效率實驗報告

1、機械傳動性能綜合實驗報告姓 名： 學(xué) 號：班 級： 任課老師： (特別提示：本報告第一、二、三部分來自試驗指導(dǎo)書，稍有更改。)一、 實驗?zāi)康?. 了解機械傳動系統(tǒng)效率測試的工程試驗手段和常用的機械效率測試設(shè)備，掌握典型機械傳動系統(tǒng)的效率范圍，分析傳動系統(tǒng)效率損失的原因；2. 通過對典型機械傳動系統(tǒng)及其組合的性能測試，加深對機械傳動系統(tǒng)性能的認(rèn)識以及對機械傳動合理布置的基本原則的理解；3. 通過對實驗方案的設(shè)計、組裝和性能測試等訓(xùn)練環(huán)節(jié)，掌握計算機輔助實驗測試方法, 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力。二、 實驗原理及設(shè)備1、 實驗原理：機械傳動性能綜合測試實驗臺的工作原理如圖1所示。通過對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的

2、測量，利用轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與功率的數(shù)學(xué)關(guān)系間接導(dǎo)出功率數(shù)值，并通過對電機和負(fù)載的相應(yīng)控制觀察分析轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率的相應(yīng)變化趨勢，同時通過對減速器的輸入功率和輸出功率的測量分析，得出減速器的效率及其隨不同情況的變化所呈現(xiàn)的變化趨勢。圖1 實驗臺的工作原理2、 實驗設(shè)備：機械傳動性能綜合測試實驗臺采用模塊化結(jié)構(gòu)，由不同種類的機械傳動裝置、聯(lián)軸器、變頻電機、加載裝置和工控機等模塊組成，學(xué)生可以根據(jù)選擇或設(shè)計的實驗類型、方案和內(nèi)容，自己動手進(jìn)行傳動連接、安裝調(diào)試和測試，進(jìn)行設(shè)計性實驗、綜合性實驗或創(chuàng)新性實驗。機械傳動性能綜合測試實驗臺各硬件組成部件的結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。圖2(a) 實驗臺外觀圖圖2(b) 實

3、驗臺的結(jié)構(gòu)布局 1-變頻調(diào)速電機 2-聯(lián)軸器 3-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 4-試件5-加載與制動裝置 6-工控機 7-電器控制柜 8-臺座實驗設(shè)備包括機械傳動綜合效率實驗臺（包括臺座、變頻調(diào)速器、機柜、電控箱）、蝸輪蝸桿減速器、齒輪減速器、三相異步電動機、同步帶傳動裝置、滾子鏈傳動裝置、V帶傳動裝置、磁粉制動器、ZJ轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、計算機及打印機、其他零配件。典型實驗裝置包括齒輪減速傳動裝置、蝸輪蝸桿減速傳動裝置、V帶+齒輪減速傳動裝置、齒輪減速+滾子鏈傳動裝置、同步帶減速傳動裝置、V帶減速傳動裝置、V帶+同步帶減速傳動裝置。實驗裝置由動力部分、測試部分、加載部分和被測部分等組成。各部分的性能參數(shù)如下

4、：1、動力部分1) YP-50-0.55三相感應(yīng)變頻電機：額定功率0.55KW；同步轉(zhuǎn)速1500r/min；輸入電壓380V。2) LS600-4001變頻器：輸入規(guī)格 AC 3PH 380-460V 50/60HZ；輸出規(guī)格 AC 0240V 1.7KVA 4.5A；變頻范圍 2200 HZ。2、測試部分1) ZJ10型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器：額定轉(zhuǎn)矩 10N.m；轉(zhuǎn)速范圍 06000r/min；2) ZJ50型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器：額定轉(zhuǎn)矩 50N.m；轉(zhuǎn)速范圍 05000r/min；3) TC-1轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試卡：扭矩測試精度 0.2%FS；轉(zhuǎn)速測量精度 0.1%；4) PC-400數(shù)據(jù)采集控制卡。3、

5、 被測部分1) 三角帶傳動：帶輪基準(zhǔn)直徑 D1=70mm D2=115mm O型帶L內(nèi)=900mm；帶輪基準(zhǔn)直徑 D1=76mm D2=145mm O型帶L內(nèi)=900mm；帶輪基準(zhǔn)直徑 D1=70mm D2=88mm O型帶L內(nèi)=630mm。2) 鏈傳動： 鏈輪 Z1=17 Z2=25 滾子鏈 08A171滾子鏈 08A153滾子鏈 08A166。4、 加載部分FZ5型磁粉制動(加載)器：額定轉(zhuǎn)矩50N.m；激磁電流02A；允許滑差功率1.1KW。為了提高實驗設(shè)備的精度，實驗臺采用兩個扭矩測量卡進(jìn)行采樣，測量精度達(dá)到0.2%FS，能滿足教學(xué)實驗與科研生產(chǎn)試驗的實際需要。機械傳動性能綜合測試實驗

