帶傳動及齒輪傳動效率試驗

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1、實驗三 帶傳動及齒輪傳動效率實驗 一、實驗?zāi)康? 1、觀察帶傳動彈性滑動與打滑現(xiàn)象； 2、了解帶的初拉力、帶速等參數(shù)的改變對帶傳動能力的影響； 3 、掌握擺動式電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、扭矩、轉(zhuǎn)速差及帶傳動效率的基本測量方法。 4、了解封閉功率流式齒輪試驗臺的基本原理、 特點(diǎn)及測定齒輪傳動效率的方 法。 5、通過改變載荷，測出不同載荷下的傳動效率和功率。 二、實驗內(nèi)容 1、 測定不同初拉力下實驗帶的彈性滑動曲線（&-F曲線）和效率曲線（n -F 曲線）。 2、 測定齒輪傳動效率，輸出 T1-T9關(guān)系曲線及n -T9曲線。 其中： T1 為輪系輸入扭矩（即電機(jī)輸出扭矩） ；T9 為封閉扭矩（

2、即載荷扭 矩）；n為齒輪傳動效率。 三、 實驗儀器 DCS型帶傳動測試系統(tǒng) CLS－II 型 齒輪傳動效率測試系統(tǒng) 四、 實驗原理 1 、帶傳動測試系統(tǒng)原理 （ 1 ） 調(diào)速和加載 主動電機(jī)的直流電源由可控硅整流裝置供給， 轉(zhuǎn)動電位器可改變可控硅控制 角，提供給主動電機(jī)電樞不同的端電壓， 以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 本實驗臺中 設(shè)計了粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩個電位器。可精確的調(diào)節(jié)主動電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。 加載是通過改變發(fā)電機(jī)激磁電壓實現(xiàn)的。 逐個按動實驗臺操作面上的 “加載” 按扭（即逐個并上發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻） ，使發(fā)電機(jī)激磁電壓加大，電樞電流增大， 隨之電磁轉(zhuǎn)矩增大。 由于電動機(jī)與發(fā)電機(jī)產(chǎn)生相反的

3、電磁轉(zhuǎn)矩， 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn) 矩對電動機(jī)而言， 即為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 所以改變發(fā)電機(jī)的激磁電壓， 也就實現(xiàn)了負(fù)載 的改變。 本實驗臺由兩臺直流電機(jī)組成， 左邊一臺是直流電動機(jī)， 產(chǎn)生主動轉(zhuǎn)矩， 通 過皮帶，帶動右邊的直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓通過面板的“加載”按 鍵控制電子開關(guān)，逐級接通并聯(lián)的負(fù)載電阻（采用電烙鐵的內(nèi)芯電阻） ，使發(fā)電 機(jī)的輸出功率逐級增加， 也即改變了皮帶傳送的功率大小， 使主動直流電動機(jī)的 負(fù)載功率逐級增加。 圖1直流發(fā)電機(jī)加載示意圖 (2) 轉(zhuǎn)速測量 兩臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速，分別由安裝在實驗臺兩電機(jī)帶輪背后環(huán)形槽中的紅外交電 傳感器上測出。帶輪上開有光柵槽，由光電傳感

4、器將其角位移信號轉(zhuǎn)換為電脈沖 輸入單片計算機(jī)中計數(shù)，計算得到兩電機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)速值，并由實驗臺上的 LED 顯示器顯示上來也可通過微機(jī)接口送往 PC機(jī)進(jìn)一步處理。(參見圖2) LED!』小 肚按【||乂"|接微機(jī) nl：皺測土動甫輪］光電傳麗皿＞ n2;被測被功帶輪2 — |比屯傳感翩蟲 圖2 PC機(jī)顯示轉(zhuǎn)速示意圖 (3) 轉(zhuǎn)矩測量 如前所示(參見圖1)實驗臺上的兩臺電機(jī)均設(shè)計為懸掛支承， 當(dāng)傳遞載荷時, 傳動力矩分別通過固定在電機(jī)定子外殼上的杠桿受到轉(zhuǎn)子力矩的反方向力矩測 得。該轉(zhuǎn)矩通過杠桿及拉鉤作用于拉力傳感器上而產(chǎn)生支反力， 使定子處于平衡 狀態(tài)。所以得到以下結(jié)論。 主動

