JDJX-DLX電動輪系傳動特性演示及效率測試系統(tǒng)

 

一、技術(shù)領(lǐng)域

 

電動輪系傳動特性演示及效率測試設(shè)備以復(fù)合輪系傳動演示機構(gòu)為設(shè)計基礎(chǔ)，在其上添加電氣設(shè)備，在擁有復(fù)合輪系傳動演示機構(gòu)所有功能的基礎(chǔ)上，能夠自動測試和顯示2K-H行星機構(gòu)（正號機構(gòu)、負(fù)號機構(gòu)）的傳動特性和傳遞效率。此外，能夠測試定軸輪系、2K-H行星機構(gòu)、差動輪系、變齒機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)特性參數(shù)。

 

二、研究背景及意義

 

機械原理、機械設(shè)計是大學(xué)機械、機電類專業(yè)的核心技術(shù)基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)學(xué)生的機械設(shè)計創(chuàng)新意識、分析及解決問題的能力具有重要的作用。輪系結(jié)構(gòu)形式多樣，運動復(fù)雜，包括定軸輪系、行星輪系、差動輪系、周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系傳動等。學(xué)生在學(xué)習(xí)時感覺齒輪構(gòu)件空間運動關(guān)系十分抽象難懂，教師在理論教學(xué)時，多有輪系構(gòu)架運動理論闡釋分析和相關(guān)公式推導(dǎo)計算，鮮有齒輪系統(tǒng)、行星輪系、差動輪系、周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系有機結(jié)合的實驗?zāi)M演示系統(tǒng)，因而，非常不利于課堂理論教學(xué)的開展和學(xué)生對于輪系理論知識的理解與掌握。

 

此外，由于輪系具有傳動功率和傳動比變化范圍大，設(shè)計容易，結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點，近年來發(fā)展和應(yīng)用極為廣泛，但是關(guān)于輪系運動學(xué)和動力學(xué)研究測試的相關(guān)實驗設(shè)備卻極為少見，阻礙了輪系的相關(guān)理論研究和實際產(chǎn)品的開發(fā)。

 

三、系統(tǒng)方案設(shè)計

 

該測試系統(tǒng)能夠提供輪系傳動特性演示和功率、效率測試，能夠直觀的展現(xiàn)行星輪系、差動輪系的運動學(xué)特點以及在不同輸入狀態(tài)下輪系的傳動效率和功率傳遞形式。

 

輪系測試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)：輪系傳動特性測試系統(tǒng)包括底板和分別設(shè)置在底板上的支座a和支座b，支座a中設(shè)置有太陽輪軸，太陽輪軸一端固定連接太陽輪輸入齒輪、另一端連接內(nèi)外齒圈和太陽輪，太陽輪輸入齒輪與第二步進(jìn)電機連接，內(nèi)外齒圈與第三步進(jìn)電機連接，支座b中設(shè)置有行星架連接軸，行星架連接軸一端固定連接行星架輸入齒輪c、另一端依次固定行星架輸入齒輪b和行星架輸入齒輪a并與行星架連接，行星架輸入齒輪c與步進(jìn)電機連接，行星架兩端固定有行星少齒齒輪和行星架齒輪，行星架兩端還分別通過行星架齒輪軸連接行星齒輪，2個行星齒輪同時與太陽輪和內(nèi)外齒圈內(nèi)齒嚙合。

 

設(shè)計特點：底板上設(shè)置有T型槽，支座a和支座b分別通過螺栓固定在T型槽中。

 

