发布时间：2023-10-12 15:40:52
绪论：一篇引人入胜的机械传动理论，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
一、内容全面，成本低廉，使用灵活、方便
我们课题研究所使用的高中物理实验箱一套共13类，内容涉及运动与力、相互作用、曲线运动、静电场、恒定电流、磁场、电磁感应、电学传感器、物态与物态变化、光学、气体与热力学定律、分子运动理论等，这些实验不仅基本涵盖了高中物理的主要内容，同时还涵盖了诸如机械传动等课本以外的内容。
实验箱成本低廉，便于在一般学校推广。每一类实验箱自成一体，一拎就走，是随堂分组实验和各级各类教学公开课的首选装备。它不占过多的空间，取用方便，和推广使用已久的小学、初中相关的实验箱类似（图2所示为运动和力实验箱）。
二、有效提高实验现象的可观测性
平常的教学中，更多的实验是老师在讲台上边讲边演示，学生离得较远，许多现象一闪而过，只有老师和前排的同学能看得到。通过实验箱的运用，可以让每一个同学都能充分接触和体验实验过程，可多次重复观察相关实验现象，从而更加便于老师的分析和讲解，更加便于学生的观察、理解和记忆。
三、有效增加课堂互动，促进学生积极动手、动脑，增强小组协作和师生互动
运用实验箱教学以前，许多实验现象学生无法观察到，特别是坐在后排的学生很容易开小差，跟不上老师的节奏。老师讲课时大多是按照事先备好的内容依次进行，一定程度上就是在“瞎讲”，很难做到“以学生为中心”。
在运用了实验箱辅助教学以后，一切现象就在身边，学生的学习兴趣和热情被大大调动。为了能够完成相关实验，观察到相关的现象，得出相应的结论，学生们紧跟老师的节奏和思维，积极观察和思考，加强和老师的交流。由于很多的结论和规律是通过学生自己观察和分析和得出的，学习印象深刻，课堂教学效率得到了极大的提高。
四、增加学生发现问题的机会，促进理论联系实际，学以致用，促进知识向能力转化
俗话说“看人挑担不吃力”。平时很多的现象和结论是在老师的成功演示和引导之下“顺利”完成的，所以学生无法感受到实验的注意点和关键之处，很难发现在实验过程中可能会出现的干扰因素，从而也就无法引导和训练学生发现问题、排除干扰、建立物理模型的能力。学生所学到的知识，大多也只能是“纸上谈兵”，一旦遇到实际问题就会傻眼。
在运用了实验箱辅助教学以后，所有现象就在眼前，更为关键的是，这些现象不再像老师演示实验时那么理想和明@。怎样从实验中归纳、抽象出相关的结论，需要学生积极思考，主动运用已学知识进行自主分析和小组讨论。通过提高学生排除干扰、透过现象看本质、建立物理模型、理论联系实际的能力训练，促进了学生知识向能力的转化。
五、促进学生在课余时间积极进行自主探究和小型的课题研究
高中物理实验箱具有“一拎就走”的高度灵活性和适当的拓展性，大大地方便和满足学生在课余进行进一步的自主探究和小型课题研究的需求。一般学校的实验室在课余时间鲜有向学生开放的，导致学生缺乏进行自主实验探究的意识和条件，更别说能变通相关的实验原理，充分利用身边的物品进行简易的探究实验。高中物理实验箱正好可以弥补这一缺陷，相当于是给学生准备了一系列标准工具，能够保证学生随时用到标准的实验器材，使研究结果更具科学性和可信，也为学生的研究提供了一些设计导向。
例如，机械传动实验箱的使用，就可以帮助学生直观地认识常见的机械传动结构和原理，丰富了学生对传动连接体系的感知，学生们在进行机器人等相关研究设计时，就可能设计出更加合理、流畅的运动型机械装置。
六、有效地启发教师进行实验器材的更新和开发
通过对高中物理实验箱的运用，借助于它的设计思想，可以启发老师们更快更好地进行实验器材的更新和开发。例如，在人教版《高中物理教材选修3-2》第28页有一道习题，如图3所示，用于演示电磁阻尼现象，实验时因为小圆柱形磁铁磁性不强，并且是被遮挡在不透光的管材内部，可见度很差。即使是利用实验箱中的器材也是如此，因为实验箱中的器材尺寸太小。但是，实验箱中是将一个环形磁铁套在铝管外面来展示其受阻尼的下落过程的，这就给了我们很大启示：至少可以将磁铁套在金属管外面来增大可见度！结果我们自制成了长度约为1m的演示器材，可见度高，实验效果好。
