帶傳動實驗教學(xué)裝置的改進(jìn)

曹歡玲 宋源普 尚科東

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

［關(guān)鍵詞］帶傳動加載方式帶輪改進(jìn)

［中圖分類號］G642.423［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0023-03帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動距離大、造價低廉等特點，在機(jī)械傳動中被廣泛采用。帶傳動實驗是工科院校機(jī)械設(shè)計課程中的基礎(chǔ)實驗之一，其實驗?zāi)康臑椋旱谝唬^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(guān)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(guān)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(shè)計原理與扭矩、轉(zhuǎn)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(dǎo)致帶的瞬時傳動比不是常量。另一方面，當(dāng)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(yù)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(jī)驅(qū)動，主動輪旋轉(zhuǎn)通過傳送帶帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，從動輪旋轉(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)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)下面分別裝有壓力傳感器，可直接測量驅(qū)動電機(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，可通過光電測速器實時測量驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)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(jī)電科教有限公司生產(chǎn)的PC-B型，由于使用年限長、設(shè)備陳舊等原因，實驗裝置已不能很好地滿足教學(xué)需要。我們根據(jù)多年的帶傳動實驗教學(xué)經(jīng)驗，對現(xiàn)有帶傳動實驗裝置進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)已取得良好的教學(xué)效果。

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圖1帶傳動示意圖

一、預(yù)緊力加載方式的設(shè)計與改進(jìn)

（一）原帶傳動實驗裝置預(yù)緊力加載方式

原帶傳動實驗裝置預(yù)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(xué)生和實驗室地面都可能造成傷害;2.在電機(jī)高速轉(zhuǎn)動過程中，懸掛砝碼的繩子會擺動，導(dǎo)致加載預(yù)緊力不恒定，造成實驗誤差。

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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)動電機(jī)，一端連著手輪螺桿。螺桿的螺距是2.5mm，也就是說手輪旋轉(zhuǎn)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(yù)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(zhuǎn)2.86圈，預(yù)緊力是25N。我們在手輪上裝置了標(biāo)尺，標(biāo)尺上有刻度，通過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，可能對學(xué)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(yù)緊力恒定。

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圖3改進(jìn)的預(yù)緊力加載方式

二、帶輪的設(shè)計與改進(jìn)

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(dāng)帶輪快速旋轉(zhuǎn)時，皮帶有經(jīng)常被甩出來，威脅學(xué)生的安全；2.原裝置測試單一，只能進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)（如圖5），在帶輪的兩側(cè)分別設(shè)計出一個擋條，使帶輪在高速旋轉(zhuǎn)時不至于把皮帶甩出，排除了安全隱患。另外設(shè)計了一款V帶輪，這樣實驗中只需更換上V帶輪，就可進(jìn)行V帶測試，豐富了實驗內(nèi)容。

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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)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(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，微弱的模擬信號經(jīng)過放大后送入單片機(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，力臂桿擺動幅度大，會出現(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，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，保護(hù)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(jìn)的扭矩傳感器裝置

四、小結(jié)

1.帶傳動實驗裝置的改進(jìn)主要包括：預(yù)緊力加載方式的設(shè)計與改進(jìn)、帶輪的設(shè)計與改進(jìn)和扭矩傳感器裝置的設(shè)計與改進(jìn)。改進(jìn)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(dān)著培養(yǎng)人才的重任, 且擁有高水平的教師和實踐教學(xué)人員。優(yōu)質(zhì)的教學(xué)儀器不是簡單地從市場上采購，而應(yīng)該是來源于實驗室，服務(wù)學(xué)生，不斷改進(jìn)。

3.在對帶傳動實驗裝置的改進(jìn)過程中，理論課教師、實驗老師和學(xué)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(jìn)了師生與實驗室的感情，受益匪淺。

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［責(zé)任編輯：左蕓］