機械傳動的定義精選(九篇)

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第1篇：機械傳動的定義范文

摘要：提出了一種利用人字齒輪消隙的機構，利用Croe 2.0三維設計軟件，建立了齒輪副模型。研究了對漸開線斜齒輪進行參數化設計的方法，保證了齒形的準確性和高效性

前言

適當的齒側間隙是傳動機構正常工作的必要條件之一[1]。但是齒側間隙的存在會給精密機電傳動系統帶來負面影響，本文提出了一種新型人字齒輪自動消隙機構。通過在Croe 2.0環境下可以根據漸開線齒形的生成原理來進行漸開線人字齒輪的精確造型， 同時還能實現其參數化建模， 實現了齒輪的系列化設計。

此外，用Croe 2.0對自動消隙機構進行動態仿1真，建立了人字齒輪自動消隙機構的三維模型，并將其裝入新型齒輪副中，得到了相應點速度，加速度變化曲線。

1新型人字齒輪自動消隙機構原理

人字齒輪自動消隙機構與齒輪配合形式如圖l所示。通過旋緊螺母固定擋環，使主動輪8、9處的彈簧5、11拉緊或壓縮錐套6、10帶動主動輪沿軸向移動，消除主動輪與從動輪1磨損引起的間隙，實現對人字齒輪間隙的自動消隙[2]。

2新型人字齒輪副三維模型的建立

2.1 斜齒輪漸開線的創建

漸開線是由一條線段繞齒輪的基圓旋轉而成的曲線，漸開線的幾何分析如圖2所示，線段s繞圓弧旋轉，其一端點A劃過一條軌跡即為漸開線[3][4]。點（x，y）的坐標為xc=rcosθ， yc=rcosθ（r為基圓半徑）。首先打開Croe 2.0軟件，新建名稱為gear_prt的文件，選擇mmns_part_solid模式，進入零件設計環境，點擊工具欄中的圖標（曲線），在彈出的對話框中點擊“從方程” “完成”，系統提示要選擇笛卡爾坐標系，之后打開記事本，再次輸入如圖2所示的漸開線方程。

對于Croe 2.0中的關系式，系統存在一個變量t，t的變換范圍為0～1，可以通過點B（xc，yc ）建立點A（x，y）的坐標，即為漸開線方程：

θ=90·θ，r=

s=pi·r · t/2

xc=rcosθ，yc=rsinθ

x=xc+s·sinθ，y=yc-s·cosθ，z=0

以上定義為XY平面上的漸開線方程，也可通過修改X，Y，Z的坐標關系來定義其他面的坐標方程。

2.2 斜齒輪傳動的裝配[5]

平行軸斜齒輪在端面內的嚙合相當于直齒輪的嚙合，所以其正確嚙合的條件為端面模數及端面壓力角相等。平行軸斜齒輪傳動的兩基圓柱螺旋角必須相等，β1=±β2，因外嚙合齒輪的螺旋角大小相等，方向相反，而內嚙合時方向相同，故式中負號用于外嚙合，正號用于內嚙合，于是得到平行軸斜齒輪正確嚙合條件：

所以，對于所要裝配的齒輪組，在建模的過程中應完全滿足正確的嚙合條件。

3運動仿真[6]

機構運動可以把靜態設計轉換為活動的虛擬模型，并借助動態仿真，觀察它們如何動作。按照下面步驟建立運動仿真模型并分析結果：

（1）首先建立一個裝配文件gear_asm， 選用mmns_asm_design模板。

（2）依次調入各齒輪、軸、錐套、彈簧和擋環等零件， 利用“元件放置”中銷釘的連接方式建立人字輪連接。然后進入機構模塊進行動態仿真，首先定義兩個齒輪副把gearpair1、gearpair2與gearpair3鏈接， 然后利用拖動按鈕確定齒輪傳動的正確位置，在人字齒輪的旋轉軸上定義伺服電動機ServoMotor1，定義轉速，再建立Analysis Definition1 設定仿真時間、幀數、幀間隔、仿真的初始狀態，然后點擊運行按鈕以查看運動狀態。可以看出，驅動件逆時針旋轉，帶動斜齒輪順時針轉動，如圖4所示。

（3） 打開“測量結果”對話框， 建立所需要的位置、速度和加速度等相關測量，并選擇適當的評估方法，輸出測量結果曲線。如圖4所示（從上到下依次為圖3測量點的位移、速度、加速度曲線）。

4結論

本文研究了在Croe 2.0平臺下建立標準漸開線人字齒輪的參數化設計方法[7]，分析了新型人字齒輪自動消隙機構原理，根據三維模型的建立和動態仿真的結果，為以后對該機構進行參數化設計等更深人的研究提供了理論依據。

參考文獻：

[1]現代機械傳動手冊編輯委員會.現代機械傳動手冊[M].北京：機械工業出版社，2002：21-100.

[2]邱金林.一種簡單軸向彈性錯齒消隙法[J].杭州機械，2000（2）：17-20.

[3]屈毅，葛正浩.基于PRO/E斜齒輪傳動的建模、裝配及受力分析[J]. 陜西科技大學學報，2011（2）：81-84

[4]鄭文緯，吳克堅.機械原理[M].北京：高等教育出版社，1997：157-166.

[5]詹友剛. Pro/ ENGINEE R 中文野火版3. 0 高級應用教程[ M] . 北京： 機械工業出版社， 2006.