6、臺采用自動控制測試技術(shù)設(shè)計，所有電機程控起停，轉(zhuǎn)速程控調(diào)節(jié)，負(fù)載程控調(diào)節(jié)，用扭矩測量卡替代扭矩測量儀，整臺設(shè)備能夠自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，自動輸出實驗結(jié)果，是高度智能化的產(chǎn)品。其控制系統(tǒng)主界面如圖3所示。圖3 實驗臺控制系統(tǒng)主界面三、 實驗項目及步驟1、 實驗項目：鏈傳動齒輪減速器、V帶傳動齒輪減速器。2、 實驗步驟：實驗步驟可以分成3個階段：準(zhǔn)備階段、測試階段和分析階段。在實驗時，要按照不同階段的相關(guān)要求進(jìn)行操作。1. 準(zhǔn)備階段1) 認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書和實驗臺使用說明書并熟悉實驗臺；2) 確定實驗內(nèi)容；選擇實驗時, 則要確定選用的典型機械傳動裝置及其組合布置方案，并進(jìn)行方案比較實驗。如表1所示

7、。表1 編 號組合布置方案實驗內(nèi)容B1V帶傳動-齒輪減速器實驗內(nèi)容B3鏈傳動-齒輪減速器首先要了解被測機械的功能與結(jié)構(gòu)特點。3) 根據(jù)選擇的機械傳動方案選擇儀器設(shè)備，布置、安裝被測機械傳動裝置（系統(tǒng)）。注意選用合適的調(diào)整墊塊，確保傳動軸之間的同軸線要求；4) 檢查各連接部位是否牢固可靠，按實驗臺使用說明書要求對測試設(shè)備進(jìn)行調(diào)零，以保證測量精度。2. 測試階段1) 打開實驗臺電源總開關(guān)和工控機電源開關(guān)；2) 點擊Test顯示測試控制系統(tǒng)主界面，熟悉主界面的各項內(nèi)容；3) 鍵入實驗教學(xué)信息標(biāo)：實驗類型、實驗編號、小組編號、實驗人員、指導(dǎo)老師、實驗日期等；4) 點擊“設(shè)置”，確定實驗測試參數(shù)：轉(zhuǎn)速n

8、1、n2 扭矩T1、T2等；5) 點擊“分析”，確定實驗分析所需項目：曲線選項、繪制曲線、打印表格等；6) 啟動主電機，進(jìn)入“試驗”。使電動機轉(zhuǎn)速加快至接近同步轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行加載。加載時要緩慢平穩(wěn)，否則會影響采樣的測試精度；待數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。分級加載，分級采樣，采集數(shù)據(jù)10組左右即可；7) 從“分析”中調(diào)看參數(shù)曲線，確認(rèn)實驗結(jié)果；8) 結(jié)束測試。注意先逐步卸載，后降速；9) 關(guān)閉儀器電源，拆卸傳動系統(tǒng)，將各儀器設(shè)備和組件復(fù)位。3. 分析階段1) 對實驗結(jié)果進(jìn)行分析；對于實驗B, 重點分析不同的布置方案對傳動性能的影響。 2) 整理實驗報告；實驗報告的內(nèi)容主要為：測試數(shù)據(jù)（表）、

9、參數(shù)曲線； 對實驗結(jié)果的分析；實驗中的新發(fā)現(xiàn)、新設(shè)想或新建議。四、 實驗過程1、 鏈傳動：（1） 方案設(shè)計：按照實驗原理中的實驗臺工作原理圖進(jìn)行機械機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計。（2） 裝配調(diào)試：將主動軸、從動軸、傳動鏈、傳感器搭接完成，調(diào)整各聯(lián)軸器同心并控制間距在1mm左右，調(diào)整主、從動軸到達(dá)合適的間距使鏈條受到適當(dāng)?shù)膹埦o力。（3） 數(shù)據(jù)測試：裝配調(diào)試完成后，用計算機控制設(shè)備運行并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：控制主動軸轉(zhuǎn)速在1000r/min左右基本不變，逐漸增大從動軸上的負(fù)載，記錄主、從動軸上的力矩值及轉(zhuǎn)速值。注意每次記錄數(shù)據(jù)時要等到各數(shù)據(jù)值穩(wěn)定以后在進(jìn)行。2、 V帶傳動：（1） 方案設(shè)計：按照實驗原理中的