支座a與太陽輪軸之間設(shè)置有支座軸承，太陽輪軸與內(nèi)外齒圈通過齒圈軸承相連接，太陽輪軸與太陽輪為花鍵連接，太陽輪輸入齒輪與太陽輪軸之間設(shè)置有擋圈。太陽輪輸入齒輪與第二步進(jìn)電機輸入齒輪嚙合，第二步進(jìn)電機輸入齒輪與第二步進(jìn)電機連接，第二步進(jìn)電機通過第二步進(jìn)電機支架固定在底板上；第二步進(jìn)電機輸入齒輪還與第二編碼器輸入齒輪嚙合，第二編碼器輸入齒輪與第二編碼器連接，第二編碼器通過第二編碼器支架固定在底板上。內(nèi)外齒圈外齒與第三步進(jìn)電機輸入齒輪嚙合，第三步進(jìn)電機輸入齒輪與第三步進(jìn)電機連接，第三步進(jìn)電機通過第三步進(jìn)電機支架固定在底板上；第三步進(jìn)電機輸入齒輪還與第三編碼器輸入齒輪嚙合，第三編碼器輸入齒輪與第三編碼器連接，第三編碼器通過第三編碼器支架固定在底板上。

 

支座b與行星架連接軸之間設(shè)置有軸承。

 

行星架輸入齒輪c與步進(jìn)電機輸入齒輪嚙合，步進(jìn)電機輸入齒輪與步進(jìn)電機連接，步進(jìn)電機通過步進(jìn)電機支架固定在底板上；步進(jìn)電機輸入齒輪還與編碼器輸入齒輪嚙合，編碼器輸入齒輪與編碼器連接，編碼器通過編碼器支架固定在底板上。

 

行星少齒齒輪與行星架輸入齒輪b嚙合，行星架齒輪與行星架輸入齒輪a嚙合，行星少齒齒輪、行星架齒輪和行星架輸入齒輪c外分別設(shè)置有擋圈。

 

太陽輪與支座a、內(nèi)外齒圈與支座a、行星架輸入齒輪c與支座b、行星少齒齒輪與行星架、行星架齒輪與行星架、行星齒輪與行星架齒輪軸間分別設(shè)置有銷軸。

 

底板上還固定有微控制器，微控制器分別與液晶顯示屏和穩(wěn)壓器連接，微控制器分別通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與編碼器、第二編碼器和第三編碼器連接。

 

本機構(gòu)通過內(nèi)外齒圈將太陽輪的驅(qū)動和齒圈驅(qū)動分為2個，通過銷軸限制太陽輪、內(nèi)外齒圈或行星架的周向轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)不同的運動形式，行星齒輪和行星架安裝采用對稱布置方式，使得輪系運動更加平穩(wěn)可靠，有利于行星變齒機構(gòu)大傳動比、高轉(zhuǎn)速機構(gòu)特性的實現(xiàn)；采用步進(jìn)電機驅(qū)動，使得輪系可以高速運轉(zhuǎn)、快速響應(yīng)；采用編碼器采集輪系旋轉(zhuǎn)構(gòu)件轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速采集更加準(zhǔn)確可靠該演示系統(tǒng)控制簡單，齒輪定位可靠，精度高，振動小，操作方便，加工成本低廉，空間尺寸合理，結(jié)構(gòu)小巧，適合大量制造并推廣應(yīng)用。

 

四、系統(tǒng)功能

 

（1）該系統(tǒng)具有復(fù)合輪系傳動演示機構(gòu)的所有功能，能夠?qū)崿F(xiàn)輪系的15種傳動形式。

 

（2）行星架、太陽輪、內(nèi)外齒圈的速度直接、清晰的顯示在液晶顯示屏上，而且在不同輪系轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)參數(shù)過程中，各操作過程的各項數(shù)據(jù)實時、動態(tài)顯示與理論傳動比形成對比。

 

（3）整體尺寸及結(jié)構(gòu)布局設(shè)計合理，加工成本低廉，結(jié)構(gòu)小巧，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多種輪系的運動，對于加深學(xué)生理論的理解和提高動手能力具有很高的實用價值，適合大量制造并推廣應(yīng)用。

 

（4）若將編碼器換成扭矩傳感器，可以進(jìn)行輪系傳動效率、傳動功率測試?？梢詼y試不同輸入形式下輪系的功率分匯流形式及其效率，進(jìn)行相關(guān)輪系傳動機理的科學(xué)研究。

