器介绍 25

一、实验目的
1. 了解机械传动性能综合测试的工作原理和方法及计算机辅助实验的新方法；
2. 掌握机械传动合理布置的基本要求和机械传动方案设计的一般方法；
3. 加深对常见机械传动装置传动性能的认识和理解；
4. 培养学生根据机械传动实验任务，进行自主实验的能力。

二、实验内容
1. 从附录1中选择3～4个实验任务，自主设计满足要求的机械传动系统，并参照附录2写出实验方案书；
2. 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，并进行主电机转速一定载荷变化的性能测试及绘制性能参数曲线（转速曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等）；
3. 根据测试结果分析传动系统设计方案。

三、实验设备介绍
1. 实验设备的总体布局
“机械传动性能综合测试实验台”由变频电机、联轴器、机械传动装置、加载装置（磁粉制动器）、转矩转速传感器和工控机等硬件模块及测试软件组成，如下图所示。变频电机、机械传动装置、加载装置（磁粉制动器）、转矩转速传感器之间用联轴器连接；两转矩转速传感器的信号线分别与安装在工控机主板上的两块转矩转速测试卡联接，两转矩转速传感器的信号由此传入工控机，系统性能参数的测量通过测试软件控制。学生可以根据不同的设计任务，设计相应的实验方案，选用不同机械传动装置，在此实验台上进行各种不同传动系统的搭建、安装调试和传动系统的各种性能测试，并分析系统传动性能，完成设计性实验、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-机械传动装置
5-加载与制动装置 6--实验控制柜 7 底座

2. 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、磁粉制动器、JC20传感器（辅助）电机、JC50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
3. 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
1.5KW

JC型转矩转速传感器
Ⅰ.规格 20N.m ;输出讯号幅度不小于100mV
Ⅱ.规格 200N输出讯号幅度不小于100mV

机械传动装置)
V型带传动 Z1041 V型带
D=106MM i=1
滚子链传动 08A链节距p=12.70MM Z1=21 Z2=21 i=1
直齿圆柱齿轮减速器
Z1=32 Z2=48 Mn=3.25β＝8°4’9
i=1.5
蜗杆减速器 i=7.5

1台
WPA50-1/10
O型带3根
1根
08A型3根

CZ-5磁粉制动器
额定转矩: 50 N.m
激磁电流: 2A
允许滑差功率: 4.0Kw
加载装置
四、实验台的使用与操作
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. 按照实验任务要求选择恰当的传动装置。
3. 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。注意各组件均不可握轴搬动组装时的电源为关闭状态。
各主要搭接件中心高及轴径尺寸如下：
变频电机Y90L-4 中心高90mm 轴径φ24
NJ0转矩转速传感器 中心高60mm 轴径φ12
NJ10转矩转速传感器 中心高85mm 轴径φ26
CZ-5磁粉制动器 最大直径150mm 轴径φ22
蜗杆蜗轮减速器 上置 输入轴中心高 135MM 轴径φ19
输出轴中心高 72MM 轴径φ25
下置 输入轴中心高 39MM 轴径φ19
输出轴中心高 102MM 轴径φ25
齿轮减速箱 中心高175mm 轴径φ19，φ25
中心距100mm
轴承支承 中心高175mm 轴径 φ19，φ25
4. 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。
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、同轴度以免损坏转矩转速传感器。
6. 本实验台可进行手动及自动操作。在实验台正面控制柜内的实验台控制面板(见图4)有手动与自动操作的转换按钮，按动该按钮可以实现手动与自操作的转换。采用手动操作时，主电机的启闭及其速度、输入输出传感器电机正反转及磁粉制动器电流大小的调节（即负载大小的调节）在实验台控制面板上完成，数据的采集由配套的测试软件完成；采用自动操作时，除主电机的启闭与手动操作一样外，其余均采用配套的测试软件完成。
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NJ0型传感器电机正向转动的开启、关闭
　　　　 Ⅰ反转： 输入端NJ10型传感器电机反向转动的开启、关闭