10、實驗臺工作原理圖進(jìn)行機械機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計。（2） 裝配調(diào)試：將主動軸、從動軸、傳動鏈、傳感器搭接完成，調(diào)整各聯(lián)軸器同心并控制間距在1mm左右，調(diào)整主、從動軸至合適的間距使V帶受到適當(dāng)?shù)膹埦o力。（3） 數(shù)據(jù)測試：裝配調(diào)試完成后，用計算機控制設(shè)備運行并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：控制主動軸轉(zhuǎn)速在1000r/min左右基本不變，逐漸增大從動軸上的負(fù)載，記錄主、從動軸上的力矩值及轉(zhuǎn)速值。注意每次記錄數(shù)據(jù)時要等到各數(shù)據(jù)值穩(wěn)定以后在進(jìn)行。五、 實驗數(shù)據(jù)分析本部分對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出初步結(jié)論，原因分析見第六部分。1、 鏈傳動（1） 實驗數(shù)據(jù)記錄n1(r/min)(Nm)n2(r/min)(Nm)i=n1/n2

11、P1=M2N2/9550 kWP2=M1N1/9550 kW=P2/P11000.20.82136.30.727.3390.0860.0111.86999.71.48136.24.047.3370.1550.05837.151000.52.06136.48.267.3370.2160.11854.691004.42.36136.910.427.3370.2480.14960.161002.62.32136.610.127.3370.2440.14559.451003.72.59136.712.067.3420.2720.17363.561000.62.88136.314.187.3410.30

12、20.20267.141001.13.14136.416.127.3390.3290.2369.91001.23.42136.518.117.3370.3580.25972.291001.23.7136.420.177.3390.3880.28874.3610023.94136.521.897.340.4130.31375.75999.14.2136.123.867.3390.440.3477.36（2） 實驗數(shù)據(jù)分析效率-負(fù)載M2曲線由效率-負(fù)載圖可見，鏈傳動效率隨負(fù)載增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，而且增加的程度越來越小。輸出功率P1、P2負(fù)載M2曲線負(fù)載M2-傳動比i曲線由圖可知，隨著負(fù)載的增加，

13、功率近似成線性關(guān)系上升；而且輸入、輸出功率增加的速度基本相等。平均值：i=7.338667由圖可知，在負(fù)載不斷變化的過程中，傳動比近似維持常值，約為i=7.342、 V帶傳動（1） 實驗數(shù)據(jù)記錄n1(r/min)(Nm)n2(r/min)(Nm)i=n1/n2P1=M2N2/9550 kWP2=M1N1/9550 kW=P2/P1999.80.82157.42.996.3510.0860.04957.53999.61.31157.36.056.3540.1370.172.941000.21.8157.29.066.3630.1880.14979.15999.82.27156.811.976.3

14、760.2380.19782.719992.77156.215.026.3950.290.24684.74998.73.28155.718.16.4130.3430.29586.13999.23.76155.620.966.4210.3930.34286.8410004.24155.223.976.4430.4440.3987.62（2） 實驗數(shù)據(jù)分析負(fù)載M2-效率曲線由效率-負(fù)載圖可見，鏈傳動效率隨負(fù)載增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，而且增加的程度越來越小。負(fù)載M2-輸入功率P1、輸出功率P2曲線 由圖可知，隨著負(fù)載的增加，功率近似成線性關(guān)系上升；而且輸入、輸出功率增加的速度基本相等。負(fù)載M2-傳動比

15、i曲線平均值：i=5.92325由圖可知，在負(fù)載不斷變化的過程中，傳動比近似維持常值，約為i=5.92六、 問題思考部分說明：在試驗和數(shù)據(jù)處理過程中，我對很多問題都產(chǎn)生了興趣，希望可以借助這次機會，對機械傳動的相關(guān)知識有一個更加深入的了解。以下采用問答的方式，嘗試解決實驗中的一些重要問題。需要強調(diào)的是，由于知識水平和查閱資料的有限，我還不能就這些問題做一個完滿的解釋，其中有不足和錯誤的，請老師指教。1、 V帶傳動效率曲線的走勢為什么呈逐漸減緩的遞增趨勢？ 簡答：由于帶是彈性體，受力不同的時候伸長量不等，使帶傳動發(fā)生彈性滑動現(xiàn)象。而效率也與彈性滑動密不可分。在V帶繞帶輪滑動傳動時候，帶的壓力由緊

