一種帶輪傳動過程中彈性滑動現(xiàn)象教學(xué)演示用具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶輪傳動過程中彈性滑動現(xiàn)象演示教學(xué)用具。該教具由機械部分與電路部分構(gòu)成，所述機械部分包括動力部分、減速部分、傳動部分、中心距調(diào)節(jié)機構(gòu)以及可調(diào)節(jié)負載。所述電路部分由光柵、傳感器、單片機、解碼電路以及數(shù)碼管構(gòu)成。通過光電傳感器捕捉主動輪從動輪角度數(shù)據(jù)，色標(biāo)傳感器捕捉帶輪緊邊與松邊位移數(shù)據(jù)，兩傳感器信號與MSP430單片機相連經(jīng)計算處理之后得到各速度、各速度差與彈性滑動率，并通過數(shù)碼管顯示，以達到彈性滑動可視化的目的?？蓪⒉煌瑤偷钠нM行對比實驗演示不同型號皮帶傳動性能之間的差異，增加負載可以演示打滑現(xiàn)象。
【專利說明】一種帶輪傳動過程中彈性滑動現(xiàn)象教學(xué)演示用具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種帶輪傳動中彈性滑動現(xiàn)象教學(xué)演示用具，是一種在《機械設(shè)計》帶傳動教學(xué)部分的教學(xué)可視化教學(xué)用具

【背景技術(shù)】
[0002]《機械設(shè)計》作為一門大學(xué)工科機械類的核心課程，輔助其學(xué)習(xí)的課堂教具較少，純粹的理論講解很難吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，特別是機械設(shè)計帶傳動中皮帶彈性滑動與打滑，概念比較抽象，現(xiàn)象不明顯，學(xué)生在學(xué)習(xí)帶傳動時，往往難以區(qū)分彈性滑動和打滑，對彈性滑動造成帶的運動速度會滯后于主動帶輪、而超前于從動帶輪這一現(xiàn)象更是感覺難以理解。利用現(xiàn)有的教學(xué)方法學(xué)生難以輕松的掌握相關(guān)的理論知識。
[0003]本實用新型結(jié)合機、光、電，通過光電傳感器捕捉帶輪轉(zhuǎn)速，色標(biāo)傳感器捕捉帶輪上速度，信號經(jīng)過MSP430單片機處理之后，液晶屏顯示帶輪轉(zhuǎn)速皮帶轉(zhuǎn)速與通過單片機計算的彈性滑動率(ε = O r υ2)/υ #100% )。其中u i為主動輪速度，U2為從動輪速度。以彈性滑動率來反應(yīng)彈性滑動的大小，并通過改變實驗變量來得到彈性滑動的影響因素，從而使學(xué)生更形象的理解該現(xiàn)象。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種新型使教學(xué)可視化的教學(xué)用具，它結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計新穎巧妙，操作方便，現(xiàn)象直觀，給教師們的教育教學(xué)帶來很大的方便，通過設(shè)備將帶輪傳動中彈性滑動和打滑的現(xiàn)象表現(xiàn)出來，能幫助學(xué)生理解，加深記憶的作用，可以達到更好的學(xué)習(xí)效果。
[0005]本實用新型的設(shè)計方案是:教具分為機械部分與電路部分，交流電機通過二級齒輪減速器減速后帶動主動輪轉(zhuǎn)動，又通過皮帶帶動從動輪轉(zhuǎn)動。所述兩帶輪上有光柵，并與光電傳感器相連，所述皮帶上下均與色標(biāo)傳感器相連，各傳感器通過接口與單片機相連。當(dāng)皮帶與帶輪發(fā)生彈性滑動與打滑時，所述光電傳感器記錄主動輪從動輪偏移角度，所述色標(biāo)傳感器記錄上下皮帶所粘連的色標(biāo)發(fā)生的位移。當(dāng)主動輪以順時針轉(zhuǎn)動時，皮帶下方測緊邊位移，皮帶上方測松邊位移。各傳感器信號輸入單片機中，經(jīng)計算處理后，輸出信號經(jīng)解碼電路解碼后將在數(shù)碼管中顯示兩帶輪速度與上下皮帶速度、主動輪與皮帶緊邊速度差、從動輪與皮帶松邊速度差、以及彈性滑動率。
[0006]所述機械部分包括動力部分、減速部分、傳動部分、中心距調(diào)節(jié)機構(gòu)以及可調(diào)節(jié)負載組成所述交流電機功率與轉(zhuǎn)速為60W1500r/min。所述與電機相連的減速器為二級齒輪減速器，實現(xiàn)對交流電機轉(zhuǎn)速的減速，帶動帶輪轉(zhuǎn)動。所述皮帶為聚氨酯材料Z型、A型與B型V帶，其特征是:材質(zhì)較軟，彈性系數(shù)小，易發(fā)生彈性滑動。所述中心距調(diào)節(jié)機構(gòu)為通過調(diào)整背板上的絲桿來調(diào)節(jié)中心距。所述可調(diào)節(jié)負載為電阻可變的發(fā)電機。
[0007]所述電路部分由光柵、傳感器、單片機、解碼電路以及顯示器構(gòu)成。所述主動輪從動輪安裝有光柵，通過對單位時間內(nèi)通過光電傳感器數(shù)目進行測速。所述光電傳感器為槽型光耦傳感器，安裝于帶輪上光柵的所述背光處。色標(biāo)傳感器為黑白線識別傳感器，分別安裝于皮帶垂直正上方與皮帶垂直正下方。所述單片機型號為MSP430F149，接口與兩光電傳感器以及兩色標(biāo)傳感器相連。所述外部解碼電路由74HC595芯片構(gòu)成，是構(gòu)建于單片機與數(shù)碼管之間的將信號轉(zhuǎn)化的電路。所述數(shù)碼管采用多個74HC595串行八位數(shù)碼管，以串行方式接收單片機信號，將經(jīng)單片機處理之后的主動輪從動速度與皮帶緊邊與松邊速度主動輪與皮帶緊邊速度差、從動輪與皮帶松邊速度差以及彈性滑動率進行顯示。
