齒輪傳動效率測試試驗臺設計說明書.doc

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齒輪傳動效率測試試驗臺設計說明書 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。 當輸入功率為P1，輸出功率為P2時，則齒輪傳動效率可寫為 式中：、——分別為輸入軸和輸出軸的轉矩； 、——分別為輸入軸和輸出軸的轉速； ——傳動比， 利用測試手段，通過測量齒輪試驗箱的輸入和輸出軸的轉矩和轉速，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：借助一個加載裝置（機械制動器、電磁測功器或磁粉制動器）來消耗齒輪傳動所傳遞的能量。一般測試對象的功率減小時多采用此種形式。 優(yōu)點：與實際工作情況一致，簡單易行，實驗裝置安裝方便。 缺點：動力消耗大，對于需作較長時間實驗的場合（如疲勞試驗），耗費能量尤其嚴重。 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或需作長時間試驗時多采用此種形式。 優(yōu)點：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：試驗臺的控制復雜，價格較高。 鑒于在學生實驗中一般都是小功率，而且不需長時間試驗，所以選擇開放功率流式測定效率。 二：實驗系統(tǒng)的技術參數 1、 齒輪箱的長度：400～600mm 2、 齒輪箱的寬度：200～400mm 3、 齒輪箱的高度：300～400mm 4、 轉速調節(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 負載 三：動力源 ① 直流電動機：將直流電能轉換為機械能的轉動裝置。電動機定子提供磁場，直流電源向轉子的繞組提供電流，換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。 特點： 1.調速性能好。所謂“調速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。 　　2.起動力矩大，可以均勻而經濟地實現轉速調節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。 ②交流電動機：用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。交流電動機由定子和轉子組成，并且定子和轉子是采用同一電源，所以定子和轉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，同時電磁鐵中的電流方向也變，根據左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉下去。 交流電機（不管是同步還是異步）的轉速都受電源頻率的制約。因此,交流電機的調速比較困難,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雜的。 ③汽油機：以汽油為燃料,采用電點火,轉速一般在3000～6000轉／分，甚至高達每分萬轉。功率由幾百瓦至幾百千瓦。在農林方面廣泛用作采茶機、割草機、機鋤、噴藥機、割灌機、機鋸等的動力；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的小型發(fā)電機組，采礦用鑿巖機、建筑用打夯機等，無不以小型汽油機作動力。 ④柴油機：以柴油為燃料，利用壓縮熱自燃，轉速一般在百余轉至五、六千轉每分，功率由幾千瓦至數萬千瓦。廣泛用作汽車、拖拉機、坦克、船舶、軍艦、機車、發(fā)電機組、物料搬運機械、土方機械等的動力。 從上面的介紹可以看出，汽油機和柴油機雖然用途廣泛，但是對于本實驗臺來說，動力過于強勁，且調速不便。本實驗臺所測試的減速器，其設計時選用電機帶動，電機額定功率為4kw，滿載轉速1440轉/分。根據本實驗簡單易行的原則，應該盡量使實驗的環(huán)境與減速器實際工作環(huán)境保持一致，以便使測得的數據實際有效。故選用減速器設計時的電機——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，額定功率為4kw，滿載轉速1440轉/分。 減速器電動機選用Y112M—4 同步轉速：1500r/min，滿載轉速為1440r/min 四：轉速轉矩測量 轉矩測量技術包括兩方面：一是傳感器，二是測試系統(tǒng)。 軸名 參數 電動機軸 工作軸 轉速n(r/min) 1440 76.39 功率P(kW) 3.44 3.06 轉矩T(Nm) 22.81 382.55 ⑴轉矩傳感器主要有兩大類：第一類是以應變片作為敏感元件的傳感器。它在轉軸或與轉軸串聯的彈性軸上安裝4片應變片，應變片連接成惠登斯橋，轉矩使軸的微小變形引起應變片阻值發(fā)生變化，橋輸出信號與轉矩成比例。第二類是通過磁電感應獲取信號的磁（齒）柵式傳感器。這類傳感器輸出信號的本質是角位移信號，需對信號進行組合處理才能得到轉矩信息。它是非接觸式傳感器，無磨損，無摩擦，是目前應用最廣泛的轉矩傳感器。 轉速傳感器，將旋轉物體的轉速轉換為電量輸出的傳感器。轉速傳感器屬于間接式測量裝置，可用機械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號形式的不同，轉速傳感器可分為模擬式和數字式兩種。前者的輸出信號值是轉速的線性函數,后者的輸出信號頻率與轉速成正比,或其信號峰值間隔與轉速成反比。轉速傳感器的種類繁多、應用極廣，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，在不少場合下對低速（如每小時一轉以下）、高速（如每分鐘數十萬轉）、穩(wěn)速（如誤差僅為萬分之幾）和瞬時速度的精確測量有嚴格的要求。常用的轉速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測速發(fā)電機等。 轉矩傳感器，利用扭軸把轉矩轉換成扭應力或扭轉角，再轉換成與轉矩成一定關系的電信號的傳感器。扭軸的形式有實心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應力式轉矩傳感器可分為電阻應變式和壓磁式兩種；扭轉角式轉矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。 所以可以選擇兩個額定轉矩為500Nm的JC型轉矩轉速傳感器。 ⑵測試系統(tǒng)的傳感器都是齒柵式轉矩傳感器。主要分為數字式、單片微機型、通用微機型三種。數字式是采用中小規(guī)模集成電路和組合邏輯設計硬件系統(tǒng)，這是早期的測試系統(tǒng)，缺點是儀器系統(tǒng)可靠性差，功能單一，操作復雜，體積龐大。單片微機型采用單片微機采集與處理數據，體積小、性能高，但是儀器的分析能力弱。通用微機型利用單片微機采集數據，再把數據送到通用微機上進行離線的數據分析與處理。本實驗中只需要測定2個數據，不需要分析，故選用單片微機型的測試系統(tǒng)，具體型號可以選用上海良表儀器儀表有限責任公司（原上海第二電表廠）的ZJYW—1型。 五：負載 ①機械制動器：由耐熱、抗磨性能好的制動塊及其固定與移動機構組成的，能對水輪發(fā)電機轉子進行摩擦制動的裝置。 ②測功器：測量機械的輸出扭矩或驅動扭矩的裝置。如果同時測得機械的轉速，還可算出機械的輸出功率或驅動功率。測功器主要用來測定發(fā)電機、電動機、內燃機、燃氣輪機和泵等機械的軸功率特性。有些測功器既可吸收被測機械的機械能而測定其輸出功率，又可放出能量測定機械的驅動功率。 ③磁粉制動器：制動部件與運動部件借助于磁粉間的電磁吸力形成的磁粉鏈，同工作面之間的摩擦力產生制動功能的制動器。其具有激磁電流和傳遞轉矩基本成線性關系的特點。在同滑差無關的情況下能夠傳遞一定的轉矩，具有響應速度快、結構簡單、無污染、無噪音、無沖擊振動節(jié)約能源等優(yōu)點。是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。現已被廣泛應用于造紙、印刷、 塑料、橡膠、紡織、印染、電線電纜、冶金、壓片機以及其他有關卷取加工行業(yè)中的放卷和收卷張力控制。 機座式磁粉制動器：CF—50 六：聯軸器 輸入端輸入轉矩為22.85Nm，故選用LT3型彈性套柱銷聯軸器，主動端為Z型軸孔，C型鍵槽，從動端J型軸孔，B型鍵槽，其許用轉矩為31.5Nm 輸出端輸出轉矩為382.55Nm，故選用HL3型彈性柱銷聯軸器，主動端為Y型軸孔，其許用轉矩為630Nm