第2篇：機械傳動的定義范文

1.1分析問題和問題模型的定義對問題模型的定義，就是轉化為TRIZ標準問題，將一般領域的問題轉化為表述系統性能的39個通用工程參數，然后確定阿奇舒勒矛盾矩陣表的待改善參數和惡化參數。現有的消防炮升降塔裝置采用機械傳動，質量體積龐大，傳動平穩性較差，承載力不高，效率低，噪音大，不能夠實現復雜的動作和無級調速，自動化程度不高。提高自動化程度，則會使裝置復雜。因此待改善參數可定義為自動化程度，惡化參數為設備復雜性，構建自動化程度和設備復雜性之間的技術矛盾。減少質量體積，會帶來結構的穩定性降低。因此待改善參數可定義為靜止物體體積，惡化參數為結構穩定性，構建靜止物體體積和結構穩定性之間的技術矛盾。提高承載力，會造成產品制造精度的降低。相應定義為力與制造精度之間的技術矛盾。

1.2選擇和分析解決方案查找TRIZ矛盾矩陣，得出消防炮升降塔裝置的阿奇舒勒矩陣如表1所示，共有9個發明原理。結合實踐需要，推薦的消防炮升降塔裝置的發明原理序號共4個，對應的發明原理為10－預先作用、15－動態化、24－中介物、29－氣壓或液壓結構。10－預先作用：在操作開始前使物體局部或全部產生所需變化；預先對物體進行特殊安排，使其在時間上有準備或已處于易操作的位置。采用的油缸活塞桿是中空結構，并在活塞桿內部設有一根內導管（中空結構），在活塞桿與內導管之間還設有一根外導管。在油箱上方設有空氣濾清劑，并在其他方位設有液位控制器，溫度繼電器，液位液溫計。15－動態化：使物體或其環境在操作的每一個階段自動調整，以達到優化的性能；把物體分為幾部分，各部分之間可以相對改變位置，將不動的物體改變為可動的或具自適應性。在油缸完全伸出、縮進處裝有限位開關。24－中介物，使用中介物傳遞某一物體或某一中間過程，或將一個容易移動的物體與另一個物體暫時結合，采用液壓油實現傳動。29－氣壓或液壓結構：將物體固體零部件用氣動或液壓零部件代替。在創新設計中，采用液壓傳動代替原機械傳動實現升降塔的升降動作，采用電磁換向閥換向實現消防炮的升降。

1.3具體解決方案通過以上創新原理的分析，以此為創新設計思路，得出最終的消防炮升降塔裝置創新設計方案：采用液壓傳動機構，包括電動機、接近開關，油缸，設置在油缸內部的活塞及活塞桿（中空結構）、油缸回路，鋼筒端部設置的法蘭，油箱，泵組，控制閥組。油箱、泵組、控制閥組通過管路連接形成動力站，如圖1所示。油箱上方設有空氣濾清劑，并在其它方位設有液位控制器、溫度繼電器、液位液溫計。油缸活塞桿為中空結構，并在活塞桿內部設有一根耐腐蝕內導管（中空結構），并在油缸完全伸出、縮進處裝有限位開關，在活塞桿與內導管之間還設有一根外導管。油缸如圖2所示。在液壓吸油管處設有單向閥。控制閥組設有兩個油路，分別連通油缸的有桿腔和無桿腔，每個油路進油端設有單向閥和溢流閥，單向閥流出口連接一個換向閥，通過控制換向閥從而控制油流入的是有桿腔還是無桿腔，換向閥流出口分別設有平衡閥，油通過平衡閥大部分流入有桿腔（無桿腔）、少許壓力油通過平衡閥作用將無桿腔（有桿腔）回路打開，從而使無桿腔（有桿腔）中油流回油箱，形成鎖緊回路，在平衡閥流出口并聯一個溢流閥。消防炮升降塔裝置的液壓系統原理圖如圖3所示。

2小結

第3篇：機械傳動的定義范文

【關鍵詞】數控液壓伺服系統數控改造

一、引言

液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現機械工程自動化或生產現代化而發展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業，在農業、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優點和缺點和改造方向。

二、液壓傳動控制系統原理

目前以高壓液體作為驅動源的傳動系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。

液壓伺服控制系統的工作特點：（1）在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。（2）系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。（3）系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。

三、液壓傳動的優點和缺點

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%～13%。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1/10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。

3傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數控改造方向

（一）加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。

第4篇：機械傳動的定義范文

關鍵詞：改造，曳引能力，計算

Abstract: this paper introduces the transformation of the elevator safety parameter calculation content, to ensure safety and provides calculation transformation ideas.

Keywords: transformation, traction ability, calculation

中圖分類號：TU857文獻標識碼：A文章編號：

中國的在用電梯數量已經發展到100多萬臺，現在還在以每年30多萬臺的數量在迅速增長，但從在用電梯來看，其中80年代、90年代安裝使用的電梯中僅有極少數的電梯得到了更新，而大部分需要大修、改造。這些電梯幾乎都是繼電器控制，故障率極高。按最保守的估計，約有90％以上的電梯是不符合現行GB7588《電梯制造與安裝安全規范》。從貫徹執行電梯國家標準的要求來看，必須進行更新和改造，但更新電梯需要大量資金，在當前情況下對電梯使用單位來說是有一定困難的。只有在原有基礎上進行局部改造，以便達到在保證安全可靠使用的前提下，做到電梯運行安全，符合GB7588《電梯制造與安裝安全規范》。

改造的定義：

1、國家質量監督檢驗檢疫總局2001年的《特種設備注冊登記與使用管理規則》（以下簡稱《規則》）“改造”的定義是：改造是指改變原特種設備（電梯）受力結構、機構（傳動系統）或控制系統，致使特種設備的性能參數與技術指標發生變更的業務

2、GB7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》附錄E將“電梯的重大改裝”定義為：“電梯的重大改裝是指下列一項或幾項內容的改變：

a）改變：額定速度；額定載重量；轎廂質量；行程；門鎖裝置的類型（相同類型門鎖裝置的更換不作為重大改裝考慮）；

b）改變或更換：控制系統；導軌或導軌類型；門的類型（或增加一個或多個層門或轎門）；電梯驅動主機或曳引輪；限速器；緩沖器；安全鉗裝置。

3、GB/T18775—2002《電梯維修規范》則將電梯的“改裝”定義為：在電梯交付使用后，由于某種原因對電梯及其部件進行了一系列操作，這些操作對電梯的特性會產生影響，如改變額定速度、額定載重量、轎廂質量，更換曳引機、轎廂、控制系統、導軌及導軌類型等。采用新技術、新材料全面地或部分地改進在用電梯的功能、性能、可靠性、安全性和裝潢的這類改造也屬于改裝范疇。

根據以上三個方面的定義，電梯改造相當于對電梯進行一次再設計，牽涉到電梯的總體方案布置、各零部件和元器件的選型、配置與計算校核、性能與技術指標的實現等問題，要求改造必須符合是GB7588《電梯制造與安裝安全規范》的要求，本文系統介紹了改造時需要計算校核的內容，以保證改造時的安全。

電梯改造的主要計算內容

1、更換曳引機，速度改變后曳引機曳引能力計算;

