第一章 机械传动性能测试综合实验台说明书
一、 概 述
“THMCD-1型机械传动性能测试综合实验台”是根据相关课程的教学大纲要求而研制的，它采用模块式结构，可快速组合多种机械传动实训，能测试各种机械传动的速比、转矩、效率等。配套专用的数据采集系统，实现计算机智能数据采集、分析、处理、曲线显示及打印输出等功能。适合各院校机械类专业《机械设计》、《机械原理》、《机械零件》等课程的教学实训需要。 二、 主要实训仪器及设备
1． NJ型转矩转速传感器
NJ型转矩转速传感器的基本原理是：通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。
NJ型转矩转速传感器的工作原理如图1。在弹性轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮
图1 NJ型转矩转速传感器工作原理图
的上方各装有一组信号线圈，在信号线圈内均装有磁钢，与信号齿轮组成磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及齿谷交替周期性的扫过磁钢的底部，使气隙磁导产生周期性的变化，线圈内部的磁通量亦产生周期性变化，使线圈中感应出近似正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，因此可以用来测量转速。这两组交流电信号之间的相位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小及方向有关。当弹性轴不受扭时，两组交流电信号之间的相位差只与信号线圈及齿轮的安装相对位置有关，这一相位差一般称为初始相位差，在设计制造时，使其相差半个齿距左右，即两组交流电信号之间的初始相位差在180度左右。在弹性轴受扭时，将产生扭转变形，使两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内，相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。把这两组交流电信号用专用屏蔽电缆线送入具有其功能的扭矩卡送入计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。图2是NJ型转矩转速传感器机械结构图。其结构与图1的工作原理图的差别是，为了提高测量精度及信号幅值，两端的信号发生器是由安装在弹性轴上的外齿轮、安装在套筒内的内齿轮、固定在机座内的
1
导磁环、磁钢、线圈及导磁支架组成封闭的磁路。其中，外齿轮、内齿轮是齿数相同互相脱开不相啮合的。套筒的作用是当弹性轴的转速较低或者不转时，通过传感器顶部的小电动机及齿轮或皮带传动链带动套筒，使内齿轮反向转动，提高了内、外齿轮之间的相对转速，保证了转矩测量精度。
图2 NJ型转矩转速传感器机械结构图
2． 磁粉制动器
机械传动性能测试综合实训台以磁粉制动器作为负载装置。
磁粉制动器是一种性能优越的的自动控制元件。它以磁粉为工作介质，以激励电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激励电流呈良好的线性关系，与转速或滑差无关，并具有响应速度快、结构简单等优点，广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工、纺织、印刷、电缆、橡胶皮革、金属箔带加工等有关卷取装置的张力自动控制系统中，与张力控制仪及张力检测传感器配套可组成成套张力自动控制系统。磁粉制动器还可以作为模拟加载器使用，与转矩转速传感器及转矩转速功率测量仪/转矩转速功率测量卡配套组成成套测功装置，广泛应用于电机、内燃机、变速箱等动力及传动机械的功率、效率测量。
（1）激励电流——力矩特性
激励电流与转矩基本成线性关系，通过调节激励电流可以控制力矩的大小。 （2）转速——力矩特性
力矩与转速无关，保持定值。静力矩和动力矩没有差别。 （3）负载特性
磁粉制动器的允许滑差功率，在散热条件一定时是定值。其连续运行时，实际滑差需在允许滑差功率以内，使用转速高时，需降低力矩使用。
3． CB3000转矩转速测量卡
2
（1） 概述
机械传动性能测试综合实训台用CB3000双转矩转速测量卡与计算机及磁电式相位差型转矩转速传感器配套，配备相应软件，实现转矩、转速的高精度测量。
CB3000转速转矩测量卡采用大规模可编程逻辑芯片构成简洁高效的数据采集和处理系统，独特的设计和先进的表面贴安装工艺大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力。
（2） 动态链接库说明
如果用户用CB3000卡自己组成测试系统，CB3000软件中有标准DLL库函数，用户只需直接调用即可。DLL动态链接库使用安装程序自动安装在系统安装目录下，不同的卡，应调用不同名称的动态库。
效率卡或双扭矩卡： 1. 动态库名称：nxpci3.dll 2. 变量名称： 测量值结构体定义
Typedef struct _VCI_PCI_READ{
Unsigned long Test_Time; //测量实时时间 Float Test_NJ0; //扭矩0 Float Test_NSpeed0; //内转速0 Float Test_WSpeed0; //外转速0 Float Test_NJ1; //扭矩1 Float Test_Nspeed1; //内转速1 Float Test_Wspeed1; //外转速1