电流粗调： CZ5型磁粉制动器加载粗调

7. 搭建好系统后，必须进行测试软件的设置（详见测试软件介绍）。
五、测试软件介绍(见附录)
综合设计型机械设计试验台测试软件

使用说明书

西南交通大学
二O O三年一月
一、 安装与运行
1、 软件安装
将安装盘的Install程序拷贝至C盘。运行该自解包程序，在安装目录下有如下程序：
1） Setup.exe
2） experimentmachine.exe
3） exper1.mdb
4） PLParameters.ini
5） PLSystemSet.ini
6） Readem.doc
7） 文件夹Driver
其中：Setup.exe为初始化安装程序；experimentmachine.exe 为综合设计型机械设计试验台测试软件主程序；exper1.mdb 为实验数据文件；PLParameters.ini、PLSystemSet.ini为系统配置程序；Readem.doc为本说明文件。
运行Setup.exe进行初始化，完成软件安装。
2、传感器设置
效率仪输出通道地址设置为10输入通道地址设置为9。将效率仪的输出信号接入测试计算机的串口1（COM1）或串口2（COM2）。
3、启动
运行experimentmachine.exe进入综合设计型机械设计试验台测试软件,其主菜单为：
[实验管理]、[变量设置]、[实验报告]、[系统设置]、[帮助]、[退出]
二、设置
1、 系统设置
点击菜单[系统设置]，选择相应的子菜单可进行串口设置、参数设置与效率仪 调零。
1） 串口设置：
点击[串口]子菜单，进入“串口参数选择”对话框。

根据串口使用的实际情况来选择串口，波特率、数据位、停止位及通道地址的设置见上图。
2） 参数设置：
点击[参数]子菜单，进入“参数选择”对话框。

根据使用的转矩转速传感器的说明书（铭牌）进行扭矩系数设置，根据空载时的数据进行扭矩零点编辑（参见效率仪使用说明）。
3） 调零：
点击[调零]，按上一步输入的扭矩零点数据调整效率仪的零点。
2、 变量设置
点击[变量设置]，进入“变量设置”对话框。

测量参数与系统预置参数均不能被修改，前者是直接测量，后者是根据直接测量数据计算得到的，其中：
传动效率 ＝ 输出功率／输入功率
滑 动 率 ＝（主动轮线速度－从动轮线速度）／主动轮线速度
用户可自行定义测量参数：点击“+”按钮增加一行，录入“参数名称”、“参数符号”和“计算公式”，点击“√”按钮完成参数添加。
【注意】计算公式中所引用的测量数据只能是：
输入转矩T1、输出转矩T2；
输入转速n1、输出转速n2；
输入功率P1、输出功率P2。
三、实验数据测试
1、 录入实验基本信息
点击菜单[实验管理]，选择[新建实验]项，进入“实验记录基本信息” 对话框，实验记录号由系统自动生成的12位（8位年月日编码+4位流水号）数字构成。使用者在相应的编辑栏中录入实验分组编号、实验人员名单、指导教师姓名后，点击[确定]按钮进入实验参数设置对话框。
2、 设置实验参数
实验参数设置对话框如上图所示：
1）选择实验类型；
2）录入相应的实验参数。
其中最大输入功率（kw）最高输入转速（rpm）是用于计算转矩（或工作拉力）的量程。在调速实验中，最高输入转速也是第一条效率曲线的转速默认值。建议实验时第一条曲线在此最高转速下测试。
3、横、纵座标与量程选择

