齒輪傳動效率測試試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)說明書

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1、 齒輪傳動效率測試試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)說明書 齒輪傳動的效率即指一對齒輪的從動輪（軸）輸出功率與主動輪（軸）輸入功率之比。 當(dāng)輸入功率為P1，輸出功率為P2時(shí)，則齒輪傳動效率可寫為 式中：、——分別為輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)矩； 、——分別為輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速； ——傳動比， 利用測試手段，通過測量齒輪試驗(yàn)箱的輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，即可由上式迅速確定齒輪的傳動效率。 一：測定效率的方式：開放功率流式和封閉功率流式 ①開放功率流式：借助一個(gè)加載裝置（機(jī)械制動器、電磁測功器或磁粉制動器）來消耗齒輪傳動所傳遞的能量。一般測試對象

2、的功率減小時(shí)多采用此種形式。 優(yōu)點(diǎn)：與實(shí)際工作情況一致，簡單易行，實(shí)驗(yàn)裝置安裝方便。 缺點(diǎn)：動力消耗大，對于需作較長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的場合（如疲勞試驗(yàn)），耗費(fèi)能量尤其嚴(yán)重。 ②封閉功率流式：采用輸出功率反饋給輸入從而形成功率流封閉。一般測試對象的功率較大時(shí)或需作長時(shí)間試驗(yàn)時(shí)多采用此種形式。 優(yōu)點(diǎn)：電源只提供齒輪傳動中摩擦阻力所消耗的功率，可大大地減小功耗。 缺點(diǎn)：試驗(yàn)臺的控制復(fù)雜，價(jià)格較高。 鑒于在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中一般都是小功率，而且不需長時(shí)間試驗(yàn)，所以選擇開放功率流式測定效率。 二：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù) 1、 齒輪箱的長度：400～600mm 2、 齒輪箱的寬度：200～4

3、00mm 3、 齒輪箱的高度：300～400mm 4、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍：0～1440r/min 5、 傳動比：2～20 6、 功率條件范圍：0～4kw 7、 扭矩測量范圍：0～500Nm 動力源 測試對象 負(fù)載 三：動力源 ① 直流電動機(jī)：將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機(jī)定子提供磁場，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。 特點(diǎn)： 1.調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬

4、。 　　2.起動力矩大，可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動機(jī)拖動。 ②交流電動機(jī)：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。交流電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源，所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時(shí)電磁鐵中的電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。 交流電機(jī)（不管是同步還是異步）的轉(zhuǎn)速都受電源頻率的制約。因此,交流電機(jī)的調(diào)速比較困難,最好的辦法是改變電源的頻率，而以往要改變電源頻率是比較復(fù)雜的。

5、③汽油機(jī)：以汽油為燃料,采用電點(diǎn)火,轉(zhuǎn)速一般在3000～6000轉(zhuǎn)／分，甚至高達(dá)每分萬轉(zhuǎn)。功率由幾百瓦至幾百千瓦。在農(nóng)林方面廣泛用作采茶機(jī)、割草機(jī)、機(jī)鋤、噴藥機(jī)、割灌機(jī)、機(jī)鋸等的動力；在交通方面用作摩托車、汽車、小艇的動力。此外，用于通信和電影放映機(jī)的小型發(fā)電機(jī)組，采礦用鑿巖機(jī)、建筑用打夯機(jī)等，無不以小型汽油機(jī)作動力。 ④柴油機(jī)：以柴油為燃料，利用壓縮熱自燃，轉(zhuǎn)速一般在百余轉(zhuǎn)至五、六千轉(zhuǎn)每分，功率由幾千瓦至數(shù)萬千瓦。廣泛用作汽車、拖拉機(jī)、坦克、船舶、軍艦、機(jī)車、發(fā)電機(jī)組、物料搬運(yùn)機(jī)械、土方機(jī)械等的動力。 從上面的介紹可以看出，汽油機(jī)和柴油機(jī)雖然用途廣泛，但是對于本實(shí)驗(yàn)臺來說，動力過

6、于強(qiáng)勁，且調(diào)速不便。本實(shí)驗(yàn)臺所測試的減速器，其設(shè)計(jì)時(shí)選用電機(jī)帶動，電機(jī)額定功率為4kw，滿載轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)簡單易行的原則，應(yīng)該盡量使實(shí)驗(yàn)的環(huán)境與減速器實(shí)際工作環(huán)境保持一致，以便使測得的數(shù)據(jù)實(shí)際有效。故選用減速器設(shè)計(jì)時(shí)的電機(jī)——Y系列Y112M-4一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機(jī)，額定功率為4kw，滿載轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分。 減速器電動機(jī)選用Y112M—4 同步轉(zhuǎn)速：1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min 四：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量 轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)包括兩方面：一是傳感器，二是測試系統(tǒng)。 軸名 參數(shù) 電動機(jī)軸 工作軸 轉(zhuǎn)