Unsigned int status; //状态 1有信号，0没有信号 Float Test_Phase0; //相位0 Float Test_Phase1; //相位1 }VCI_PCI_READ,*PVCI_PCI_READ; 参数结构体定义
Typedef struct _VCI_PCI_Parameter{ Float NM_Range0; //量程0 Unsigned int NM_F0; //系数0 Float dotD0; //零点0 Unsigned int scaleN0; //内齿数0 Unsigned int scaleW0; //外齿数0 Unsigned int BD_tempe0; //标定温度0 Unsigned int Use_tempe0; //使用温度0
Float F_xs0; //转速校正系数0，不用时写1.0 Float PH_x0s; //相位校正系数0，不用时写1.0
3
Float NM_Range1; //量程1 Unsigned int NM_F1; //系数1 Float dotD1; //零点1 Unsigned int scaleN1; //内齿数1 Unsigned int scaleW1; //外齿数1 Unsigned int BD_tempe1; //标定温度1 Unsigned int Use_tempe1; //使用温度1
Float F_xs1; //转速校正系数1，不用时写1.0 Float PH_xs1; //相位校正系数1，不用时写1.0 }VCI_PCI_Parameter,*PVCI_PCI_Parameter； 3.调用函数：
用户可以按照以下方式调用函数
⑴.extern \ __declspec(dllimport) ULONG OpenDevice(void); //打开设备，成功返回1，否则返回0
⑵extern \ __declspec(dllimport) ULONG CloseDevice(void); //关闭设备，成功返回1，否则返回0
⑶.extern \ __declspec(dllimport) ULONG Set_TestTime(ULONG TimeP hrase0,
ULONG TimeWSpeed0,ULONG TimePhrase1,ULONG TimeWSpeed1) /*
写入各频率量测量时的采样时间： TimePhrase0: 扭矩0测量时的采样时间 TimeWSpeed0: 外转速0测量时的采样时间 TimePhrase1: 扭矩1测量时的采样时间 TimeWSpeed1: 外转速1测量时的采样时间 固定返回1值 */
⑷．Extern \ __declspec(dllimport) ULONG Read_TestData(PVCI_PCI_ Parameter para;PVCI_PCI_READ pObj) /*
para：参数值结构体指针变量 pObj：测量值结构体指针变量 固定返回1值 */
4． 扭矩传感器的接线：
扭矩信号两根线，分别叫做扭矩信号Ⅰ和扭矩信号Ⅱ。将传感器和扭矩卡的信号Ⅰ和信号Ⅱ
4
对应连接。调零后，往正方向加载，扭矩往正方向增加，往反方向加载，扭矩往反方向增加。如果正好相反，将两根线交换（只交换一头）。
注意小电机的接线是否正确。小电机用来驱动传感器内部的套筒。套筒旋转的目的是提高传感器内部的相对转速，是输出的信号幅度增加。套筒的旋转方向应该和主轴的旋转方向相反。如果不是这样，就应该改变小电机的转向。改变小电机转向只能改变小电机接线的相序。 三、 软件操作说明 1. 打开测试软件。 2. 参数设置
如需添加新的测量变量、修改和删除测量变量或设置系统参数，点“参数设置”进入参数设置窗口。正常情况下，不需要进行参数设置。 （1）添加测量变量
进入工具栏的“数据”窗口，双击需要添加的测量变量名(如没有找到，点左上角的
图
标，完成新数据控件的添加)，确认测量变量采集序号或公式等正确无误后，在右边的图形界面利用“新建控件”工具或右键点击“复制”、“粘贴”的方法添加图形控件，再进入工具栏的“属性”窗口，找到“数据栏”的“数据连接”，点击选择需要添加的数据变量名，点“保存”后“退出”。
（2）删除测量变量
在右边的图形界面找到需要删除的测量变量，点击右键删除，点“保存”后“退出”。
3. 试验登录
进入“试验登录”，填写试验编号、试验名称、电机编号等相关参数，在软件测试界面检查各参数采样值是否正常。
注意：“实时测试时间间隔”设为小于50ms时，计算机系统将以最短时间周期与CB3000卡进行通讯，实时采样，同时以200ms的周期刷新界面。“实时测试时间间隔”设为小于50ms时，“连续记录”将以先缓存后统一存硬盘的方式以最短时间进行记录；“连续记录时间间隔”不能低于“实时测试时间间隔”。 4. 实时曲线
曲线显示区显示的是测试数据的数据变化趋势曲线。左上方的图例窗表示可显示的参数曲线及其颜色。在曲线显示区可同时显示4条曲线并以百分比形式显示。若单击图例窗上某一颜色线条，显示区显示相应参数的曲线。此时横坐标为时间，纵坐标表示具体参数值，并且此参数值的起始值和终点值就是在“曲线配置”中设置的该参数的零点、满度。双击实时曲线界面中任一空白处，即可弹出“曲线配置”对话框。 5. 数据记录 （1）选点记录
“记录一次”，存储当前时刻采样值为新记录。 “更新记录”，存储当前时刻采样值覆盖光标所指记录。 （2）连续记录
5