5、輪上的轉(zhuǎn)矩為 T仁L1 ? F1 (Nm 從動輪上的轉(zhuǎn)矩為 T2=L2 ? F2 (Nm F1、F2分別為拉力傳感器上所受的力，由傳感器轉(zhuǎn)換為正比于所受力的電壓信 號,再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將模擬量變換為數(shù)字量，并送往單片微機(jī)中，經(jīng)過計算得到 T1、T2,分別由實驗臺LED顯示器顯示測量值。 (4) 帶傳動的圓周力、彈性滑動系數(shù)和效率 帶傳動的圓周力公式: 2T1 2T1 F = ——(kg)= D1 D1 帶傳動的彈性滑動系數(shù)： n1-n2 ￡ =-- n1 帶傳動的效率： P1 T2 x 9.8 ―(N) (3-3-1) x 100% (3-3-2) x n

6、2 n =- P2 T1 式中，P1, P2分別為主、從動輪功率( n1, n2 分別為主、從動輪轉(zhuǎn)速( 隨著負(fù)載的改變(F的改變)，T1, x n1 x 100% (3-3-3) Kvy； r/min )。 T2，△ n=n 1-n2的值也改變，這樣可獲得 一組&和n的值，然后可繪出滑動曲線和效率曲線。 2、齒輪傳動效率測試系統(tǒng) (1) 實驗系統(tǒng)組成 為輪傳動機(jī)構(gòu) (a) CLS-H型齒輪傳動實驗臺 (c)計算機(jī) (2)實驗機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) (a)試驗齒輪模數(shù) m = 2 (c)速比 i= 1 圖3試驗系統(tǒng)框圖 如圖3所示，實驗

7、系統(tǒng)由如下設(shè)備組成： (b) CLS-H型齒輪傳動實驗儀 (b)齒數(shù) Z4 = Z3 = Z2 = Z1= 38 (d)直流電機(jī)額定功率 P = 300w (e)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 N = 0~1100r / m( f)最大封閉扭矩 TB = 15NM (g)最大封閉功率 PB = 1.5KW (h)實驗臺尺寸 長X寬X高=900 X 550 X 300 (i )電源 220V 交流/50Hz (j ) 中心矩 A = 76mm (3) 實驗臺結(jié)構(gòu) 實驗臺的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由定軸齒輪副、懸掛齒輪箱、扭力軸、雙萬向 連軸器等組成 一個封閉機(jī)械系統(tǒng)。 (a) (b) 圖4齒輪

8、實驗臺結(jié)構(gòu)簡圖 1、懸掛電機(jī)；2、轉(zhuǎn)矩傳感器；3、浮動連軸器；4、霍耳傳感器；5、定軸齒輪副；6、剛性 連軸器；7、懸掛齒輪箱；8砝碼；9、懸掛齒輪副；10、扭力軸；11、萬向連軸器；12、 永久磁鋼 電機(jī)采用外殼懸掛結(jié)構(gòu)，通過浮動連軸器和齒輪相連，與電機(jī)懸臂相連的轉(zhuǎn) 矩傳感器把電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號送入實驗臺電測箱， 在數(shù)碼顯示器上直接讀出。電機(jī)轉(zhuǎn) 速由霍耳傳感器4測出，同時送往電測箱中顯示。 4、效率計算 (1) 封閉功率流方向的確定 由圖2可知，試驗臺空載時，懸臂齒輪箱的杠桿通常處于水平位置， 當(dāng)加上 一定載荷之后(通常加載砝碼是0.5kg以上)，懸臂齒輪箱會產(chǎn)生一定角度的翻 轉(zhuǎn)，這時