当然，任何事物都具有两面性。通过随堂使用和研究发现，高中物理实验箱也存在一些明显的不足（不实用）之处。
1.尚处于研发阶段，制作较为粗糙，不够美观和耐用
因为实验箱系统为初期产品，很多实验器材制作尚较粗糙，例如，“气体与热力学定律”实验箱中验证“玻马定律”的类似于医用注射器的装置，由于推杆是用塑料制成，跟外筒间的摩擦就较明显，对实验结果影响较大，且不够结实耐用，如果能改成光滑的金属管会更美观、实用些。
2.部分实验器材尺寸过小，不利于充分展示相关现象
考虑到是分组实验用，所以实验器材的尺寸相对都不大，例如前文中提到的电磁阻尼演示装置，由于演示时间太短，对相关现象的展示就显得不够充分。
3.部分实验器材设计并不科学
本研究将为读者详尽介绍新型控制策略以及新型控制策略在机械工程中的应用。为读者了解新型控制策略和机械自动化奠定良好的基础。本文会分别对二者各自的特点进行分析，也会就二者之间的关系展开探讨，这样不仅可以使新型控制策略在机械工程中得到更好的应用，也可以使新型控制策略有更宽广的发展空间，使得新型控制策略的应用体系越来越完善，加速机械工程的发展。希望本研究可以对欲在机械工程及相关领域发展的读者有一定的启示。
1 提高控制策略的重要性
传统控制策略针对的对象是精确的、不变化且是线性的，其操作条件和运行环境是确定的、不变的。随着工业应用领域的扩大，控制精度和性能要求的提高，必须考虑控制对象参数乃至结构的变化、非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变和不确定因素，现代工业控制要求达到越来越高的设计目标，并在越来越复杂和不确定的环境下进行控制，人们只有从应用数学、控制理论、工程实践等不同的角度和起点出发，对新型控制方法进行研究，才能得到满意的控制效果。从工程应用角度出发，新型控制策略主要包括：自括应控制、变结构控制、预测控制、鲁棒控制、模糊控制、专家控制、神经网络控制以及遗传算法等。这些控制策略相互之间以及与各咱传统控制策略之间相互渗透、交叉和结合，又形成各式各样的复合控制策略。
2 专家控制在机械控制中的的重要性
专家控制在机械磨削精度控制中的应用在精密丝杠磨削中，为达到高精度的螺距要求，工件的回转运动和轴向运动必须满足严格的同步，才能达到高精度的螺距要求。这种同步运动在普通螺纹磨床上加工丝杠时，一般靠机械传动来实现，而且丝杠螺距精度在磨削过程中还受到环境温度、工件热变形、磨削力以及传动链误差的影响。比较由权威的就是席光辉等根据机械传动链的误差测量、特征计算，设计一个专家精度控制系统，对丝杠磨削过程实现智能补偿控制。其主要设想是实际磨削加工的动态环境下，根据产生的不同误差特征，在系统中找到一条与之相适应的控制规则，通过运用规则得到最补偿控制量，使螺距误差逐渐减小。专家控制方式是尽快纠正偏差，采用开关模式进行控制。专家，顾名思义就是在某个领域中比较有权威的人物，掌握的知识量一定比一般人要多并且精，对技术及方法的改进也有自己独到的见解。若螺距误差的趋势增大，则说明前一次补偿控制量不够，应加大补偿量来减弱增大的趋势，采用比例模式控制。若误差达到某个极值，随后逐渐减小，应减小补偿控制量，只是在原来的保持值基础上增加一个不太大的值，以保持这一输出值直到误差反向为止。此专家系统也可应用于其他类型的机床加工过程中。
3 预测控制的应用
预测控制在高速液压机中的应用高压化、高速化、低能耗、低噪音与智能化问题也已成为不前液压机的技术发展趋势。但是高速化、高压化带来的直接现象就是负载惯性增大，系统超调变大，换言之系统精度将下降。通过建立对象的预测模型，根据采样时刻及在此之前几步系统输出的历史数据，建立系统输出一步预测模型，然后再根据预测输出值计算系统误差变化率的预测值，并由此确定控制器输出，实现“提前控制”。预测控制适合在掌握的数据量较少的情况下应用，并能够精确预测出欲得到的数据。这种方法具有实用性强，计算方法简单的的优点，有很大的发展空间。基于GM（1，1）模型的灰色预测方法，依据对历史数据进行AGO累加生成，建立数据列的预测模型，通过从整体上掌握和预测系统输出数据列的动态规律和发展趋势，地系统输出进行预测。
