ZN-DLXJX机械电动轮系传动效率测试实训设备

一、技术领域

　　ZN-DLXJX机械电动轮系传动效率测试实训设备以复合轮系传动演示机构为设计基础，在其上添加电气设备，在拥有复合轮系传动演示机构所有功能的基础上，能够自动测试和显示2K-H行星机构（正号机构、负号机构）的传动特性和传递效率。此外，能够测试定轴轮系、2K-H行星机构、差动轮系、变齿机构的运动学和动力学特性参数。 

二、研究背景及意义

机械原理、机械设计是大学机械、机电类专业的核心技术基础课，对于培养学生的机械设计创新意识、分析及解决问题的能力具有重要的作用。轮系结构形式多样，运动复杂，包括定轴轮系、行星轮系、差动轮系、周转轮系和复合轮系传动等。学生在学习时感觉齿轮构件空间运动关系十分抽象难懂，教师在理论教学时，多有轮系构架运动理论阐释分析和相关公式推导计算，鲜有齿轮系统、行星轮系、差动轮系、周转轮系和复合轮系有机结合的实验模拟演示系统，因而，非常不利于课堂理论教学的开展和学生对于轮系理论知识的理解与掌握。

此外，由于轮系具有传动功率和传动比变化范围大，设计容易，结构紧凑等诸多优点，近年来发展和应用极为广泛，但是关于轮系运动学和动力学研究测试的相关实验设备却极为少见，阻碍了轮系的相关理论研究和实际产品的开发。

三、主要参数：

输入电压：AC 220±7% 50HZ

步进电机：3台

编码器：3台

液晶显示屏：1台 

外形尺寸：长780*宽550*高1100 

四、系统方案设计

该测试系统能够提供轮系传动特性演示和功率、效率测试，能够直观的展现行星轮系、差动轮系的运动学特点以及在不同输入状态下轮系的传动效率和功率传递形式。

轮系测试系统的整体结构：轮系传动特性测试系统包括底板和分别设置在底板上的支座a和支座b，支座a中设置有太阳轮轴，太阳轮轴一端固定连接太阳轮输入齿轮、另一端连接内外齿圈和太阳轮，太阳轮输入齿轮与 步进电机连接，内外齿圈与第三步进电机连接，支座b中设置有行星架连接轴，行星架连接轴一端固定连接行星架输入齿轮c、另一端依次固定行星架输入齿轮b和行星架输入齿轮a并与行星架连接，行星架输入齿轮c与 步进电机连接，行星架两端固定有行星少齿齿轮和行星架齿轮，行星架两端还分别通过行星架齿轮轴连接行星齿轮，2个行星齿轮同时与太阳轮和内外齿圈内齿啮合。

设计特点：底板上设置有T型槽，支座a和支座b分别通过螺栓固定在T型槽中。

支座a与太阳轮轴之间设置有支座轴承，太阳轮轴与内外齿圈通过齿圈轴承相连接，太阳轮轴与太阳轮为花键连接，太阳轮输入齿轮与太阳轮轴之间设置有挡圈。太阳轮输入齿轮与 步进电机输入齿轮啮合， 步进电机输入齿轮与 步进电机连接， 步进电机通过 步进电机支架固定在底板上； 步进电机输入齿轮还与 编码器输入齿轮啮合， 编码器输入齿轮与 编码器连接， 编码器通过 编码器支架固定在底板上。内外齿圈外齿与第三步进电机输入齿轮啮合，第三步进电机输入齿轮与第三步进电机连接，第三步进电机通过第三步进电机支架固定在底板上；第三步进电机输入齿轮还与第三编码器输入齿轮啮合，第三编码器输入齿轮与第三编码器连接，第三编码器通过第三编码器支架固定在底板上。

支座b与行星架连接轴之间设置有轴承。

行星架输入齿轮c与 步进电机输入齿轮啮合， 步进电机输入齿轮与 步进电机连接， 步进电机通过 步进电机支架固定在底板上； 步进电机输入齿轮还与 编码器输入齿轮啮合， 编码器输入齿轮与 编码器连接， 编码器通过 编码器支架固定在底板上。

