機械傳動教學創新實驗平臺的研制及探討

鄧星橋 邱曉初

摘 要：針對現有本科教學中對機械傳動部分實驗條件不夠完善，實驗手段和實驗方法落后等問題，提出了一種新的機械傳動教學實驗平臺設計方案，利用先進的集成技術，將齒輪、帶、鏈等集中到一個實驗平臺上，能完成各種齒輪、帶、鏈的實驗演示和檢測。研發了新一代實驗檢測平臺，課題組經過實驗論證，發現此平臺能滿足現有本科機械傳動教學的各種實驗需要，也可以用于研究生的實驗驗證。

關鍵詞：機械傳動 齒輪 帶 鏈 實驗平臺

一、前言

目前針對工科學生機械傳動的教學，常用的齒輪、帶、鏈實驗均是分開的單獨實驗，缺乏系統性，也不利于學生系統掌握機械傳動教學的相關原理及科學問題，也較難引起他們的學習興趣。針對上述問題，課題組開展了機械傳動教學創新實驗平臺的研制，旨在滿足現代機械創新實驗教學和科研實驗要求、培養具備工程實踐能力及創新能力的學生而研發的高性能、模塊化、開放式新型實驗平臺，探討一條新的教學實驗方法。

實驗平臺采用了當前先進測試技術、控制技術、傳感技術及計算機技術，以典型機械傳動裝置、各類驅動電機及傳感器等為主要實驗對象，提供滿足各種需求的特定實驗內容以及實驗原理虛擬仿真演示，通過不同復雜機電系統的實驗方案創新設計、實驗裝置的組裝及調試、實驗測試方法的選擇及應用、實驗數據的測試及實驗結果的分析等，使學生更加直觀地理解和掌握各種機械傳動的原理和特點、典型電機控制技術、常用傳感器使用方法和測試原理、虛擬仿真技術在復雜機電系統中的應用，改變了以驗證性實驗為主的單一化傳統課程實驗模式，在滿足各類/型齒輪、帶、鏈的性能測試與實驗教學需求的同時，注重對學生的實踐能力、創新設計能力、科學研究能力等方面的培養。

實驗教學是專業教學體系中的重要環節，對培養學生分析和解決復雜工程實際問題的能力及綜合創新能力起著關鍵的作用。平臺具有多種功能模塊，主要針對高等院校《機械設計》、《機械原理》、《機電一體化技術》、《測試技術》、《控制技術》、《傳感技術》、《機器人技術》等課程提供不同教學實驗解決方案，可滿足不同機械類相關學科教學實驗、科研的特性化需求。

二、適用教學范圍及平臺設計方案

實驗平臺采用可自主拼接的模塊化結構，由不同種類的電機、機械傳動裝置、加載裝置、傳感器和工控機等模塊組成，學生可以根據選擇或設計的實驗類型、方案和內容，自己動手進行傳動連接、安裝調試和測試，進行控制實驗、原理驗證性實驗、綜合性實驗和創新性實驗。

實驗平臺主要由以下幾部分組成，設計方案如圖1-3所示：

實驗臺架：臺面采用優質工業鋁型材全拼接結構，骨架采用優質鋼板經過機械加工成型，外表面噴涂彩色環氧聚塑，底座配有帶定位萬向輪，整體堅固耐用、穩定可靠、美觀大方，方便移動。

控制系統：高性能工業級平板電腦、觸摸式LCD顯示器、變頻器、信號變換擴采集模塊、電源；

驅動裝置：根據需要配備了直流電機、交流電機、伺服電機、步進電機、直驅電機；

傳動裝置：提供20余種齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動；

檢測裝置：轉矩轉速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、噪音傳感器、加速度傳感器、指紋傳感器、接近傳感器、語音傳感器、光學傳感器、指紋傳感器；

輔助裝置：扭矩加載器、聯軸器、負載裝置；

配套軟件：實驗原理虛擬仿真演示軟件、實驗測控軟件、實驗數據分析軟件；

三、實驗內容

（一）機電測控系統的拼接實驗

根據實驗要求可完成各組驅動裝置、傳動裝置、傳感器、負載裝置的搭接組裝及調整工作，使學生建立起清晰的機械裝配、安裝調整及同軸度、平行度等形位公差的概念，增強學生對機械設計、機械原理課程的理解。

（二）傳感器信號采集與處理實驗

根據實驗內容，檢查測試傳感器是否放在正確的位置，傳感器工作是否正常，更改其中錯誤的放置方法和位置。獲得對分析、評判處理機械加工誤差、裝配誤差等系統綜合誤差對機電系統性能影響的實際能力。獲得對各種傳感器測試方法及原理的認知，掌握各類常見傳感器信號采集與處理的方法與技術。傳感器涵蓋常用各類轉矩轉速傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、噪音傳感器、加速度傳感器、指紋傳感器、接近傳感器、語音傳感器、光學傳感器、指紋傳感器等。

（三）電機控制實驗

完成各電機的接線工作，及空轉試驗。使學生能區分常見幾種電機使用方法和控制原理，掌握和理解電動機改發電機、語音控制電機、變頻技術控制電機等相關電機常見控制方法。

結語

機械教學綜合測控實驗平臺采用了模塊化結構及目前最先進技術的零部件，其由動力模塊、傳動模塊、支承聯接及調節模塊、加載模塊、測試模塊、工具模塊及實驗數據處理模塊搭接而成，能增加學生對機械傳動工作原理的深入理解，發現其中的科學規律，激發學生的學習熱情。

參考文獻

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