16、邊拉力F1下降到松邊拉力F2所以帶的彈性變形也要相應(yīng)減小，亦即帶在逐漸縮短，帶的速度要落后于帶輪，因此兩者之間必然發(fā)生相對滑動。同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在從動輪上，但是情況恰好相反。帶從松邊轉(zhuǎn)到緊邊時，帶所受到的拉力逐漸增加，帶的彈性變形量也隨之增大，帶微微向前伸長，帶的運動超前于帶輪。帶與帶輪間同樣也發(fā)生相對滑動。有效拉力F=F1- F2等于帶沿帶輪的 接觸弧上摩擦力的總和Ff.帶傳動中滑動的程度用滑動率表示，其表達(dá)式為 式中 v1、v2分別為主動輪、從動輪的圓周速度，單位：m/s；n1、n2分別為主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速，r/min；D1、D2分別為主動輪、從動輪的直徑，mm。如圖2-1所示，帶傳動的

17、滑動（曲線1）隨著帶的有效拉力F的增大而增大，表示這種關(guān)系的曲線稱為滑動曲線。當(dāng)有效拉力F小于臨界點F點時，滑動率與有效拉力F成線性關(guān)系，帶處于彈性滑動工作狀態(tài)；當(dāng)有效拉力F超過臨界點F點以后，滑動率急劇上升，帶處于彈性滑動與打滑同時存在的工作狀態(tài)。當(dāng)有效拉力等于Fmax時，滑動率近于直線上升，帶處于完全打滑的工作狀態(tài)。圖中曲線2為帶傳動的效率曲線，即表示帶傳動效率h與有效拉力F之間關(guān)系的曲線。當(dāng)有效拉力增加時，傳動效率逐漸提高，當(dāng)有效拉力F超過臨界點F點以后，傳動效率急劇下降。帶傳動最合理的狀態(tài)，應(yīng)使有效拉力F等于或稍小于臨界點F，這時帶傳動的效率最高，滑動率 =1% 2%，并且還有余力負(fù)擔(dān)

18、短時間（如啟動時）的過載。 本實驗中之所以沒有觀察到傳動效率下降的點，是因為拉力F未達(dá)到Fmax。2、 V帶傳動和鏈傳動的效率有何區(qū)別？造成這樣差異的原因是什么？ 簡答： V帶傳動效率隨負(fù)載增加而呈現(xiàn)增加的趨勢；且相對鏈傳動，V帶傳動初始效率高，這是因為帶傳動的傳動部件振動和質(zhì)量都較小，消耗的功率也小。還能看到，相對與鏈傳動的數(shù)據(jù)，V帶傳動的數(shù)據(jù)采集效果更好，因為V帶傳動為柔性傳動，沖擊振動較小，對傳感器的干擾也就更小。帶傳動靠摩擦力工作且?guī)Ь哂袕椥裕?能緩和沖擊，吸收震動，傳動平穩(wěn)無噪音；結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)制造方便，成本較低；3具有過載保護(hù)作用。 鏈轉(zhuǎn)動用在工作可靠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及

19、其他不宜采用齒輪傳動和帶傳動的場合，例如翻土機的運行機構(gòu)采用鏈傳動，雖然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時過載等的影響，依然能夠很好的工作。3、 在聯(lián)合傳動中，帶傳動和鏈傳動的安裝有何要求？ 簡答： 若將鏈傳動放置高速級，會加劇運動的不均勻性，動載荷變大，震動和噪音增大，降低鏈傳動的壽命，鏈傳動只能實現(xiàn)平行軸間的同向傳動，運轉(zhuǎn)時不能保證恒定的瞬時傳動比，磨損后易發(fā)生跳齒，工作時有噪音，不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動中，即應(yīng)布置在低速級。若將帶傳動放置低俗級，會使結(jié)構(gòu)尺寸增大，及應(yīng)布置在高速級，與電機直接相連，可以騎到緩沖吸震的作用，還能起到過載打滑的作用，保護(hù)零件，放在高速級，功率不變的情況

20、下，高速級速度高，帶傳動所需的有效拉力就小，帶傳動的尺寸也就較小。4、 功率、效率之間有什么關(guān)系？ 簡答：從功率圖可以看出：輸入、輸出功率均增加，但輸入功率增加速度更，這是由于V帶傳動打滑逐漸嚴(yán)重而引起的摩擦損耗功率逐漸增加。但打滑的增加并未引起效率的降低，因為打滑引起的功率損失相對于輸入、輸出功率的增長較小，由效率公式： P1與P2的差的增量相對于P1的增量較小，二者都增加會導(dǎo)致效率的提高。5、 輸入與輸出功率關(guān)系如何？為什么會有這樣的關(guān)系？ 簡答： P2=P1* ，即輸入功率等于輸出功率乘以效率；另一方面，= P2- P1 為常值。同時滿足以上兩個關(guān)系的結(jié)果，就是效率不斷增加，這也符合實驗

