机械传动教学创新实验平台的研制及探讨

邓星桥 邱晓初

摘 要：针对现有本科教学中对机械传动部分实验条件不够完善，实验手段和实验方法落后等问题，提出了一种新的机械传动教学实验平台设计方案，利用先进的集成技术，将齿轮、带、链等集中到一个实验平台上，能完成各种齿轮、带、链的实验演示和检测。研发了新一代实验检测平台，课题组经过实验论证，发现此平台能满足现有本科机械传动教学的各种实验需要，也可以用于研究生的实验验证。

关键词：机械传动 齿轮 带 链 实验平台

一、前言

目前针对工科学生机械传动的教学，常用的齿轮、带、链实验均是分开的单独实验，缺乏系统性，也不利于学生系统掌握机械传动教学的相关原理及科学问题，也较难引起他们的学习兴趣。针对上述问题，课题组开展了机械传动教学创新实验平台的研制，旨在满足现代机械创新实验教学和科研实验要求、培养具备工程实践能力及创新能力的学生而研发的高性能、模块化、开放式新型实验平台，探讨一条新的教学实验方法。

实验平台采用了当前先进测试技术、控制技术、传感技术及计算机技术，以典型机械传动装置、各类驱动电机及传感器等为主要实验对象，提供满足各种需求的特定实验内容以及实验原理虚拟仿真演示，通过不同复杂机电系统的实验方案创新设计、实验装置的组装及调试、实验测试方法的选择及应用、实验数据的测试及实验结果的分析等，使学生更加直观地理解和掌握各种机械传动的原理和特点、典型电机控制技术、常用传感器使用方法和测试原理、虚拟仿真技术在复杂机电系统中的应用，改变了以验证性实验为主的单一化传统课程实验模式，在满足各类/型齿轮、带、链的性能测试与实验教学需求的同时，注重对学生的实践能力、创新设计能力、科学研究能力等方面的培养。

实验教学是专业教学体系中的重要环节，对培养学生分析和解決复杂工程实际问题的能力及综合创新能力起着关键的作用。平台具有多种功能模块，主要针对高等院校《机械设计》、《机械原理》、《机电一体化技术》、《测试技术》、《控制技术》、《传感技术》、《机器人技术》等课程提供不同教学实验解决方案，可满足不同机械类相关学科教学实验、科研的特性化需求。

二、适用教学范围及平台设计方案

实验平台采用可自主拼接的模块化结构，由不同种类的电机、机械传动装置、加载装置、传感器和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行控制实验、原理验证性实验、综合性实验和创新性实验。

实验平台主要由以下几部分组成，设计方案如图1-3所示：

实验台架：台面采用优质工业铝型材全拼接结构，骨架采用优质钢板经过机械加工成型，外表面喷涂彩色环氧聚塑，底座配有带定位万向轮，整体坚固耐用、稳定可靠、美观大方，方便移动。

控制系统：高性能工业级平板电脑、触摸式LCD显示器、变频器、信号变换扩采集模块、电源；

驱动装置：根据需要配备了直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机、直驱电机；

传动装置：提供20余种齿轮传动、带传动、链传动；

检测装置：转矩转速传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器、噪音传感器、加速度传感器、指纹传感器、接近传感器、语音传感器、光学传感器、指纹传感器；

辅助装置：扭矩加载器、联轴器、负载装置；

配套软件：实验原理虚拟仿真演示软件、实验测控软件、实验数据分析软件；

三、实验内容

（一）机电测控系统的拼接实验

根据实验要求可完成各组驱动装置、传动装置、传感器、负载装置的搭接组装及调整工作，使学生建立起清晰的机械装配、安装调整及同轴度、平行度等形位公差的概念，增强学生对机械设计、机械原理课程的理解。

（二）传感器信号采集与处理实验

根据实验内容，检查测试传感器是否放在正确的位置，传感器工作是否正常，更改其中错误的放置方法和位置。获得对分析、评判处理机械加工误差、装配误差等系统综合误差对机电系统性能影响的实际能力。获得对各种传感器测试方法及原理的认知，掌握各类常见传感器信号采集与处理的方法与技术。传感器涵盖常用各类转矩转速传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器、噪音传感器、加速度传感器、指纹传感器、接近传感器、语音传感器、光学传感器、指纹传感器等。

（三）电机控制实验

完成各电机的接线工作，及空转试验。使学生能区分常见几种电机使用方法和控制原理，掌握和理解电动机改发电机、语音控制电机、变频技术控制电机等相关电机常见控制方法。

结语

机械教学综合测控实验平台采用了模块化结构及目前最先进技术的零部件，其由动力模块、传动模块、支承联接及调节模块、加载模块、测试模块、工具模块及实验数据处理模块搭接而成，能增加学生对机械传动工作原理的深入理解，发现其中的科学规律，激发学生的学习热情。

参考文献

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