機(jī)械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

王　偉

(空軍第一航空學(xué)院 基礎(chǔ)部，河南 信陽(yáng) 464000)

機(jī)械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

王偉

(空軍第一航空學(xué)院 基礎(chǔ)部，河南 信陽(yáng) 464000)

摘要：機(jī)械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有集成性、可視化和便捷性等特點(diǎn)，主要為機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械設(shè)計(jì)類綜合實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)，目前在實(shí)際教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)機(jī)械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理，并對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)源、主體結(jié)構(gòu)和主要模塊等主要部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和功能分析，改善了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)類綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。通過研究設(shè)計(jì)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(jī)械系統(tǒng)；可視化分析；實(shí)驗(yàn)臺(tái)

機(jī)械系統(tǒng)性能參數(shù)可視化分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要為機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械設(shè)計(jì)類綜合實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)。機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于局限于了解特定機(jī)械傳動(dòng)的某一部分功能，因而無(wú)法讓學(xué)生全面了解機(jī)械性能參數(shù)在實(shí)際系統(tǒng)中的變化和聯(lián)系，更無(wú)法讓學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)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(jī)械傳動(dòng)、聯(lián)接的功能和設(shè)計(jì)原理成為該類實(shí)驗(yàn)發(fā)展的趨勢(shì)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)(見圖1)以達(dá)到此目的為設(shè)計(jì)思路，通過可組合多負(fù)載機(jī)械系統(tǒng)，向?qū)W生展示了典型機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能參數(shù)隨實(shí)際工作情況變化而變化的特點(diǎn)，為學(xué)生研究分析機(jī)械性能參數(shù)提供了平臺(tái)；同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)以先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在以往的傳統(tǒng)驗(yàn)正型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)而成，綜合了帶傳動(dòng)、液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承、螺栓組聯(lián)接、鏈傳動(dòng)速度波動(dòng)效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)變負(fù)載螺栓聯(lián)接實(shí)驗(yàn)。本文以帶傳動(dòng)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1　實(shí)驗(yàn)臺(tái)

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不但可以單獨(dú)完成某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，還可以同時(shí)完成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，總體結(jié)構(gòu)采用移動(dòng)柜式，方便整個(gè)設(shè)備室內(nèi)布置，而且可大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)空間及時(shí)間。實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)均裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的平板上，其中，1臺(tái)可水平移動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，通過第1級(jí)帶傳動(dòng)帶動(dòng)負(fù)載和后面的多級(jí)傳動(dòng)，另一級(jí)傳動(dòng)可安裝帶或鏈傳動(dòng)(以驅(qū)動(dòng)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(jì)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(cè)得。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)中，第1級(jí)傳動(dòng)為平帶傳動(dòng)，第2級(jí)傳動(dòng)可采用三角帶或鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)采用工業(yè)用磁粉加載器加載，該系統(tǒng)是一個(gè)有多級(jí)負(fù)載模式、多級(jí)傳動(dòng)的系統(tǒng)。

2主要部件的設(shè)計(jì)

2.1驅(qū)動(dòng)源的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)源(見圖2)采用雙軸伸懸掛結(jié)構(gòu)，2個(gè)軸承座固定在移動(dòng)底板上，兩端各安裝1個(gè)帶輪，正面的帶輪用于液體滑動(dòng)軸承及后面的各級(jí)傳動(dòng)，另一端帶輪單獨(dú)用于帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)、移動(dòng)底板和導(dǎo)軌裝置組成可移動(dòng)副，在電動(dòng)機(jī)的腹部安裝有測(cè)力壓頭及電動(dòng)機(jī)活動(dòng)調(diào)節(jié)桿，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓頭保持跟傳感器接觸，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)，在不同轉(zhuǎn)速下可獲得電動(dòng)機(jī)的工作力矩，如果做其他的實(shí)驗(yàn)，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(dòng)機(jī)移動(dòng)底板的正下方安裝1個(gè)鋼絲連接支架，鋼絲繞過一對(duì)滑輪組通過施加砝碼來(lái)調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力。在做帶傳動(dòng)以外的實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)螺桿張緊皮帶方可進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)M12螺母即可張緊正面的皮帶。電動(dòng)機(jī)背面的帶輪上安裝有測(cè)速光電盤，正下方是測(cè)速傳感器，在實(shí)驗(yàn)過程中可獲得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖2　驅(qū)動(dòng)源

2.2帶傳動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)

帶傳動(dòng)獨(dú)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(dòng)獨(dú)立加載模塊

圖4　加載器部件

由圖4可知，帶傳動(dòng)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(lái)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(dòng)源帶動(dòng)磁粉制動(dòng)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(lái)獲得外載荷，加載器充當(dāng)以往傳統(tǒng)帶傳動(dòng)的燈泡負(fù)載，加載器的側(cè)面安裝1個(gè)懸臂杠桿，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力矩通過壓頭傳遞給壓力傳感器，通過計(jì)算機(jī)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(dòng)所需的4個(gè)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(jì)算機(jī)軟件可獲得帶傳動(dòng)的滑擦—效率曲線。

3結(jié)語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

[1] 秦偉. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 張策. 機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)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(jiǎn)介：王偉(1983-)，男，碩士，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等方面的教學(xué)和科研。

中圖分類號(hào)：TH 122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A