cht100齿轮效率实验台数控系统及机械结构改造和升级

'THERECONSTRUCTOFMECHANICALSTRUCTUREANDDIGITALSYSTEMSFORCHT-100GEAREFFICIENCYBENCHAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterof1一●EnglneenngBYWANGMing—mingSupervisedbyRENZu—pingSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityDecember2011 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：二￡里障日期：—兰掣』L●-l东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：至勇单盟导师签名：●-日期：℃jo／,．∥ 摘要摘要CHT一100型齿轮效率试验台是上世纪80年代东南大学机械学院研究开发的一种纯机械的闭合功率流式齿轮效率试验台。该试验台操作复杂，不能直观的读取齿轮的传动效率，目前已渐渐退出教学领域。为满足现代教学的需要，本课题将对CBT一100型齿轮效率试验台进行升级改造，改造之后的试验台主要包括机械结构与数控系统两部分。机械结构部分主要由电动机、齿轮箱、磁粉制动器、转速转矩传感器以及联轴器组成。通过对试验台各机械部件工作原理及特性的详细分析，确定了适合本项目的改造方案，采用磁粉制动器作为加载装置，电动机作为试验台的动力输出，两者转矩的比值就是齿轮的传动效率。另外为本试验台设计合适的联轴器，为课题的进一步研究打好基础。数控系统主要是为各机械部件的信号采集而设计。本课题要采集的信号主要包括：转速转矩传感器的输出信号，磁粉制动器的输入电流以及DSl8820温度传感器的信号．通过上述三种信号的采集能得到电动机的输出转矩，转速、磁粉制动器的负载力矩、齿轮箱内部润滑剂的温度。数控系统主要包括数据采集模块，模拟信号转换模块，以及显示模块。通过编写相应的程序，利用单片机开发板来实现该部分。通过试验台的实验部分确定了磁粉制动器的工作特性曲线，对实验数据的分析，验证了电流一力矩读取方式的可行性。实验的结果验证了试验台改造的有效性和合理性，同时探究了齿轮箱内部润滑剂温度与齿轮传动效率之间的关系。以上工作为实验台的下一步改进提供了可靠的基础。关键词：齿轮效率实验台磁粉制动器转速转矩传感器温度传感器联轴器信号采集 东南大学硕士论文AbstractCHT-100gearefficiencylaboratorybenchwasapurelymechanicalclosedpower—flowgearefficiencylaboratorybenchanditwasdevelopedbymechanicalengineeringinstituteofSoutheastUniversityinthe1980s．It’Scomplicatedtooperateandcan’treadgeartransmissionefficiencyintuitively．Anditwithdrawfromthefieldofteachinggradually．Tomeettheneedsofmodemteaching，thisissuewillupgradesandreconstructCHT-100gearefficiencylaboratorybenchandtherearemechanicalanddigitalsystemsafterthereconstruct．Themechanicalstructureincluding：electromotor,gearcase，speedtorquesensor，magneticbrakeandcoupling．Establishthereconstructprojectforthisprojectbasedontheanalysisofworkingprincipleandcharacteristicsofthemechanicalcomponents：usingmagneticbrakeasaloaddevice，electromotoraspoweroutputofthelaboratorybench，theratioofbothtorquesisthegeartransmissionefficiency．Inaddition，designingasuitablecouplingforthisbenchtolaythefoundationforthefurtherstudyofthissubject．Digitalsystemisdesignedmainlyforthesignalacquisitionofthemechanicalcomponents．Thesignalneedacquiredofthissubjectincluding：theoutputsignalofthespeedtorquesensor，thecurrentinputofthemagneticbrakeandthesignalofDSl8820temperaturesensor．Wecangetthetorqueoutputandspeedofelectromotor，theloadtorqueofthemagneticbrake，thetemperatureofthelubricantwithinthegearboxthroughtheacquisitionofthethreesignalabove．Digitalsystemincludesdataacquisitionmodule，analogsignalconversionmoduleanddisplaymodule．UsingsinglechiptOrealizethispartbyprogramming．Theexperimentsessionofthebenchestablishedthecharacteristicscurveofmagneticbrakeandtheresultsverifythatthedesignareeffectiveandreasonablebyanalyzingtheexperimentaldataonthecurrent—torque．Inaddition，exploretherelationshipbetweenthetemperatureofthelubricantwithinthegearboxandthegearefficiency．Alloftheaboveprovideareliablebasisforthenextsteptoimprovethebench．Keywords：gearefficiencylaboratorybench，magneticbrake，speedtorquesensor，temperaturesensor，coupling，signalacquisition．II 目录目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·IAbstract······-··························-·······················································································II第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1CHT．100齿轮效率试验台的研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11．2研究现状及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·21．3本文研究的主要内容及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·31．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·4第二章齿轮效率试验台模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．1齿轮试验台的结构和功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·52．1．1试验台的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．1．2试验台的功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．2CHT．100型齿轮传动效率试验台的安装⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·62．2．1总体布置设计的基本要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．2．2齿轮效率试验台的整体布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．3试验台的传动效率计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·92．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113．1系统的总体设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一113．2温度传感器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133．2．1温度传感器的分类及特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“133．2．2温度传感器的确定方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·143．3控制器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··163．4数据采集模块的研究和设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··173．4．1温度传感器数据的采集及软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·183．4．2磁粉制动器励磁电流的采集与软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·213．4．3转速转矩传感器的信号采集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··293．5显示模块的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38第四章联轴器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·394．1联轴器的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．2联轴器的确定方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40III 东南大学硕士论文4．3膜片联轴器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··424．3．1联轴器材料的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··424．