2、曳引鋼絲繩更換計算；

3、安全鉗和限速器更換計算；

4、緩沖器更換計算

5、井道頂層高度的驗算

6、井道底坑深度的驗算

電梯設計中計算許用值和安全系數

名稱許用值 標準(數據)來源

1、電梯整機機械效率 η=0.5～0.55

2、電梯平衡系數 ψ=0.4～0.5 GB/T10058-2009第3.3.8條

3、曳引輪繩槽比壓[P]=(12.5+4VC)/ (1+VC )GB7588-2003第9章注釋

4、曳引繩輪節徑與鋼絲繩直徑比驗算 D曳/d≥40GB7588-2003第9.2.1條

5、曳引鋼絲繩的安全系數 n=12 GB7588-2003第9.2.2條

二、基本參數及代號

名稱 代號

1、 額定載荷Q

2、 額定速度VC

3、 轎廂自重P

4、 重力加速度g

5、 曳引比i1

6、 減速比i2

7、 電機功率N曳

8、 電機轉速n

9、 對重重量W

10、機械傳動總效率η

11、曳引輪節徑D曳

12、曳引輪兩邊鋼絲繩中較大與較小曳引力之比T1/ T2

13、曳引繩與曳引輪之間的摩擦系數μ

14、鋼絲繩在曳引上的包角α

15、曳引繩根數m

16、曳引繩直徑d

17、曳引繩在曳引輪繩槽中的比壓[P]

18、鋼絲繩受力不均系數φ

19、導向輪節徑D導

三、電梯改造計算

1. 曳引電機功率的計算

N電=[(1-ψ)Q VC ]/(102ηi1)(KW)

式中:N電——電機傳動系統所需的總功率

ψ——電梯平衡系數, 取ψ=0.48

2速度驗算

V=（π·D曳·n）/（60·i1·i2） （m/s）

第5篇：機械傳動的定義范文

關鍵詞： 中職 《機械基礎》 課程改革

機械專業是培養機械行業生產、管理、服務第一線需要的技術應用型人才，隨著市場經濟體制的建立，科技進步和產業結構的調整，機械行業對高級應用型人才的綜合能力要求也越來越高，對復合型人才的要求越來越高。而反觀傳統的機械專業的培養模式、課程體系、教學方式，就會發現課程設置單一、知識面和專業面窄、課程難以形成完整的體系、教學內容陳舊、教學方法和教學手段落后等不足之處。為了改變這種狀況，適應當今社會對機械工程專業人才的需求，培養出基礎扎實、知識面寬、創造能力強、素質高的機械工程人才，調整教學內容，改革課程體系勢在必行。

課程改革是最基本的教學建設。《機械基礎》是一門重要的專業基礎課程，為了突出中職的教學特點，提高教學質量，本文就該課程在教學內容、教學方法、教學手段和實踐環節等方面的問題，提出一些改革意見。

一、整合課程內容，建立和完善課程體系

中職的教學內容及課程體系應強調理論知識的應用，必須按照一線生產實際需要授課，其課程體系必須突出能力與素質的培養，其教學內容應擺脫學科系統性、完整性的束縛。據此，教學內容調整的思路是強調基本知識、基本原理，注重實際應用，引入反映機械設計理論和方法的新概念、新理論、新方法，介紹各種新型機構和新的機械設計方法，力求在壓縮課內學時的前提下，拓寬知識面，增加信息量，提高教學效果。

《機械基礎》是以機構運動簡圖為研究模型的，建立機械運動簡圖應該是機械設計的基礎，因此應把機構的結構分析、機構運動簡圖的定義、性質和常用運動副的代號、機構運動簡圖的建立作為重點講授內容。對機構設計部分的內容，要通過多媒體技術動畫演示，讓學生直觀地了解機械傳動和零件間的傳動關系，從而減少繁雜的語言講述，多作計算公式的推導過程、零件結構和一些設計參數的選取原則的介紹，并加強對機械運行的介紹，比如多種傳動方式的組合、原理、特點，以及工程實際中的應用、維護，等等。應增加一些本專業的最新動態的介紹，多向學生介紹一些機械的新發展、新思路，以開闊學生的眼界。要克服傳統教學重設計計算輕結構設計，以及與工程實際技術問題緊密結合的部分的缺陷。如滾動軸承這一章，軸承裝置設計這部分內容在傳統教學中往往不作為重點，而這部分內容是生產一線技術人員直接接觸最為廣泛的實際問題。因此，可以把這章內容進行重新整合，把軸承裝置設計這部分內容作為重點，要求學生重點解決軸承的安裝、配合、緊固、調節、、密封等實踐性很強的技術問題，在學習這些基本知識的基礎上，再舉一些工程實例，如CA614OA車床主軸支撐的例子。通過這個實例，學生能重點掌握軸承的組合結構，軸承的調整，以及軸承的精度對機床主軸傳動的影響。通過這樣的整合，學生既能學會軸承的基本知識，又能掌握軸承的應用技術，同時能明確軸承在工程實際中的重要地位。

二、改革教學方法，提高教學效率

面對未來社會對人才培養的要求，如何在傳授知識的同時，著重加強學生創新能力和綜合素質的培養，已成為教學改革中一個重要的問題。針對《機械基礎》課程的特點，我們采用“精講多練、加強自學、分析討論”三環節相結合，以啟發式教育為主的教學方法。

精講基本概念、基本理論、基本方法，力求使知識容易理解、掌握和記憶。如對機構的結構分析進行精講時，平面連桿機構的設計、凸輪機構設計、平面齒輪機構的設計都只精講一種基本結構形式的設計方法，其他結構形式的設計要求學生自學。對機械設計的概念，學生只聽不練自然不能掌握。因此，在各章節都應安排相應的練習，還要安排一些階段性的綜合練習，提高練習的綜合程度，注重方法的運用和掌握，注意對各種理論、方法的綜合應用進行總結，使學生學牢學活知識，具有應用知識的能力。

分析討論課是開發學生智能、鍛煉學生膽量、培養學生科學思維能力的一個重要的教學方法。因此，在教學中應安排一些課堂討論，課堂討論的內容可以是概念題討論、綜合題討論、自選題討論。在整個教學過程中，啟發式教學是激發學生積極思維的首要方法，它可以使學生加深對基本知識的理解，并在求解過程中進一步思考，進而進一步提出科學的設想。教師在講課過程中一定要善于設疑、質疑，要特別注意在新舊知識的銜接轉換處提出新問題，提出的問題最好能引起幾種回答，以此激發學生積極思考，使學生在恰當的情境中作出正確的回答和判斷。