4 鲁棒控制的应用
鲁棒控制及其在双连杆柔性臂轨迹跟踪中的应用控制系统的鲁棒性是指系统的某种性能或某个指标在某种扰动下保持不变的程度（或对干扰不敏感的程度）。一个控制系统是否具有鲁棒性是它能否可靠地应用于工业现场的关键。柔性机械臂是一个强耦合、非线性、时变的多输入多输出分布参数系统。这类系统的固有特点是其大幅整体运动与小幅弹性振动的耦合，并且具有逆运动学不确定性及多种不确定因素，其动力学行为相当复杂，针对这样一个复杂的控制地象，同时控制连杆的整体运动及由弹性引起的振动是非常困难的。李元春等用基于假设模态法和奇异摄动理论，将系统分为慢变和快变两个子系统。在设计慢变子系统控制器时，考虑了由非线性机械结构引起的结构不确定性，利用滑模变结构控制方法设计了鲁棒控制器，鲁棒控制系统也是判断整个系统是否可靠的关键。
5 神经网络控制的应用
由于切削过程具有随机因素多、时变参数多、非线性程度高特点，难以建立其精确的数学模型，用传统的、基于被控对象精确数学模型的控制方法不能获得良好的控制效果。张英等将神经网络直接用作数控机床智能控制系统的控制器，其设计的直接作用式神经网络控制器，经切深变化实验表明：浅论新型控制策略及其在机械工程中的应用在切深发生突变这种十分不利的情况下，系统的最大超调量也只有30%左右，而且神经网络的初始值是随机发生的，实验结果说明应用神经网络控制使数控机床的加工过程控制系统具有很强的处理未知非线性被控对象的能力，而且控制性能良好，自适应能力强。神经网络控制具有很大的发展前景，这方面的人才也将会受到很大的欢迎。
6 结语
相信读者们读了本研究后一定获得了不少的启示。当然，若想要在机械领域长久的发展还需要自己不断的努力加以学习。俗话说一分辛苦一分收获，所有的成功都不是偶然的，只有在平时下了功夫当机遇来了的时候才能抓住，并一举获得成功。新型控制策略的应用也同样是这个道理，反复琢磨才会掌握的更精确更细致，以便于从小的方面下手进行突破。但愿本研究能够对新型控制策略领域及机械工程方面的学者有所帮助。
［中图分类号］G642.423［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0023-03带传动具有结构简单、传动距离大、造价低廉等特点，在机械传动中被广泛采用。带传动实验是工科院校机械设计课程中的基础实验之一，其实验目的为：第一，观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带所传递的载荷之间的关系；第二，测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线；第三，了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。由于皮带的弹性模量较低，在带传动过程中会产生弹性滑动，导致带的瞬时传动比不是常量。另一方面，当带的工作载荷超过带与带轮间的最大摩擦力时，带与带轮间会产生打滑，带传动这时不能正常工作而产生工作失效。
通过预紧力加载装置，将传送带张紧在主动轮和从动轮上（如图1），主动轮由电动机驱动，主动轮旋转通过传送带带动从动轮旋转，从动轮旋转使发电机发电，发电机的负载由灯泡和大功率电阻组成，共同消耗发电机功率。在驱动电机和发电机下面分别装有压力传感器，可直接测量驱动电机和发电机的扭矩。在两电机相同一侧安装有光电盘，可通过光电测速器实时测量驱动电机和发电机的运行速度。
本实验室的带传动实验台是2002年购置的、湖南长庆机电科教有限公司生产的PC-B型，由于使用年限长、设备陈旧等原因，实验装置已不能很好地满足教学需要。我们根据多年的带传动实验教学经验，对现有带传动实验装置进行改进，现已取得良好的教学效果。
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图1带传动示意图
