帶傳動及齒輪傳動效率實驗

1、實驗三 帶傳動及齒輪傳動效率實驗一、實驗目的 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（-F曲線）。2、測定齒輪傳動效率，輸出 T1-T9 關(guān)系曲線及-T9 曲線。其中： T1 為輪系輸入扭矩（即電機輸出扭矩）；T9為封閉扭矩（即載荷扭矩）；為齒輪傳動效率。三、實驗儀器 DCS型帶傳

2、動測試系統(tǒng)CLSII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，提供給主動電機電樞不同的端電壓，以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。本實驗臺中設計了粗調(diào)和細調(diào)兩個電位器?？删_的調(diào)節(jié)主動電機的轉(zhuǎn)速值。 加載是通過改變發(fā)電機激磁電壓實現(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)電機負載電阻），使發(fā)電機激磁電壓加大，電樞電流增大，隨之電磁轉(zhuǎn)矩增大。由于電動機與發(fā)電機產(chǎn)生相反的電磁轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩對電動機而言，即為負載轉(zhuǎn)矩。所以改變發(fā)電機的激磁電壓，也就實現(xiàn)了負載的改變。 本實驗臺由兩臺直流電

3、機組成，左邊一臺是直流電動機，產(chǎn)生主動轉(zhuǎn)矩，通過皮帶，帶動右邊的直流發(fā)電機。直流發(fā)電機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)的負載電阻（采用電烙鐵的內(nèi)芯電阻），使發(fā)電機的輸出功率逐級增加，也即改變了皮帶傳送的功率大小，使主動直流電動機的負載功率逐級增加。圖1 直流發(fā)電機加載示意圖（2）轉(zhuǎn)速測量 兩臺電機的轉(zhuǎn)速，分別由安裝在實驗臺兩電機帶輪背后環(huán)形槽中的紅外交電傳感器上測出。帶輪上開有光柵槽，由光電傳感器將其角位移信號轉(zhuǎn)換為電脈沖輸入單片計算機中計數(shù)，計算得到兩電機的動態(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接口送往PC機進一步處理。（參見圖2）圖2 PC機顯

4、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均設計為懸掛支承，當傳遞載荷時，傳動力矩分別通過固定在電機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。 主動輪上的轉(zhuǎn)矩為 T1=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

5、帶傳動的圓周力公式： 2T1 2T1×9.8 F = （kg）= (N) D1 D1 (3-3-1)帶傳動的彈性滑動系數(shù)： n1-n2 =- ×100% n1 (3-3-2)帶傳動的效率： P1 T2×n2 = = ×100% P2 T1×n1 (3-3-3)式中，P1，P2分別為主、從動輪功率（KW）； n1, n2分別為主、從動輪轉(zhuǎn)速（r/min）。隨著負載的改變（F的改變），T1，T2，n=n1-n2的值也改變，這樣可獲得一組和的值，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)組成圖3 試驗系統(tǒng)框圖 如圖 3 所示

6、，實驗系統(tǒng)由如下設備組成： （a）CLS-型齒輪傳動實驗臺 （b）CLS-型齒輪傳動實驗儀 （c）計算機 （2）實驗機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) （a）試驗齒輪模數(shù) m = 2 （b）齒數(shù) Z4 = Z3 = Z2 = Z1= 38 （c）速比 i= 1 （d）直流電機額定功率 P = 300w （e）直流電機轉(zhuǎn)速 N = 01100rm（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×寬×高 = 900×550×300 （i）電源 220V交流/50Hz （j） 中心矩 A76mm （3）實驗臺結(jié)構(gòu) 實驗臺的結(jié)構(gòu)

7、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 一個封閉機械系統(tǒng)。圖4 齒輪實驗臺結(jié)構(gòu)簡圖1、懸掛電機；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，與電機懸臂相連的轉(zhuǎn)矩傳感器把電機轉(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，當加上一定載荷

8、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）。當電機順時針方向以角速度轉(zhuǎn)動時，T9與 的方向相同，T9'與方向相反，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： 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。電機提供的功率僅為封閉傳動中損耗功率，即： P1 = P9-P9·

