機械傳動教學(xué)創(chuàng)新實驗平臺的研制及探討

鄧星橋 邱曉初

摘 要：針對現(xiàn)有本科教學(xué)中對機械傳動部分實驗條件不夠完善，實驗手段和實驗方法落后等問題，提出了一種新的機械傳動教學(xué)實驗平臺設(shè)計方案，利用先進的集成技術(shù)，將齒輪、帶、鏈等集中到一個實驗平臺上，能完成各種齒輪、帶、鏈的實驗演示和檢測。研發(fā)了新一代實驗檢測平臺，課題組經(jīng)過實驗論證，發(fā)現(xiàn)此平臺能滿足現(xiàn)有本科機械傳動教學(xué)的各種實驗需要，也可以用于研究生的實驗驗證。

關(guān)鍵詞：機械傳動 齒輪 帶 鏈 實驗平臺

一、前言

目前針對工科學(xué)生機械傳動的教學(xué)，常用的齒輪、帶、鏈實驗均是分開的單獨實驗，缺乏系統(tǒng)性，也不利于學(xué)生系統(tǒng)掌握機械傳動教學(xué)的相關(guān)原理及科學(xué)問題，也較難引起他們的學(xué)習(xí)興趣。針對上述問題，課題組開展了機械傳動教學(xué)創(chuàng)新實驗平臺的研制，旨在滿足現(xiàn)代機械創(chuàng)新實驗教學(xué)和科研實驗要求、培養(yǎng)具備工程實踐能力及創(chuàng)新能力的學(xué)生而研發(fā)的高性能、模塊化、開放式新型實驗平臺，探討一條新的教學(xué)實驗方法。

實驗平臺采用了當前先進測試技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)及計算機技術(shù)，以典型機械傳動裝置、各類驅(qū)動電機及傳感器等為主要實驗對象，提供滿足各種需求的特定實驗內(nèi)容以及實驗原理虛擬仿真演示，通過不同復(fù)雜機電系統(tǒng)的實驗方案創(chuàng)新設(shè)計、實驗裝置的組裝及調(diào)試、實驗測試方法的選擇及應(yīng)用、實驗數(shù)據(jù)的測試及實驗結(jié)果的分析等，使學(xué)生更加直觀地理解和掌握各種機械傳動的原理和特點、典型電機控制技術(shù)、常用傳感器使用方法和測試原理、虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜機電系統(tǒng)中的應(yīng)用，改變了以驗證性實驗為主的單一化傳統(tǒng)課程實驗?zāi)Ｊ?，在滿足各類/型齒輪、帶、鏈的性能測試與實驗教學(xué)需求的同時，注重對學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、科學(xué)研究能力等方面的培養(yǎng)。

實驗教學(xué)是專業(yè)教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程實際問題的能力及綜合創(chuàng)新能力起著關(guān)鍵的作用。平臺具有多種功能模塊，主要針對高等院?！稒C械設(shè)計》、《機械原理》、《機電一體化技術(shù)》、《測試技術(shù)》、《控制技術(shù)》、《傳感技術(shù)》、《機器人技術(shù)》等課程提供不同教學(xué)實驗解決方案，可滿足不同機械類相關(guān)學(xué)科教學(xué)實驗、科研的特性化需求。

二、適用教學(xué)范圍及平臺設(shè)計方案

實驗平臺采用可自主拼接的模塊化結(jié)構(gòu)，由不同種類的電機、機械傳動裝置、加載裝置、傳感器和工控機等模塊組成，學(xué)生可以根據(jù)選擇或設(shè)計的實驗類型、方案和內(nèi)容，自己動手進行傳動連接、安裝調(diào)試和測試，進行控制實驗、原理驗證性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗。

實驗平臺主要由以下幾部分組成，設(shè)計方案如圖1-3所示：

實驗臺架：臺面采用優(yōu)質(zhì)工業(yè)鋁型材全拼接結(jié)構(gòu)，骨架采用優(yōu)質(zhì)鋼板經(jīng)過機械加工成型，外表面噴涂彩色環(huán)氧聚塑，底座配有帶定位萬向輪，整體堅固耐用、穩(wěn)定可靠、美觀大方，方便移動。

控制系統(tǒng)：高性能工業(yè)級平板電腦、觸摸式LCD顯示器、變頻器、信號變換擴采集模塊、電源；

驅(qū)動裝置：根據(jù)需要配備了直流電機、交流電機、伺服電機、步進電機、直驅(qū)電機；

傳動裝置：提供20余種齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動；

檢測裝置：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、噪音傳感器、加速度傳感器、指紋傳感器、接近傳感器、語音傳感器、光學(xué)傳感器、指紋傳感器；

輔助裝置：扭矩加載器、聯(lián)軸器、負載裝置；

配套軟件：實驗原理虛擬仿真演示軟件、實驗測控軟件、實驗數(shù)據(jù)分析軟件；

三、實驗內(nèi)容

（一）機電測控系統(tǒng)的拼接實驗

根據(jù)實驗要求可完成各組驅(qū)動裝置、傳動裝置、傳感器、負載裝置的搭接組裝及調(diào)整工作，使學(xué)生建立起清晰的機械裝配、安裝調(diào)整及同軸度、平行度等形位公差的概念，增強學(xué)生對機械設(shè)計、機械原理課程的理解。

（二）傳感器信號采集與處理實驗

根據(jù)實驗內(nèi)容，檢查測試傳感器是否放在正確的位置，傳感器工作是否正常，更改其中錯誤的放置方法和位置。獲得對分析、評判處理機械加工誤差、裝配誤差等系統(tǒng)綜合誤差對機電系統(tǒng)性能影響的實際能力。獲得對各種傳感器測試方法及原理的認知，掌握各類常見傳感器信號采集與處理的方法與技術(shù)。傳感器涵蓋常用各類轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、噪音傳感器、加速度傳感器、指紋傳感器、接近傳感器、語音傳感器、光學(xué)傳感器、指紋傳感器等。

（三）電機控制實驗

完成各電機的接線工作，及空轉(zhuǎn)試驗。使學(xué)生能區(qū)分常見幾種電機使用方法和控制原理，掌握和理解電動機改發(fā)電機、語音控制電機、變頻技術(shù)控制電機等相關(guān)電機常見控制方法。

結(jié)語

機械教學(xué)綜合測控實驗平臺采用了模塊化結(jié)構(gòu)及目前最先進技術(shù)的零部件，其由動力模塊、傳動模塊、支承聯(lián)接及調(diào)節(jié)模塊、加載模塊、測試模塊、工具模塊及實驗數(shù)據(jù)處理模塊搭接而成，能增加學(xué)生對機械傳動工作原理的深入理解，發(fā)現(xiàn)其中的科學(xué)規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

參考文獻

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