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机械传动性能实验台应用分析
发布时间：2017-09-19 点击次数：次
引言
随着计算机技术、测量技术和微电子技术的飞速发展，各种试验系统也向着智能化、高精度和功能多元化方向发展。传统的传动试验系统中普遍采用机械式度盘显示参量，需要人工读取数据，具有人为误差大、数据处理工作量大的缺点。计算机辅助试验（CAT）技术机械传动性能综合实验台具有友好的人机界面、从试验中直接提取信息并进行数据处理的新型试验系统。它不仅能完成试验数据的采集工作，还能进行试验数据的分析处理并在PC 机上实时显示速度、转矩、传动比、功率、效率曲线。
1、试验台的结构
机械传动性能综合试验台结构，由多种机械传动装置、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，可根据选择或设计的试验类型、方案和内容，连接、安装和测试，进行设计性试验、综合实验或创新性试验。机械传动性能综合试验台的结构如图1 所示。
该系统有四部分组成：一是动力部分，采用三相感应变频电机和变频器；二是测试部分，采用转矩转速传感器；三是被测部分；四是加载部分，采用磁粉制动器。在机械传动部分，各部件之间用弹性柱销联轴器联结。
图2 工作原理系统图
2、实验台的工作原理
本试验台的工作原理系统图如图2 所示。
2.1 调速系统工作原理
为了测试不同转速下传动机构的性能，本试验台采用了交流电动机变频调速传动系统，它由变频调速电机和变频器组成。根据感应电动机的工作原理，电动机的转速n、电动机的同步转速ns、转差率s、激磁电源的频率f 和绕组极对数p 之间的关系为：n=ns(1-s)=60f(1-s)/p。可以看出，当转差率s 和绕组对数p一定时，改变激磁电源的频率f，即可改变电机的同步转速ns 和输出转速n，这就是变频调速的基本原理。变频器的作用就是调节电动机的供电频率，以实现电机的调速。本实验台中电机的转速，既可通过电气控制台面板上的旋钮手动调
节，也可通过计算机自动调节。
2.2 加载系统工作原理
为了测试不同负载下传动机构的性能，本实验台采用了磁粉制动器。磁粉制动器主要由定子、转子、励磁线圈和磁粉组成，定子与壳体连接固定不动，转子与轴连接同步转动，两者之间留有少量的间隙，一般为1.5～2mm，内装适量的磁粉（铁和石墨的粉末）。转子上嵌有环形励磁线圈，当线圈中无电流时，散沙似的粉末不阻碍轴的运动；当通入直流电时，磁粉即在磁场作用下被吸引而聚集，从而在定子与转子之间产生阻力（矩），激磁电流愈大，阻力矩愈大，两者成正比关系（图3 ），而阻力矩与转速无关（图4）。本实验台的负载，既可通过电气控制柜面板上的旋钮手动调节，也可通过计算机自动调节。
图3 励磁电流——转矩特性曲线
本实验台采用ZJ型转矩转速传感器，它属于磁电式相位差传感器。其结构示意图如图5 所示，它由机座、端盖、扭力轴、内齿轮、外齿轮、磁钢、线圈轴承等组成。内齿轮、磁钢固定在套筒上，线圈固定在端盖上，外齿轮固定在扭力轴上，当内外齿轮发生相对转动时，由于磁通不断变化，在线圈中便感应出近似正弦波的感应电势u1、u2 两感应电势的初始相位差是恒定的，考虑到正反加载，初始相位差φ 0 设计在大约180°位置上，当加上扭力时，扭力轴发生扭转变形。在弹性范围内外加扭矩与机械扭转角成正比，这时u1、u2 讯号的相位差要发生变化，φ = φ0 ±△φ。当传感器的扭矩增加到额定值时，变化的相位△φ大约为90°。因此，测量出φ就等于间接测量出轴上的外加转矩，这样，传感器就实现了把机械量（扭角变化）转化成了电子量（相位差变化）的过程。图6 为讯号的时序波形图。此时，扭力轴的机械扭转角△β为360°/Z 的1 / 4 （Z 为齿轮齿数）。
2.4 传动比、功率、效率测试原理在测出转速和转矩后，可作如下计算：
改变电机的转速可以得到不同的机械效率，这样就可以画出传动系统机械效率曲线，依照此曲线可以对组建的机械系统进行效率评价。
2.5 工控机辅助测试
本试验台设计有工控机辅助测试系统，它由转矩转速传感器、工控机（内置转矩转速测试卡等）、转矩转速测试软件、电气控制台、打印机等组成（图1 ）。借助计算机和转矩转速测试软件，可完成自动进行数据采集处理，工况控制与实验结果自动输出等工作。
3、试验台的特点及实验内容
实验台具有如下特点：
（1 ）本试验台的设计采用自动控制测试技术与虚拟仪器理论，电机、转速、负载等均可程控调节。该设备可自动进行数据采集和实验结果自动输出。
（2 ）试验台由各种机械传动装置、电机、加载装置和工控机等部分组成，可根据实验内容选用相应的传动装置，进行安装调试和测试，装配的互换性较好。
（3 ）实验台的测量精度较高，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。
机械传动性能综合试验台自动进行数据采集，工况控制与实验结果自动输出，测试精度较高。应用范围广，可以替代传统的多种单一实验台，具有综合性和创新性；可用于教学和科学试验，完成机械传动运动和动力参数测试、机械传动效率测试、机械传动多方案设计研究试验。