a、 点击 “▼”从下拉菜单中选择合适的横座标；
b、 点击“。。。”按钮进入“选择纵座标”对话框，最多可选择四个不同的纵坐标。
c、 点击“量程”按钮进入“量程修改”对话框，设置纵轴量程。
4、实验数据采集
实验参数录入完成后，点击[确定]按钮进入实验数据采集界面，数据采集有连续采样和单步采样两种方式：
1） 连续采样
点击[连续采样]按钮，系统将以1Hz采样频率连续地从转矩传感器读取转速转矩和功率数据，同时进行机械传动效率的计算、显示和绘图。
【注意】在实验完成后，应先点击[采样结束]按钮停止采样，再卸载，否则传动效率曲线将会失真。
2） 单步采样
当系统运行稳定时，点击一次[单步采样]按钮，系统将从转矩传感器读取一组转速、转矩和功率数据，同时进行机械传动效率的计算、显示和绘图。，多次点击便可得到多组数据，这样可得到较“连续采样”更平滑的传动效率曲线图。
3） 调速实验
若要比较不同输入转速下的传动效率特性，则在采样结束后，点击“调速实验”按钮，录入新的输入转速，重复前述采样步骤便可得到不同转速下的传动效率曲线。
5、数据保存
实验完成后，点击[采样结束]按钮停止数据采集，点击[保存]按钮可将实验数据保存，以便查询和打印。若对实验结果不满意，点击[取消]按钮。
6、退出
点击[退出]按钮。

四、实验数据查询和打印
1、 进入查询界面
点击菜单[实验报告]项，进入“实验数据查询”界面：
2、 设置查询范围
系统默认查询范围是所有实验记录，通过选择“起始日期”和“截止日期”来设置查询范围。
3、 查询实验结果
点击 [查询]按钮，可查询出所设范围内的所有实验记录。点击“箭头按钮”则依次显示出实验记录的数据和效率曲线图。

4、 横、纵座标与量程编辑
a、 点击 “▼”从下拉菜单中选择合适的横座标；
b、 点击“。。。”按钮进入“选择纵座标”对话框，最多可选择 四个不同的纵坐标。
c、 点击“量程”按钮进入“量程修改”对话框，修改纵轴量程。
5、 打印实验报告
点击 [打印]按钮，系统将以第4 步所选的纵、横座标与量程打印当前实验记录的实验报告。首先打印传动效率曲线，同时弹出“是否打印实验测试数据”对话框：
点击 [Yes]按钮，打印实验测试数据。
6、 删除历史记录
查询并显示出要删除的历史实验记录，点击 [删除]按钮。
五、退出系统
点击菜单[退出]。

六、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。
2、 三相变频调速电机和输入端转矩转速传感器、磁粉制动器和输出端转矩转速传感器为一整体，严禁将其从支撑座上拆卸下来，即它们必须作为一个整体安装。
3、 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1~2mm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。
4、 搭建传动系统时，严禁接通电源。当搭建好系统后，需用手转动主轴，当主轴运转自如后方能进行下步实验操作。
5、 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°C,实验结束后应及时卸除载荷。
6、 在施加载荷时，“手动”应平稳旋转电流微调旋钮，并注意输入传感器的最大转矩不能超过其额定值的120%。
7、 先启动主电机后加载荷，严禁先加载荷后开机。
8、 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。
9、 变频器出厂前设定完成，不得随意修改。
10、 在记录采集数据过程中，不要进行任何窗口拖动动作。
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：（一级传动）带传动
设计参数：工作机功率，工作机转速 自己确定
工作条件：载荷有冲击，要求传动比准确
任务卡2：（一级传动）链传动
设计参数：工作机功率， 工作机转速自己确定
工作条件：载荷有冲击，要求传动比准确
任务卡3：齿轮传动
设计参数：工作机功率，工作机转速自己确定
工作条件：载荷平稳，要求传动比准确
任务卡4：（二级传动）
设计参数：工作机功率，工作机转速自己确定
工作条件：载荷平稳，工作环境有粉尘，要求传动比较准确
任务卡5：（二级传动）
设计参数：工作机功率，工作机转速自己确定工作条件：载荷有冲击
附录2：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． 实验原理
3． 确定方案及其理由
4． 实验步骤（粗略）
5． 注意事项（粗略）

