带传动实验教学装置的改进

曹欢玲 宋源普 尚科东

［摘要］依据多年的带传动实验教学体会，对实验室原带传动实验装置存在的缺陷进行改进。具体工作为：1.预紧力加载方式的设计与改进；2.带轮的设计与改进；3.扭矩传感器装置的设计与改进。改进后的带传动实验装置已投入使用，在教学中取得良好效果。

［关键词］带传动加载方式带轮改进

［中图分类号］G642.423［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0023-03带传动具有结构简单、传动距离大、造价低廉等特点，在机械传动中被广泛采用。带传动实验是工科院校机械设计课程中的基础实验之一，其实验目的为：第一，观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带所传递的载荷之间的关系；第二，测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线；第三，了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。由于皮带的弹性模量较低，在带传动过程中会产生弹性滑动，导致带的瞬时传动比不是常量。另一方面，当带的工作载荷超过带与带轮间的最大摩擦力时，带与带轮间会产生打滑，带传动这时不能正常工作而产生工作失效。

通过预紧力加载装置，将传送带张紧在主动轮和从动轮上（如图1），主动轮由电动机驱动，主动轮旋转通过传送带带动从动轮旋转，从动轮旋转使发电机发电，发电机的负载由灯泡和大功率电阻组成，共同消耗发电机功率。在驱动电机和发电机下面分别装有压力传感器，可直接测量驱动电机和发电机的扭矩。在两电机相同一侧安装有光电盘，可通过光电测速器实时测量驱动电机和发电机的运行速度。

本实验室的带传动实验台是2002年购置的、湖南长庆机电科教有限公司生产的PC-B型，由于使用年限长、设备陈旧等原因，实验装置已不能很好地满足教学需要。我们根据多年的带传动实验教学经验，对现有带传动实验装置进行改进，现已取得良好的教学效果。

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图1带传动示意图

一、预紧力加载方式的设计与改进

（一）原带传动实验装置预紧力加载方式

原带传动实验装置预紧力加载方式如图2所示，有两个定滑轮、绳子和砝码组成。缺陷是：1.在使用过程中，由于砝码较重，经常出现绳子被拉断，对学生和实验室地面都可能造成伤害;2.在电机高速转动过程中，悬挂砝码的绳子会摆动，导致加载预紧力不恒定，造成实验误差。

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图2原预紧力加载方式

（二）改进的预紧力加载方式

改进的预紧力加载方式如图3所示，主要是由手轮、螺杆和弹簧组成。弹簧一端连着驱动电机，一端连着手轮螺杆。螺杆的螺距是2.5mm，也就是说手轮旋转一圈，螺杆伸缩长度是2.5mm，弹簧也就被拉伸了2.5mm。系统有两个弹簧组成，弹簧的劲度系数是1750N/m。例如如需预紧力是25N，则螺杆伸缩长度为

X =F/μ=25/（1750×2）≈7.143mm

7.143/2.5=2.86圈,即手轮旋转2.86圈，预紧力是25N。我们在手轮上装置了标尺，标尺上有刻度，通过刻度也可以很清晰地看到所加载的预紧力大小。

改进的预紧力加载方式,有效地避免了由于绳子被砝码拉断，可能对学生和实验室地面造成的伤害，节约了空间，操作也更加方便。另外在实验过程中，由于弹簧的作用，可以保持预紧力恒定。

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图3改进的预紧力加载方式

二、带轮的设计与改进

实验台为开式传动，原带传动实验装置带轮存在缺点为：1.当带轮快速旋转时，皮带有经常被甩出来，威胁学生的安全；2.原装置测试单一，只能进行平带测试，不具备测试其他类型的皮带。

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图4 原带轮

我们针对原带轮缺点进行改进（如图5），在带轮的两侧分别设计出一个挡条，使带轮在高速旋转时不至于把皮带甩出，排除了安全隐患。另外设计了一款V带轮，这样实验中只需更换上V带轮，就可进行V带测试，丰富了实验内容。

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图5改进的带轮（右为V带轮）

三、扭矩传感器装置的改进

驱动电机和发电机转动产生扭矩，使得装在电机上的力臂杆压迫传感器，传感器产生微小形变，微弱的模拟信号经过放大后送入单片机进行模数转换（A/D），再进行相应的数据处理即得到扭矩值。原扭矩传感器装置如图6所示，有分别装在驱动电机和发电机上的力臂杆和力传感器组成。当电机高速旋转时，力臂杆摆动幅度大，会出现力臂杆严重撞击力传感器现象，从而造成力臂杆弯曲和传感器损坏。鉴于上述缺点，我们做出了改进，如图7所示，改进的扭矩传感器装置变得小巧，力臂杆分别装在驱动电机和发电机的正下方，在底座上装了限位部件，有效避免力臂杆的大幅度摆动，保护了传感器。

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图6原扭矩传感器装置

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图7 改进的扭矩传感器装置

四、小结

1.带传动实验装置的改进主要包括：预紧力加载方式的设计与改进、带轮的设计与改进和扭矩传感器装置的设计与改进。改进后的带传动实验装置已投入使用，并取得良好的实验效果。

2.高校承担着培养人才的重任, 且拥有高水平的教师和实践教学人员。优质的教学仪器不是简单地从市场上采购，而应该是来源于实验室，服务学生，不断改进。

3.在对带传动实验装置的改进过程中，理论课教师、实验老师和学生共同参与，牢固地掌握带传动实验装置的性能和操作方法，同时增进了师生与实验室的感情，受益匪浅。

［参考文献］

［1］善明.带传动理论与新型带传动［M］.北京:国防工业出版社,2006.

［2］王永兴,诸森儿.带传动实验装置分析［J］.实验室研究与探索,1993,30（2）.

［3］路家斌,吕文阁.带传动弹性滑动的教学解疑［J］.广东工业大学学报（社会科学版）,2008,（8）.

［4］黄华梁.机械零件实验机与实验台［M］.北京:机械工业出版社,1985.

［5］洪钟德.简明机械设计手册［M］.上海:同济大学出版社,2002.

［责任编辑：左芸］