3．2联轴器的结构计算p町⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一434．4联轴器三维模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”454．5联轴器的有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．5．1有限元分析理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一464．5．2有限元分析流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“474．5．3膜片的结构及有限元分析[361[371⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”484．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49第五章实验台测试与数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·505．1实验台测试步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··505．2实验数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯505．3实验数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯515．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯54参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·55附录1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一57附录2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．64 第一章绪论第一章绪论1．1CHT-100齿轮效率试验台的研究背景齿轮传动是机械设计学科中的重点内容，也是机械设计的基础内容之一。但是在教学过程中，有关齿轮的知识往往比较抽象，给教学带来了一定的难度。如何能更好的表达齿轮传动的特点，让学生能具体的形象的掌握齿轮传动的知识是目前很多教学仪器欲达到的目标。CHT一100齿轮效率试验台就是为了直观的表达啮合齿轮的传动效率而开发的实验仪器。齿轮效率试验台的发展主要经历了开放功率流式的齿轮效率试验台以及封闭功率流式齿轮效率试验台两个阶段。开放功率流式的齿轮效率试验台借助一个加载装置来消耗齿轮传动所传递的能量，从而达到效率的计算，其优点是与实际工作情况一致，简单易行，缺点是动力消耗过大。封闭功率流式齿轮效率试验台采用输出功率反馈给输入的方式，将所消耗能量的一部分转换为其它形式的能量再回输给系统，以实现加载的目的。其优点是让能量的传输路线在整个试验台上形成一个闭合回路，大大减少了功耗，节省了能源，这种方案被越来越多的采用。CHT-100型齿轮效率试验台是东南大学机械学院上世纪80年代研究开发的齿轮效率试验台，是一种纯机械式的齿轮效率试验台。它作为闭合功率流试验台的一种，在当时得到广泛的应用。它采用砝码——杠杆加载，游丝放大器读数的纯机械方式，操作复杂，不能直观的读出齿轮的传动效率，给教学带来了极大的不便。目前市场上出现了机电式齿轮效率试验台，通过与计算机相连，直接读取显示输入和输出的力矩，转速等参数，并且计算齿轮效率。机电式试验台具有良好的直观性和简易性，结构简单，加载精度高，节能效果好，操作控制方便等优点，越来越多地应用于测量齿轮传动效率的试验中。CHT-100型齿轮效率试验台由于其技术过于陈旧，操作不便以及存在偏差，使其逐渐退出当今的教学舞台。为了满足现代教学的需要，同时最大化的合理利用目前现有的老式齿轮效率试验台，就需要对该齿轮效率试验台进行一系列的改进，升级。改进后的CHT-100型齿轮效率试验台由机械结构系统和数字系统两大部分组成。在机械结构系统中，以电动机输出力矩，通过齿轮箱传递动力，利用磁粉制动器作为负载，通过转速转矩传感器来测量转矩和转速，各部件之间需要通过联轴器来联接。数字系 东南人学硕士论文统包括了信号的采集模块、处理模块，显示模块以及控制模块。图1—1CHT-100齿轮效率试验台1．2研究现状及意义目自订市场上的齿轮效率试验台大部分是机电式齿轮效率试验台，所谓的机电式齿轮效率试验台就是将试验台与计算机相结合的一种数字化齿轮效率试验台。其中试验台的机械结构部分包含了齿轮传动，蜗轮蜗杆传动，链传动等多种传动机构以及电动机，磁粉制动器，其中各传动机构均自由拆卸组合，通过不同传动机构的组合达到测量不同传动机构组合的效率，真『F做到了一机多用，综合教学。通过计算机可以直接实时读出并显示输入、输出扭矩，转速以及齿轮传动的效率等参数，还可以根据需要绘制效率曲线，具有良好的直观性，操作比较简便，给教学带来了极大地方便。图1—2机电式齿轮效率试验台机电式齿轮效率试验台的机械结构布局大致为：电动机一传感器一链、蜗轮蜗杆、齿轮传动机构一传感器一磁粉制动器，各机械结构之间由联轴器连接。机电式齿轮效率试验台的传动级别较多，包括链传动，蜗轮蜗杆传动以及齿 第一章绪论轮传动，虽然功能全面，但是电机输出的转矩在传递过程中损耗较大，很难保证高效的传动，所以不能准确分析导致效率损耗的因素。而且每台试验台都配备两台大量程扭矩传感器，造价比较昂贵，试验台体积庞大，便携性不佳。综上所述，随着齿轮效率试验台的不断改进和发展，完善的、强大的功能，简单化的结构，方便的操作性必将是其发展的趋势。本课题本着突破创新，避免雷同的原则，旨在研究一种经济、完善、独特、实用的齿轮效率试验台，以满足教学的需要，填补市场的空缺。1．3本文研究的主要内容及创新点本课题的主要任务是进一步对CHT-100齿轮传动效率试验台进行机械结构和数控系统的升级完善。通过数控系统的升级，可以在测齿轮传动效率的同时，探究影响齿轮传动效率的因素，例如齿轮箱内部温度、齿轮箱的润滑剂、联轴器的影响因素等。老式的齿轮传动效率试验台各传动机构之间通过刚性联轴器连接，改进之后增加了传感器，根据改装之后试验台的工作载荷情况，研究一种结构简单、寿命长、能够补偿安装误差、轴向、径向和角向位移的高性能联轴器。课题具体的研究内容主要包括以下几点：(1)研究RK一06转速转矩传感器的工作原理与工作特性，设计适合本试验台的信号采集电路，采集传感器的输出信号，将信号转化为数字模式显示在TFT液晶屏上；(2)研究CZ-50磁粉制动器的性能特点，结构原理，以及工作方式。对磁粉制动器的数据利用Origin数学分析软件建立数学模型，得出磁粉制动器力矩一电流的关系。结合磁粉制动器的直流电流采集电路，将采集的电流信号转化为数字模式显示在TFT液晶屏上；(3)研究目前市场上的温度传感器的种类以及各自的工作原理，工作特性，结合本试验台的实际情况，确定与CHT一100齿轮传动效率试验台相匹配的温度传感器，并设计合理的电路采集温度信号显示温度；(4)探究试验台齿轮箱内部温度对齿轮效率试验台传动效率的影响，探究不同的润滑剂，不同的润滑方式会对齿轮效率试验台的传动效率产生何种影响；(5)根据目前联轴器的研究现状，结合本课题实际情况，设计一种简单、可靠、实用的连轴器；(6)结合材料力学、机械设计所学知识设计联轴器联接螺栓的直径，并进行强度与稳定性校核，计算出联轴器膜片的厚度以及承受的载荷； 东南大学硕士论文(7)通过Pro／E建立联轴器三维模型，结合有限元分析理论及ANSYS应用分析软件，对联轴器结构中的关键部件膜片进行静力分析。1．4本章小结本章主要介绍了课题的背景、来源并结合目前市场进行了现状分析，阐述了课题研究的意义与实用价值，同时说明了本文所研究的内容与创新点所在。为后文的展开研究打好了基础。4 第二章齿轮效率试验台模型2．1齿轮试验台的结构和功能2．1．1试验台的结构本课题是在原CHT一100齿轮效率试验台基础上进行改造升级，原始的试验台机械结构主要包括：电动机、重力测力计、两套完全相同的齿轮箱、加载器、砝码以及电器控制箱，结构复杂，操作繁琐，为了使试验台操作简单，方便，原理易懂，本项目去除了部分复杂的机械机构，改装之后的试验台的主要机械构件有电动机、转速转矩传感器、齿轮箱、磁粉制动器以及联轴器。试验台主要技术参数：齿轮箱传动比一2；齿轮模数一2；中心距一100mm；试验台外形尺寸(长X宽X高)mllOOxSOOx800mm。；电动机：电动机作为本试验台的动力装置，其作用主要是为齿轮效率试验台提供转速和输入转矩，其额定输入电压为380V交流电，额定转速1000r／min，输出转矩最大不超过100Nm。磁粉制动器：磁粉制动器在本试验台中作为加载装置，通过电磁效应下的磁粉运动来产生并传递转矩，作为齿轮箱的加载力矩，进而计算齿轮传动的效率。本试验台采用了Cz一5单轴机座式磁粉制动器，其额定转矩为50N·m，输入电源为直流电，额定电流为0．8A。图2—1CZ单轴机座式磁粉制动器 东南大学硕士论文转速转矩传感器：转速转矩传感器的作用是用于测量电动机的转速和齿轮箱的输入转矩，本试验台使用了RK一06型转速转矩传感器，其主要参数如下表。表2-1RK-06传感器参数指标名称电源量程精度频率响应输出信号ON——100N性能指标24VDC0．25％F．S100“S0—12V电压信号0-5000辕7食2．1．2试验台的功能齿轮效率试验台做为一种教学仪器【1】，能够直观的表达啮合齿轮的传动效率。其主要用途是以机械设计教学为基础，通过具体的实验操作，让操作者了解齿轮试验台的结构，工作原理以及操作方法，同时能使操作者进一步直观的了解齿轮传动效率的意义，影响齿轮传动效率的因素以及观察齿轮点蚀失效情况，以达到良好的教学效果。2．2CHT-100型齿轮传动效率试验台的安装2．2．1总体布置设计的基本要求机械系统在总体布置的过程中要有服从整体的观点，按照简单、经济、合理的原则，在布置的过程中不仅要考虑各机构本身的内部要素，还要考虑各种外部因素，如人机关系、适用的环境条件等，确定好机械结构中各部件的主要技术参数与部件间的相对位置关系、部件的尺寸、运动形式以及动力传递方式。总体布置应遵循以下原则【“。(1)保证连续和流畅的工艺过程一个机械结构能否很好的工作，能否获得预期的各项机械性能，不仅仅与各部件的设计和制造是否满足各项设计要求有关，还与总体的布置有关。只有布置合理才能达到很好的配合，否则不能很好的工作，达不到预期的机械性能。总体布置就是探求各零部件之间最合理的相关尺寸和相互位置。所以在整体布局设计时，应充分考虑各种工况、零部件的惯性力、弹性变形以及过载变形等因素，保证整个机械结构前后作业工作工序的连续性、流畅性；(2)降低机构质心高度，减小机构偏置在安装的过程中应该注意要尽量降低机械结构的质心、尽量对称布置以减小偏置。本试验台属于固定式的机械结构，如果质心过高或者偏置过大，则容易因 第二章齿轮效率试验台模型为扰力矩增大而造成倾倒或振动，从而影响试验台的基础稳定性；(3)保证传动精度、刚度及抗振性等要求为了提高机械的传动精度，除要求传动件的合理精度之外，在总体布置时尽量的简化，缩短传动链以及合理安排传动机构的顺序。另外，机械刚度不足或抗振性不好，都会导致机械不能正常工作，影响其动态精度。所以在总体布置时，尽量提高机械的刚度和抗振能力；(4)结构紧凑，层次分明紧凑的结构布置不仅能节省空间，减少零部件的数量，便于安装调试，还会为更好的造型创造条件。为了使结构紧凑，在安装之前一定要设计好可利用的空间，合理利用机械结构内部的空间，根据实际情况合理的安排各机械部件；(5)操作、维修、调整简便本着人性化的原则，机械的操作一定到简单，方便。在总体布置时应注意合理的布置操作位置、修理位置以及尽量减少信息源的数目，以便使操作、观察、调整、维修等尽量的方便省力。