曹歡玲 宋源普 尚科東

［摘要］依據多年的帶傳動實驗教學體會，對實驗室原帶傳動實驗裝置存在的缺陷進行改進。具體工作為：1.預緊力加載方式的設計與改進；2.帶輪的設計與改進；3.扭矩傳感器裝置的設計與改進。改進后的帶傳動實驗裝置已投入使用，在教學中取得良好效果。

［關鍵詞］帶傳動加載方式帶輪改進

［中圖分類號］G642.423［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0023-03帶傳動具有結構簡單、傳動距離大、造價低廉等特點，在機械傳動中被廣泛采用。帶傳動實驗是工科院校機械設計課程中的基礎實驗之一，其實驗目的為：第一，觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現象以及它們與帶所傳遞的載荷之間的關系；第二，測定彈性滑動率與所傳遞的載荷和帶傳動效率之間的關系，繪制帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線；第三，了解帶傳動實驗臺的設計原理與扭矩、轉速的測量方法。由于皮帶的彈性模量較低，在帶傳動過程中會產生彈性滑動，導致帶的瞬時傳動比不是常量。另一方面，當帶的工作載荷超過帶與帶輪間的最大摩擦力時，帶與帶輪間會產生打滑，帶傳動這時不能正常工作而產生工作失效。

通過預緊力加載裝置，將傳送帶張緊在主動輪和從動輪上（如圖1），主動輪由電動機驅動，主動輪旋轉通過傳送帶帶動從動輪旋轉，從動輪旋轉使發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機的負載由燈泡和大功率電阻組成，共同消耗發(fā)電機功率。在驅動電機和發(fā)電機下面分別裝有壓力傳感器，可直接測量驅動電機和發(fā)電機的扭矩。在兩電機相同一側安裝有光電盤，可通過光電測速器實時測量驅動電機和發(fā)電機的運行速度。

本實驗室的帶傳動實驗臺是2002年購置的、湖南長慶機電科教有限公司生產的PC-B型，由于使用年限長、設備陳舊等原因，實驗裝置已不能很好地滿足教學需要。我們根據多年的帶傳動實驗教學經驗，對現有帶傳動實驗裝置進行改進，現已取得良好的教學效果。

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圖1帶傳動示意圖

一、預緊力加載方式的設計與改進

（一）原帶傳動實驗裝置預緊力加載方式

原帶傳動實驗裝置預緊力加載方式如圖2所示，有兩個定滑輪、繩子和砝碼組成。缺陷是：1.在使用過程中，由于砝碼較重，經常出現繩子被拉斷，對學生和實驗室地面都可能造成傷害;2.在電機高速轉動過程中，懸掛砝碼的繩子會擺動，導致加載預緊力不恒定，造成實驗誤差。

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圖2原預緊力加載方式

（二）改進的預緊力加載方式

改進的預緊力加載方式如圖3所示，主要是由手輪、螺桿和彈簧組成。彈簧一端連著驅動電機，一端連著手輪螺桿。螺桿的螺距是2.5mm，也就是說手輪旋轉一圈，螺桿伸縮長度是2.5mm，彈簧也就被拉伸了2.5mm。系統(tǒng)有兩個彈簧組成，彈簧的勁度系數是1750N/m。例如如需預緊力是25N，則螺桿伸縮長度為

X =F/μ=25/（1750×2）≈7.143mm

7.143/2.5=2.86圈,即手輪旋轉2.86圈，預緊力是25N。我們在手輪上裝置了標尺，標尺上有刻度，通過刻度也可以很清晰地看到所加載的預緊力大小。

改進的預緊力加載方式,有效地避免了由于繩子被砝碼拉斷，可能對學生和實驗室地面造成的傷害，節(jié)約了空間，操作也更加方便。另外在實驗過程中，由于彈簧的作用，可以保持預緊力恒定。

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圖3改進的預緊力加載方式

二、帶輪的設計與改進

實驗臺為開式傳動，原帶傳動實驗裝置帶輪存在缺點為：1.當帶輪快速旋轉時，皮帶有經常被甩出來，威脅學生的安全；2.原裝置測試單一，只能進行平帶測試，不具備測試其他類型的皮帶。

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圖4 原帶輪

我們針對原帶輪缺點進行改進（如圖5），在帶輪的兩側分別設計出一個擋條，使帶輪在高速旋轉時不至于把皮帶甩出，排除了安全隱患。另外設計了一款V帶輪，這樣實驗中只需更換上V帶輪，就可進行V帶測試，豐富了實驗內容。

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圖5改進的帶輪（右為V帶輪）

三、扭矩傳感器裝置的改進

驅動電機和發(fā)電機轉動產生扭矩，使得裝在電機上的力臂桿壓迫傳感器，傳感器產生微小形變，微弱的模擬信號經過放大后送入單片機進行模數轉換（A/D），再進行相應的數據處理即得到扭矩值。原扭矩傳感器裝置如圖6所示，有分別裝在驅動電機和發(fā)電機上的力臂桿和力傳感器組成。當電機高速旋轉時，力臂桿擺動幅度大，會出現力臂桿嚴重撞擊力傳感器現象，從而造成力臂桿彎曲和傳感器損壞。鑒于上述缺點，我們做出了改進，如圖7所示，改進的扭矩傳感器裝置變得小巧，力臂桿分別裝在驅動電機和發(fā)電機的正下方，在底座上裝了限位部件，有效避免力臂桿的大幅度擺動，保護了傳感器。

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圖6原扭矩傳感器裝置

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圖7 改進的扭矩傳感器裝置

四、小結

1.帶傳動實驗裝置的改進主要包括：預緊力加載方式的設計與改進、帶輪的設計與改進和扭矩傳感器裝置的設計與改進。改進后的帶傳動實驗裝置已投入使用，并取得良好的實驗效果。

2.高校承擔著培養(yǎng)人才的重任, 且擁有高水平的教師和實踐教學人員。優(yōu)質的教學儀器不是簡單地從市場上采購，而應該是來源于實驗室，服務學生，不斷改進。

3.在對帶傳動實驗裝置的改進過程中，理論課教師、實驗老師和學生共同參與，牢固地掌握帶傳動實驗裝置的性能和操作方法，同時增進了師生與實驗室的感情，受益匪淺。

［參考文獻］

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［責任編輯：左蕓］