一种带轮传动过程中弹性滑动现象教学演示用具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带轮传动过程中弹性滑动现象演示教学用具。该教具由机械部分与电路部分构成，所述机械部分包括动力部分、减速部分、传动部分、中心距调节机构以及可调节负载。所述电路部分由光栅、传感器、单片机、解码电路以及数码管构成。通过光电传感器捕捉主动轮从动轮角度数据，色标传感器捕捉带轮紧边与松边位移数据，两传感器信号与MSP430单片机相连经计算处理之后得到各速度、各速度差与弹性滑动率，并通过数码管显示，以达到弹性滑动可视化的目的。可将不同带型的皮带进行对比实验演示不同型号皮带传动性能之间的差异，增加负载可以演示打滑现象。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种带轮传动过程中弹性滑动现象演示教学用具。该教具由机械部分与电路部分构成，所述机械部分包括动力部分、减速部分、传动部分、中心距调节机构以及可调节负载。所述电路部分由光栅、传感器、单片机、解码电路以及数码管构成。通过光电传感器捕捉主动轮从动轮角度数据，色标传感器捕捉带轮紧边与松边位移数据，两传感器信号与MSP430单片机相连经计算处理之后得到各速度、各速度差与弹性滑动率，并通过数码管显示，以达到弹性滑动可视化的目的。可将不同带型的皮带进行对比实验演示不同型号皮带传动性能之间的差异，增加负载可以演示打滑现象。【专利说明】一种带轮传动过程中弹性滑动现象教学演示用具
本技术涉及一种带轮传动中弹性滑动现象教学演示用具，是一种在《机械设计》带传动教学部分的教学可视化教学用具
技术介绍
《机械设计》作为一门大学工科机械类的核心课程，辅助其学习的课堂教具较少，纯粹的理论讲解很难吸引学生的学习兴趣，特别是机械设计带传动中皮带弹性滑动与打滑，概念比较抽象，现象不明显，学生在学习带传动时，往往难以区分弹性滑动和打滑，对弹性滑动造成带的运动速度会滞后于主动带轮、而超前于从动带轮这一现象更是感觉难以理解。利用现有的教学方法学生难以轻松的掌握相关的理论知识。 本技术结合机、光、电，通过光电传感器捕捉带轮转速，色标传感器捕捉带轮上速度，信号经过MSP430单片机处理之后，液晶屏显示带轮转速皮带转速与通过单片机计算的弹性滑动率(ε = O r υ2)/υ #100% )。其中u i为主动轮速度，U2为从动轮速度。以弹性滑动率来反应弹性滑动的大小，并通过改变实验变量来得到弹性滑动的影响因素，从而使学生更形象的理解该现象。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种新型使教学可视化的教学用具，它结构合理，设计新颖巧妙，操作方便，现象直观，给教师们的教育教学带来很大的方便，通过设备将带轮传动中弹性滑动和打滑的现象表现出来，能帮助学生理解，加深记忆的作用，可以达到更好的学习效果。 本技术的设计方案是:教具分为机械部分与电路部分，交流电机通过二级齿轮减速器减速后带动主动轮转动，又通过皮带带动从动轮转动。所述两带轮上有光栅，并与光电传感器相连，所述皮带上下均与色标传感器相连，各传感器通过接口与单片机相连。当皮带与带轮发生弹性滑动与打滑时，所述光电传感器记录主动轮从动轮偏移角度，所述色标传感器记录上下皮带所粘连的色标发生的位移。当主动轮以顺时针转动时，皮带下方测紧边位移，皮带上方测松边位移。各传感器信号输入单片机中，经计算处理后，输出信号经解码电路解码后将在数码管中显示两带轮速度与上下皮带速度、主动轮与皮带紧边速度差、从动轮与皮带松边速度差、以及弹性滑动率。 所述机械部分包括动力部分、减速部分、传动部分、中心距调节机构以及可调节负载组成所述交流电机功率与转速为60W1500r/min。所述与电机相连的减速器为二级齿轮减速器，实现对交流电机转速的减速，带动带轮转动。所述皮带为聚氨酯材料Z型、A型与B型V带，其特征是:材质较软，弹性系数小，易发生弹性滑动。所述中心距调节机构为通过调整背板上的丝杆来调节中心距。所述可调节负载为电阻可变的发电机。 所述电路部分由光栅、传感器、单片机、解码电路以及显示器构成。所述主动轮从动轮安装有光栅，通过对单位时间内通过光电传感器数目进行测速。所述光电传感器为槽型光耦传感器，安装于带轮上光栅的所述背光处。色标传感器为黑白线识别传感器，分别安装于皮带垂直正上方与皮带垂直正下方。所述单片机型号为MSP430F149，接口与两光电传感器以及两色标传感器相连。所述外部解码电路由74HC595芯片构成，是构建于单片机与数码管之间的将信号转化的电路。