一種帶輪傳動(dòng)過(guò)程中彈性滑動(dòng)現(xiàn)象教學(xué)演示用具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種帶輪傳動(dòng)過(guò)程中彈性滑動(dòng)現(xiàn)象演示教學(xué)用具。該教具由機(jī)械部分與電路部分構(gòu)成，所述機(jī)械部分包括動(dòng)力部分、減速部分、傳動(dòng)部分、中心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及可調(diào)節(jié)負(fù)載。所述電路部分由光柵、傳感器、單片機(jī)、解碼電路以及數(shù)碼管構(gòu)成。通過(guò)光電傳感器捕捉主動(dòng)輪從動(dòng)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(hào)與MSP430單片機(jī)相連經(jīng)計(jì)算處理之后得到各速度、各速度差與彈性滑動(dòng)率，并通過(guò)數(shù)碼管顯示，以達(dá)到彈性滑動(dòng)可視化的目的?？蓪⒉煌瑤偷钠нM(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示不同型號(hào)皮帶傳動(dòng)性能之間的差異，增加負(fù)載可以演示打滑現(xiàn)象。
【專利說(shuō)明】一種帶輪傳動(dòng)過(guò)程中彈性滑動(dòng)現(xiàn)象教學(xué)演示用具

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

【背景技術(shù)】
[0002]《機(jī)械設(shè)計(jì)》作為一門(mén)大學(xué)工科機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)中皮帶彈性滑動(dòng)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(dòng)時(shí)，往往難以區(qū)分彈性滑動(dòng)和打滑，對(duì)彈性滑動(dòng)造成帶的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)滯后于主動(dòng)帶輪、而超前于從動(dòng)帶輪這一現(xiàn)象更是感覺(jué)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(shí)。
[0003]本實(shí)用新型結(jié)合機(jī)、光、電，通過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)MSP430單片機(jī)處理之后，液晶屏顯示帶輪轉(zhuǎn)速皮帶轉(zhuǎn)速與通過(guò)單片機(jī)計(jì)算的彈性滑動(dòng)率(ε = O r υ2)/υ #100% )。其中u i為主動(dòng)輪速度，U2為從動(dòng)輪速度。以彈性滑動(dòng)率來(lái)反應(yīng)彈性滑動(dòng)的大小，并通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)變量來(lái)得到彈性滑動(dòng)的影響因素，從而使學(xué)生更形象的理解該現(xiàn)象。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)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(jì)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(lái)很大的方便，通過(guò)設(shè)備將帶輪傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)和打滑的現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)，能幫助學(xué)生理解，加深記憶的作用，可以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
[0005]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是:教具分為機(jī)械部分與電路部分，交流電機(jī)通過(guò)二級(jí)齒輪減速器減速后帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，又通過(guò)皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。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(guò)接口與單片機(jī)相連。當(dāng)皮帶與帶輪發(fā)生彈性滑動(dòng)與打滑時(shí)，所述光電傳感器記錄主動(dòng)輪從動(dòng)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(dòng)輪以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，皮帶下方測(cè)緊邊位移，皮帶上方測(cè)松邊位移。各傳感器信號(hào)輸入單片機(jī)中，經(jīng)計(jì)算處理后，輸出信號(hào)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(dòng)輪與皮帶緊邊速度差、從動(dòng)輪與皮帶松邊速度差、以及彈性滑動(dòng)率。
[0006]所述機(jī)械部分包括動(dòng)力部分、減速部分、傳動(dòng)部分、中心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及可調(diào)節(jié)負(fù)載組成所述交流電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速為60W1500r/min。所述與電機(jī)相連的減速器為二級(jí)齒輪減速器，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的減速，帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)。所述中心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為通過(guò)調(diào)整背板上的絲桿來(lái)調(diào)節(jié)中心距。所述可調(diào)節(jié)負(fù)載為電阻可變的發(fā)電機(jī)。
[0007]所述電路部分由光柵、傳感器、單片機(jī)、解碼電路以及顯示器構(gòu)成。所述主動(dòng)輪從動(dòng)輪安裝有光柵，通過(guò)對(duì)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光電傳感器數(shù)目進(jìn)行測(cè)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(shí)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(jī)型號(hào)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(jī)與數(shù)碼管之間的將信號(hào)轉(zhuǎn)化的電路。所述數(shù)碼管采用多個(gè)74HC595串行八位數(shù)碼管，以串行方式接收單片機(jī)信號(hào)，將經(jīng)單片機(jī)處理之后的主動(dòng)輪從動(dòng)速度與皮帶緊邊與松邊速度主動(dòng)輪與皮帶緊邊速度差、從動(dòng)輪與皮帶松邊速度差以及彈性滑動(dòng)率進(jìn)行顯示。