9、扭力軸將有一力矩T9作用于齒輪9 (其方向為順時針)，萬向節(jié)軸也 有一力矩T9'作用于齒輪9'，(其方向也順時針，如忽略摩擦，T9'=T9)。當(dāng)電 機(jī)順時針方向以角速度3轉(zhuǎn)動時，T9與3的方向相同，T9'與3方向相反，故 這時齒輪9為主動輪，齒輪9'為從動輪，同理齒輪5'為主動輪，齒輪5為從 動輪，封閉功率流方向如圖所示，其大小為： Tg Ng , Pa - 一 =P9(KW) 9550 該功率的大小決定于加載力矩和扭力軸的轉(zhuǎn)速，而不是決定于電動機(jī)。 電機(jī)提供的功率僅為封閉傳動中損耗功率，即： P1 = P9-P9 ? n總 故耳總—B —P _T9 —入 總、 F9 

10、單獨(dú)齒輪 二 T9-T1 T9 n為總效率，若n =95%則電機(jī)供給的能量，其值約為封閉功率值的 1/10 , 是一種節(jié)能高效的試驗方法。 （2）封閉力矩T9的確定 由圖2 （b）可以看出，當(dāng)懸掛齒輪箱杠桿加上載荷后，齒輪 9、齒輪9' 就會產(chǎn)生扭矩，其方向都是順時針，對齒輪 9'中心取矩，得到封閉扭矩 T9 : （本實驗臺T9是所加載荷產(chǎn)生扭矩的一半）即： W――所加砝碼重力（N） L ――加載杠桿長度 L=0.3m 平均效率為：（本實驗臺電機(jī)為順時針） Ti——電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（電測箱輸出轉(zhuǎn)矩顯示值） 五、實驗步驟 1、帶傳動測試系統(tǒng) （1） 打開計

11、算機(jī)，運(yùn)行帶傳動實驗系統(tǒng)。在串口選擇下拉菜單中有一欄機(jī) 型選擇,選擇相應(yīng)的機(jī)型，然后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集功能，等待數(shù)據(jù)的輸入。 （2） 在接通電源前首先將電機(jī)調(diào)速旋鈕粗調(diào)電位器逆時針轉(zhuǎn)到底， 使開關(guān) “斷開”，細(xì)調(diào)電位器旋鈕逆時針旋到底。 （3） 撳電源開關(guān)接通電源，按一下“清零”鍵，此時主、被動電機(jī)轉(zhuǎn)速顯 示為“ 0”。力矩顯示為“ ? ”，實驗系統(tǒng)處于“自動校零” 狀態(tài)。校零結(jié)束后， 力矩顯示為“ 0”再將粗調(diào)調(diào)速旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)接通“開關(guān)”并慢慢向高速方向 旋轉(zhuǎn)，電機(jī)由起動，逐漸增速，同時觀察實驗臺面板上主動輪轉(zhuǎn)速顯示屏上的轉(zhuǎn) 速數(shù)，其上的數(shù)字即為當(dāng)時的電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)主動電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速 （

12、本實驗 建議預(yù)定轉(zhuǎn)速為1200?1300轉(zhuǎn)/分左右）時，停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，此時從動電機(jī)轉(zhuǎn)速 也將穩(wěn)定地顯示在顯示屏上。 （4） 在空載時，記錄主、被動輪轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。按“加載”鍵一次，第一個 加載指示燈亮，調(diào)整主動電機(jī)轉(zhuǎn)速，（此時,只需使用細(xì)調(diào)電位器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)） 使其仍保持在預(yù)定工作轉(zhuǎn)速內(nèi)，待顯示基本穩(wěn)定（一般LED顯示器跳動2?3次 即可達(dá)到穩(wěn)定值）記下主、被動輪的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值。為便于記錄數(shù)據(jù)，在實驗臺 的面板上還設(shè)置了“保持”鍵，每次加載數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后，按“保持”鍵可使轉(zhuǎn) 矩、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在當(dāng)時的顯示值不變。按任意鍵，可脫離“保持”狀態(tài)。 （5）再按“加載”鍵一次，第二個加載指示燈亮，再調(diào)整