三、利用現代教學手段，激發學生學習興趣

中職學生年齡普遍較小，缺乏社會實踐知識，所以對專業課的學習覺得索然寡味。要克服以上弊端，達到教學的最佳目的，關鍵在于融教與學為一體，最大限度地提高學生的學習積極性。在《機械基礎》中適當運用直觀教學的手段，改革程式化的教學方法，采用實物激勵法、模型演示法、巧用掛圖法、實踐教學法可以增強學生的感性認識，提高學生的工程知識和業務技能，提高教學效率，改善教學效果。

第6篇：機械傳動的定義范文

【關鍵詞】球磨機；齒輪傳動；故障樹

引言

球磨機是冶金、礦山、水泥、電廠等行業的主要粉磨設備，它的傳動形式主要采用齒輪傳動，傳動齒輪失效不僅會影響球磨機的正常使用，甚至還會造成事故，直接影響著整機性能。研究傳動齒輪副的失效形式對提高球磨機的工作效率具有重要的意義。故障樹分析法又稱失效樹分析法，是一種以故障樹為工具，分析系統發生故障的各種途徑，對系統的安全性或可靠性進行評價的一種圖形演繹方法。我們以球磨機傳動齒輪副為例，建立傳動齒輪失效故障樹，應用故障樹分析法對其失效形式進行研究。

1　球磨機齒輪傳動系統介紹

本文以φ2700mm×3600mm型球磨機為濕式格子板型，其傳動系統為半開式單邊傳動，其傳動系統結構簡圖如圖1所示。電動機通過聯軸器將動力傳遞給小齒輪，經過齒輪和裝在筒體出料端的大齒圈嚙合傳動，帶動球磨機轉動來完成物料的粉磨工作。該傳動齒輪的失效形式主要表現為輪齒折斷、齒面磨粒磨損、點蝕、膠合和塑性變形等形式。

2　系統故障樹的應用

2.1　故障樹分析方法

故障樹是用各種事件的代表符號和描述事件邏輯因果關系的邏輯門符號組成的表示因果關系的倒立樹狀邏輯圖。故障樹分析法（Fault　Tree　Analysis）簡稱為FTA法，是1961年由美國貝爾實驗室的H.A.Watson和D.F.Hassl首先提出的，它是以故障樹為模型對系統進行可靠性分析的一種圖形演繹方法。該方法把系統最不希望發生的故障狀態作為故障分析的目標，稱為頂事件，它通過對導致頂事件的各種因素（包括客觀、人為因素等）進行分析，畫出故障樹，再根據故障征兆找出引起頂事件的底層因素，對系統中發生的故障事件由總體到部分按樹枝狀逐級分析，通過層層分析，確定故障原因，判斷故障發生的概率，找出系統的薄弱環節。故障樹分析法，既可以對系統進行定性分析，也可以對系統進行定量分析，可以評價引發故障的各種因素的相關重要度。FTA法已被國內外公認為是對復雜系統進行安全性、可靠性分析的一種好方法。

2.2　建立系統故障樹

正確建造故障樹是故障樹分析法的關鍵，故障樹的完善程度將直接影響定性分析和定量計算的準確性。在故障樹分析中，對于所研究系統的各種故障和失效、不正常情況皆稱為故障事件，各種完好狀態或正常情況皆稱為成功事件，兩者均簡稱為事件。故障樹分析中所關心的結果事件稱為頂事件，是故障樹中首先要分析的系統故障事件；把導致頂事件發生的根本原因稱為底端事件；頂事件和底端事件之間的中間結果事件稱為中間事件。在齒輪傳動故障中，頂端事件是指最初故障癥狀；其次，在齒輪傳動故障中底端是指最小故障點；最后，把其他事件稱為中間事件。故障樹是由第一層頂端事件、多層中間事件、最后一層底端事件構成。見圖2。

2.3故障樹的分析

2.3.1　定性分析

定性分析的目的是找出引起系統故障的全部可能原因，從而能夠定性地識別系統的薄弱環節。這就需要首先求故障樹的最小割集。所謂最小割集就是導致頂事件發生的必要而充分的底事件集合，每一個最小割集代表一種故障。求出最小割集可以全面掌握頂事件不發生的各種可能性，為事故的調查分析、預測提供可靠的依據。

2.3.2　定量分析

故障樹定量分析的主要任務是計算頂事件發生的概率，并對各底事件進行重要度分析，對系統的可靠性、可用性和安全性作出定量評價。常用的有直接概率法、最小割集法，我們采用最小割集法對故障樹進行定量分析。

2.3.3重要度分析

重要度分析是故障樹分析法的重要組成部分，其定義和計算方法很多，在定量分析中常用概率重要度來衡量最小割集或底事件的重要性，從而確定各個最小割集或底事件概率變化對頂事件概率變化的影響程度。

3　結語

通過以上的分析，可以得到引起傳動齒輪失效的各種因素的重要度，利用該分析結果，可以很快找到事故發生的原因，同時為設備的日常維修、維護提供理論參考，延長齒輪的使用壽命，提高球磨機的運轉率。建立球磨機齒輪傳動系統失效故障樹圖，將齒輪失效、系統失效、傳動元件失效和系統無動力輸入作為中間事件，分析了制造、安裝、應用等因素對齒輪傳動系統運行的影響。通過對故障樹圖進行定量、定性和重要度分析，得到球磨機齒輪傳動系統失效的主要影響因素。為球磨機齒輪傳動系統故障的及時排除并采取有效措施提供了可靠的信息，同時也為球磨機齒輪傳動系統的故障診斷奠定了基礎。

參考文獻：

[1]朱文堅，黃平，吳昌林.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2005.