[0008]所述單片機(jī)Pl端口對(duì)傳感器發(fā)送的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，內(nèi)部進(jìn)行處理?yè)Q算成速度量。所述單片機(jī)程序?yàn)槔脝纹瑱C(jī)計(jì)時(shí)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(shí)時(shí)傳送至單片機(jī)。
[0009]本實(shí)用新型結(jié)合機(jī)、光、電，通過(guò)光電傳感器捕捉帶輪轉(zhuǎn)過(guò)的距離，MSP430單片機(jī)捕捉帶輪與皮帶上傳感器信號(hào)，信號(hào)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(dòng)率，以非常直觀的方式向同學(xué)展現(xiàn)出皮帶彈性滑動(dòng)與打滑的現(xiàn)象。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)新穎，操作方便、現(xiàn)象直觀的特點(diǎn)，給教師們的教育教學(xué)帶來(lái)很大的方便，有助于學(xué)生更好的理解帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)與打滑的現(xiàn)象，幫助學(xué)生更好的記憶，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型流程圖
[0011]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)三維圖
[0013]圖3中編號(hào)含義為:1為二級(jí)齒輪減速器。2、3、4為主動(dòng)輪，5、6、7為從動(dòng)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(shí)施方式】
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[0014]下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本實(shí)用新型的實(shí)施方式:
[0015]如圖2所述，機(jī)械部分由功率與轉(zhuǎn)速為60W1540r/min的交流電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)二級(jí)齒輪減速器后與帶輪主動(dòng)輪相連，主動(dòng)輪用表面黑白相間的皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪輸出軸連有可調(diào)節(jié)負(fù)載發(fā)電機(jī)跟隨其轉(zhuǎn)動(dòng)。所述主動(dòng)輪從動(dòng)輪上設(shè)有光柵、當(dāng)帶輪運(yùn)動(dòng)時(shí)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)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(cè)定兩帶輪轉(zhuǎn)過(guò)角度，通過(guò)兩色標(biāo)傳感器可測(cè)定上下皮帶的位移。當(dāng)主動(dòng)輪以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，皮帶下方可測(cè)得皮帶緊邊位移，上方可測(cè)得皮帶松邊位移。各光電傳感器與各色標(biāo)傳感器上信號(hào)傳輸?shù)組SP單片機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，信號(hào)經(jīng)解碼電路處理后，用數(shù)碼管顯示主動(dòng)輪速度、從動(dòng)輪速度、皮帶緊邊速度、皮帶松邊速度、主動(dòng)輪與皮帶緊邊速度差、從動(dòng)輪與皮帶松邊速度差以及彈性滑動(dòng)率從而顯示出彈性滑動(dòng)的程度。
[0016]此外本教具設(shè)計(jì)了多組不同型號(hào)的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將不同帶型的皮帶進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以演示不同型號(hào)皮帶傳動(dòng)性能之間的差異，通過(guò)調(diào)整背板上的絲桿可調(diào)節(jié)中心距以及通過(guò)調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)負(fù)載可進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)、從而更加準(zhǔn)確地得出彈性滑動(dòng)的影響因素。當(dāng)負(fù)載加到一定程度時(shí)，彈性滑動(dòng)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(dòng)過(guò)程中彈性滑動(dòng)現(xiàn)象演示教學(xué)用具，包括機(jī)械部分與電路部分，所述機(jī)械部分包括動(dòng)力部分，減速部分，傳動(dòng)部分以及中心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述機(jī)械部分的動(dòng)力部分為60W 1540r/min交流電機(jī)，齒輪減速機(jī)采用二級(jí)齒輪減速器，主動(dòng)輪、從動(dòng)輪上設(shè)有光柵，主動(dòng)輪與從動(dòng)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(jī)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(jī)、解碼電路以及顯示器，通過(guò)光電傳感器測(cè)定主動(dòng)輪速度，色標(biāo)傳感器測(cè)定帶輪速度，兩傳感器信號(hào)與MSP430單片機(jī)相連經(jīng)計(jì)算處理之后得彈性滑動(dòng)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(shí)別傳感器，所述電路部分設(shè)有傳感器與單片機(jī)連接，通過(guò)解碼電路與數(shù)碼管連接；所述單片機(jī)為MSP430F149單片機(jī)，數(shù)碼管為多個(gè)74HC595串行八位數(shù)碼管。
2.如權(quán)利要求1所述的帶輪傳動(dòng)過(guò)程中彈性滑動(dòng)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(hào)】G09B25/02GK204130054SQ201420456038
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)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(guó), 劉錚, 李潤(rùn)聲, 于晨 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)