例如应根据人的视觉特征与身高来布置显示装置的位置；根据人的体能参数来合理的设计操纵装置；由人体的尺寸来合理的确定设备的尺寸；(6)外形要美观机械产品的外形与色彩往往能给人们带来第～印象，它是机械的功能、结构、工艺、材料和外观形象的综合表现。所以设计的产品在外观与色彩上应符合美学的原则。在总体设计时应使各零部件组合均匀协调，符合～定的比例关系，前后左右的轻重关系要对称协调，要有稳定感、安全感和整体感。2．2．2齿轮效率试验台的整体布置方案CHT一100型齿轮传动效率试验台作为上世纪80年代一种成型的机械产品，在整体布局以及外观上都是比较成熟的。在本试验台的改进过程中，仅保留了原试验台的一个减速齿轮箱与电动机，新增加了磁粉制动器，转速转矩传感器两个核心部件。本着尽可能小的改变原试验台整体结构的原则，在安装过程中，没有改变减速齿轮箱与电动机的位置。这就要求新的试验台一定要在满足上述几条基本要求的前提下，合理的布置磁粉制动器与传感器。安装过程中要尽量的使各机械部件成对称分布，另外考虑到磁粉制动作为加载装备，所以磁粉制动器应安装在齿轮箱的另一侧，与电动机对称。转速转矩传感器主要是测量电动机的转速与转矩，布置在电动机与齿轮箱之间，既能测得电 动机的转矩，又能通过磁粉制动器一传感器一电动机来测得磁粉制动器的实际转矩。考虑到本试验台齿轮箱、磁粉制动器、转速转矩传感器三者轴心不在一个基准平面上，这就需要设计机座来调整基准，以保证各部件在安装时轴的对中性。设计机座时一定要首先考虑到机座的刚度，一般情况下，机座的刚度达到要求后，其强度也是足够的。为保证机座的刚度和强度，减轻机座的重量和节约材料，在设计时要根据设备的受力情况，选择经济合理的截面形状。当机座受到弯、扭作用时，其强度和刚度与截面积以及截面的形状有关，一般来讲：空心结构的刚度比实心结构的刚度要大得多；封闭圆形截面的抗扭刚度好，而封闭方形截面的抗弯与抗扭都比较好；加大横截面轮廓尺寸和减小壁厚时，能提高刚度。磁粉制动器底座为长方形的，在运转过程中，它的机座主要受到弯矩的作用，当其轴心与齿轮箱轴心在同一基准面上时其底座离台面的高度为lcm，高度差比较小，而且磁粉制动器本身质量比较大，此处将磁粉制动器的机座设计为实体铝板，增加其抗弯性与承受重载、冲击以及变载荷的能力。机座如图2—2所示。转速转矩传感器主要是测输入轴与输出轴之间的扭矩，其底座为沿轴线方向的长方形，故其机座在传感器『E常运转的过程中主要受扭矩的作用，当其轴心与齿轮箱轴心在同一基准面上时其底座离台面的高度为8．2cm，高度差较大，此处设计为空心结构的机座，这样不仅能增加机座的刚度，而且可以减轻机座的质量，节约了材料。图2—3为传感器器的机座。图2—2磁粉制动器机座图2—3传感器机座机座连接处的刚度主要表现为结合面的变形和位移，它包括了结合面的接触变形，连接零件的变形和连接部位的局部变形，为了保证连接刚度，应注意选择合理的螺栓直径和数量，保证结合面的预紧力；另外还可以在机座表面螺钉安装处加厚凸缘，来提高机座接合面的连接刚度。 第二章齿轮效率试验俞模型图2—4表示改造之后的齿轮效率试验台，试验台布局从右至左依次是电动机、转速转矩传感器、齿轮箱、磁粉制动器。电动机与转速转矩传感器，转速转矩传感器与齿轮箱以及齿轮箱与磁粉制动器之问均通过联轴器联接。在固定各种设备的过程中，统一采用六角螺栓连接，具有可靠，拆卸方便等优点。图24改造之后的CHT一100齿轮效率试验台2．3试验台的传动效率计算方法通过图2—4可以看出本试验台的加载系统的工作原理，电动机功率通过联轴器传递到齿轮上，带动齿轮箱另一个齿轮转动，该齿轮通过联轴器与磁粉制动器联接。电动机与齿轮箱之间的传感器是测量电动机转速与转矩的。在齿轮传动中，主动轮的转向与其轮齿所受啮合力而形成的扭矩方向相反，从动轮的转向与其轮齿所受啮合力而形成的扭矩方向相同。本试验台中与电动机输出轴连接的齿轮是主动轮，与磁粉制动器输出轴连接的是从动轮。通过转速转矩传感器测量电动机的转速以及主动轮的转矩N。即齿轮箱的输入转矩；利用磁粉制动器测得负载力矩N。，即齿轮箱的输出转矩。Ⅳ，驴蒜式中，7为试验台的传动效率。齿轮箱的效率⋯41是一个常常提及的问题，其功率损耗主要分为两类，一类是齿轮和轴承的接触摩擦损耗，另一类是旋转零件搅动润滑油和周围空气时所引起的能量损失，在高速齿轮箱中，搅动润滑油和空气的损耗可能会超过齿轮和轴承的接触摩擦损耗，CHT一100齿轮效率试验台转速最大为1000r／min，所以属于低速齿轮箱，所以其功率损耗主要是齿轮与轴承的接触摩擦损耗，金属问的摩擦 东南大学硕士论文将产生热量造成齿轮箱内部油温升高，并且齿轮箱内部的温度与转速是成正比的。另外由于齿轮润滑油粘度不同，齿轮旋转搅动润滑油时的摩擦也不同，进而由于摩擦消耗的能量也不同。本文重点探测齿轮箱内部温度与齿轮传递效率之间的关系。2．4本章小结本章通过对目前CHT一100齿轮效率试验台结构和功能实现的原理进行详细的分析和阐述，结合原始试验台的基本功能和结构，对试验台进行了整体布局的设计、改造与组装，实现了试验台的正常运行，为下文数控系统各部分的数据采集打下了坚实的基础。10 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计3．1系统的总体设计方案1．CHT一100齿轮效率试验台硬件结构框架图图3—1试验台硬件结构框架图CHT一100齿轮效率试验台由转速转矩传感器测得电动机的转矩值，即试验台的输入转矩。通过测磁粉制动器的输入电流来计算负载转矩，由此得出齿轮传动的效率。利用温度传感器来测量齿轮箱内润滑剂的温度，进一步探讨温度与齿轮传动效率的关系。2．齿轮效率试验台测温系统图3—2试验台数字系统结构框架图其中整个系统以89C52单片机为核心，各部分构成包括：(1)电源模块(2)数据采集模块：采用东芝公司的TLP521作为电源转换芯片(3)信号转换模块：采用PCF8591作为AD转换芯片(4)显示模块：采用ILl9325驱动芯片的2．4英寸TFT显示屏3．系统总体设计中的关键技术难点： 东南大学硕士论文(1)磁粉制动器负载电流在0到标称值之间的调节，以及LED的同步显示磁粉制动器在本项目中作为加载设备，最大的特点就是其加载力矩的大小与输入电流的大小存在明显的线性关系，因此可以通过测量输入电流的大小来得到加载力矩的大小。磁粉制动器输入电流为直流电流，额定电流为0．8A，因此需要将实验室现有的220V交流电转化为直流电，将直流电流控制在OA到0．8A之间，并且要求电流在工作区间内连续可调。如何将实验室交流电转化为磁粉制动器需要的直流电，并且要求电流在工作区间内连续可调是本课题的一个技术关键占．J、⋯(2)转速转矩传感器输出信号的转换转速转矩传感器是用于测量电动机扭矩与转速的，但是其输出信号为频率，而且传感器输出信号电压为12V，单片机的工作电压为5V。本课题中需要的是转速转矩传感器的转矩与转速，因此如何设计外围电路以及单片机程序是将转速转矩传感器频率信号转化为扭矩与转速的关键所在，也是本课题的重点、难点所在；(3)温度的采集以及温度、转矩、效率数据的处理试验台在工作过程中随着转速的变化其效率、温度都会随之变化，因此温度的实时采集是本课题的一个重点，另外温度、转矩、效率数据的综合处理作为本课题的另一个难点，因为温度、转矩、效率三者均是变化的，要想得到三者之间的关系就需要进行多次试验，得出并认真的分析各数据之间的关系。温度是生产生活中最基本的物理量，它表征物体的冷热程度。白18世纪工业革命以来，工业的发展对能否掌握温度有着直接的联系，在冶金、水泥、石化、钢铁、玻璃、医药等行业，温度的测量直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系[51。因此温度的测量在整个工业领域显得尤为重要。近年来，温度传感器技术已成熟的应用于温度检测方面。温度传感器是一种利用物质的各种物理性质随温度变化的规律把温度转换成可用输出信号的传感器。它可以准确测的被测对象的温度。齿轮箱内温度的高低能间接反映出齿轮箱内部齿轮与轴承以及齿轮与齿轮的接触摩擦程度，进而能反映出温度与功率损耗之间的关系。在本课题中，温度传感器的作用是准确测量齿轮箱内部的温度，结合齿轮试验台的效率来研究温度与齿轮试验台传动效率之间的关系。12 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计3．2温度传感器的选择3．2．1温度传感器的分类及特点温度传感器作为一种检测温度的器件，现在已经成为温度测量仪表的核心组成部分，其种类最多，应用最广，发展最快。它主要分为以下几类【6】：1、电阻式温度传感器电阻式温度传感器利用了导电物体的电阻值随温度变化而改变的原理，通过测量其电阻值计算出被测物体的温度。铂热电阻与铜热电阻是目前工业中最常用的两种热电阻，前者物理化学性能稳定，测温准确，范围广，但是价格比较昂贵，后者适用于测量精度不高，测温范围较小的场合；2、半导体与晶体温度传感器半导体温度传感器是利用半导体PN结的温度特性制成的，其原理是当通过半导体PN结的正向电流是恒定值时，PN结的正向电压降与温度存在强烈的对应关系。半导体温度传感器具有灵敏度高、功耗低、体积小、抗干扰能力强等优点，适合在集成电路系统中应用。晶体温度传感器是利用了晶体的各相异性，并通过选择合适的角度切割而成，具有分辨率高、感温速度快、直接频率输出等优点，目前在很多领域得到广泛的应用；3、光纤温度传感器它的主要材料是光纤、光谱分析仪、透明晶体(如砷化镓)，其原理主要是利用了部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，通过分析光纤传输的光谱来测量实时温度。光纤温度传感器主要分为三大类：相位调制型光纤温度传感器、传光型光纤温度传感器、热辐射性光纤温度传感器。其灵敏度高、可实时监视大型电气设备，如电机、变压器等内部温度的变化情况；4、热电偶温度传感器热电偶温度传感器的原理就是能将被测物体的温度转化为热电偶的热电势它是有源温度传感器的一种。目前主要应用于高温炉的测量方面。这类传感器结构比较简单、能够准确的测量高温度、性能比较稳定，但是其价格不菲；5、智能温度传感器智能温度传感器内部自带温度传感器、A／D转换器、存储器、处理器等部件，可以自动输入程序，在不同的时间段内显示温度。它可以通过内部处理器进行自动修正，校准测量值的误差，具有可靠的稳定性，可直接与计算机联机来测量被测物体的温度； 东南大学硕士论文6、非接触式温度传感器红外测温传感器是最常见的一种非接触式温度传感器，它的原理就是通过被测物体表面辐射出的光和热来测量被测物体的温度。非接触式温度传感器可以测量高速运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速对象的表面温度以及高压物体，所以它具有高灵敏度、反应快、测温范围广等优点；3．2．2温度传感器的确定方案温度传感器的确定比其它类型传感器的确定要考虑更多的内容。首先，必须选择传感器的结构，使敏感元件在规定的测量时间之内测得所测液体的温度。其次要考虑传感器的体积大小、使用环境、价格等各方面的因素。本课题中对温度传感器的选用，需考虑以下几个方面的问题：(1)测温量程大小和精度要求CHT-100型齿轮传动效率试验台中的齿轮箱属于低速齿轮箱，最大转速为1000r／min，工作时转速为950r／min。在正常运行阶段，轴承温度最高不会超过120℃，润滑油油温不会超过80℃，所以选用的传感器测温范围在0～150"C之间比较合适。本课题中的温度需要连续采集，要求温度传感器精度能达到±0．5。C。(2)测温元件大小是否适当CHT-100型齿轮传动效率试验台中的齿轮箱内部空间狭小，要想在齿轮箱的正常运转过程中测量温度就要求选用的温度传感器体积必须要小，而且能方便并可靠的固定在齿轮箱内部。(3)在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求当试验台齿轮箱启动运行时，随着内部啮合齿轮转速的变化温度也随之发生变化，所以本课题选用的温度传感器从温度的测量到数据的实时读取过程中不能存在过长的滞后时间。