帶傳動實驗教學裝置的改進

曹歡玲 宋源普 尚科東

［摘要］依據(jù)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)生打滑，帶傳動這時不能正常工作而產(chǎn)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(chǎn)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(jù)多年的帶傳動實驗教學經(jīng)驗，對現(xiàn)有帶傳動實驗裝置進行改進，現(xiàn)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(jīng)常出現(xiàn)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(shù)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(jīng)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(nèi)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(chǎn)生扭矩，使得裝在電機上的力臂桿壓迫傳感器，傳感器產(chǎn)生微小形變，微弱的模擬信號經(jīng)過放大后送入單片機進行模數(shù)轉換（A/D），再進行相應的數(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(xiàn)力臂桿嚴重撞擊力傳感器現(xiàn)象，從而造成力臂桿彎曲和傳感器損壞。鑒于上述缺點，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。

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［責任編輯：左蕓］