13、主動轉(zhuǎn)速 （用細(xì) 調(diào)電位器 ）, 仍保持預(yù)定轉(zhuǎn)速， 待顯示穩(wěn)定后再次記下主 、被動輪的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。 （6）第三次按“加載”鍵，第三個加載指示燈亮 , 同前次操作記錄下主、 被動輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。 （7）重復(fù)上述操作，直至 7 個加載指示燈亮，記錄下八組數(shù)據(jù)。根據(jù)這八 組數(shù)據(jù)便可作出帶傳動滑動曲線& — T2及效率曲線n — T2。 （ 8）在記錄下各組數(shù)據(jù)后應(yīng)先將電機(jī)粗調(diào)速旋鈕逆時針轉(zhuǎn)至 “關(guān)斷”狀態(tài)， 然后將細(xì)調(diào)電位器逆時針轉(zhuǎn)到底，再按“清零”鍵。顯示指示燈全部熄滅，機(jī)構(gòu) 處于關(guān)斷狀態(tài)，等待下次實驗或關(guān)閉電源。 （9）將鼠標(biāo)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集”功能，同時按下實驗臺上的“送數(shù)”鍵，數(shù) 據(jù)即

14、被送至計算機(jī)。 （ 10）一次實驗結(jié)束后 , 應(yīng)“關(guān)斷”粗調(diào)速電位器 , 將細(xì)調(diào)電位器逆時針 旋到底。 （ 11）實驗結(jié)束后 , 將實驗臺電機(jī)調(diào)速電位器開關(guān)關(guān)斷，關(guān)閉實驗機(jī)構(gòu)的 電源，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出”。退出后應(yīng)及時關(guān)閉計算機(jī)。 2、齒輪傳動效率測試系統(tǒng) （1）打開計算機(jī)運(yùn)行齒輪實驗系統(tǒng)。 在串口選擇下拉菜單中有一欄機(jī)型選 擇,選擇相應(yīng)的機(jī)型 , 然后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集功能 , 等待數(shù)據(jù)的輸入。 （2） 系統(tǒng)聯(lián)接打開電源，并按一下“清零鍵” ,此時 , 輸出轉(zhuǎn)速顯示為 “0”，輸出轉(zhuǎn)矩顯示數(shù)“ .”, 實驗系統(tǒng)處于“自動校零”狀態(tài)。校零結(jié)束后 , 轉(zhuǎn)矩顯示為“ 0”。 （3） “調(diào)零”完

15、成后 , 將實驗臺上的調(diào)速旋鈕順時針慢慢向“高速”方向 旋轉(zhuǎn), 電機(jī)起動并逐漸增速 , 同時觀察電測箱面板上所顯示的轉(zhuǎn)速值。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 達(dá)到 1000轉(zhuǎn)/分左右時,停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) , 此時輸出轉(zhuǎn)矩顯示值應(yīng)在 0.6-0.8Nm 之 間。調(diào)節(jié)電位器時 , 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的顯示值有一段滯后時間。一般調(diào)節(jié)后待顯示器 數(shù)值跳動兩次即可達(dá)到穩(wěn)定值。 （4） 按下“加載”鍵，調(diào)零及放大倍數(shù)調(diào)整結(jié)束后，為保證加載過程中機(jī) 構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn) ,建議先將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)低。一般實驗轉(zhuǎn)速調(diào)到 300-800 轉(zhuǎn)/ 分為 宜。待實驗臺處于穩(wěn)定空載運(yùn)轉(zhuǎn)后 （若有較大振動 , 要按一下加載砝碼吊籃或適當(dāng) 調(diào)節(jié)一下電機(jī)轉(zhuǎn)速 ）,

16、在砝碼吊籃上加上第一個砝碼。 觀察輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩值 , 待 顯示穩(wěn)定 （一般加載后轉(zhuǎn)矩顯示值跳動 2-3 次即可達(dá)穩(wěn)定值 ） 后, 按一下“保持 鍵”, 使當(dāng)時的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩值穩(wěn)定不變 , 記錄下該組數(shù)值，然后按一下“加載鍵” 第一個加載指示燈亮 , 并脫離 “保持” 狀態(tài) , 表示第一點(diǎn)加載結(jié)束。 注意：加載 過程中, 應(yīng)始終使電機(jī)轉(zhuǎn)速基本保持在預(yù)定轉(zhuǎn)速左右。 （5） 在吊籃上加上第二個砝碼 , 重復(fù)上述操作 ,直至加上八個砝碼 , 八個加 載指示燈亮 , 轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩顯示器分別顯示“ 8888”表示實驗結(jié)束。 （6） 根據(jù)所記錄下的八組數(shù)據(jù)便可作出齒輪傳動的傳動效率 n -T9 曲線及 T