第7篇：機械傳動的定義范文

約翰迪爾5-754型拖拉機配備的懸掛系統是半分置式三點懸掛力-位綜合調節系統[7]。使用該系統時，駕駛員對機具位置的調整是通過操作關聯提升器搖臂的操縱桿實現的，操縱桿位置與機具位置具有較為線性的對應關系，控制操縱桿位置即可實現機具位置的調整。綜合考慮拖拉機自動駕駛系統在正常作業和地頭轉彎時對機具位置控制的實際要求[8-13]以及安裝便利性，本文選擇帶有位置反饋的直流推桿電動機作為動力源，通過機械傳動機構實現對懸掛系統操縱搖臂的驅動和位置控制，進而達到自動調節作業機具高度的目的。由于不同作業機具及作業項目對懸掛系統有著不同的狀態位置要求，因此實現懸掛系統的自動調節功能就需滿足這些廣泛的工作要求。為此，采用點動控制和位置控制相結合的方式實現懸掛系統任意位置的設定和控制。點動控制方式主要用于適宜耕深和機具提升高度的目標位置設定。進入點動控制工作模式后，推桿電動機的單步運動距離可調，人工控制推桿電動機單步運動，便于尋找并設定目標耕深和提升高度。這種控制方式提高了三點懸掛控制系統的靈活性和可操作性。同時，大大減少了拖拉機自動駕駛系統的初始化設定工作量，提高了自動駕駛系統的性能。位置控制方式是拖拉機自動駕駛系統正常工作的主要方式，系統依據機具作業狀態的切換要求，通過控制單元ECU接收上位機的機具工作狀態位置指令，比較推桿電動機反饋的位置信息與作業狀態初始設定值，控制推桿電動機調節作業機具到達目標位置。

2硬件系統設計

2.1機械傳動設計圖1為推桿電動機機械傳動裝置的實物安裝圖。推桿電動機的主體固定在固定支架上，通過推桿連接套、剛性推拉桿將推桿電動機推桿與懸掛系統操縱桿相連接，通過推桿電動機往復直線運動實現懸掛操縱桿的前后轉動，從而控制懸掛系統的升降。推桿電動機內部設有電位器，其信號幅值反映推桿電動機的軸端位移，與機具位置呈線性對應關系。因此通過單片機控制電路可控制推桿電動機動作來實現作業機具的精確位置控制。

2.2硬件電路設計控制單元ECU選擇Cygnal公司的51系列單片機C8051F040作為微處理器，該單片機供電電壓2.7~3.6V，處理速度可達25MIPS，內置8/12bitA/D轉換控制器、CAN總線控制器、片內JTAG調試和邊界掃描電路[14]等，為電路簡化設計提供了很大的便利。基于微處理器性能和驅動模塊實現要求，設計的硬件電路包括：3.3/5V穩壓電源、外部晶振及復位、JTAG接口、A/D采樣、直流電動機驅動、CAN接口、USART接口等。

2.2.1電源電路圖2為5V穩壓電源電路，LM2596-5.0芯片提供穩定的5V電壓。芯片電路在廠商提供的經典電路基礎上改進。增加了C6和C7值為0.1uf的貼片電容，來濾除芯片輸入輸出通道中的高次諧波。1mH電感穩定輸入電流。同時增大C8電解電容值，提高輸入電壓的穩定度。10mH的電感可穩定輸出電流。FB端口為芯片的輸出電壓反饋端，將其與輸出端相連，使能芯片內部的轉換檢測，提高轉換準確度。3A的F2貼片保險絲防止拖拉機電源不穩定造成其他電路的損壞。D17反向二極管防止電源正負極接反而損壞電路。該穩壓電路經AS1117芯片二次穩壓為C8051F040提供3.3V工作電壓。

2.2.2電動機驅動電路圖3為推桿電動機的驅動電路，使用了L6203全橋式直流電動機驅動芯片。該芯片內部使用4個DMOS組成全橋電路，具有快速的通斷控制，可通過對IN1、IN2不同的高低電平控制，改變芯片輸出電流的方向，即控制推桿電動機的伸縮，又可對ENABLE端口施加PWM信號，實時調節芯片的輸出電壓，控制推桿電動機的啟動、制動、以及運動速度。L6203芯片耐壓DC48V，且最大工作電流為5A，而本文所使用的力姆泰克（北京）傳動設備有限公司的LAM3-S2型推桿電動機的額定電流為3.0A（12V），額定電壓為12V或24V[15]，故該芯片無論從控制要求還是電氣特性上都能滿足本設計要求。

3軟件系統設計

3.1總體流程圖圖4是軟件流程圖。控制單元ECU上電啟動后，首先對C8051F040進行初始化配置，包括C8051F040系統時鐘、IO端口和片上外設功能的配置。之后軟件程序進入While（1）循環，通過實時判斷中斷源選擇不同的中斷服務函數。主控程序由定時器2定時中斷來驅動，包括手動信號檢測，推桿電動機定位PI控制，串口輸出等部分，完成推桿電動機的實際控制。定時器3中斷服務函數采集推桿電動機反饋位置信息，以此來判斷推桿電動機的實際位置。CAN中斷服務函數的主要作用是實現下位機與上位機的CAN通信，根據設定的CAN通信協議讀取上位機控制指令，為PI控制算法提供目標位置AD值。

3.2PI算法設計實際工作中，當目標位置和當前位置的差值較大時，常規PID算法產生的控制輸出電壓瞬間全部施加在推桿電動機上，導致電路中電流急劇增大，功率增大，電動機驅動芯片可能因此而燒毀。為避免該情況發生，研究開發了分階段帶有雙閾值的電動機控制方法。在電動機啟動階段，使用前饋斜坡控制，斜坡系數Ks表示斜坡斜率；在主體運行階段，使用反饋PI調節，設斜坡前饋和PI調節器的輸出量為y(t)，表示PWM占空比；輸入誤差為e(t)，表示目標位置AD與當前位置AD之間的差值；調節器的比例系數為Kp，積分時間常數為Ti，啟動階段和主體運行階段的閾值為VT1，死區閾值為VT2，可列出電動機控制算法的表達式。當電動機啟動工作時，若目標位置和當前位置的差值大于閾值VT2，使用前饋斜坡方式產生控制信號；若差值小于閾值VT2，則直接使用PI調節器產生控制信號。PI調節器的比例環節成比例地反映控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，用來減小偏差。增大Kp會加快系統的響應速度但使系統有較大超調并產生振蕩，降低系統穩定性；減小Kp會降低系統的動態響應速度，導致工作效率下降。積分環節可提高系統的精確度。Ti越大，積分作用越小，反之則越大。當目標位置和當前位置的差值落入設置的死區范圍VT1時，控制輸出為0。

