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帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的改進(jìn)

2014-07-25 19:26曹歡玲宋源普尚科東
大學(xué)教育 2014年10期
關(guān)鍵詞:力臂傳動(dòng)扭矩

曹歡玲 宋源普 尚科東

[摘要]依據(jù)多年的帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體會(huì),對(duì)實(shí)驗(yàn)室原帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)。具體工作為:1.預(yù)緊力加載方式的設(shè)計(jì)與改進(jìn);2.帶輪的設(shè)計(jì)與改進(jìn);3.扭矩傳感器裝置的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。改進(jìn)后的帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置已投入使用,在教學(xué)中取得良好效果。

[關(guān)鍵詞]帶傳動(dòng)加載方式帶輪改進(jìn)

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.423[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437(2014)10-0023-03帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)距離大、造價(jià)低廉等特點(diǎn),在機(jī)械傳動(dòng)中被廣泛采用。帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)是工科院校機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一,其實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋旱谝唬^(guān)察帶傳動(dòng)中的彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象以及它們與帶所傳遞的載荷之間的關(guān)系;第二,測(cè)定彈性滑動(dòng)率與所傳遞的載荷和帶傳動(dòng)效率之間的關(guān)系,繪制帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)曲線(xiàn)和效率曲線(xiàn);第三,了解帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)原理與扭矩、轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法。由于皮帶的彈性模量較低,在帶傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng),導(dǎo)致帶的瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常量。另一方面,當(dāng)帶的工作載荷超過(guò)帶與帶輪間的最大摩擦力時(shí),帶與帶輪間會(huì)產(chǎn)生打滑,帶傳動(dòng)這時(shí)不能正常工作而產(chǎn)生工作失效。

通過(guò)預(yù)緊力加載裝置,將傳送帶張緊在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪上(如圖1),主動(dòng)輪由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)通過(guò)傳送帶帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn),從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)的負(fù)載由燈泡和大功率電阻組成,共同消耗發(fā)電機(jī)功率。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)下面分別裝有壓力傳感器,可直接測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的扭矩。在兩電機(jī)相同一側(cè)安裝有光電盤(pán),可通過(guò)光電測(cè)速器實(shí)時(shí)測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度。

本實(shí)驗(yàn)室的帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是2002年購(gòu)置的、湖南長(zhǎng)慶機(jī)電科教有限公司生產(chǎn)的PC-B型,由于使用年限長(zhǎng)、設(shè)備陳舊等原因,實(shí)驗(yàn)裝置已不能很好地滿(mǎn)足教學(xué)需要。我們根據(jù)多年的帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)現(xiàn)有帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn),現(xiàn)已取得良好的教學(xué)效果。

圖1帶傳動(dòng)示意圖

一、預(yù)緊力加載方式的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

(一)原帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載方式

原帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載方式如圖2所示,有兩個(gè)定滑輪、繩子和砝碼組成。缺陷是:1.在使用過(guò)程中,由于砝碼較重,經(jīng)常出現(xiàn)繩子被拉斷,對(duì)學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室地面都可能造成傷害;2.在電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,懸掛砝碼的繩子會(huì)擺動(dòng),導(dǎo)致加載預(yù)緊力不恒定,造成實(shí)驗(yàn)誤差。

圖2原預(yù)緊力加載方式

(二)改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式

改進(jìn)的預(yù)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(qū)動(dòng)電機(jī),一端連著手輪螺桿。螺桿的螺距是2.5mm,也就是說(shuō)手輪旋轉(zhuǎn)一圈,螺桿伸縮長(zhǎng)度是2.5mm,彈簧也就被拉伸了2.5mm。系統(tǒng)有兩個(gè)彈簧組成,彈簧的勁度系數(shù)是1750N/m。例如如需預(yù)緊力是25N,則螺桿伸縮長(zhǎng)度為

X =F/μ=25/(1750×2)≈7.143mm

7.143/2.5=2.86圈,即手輪旋轉(zhuǎn)2.86圈,預(yù)緊力是25N。我們?cè)谑州喩涎b置了標(biāo)尺,標(biāo)尺上有刻度,通過(guò)刻度也可以很清晰地看到所加載的預(yù)緊力大小。

改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式,有效地避免了由于繩子被砝碼拉斷,可能對(duì)學(xué)生和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于彈簧的作用,可以保持預(yù)緊力恒定。

圖3改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式

二、帶輪的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)為開(kāi)式傳動(dòng),原帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置帶輪存在缺點(diǎn)為:1.當(dāng)帶輪快速旋轉(zhuǎn)時(shí),皮帶有經(jīng)常被甩出來(lái),威脅學(xué)生的安全;2.原裝置測(cè)試單一,只能進(jìn)行平帶測(cè)試,不具備測(cè)試其他類(lèi)型的皮帶。

圖4 原帶輪

我們針對(duì)原帶輪缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)(如圖5),在帶輪的兩側(cè)分別設(shè)計(jì)出一個(gè)擋條,使帶輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不至于把皮帶甩出,排除了安全隱患。另外設(shè)計(jì)了一款V帶輪,這樣實(shí)驗(yàn)中只需更換上V帶輪,就可進(jìn)行V帶測(cè)試,豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

圖5改進(jìn)的帶輪(右為V帶輪)

三、扭矩傳感器裝置的改進(jìn)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生扭矩,使得裝在電機(jī)上的力臂桿壓迫傳感器,傳感器產(chǎn)生微小形變,微弱的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D),再進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)上的力臂桿和力傳感器組成。當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),力臂桿擺動(dòng)幅度大,會(huì)出現(xiàn)力臂桿嚴(yán)重撞擊力傳感器現(xiàn)象,從而造成力臂桿彎曲和傳感器損壞。鑒于上述缺點(diǎn),我們做出了改進(jìn),如圖7所示,改進(jìn)的扭矩傳感器裝置變得小巧,力臂桿分別裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)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(dòng),保護(hù)了傳感器。

圖6原扭矩傳感器裝置

圖7 改進(jìn)的扭矩傳感器裝置

四、小結(jié)

1.帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)主要包括:預(yù)緊力加載方式的設(shè)計(jì)與改進(jìn)、帶輪的設(shè)計(jì)與改進(jìn)和扭矩傳感器裝置的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。改進(jìn)后的帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置已投入使用,并取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。

2.高校承擔(dān)著培養(yǎng)人才的重任, 且擁有高水平的教師和實(shí)踐教學(xué)人員。優(yōu)質(zhì)的教學(xué)儀器不是簡(jiǎn)單地從市場(chǎng)上采購(gòu),而應(yīng)該是來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室,服務(wù)學(xué)生,不斷改進(jìn)。

3.在對(duì)帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)過(guò)程中,理論課教師、實(shí)驗(yàn)老師和學(xué)生共同參與,牢固地掌握帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的性能和操作方法,同時(shí)增進(jìn)了師生與實(shí)驗(yàn)室的感情,受益匪淺。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]王永興,諸森兒.帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,1993,30(2).

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[4]黃華梁.機(jī)械零件實(shí)驗(yàn)機(jī)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.

[5]洪鐘德.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2002.

[責(zé)任編輯:左蕓]

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