附录3：机械传动方案设计和性能测试综合实验报告
1． 实验数据及曲线
列出实验数据表和绘制传动系统特性曲线
2． 实验分析和结论

3． 实验总结
总结经验教训，提出合理化建议。
5. 思考题：
多级传动中机械系统方案的选择中应考虑哪些问题？一般情况下宜采用何种方案？
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、 三相变频调速电机和输入端转矩转速传感器
NJ0 转矩转速传感器中心高H=60，轴径D=19mm，额定测量转矩=20N.m
NJ1D转矩转速传感器中心高H=85，轴径D=25mm，额定测量转矩=50N.m

3、 机械传动装置

（1）JS-100圆柱齿轮减速器 中心距100mm 中心高 175mm

（2）Nrv063DZ 涡杠减速器：涡杠类型DZ，轴向模数m=3.25，涡杆头数
l 4 头，涡轮齿数＝30，减速比1:7.5，中心距a =63mm，松开弹簧卡
l 圈可改变输出轴的方向。

（3）V带轮 直径为：100
Z型V带 内周带长：800 、900

（4） 链轮 齿数为： 21
链号：08A，链节距p=12.70MM,链轮齿数：Z＝21。

4）轴承座 PD-1 4套
5）爪式联轴器
SX95 Φ19 1个 SX95 Φ22 2个
SX95 Φ24 1个 SX95 Φ12 2个
QF100 Φ26 2个 QF100 Φ25 1个
QF100 Φ22 4个
6）联接件

T型螺栓M1040，25个 六角螺栓M1030，15个
平垫圈GB95-85-10，40个
7、辅助工具
开口扳手；活动扳手；一字起和十字起；内六角扳手；
附录5：转矩转速传感器介绍
１.概述

JC 型转矩转速传感器的基本原理是：通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被
测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同
且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。
JC 型转矩转速传感器的工作原理如图1
NJ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。

初始相位差 弹性轴受扭后相位差变化
图2 是JC 型转矩转速传感器机械结构图。其结构与图一的工作原理图差别是
很大的，其中，为了提高测量精度及信号幅值，两端的信号发生器是由安装在弹性
轴上的外齿轮、安装在套筒内的内齿轮、固定在机座内的导磁环、磁钢、线圈及导
磁支架组成封闭的磁路。

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μ1、μ2，两感应电势的初始相位差是恒定的，考虑到正反加载，α0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成正比，这时 μ1、μ2讯号的相位差要发生变化，α=α0±Δα。当传感器的扭矩增加到额定值时，变化的相位Δα大约为900。因此，测量出α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Δβ为3600/Z的1/4（Z为齿轮齿数）。

拓展性机械传动系统构件与综合性能测试
实验报告一 机械传动一级、二级系统构件
课程号： 专业班级： 姓名： 学号： 成绩：

一：实验内容
1. 一级带传动 一级链传动
2. 一级齿轮传动 一级蜗杆涡轮传动（可选）
3. 二级机械传动 二种
二、自行设计及作何的试验台结构示意图
1）综合实验台的系统图

2） 一级机械传动结构图（最少二种）

3）实验台的各构成模块有何功能

三、 思考题
1）根据所构建的机械传动，简述其特点（分别简述）
带传动和链传动个有何特点？齿轮啮合传动和蜗杆涡轮传动有何特点？

2）影响机械传动效率的因素有哪些？可以采用何种方式提高机械效率？

3）根据所构建的二级机械传动，简述其特点？为何采用此种传动？设计机械传动多级传动应考虑哪些因素？

4）在设计和安装一级机械传动中应注意何种问题？简述之

5）绘制一级机械传动在不同转速下的特性曲线(可共用数据和曲线)，应对结果作出分析

6）绘制二级机械传动在不同转速下的特性曲线(可共用数据和曲线)，应对结果作出分析

7）在设计和安装组成二级机械传动系统中，应注重哪些问题？简述之

8）通过实验结果分析动力模块电机转速对传动性能的影响（选做）

9）对此次机械传动设计、安装及测试，有何建议和看法

附设实验数据与实验机械出动系统图
一级绕性机械传动系统图 一级刚性啮合传动 系统图

实验数据