3.3通信協議設計

3.3.1點動控制指令表1為上位機發送至下位機的點動控制指令格式，由8個字節組成。首位為升降指令標志位U，用于識別升降指令。A表示按鍵增加推桿電動機的AD值，S表示按鍵減少推桿電動機的AD值。增減量位表示控制指令具體需要增減的AD值的絕對值。最后是指令類型位，T表示點動控制指令。表2為下位機反饋的數據包，由8個字節組成。首位標志位F表示單片機下位機向上位機發送的表示當前AD位置的數據。U表示是電液懸掛控制單元而非其他控制單元向上位機發送的反饋數據包。AD_H和AD_L分別是推桿電動機當前AD值高位和低位，用于傳送推桿電動機反饋的AD值。

3.3.2位置控制指令表3為上位機發送至下位機的位置控制指令，由8個字節組成。所用指令與點動控制指令定義相近，此處列出該指令定義，相似定義不再贅述。最后是指令類型位，W表示位置控制指令。下位機對位置控制指令的反饋，和點動控制時下位機反饋的數據格式一致，如表2所示。

4試驗與分析

以約翰迪爾5-754型拖拉機配旋耕機作業的方式進行了田間試驗。所采用的推桿電動機最大行程100mm，實際使用距離40mm，240N推力。PWM基值為60，為推桿電動機可以推拉傳動機構的臨界值。Ks值取20，Kp值取5，Ti值取0.1。推桿電動機兩極限位置AD差值為D=1998-311=1687，階段閾值設定為500（AD），死區閾值設定為10（AD）。圖8為系統在田間作業的條件下，推桿電動機的位置數據AD值變化曲線。可以看出，目標與實際距離相差較大時，推桿電動機運動的過程中PWM比例上升，可維持最大值一段時間，直到在電動機達到目標位置后比例下降。為方便比較數據，故將PWM值平移至與目標曲線相同水平。該數據變化曲線顯示，推桿電動機控制曲線能較好地跟蹤目標曲線，抑制電壓瞬間增大，避免瞬間大電流產生燒毀芯片，實現雙閾值PI算法控制目的。圖9為機具自動下降的位置值變化。當目標與實際差值較小時，由于目標與實際距離相差較小，調整時間短，PWM的變化曲線上升和下降速度快。在調整推桿電動機位置的過程中，PWM比例上升與下降，控制效果顯著。

控制單元ECU的數據輸出程序是由定時器T2溢出中斷驅動的。定時器T2為16位定時器，由2個8位SFR組成：TMR2L和TMR2H。程序通過初始化配置，將定時器2設置為自動重裝載方式，當TMR2L和TMR2H寄存器中的值與重載寄存器RCAP2中的值相等時產生溢出和中斷。時鐘頻率為11.0592MHz，機器周期為T=12*（1/11059200）=1.0851μs，RCAP2=0x4C00，則t=T*RCAP2=0.021s。兩極限位置之間運動輸出得到的數據序列個數為117，則推桿電動機運動時間為2.457s，推算出推桿運動速度為V=40/2.457=16.28mm/s，符合推桿電動機廠商規定的標準速度12-17mm/s。試驗結果表明，在設定死區閾值為10(AD)的情況下，實際誤差最大范圍是±11個AD，符合設計誤差范圍，體現在推桿電動機上的行程誤差為±0.26mm，此精度在手動的情況下是無法感知和精確做到的，這樣就避免了人工操作時需來回搖擺操縱桿以確認操作機具是否到位，節省了控制時間，提高了作業效率和質量。

5結論

第8篇：機械傳動的定義范文

針對“雨水自動感應晾衣架”，在百度學術中可以搜索到多篇碩士學術論文，有的甚至洋洋灑灑七八十頁。解決方案中大多運用到單片機、運放等小學生甚至中學生都無法厘清的概念和內容。如何讓這個項目“落地”成為小學生“跳”一下能夠到的案例，一直是我腦中縈繞的問題。Arduino開源硬件與眾多傳感器的絕佳組合讓這個“落地”問題迎刃而解。Arduino開源硬件不需要學生懂得單片機、運放的原理，只需大致了解傳感器的種類用途即可。某碩士論文涉及的電源電路、時鐘電路、復位電路、按鍵電路等可以一概忽略。當然，每個問題的解決都不會一帆風順，期間曲曲折折在所難免。

曲折之一：方案如何優化細化

課堂上，我事先作了“翻轉”設計，課前拋出問題讓學生百度各種解決方案，包括淘寶上的成品自動雨水感應晾衣架，然后在課堂上集思廣益，比一比誰的方案能在眾多方案里勝出？還是需要優勢組合？最終學生們形成的設計預案如下。

設計一個雨水感應自動收衣裝置，當雨水感應器上滴到雨滴或者天色明顯變暗時，啟動機械臂把衣服收進陽臺。如果雨水感應器上的水滴被曬干（雨轉多云），光線又足夠亮時，衣服再次曬出。主人可以設置預約收衣時間。并且對是否雨后重新曬出作出預設。S4A控制畫面同步運行。

以上要求進一步分解后具體要達到以下控制：（1）有雨或者光線明顯變暗時，收衣服。（2）當天空放晴、光線變亮，且傳感器上雨水被曬干時，衣服重新曬出。（3）主人可以預設收衣時間。此時無論天氣如何，衣服強制收回。（4）主人可以手動收衣或者定r收衣，此兩種模式收好衣服后不再晾出。

此環節的產品技術設計思維訓練得到了充分的體現，學生要針對在自己周圍每天都要發生的問題模擬產品設計工程師進行設計及分解。

曲折之二：機械傳動如何設計

學生在設計方案時碰到的第一個攔路虎，不是來自電子線路，而是機械傳動部分。圖1所示開窗器按供電模式分有24V直流、220V交流兩種，其中按開窗器機械臂行程長短又有100mm到1500mm等不同種類。本例所有24V直流電，當正接時機械臂伸出，反之縮回。

圖2看似簡單的機械結構，是社團學生溝通、爭論了很久才有的結果。首先，淘寶上對開窗器的介紹寥寥數字，很多具體問題需要直接跟淘寶店主溝通。比如，產品大都與配套的升降（或開合）控制盒一起銷售，能否拆分購買等具體問題；沒有控制盒，Arduino 又如何擔當起智能控制的重任？

