王　偉

(空軍第一航空學(xué)院 基礎(chǔ)部，河南 信陽 464000)

機械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實驗臺的設(shè)計

王偉

(空軍第一航空學(xué)院 基礎(chǔ)部，河南 信陽 464000)

摘要：機械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實驗臺具有集成性、可視化和便捷性等特點，主要為機械基礎(chǔ)實驗室機械設(shè)計類綜合實驗而設(shè)計，目前在實際教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。對機械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實驗臺進行了設(shè)計，介紹了實驗臺的工作原理，并對實驗臺的驅(qū)動源、主體結(jié)構(gòu)和主要模塊等主要部件的設(shè)計進行了詳細(xì)說明，同時對實驗臺的測試控制系統(tǒng)進行了設(shè)計和功能分析，改善了傳統(tǒng)機械設(shè)計類綜合實驗的教學(xué)模式。通過研究設(shè)計得出了有益結(jié)論，為提高課堂教學(xué)效果提供了重要指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：機械系統(tǒng)；可視化分析；實驗臺

機械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實驗臺主要為機械基礎(chǔ)實驗室機械設(shè)計類綜合實驗而設(shè)計。機械性能實驗項目由于局限于了解特定機械傳動的某一部分功能，因而無法讓學(xué)生全面了解機械性能參數(shù)在實際系統(tǒng)中的變化和聯(lián)系，更無法讓學(xué)生對機械系統(tǒng)的整體設(shè)計和性能產(chǎn)生綜合性、創(chuàng)新性的思維[1]。從系統(tǒng)角度了解機械傳動、聯(lián)接的功能和設(shè)計原理成為該類實驗發(fā)展的趨勢。該實驗臺(見圖1)以達(dá)到此目的為設(shè)計思路，通過可組合多負(fù)載機械系統(tǒng)，向?qū)W生展示了典型機械結(jié)構(gòu)的機械性能參數(shù)隨實際工作情況變化而變化的特點，為學(xué)生研究分析機械性能參數(shù)提供了平臺；同時，該實驗臺以先進的測試技術(shù)和計算機分析技術(shù)為表達(dá)手段，為啟迪學(xué)生思維提供了重要的方法。

1實驗臺工作原理

該實驗系統(tǒng)是在以往的傳統(tǒng)驗正型實驗基礎(chǔ)上開發(fā)而成，綜合了帶傳動、液體動壓滑動軸承、螺栓組聯(lián)接、鏈傳動速度波動效應(yīng)、動力學(xué)速度波動調(diào)節(jié)和動態(tài)變負(fù)載螺栓聯(lián)接實驗。本文以帶傳動為例進行詳細(xì)說明。

圖1　實驗臺

該實驗系統(tǒng)不但可以單獨完成某項實驗，還可以同時完成幾個實驗，總體結(jié)構(gòu)采用移動柜式，方便整個設(shè)備室內(nèi)布置，而且可大大節(jié)約實驗空間及時間。實驗臺機械系統(tǒng)均裝在實驗臺的平板上，其中，1臺可水平移動的直流電動機作為系統(tǒng)驅(qū)動，通過第1級帶傳動帶動負(fù)載和后面的多級傳動，另一級傳動可安裝帶或鏈傳動(以驅(qū)動變載裝置)，中間增加可操縱元件——電磁離合器，從而充分拓寬學(xué)生的設(shè)計視野[2]。靜態(tài)螺栓組聯(lián)接加載采用螺紋加載方式，加載力可通過荷重傳感器直接測得。在整個實驗臺機械系統(tǒng)中，第1級傳動為平帶傳動，第2級傳動可采用三角帶或鏈傳動，帶傳動實驗采用工業(yè)用磁粉加載器加載，該系統(tǒng)是一個有多級負(fù)載模式、多級傳動的系統(tǒng)。