否则将达不到本课题的测温要求。(4)被测对象的环境条件对测温元件是否有损通常情况下，齿轮箱内部的润滑油都具有腐蚀性，这主要有三个原因：一、为增加润滑油的油性，往往需要添加油性剂，如各种脂肪，脂肪酸，硫化动物植物油，这里面的酸性物质会有腐蚀性；二、润滑油氧化后产生的酸性物质也具有腐蚀性；三、润滑油的炼制过程中加入的酸未被除掉。这些酸性物质对于齿轮，轴承均具有腐蚀性，所以本课题选用的温度传感器必须具有抗腐蚀性。(5)价格如保，使用是否方便本项目的投入应该本着根据项目经费概算，并结合项目研究开发任务的实际14 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计需要，坚持目标相关性和经济合理性的原则。同时要考虑项目进程中可能遭遇的不可知情况，例如温度传感器的损坏，失效等情况。这些情况都可能导致预算的额外支出，所以在温度传感器的选择过程中一定要从经济，使用的方便性两方面同时考虑。综合以上几点，结合对市场的考察，本课题选用了DSl8820温度传感器，该传感器是由美国DALLAS半导体公司开发研制的。其内部白带处理器、存储器，可以通过一系列编程直接实现9～12位的数字值读耿。温度变换功率以及DSl8820的供电均源于数据总线，无需额外电源。同时在结构方面DSl8820采用不锈钢外壳封装，防水防潮。仅有0．2mm壁厚的不锈钢外壳具有很小的蓄热量，采用金属垫模工艺使得DSl8820与不锈钢内壁充分接触，内部采用导热性能极高的密封胶灌封，保证了DSl8820的极小温度延迟以及高灵敏性。因此使用DSl8820可以使系统结构更加简单，可靠性更高。而且其体积很小、非常经济。目前DSl8820温度传感器已广泛的应用于水温的控制、锅炉温度的控制、冰情测报、内燃机油耗仪系统、电磁热水器温度控制系统等各个领域。图3—3DSl8820温度传感器1、DSl8820温度传感器主要技术特点[7】：表3—1DSl8820温度传感器主要技术特点指标名称性能指标测温范同一55℃～+125℃测温精度±0．5。C(一10～85℃)接口方式单线接【_]，舣向通讯9～12位，编程分辨率相应可分辨温度：0．5。C、0．25℃、0．125、0．0625℃温度一数字转换时间93．75ms～750ms 东南大学硕士论文负压特性电源极性接反，芯片不会烧毁，但不能正常工作工作电压3．0～5．5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；输出方式数字温度信号DS18820温度传感器技术参数表3—2DSl8820的主要极限参数l所有引脚电压(对地)工作温度储存温度一0．5～6V一55～125℃3、DSl8820内部原理方框图图3—4DSl8820的内部原理方框图3．3控制器的选择本项目中的CHT一100齿轮试验台的结构小巧，而且试验台上各仪器布局紧凑，所以不适合利用计算机处理温度传感器采集到的数据，因此需要找一个合适的方案来进行温度传感器数据的处理工作。目前，较为紧凑，便携的一体化数字系统其实现方案大致有三种【8J：(1)基于嵌入式的实现方案嵌入式系统一般指非PC系统，其硬件部分包括处理器(或者微处理器)，存储器以及相应的外设设备。同时，嵌入式的对外通信还包括有I／0端口，一些嵌入式处理器拥有图形处理器等专用处理器；嵌入式系统的软件部分包括操作系统部分和应用程序部分。嵌入式系统操作系统种类繁多，对应不同的操作系统，都有独自的集成开发环境。这些开发环境的相互差别较大，而且同现今应用广泛的PC集成开发环境也有较大的差别。所以，嵌入式系统的开发，难度大，开发周 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计期长，所需投入的人力物力也相对较大。适合大批量的并行开发。对于齿轮试验台的数字处理系统来说，嵌入式的机能过剩，容易造成资源浪费。(2)基于单板机的实现方案单板机，顾名思义就是单板计算机，又称为嵌入式PC。单板机将通用PC上的必要资源，例如处理器，存储器，各种通信端口，PCI扩展插槽等设备集成到一个体积较小的集成板上。因此单板机在性能上同常规PC没有明显的差别。单板机的主要代表为各种应用广泛的工控机。工控机的主要作用时针对工业进行了相对应的设计，以实现各种抗干扰，便捷，小型化的工作。在开发应用中，单板机可以当做通用PC处理。一般情况下，单板机的数据处理能力强于嵌入式系统，并且单板机的外围借口丰富，并且拥有PCI插槽等扩展手段，所以开发时不需要进行额外的外围电路设计。在软件方面，单板机和PC一样支持通用的操作系统，所使用的软件可以直接进行移植而不需要进行过多的修改，开发难度小。但是单板机的硬件成本高，体积大，适合在大，中型的监控测试系统中使用。(3)基于单片机的实现方案单片机又称为嵌入式微控制器。和单板机不同，它是在一块芯片上集成了微处理器，RAM，ROM，时钟，定时器，计数器，串行口，并行口。单片机系统的成本低，集成度高，体积小，控制系统组成灵活方便，软件编译语言广泛，移植能力好，调试简单易用，便于维护，因此单片机具有广泛的应用。通过对上述三种方案的比较，结合本项目的实际情况，最终确定使用第三种方案，原因如下：1．CHT一100齿轮效率试验台中温度传感器的数据量不是很大，无需功能强大的微处理器，也不需要很大的程序存储空间；2．温度传感器同单片机所匹配的数据采集，控制芯片已经得到广泛的应用，技术也比较成熟；3．本项目前期改造过程中，转矩转速传感器和磁粉制动器的数据均由单片机处理，所以使用单片机处理温度传感器的数据便于实验中各种数据的汇总，比对；4．单片机价格低廉，体积小，低功耗，集成度高，电路简单【⋯，在数据处理过程中具有反应速度快，性能稳定的优点，非常适合本改造项目。3．4数据采集模块的研究和设计本试验台数控系统的设计中，需要采集转速转矩传感器输出的转速、转矩信号、磁粉制动器输入的励磁电流的大小以及温度传感器测得的实时温度。本部分 东南大学硕士论文将逐一分析各数据的采集和计算方法。3．4．1温度传感器数据的采集及软件设计下图为DSl8820测温原理框图，图中低温度系数晶振的振荡频率随温度变化其振荡频率改变很小，为其对应的计数器提供一个稳定的计数脉冲。高温度系数晶振是一个震荡频率对温度非常敏感的振荡器，为其对应的减法计数器提供一个频率随温度变化的计数脉冲。测量温度之前，温度寄存器与低温度系数晶振所对应的减法计数器被预置在一个基数值，该基数值与测温范围下限-55。C相对应。当计数门打开时，减法计数器对低温系数晶振产生的脉冲信号做减法计数，当其值预置值变为0时温度寄存器值加1，温度传感器将重新预置并装入减法计数器的基数值，然后减法计数器再次对低温系数晶振产生的脉冲计数，一直循环至与高温度系数晶振对应的减法计数器计数到0为止，此时温度寄存器停止值得累加，计数门关闭，温度寄存器最后的值就是温度传感器测得的温度。在测温过程中的非线性以及减法计数器的预置值均由斜率累加器修正补偿，计数门关闭后斜率累加器停止上述的重复工作过程，上述即DSl8820的测温原理。图3-5DSl8820测温原理框图DSl8820有4个主要的数据部件：(1)ROM只读存储器，DSl8820共有64位ROM，用于存放DSl8820ID编码，DSl8820编码是19H。64位光刻ROM主要由：产品类型标号(8位)，芯片唯一的序列号(48位)以及前面56位的循环冗余校验码，简称CRC(8位)由低位到高位依次排列组成。数据在出产时设置不由用户更改。(2)温度传感器，可完成对温度的测量。(3)DSl8820温度传感器中存储器DSl8820温度传感器的内部存储器包括两部分：EEPROM和高速暂存RAM。前者具有非易失性并且可以电擦除，主要用于存放长期需要保存的数据，上下限 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计温度报警值和校验数据，DSl8820共有三位EEPROM。RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DSl8820共有9字节RAM，每个字节8位。各字节功能如下：表3-3DSl8820各字节功能字节地址寄存器内容0温度转换后的数字值信息l2用户EEPROM的镜像，上电复位时其值将被刷新34用户第=个EEPROM的镣像5作为计数器寄存器，为提高温度分辨率而设计的，6同时也作为内部温度转换、计算的暂存单元78前8个字节的CRC码(4)配置寄存器该字节各位的意义如下：表3—4：配置寄存器结构TM作为测试模式位，通过它的设置可以将DSl8820在工作模式与测试模式之间转换。R1和RO主要用于设置分辨率，其设置见下表。出厂时的DSl8820低五位默认是”1”，TM位设置默认为0。表3-5：温度分辨率设置表R1RO分辨率温度一数字转换时间09位93．75ms0110位187．5ms1011位375ms112位750msDSl8820在工作时首先初始化，然后进行ROM操作命令，再次进行存储器操作命令，最后是数据的处理。每一次初始化以及读写操作之前单片机都要对DSl8820进行复位操作。要想对DSl8820进行预定的操作，首先DSl8820通过单片机发出的复位脉冲复位，复位成功后先发送一条ROM指令，然后再发送一条RAM指令。19 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计图3．7DSl8820与单片机的电路连接温度采集主程序框图如图3—8所示。温度采集程序见附录1。一i穗≤j⋯。⋯’图3-8温度采集主程序框图3．4．2磁粉制动器励磁电流的采集与软件设计磁粉制动器主要分为转子和定子两部分，定子包括底座，外壳，磁轭等固定部分，转子包括主动转子，从动转子以及输出轴。磁轭上固定有励磁线圈，其作用是在通电时产生磁场，主动转子与从动转子之间的间隙成为磁隙，磁隙中填充着适量导磁率高，耐热性好的磁粉[10l。在工作的过程中励磁线圈中有励磁电流的输入，励磁电流产生的磁场对磁隙中的磁粉起作用，使得磁隙间的磁粉按照磁场线方向呈链状(磁粉链)，磁粉链使得旋转工作面间产生剪力效应，使转子与定子之间产生摩擦力矩从而达到产生制动力矩的作用。改变励磁电流即可改变制动器内部的磁场强度，从而改变磁粉21 东南大学硕士论文之间的摩擦力，进而改变制动力矩的大小。磁粉制动器的制动力矩同励磁电流之间存在良好的线性关系【ll】。t鬻咚{霸蜉醇黼鼗浆撵赠敷辫1．≯一7．，，‘，’，．／。囊麓鸯滚l冕l图3-9磁粉制动器工作特性曲线通过电流一转矩曲线可以看出，磁粉制动器的制动力矩和励磁电流在一定范围内存在着很好的线性关系。在磁粉制动器的工作范围内，加载阶段依照输入电流的由d,N大，分为非线性段，线性段，饱和段三个阶段【1’】。非线性段：当输入电流小于额定励磁电流的5％时，磁粉制动器处在非线性工作区间。当输入的励磁电流为0A时磁粉制动器不工作，理论上磁粉制动器的负载力矩为0Nm，但是由于内部旋转部件存在摩擦，所以实际的负载力矩要大于0Nm。随着输入励磁电流的不断增大，负载力矩随之变大，但此时的电流一转矩曲线呈非线性状态，不能得出励磁电流与转矩之间的明确关系。饱和段：当输入励磁电流在额定励磁电流95％--100％之问时，磁粉制动器处在饱和区间。在此区间内，磁粉制动器的转矩随着励磁电流的增大而变大，但是电流一转矩不成线性关系。磁粉制动器有一个普遍的特点：由于磁粉的导磁率会随着磁场强度的变化而变化，从而产生“磁滞”现象，从而导致了磁粉制动器的加载曲线和卸载曲线并不重合，具有微小的误差。显然，“磁滞”现象导致了这样的误差。但是在实际情况中，磁粉制动器额定载荷越小，其磁滞现象越不明显。因此，本文所选用的的磁粉制动器，仍然可以认为加载和卸载曲线在线性范围内是重合的。线性段：当输入励磁电流为额定励磁电流的5％一95％时，磁粉制动器处于线性工作区间，此时电流一转矩之间存在明确的线性关系。此时的磁粉制动器工作曲线为直线。从图3-9中可以看出：K：殳互Ih—ll 第三章齿轮效率试验台数。