曲折之三：S4A控制的畫面如何同步變化

下載3DMAX陽臺模型（可直接使用軟件包中模型）、衣架模型后，利用標準基本體構建衣架及開窗器機械臂模型。由于MAX模型中的元素較多，建議按圖3所示對衣架進行“成組”操作。

按F10對衣架運動中的幾個關鍵幀分別渲染，注意本例下載的模型須安裝V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中選擇V-RAY渲染器。

曲折之四：如何實現開窗器機械手的伸縮

當了解到24V直流電機正負極倒置后伸縮方向即相反后，有學生搜索關鍵詞“直流電機正反轉 繼電器”繪制出圖4所示控制線路。經反復推演各種可能，均不會造成短路事故。

曲折之五：開窗機的電機本身沒有到位后自動停止功能，如果開窗或者貫穿機械臂到位后繼續加電，將對電機造成傷害，此問題如何破解

有學生稱可以設置時間，但是馬上又有學生質疑，當掛的衣服重量不同時，造成的阻力不同，時間不是一個定量。后來有學生詢問淘寶商家后找到了解決辦法，如圖5在數字口2、3分別安裝兩個磁感應開關，相關的動臂上安裝永磁鐵。當檢測到機械臂運作到位后，立即停止供電。

曲折之六：腳本如何設計

曬衣部分腳本：當綠旗被點擊時，當系統檢測到接在模擬口0的光線傳感器數值大于800，光線充足，并且接在模擬口5的雨水傳感器上無水滴，數值小于50，則廣播曬衣服。

收衣部分腳本：分三個條件語句，第一是檢測光線數值小于150則收衣。第二是檢測雨水傳感器數值大于100則收衣。第三是按鈕傳感器大于1000即接通狀態則自動收衣。

預約收衣部分腳本：當綠旗被點擊時，先詢問預約多少小時后收衣，然后將輸入值賦予變量t，計時器歸零。計時器單位為秒，因此變量t須乘3600。當計時器數值大于預設時間，廣播收衣服。

曲折之七：學生開始編制腳本時發現繼電器反復被觸發，“噠噠”聲不斷，這對繼電器及控制終端都不是好事，如何解決

為了防止繼電器反復被觸發，損傷電機及其他器件，分別設置變量k、m，當條件已符合時分別設定為1。然后將相關變量不等于1，即等于1不成立，作為條件語句的必備條件之一。

當曬衣觸發時，變量K為1，當收衣觸發時變量M為1。如果系統對兩個事件依次觸發一遍。如果不對相關變量清零，則造成太陽出來后或者下雨了系統不再有響應。所以要對K賦值1的同時，要對M清零。反之也一樣。

由于手動收衣及定時收衣要求之后即使符合曬衣條件時也不再觸發，所以不再對M清零操作。為保險起見，建議在對K賦值1的同時，添加給變量M賦值1的語句。

美國機器人協會給機器人下的定義是：一種可以重新設定程序、多功能的機械手，經由事先設計好的各種可變動作，搬運材料、零件、工具或其他特殊裝置，以執行不同的工作任務。機器人在面對變化與不確定的工作環境與程序時，具有一定的判斷能力。從這個機器人的定義上看，“雨水感應收衣裝置”也可以視為一個機器人項目。學生在這個項目的學習過程中遇到的問題事實上遠不止以上所列，但是在教學一線將會感受到學生的潛力遠超你的想象：沒有短接線，學生將廢舊網絡線“開膛破肚”，開窗器沒有電源，學生搬來家里的鋰電池，機械手沒人愿意接手加工，學生找到親戚幫忙。有的學生在家里是“專業”負責淘寶的，因此跟店家的“旺旺”交流使問題“豁然開朗”，比如，磁感應裝置就是學生從“店小二”那里問來的。當然，在“工作坊”教學模式下，教師必要的協助與引導，也會如及時雨般解決問題。

第9篇：機械傳動的定義范文

Abstract: In order to meet the need of teaching development and make full use of the advantages of rapid development of computer technology, the application ofvirtual instrument in the classroom and laboratory teaching is explored. It is proved that the application of virtual instrument to teaching can make the abstract theory more intuitive and vivid . It is not only improve the students’ initiative and creativity, but also can share resources .thus it can serve the teaching more effectively.

關鍵詞: 虛擬儀器;LabVIEW;測控教學

Key words: virtual instrument;LabVIEW;measurement and control teaching

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)31-0207-02

0引言

近年來,隨著計算機技術及相關科學技術的不斷發展,新技術不斷地在教學領域應用,而且隨著高等教育的極大普及和招生規模的不斷擴大,使傳統的教學方法受到了挑戰,如何在大眾化教育的背景下提高教學質量成為各大高校關注的問題。因此,尋求新的課堂教學和實驗教學方法成為當務之急。特別是一些資金不夠雄厚的普通院校,如何在有限的資金范圍內達到較好的教學效果更是迫在眉睫。筆者結合自己的教學經驗,探討虛擬儀器技術在測控教學中的應用,以期為其它教學提供思路。

1虛擬儀器技術簡介

虛擬儀器(Virtual Instruments,簡稱VI)的概念,是美國國家儀器公司(National Instruments Corp.簡稱NI)于1986年提出的。其基本組成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。軟件是整個系統的關鍵,通過軟件編程就可以實現不同的功能。虛擬儀器徹底打破了傳統儀器只能由生產廠家定義,用戶無法改變的局面,從而使得任何一個用戶都可以方便地用鼠標在顯示屏上操作虛擬儀器軟面板上的“按鈕”進行操作,并可以根據不同的測試要求通過窗口切換不同的儀器。它充分利用計算機強大的硬件資源,使得組建系統變得更加靈活簡單。它其所倡導的“軟件就是儀器”的思想,實現了部分儀器硬件的軟件化,不僅節省了物質資源,而且使系統靈活性、測量精度、測量速度和可重復性都大大提高。利用虛擬儀器技術,用戶通過軟件可以自己定義、修改或增減系統的功能,增加了系統的適應性、靈活性。基于計算機網絡技術和接口技術,很容易實現測量、控制過程的網絡化。

