帶傳動(dòng)及齒輪傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 帶傳動(dòng)及齒輪傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察帶傳動(dòng)彈性滑動(dòng)與打滑現(xiàn)象；2、了解帶的初拉力、帶速等參數(shù)的改變對(duì)帶傳動(dòng)能力的影響； 3、掌握擺動(dòng)式電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、扭矩、轉(zhuǎn)速差及帶傳動(dòng)效率的基本測(cè)量方法。4、了解封閉功率流式齒輪試驗(yàn)臺(tái)的基本原理、特點(diǎn)及測(cè)定齒輪傳動(dòng)效率的方法。 5、通過(guò)改變載荷，測(cè)出不同載荷下的傳動(dòng)效率和功率。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定不同初拉力下實(shí)驗(yàn)帶的彈性滑動(dòng)曲線（-F曲線）和效率曲線（-F曲線）。2、測(cè)定齒輪傳動(dòng)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(jī)輸出扭矩）；T9為封閉扭矩（即載荷扭矩）；為齒輪傳動(dòng)效率。三、實(shí)驗(yàn)儀器 DCS型帶傳

2、動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)CLSII型 齒輪傳動(dòng)效率測(cè)試系統(tǒng)四、實(shí)驗(yàn)原理1、帶傳動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理（1）調(diào)速和加載 主動(dòng)電機(jī)的直流電源由可控硅整流裝置供給，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器可改變可控硅控制角，提供給主動(dòng)電機(jī)電樞不同的端電壓，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)中設(shè)計(jì)了粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩個(gè)電位器?？删_的調(diào)節(jié)主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。 加載是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)激磁電壓實(shí)現(xiàn)的。逐個(gè)按動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作面上的“加載”按扭（即逐個(gè)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(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)產(chǎn)生相反的電磁轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了負(fù)載的改變。 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由兩臺(tái)直流電

3、機(jī)組成，左邊一臺(tái)是直流電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生主動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過(guò)皮帶，帶動(dòng)右邊的直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓通過(guò)面板的“加載”按鍵控制電子開(kāi)關(guān)，逐級(jí)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(jí)增加，也即改變了皮帶傳送的功率大小，使主動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率逐級(jí)增加。圖1 直流發(fā)電機(jī)加載示意圖（2）轉(zhuǎn)速測(cè)量 兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，分別由安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)兩電機(jī)帶輪背后環(huán)形槽中的紅外交電傳感器上測(cè)出。帶輪上開(kāi)有光柵槽，由光電傳感器將其角位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖輸入單片計(jì)算機(jī)中計(jì)數(shù)，計(jì)算得到兩電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速值，并由實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的LED顯示器顯示上來(lái)也可通過(guò)微機(jī)接口送往PC機(jī)進(jìn)一步處理。（參見(jiàn)圖2）圖2 PC機(jī)顯

4、示轉(zhuǎn)速示意圖（3）轉(zhuǎn)矩測(cè)量 如前所示（參見(jiàn)圖1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的兩臺(tái)電機(jī)均設(shè)計(jì)為懸掛支承，當(dāng)傳遞載荷時(shí)，傳動(dòng)力矩分別通過(guò)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(cè)得。該轉(zhuǎn)矩通過(guò)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(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩為 T1=L1·F1（Nm）從動(dòng)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(hào)，再經(jīng)過(guò)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(guò)計(jì)算得到T1、T2，分別由實(shí)驗(yàn)臺(tái)LED顯示器顯示測(cè)量值。 （4）帶傳動(dòng)的圓周力、彈性滑動(dòng)系數(shù)和效率

5、帶傳動(dòng)的圓周力公式： 2T1 2T1×9.8 F = （kg）= (N) D1 D1 (3-3-1)帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)系數(shù)： n1-n2 =- ×100% n1 (3-3-2)帶傳動(dòng)的效率： P1 T2×n2 = = ×100% P2 T1×n1 (3-3-3)式中，P1，P2分別為主、從動(dòng)輪功率（KW）； n1, n2分別為主、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速（r/min）。隨著負(fù)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(dòng)曲線和效率曲線。2、齒輪傳動(dòng)效率測(cè)試系統(tǒng)（1）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成圖3 試驗(yàn)系統(tǒng)框圖 如圖 3 所示

6、，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由如下設(shè)備組成： （a）CLS-型齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái) （b）CLS-型齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀 （c）計(jì)算機(jī) （2）實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) （a）試驗(yàn)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(jī)額定功率 P = 300w （e）直流電機(jī)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(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸 長(zhǎng)×寬×高 = 900×550×300 （i）電源 220V交流/50Hz （j） 中心矩 A76mm （3）實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(wàn)向連軸器等組成 一個(gè)封閉機(jī)械系統(tǒng)。圖4 齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、懸掛電機(jī)；2、轉(zhuǎn)矩傳感器；3、浮動(dòng)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(wàn)向連軸器；12、永久磁鋼 電機(jī)采用外殼懸掛結(jié)構(gòu)，通過(guò)浮動(dòng)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(hào)送入實(shí)驗(yàn)臺(tái)電測(cè)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(cè)出，同時(shí)送往電測(cè)箱中顯示。 4、效率計(jì)算 （1） 封閉功率流方向的確定 由圖2可知，試驗(yàn)臺(tái)空載時(shí)，懸臂齒輪箱的杠桿通常處于水平位置，當(dāng)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(huì)產(chǎn)生一定角度的翻轉(zhuