CN108982097A - 教学实验用机构传动效率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种教学实验用机构传动效率测试装置，包括机架，所述机架顶部设置有弹簧加载装置，所述加载装置对应的所述机架底板上设有主传动机构，所述主传动机构包括丝杆、输入蜗杆、输出蜗杆和蜗轮，所述丝杆上设置有压力传感器和活络头，和所述丝杆与蜗轮旋合，所述输入蜗杆和输出蜗杆均与蜗轮啮合，所述输入蜗杆通过输入扭矩传感器连接电机，所述输出蜗杆通过输出扭矩传感器连接磁粉制动器，所述机架一侧设置有触控屏。本发明可以在教学实验中测试传动效率，结构简单，系统参数设定方便，具有过载保护的功能，可以实时测得输入端扭矩、输出端扭矩和丝杆输出端压力，并同步显示在触控屏上，操作便利。
Description
技术领域
本发明涉及一种传动效率测试装置，具体涉及一种教学实验用机构传动效率测试装置。
背景技术
机械运动是典型的物体运动类型，机械构件间通过运动副加以连接，在机构进行运动与动力传递时，两构件间形成的运动副元素面间将发生相对运动与摩擦，有摩擦必然就存在功率损耗。机械效率主要与运动副接触面表面质量、构件间接触面的几何结构，构件材料类型、润滑状态、外力方向等因素有关，在机械设计阶段只能根据手册上的参考摩擦系数进行理论大致估算，而实际机械真实效率只能通过实验的方法测定出来。
目前，在教学活动中，只有相关摩擦系数测定实验，没有测定机械整机效率的实验装置。而机构力分析、效率、自锁问题是相关理论课的难点，内容比较抽象，学生很难接受与理解，若无实验支撑，会严重影响教学效果。而现有的传动效率装置只能测定整机的效率，不能单独测试各个传动机构的效率。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种传动效率测试装置，解决现有教学活动中没有测定机械效率实验装置，现有的传动效率装置只能测定整机的效率，不能单独测试各个传动机构的效率的问题。
技术方案：本发明所述的教学实验用机构传动效率测试装置，包括机架，所述机架顶部设置有弹簧加载装置，所述加载装置对应的所述机架底板上设有主传动机构，所述主传动机构包括丝杆、输入蜗杆，输出蜗杆和蜗轮，所述丝杆上设置有压力传感器和活络头，和所述丝杆与蜗轮旋合，所述输入蜗杆和输出蜗杆均与蜗轮啮合，所述输入蜗杆通过输入扭矩传感器连接电机，所述输出蜗杆通过输出扭矩传感器连接磁粉制动器，所述机架一侧设置有触控屏。
为了限制丝杆的周向运动，保证其竖直方向的直线运动不受干扰，所述主传动机构还包括上管柱和下管柱，所述丝杆通过导向键可转动安装在上管柱内。
为了方便安装压力传感器和调整行程检测的位置，所述丝杆顶部设置安装有止推螺母，所述止推螺母上安装有行程检测板。
为了方便拆卸安装，所述弹簧加载装置通过法兰与机架顶部连接。
为了方便安装拆卸，保证安装精度，所述输入扭矩传感器、输出扭矩传感器、磁粉制动器和电机通过法兰板连接在机架工作台上。
为了使结构紧凑，节省设备空间，所述输入蜗杆，输出蜗杆和蜗轮安装在齿轮箱里，所述输入蜗杆和输出蜗杆一端均安装有滚动轴承。
为了使装置结构简单可靠，便于拆装更换零件，所述弹性加载装置包括导向柱，所述导向柱一侧开设有导向槽，所述导向柱内可拆卸安装有压缩弹簧和圆柱滑块，所述圆柱滑块通过销轴106与导向槽102可滑动连接。
为了可以补偿同轴度误差，降低制造精度要求，降低额外的效率损失，提高测试精度，所述输入蜗杆通过十字滑块联轴器连接输入扭矩传感器，所述输出蜗杆通过十字滑块联轴器连接输出扭矩传感器。
有益效果：本发明可以在教学实验中测试传动效率，结构简单，系统参数设定方便，具有过载保护的功能，可以实时测得输入端扭矩、输出端扭矩和丝杆输出端压力，并同步显示在触控屏上，操作便利。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是设备机架结构示意图；
图3是主传动机构主视图；
图4是主传动机构左侧视图；
图5是弹簧加载装置结构示意图；
图6是弹簧性加载装置爆炸图；
图7是测定蜗轮副效率的传动路线示意图；
图8是测定螺旋副效率的传动路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1所示，一种教学实验用机构传动效率测试装置，包括机架5，机架顶部龙门横梁上通过法兰设置有弹簧加载装置1，弹性加载装置1对应的机架底板上设有主传动机构，主传动机构4包括丝杆321、输入蜗杆310，输出蜗杆308和蜗轮311，丝杆321上设置有压力传感器3和活络头2，和丝杆321与蜗轮311旋合，输入蜗杆310和输出蜗杆308均与蜗轮311啮合，输入蜗杆310通过输入扭矩传感器12连接电机10，输出蜗杆308通过输出扭矩传感器13连接磁粉制动器，机架一侧设置有触控屏15。其中，主传动机构4的下管柱通过法兰板与机架5底梁的法兰板联结，压力传感器3安装在主传动机构4的丝杆顶端上，活络头2安装在压力传感器3上，步进电机10安装在电机安装座11上，步进电机10通过十字滑块联轴器6与输入扭矩传感器12相连，输入扭矩传感器12再通过十字滑块联轴器6与主传动机构4的输入蜗杆相连，磁粉制动器8通过十字滑块联轴器6与输出扭矩传感器13相连，输出扭矩传感器再通过十字滑块联轴器6与主传动机构4的输出蜗杆相连。输入扭矩传感器和输出扭矩传感器底部都通过垫块7固定以使高度一致，电气控制柜9设置在设备机架的底部，工控触摸控制屏15安装在设备机架5龙门立柱一侧。
如图2所示，机架5主体由型材拼焊而成，工作平台502上焊接了4块等高安装法兰板，分别为：步进电机安装法兰板505、磁粉制动器安装法兰板504，输入输出扭矩传感器安装法兰板503。步进电机10通过电机安装座11与505联结，输入输出扭矩传感器通过垫块7与503联结，磁粉制动器8直接安装在504上。弹簧线性加载装置1安装在龙门架横梁的法兰板501上，主传动机构4的下管柱309通过法兰板与机架底梁的法兰板506相联，触摸工控屏15安装在龙门立柱上的法兰板507上。
如图3-4所示，传动机构还包括上管柱304和下管柱309，上官柱通过丝杆321圆柱面上开设导向槽302，上管柱相应位置开设键槽并通过导向键安装螺钉303安装导向键322，导向键322与导向槽302适配安装，使丝杆321可转动安装在上管柱304内，这么设置的目的限制丝杆转动自由度且保留其移动自由度，丝杆321顶部安装有止推螺母301，止推螺母上安装有行程检测板312，上管柱304通过上管柱安装螺钉305、上管柱法兰306和圆锥滚动轴承307安装在齿轮箱14上，出入蜗杆310和输出蜗杆308一端均设置有滚动轴承319和嵌入式密封透盖320，另一端通过螺钉315和预紧螺钉316连接轴承端盖317和预紧盖318。其中蜗轮311上通过设置的轮毂孔车制梯形螺纹与丝杆321旋合，丝杆321竖直穿过箱体，丝杆分别与上管柱304和下管柱309形成圆柱副联结，在丝杆的顶部旋合一止推螺母301，通过键连接固定在丝杆321的顶部，安置止推螺母301是为了方便安装压力传感器2和行程检测板312。上管柱顶面通过螺钉安装了接近开关安装架314，其上安装了接近开关313。
如图5和图6所示，弹簧线性加载装置1包括：导向柱101、圆柱滑块103、压缩弹簧109、销轴106、销轴垫片105和开口销107。导向柱侧面设有导向槽102，导向柱101内装有压缩弹簧109和圆柱滑块108，圆柱滑块通过销轴106和导向槽102与导向柱相连，起到导向限位作用。导向柱101上端焊有安装法兰板，安装于设备机架5横梁法兰板501上。
其中，触控屏、压力传感器、输入扭矩传感器和输出扭矩传感器均电连接PLC。触控屏与plc相连并通讯，主要用于对整个设备的操控，在使用过程中，触控屏会与plc通讯来实现相应功能如设备的运行、停止、复位、参数设置等，同时也可以读取plc采集到的各传感器的数据并以数字和变化趋势图两种形式实时显示出来。触控屏上主要分为：设备原理介绍界面、测试过程操作界面和丝杆调节界面。PLC还可以反馈调节来实现过载保护，当压力传感器压力超过一个界限的时候，控制电机停止转动，即丝杆会停止上升，可以防止过载后对设备造成损坏。
在使用本发明测定蜗轮副效率时：启动设备后，步进电机带动输入扭矩传感器，输入扭矩传感器会测得此处的输入扭矩T1，输入扭矩传感器的另一端与输入蜗杆相连接，并带动输入蜗杆转动，同时输入蜗杆会带动与之啮合的蜗轮转动，蜗轮的另一侧与输出蜗杆啮合，蜗轮进而带动输出蜗杆转动，输出蜗杆的一端与输出扭矩传感器相连接，并带动输出扭矩传感器转动，输出扭矩传感器用来测得此处的输出扭矩T2，输出扭矩传感器的另一端与磁粉制动器连接，磁粉制动器会随之转动，并对系统施加制动力矩。输入扭矩传感器测得的输入扭矩T1和输出扭矩传感器测得的输出扭矩T2经plc采集后，显示在触控屏上。整个传动路线如图7所示：
