机械传动性能综合试验台应用研究

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。

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。