，化系统的设计线性区f刚中的任意励磁电流‘，所对应的力矩瓦为：瓦=巧+K(‘，一‘)式中K——磁粉制动器的线性工作区间直线斜率；瓦——磁粉制动器的线性工作区问的最高负载力矩；Z——磁粉制动器的线性工作区间的最低负载力矩；，。——磁粉制动器线性工作区间中任意电流输入值；，。——磁粉制动器的线性工作区间的最大电流输入值；，，——磁粉制动器的线性工作区间的最小电流输入值；通过上述分析，只要通过电流计测得磁粉制动器线性区间内的最小励磁电流与最大励磁电流，同时利用转速转矩传感器测得相对应的线性区间内最小的转矩与最大的转矩，就能得出线性区间内的线性关系，从而可以计算出线性区I、白J内任意励磁电流对应的转矩。但是磁粉制动器在使用的过程中可能存在误差，为保证线性区间内直线方程的准确性，仅通过两点来计算直线方程是不够的，在本课题中，将采用连续取点后通过一次多项式拟合的方式找到该直线方程。图3．10磁粉制动器数据采集如上图所示，将试验台按照磁粉制动器一转速转矩传感器一电动机方式联结，利用台湾InstekGPS一1830D智能型直流电源供应器作为磁粉制动器的直流电流输入[1“，利用XSM转矩测量仪测量磁粉制动器的转矩。因为磁粉制动器与电动机直接对接，所以当调节GPS一1830D智能型直流电源供应器的电流大小时，通过XSM转矩测量仪实时测得的数据就是磁粉制动器的转矩。对于磁粉制动器，当其输入电流变化过快时，因电流产生的感应电动势就会越高，所以其输入电流的增大或减小要选取一个适当的速度以及一定的电流增幅[1q，依次等步距调节电流 东南大学硕士论文的大小，可以测量各个电流值对应的转矩，测得的各个转矩就是磁粉制动器的真实转矩。考虑到实验过程中数据的误差及有效性，本实验中采取多次测量，求平均值的方法，即测量多组数据，舍去存在数据误差较大的组，其余组求平均值。测得数据如下：表3-6磁粉制动器在各电流值下的实际扭矩序号电流／A磁粉制动器扭矩(N·m)序号电流／A磁粉制动器扭矩(N·m)10．011．4130．135．220．021．4140．145．73O．031．5150．156．240．041．6160．166．750．051．8170．177．260．062．0180．187．870．072．5190．198．280．083．1200。208．790．093．5210．219．1100．103．9220．229．61l0．1l4．3230．2310．0120．124．7240．2410．6本项目中磁粉制动器的额定电流是O．8A，当输入电流为额定电流的O一5％时，磁粉制动器的电流一转矩之间存在非线性关系，即当输入电流在0．0l—O．04之间时，磁粉制动器处在非线性工作阶段。本区间内的数据舍去不用。通过前文的分析，磁粉制动器的工作特性曲线为一条直线。实验中把从测量数据中寻求经验方程或提取参数的问题称为回归问题。回归问题是实验数据处理的一种重要内容【15】。通常回归问题有三种方法：(1)用作图法获得直线的斜率，就是已知[a，b]区间内互异的n个点五，X，，屯⋯．以及各点对应的值，(X。)，厂(X：)，厂(屯)⋯，只要求出斜率，就可以得到关于物理量x与厂(x)的经验公式。其中斜率Ji：：三垡立型，但是由于每个、。吒一t数据都存在测量的不确定性，所以直线不可能通过每一个测量点。因此作图法存在一定得主观成分，结果会因人而异；(2)当两物理量成线性关系时，也常常采用逐差法求线性关系的表达式，就是把因变量Y的测量数据逐项相减，用来检查Y对于X是否成线性关系。若Y=缸+6，测得一系列的对应数据Xl，X：．．‘，Yl，Y：⋯Y。，因为自变量石是等距变化的，这就要求因变量Y要有很高的测量准确度来保证因变量的等距变化。但是在本课题中，电流是等距变化，转矩值非等距变化，所以限制了本课题的使用。(3)当拟合的曲线不通过所有点时，最常用的就是最小二乘法【16】【l”。在实验数据处理过程中，通常要根据给出的白变量X，因变量Y的一组数据，来确定因24 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计变量与自变量之间的函数关系y=s(x；a。，．．．，％)，其中待定参数q的个数小于变量的个数，求得的函数不一定通过全部已知点，但是已知的基点要全部逼近该函数，要求给定点上的误差4=s(五)一Yi(f=o，L⋯，咒)的平方和最小，这种方法就是最4,-乘法的曲线拟合。本文中利用Origin中的曲线拟合功能来确定磁粉制动器的工作曲线【18】。Origin线性回归中有三大模块：basiclinearregression(线性回归)、polynomialregression(多项式回归)、multiplelinearregression(多重回归)。因为磁粉制动器的工作特性曲线是一条直线，所以利用模块basiclinearregression(线性回归)。具体做法如下：首先将x，Y的值输入worksheet中，在绘制x，Y散点图的设置中选取x为横坐标，Y为纵坐标，然后利用scatter命令绘制z，Y散点图。然后对散点图进行线性拟合，得出拟合曲线以及曲线方程。通过拟合，得出直线拟合方程如下：Y=47．03759X一0．78045根据本试验台数字系统的设计初衷，是将输出量和负载量数字化，输入单片机系统。对于磁粉制动器驱动电流信息采集，就是要将驱动电流的大小，转换为对应的数字信号，输入单片机进行分析和计算。磁粉制动器驱动电流的采集与传感器信号采集不同之处在于：转速转矩传感器输出的是数字信号，只需要将该矩形波信号的电平转换为单片机工作电平就可以达到目的；而磁粉制动器的驱动电流是直流电，设计电路的时候，需要将该直流电的大小信息，转换为数字信号，也就是模数转换。这里就需要用到模数转换芯片。磁粉制动器的励磁电流为直流电，电压为24V，最大电流为0．8A。本文选用PCF8591作为AD转换芯片，将制动器的励磁电流转换为数字信号输入单片机加以处理。 东南火学硕Ij论文鬟爨覆愿麓黧蒸阖黼黧警滋麓鬻缫懑鬻缫潮糕鬻黛。。女一一。～*；mt*二；鬻mi。““““c∞蕊；gm#黼篇※R#i赫1；：b黼$$鳓《#‰蕊《∞蝴勰#；o蕊辫垂0i擐&女《《《＆女《#龆$≤黼≥静om#I嚣张‘螋辩g搿黼《《＆㈣※#搿搿i∞§=i#g*§#￡黼蓦蓦女黼“=；i；#r§#≈4型啦囤出刚坐雌幽到图3—11x，Y值输入以及散点图的设置■文件哩)编辑哩)视图哑)图表蝗)数据哑)分析逸)工具哩)格式哩)窗口哩)帮助迅]旦|鱼I鱼J鱼I鱼I旦I旦I堕l堕I堕I堕}望I里j望|鳖|鳖I剑刿到匾匣刿J盟T；UUU_■ii!二：≯≥百i-：：』LI』I!|查I鱼|!I!l望I垒I堂№!|釜l望l塑I图3—12曲线拟合结果PCF8591是具有I℃总线接口的8位A／D及D／A转换器。PCF8591是一个单26 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行12C总线接口。它可以进行A／D转换也可以进行D／A转换。其中，A／D转换为逐次比较型。PCF8591的3个地址引脚AO，A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个12C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向工2C总线以串行的方式进行传输。PCF8591的总线地址由三位构成：器件地址、引脚地址以及方向位，是典型的12C总线接口器件寻址方法。控制字节存放在控制寄存器中，用于实现器件的各项功能。总线操作时，为主控器发送的第一字节作为器件地址、引脚地址和方向位三者组成的从地址；为主控器发送的第二字节，格式如下：MSBLSBD7D6D5D4D3D2D1D0其中：D0、D1两位代表A／D通道编号：当为00时，为通道0，01时为通道1，10时为通道2，11时为通道3。D2自动增益选择(有效位为1)D4、D5模拟量输入选择当系统为A／D转换时，模拟输出允许为0。模拟量输入选择位取值由输入方式决定：四路单端输入时取00，三路差分输入时取0l，单端与差分输入时取10，二路差分输入时取11。DO、D1两位代表A／D通道编号，对不同通道模拟信号进行A／D转换时，其编号不同，例如对2通道对应10，3通道对应11。数据操作过程为：首先由主控器发出起始信号以及读寻址字节，被控器做出应答并发出第一个数据字节，被主控器读取并发出信号，被控器做出应答并发出第二个数据字节，被主控器读取并发出信号，这样一直循环，最终主控器发出停止信号。管脚定义如表3—7：表3—7PCF8591管脚定义AINO—AIN3模拟信号输入端AO—A3引脚地址端VDDVSS电源端SDASCL总线数据线时钟线OSC内／外时钟输入／输出EXT内外时钟选择AGND模拟信号地AOUTDA转换输出端Vref基准电源端 东南大学硕士论文电路连接图3—13PCF8591与单片机的局部电路连接原理图如图3—13，所需采集的磁粉制动器信号为电流信号。而PCF8591的模拟输入信号为电压信号。于是，需要将该电流信号转换为电压信号后输入单片机。电压信号可以经由A／D转换器件转换成数字信号然后采集，但是电流不能直接由A／D转换器转换。在应用中，先将电流转变成电压信号，然后进行转换。电流／电压转换在工业控制中应用非常广泛。电流／电压转换最简单的方法是在被测电路中串入精密电阻，通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。A／D器件只能转换一定范围的电压信号，所以在电流／电压转换过程中，需要选择合适阻值的精密电阻。如果电流的动态范围较多，还必须在后端加入放大器进行二次处理。经过多次处理，会损失测量的精度。通过以上分析，本试验台所配备的磁粉制动器的最大励磁电流为O．8A，不适合在电路中串联过大的电阻。因为如果在磁粉制动器的励磁电流回路中串联过大的电阻，将会导致通过电流转换得出的电压过大，将会超出AD的工作范围。同时，在回路中串联过大的电阻，将会对磁粉制动器产生分压的作用，影响磁粉制动器工作准确性。所以，在磁粉制动器的励磁电流回路中，需要串联一个1Q的电阻，这个电阻的作用，是将电流值转换为电压值。这里选择的是精密电阻而不是普通电阻。普通电阻器区别高精密电阻器的主要依据为阻值误差大小，阻值大小，温度系数的大小。对1Q(欧姆)以上阻值的电阻，与标识阻值相比±0．5％以内阻值误差的电阻可称为精密电阻。选择精密电阻是为了确保采集到的电压信号的准确性。同时，在电阻上并联一个电容，将电容的电压输入单片机进行DA转换，通过该电路设计，就将电流信号输出转换为电压信号输入。模拟信号采集所涉及的程序【19】见附录2： 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计3．4．3转速转矩传感器的信号采集RK-06型转速转矩传感器的转速数据输出方式为电压信号，信号的类型为12V矩形波。测量转速的原理是通过一定周期内采集和计算矩形波的个数，并且通过相应的算法来计算被测量对象的转速。转速测量采用磁电码盘的方法进行测量。磁电编码器是一种新型的角度或者位移测量装置，其原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号达到测量的目的。其结构分为采样检测和放大输出两部分，采用检测一般采用桥式电路来完成，有半桥和全桥两种，放大输出一般通过三极管和运放等器件去实现。RK-06传感器所配备的磁电码盘，每一磁电码盘均有60个齿，轴带动磁电码盘每旋转一周可产生60个12V矩形脉冲，高速或中速采样时可以用测频的方法，低速采样时可以用测周期的方法测出准确的转速。由于试验台的电机最高转速为1000转／分钟，属于低转速范围，并且本项目对于转速的测量精度没有特殊要求，所以可以采用前文所述的M法测速方式。由于传感器输出的信号是12V矩形波信号，而单片机的工作电压为5V，所以传感器信号无法直接直接输入单片机。因此必须首先进行电压转换。本文选用TLP521光耦作为电压转换元件。在这里光耦起着开关的作用。光耦的工作原理：光电耦合器主要作用是以光为媒介传输电信号。其内部置有发光器(如红外发光二极管)与受光器(如光敏半导体)。输入的电讯号驱动发光器使其发出特定波长的光，受光器接收光并产生光电流，通过放大然后输出。