7、速n(r/min) 1440 76.39 功率P(kW) 3.44 3.06 轉(zhuǎn)矩T(Nm) 22.81 382.55 ⑴轉(zhuǎn)矩傳感器主要有兩大類：第一類是以應(yīng)變片作為敏感元件的傳感器。它在轉(zhuǎn)軸或與轉(zhuǎn)軸串聯(lián)的彈性軸上安裝4片應(yīng)變片，應(yīng)變片連接成惠登斯橋，轉(zhuǎn)矩使軸的微小變形引起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，橋輸出信號與轉(zhuǎn)矩成比例。第二類是通過磁電感應(yīng)獲取信號的磁（齒）柵式傳感器。這類傳感器輸出信號的本質(zhì)是角位移信號，需對信號進(jìn)行組合處理才能得到轉(zhuǎn)矩信息。它是非接觸式傳感器，無磨損，無摩擦，是目前應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)矩傳感器。 轉(zhuǎn)速傳感器，將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器屬

8、于間接式測量裝置，可用機(jī)械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。前者的輸出信號值是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù),后者的輸出信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比,或其信號峰值間隔與轉(zhuǎn)速成反比。轉(zhuǎn)速傳感器的種類繁多、應(yīng)用極廣，其原因是在自動控制系統(tǒng)和自動化儀表中大量使用各種電機(jī)，在不少場合下對低速（如每小時(shí)一轉(zhuǎn)以下）、高速（如每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)）、穩(wěn)速（如誤差僅為萬分之幾）和瞬時(shí)速度的精確測量有嚴(yán)格的要求。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測速發(fā)電機(jī)等。 轉(zhuǎn)矩傳感器，利用扭軸把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成扭應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)角，再轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)矩成一定關(guān)系的電信號的傳感器。扭軸的形式有實(shí)心軸、空心

9、軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應(yīng)力式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為電阻應(yīng)變式和壓磁式兩種；扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。 所以可以選擇兩個(gè)額定轉(zhuǎn)矩為500Nm的JC型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。 ⑵測試系統(tǒng)的傳感器都是齒柵式轉(zhuǎn)矩傳感器。主要分為數(shù)字式、單片微機(jī)型、通用微機(jī)型三種。數(shù)字式是采用中小規(guī)模集成電路和組合邏輯設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，這是早期的測試系統(tǒng)，缺點(diǎn)是儀器系統(tǒng)可靠性差，功能單一，操作復(fù)雜，體積龐大。單片微機(jī)型采用單片微機(jī)采集與處理數(shù)據(jù)，體積小、性能高，但是儀器的分析能力弱。通用微機(jī)型利用單片微機(jī)采集數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)送到通用微機(jī)上進(jìn)行離線的數(shù)據(jù)分析與處理。

10、本實(shí)驗(yàn)中只需要測定2個(gè)數(shù)據(jù)，不需要分析，故選用單片微機(jī)型的測試系統(tǒng)，具體型號可以選用上海良表儀器儀表有限責(zé)任公司（原上海第二電表廠）的ZJYW—1型。 五：負(fù)載 ①機(jī)械制動器：由耐熱、抗磨性能好的制動塊及其固定與移動機(jī)構(gòu)組成的，能對水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行摩擦制動的裝置。 ②測功器：測量機(jī)械的輸出扭矩或驅(qū)動扭矩的裝置。如果同時(shí)測得機(jī)械的轉(zhuǎn)速，還可算出機(jī)械的輸出功率或驅(qū)動功率。測功器主要用來測定發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和泵等機(jī)械的軸功率特性。有些測功器既可吸收被測機(jī)械的機(jī)械能而測定其輸出功率，又可放出能量測定機(jī)械的驅(qū)動功率。 ③磁粉制動器：制動部件與運(yùn)動部件借助于磁粉間的電磁吸力形

11、成的磁粉鏈，同工作面之間的摩擦力產(chǎn)生制動功能的制動器。其具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系的特點(diǎn)。在同滑差無關(guān)的情況下能夠傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、無污染、無噪音、無沖擊振動節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件?，F(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、 塑料、橡膠、紡織、印染、電線電纜、冶金、壓片機(jī)以及其他有關(guān)卷取加工行業(yè)中的放卷和收卷張力控制。 機(jī)座式磁粉制動器：CF—50 六：聯(lián)軸器 輸入端輸入轉(zhuǎn)矩為22.85Nm，故選用LT3型彈性套柱銷聯(lián)軸器，主動端為Z型軸孔，C型鍵槽，從動端J型軸孔，B型鍵槽，其許用轉(zhuǎn)矩為31.5Nm 輸出端輸出轉(zhuǎn)矩為382.55Nm，故選用HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器，主動端為Y型軸孔，其許用轉(zhuǎn)矩為630Nm