[0008]所述單片機Pl端口對傳感器發(fā)送的脈沖信號進行計數(shù)，內(nèi)部進行處理換算成速度量。所述單片機程序為利用單片機計時器A中斷，以50HZ的頻率刷新數(shù)碼管。所述通訊方式為RS232通訊，各數(shù)據(jù)實時傳送至單片機。
[0009]本實用新型結(jié)合機、光、電，通過光電傳感器捕捉帶輪轉(zhuǎn)過的距離，MSP430單片機捕捉帶輪與皮帶上傳感器信號，信號經(jīng)處理之后，用數(shù)碼管顯示各帶輪速度與皮帶松邊與緊邊速度，各速度差以及彈性滑動率，以非常直觀的方式向同學(xué)展現(xiàn)出皮帶彈性滑動與打滑的現(xiàn)象。本實用新型具有結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計新穎，操作方便、現(xiàn)象直觀的特點，給教師們的教育教學(xué)帶來很大的方便，有助于學(xué)生更好的理解帶傳動中彈性滑動與打滑的現(xiàn)象，幫助學(xué)生更好的記憶，達到良好的學(xué)習(xí)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型流程圖
[0011]圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實用新型機械結(jié)構(gòu)三維圖
[0013]圖3中編號含義為:1為二級齒輪減速器。2、3、4為主動輪，5、6、7為從動輪，8、9、10、11、12、13為光柵，14、15、16為帶表面給白相間皮帶，17、18、19為光電傳感器安裝位置，20、21、22為上皮帶色標(biāo)傳感器安裝位置、23、24、25為下皮帶色標(biāo)傳感器安裝支架，26、27、28為調(diào)節(jié)中心距所需溝槽。

【具體實施方式】
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[0014]下面結(jié)合附圖詳細闡述本實用新型的實施方式:
[0015]如圖2所述，機械部分由功率與轉(zhuǎn)速為60W1540r/min的交流電機提供動力，經(jīng)二級齒輪減速器后與帶輪主動輪相連，主動輪用表面黑白相間的皮帶帶動從動輪，從動輪輸出軸連有可調(diào)節(jié)負載發(fā)電機跟隨其轉(zhuǎn)動。所述主動輪從動輪上設(shè)有光柵、當(dāng)帶輪運動時光柵轉(zhuǎn)動，通過光柵打到光電傳感器上的光發(fā)生變化，光電傳感器記錄數(shù)據(jù)可測定兩帶輪轉(zhuǎn)過角度，通過兩色標(biāo)傳感器可測定上下皮帶的位移。當(dāng)主動輪以順時針轉(zhuǎn)動時，皮帶下方可測得皮帶緊邊位移，上方可測得皮帶松邊位移。各光電傳感器與各色標(biāo)傳感器上信號傳輸?shù)組SP單片機上進行運算，信號經(jīng)解碼電路處理后，用數(shù)碼管顯示主動輪速度、從動輪速度、皮帶緊邊速度、皮帶松邊速度、主動輪與皮帶緊邊速度差、從動輪與皮帶松邊速度差以及彈性滑動率從而顯示出彈性滑動的程度。
[0016]此外本教具設(shè)計了多組不同型號的帶傳動機構(gòu)，將不同帶型的皮帶進行對比實驗可以演示不同型號皮帶傳動性能之間的差異，通過調(diào)整背板上的絲桿可調(diào)節(jié)中心距以及通過調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)負載可進行多組實驗、從而更加準(zhǔn)確地得出彈性滑動的影響因素。當(dāng)負載加到一定程度時，彈性滑動率迅速上升，可演示打滑現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種帶輪傳動過程中彈性滑動現(xiàn)象演示教學(xué)用具，包括機械部分與電路部分，所述機械部分包括動力部分，減速部分，傳動部分以及中心距調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述機械部分的動力部分為60W 1540r/min交流電機，齒輪減速機采用二級齒輪減速器，主動輪、從動輪上設(shè)有光柵，主動輪與從動輪由皮帶連接，所述皮帶為聚氨酯材料Z型、A型與B型V帶；所述中心調(diào)節(jié)機構(gòu)為于背板上加裝絲桿； 所述電路部分包括光柵、傳感器、單片機、解碼電路以及顯示器，通過光電傳感器測定主動輪速度，色標(biāo)傳感器測定帶輪速度，兩傳感器信號與MSP430單片機相連經(jīng)計算處理之后得彈性滑動率，經(jīng)解碼電路后于數(shù)碼管顯示；所述電路部分傳感器為槽型光耦傳感器與黑白線識別傳感器，所述電路部分設(shè)有傳感器與單片機連接，通過解碼電路與數(shù)碼管連接；所述單片機為MSP430F149單片機，數(shù)碼管為多個74HC595串行八位數(shù)碼管。
2.如權(quán)利要求1所述的帶輪傳動過程中彈性滑動現(xiàn)象演示教學(xué)用具，其特征在于:所述電路部分的電子電路之間通訊部分米用RS232通訊。
【文檔編號】G09B25/02GK204130054SQ201420456038
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】林衛(wèi)國, 劉錚, 李潤聲, 于晨 申請人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)