完成电一光一电的转换。它具有隔离的作用杂讯电压信号的作用。下图为常见的三极管型光电耦合器原理图。输入端输入电讯号，驱动发光二极管发光，发光三极管接收光照并产生电流，进而完成信号的传递。图3—14光耦原理图之所以选择光耦作为开关，主要是因为120l：(1)通常干扰源阻抗较大而光耦合器的输入端阻抗比较小。当输入端存在干扰电压时，由分压原理知光电耦合器输入端分得的干扰电压较小，所以它能提供 东南大学硕士论文的电流很小，不能驱动发光器发光以致阻断了干扰讯号的传递；(2)光电耦合器最大的特点就是可以实现信号的单向传输，阻断了输入端与输出端之间的电气联系；输入与输出端之间的绝缘电阻一般都大于10000兆欧，有效地阻挡了干扰杂讯，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。本电路图的设计目的，是将转速转矩传感器所输出的12V转速矩形波信号，转换为能够输入单片机的5V矩形波信号。在转换的过程中，应该注意几点原则：一、经过转换后的信号电平必须小于且接近5V，如果大于5V，将有可能烧毁单片机。如果远小于5V，则无法达到矩形波信号上升沿或者下降沿触发单片机中断的目的。二、经过转换的矩形波信号和转速转矩传感器输出的信号应当同步，这样能够最大限度确保所测量数据的准确性，同时便于调试。基于该原因，要求信号转换过程具有高同步特性。三、由于本试验台的尺寸限制，所设计的的电路应该可靠且精简，无需特殊的电源，最大限度地降低系统的复杂性，达到简单可靠的目的。基于以上理由，信号数据采集转换电路设计如下图所示：图3．15TLP521与单片机的局部硬件连接光耦的二极管正向通过一个10k的上拉电阻连接传感器的转速信号，转速信号为12V矩形波信号，最高频率为54000Hz(900x60=54000)，另一端接地。三极管的集电极通过一个上拉电阻同VCC电源相连接，发射极同单片机的外部中断端P32相连接。当传感器的矩形波信号处于12V时，发光二极管导通，光线在三极管的基极产生电压，三极管导通。此时，单片机的外部中断1为高电平1。当矩形波信号处于0V，单片机的外部中断1为低电平O。通过TLP521的开关作用，就将12V转速信号转换为5V同步VCC电压信号输入单片机。转矩信号的采集方案硬件设置同理。在将转速转矩传感器输出的矩形波信号输入单片机后，需要根据传感器的工作方式和参数，设计对应的算法，来实现对信号的处理计算，达到将矩形波信号 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计转换为所对应的转速或者转矩的目的。这个过程，将通过算法设计在单片机的控制软件中实现。RK一60型转速转矩传感器的转速输出信号为60Hz／转的矩形波，使用M测速法。由于试验台配备的电机转速为1000转／分，为低转速电机。所以，设定采样周期为1S。这样做的优点是，对于低转速系统，延长采样周期，避免由于非整矩形波对测量结果带来过大的误差。同时，试验台作为定性而非定量的测量系统，1S的采样周期能够胜任精度要求。周期为1S的采样方法，其所对应的转速计算公式为：N：坠60No=K式中K一1S内单片机采集的矩形波数；Ⅳ一电机每秒钟转速；Ⅳ0一电机每分钟转速程序设计流程如图3—16：图3-16转速转矩信号采集的程序流程在软件的编写过程中，要特别注意的是，单片机只能读取和计算整数。所以为了减小误差，在这里采用将K放大10倍，除以60以后再进行取整操作。同时在显示模块中加入小数点，达到放大精确度的目的。 东南大学硕士论文转速的测量方法在前文已经描述，将采用M法测速，此处不再重复。转矩的测量方法：RK-06转速转矩的测量原理如图3．17：扭矩值输出频率图3—17RK06传感器的转矩信号输出该传感器对转矩的测量分为正向转矩和反向转矩。传感器的额定测量范围是一IOONM--+IOONM，输出信号是12V矩形波。其测量原理如下：传感器输出的矩形波信号频率范围从5kHz至15kHz，对应的测量范围是．100NM--+100NM。在传感器不受扭矩的作用时，在扭矩信号输出端子恒定输出频率为10kHz的矩形波信号。当传感器受到的扭矩为正向扭矩，则输出的矩形波信号频率随着正向扭矩的增大而增大。当传感器受到的正向扭矩大小为100NM时，输出的最高矩形波频率为15kHz。在正向扭矩量程范围内，传感器输出的信号频率和扭矩大小呈线性关系。由于该线性关系，就可以通过测量传感器输出的矩形波频率来计算传感器所受到的正向扭矩的大小；当传感器受到反向的扭矩，则输出的矩形波信号频率随着反向扭矩的增大而减小。传感器受到的反向扭矩为．100NM时，输出的最低矩形波频率为5kHz。在反向扭矩量程范围内，传感器输出的信号频率和扭矩大小呈线性关系，同样可以通过测量传感器输出的矩形波频率来计算传感器所受到的反向扭矩大小。同时，通过计算可以得知，传感器在正向量程范围内的扭矩．频率对应直线的斜率是(100／5k)，在反向量程范围内的扭矩一频率对应的斜率和正向量程范围相同，所以传感器在其正反量程范围内的扭矩．频率对应曲线是同一条直线。在计算传感器所受扭矩的时候，可以使用同一条直线方程来实现。从图3-17中可以得知，传感器的扭矩一频率对应曲线为一条直线，于是可以通过其线性关系来计算传感器所受到的扭矩： 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计式中r——x5000x--10000瓦。L：10000-ZzX5000上．2‘瓦in五——传感器所受的正向扭矩凡——传感器输出的正向扭矩矩形波频率L。——传感器正向额定扭矩互——传感器所受的反向扭矩九——传感器输出的反向扭矩矩形波频率瓦；。——传感器反向额定扭矩对于本文所选用的传感器，乙。=100Nm，瓦i。=-lOONm。对应以上分析，传感器的转矩数据处理程序流程如图3．18：图3．18转矩信号的数据处理过程转速转矩测量所涉及的部分如下(不包含初始化程序和变量声明等程序)：voidservice——exl0interrupt0{nUm++：)voidservice_ex20interrupt2 东南大学硕士论文{num2++；)voidtimer00interrupt1{TH0=(65536—50000)／256；砌=(65536-50000)％256；tt++：if(tt==20){EA=0；numl=num；num3=num2；tt=O；hum=0；num2=0；EA=I；)>voidtimerl0interrupt3{THl=(65536—100)／256；TLl=(65536-100)％256；test=～test；testl=～testl；’voidinit00{EA=I；ET0=1：ETI=I；TMOD=Oxll；／／设置两个定时器高四位t1，低四位t0；TH0=(65536—50000)／256；TL0=(65536-50000)％256；THl=(65536—1000)／256；TLl=(65536·1000)％256；TR0=1：TRl=1：)3．5显示模块的设计常见的液晶显示模块主要有三种：段式显示模块、字符型显示模块、图形点阵显示模块【’11。(1)段式显示模块主要用于显示数字，常见于电话的来电显示、各种数字仪表、计时器、计数器等便携，袖珍式设备上。结构简单，形式上总是围绕数字“8”进行结构的变换；(2)字符型显示模块主要专用于显示数字、字母、符号等的点阵型液晶显示模块。每一个显示的字符均有固定的代码，显示时内部IC自动将此代码对应的模块内部字符发生存储器(CGROM)中的点阵字符图形显示出来，从而使字符 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计出现在显示屏上；(3)图形点阵显示模块使显示模块中比较高级的一种，不仅能显示文字、数字还能显示图形，现在已经广发的应用于各种数码产品上。它的出现使人机界面变得越来越直观明了。TFT液晶显示屏就是图形点阵显示模块的一种。鉴于本课题需要显示数字、文字以及必要时显示图线，所以本文选择了2．4英寸TFT液晶显示屏作为显示模块。该液晶屏由ILl9325芯片驱动，屏幕的分辨率为240x320，能够显示8x8，16x16，32x32等分辨率的汉字。同时，能够显示ROB色彩的图片。TFT液晶屏的工作原理[221：液晶屏显示面板上共分布着240×320个像素点，模块内部的ILl9325驱动控制芯片内置有与这些像素点相对应的RAM，也就是常说的显存。显示面板上的每个像素点需要16位的数据(即2字节长度)来表示该点的颜色信息，所以驱动模块内置显存共有240X320×16bit的空问。驱动模块将所有显存地址分为X轴地址和Y轴地址，寻址范围分别为XAdress=0—239，YAdress=0—319，XAdress与YAdress交叉对应着一个显存单元。当需要改变某一像素点的颜色时，驱动模块会通过寄存器索引该地址，对该点所对应的2个字节的显存进行操作，便可对显示屏上对应的像素点进行操作了。液晶屏的引脚定义如下：管脚定义如表3-8：图3—19液晶显示器的管脚图表3-8TFT液晶管脚功能管脚名称功能定义CS片选RESET重置DBO—DB7数据端口RD读出端口WR写入VCC电源GND接地 东南大学硕士论文液晶屏与单片机的硬件连接电路：图3．20TFr液晶屏与单片机连接原理图软件的设计：单片机通过控制总线和数据总线与液晶模块连接，单片机对模块的操作分为对控制寄存器的读写操作和对显存的读写操作，而这两种操作都是通过驱动模块的寄存器来完成的。内部的驱动模块有一个索引寄存器，通过对该索引寄存器的写入操作来完成控制寄存器以及显存的读写操作。在液晶屏上正确显示信息，必须对液晶的驱动模块进行两个操作：第一是写入指令操作；第二是写入数据操作。初始化jr写指令Jr写数据审l关闭写状态图3—21操作流程图在TFT液晶屏显示汉字时，需要要利用字模软件根据汉字的字形编出字模数据库。首先进行显示器的初始化，包括开机和清屏。然后写入指令，对汉字所在起始行地址和列地址进行设置，再通过写数据指令把字模数据库的代码写入液晶屏显示["-31。在显示16X16的汉字或者16X8的字符时，需要对显示的字符进行分层操作，字模的上16或者8个字节写在上一页，字模的下16或者8个字节写在下一页。具体流程如图3．22： 第三章齿轮效率试验台数字化系统的设计图3—22液晶屏字符显示程序流程在实际操作中，液晶屏的表层驱动相对简单，但是其底层驱动相当复杂，要想做到直接通过底层驱动来写数据是很困难的。为此可以将常用的线条显示，字符输入等写操作编写为GUI函数以便随时调用【24】。显示模块所涉及的GUI函数和显示函数如下：输入32x32字符GUI函数：衔nclude”GB3232．h”voidPutGB3232(unsignedshortX，unsignedshorty，unsignedcharc【2】，unsignedintfColor,unsignedintbColor){unsignedinti,j，k；LED_SetPos(x，x+32—1，y，y+32-1)；for(k=0；k<15；k++){if((codeGB_32[k]．IIldex【O】==c【0】)&&(codeGB—32【k】．IIldex【1】==c【1】)){for(i=0；i<128；i++){unsignedshortm=codeGB_32[k]．Msk[i]；for(j=O；j<8；j++){if((m&Ox80)==Ox80){Write_Data_u16(fColor)；】．else{Write_DataN16(bColor)；)m<<=1：】-)37 东南大学硕士论文3．6本章小结本章介绍了齿轮效率试验台的机械结构以及数字系统，重点在于介绍各机械结构对应的数字系统的分析与设计。阐述了各个模块的硬件电路设计以及相关的程序编写过程。搭建好电路，能够顺利运行试验台各部件并得到实验测试数据。 第四章联轴器的设计联轴器的作用是联接不同机构中的两轴或者联接轴与回转体，使其共同旋转以传递运动和转矩为基本功能的的一种装置。