 

五、實驗項目（可實驗15種、下面舉例10種）

 

1、行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

固定件為雙聯(lián)齒輪，雙聯(lián)齒輪兩齒數(shù)相差1個，分別為 =19， =18，在行星架驅(qū)動軸上可做軸向移動，將行星架，太陽輪，內(nèi)外齒圈中其中的任意一個部件作為輸入端，另外兩個作為輸出端，此時展示的是變齒機構(gòu)的輸入輸出。

 

2、行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），行星架輸入，太陽輪輸出。

 

將手柄安裝在行星架驅(qū)動軸上，由手柄驅(qū)動行星架驅(qū)動軸，使行星架為輸入端，太陽輪作為輸出端，傳感器將行星架和太陽輪的轉(zhuǎn)過的圈數(shù)顯示出來，即可得到相應(yīng)的傳動比參數(shù)。

 

3、 行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），行星架輸入，太陽輪輸出。具體實施方式同輪系輸出方式7。

 

4、 行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），齒圈輸入，行星架輸出。

 

將手柄安裝在內(nèi)外齒圈驅(qū)動齒輪軸上，由手柄驅(qū)動內(nèi)外齒圈驅(qū)動齒輪，帶動其他的齒輪轉(zhuǎn)動，使內(nèi)外齒圈作為輸入端，此時行星架作為輸出端，傳感器將內(nèi)外齒圈和行星架的轉(zhuǎn)過的圈數(shù)分別測出由計數(shù)器顯示出來，即可得到相應(yīng)的傳動比參數(shù)。

 

5、 行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），齒圈輸入，行星架輸出。具體實施方式同輪系輸出方式9。

 

6、 行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），行星架輸入，齒圈輸出。

 

將手柄安裝在行星架驅(qū)動軸上，由手柄驅(qū)動變齒機構(gòu)齒輪軸，使行星架轉(zhuǎn)動，帶動其他的齒輪轉(zhuǎn)動，將行星架作為輸入端，內(nèi)外齒圈作為輸出端，傳感器將內(nèi)外齒圈和行星架的轉(zhuǎn)過的圈數(shù)分別顯示出來，即可得到相應(yīng)的傳動比參數(shù)。

 

7、行星輪系（帶變齒機構(gòu)）的傳輸方式

 

雙聯(lián)齒輪固定，行星架齒輪與雙聯(lián)齒輪 嚙合（銷軸將變齒機構(gòu)支座和雙聯(lián)齒輪連接），行星架輸入，齒圈輸出。具體實施方式同輸出方式11。

 

8、差動輪系的輸入輸出方式

 

讓機構(gòu)中的所有部件都處于自由狀態(tài)，此時無固定件，當(dāng)同時任意選擇其中的2個端口作為輸入口，另一個為輸出端口，則此時展示的為差動輸入。

 

9、 差動輪系的輸入輸出方式

 

無固定件，選擇太陽輪和齒圈為輸入端，兩輸入端轉(zhuǎn)向可相同或者反向，行星架作為輸出端，傳感器將其三者轉(zhuǎn)過的圈數(shù)顯示出來，即可得到其相應(yīng)的傳動比關(guān)系。

 

10、 差動輪系的輸入輸出方式

 

無固定件，選擇太陽輪和行星架為輸入端，兩輸入端轉(zhuǎn)向可相同或者反向，內(nèi)外齒圈作為輸出端，傳感器將其三者轉(zhuǎn)過的圈數(shù)顯示出來，即可得到其相應(yīng)的傳動比關(guān)系。

 

六、主要參數(shù)：

 

輸入電壓：AC 220±7% 50HZ

 

步進(jìn)電機：3臺

 

編碼器：3臺

 

液晶顯示屏：1臺

 

外形尺寸：長780*寬550*高1100