9、;總故單獨齒輪 為總效率，若=95%，則電機供給的能量，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：（本實驗臺電機為順時針）T1電動機輸出轉(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）打開計算機，運行帶傳動實驗系統(tǒng)。在串口選擇下拉菜單中有一欄機型選擇,選擇相應的機型

10、,然后點擊數(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)字即為當時的電機轉(zhuǎn)速。當主動電機轉(zhuǎn)速達到預定轉(zhuǎn)速 (本實驗建議預定轉(zhuǎn)速為12001300 轉(zhuǎn)/分左右)時，停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，此時從動電機轉(zhuǎn)速也將穩(wěn)定地顯示在顯示屏上。

11、 （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)整主動電機轉(zhuǎn)速，(此時,只需使用細調(diào)電位器進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)) 使其仍保持在預定工作轉(zhuǎn)速內(nèi), 待顯示基本穩(wěn)定(一般 LED 顯示器跳動23次即可達到穩(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)整主動轉(zhuǎn)速(用細調(diào)電位器), 仍保持預定轉(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

12、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T2 。（8）在記錄下各組數(shù)據(jù)后應先將電機粗調(diào)速旋鈕逆時針轉(zhuǎn)至“關(guān)斷”狀態(tài)，然后將細調(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）將鼠標點擊“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)即被送至計算機。（10）一次實驗結(jié)束后, 應“關(guān)斷”粗調(diào)速電位器, 將細調(diào)電位器逆時針旋到底。（11）實驗結(jié)束后, 將實驗臺電機調(diào)速電位器開關(guān)關(guān)斷，關(guān)閉實驗機構(gòu)的電源，用鼠標點擊“退出

13、”。退出后應及時關(guān)閉計算機。 2、齒輪傳動效率測試系統(tǒng)（1）打開計算機運行齒輪實驗系統(tǒng)。在串口選擇下拉菜單中有一欄機型選擇,選擇相應的機型,然后點擊數(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。當電機轉(zhuǎn)速達到1000轉(zhuǎn)/分左右時,停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié), 此時輸出轉(zhuǎn)矩顯示值應在之間。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)

14、后待顯示器數(shù)值跳動兩次即可達到穩(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構(gòu)運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn),建議先將電機轉(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)定空載運轉(zhuǎn)后(若有較大振動,要按一下加載砝碼吊籃或適當調(diào)節(jié)一下電機轉(zhuǎn)速),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 次即可達穩(wěn)定值)后,按一下“保持鍵”,使當時的轉(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),表示第一點加載結(jié)束。注意：加載過程中,應始終使電機轉(zhuǎn)速基本保持在預定轉(zhuǎn)速左右。（

15、5）在吊籃上加上第二個砝碼,重復上述操作,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-T9 曲線及 T1-T9 曲線。（7）在記錄下各組數(shù)據(jù)后,應先將電機調(diào)速至零,然后再關(guān)閉實驗臺電源。（8）當確認傳送數(shù)據(jù)無誤(否則再按一下“送數(shù)鍵”)后,用鼠標選擇“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,用鼠標點擊“退出”菜單,即可退出齒輪實

16、驗系統(tǒng)。退出后應及時關(guān)閉計算機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），避免下次開機非零速啟動；（2）在記錄下各組數(shù)據(jù)后,應先將電機調(diào)速至零,然后再關(guān)閉實驗臺電源。（3）實驗結(jié)束后,用鼠標點擊“退出”菜單,即可退出齒輪實驗系統(tǒng)。退出后應及時關(guān)閉計算機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 =測量參數(shù)計算參數(shù)序號主動輪轉(zhuǎn)速n1（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（%）滑差率有效圓周力F（N）12345678表2 第二種初拉力的實驗結(jié)果初拉力F0 = 包角 =測量參數(shù)計算參數(shù)序號主動輪轉(zhuǎn)速n1（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（%）滑差率有效圓周力F（N）123456782）在方格紙上