机械系统性能参数可视化分析实验台的设计

王　伟

(空军第一航空学院 基础部，河南 信阳 464000)

机械系统性能参数可视化分析实验台的设计

王伟

(空军第一航空学院 基础部，河南 信阳 464000)

摘要：机械系统性能参数可视化分析实验台具有集成性、可视化和便捷性等特点，主要为机械基础实验室机械设计类综合实验而设计，目前在实际教学中得到了广泛应用。对机械系统性能参数可视化分析实验台进行了设计，介绍了实验台的工作原理，并对实验台的驱动源、主体结构和主要模块等主要部件的设计进行了详细说明，同时对实验台的测试控制系统进行了设计和功能分析，改善了传统机械设计类综合实验的教学模式。通过研究设计得出了有益结论，为提高课堂教学效果提供了重要指导作用。

关键词：机械系统；可视化分析；实验台

机械系统性能参数可视化分析实验台主要为机械基础实验室机械设计类综合实验而设计。机械性能实验项目由于局限于了解特定机械传动的某一部分功能，因而无法让学生全面了解机械性能参数在实际系统中的变化和联系，更无法让学生对机械系统的整体设计和性能产生综合性、创新性的思维[1]。从系统角度了解机械传动、联接的功能和设计原理成为该类实验发展的趋势。该实验台(见图1)以达到此目的为设计思路，通过可组合多负载机械系统，向学生展示了典型机械结构的机械性能参数随实际工作情况变化而变化的特点，为学生研究分析机械性能参数提供了平台；同时，该实验台以先进的测试技术和计算机分析技术为表达手段，为启迪学生思维提供了重要的方法。

1实验台工作原理

该实验系统是在以往的传统验正型实验基础上开发而成，综合了带传动、液体动压滑动轴承、螺栓组联接、链传动速度波动效应、动力学速度波动调节和动态变负载螺栓联接实验。本文以带传动为例进行详细说明。

图1　实验台

该实验系统不但可以单独完成某项实验，还可以同时完成几个实验，总体结构采用移动柜式，方便整个设备室内布置，而且可大大节约实验空间及时间。实验台机械系统均装在实验台的平板上，其中，1台可水平移动的直流电动机作为系统驱动，通过第1级带传动带动负载和后面的多级传动，另一级传动可安装带或链传动(以驱动变载装置)，中间增加可操纵元件——电磁离合器，从而充分拓宽学生的设计视野[2]。静态螺栓组联接加载采用螺纹加载方式，加载力可通过荷重传感器直接测得。在整个实验台机械系统中，第1级传动为平带传动，第2级传动可采用三角带或链传动，带传动实验采用工业用磁粉加载器加载，该系统是一个有多级负载模式、多级传动的系统。

2主要部件的设计

2.1驱动源的设计

驱动源(见图2)采用双轴伸悬挂结构，2个轴承座固定在移动底板上，两端各安装1个带轮，正面的带轮用于液体滑动轴承及后面的各级传动，另一端带轮单独用于带传动实验。电动机、移动底板和导轨装置组成可移动副，在电动机的腹部安装有测力压头及电动机活动调节杆，电动机运转时压头保持跟传感器接触，调节电动机，在不同转速下可获得电动机的工作力矩，如果做其他的实验，需将调节杆的螺母拧紧，防止因力过大损坏传感器。电动机移动底板的正下方安装1个钢丝连接支架，钢丝绕过一对滑轮组通过施加砝码来调节带的预紧力。在做带传动以外的实验时，通过调节螺杆张紧皮带方可进行其他实验，调节M12螺母即可张紧正面的皮带。电动机背面的带轮上安装有测速光电盘，正下方是测速传感器，在实验过程中可获得电动机转速。

图2　驱动源

2.2带传动模块的设计

带传动独立加载模块如图3所示，加载器部件如图4所示。

图3　带传动独立加载模块

图4　加载器部件

由图4可知，带传动张紧可采用2种方式：一种是定距张紧，通过螺杆调节装置调节M12螺母来调节带轮之间中心距；另一种是采用定力张紧，通过施加砝码达到带的预紧。驱动源带动磁粉制动器主轴旋转，通过调节控制面板上的旋钮改变加载器的电流来获得外载荷，加载器充当以往传统带传动的灯泡负载，加载器的侧面安装1个悬臂杠杆，主轴旋转时产生的力矩通过压头传递给压力传感器，通过计算机换算可得到输出转矩，主轴通过连接套与角位移编码器连接可获得输出转速，即得到带传动所需的4个基本参数：输入转速n1、输入转矩T1、输出转速n2和输出转矩T2，通过计算机软件可获得带传动的滑擦—效率曲线。

3结语

本文设计的机械系统性能参数可视化分析实验台，在以往的传统验正型实验基础上开发而成，综合了6种机械基础实验室机械设计类实验， 改变了传统的教学模式。本文设计的实验台可组合多负载的机械系统，向学生展示了典型机械结构的机械性能参数随实际工作情况变化而变化的过程，为学生研究分析机械性能参数提供了平台，为启迪学生的思维提供了重要的方法。

参考文献

[1] 秦伟. 机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 张策. 机械原理与机械设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

责任编辑郑练快

Performance Parameters of the Mechanical System Visualization Analysis Test-bed Design

WANG Wei

(Department of Basic Aviation Academy Air Force's First Mechanical Basis for Teaching and Research, Xinyang 464000, China)

Abstract：Mechanical system performance parameters of visualization analysis experiment platform has the characteristics of integration, visualization and convenience, it is designed primarily for mechanical basis laboratory mechanical experimental design, and the actual teaching has been widely used. The mechanical system performance parameters of visual analysis test platform have been designed to introduce the working principle of the experimental units, and test-bed of the driving source, the main structure, the main modules and other major components of the design are described in detail, while the experimental test control system design and functional analysis can improve the traditional mechanical design class integrated teaching experiments. Through the research design obtaining some valuable conclusions, provide important guidance for improving the effect of classroom teaching.

Key words:mechanical systems, visual analysis, test-bed

收稿日期：2015-01-06

作者简介：王伟(1983-)，男，硕士，讲师，主要从事机械设计基础等方面的教学和科研。

中图分类号：TH 122

文献标志码:A