2主要部件的設(shè)計

2.1驅(qū)動源的設(shè)計

驅(qū)動源(見圖2)采用雙軸伸懸掛結(jié)構(gòu)，2個軸承座固定在移動底板上，兩端各安裝1個帶輪，正面的帶輪用于液體滑動軸承及后面的各級傳動，另一端帶輪單獨用于帶傳動實驗。電動機、移動底板和導(dǎo)軌裝置組成可移動副，在電動機的腹部安裝有測力壓頭及電動機活動調(diào)節(jié)桿，電動機運轉(zhuǎn)時壓頭保持跟傳感器接觸，調(diào)節(jié)電動機，在不同轉(zhuǎn)速下可獲得電動機的工作力矩，如果做其他的實驗，需將調(diào)節(jié)桿的螺母擰緊，防止因力過大損壞傳感器。電動機移動底板的正下方安裝1個鋼絲連接支架，鋼絲繞過一對滑輪組通過施加砝碼來調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力。在做帶傳動以外的實驗時，通過調(diào)節(jié)螺桿張緊皮帶方可進行其他實驗，調(diào)節(jié)M12螺母即可張緊正面的皮帶。電動機背面的帶輪上安裝有測速光電盤，正下方是測速傳感器，在實驗過程中可獲得電動機轉(zhuǎn)速。

圖2　驅(qū)動源

2.2帶傳動模塊的設(shè)計

帶傳動獨立加載模塊如圖3所示，加載器部件如圖4所示。

圖3　帶傳動獨立加載模塊

圖4　加載器部件

由圖4可知，帶傳動張緊可采用2種方式：一種是定距張緊，通過螺桿調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)M12螺母來調(diào)節(jié)帶輪之間中心距；另一種是采用定力張緊，通過施加砝碼達(dá)到帶的預(yù)緊。驅(qū)動源帶動磁粉制動器主軸旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)控制面板上的旋鈕改變加載器的電流來獲得外載荷，加載器充當(dāng)以往傳統(tǒng)帶傳動的燈泡負(fù)載，加載器的側(cè)面安裝1個懸臂杠桿，主軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的力矩通過壓頭傳遞給壓力傳感器，通過計算機換算可得到輸出轉(zhuǎn)矩，主軸通過連接套與角位移編碼器連接可獲得輸出轉(zhuǎn)速，即得到帶傳動所需的4個基本參數(shù)：輸入轉(zhuǎn)速n1、輸入轉(zhuǎn)矩T1、輸出轉(zhuǎn)速n2和輸出轉(zhuǎn)矩T2，通過計算機軟件可獲得帶傳動的滑擦—效率曲線。

3結(jié)語

本文設(shè)計的機械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實驗臺，在以往的傳統(tǒng)驗正型實驗基礎(chǔ)上開發(fā)而成，綜合了6種機械基礎(chǔ)實驗室機械設(shè)計類實驗， 改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。本文設(shè)計的實驗臺可組合多負(fù)載的機械系統(tǒng)，向?qū)W生展示了典型機械結(jié)構(gòu)的機械性能參數(shù)隨實際工作情況變化而變化的過程，為學(xué)生研究分析機械性能參數(shù)提供了平臺，為啟迪學(xué)生的思維提供了重要的方法。

參考文獻

[1] 秦偉. 機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 張策. 機械原理與機械設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

責(zé)任編輯鄭練快

Performance Parameters of the Mechanical System Visualization Analysis Test-bed Design

WANG Wei

(Department of Basic Aviation Academy Air Force's First Mechanical Basis for Teaching and Research, Xinyang 464000, China)

Abstract：Mechanical system performance parameters of visualization analysis experiment platform has the characteristics of integration, visualization and convenience, it is designed primarily for mechanical basis laboratory mechanical experimental design, and the actual teaching has been widely used. The mechanical system performance parameters of visual analysis test platform have been designed to introduce the working principle of the experimental units, and test-bed of the driving source, the main structure, the main modules and other major components of the design are described in detail, while the experimental test control system design and functional analysis can improve the traditional mechanical design class integrated teaching experiments. Through the research design obtaining some valuable conclusions, provide important guidance for improving the effect of classroom teaching.

Key words:mechanical systems, visual analysis, test-bed

收稿日期：2015-01-06

作者簡介：王偉(1983-)，男，碩士，講師，主要從事機械設(shè)計基礎(chǔ)等方面的教學(xué)和科研。

中圖分類號：TH 122

文獻標(biāo)志碼:A