21、的觀測結(jié)果。這樣的關(guān)系與效率的定義有關(guān)，而為常數(shù)則是因為在試驗范圍內(nèi)，摩擦力、打滑造成的機械能損失可以近似為常值。6、 負(fù)載改變的過程中，傳動比為什么近似保持不變？而又為什么不是一個絕對常數(shù)？簡答：傳動比的大小在理論上是由機構(gòu)自身決定的，在正常工作條件下是不會改變的，比如V帶的傳動比與兩帶輪直徑呈反比，鏈傳動與兩鏈輪齒數(shù)有關(guān)，而都與傳動過程的負(fù)載等條件無關(guān)。不過，對于V帶和鏈條，在考慮打滑、彈性形變、塑性形變、失效的情況下，再加上外界擾動的影響，傳動比不是絕對的常數(shù)，而是呈現(xiàn)一定的波動性。7、 飛輪調(diào)速器有何作用？其原理如何？ 簡答：飛輪調(diào)速原理：大轉(zhuǎn)動慣量的盤形零件，當(dāng)機械出現(xiàn)盈功時，飛輪存

22、儲多余的 動能，速度上升幅度下降，當(dāng)機械出現(xiàn)虧功時，飛輪釋放存儲的動能，速度下降幅度下降。 適用范圍：具有周期性速度波動的機械，如：內(nèi)燃機,蒸汽機,壓力機,攪拌機等。8、 聯(lián)軸器的作用是什么？他的工作原理如何？ 簡答： 聯(lián)軸器是機械傳動中的常用部件，用來連接主、從動回轉(zhuǎn)構(gòu)件使其一同旋轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩；有時也可作為安全裝置，即當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定時，聯(lián)軸器自行脫開，以保證機器中的主要零部件不致因過載而損壞。聯(lián)軸器根據(jù)對各種相對位移有無補償能力（即能否在發(fā)生相對位移條件下保持連接的功能），可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）兩大類。撓性聯(lián)軸器可按是否具有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器

23、和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個類別。其各自特點如下：1.剛性聯(lián)軸器雖然不具有可移性和緩沖性，但因結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、不需要維護(hù)和成本低等特點而得到廣泛應(yīng)用。2.撓性聯(lián)軸器具有補償兩回轉(zhuǎn)構(gòu)件相對位移的能力。其中，彈性元件撓性聯(lián)軸器由于含有能產(chǎn)生較大彈性變形的原件，除具有可移性外還具有緩沖和減震作用，但在傳遞轉(zhuǎn)矩的能力方面，因受到彈性元件的強度限制，一般不及無彈性元件的聯(lián)軸器。帶彈性元件的聯(lián)軸器中，按彈性元件的材質(zhì)不同，又可分為金屬彈性元件和非金屬彈性元件。金屬彈性元件的主要特點是強度高、傳遞轉(zhuǎn)矩大、使用壽命長、不易老化且性能穩(wěn)定。非金屬彈性元件的優(yōu)點是制造方便、易獲得各種結(jié)構(gòu)形狀，且具有較高的阻尼

24、性能。剛性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器無彈性元件有彈性原件傳遞轉(zhuǎn)矩大，運轉(zhuǎn)可靠，工作壽命長，對沖擊載荷敏感1.具有緩沖和吸震性，適于頻繁啟動和正反轉(zhuǎn)的工作場合2.彈性元件比較薄弱，不適于低速和大轉(zhuǎn)矩3.安裝誤差和相對位移會加快元件的損壞要求安裝精度和回轉(zhuǎn)構(gòu)件剛度高能不同程度的適應(yīng)安裝誤差和相位位移七、 實驗中新設(shè)想或新建議1、 試驗過程感覺稍稍有點簡單，要進(jìn)一步理解機械傳動效率，還需要補充任務(wù)，分析和了解更多的知識，比如這份試驗報告里提出的原因分析。2、 這個試驗本來只用兩小節(jié)課的時間，課選課說明上卻是四個小節(jié)，建議更改一下時間。3、 注意安全，扭螺母和放置工具的時候都要小心。八、 思考題1. 機械效率如何定義？實驗中是如何測定傳動系統(tǒng)機械效率的？機械效率定義是輸出功率與輸入功率之比。實驗中通過測量輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并將二者相乘來獲得輸入、輸