17、1-T9 曲線。 （7） 在記錄下各組數(shù)據(jù)后 ,應(yīng)先將電機(jī)調(diào)速至零 , 然后再關(guān)閉實驗臺電源。 （8） 當(dāng)確認(rèn)傳送數(shù)據(jù)無誤 （否則再按一下“送數(shù)鍵” ）后, 用鼠標(biāo)選擇“數(shù) 據(jù)分析”功能 , 屏幕所顯示本次實驗的曲線和數(shù)據(jù)。接下來就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合 等一系列的工作了。如果在采集數(shù)據(jù)過程中，出現(xiàn)采不到數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，請檢查串口 選擇是否正確，串口聯(lián)接是否可靠，然后重新采集。 （9）實驗結(jié)束后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出”菜單，即可退出齒輪實驗系統(tǒng)。退出 后應(yīng)及時關(guān)閉計算機(jī)及實驗臺電測箱電源。 六、 注意事項 （1） 實驗開始前，檢查傳動轉(zhuǎn)速為零（速度轉(zhuǎn)速旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底），避 免下次開機(jī)非零速啟動

18、； （2） 在記錄下各組數(shù)據(jù)后，應(yīng)先將電機(jī)調(diào)速至零，然后再關(guān)閉實驗臺電源。 （3） 實驗結(jié)束后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出”菜單，即可退出齒輪實驗系統(tǒng)。退出 后應(yīng)及時關(guān)閉計算機(jī)及實驗臺電測箱電源。 七、 實驗報告要求 1、帶傳動實驗數(shù)據(jù)記錄并分析 表1 第一種初拉力的實驗結(jié)果 初拉力F0 = 包角 a = 測量參數(shù) 計算參數(shù) 序 號 主動輪轉(zhuǎn)速 ni（ r/min） 從動輪轉(zhuǎn)速 n2（ r/min） 主動輪扭矩 T1（ N.m） 從動輪扭矩 T2（ N.m） 效率 n (% 滑差率￡ 有效圓周力 F （N） 1 2

19、 3 4 5 6 7 8 表2 第二種初拉力的實驗結(jié)果 初拉力Fo = 包角 a = 測量參數(shù) 計算參數(shù) 序 主動輪轉(zhuǎn)速 從動輪轉(zhuǎn)速 主動輪扭矩 從動輪扭矩 效率 滑差率￡ 有效圓周力 號 m (r/min) n2 (r/min ) T1 (N.m) T2 (N.m) n (% F (N) 1 2

20、 3 4 5 6 7 8 2） 在方格紙上作出滑動曲線（￡ -F曲線）和效率曲線（n -F曲線） 3） 實驗數(shù)據(jù)分析。 2、齒輪傳動效率實驗數(shù)據(jù)記錄并分析 序號 N (r/min T1(N xm) TO(N xm) q （ %） 1 2 3 4 5 6 1

21、 & 1）實驗數(shù)據(jù)記錄 2）實驗結(jié)果曲線 A T1 0.7 100 ■ 30 - 60 0.6 0.6 40 - 20 _ 0.4 0.3 0.2 0 2 4 6 e 10 12 T9 六、思考題 1、 實驗過程中“加載”與對帶輪加砝碼各指什么含義，有何區(qū)別？ 2、 試分析滑動曲線、效率曲線與有效拉力的關(guān)系。 3、 影響帶傳動能力的因素有哪些？ 4、 試分析不同初拉力（張緊力）對帶傳動承載能力的影響？ 5、 敘述封閉式齒輪傳動實驗臺效率測試的原理。 6齒輪傳動效率實驗中T9-T1基本上為直線關(guān)系，為什么 T9- n為曲線關(guān) 系？ 7、哪些因素影響齒輪傳動的效率？加載力矩的測量中存在哪些誤差？