2虛擬儀器應用于測控教學的必要性

《工程測試技術》及《控制工程》等相關課程是各高校工科專業普遍開設的重要專業基礎課,這些課程的特點是綜合性較強,對新技術特別敏感,它吸取和綜合了各個科學領域的新成就。該門課對學生提出的最基本的要求是[1]:①掌握信號的時域和頻域的描述方法,建立明確的頻譜結構概念,掌握頻譜分析和相關分析的基礎原理和方法,掌握數字信號分析中的一些概念;②掌握測試裝置基礎特性、評價方法和不失真測試條件,并能正確地選擇與運用測試裝置;③掌握一階、二階線性系統動態特性及其測定方法;了解常用傳感器及信號調理電路和紀錄儀器的工作原理和性能,并能較好的選用;④對動態測試工作的基本問題有一個比較完整的概念,并能初步運用于機械工程中某些參量的測量。

從課程內容及上述要求可以看出該類課程具有很強的實踐性和抽象性,需要通過形象的演示及實驗來加強學生對所學知識的理解與掌握,而虛擬儀器的特點使它在測控教學中具有很強的優勢。

3虛擬儀器在課堂教學中的應用

課堂教學主要側重于對原理的演示與陳述,除了常用的電腦與投影外,不方便設置太多的硬件實驗設備。為了使課堂上抽象的理論能夠及時地被學生理解,需要現場能夠對所學原理進行演示及闡釋。因此,為了適應課堂教學的形式,可以采用驗證性實驗來驗證所學的知識與原理,這類實驗不需要數據采集卡等硬件,它是一種純軟件的虛擬儀器實驗,從信號的產生到信號的分析、處理和存儲全部都由虛擬儀器進行仿真模擬。此類實驗只需PC機即可完成,實驗方案及參數,學生自己可以調整。根據課程內容的變化,實驗項目的增減也很方便,具有很大的靈活性。例如如圖1所示的信號調制與解調界面生動,操作方便,不僅使課堂知識生動活潑,而且不需要其它硬件,非常方便,提高了學生的學習興趣和積極性。另外,學生也可以自己設計一些相關的實驗內容,提高學生的編程能力。

4虛擬儀器在實驗教學中的應用

學以致用,只有將學到的理論應用到實際應用中才達到學習的目的,驗證性實驗只是課堂上用以驗證理論的正確性及幫助學生理解所學知識的一種工具,它不能代替真正的實驗教學,因此,軟硬件結合的實驗教學也是非常重要的一個環節。在實驗室進行的實驗需要相應的軟硬件相結合的實驗,通過實驗使學生認識相應的硬件設備,會選擇合適的傳感器進行相關參量的測量,認識數據采集方法及其硬件的接口連接方法。然而,眾所周知,儀器是實驗的基礎,要保證這些實驗的開設,就要同時購置多套先進而昂貴的儀器,而且隨著技術的不斷發展,新技術新原理不斷出現,使儀器更新的步伐加快,舊的設備面臨著被淘汰的處境。而且還伴隨有場地、經費及教育資源配置問題。將虛擬儀器引入實驗教學,采用虛擬儀器+數據采集卡+實測信號組成的這樣一種實驗模式,將學校現有的計算機資源和虛擬儀器軟件結合,不僅節省資源,而且能夠培養學生的分析問題及解決實際問題的能力。下面以機械傳動實驗進行舉例說明[2]:

圖2所示為利用LabVIEW作為上位機開發的機械傳動綜合實驗臺主界面,該實驗系統傳動部分在硬件上采用模塊化的結構,可以隨意更換硬件模塊,由學生自主搭建不同的傳動方案,以單片機作為下位機,上位機軟件采用虛擬儀器軟件LabVIEW進行開發。上位PC機通過自帶的串行口和單片機進行通信,單片機內置有數據采集卡,A/D轉換電路及相應的信號調理電路,采集電路將采集到的信息傳給單片機,單片機再將其傳到上位機,上位機根據從單片機得到的數據,利用LabVIEW軟件完成數據處理、波形顯示、數據存儲、報表生成等功能,并完成對電動機轉速和負載進行控制的任務。為了提高虛擬儀器軟件的通用性、可重用性,本系統軟件功能上采用了組件化設計,將組件技術和虛擬儀器技術相結合,將一些基本的和常用的軟件功能模塊化,通過這些功能模塊的調用,使得開發實驗系統就象搭積木一樣,將不僅方便實驗的進一步開發,提高實驗系統的靈活性,而且降低開發難度[3]-[5]。學生也可以根據自己的能力開發組件對系統進行功能的擴充,使學生改變了傳統的按部就班,按照實驗指導書的方法走過程的實驗方法,提高了學生的實踐能力和創新能力。

另外,隨著教育教學的不斷發展,遠程實驗和網絡實驗成為一種趨勢。LabVIEW在網絡應用方面同樣具有強大的優勢,針對不同的應用和不同的層次,LabVIEW提供了多種網絡通信方式供用戶靈活選擇。Remote Panel是其中一種比較方便的技術,它利用LabVIEW提供的Web服務器技術的功能,用戶不需要任何編程就能在遠程計算機上通過網頁或LabVIEW連接本地VI前面板,用戶在客戶機上就可以直接操作位于服務器上的軟件,實現遠程數據采集。LabVIEW的Remote Panels不僅可以觀看,而且可以在LabVIEW的環境中或瀏覽器上加以控制。這個強大的功能讓學生可以在宿舍或者其它有網絡的地方都可以進行實驗,從而打破了必須到實驗室才能進行實驗的傳動實驗模式,達到了資源共享,方便了實驗教學。

5結束語

為了適應新的教學形勢和教學要求,需要探討新的教學方法和手段,虛擬儀器技術應用于測控教學為我們提供了新的思路,它無論在課堂教學還是實驗教學方面都給讓我們看到利用新技術提高教學方法的科學創新之路。

參考文獻:

[1]魏宏波,基于虛擬儀器技術的測控教學實驗室的構建[J],儀器儀表用戶,2008(1):108-109.

[2]魏宏波.基于虛擬儀器的機械傳動綜合實驗系統的研究[J].實驗技術與管理,2009(7):84-87.

[3]文成,秦樹人,吳宏鋼.組件化虛擬式應變測量技術[J].中國測試技術,2006(4).