一、预紧力加载方式的设计与改进
（一）原带传动实验装置预紧力加载方式
原带传动实验装置预紧力加载方式如图2所示，有两个定滑轮、绳子和砝码组成。缺陷是：1.在使用过程中，由于砝码较重，经常出现绳子被拉断，对学生和实验室地面都可能造成伤害;2.在电机高速转动过程中，悬挂砝码的绳子会摆动，导致加载预紧力不恒定，造成实验误差。
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图2原预紧力加载方式
（二）改进的预紧力加载方式
改进的预紧力加载方式如图3所示，主要是由手轮、螺杆和弹簧组成。弹簧一端连着驱动电机，一端连着手轮螺杆。螺杆的螺距是2.5mm，也就是说手轮旋转一圈，螺杆伸缩长度是2.5mm，弹簧也就被拉伸了2.5mm。系统有两个弹簧组成，弹簧的劲度系数是1750N/m。例如如需预紧力是25N，则螺杆伸缩长度为
X =F/μ=25/（1750×2）≈7.143mm
7.143/2.5=2.86圈,即手轮旋转2.86圈，预紧力是25N。我们在手轮上装置了标尺，标尺上有刻度，通过刻度也可以很清晰地看到所加载的预紧力大小。
改进的预紧力加载方式,有效地避免了由于绳子被砝码拉断，可能对学生和实验室地面造成的伤害，节约了空间，操作也更加方便。另外在实验过程中，由于弹簧的作用，可以保持预紧力恒定。
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图3改进的预紧力加载方式
二、带轮的设计与改进
实验台为开式传动，原带传动实验装置带轮存在缺点为：1.当带轮快速旋转时，皮带有经常被甩出来，威胁学生的安全；2.原装置测试单一，只能进行平带测试，不具备测试其他类型的皮带。
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图4 原带轮
我们针对原带轮缺点进行改进（如图5），在带轮的两侧分别设计出一个挡条，使带轮在高速旋转时不至于把皮带甩出，排除了安全隐患。另外设计了一款V带轮，这样实验中只需更换上V带轮，就可进行V带测试，丰富了实验内容。
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图5改进的带轮（右为V带轮）
三、扭矩传感器装置的改进
驱动电机和发电机转动产生扭矩，使得装在电机上的力臂杆压迫传感器，传感器产生微小形变，微弱的模拟信号经过放大后送入单片机进行模数转换（A/D），再进行相应的数据处理即得到扭矩值。原扭矩传感器装置如图6所示，有分别装在驱动电机和发电机上的力臂杆和力传感器组成。当电机高速旋转时，力臂杆摆动幅度大，会出现力臂杆严重撞击力传感器现象，从而造成力臂杆弯曲和传感器损坏。鉴于上述缺点，我们做出了改进，如图7所示，改进的扭矩传感器装置变得小巧，力臂杆分别装在驱动电机和发电机的正下方，在底座上装了限位部件，有效避免力臂杆的大幅度摆动，保护了传感器。
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图6原扭矩传感器装置
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图7 改进的扭矩传感器装置
四、小结
1.带传动实验装置的改进主要包括：预紧力加载方式的设计与改进、带轮的设计与改进和扭矩传感器装置的设计与改进。改进后的带传动实验装置已投入使用，并取得良好的实验效果。
2.高校承担着培养人才的重任, 且拥有高水平的教师和实践教学人员。优质的教学仪器不是简单地从市场上采购，而应该是来源于实验室，服务学生，不断改进。
3.在对带传动实验装置的改进过程中，理论课教师、实验老师和学生共同参与，牢固地掌握带传动实验装置的性能和操作方法，同时增进了师生与实验室的感情，受益匪浅。
［参考文献］
［1］善明.带传动理论与新型带传动［M］.北京:国防工业出版社,2006.
［2］王永兴,诸森儿.带传动实验装置分析［J］.实验室研究与探索,1993,30（2）.