联轴器一般由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。根据工况的不同，联轴器的作用也不尽相同，有些联轴器仅仅起连接传递作用，有些联轴器具有缓冲、减振的作用，有的联轴器还具有补偿两轴线的相对偏移作用。本课题中要设计的联轴器主要用于电动机与转速转矩传感器、转速转矩传感器与齿轮箱以及磁粉制动器与齿轮箱之间的联接。4．1联轴器的分类目前市场上具有多种品种、规格的联轴器，部分已经标准化。按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为可移式联轴器与固定式联轴器。前者用于两联接轴存在偏斜或者有相对位移的情况下，可移式联轴器具有补偿位移的作用，在工作过程中可以补偿侧向位移以及两轴的偏斜。后者在使用过程中对两轴的对中性要求比较严格，并且两轴在工作中不能发生相对位移，常见的主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等，这类联轴器一般结构简单，容易制造，容易使两轴达到相同的瞬时转速。联轴器的根据性能的不同又可以分为：刚性联轴器与挠性联轴器【蚓。挠性联轴器又称为柔性、弹性联轴器，可分为无弹性元件挠性联轴器和带弹性元件挠性联轴器，前类联轴器仅具有补偿两轴相对位移的能力，后类联轴器除具有补偿性能之外还有缓冲和减震的作用。但是由于其受弹性元件的强度限制，在转矩传递的能力上不及无弹性元件联轴器。带弹性元件联轴器中按弹性元件材质的不同又可分为金属弹性元件联轴器和非金属弹性元件联轴器。金属弹性元件联轴器最大的特点是强度高、寿命长、性能稳定、传递转矩能力大。非金属弹性元件联轴器的优点是制造方便、易获得各种结构形状的联轴器、有较高的阻尼性能。另外还具有以下特点：(1)作为金属弹性体，缓冲减振效果比较好(2)高扭矩刚性和卓越的灵敏度(3)顺时针和逆时针回转特性完全相同(4)免维护、抗油性和耐腐蚀性 东南大学硕士论文刚性联轴器也称为固定式刚性联轴器，结构比较简单，加工比较方便，造价低。但是这类联轴器不具有缓冲减震能力，以及补偿偏移的能力。适用于转速稳定，载荷平稳并且被联结两轴轴线无相对偏移的条件。4．2联轴器的确定方案联轴器是轴系传动中最常见的联接部件，目前已经发展成了多种类型，多种系列【蚓。在联轴器的设计过程中，应充分考虑使用要求和工作条件，如转速、承载能力、缓冲吸震及拆装、维修更换易损元件等综合分析来确定，具体选择时应参考以下各项指标【’7】：1．联轴器的传动转矩：当传递的转矩变化不大时，即载荷平稳时，一般选用刚性联轴器；当传递的转矩变化较大时，存在载荷的冲击和振动时通常选用挠性联轴器。如果在传递的过程中，随时可能出现传动转矩过载的情况，此时应当选用安全联轴器；2．工作机的转速高低：对于高速运转的两轴的联接，应选用平衡精度较高的联轴器，以消除离心力产生的振动和噪声；在联接两轴经常变速或反转的场合下，应选用转动惯性小的联轴器；3．联轴器的传动精度：在传动精度要求较高的场合，应选用刚性联轴器；在传动精度要求不高的场合，宜选用挠性联轴器；4．被联接件两轴之间的相对位移：当被联接件两轴之间的相对位移较小时，通常选用刚性联轴器，当被联接件两轴之问的相对位移较大时，一般选用挠性联轴器以便补偿两轴间的相对位移；5．联轴器的结构及工作特性，联轴器的外形尺寸，安装、拆卸所需的空间大小以、难易程度以及对维护的要求等都应该与联接机组的具体配置位置和要求相适应；6．联轴器的可靠性，使用寿命及工作环境以及联轴器的制造安装维护成本。在满足使用条件的前提下，应选择选择成本低，可靠性高的联轴器以便降低维护成本，减少项目的开支。因为本课题中要设计的联轴器将会使用在改装之后的试验台上，所以联轴器在设计的过程中不仅要考虑试验台运行过程中的转速大小、载荷大小、载荷冲击，还要考虑安装过程中的对中性，以及运行过程中的震动性等一系列的不确定因素。所以本试验台的联轴器要考虑以下几项指标：第一：在改装本试验台的过程中，电动机，齿轮箱以及磁粉制动器在通过联 第四章联轴器的设计轴器联接时不能确保很好的对中性，不可避免的造成一定的装配误差、安装误差，因此设计的联轴器必须要有很好的对中性；第二：试验台的长期运转，容易引起轴承磨损、受载变形、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移，因此设计的联轴器要有较强的补偿能力，能够补偿两轴之间的相对位移；第三：在试验台运行过程中，电机会频繁的启动，变速，当电动机启动时，其输出轴与磁粉制动器输出轴之间存在较大的冲击，所选择的联轴器应具有一定的缓冲减震性，能抵抗外界不稳定载荷的作用，减少不稳定因素给机构带来的伤害：第四：在实验的过程中需要多次将磁粉制动器与电动机直接对接，以便得到并及时校核磁粉制动器的工作特性曲线。所以要求选用的联轴器装拆方便、在拆装时尽量能满足不移动两轴，具有较强的互换性；第五：在试验过程中，轴与轴之间会因为摩擦生热，影响设备的使用寿命，因此联轴器选材时要注重联轴器的耐热性，耐磨性；第六：考虑到本课题预算经费的经济合理性原则，尽量选择不用维护、维护周期长或维护方便、维护成本低的联轴器。综合以上几条原则，本课题最终确定了使用金属膜片联轴器。金属膜片联轴器的结构主要包括：半联轴器(左右两个)、中间节、螺栓、防松螺母、垫圈、金属膜片组[281。图4-1是最常见的结构。其工作原理为：扭矩从主动段半联轴器输入，经过沿圆周间隔布置的螺栓将扭矩传输给膜片组，再由膜片组通过螺栓传至中间节，然后扭矩通过另一端的膜片组、螺栓以及右半联轴器输出。金属膜片是挠性联轴器的一个重要组件，它由一定数量的薄金属膜片叠合成膜片组，膜片的厚度大约为0．2到0．6mm之问。膜片的形状主要有圆环式、连杆式、多边式、波形膜片以及束腰式膜片【⋯。◎◇罾(a)圆环形(b)连杆形(c)多边形41 东南大学硕士论文(d)波形膜片(e)束腰型膜片图4—1常见的金属膜片联轴器形状圆环式结构简单，柔性较差；连杆式是早期的形式；目前最常用的就是多边式以及束腰式膜片，特别是束腰式其柔性好、螺栓孔周围应力低、离心力小，而且它去除了周围一些多余的质量，所以可以提高转速。¨_‘图4—2膜片联轴器l、6一半联轴器；2一衬套；3一膜片组；4一垫圈；5一中间轴4．3膜片联轴器的设计4．3．1联轴器材料的选择试验台在运行的过程中，膜片联轴器中的金属膜片会受到切应力、轴向位移引起的弯曲应力以及高周循环疲劳应力。所以选取的膜片材料一般要求具有高的强度极限和疲劳强度，而且要具有耐腐蚀性、耐热性以及量高的加工性。通常采用的材料有40CrNi2MoA等高强度合金钢和1Crl8Ni9、lCrl8Ni9Ti等不锈钢制成。另外对于高速运转的联轴器，一般会在膜片之间涂以二硫化钼等固体润滑剂或者对膜片表面作减磨处理以防止膜片间的磨损【2⋯。本文采取lCrlSNi9材料作为膜片设计材料，根据GB／T1220—1992可知其物理属性㈦为抗拉强度瓯≥520MPa，弹性模量E=180GPa。42 第四章联轴器的设计4．3．2联轴器的结构计算【刈根据负载计算联轴器需要传递的转矩丁=9500二_(N·m)p，l式中卜联轴器传递的功率(kw)；力—联轴器的工作转速(r／min)。计算转矩乃=舸<[刀(N·m)式中乃—联轴器的计算转矩；卜工况系数；醐轴器传递的转矩；[刀一联轴器的许用转矩。表4—1工况系数表工作情况工作机类型K转向机构、鼓风机、纺织机械、造纸设均匀载荷】．o．一1．5备、液体搅拌设备、发电机、输送机等中等冲通风机、搅拌机、不均匀加载运输机、1．5—_2．5击载荷起重机、卷扬机、粘土加工设备等重冲击破碎机、摆动运输机、可逆输送辊道、2．5—2．75载荷往复式给料机、碎石机、碎矿机特重冲冲压机、初轧机、剪切机、中厚板轧机>2．75击载荷(1)螺栓直径的确定：由力矩平衡得：K·T=n·F·R式中K一工况系数，本文中K取1．5；Z～联轴器传递的转矩；甩～工作螺栓的数目，可取4、6、8、10等，本文取甩--4；F一螺栓受的最大剪切力；尺一螺栓分布的半径，此处尺取25mm。螺栓的许用剪应力：[仃]=里n7_43(4．1)(4．2) 东南大学硕士论文式中∥．一螺栓的屈服极限(MPa)，根据GB／T3098．1—2000螺栓性能等级【31】为：8．8级，g2640MPa，％2800MPa；唧一螺栓安全系数㈦，由于螺栓受变载荷的作用，所以取唧=5。考虑到螺栓受预紧力的作用：‘≥茎拿(4．3)‘，l玎‘式中K一防滑系数，取K为1．3；n一工作螺栓的数目；f一被联接元件结合面面数；，一接合面问的摩擦系数，此处取，=0．15；螺栓受的应力应小于许用应力，即∥：一1．3Fp“仃](4．4)兀T‘式中1．3是考虑在拧螺栓时，螺栓同时受拉、扭联合作用的缘故；由(4．1)-得F；_KT，结合(4．2)，(4．3)，(4．4)得砌(4．5)带入各参数值，计算得：，．≥3．2mm，根据标准螺纹，圆整后取螺栓直径D=Smm：满足设计强度要求。(2)膜片结构参数的确定：联轴器在运行过程中，由于联轴器的作用是传递电动机的转矩，所以膜片会受到拉应力的作用，下图是联轴器膜片的拉应力受力分析图。其中F1、F2为是F的切向分力和法向分力。∥＆＼删彩／图4—3联轴器膜片受力分析示意图 第四章联轴器的设计结合图4—3受力分析得：F1=F·sin0，只=F·cos0(4—6)其中臼是膜片受力尸与尼之间的夹角，臼=45。；膜片受拉应力F的影响，对膜片进行受力分析，由力矩方程得：4·F·尺=T：(4—7)式中R是膜片螺栓孔中心与旋转中心的距离，根据试验台的实际尺寸，此处R取30ram．将方程(4-6)带入(4—7)得：4·F·sin0·R=T代入数据得F=1414．2N(3)膜片的稳定性校核P；K·F，式中K为稳定安全系数，文中K取3，即P=3F；P：一．,Tr2EI，I；堕(∥L)”12式中E为弹性模量，此处为180GPa；．∥为长度系数，此处以悬臂梁为力学模型，所以∥取2；L为膜片长度，此处结合试验台的实际尺寸取L=50mm；b为膜片平均宽度，此处取10mm；d为膜片厚度；带入各参数得d=3．06mm，将厚度圆整后，取膜片厚度为3．1mm。(4)膜片的强度校核口=丢2嚣科式中bmin为膜片的最／J、径向藏此处为10mm；因为本文的膜片材料选取1Crl8Ni9，[仃]=205MPa．得出d≥2．07mm。综上，膜片的厚度取3．1mm。4．4联轴器三维模型的建立通过Pro／E三维实体建模软件建立联轴器的模型，其结构示意图如下所示。联轴器器主要有左半联轴器、右半联轴器、膜片、螺栓、垫片组成。左半联轴器联接电动机输出轴，右半联轴器联接传感器输入轴，中间通过螺栓，垫片将左右半联轴器同膜片联接。45 东南大学硕士论文图4—4联轴器结构设计模型4．5联轴器的有限元分析4．5．1有限元分析理论有限元分析(FEA，FiniteElementAnalysis)，它利用数学近似的方法对真实的物理系统进行模拟。有限元方法是目前应用非常广的一种数值模拟计算方法。有限元分析是将复杂的问题转化为简单的问题后求解，首先将连续的系统转化为有限个节点，对每一个节点假定一个近似解，然后通过有限元方程组推导整个系统的满足条件，从而得到问题的解，这个解是近似解而非精确解。有限元计算方法不仅精度高，而且可以适应各种复杂情况，目前己被广泛应用于各类实际工程问题的求解中，例如应力分析之中的稳态、瞬态、线性或非线性问题以及热传导、流体流动和电磁学中的问题[331。在求解实际工程过程中，可根据实际情况将单元设计为不同的几何形状，因而很多复杂的求解域都可以通过有限元法进行模拟与逼近。所以当插值函数一定时，单元的数量越多，求解的精度就越高，最终的解也就越收敛于精确解，但是计算时间的长短与单元数量的多少成正比，因此应根据实际情况来设定单元的数量，使求解得到的数据满足工程的需要。ANGYG是-St常用的有限元软件p】。该软件的生产商是美国ANSYS软件公司，它是目i，j．世界上最大的有限元分析软件丌发商。ANSYS软件应用范围极广，可用于分析结构、电场、磁场、声场、流体、热分析和声场等。