所述数码管采用多个74HC595串行八位数码管，以串行方式接收单片机信号，将经单片机处理之后的主动轮从动速度与皮带紧边与松边速度主动轮与皮带紧边速度差、从动轮与皮带松边速度差以及弹性滑动率进行显示。 所述单片机Pl端口对传感器发送的脉冲信号进行计数，内部进行处理换算成速度量。所述单片机程序为利用单片机计时器A中断，以50HZ的频率刷新数码管。所述通讯方式为RS232通讯，各数据实时传送至单片机。 本技术结合机、光、电，通过光电传感器捕捉带轮转过的距离，MSP430单片机捕捉带轮与皮带上传感器信号，信号经处理之后，用数码管显示各带轮速度与皮带松边与紧边速度，各速度差以及弹性滑动率，以非常直观的方式向同学展现出皮带弹性滑动与打滑的现象。本技术具有结构合理、设计新颖，操作方便、现象直观的特点，给教师们的教育教学带来很大的方便，有助于学生更好的理解带传动中弹性滑动与打滑的现象，帮助学生更好的记忆，达到良好的学习效果。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术流程图 图2为本技术结构示意图； 图3为本技术机械结构三维图 图3中编号含义为:1为二级齿轮减速器。2、3、4为主动轮，5、6、7为从动轮，8、9、10、11、12、13为光栅，14、15、16为带表面给白相间皮带，17、18、19为光电传感器安装位置，20、21、22为上皮带色标传感器安装位置、23、24、25为下皮带色标传感器安装支架，26、27、28为调节中心距所需沟槽。 【具体实施方式】 : 下面结合附图详细阐述本技术的实施方式: 如图2所述，机械部分由功率与转速为60W1540r/min的交流电机提供动力，经二级齿轮减速器后与带轮主动轮相连，主动轮用表面黑白相间的皮带带动从动轮，从动轮输出轴连有可调节负载发电机跟随其转动。所述主动轮从动轮上设有光栅、当带轮运动时光栅转动，通过光栅打到光电传感器上的光发生变化，光电传感器记录数据可测定两带轮转过角度，通过两色标传感器可测定上下皮带的位移。当主动轮以顺时针转动时，皮带下方可测得皮带紧边位移，上方可测得皮带松边位移。各光电传感器与各色标传感器上信号传输到MSP单片机上进行运算，信号经解码电路处理后，用数码管显示主动轮速度、从动轮速度、皮带紧边速度、皮带松边速度、主动轮与皮带紧边速度差、从动轮与皮带松边速度差以及弹性滑动率从而显示出弹性滑动的程度。 此外本教具设计了多组不同型号的带传动机构，将不同带型的皮带进行对比实验可以演示不同型号皮带传动性能之间的差异，通过调整背板上的丝杆可调节中心距以及通过调节电阻调节负载可进行多组实验、从而更加准确地得出弹性滑动的影响因素。当负载加到一定程度时，弹性滑动率迅速上升，可演示打滑现象。【权利要求】1.一种带轮传动过程中弹性滑动现象演示教学用具，包括机械部分与电路部分，所述机械部分包括动力部分，减速部分，传动部分以及中心距调节机构；所述机械部分的动力部分为60W 1540r/min交流电机，齿轮减速机采用二级齿轮减速器，主动轮、从动轮上设有光栅，主动轮与从动轮由皮带连接，所述皮带为聚氨酯材料Z型、A型与B型V带；所述中心调节机构为于背板上加装丝杆； 所述电路部分包括光栅、传感器、单片机、解码电路以及显示器，通过光电传感器测定主动轮速度，色标传感器测定带轮速度，两传感器信号与MSP430单片机相连经计算处理之后得弹性滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带轮传动过程中弹性滑动现象演示教学用具，包括机械部分与电路部分，所述机械部分包括动力部分，减速部分，传动部分以及中心距调节机构；所述机械部分的动力部分为60W 1540r/min交流电机，齿轮减速机采用二级齿轮减速器，主动轮、从动轮上设有光栅，主动轮与从动轮由皮带连接，所述皮带为聚氨酯材料Z型、A型与B型V带；所述中心调节机构为于背板上加装丝杆； 所述电路部分包括光栅、传感器、单片机、解码电路以及显示器，通过光电传感器测定主动轮速度，色标传感器测定带轮速度，两传感器信号与MSP430单片机相连经计算处理之后得弹性滑动率，经解码电路后于数码管显示；所述电路部分传感器为槽型光耦传感器与黑白线识别传感器，所述电路部分设有传感器与单片机连接，通过解码电路与数码管连接；所述单片机为MSP430F149单片机，数码管为多个74HC595串行八位数码管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林卫国，刘铮，李润声，于晨，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42