把测得数据带入公式1、公式2和公式3，并联立求解即可计算出：蜗轮副当量摩擦角ρv，二级蜗轮副传动效率η12，蜗轮副传动效率(蜗杆主动)η1和蜗轮副传动效率(蜗轮主动)η2。
其中γ为蜗杆导程角，为11.3°；P1、P2为蜗杆处的输入功率和输出蜗杆处的输出功率。
采用本发明测定螺旋副效率时：启动设备后，步进电机带动输入扭矩传感器，输入扭矩传感器会测得此处的输入扭矩T1，输入扭矩传感器的另一端与输入蜗杆相连接，并带动输入蜗杆转动，同时输入蜗杆会带动与之啮合的蜗轮转动，蜗轮与丝杆旋合，由于丝杆被上管柱上端的导向键限制了转动自由度，故丝杆在蜗轮的带动下竖直上升，丝杆的上端装有压力传感器，用来测得丝杠输出端压力值F，随着丝杆的上升，安装在压力传感器上的活络头逐渐向上压缩弹簧加载装置，压力传感器测得的压力值也随之增大。输入扭矩传感器测得的输入扭矩T1和压力传感器测得的压力值F经plc采集后，显示在触控屏上。整个传动路线图8所示：
把测得数据带入公式4和公式5，并联立求解即可计算出：蜗轮副传动效率(蜗杆主动)η1与螺旋副传动效率η3的串联总效率η13和螺旋副传动效率η3。
η13＝η1η3 (5)
其中P1、P3为输入蜗杆处的输入功率和丝杆处的输出功率。
Claims (8)
1.一种教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，包括机架(5)，所述机架(5)顶部设置有弹簧加载装置(1)，所述弹簧加载装置(1)对应的所述机架底板上设有主传动机构，所述主传动机构包括丝杆(321)、输入蜗杆(310)、输出蜗杆(308)和蜗轮(311)，所述丝杆(321)上设置有压力传感器(3)和活络头(2)，和所述丝杆(321)与蜗轮(311)旋合，所述输入蜗杆(310)和输出蜗杆(308)均与蜗轮(311)啮合，所述输入蜗杆(310)通过输入扭矩传感器(12)连接电机(10)，所述输出蜗杆(308)通过输出扭矩传感器(13)连接磁粉制动器(8)，所述机架(5)一侧设置有触控屏(15)，所述触控屏(15)、压力传感器(3)、输入扭矩传感器(12)和输出扭矩传感器(13)均电连接PLC。
2.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述主传动机构还包括上管柱(304)和下管柱(309)，所述丝杆(321)安装在上管柱(304)内通过导向键(322)约束其转动自由度。
3.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述丝杆(321)顶部设置安装有止推螺母(301)，所述止推螺母(301)上安装有行程检测板(312)。
4.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述弹簧加载装置(1)通过法兰与机架(5)顶部连接。
5.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述输入扭矩传感器(12)、输出扭矩传感器(13)、磁粉制动器(8)和电机(10)通过法兰板连接在机架(5)工作台上。
6.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述输入蜗杆(310)，输出蜗杆(308)和蜗轮(311)安装在齿轮箱里，所述输入蜗杆(310)和输出蜗杆(308)一端均安装有滚动轴承。
7.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述弹性加载装置(1)包括导向柱(101)，所述导向柱(101)一侧开设有导向槽(302)，所述导向柱(101)内可拆卸安装有压缩弹簧(109)和圆柱滑块(103)，所述圆柱滑块通过销轴(106)与导向槽(102)可滑动连接。
8.根据权利要求1所述的教学实验用机构传动效率测试装置，其特征在于，所述输入蜗杆(310)通过十字滑块联轴器(6)连接输入扭矩传感器(12)，所述输出蜗杆(308)通过十字滑块联轴器(6)连接输出扭矩传感器(13)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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