它可以与Pro／EngiFleer、Solidworks、Autocad、NASTRAN、Alogor等软件对接，实现数据的互换与共享，己成为现代产品设计中的高级CAD工具，也是目前世界范围内唯一通过IS0900146 第四章联轴器的设计质量体系认证的分析设计类软件。在机械设计方面常常用于结构分析、优化设计以及疲劳寿命计算等方面。有限元常用术语包括：单元、节点、载荷、边界条件、初始条件。单元：有限元模型中的每一个小的块成为一个单元，它是有限元模型的基础，它对有限元的分析过程至关重要。常见的单元有线性单元、四面体单元、六面体单元、三角形单元以及四边形单元等；节点：有限元模型中最小的构成要素，它是多个单元的公用点，具有连接单元以实现数据传递的作用；载荷：包括集中力、力矩、分布力等这类施加在工程力矩上的力或力矩的总称，在温度场分析中的温度以及电磁场分析中的电场与磁场的作用均为载荷：边界条件：指工程结构在外界上受到的约束，要想获得正确的、精度高的分析结果，正确的施加边界条件是必要的前提；初始条件：主要是指工程机构在响应前施加的初始速度、初始温度等。4．5．2有限元分析流程ANSYS的分析过程主要包括：问题的规划、前处理、求解以及后处理的4个部分f35J。1．问题的规划：分析开始前，必须先确定如何让程序能模拟实际的物理系统，通过建立求解域将物理系统离散化为有限单元，将系统的连续体问题分解成单元与节点等个体问题。好的规划能直接关系到计算的时间、精度和成本，甚至决定分析的成败；2．前处理：前处理主要包括设置Preference选项、指定分析所选用的单元类型并定义相应的常数，材料的参数、进行网格划分、定义PART、定义接触信息、边界条件和载荷等；3．加载和求解：施加边界条件、初始条件和载荷。合适的加载能够更好的模拟实际情况，正确的反映实际结构的受力特征。合适的求解式能直接影响到求解的精度和花费的时间；4．结果处理与分析：求解线性或非线性的微分方程组，得到节点以及求解并将计算结果显示出来。ANSYS显示结果的形式有很多种，主要有等直线显示、曲线形式显示、图表显示、矢量显示、梯度显示等。47 东南人学硕二Ij论文4．5．3膜片的结构及有限元分析⋯3_]根据前文联轴器相关参数的确定，建立联轴器膜片的结构如图4—5所示。将膜片的三维模型导入Ansys。定义单元类型为Solid—Brick8node185。通过MaterialModelS设定膜片材料的弹性模量E和泊松比PRXY。本文中膜片材料的弹性模量与泊松比分别为180GPa、0．3。通过MeshTool网格划分器进行结构单元划分，显示图如图4—6所示。图4—5联轴器膜片结构示意图图4—6膜片结构的网格单元图 第pq章联轴器的设计图4—7联轴器膜片施加约束与应力图I——■纛嚣、．貔l蠹⋯。～⋯⋯⋯⋯。。⋯⋯⋯⋯～⋯一⋯。_黑黑纛“”“105642“”8n302“8“5222626”730∞8。“29Ⅲ764—8联轴器膜片受力分析图根据ANSYS软件对联轴器膜片的应力分析结果显示，联轴器膜片半圆弧处受最大应力，此处应力值为93．876MPa，小于联轴器膜片的许用应力l仃l=205MPa。因此膜片的结构设计满足要求。4．6本章小结本章主要介绍了联轴器的设计与联轴器的静力分析两部分。联轴器的设计部分主要包括联轴器选型的确定方案、联轴器在设计过程中的计算以及稳定性与强度校核。在联轴器静力分析部分首先建立联轴器的三维模型，介绍了有限元理论，最后针对简化的联轴器模型，联轴器中问膜片进行静力强度校核。49 东南大学硕士论文第五章实验台测试与数据分析本章的主要工作就是安转运行试验台，通过实验检测本课题电流一力矩式的测量方式是否能达到预期的目标，温度传感器能否实时采集数据，同时测试整个试验台的机械、数字化系统能否正常稳定的工作。将380V交流电接到试验台电动机上，启动试验台，将单片机烧入编好的程序，运行试验台。试验台的机械结构以及数字化系统能够正常的运行，能正常显示温度等数据，数字化系统的改造升级达到预期的目标。5．1实验台测试步骤1．接通试验台电源2．打开试验台开关，启动试验台开机后运行一段时间，一段时间过后，可以看到单片机上显示的温度稳定。3．打开直流电源供应器开关4．等步距调节磁粉制动器直流电流输入对于磁粉制动器，当其输入电流变化过快时，因电流产生的感应电动势就会越高，所以其输入电流的增大或减小要选取一个适当的速度以及一定的电流增幅，依次等步距调节电流的大小。5．记录各项实验数据5．2实验数据通过InstekGPS一1830D智能型直流电源供应器调节磁粉制动器输入直流电流的大小来改变磁粉制动器的负载力矩，同时测量电动机的转矩、齿轮箱内部的温度，各项数据信号通过单片机汇总处理。电动机转矩、齿轮箱温度、磁粉制动器力矩以及齿轮的传动效率显示在TFT液晶屏幕上。通过实验测得各项数据记录如下表所示。 第五章实验台测试与数据分析表5-1试验台数据编号温度磁粉制动器电流磁粉制动器扭矩电动机转矩效率l25．7℃0．011．41．782．4％20．021．41．877．7％30．031-52．075．0％40．041．62．272．O％525．8℃0．051．82．475．0％60．062．02．676．9％70．072．53．180．O％80．083．13．491．0％90．093．53．892．1％1025．9℃0．103。94．292．9％110．114．34．889．0％120．124．75．388．7％130．135．25．791．2％140．145．76．291．9％15O．156．26．891．2％1626．O℃0．166．77．391．8％170．177．27．892．3％180．187．88．492．9％190．198．29．190．1％20O．208．79．690．6％210．2l9．110．190．1％2226．1℃0．229．610．591．4％230．2310．011．090．1％240．2410．611．691．4％5．3实验数据分析由于该试验台是经更换设备之后重新组装而成，属于定性型设备，所以本实验在演示过程中，对测得的数据精度要求较低，通过试验数据可以看出温度在整个试验过程中变化不大，变化范围小于0．5。C，温度的升高与效率的大小不存在明显的关系，因此对于本课题中的低速齿轮箱，可以忽略温度对效率的影响。磁粉制动器的额定励磁电流是0．8A，根据前文分析，磁粉制动器在输入电流小于额定励磁电流的5％时，处于非线性阶段，其制动力矩与电流呈非线性状态，由工作特性曲线可以看出在O到0．04A之间励磁电流逐渐增大时，其实际制动力矩要小于理论的负载力矩，工作特性曲线呈上凹形(当励磁电流为0A时，磁粉制动器启动时由于其内部旋转部件的旋转摩擦作用使得其实际的制动力矩要大于0Nm)，如下图所示。 东南人学硕=L论文图5—1磁粉制动器非线性阶段工作特性曲线处于非线性区间内的数据误差会比较大，所以可以看出当励磁电流在0到0．04A之fBJ时，整个试验台的效率误差比较大，波动较大，存在较大的不稳定性。当进入线性工作阶段，效率逐渐趋于稳定，通过实验数据可以看出试验台的效率可以维持在90％左右。这也验证了本课题试验台的可行性与稳定性。因为本试验台改装之前为封闭功率流式试验台，所谓封闭功率流就是指能量传输的路线在整个试验台上形成一个闭合回路。封闭功率流式试验台利用加载装置，即换能器将所消耗能量的一部分转换为其它形式的能量在回输给系统，从而达到即加载又节能的目的。其效率一般普遍较高，改装之前本试验台的效率一般是98％左右。改装之后作为一种简单的丌放功率流式试验台，存在着一定的能量损失，所以齿轮的传动效率比封闭功率流式试验台略有降低，本课题中的齿轮传动效率一直维持在91％左右，符合理沦要求，进而证明了本试验台改装是成功的。下图为随机试验台工作过程中，液晶屏幕的显示效果。 第五章实验台测试与数据分析图5．2试验台测试数据通过对试验台的反复实验，发现两点在以后项目的后续发展中应特别注意的问题：不同的磁粉制动器存在不同的工作特性曲线，同一型号的磁粉制动器在测量的过程中难免会产生误差，所以如果更换掉磁粉制动器之后，本项目中的磁粉制动器的工作特性曲线将不再适用，但是测磁粉制动器工作特性曲线的方法不变。本课题中的电动机由于闲置时问较长，能导致各种形式的动力损耗，这其中有与负载电流无关的铁损、机械损耗、以及定子铜损、杂散损耗等【“】，由于这些损耗导致其提供的扭矩变小。可能会对实验结果造成微小的影ⅡI匈。5．4本章小结本章主要内容就是开机运行改装之后的试验台，通过各项数据的测定验证试验台改装是否成功。运行试验台后，试验台机械结构部分与数字化系统能『F常的工作，通过分析各项数据可以判断试验台改装已达到预期的目标。 东南大学硕士论文第六章总结与展望本文以原CHT一100齿轮传动效率试验台为基础，利用磁粉制动器、转速转矩传感器取代了一些老式的机械结构，例如砝码加载器，游丝放大器等；利用单片机与液晶显示屏组合来显示各项实验结果来代替之前的重力测力计，更能直观的读取各项实验数据；另外增加了温度传感器，通过实验过程中对温度的实时采集来探究齿轮箱内部温度对齿轮传动效率的影响。经过考察、研究、设计、实验，最终得出的结论是本试验台为低速齿轮箱，受内部齿轮轮速的限制，在运行过程中内部温度变化极小，对效率的影响可以忽略。但是试验台搭建成功以及顺利地运行为接下来齿轮传动效率影响因素的探究打下了坚实的物质基础。在齿轮效率试验台的运行过程中，影响齿轮传动效率的因素有很多，例如润滑剂的种类、润滑剂的粘度、齿轮箱内部润滑剂的多少等，这些因素都会对齿轮产生不同的油阻，进而导致齿轮的功率损失【39】。本试验台作为一种典型的简单的开放功率流式试验台，如何准确找出影响其齿轮传动效率的因素，是试验台下一步改进的一个重要方向。另外联轴器是否影响齿轮的传动效率有待进一步研究。本试验台改造之后原理易懂，操作方便。但是试验台结构布局上有待进一步的优化，在本试验台下一步的研究中可以重点考虑如何合理的优化试验台上的机械结构与数字化部件的布局，使改进之后的试验台更加美观，以及如何对前文设计的膜片联轴器进行优化设计，才能达到更好的传动效果与安装效果。综上所述，试验台虽然初步改进成功，但是还有多处需要改进完善的地方，希望在未来的研究中，能够在此基础上，不断地完善试验台，提高试验台的可靠性，最大化的发挥其实用价值。 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附录1main0{unsignedcharTempH，TempL；TMODI=0x01；TH0=0xef；TL0=0xf0；IE=0x82；TR0=I；P2=0x00；count=0；while(1){str[5]=0x39；str[1]=tab[TempH／100]；str[2]=tab[(TempH％100)／10]；str[3]=tab[(TempH％100)％10110x80；str[4]=tab[TempL]；if(flag_get==1){temp=ReadTemperature0；if(temp&0x8000){str[0]=0x40；temp=—-temp；temp+=1：)elsestr[0]=0；TempH=temp>>4；TempL=temp&0x0F；TempL=TempL木6／10；flag_get=0；)57 东南大学硕士论文)voidtim(void)interrupt1using1{TH0=0xef；TL0=0xf0；nUm++：if(num==50){num=0；flag_get=l；second++；if(second>=60){second=0；minute++；，}count++；if(count=--1){P2=0；dataled=str[O]；}if(count--=2){P2=1；dataled=str[1]；}if(count==3){P2=2；dataled=str[2]；)if(count==4){P2=3；dataled=str[3]；)if(count=--5){P2=4；dataled=str[4]；)if(count==6){P2=5；58 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