行星少齿齿轮与行星架输入齿轮b啮合，行星架齿轮与行星架输入齿轮a啮合，行星少齿齿轮、行星架齿轮和行星架输入齿轮c外分别设置有挡圈。

太阳轮与支座a、内外齿圈与支座a、行星架输入齿轮c与支座b、行星少齿齿轮与行星架、行星架齿轮与行星架、行星齿轮与行星架齿轮轴间分别设置有销轴。

底板上还固定有微控制器，微控制器分别与液晶显示屏和稳压器连接，微控制器分别通过模数转换器与 编码器、 编码器和第三编码器连接。

本机构通过内外齿圈将太阳轮的驱动和齿圈驱动分为2个，通过销轴限制太阳轮、内外齿圈或行星架的周向转动，即可实现不同的运动形式，行星齿轮和行星架安装采用对称布置方式，使得轮系运动更加平稳可靠，有利于行星变齿机构大传动比、高转速机构特性的实现；采用步进电机驱动，使得轮系可以高速运转、快速响应；采用编码器采集轮系旋转构件转速，转速采集更加准确可靠该演示系统控制简单，齿轮定位可靠，精度高，振动小，操作方便，加工成本低廉，空间尺寸合理，结构小巧，适合大量制造并推广应用。

五、实验项目（可实验15种、下面举例10种）

1、行星轮系（带变齿机构）的传输方式

固定件为双联齿轮，双联齿轮两齿数相差1个，分别为 =19， =18，在行星架驱动轴上可做轴向移动，将行星架，太阳轮，内外齿圈中其中的任意一个部件作为输入端，另外两个作为输出端，此时展示的是变齿机构的输入输出。

2、行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），行星架输入，太阳轮输出。

将手柄安装在行星架驱动轴上，由手柄驱动行星架驱动轴，使行星架为输入端，太阳轮作为输出端，传感器将行星架和太阳轮的转过的圈数显示出来，即可得到相应的传动比参数。

3、 行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），行星架输入，太阳轮输出。具体实施方式同轮系输出方式7。

4、 行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），齿圈输入，行星架输出。

将手柄安装在内外齿圈驱动齿轮轴上，由手柄驱动内外齿圈驱动齿轮，带动其他的齿轮转动，使内外齿圈作为输入端，此时行星架作为输出端，传感器将内外齿圈和行星架的转过的圈数分别测出由计数器显示出来，即可得到相应的传动比参数。

5、 行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），齿圈输入，行星架输出。具体实施方式同轮系输出方式9。

6、 行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），行星架输入，齿圈输出。

将手柄安装在行星架驱动轴上，由手柄驱动变齿机构齿轮轴，使行星架转动，带动其他的齿轮转动，将行星架作为输入端，内外齿圈作为输出端，传感器将内外齿圈和行星架的转过的圈数分别显示出来，即可得到相应的传动比参数。

7、行星轮系（带变齿机构）的传输方式

双联齿轮固定，行星架齿轮与双联齿轮 啮合（销轴将变齿机构支座和双联齿轮连接），行星架输入，齿圈输出。具体实施方式同输出方式11。

8、差动轮系的输入输出方式

让机构中的所有部件都处于自由状态，此时无固定件，当同时任意选择其中的2个端口作为输入口，另一个为输出端口，则此时展示的为差动输入。

9、 差动轮系的输入输出方式

无固定件，选择太阳轮和齿圈为输入端，两输入端转向可相同或者反向，行星架作为输出端，传感器将其三者转过的圈数显示出来，即可得到其相应的传动比关系。

10、 差动轮系的输入输出方式

无固定件，选择太阳轮和行星架为输入端，两输入端转向可相同或者反向，内外齿圈作为输出端，传感器将其三者转过的圈数显示出来，即可得到其相应的传动比关系。

六、系统功能

（1）该系统具有复合轮系传动演示机构的所有功能，能够实现轮系的15种传动形式。

（2）行星架、太阳轮、内外齿圈的速度直接、清晰的显示在液晶显示屏上，而且在不同轮系转化调节参数过程中，各操作过程的各项数据实时、动态显示与理论传动比形成对比。

（3）整体尺寸及结构布局设计合理，加工成本低廉，结构小巧，并且能够实现多种轮系的运动，对于加深学生理论的理解和提高动手能力具有很高的实用价值，适合大量制造并推广应用。

（4）若将编码器换成扭矩传感器，可以进行轮系传动效率、传动功率测试。可以测试不同输入形式下轮系的功率分汇流形式及其效率，进行相关轮系传动机理的科学研究。