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随着计算机技术、测量技术和微电子技术的飞速发展，各种试验系统也向着智能化、高精度和功能多元化方向发展。传统的传动试验系统中普遍采用机械式度盘显示参量，需要人工读取数据，具有人为误差大、数据处理工作量大的缺点。计算机辅助试验（CAT）技术机械传动性能综合实验台具有友好的人机界面、从试验中直接提取信息并进行数据处理的新型试验系统。它不仅能完成试验数据的采集工作，还能进行试验数据的分析处理并在PC 机上实时显示速度、转矩、传动比、功率、效率曲线。
1、试验台的结构
机械传动性能综合试验台结构，由多种机械传动装置、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，可根据选择或设计的试验类型、方案和内容，连接、安装和测试，进行设计性试验、综合实验或创新性试验。机械传动性能综合试验台的结构如图1 所示。
该系统有四部分组成：一是动力部分，采用三相感应变频电机和变频器；二是测试部分，采用转矩转速传感器；三是被测部分；四是加载部分，采用磁粉制动器。在机械传动部分，各部件之间用弹性柱销联轴器联结。
图1 机械传动性能综合测试实验台
图2 工作原理系统图
本试验台的工作原理系统图如图2 所示。
2.1 调速系统工作原理
为了测试不同转速下传动机构的性能，本试验台采用了交流电动机变频调速传动系统，它由变频调速电机和变频器组成。根据感应电动机的工作原理，电动机的转速n、电动机的同步转速ns、转差率s、激磁电源的频率f 和绕组极对数p 之间的关系为：n=ns(1-s)=60f(1-s)/p。可以看出，当转差率s 和绕组对数p一定时，改变激磁电源的频率f，即可改变电机的同步转速ns 和输出转速n，这就是变频调速的基本原理。变频器的作用就是调节电动机的供电频率，以实现电机的调速。本实验台中电机的转速，既可通过电气控制台面板上的旋钮手动调
节，也可通过计算机自动调节。
2.2 加载系统工作原理
为了测试不同负载下传动机构的性能，本实验台采用了磁粉制动器。磁粉制动器主要由定子、转子、励磁线圈和磁粉组成，定子与壳体连接固定不动，转子与轴连接同步转动，两者之间留有少量的间隙，一般为1.5～2mm，内装适量的磁粉（铁和石墨的粉末）。转子上嵌有环形励磁线圈，当线圈中无电流时，散沙似的粉末不阻碍轴的运动；当通入直流电时，磁粉即在磁场作用下被吸引而聚集，从而在定子与转子之间产生阻力（矩），激磁电流愈大，阻力矩愈大，两者成正比关系（图3 ），而阻力矩与转速无关（图4）。本实验台的负载，既可通过电气控制柜面板上的旋钮手动调节，也可通过计算机自动调节。
图3 励磁电流——转矩特性曲线
图4 转速——转矩特性曲线
图5 ZJ 型转矩转速传感器结构示意图
图6 时序波形图
2.3 转矩转速测试（传感器）工作原理本实验台采用ZJ型转矩转速传感器，它属于磁电式相位差传感器。其结构示意图如图5 所示，它由机座、端盖、扭力轴、内齿轮、外齿轮、磁钢、线圈轴承等组成。内齿轮、磁钢固定在套筒上，线圈固定在端盖上，外齿轮固定在扭力轴上，当内外齿轮发生相对转动时，由于磁通不断变化，在线圈中便感应出近似正弦波的感应电势u1、u2 两感应电势的初始相位差是恒定的，考虑到正反加载，初始相位差φ 0 设计在大约180°位置上，当加上扭力时，扭力轴发生扭转变形。在弹性范围内外加扭矩与机械扭转角成正比，这时u1、u2 讯号的相位差要发生变化，φ = φ0 ±△φ。当传感器的扭矩增加到额定值时，变化的相位△φ大约为90°。因此，测量出φ就等于间接测量出轴上的外加转矩，这样，传感器就实现了把机械量（扭角变化）转化成了电子量（相位差变化）的过程。图6 为讯号的时序波形图。此时，扭力轴的机械扭转角△β为360°/Z 的1 / 4 （Z 为齿轮齿数）。
2.4 传动比、功率、效率测试原理在测出转速和转矩后，可作如下计算：
改变电机的转速可以得到不同的机械效率，这样就可以画出传动系统机械效率曲线，依照此曲线可以对组建的机械系统进行效率评价。
2.5 工控机辅助测试
本试验台设计有工控机辅助测试系统，它由转矩转速传感器、工控机（内置转矩转速测试卡等）、转矩转速测试软件、电气控制台、打印机等组成（图1 ）。借助计算机和转矩转速测试软件，可完成自动进行数据采集处理，工况控制与实验结果自动输出等工作。
3、试验台的特点及实验内容
实验台具有如下特点：
（1 ）本试验台的设计采用自动控制测试技术与虚拟仪器理论，电机、转速、负载等均可程控调节。该设备可自动进行数据采集和实验结果自动输出。
（2 ）试验台由各种机械传动装置、电机、加载装置和工控机等部分组成，可根据实验内容选用相应的传动装置，进行安装调试和测试，装配的互换性较好。
（3 ）实验台的测量精度较高，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。
机械传动性能综合试验台自动进行数据采集，工况控制与实验结果自动输出，测试精度较高。应用范围广，可以替代传统的多种单一实验台，具有综合性和创新性；可用于教学和科学试验，完成机械传动运动和动力参数测试、机械传动效率测试、机械传动多方案设计研究试验。
您只要致电：021-60641703 021-60766769 (0)15216837090(张经理)
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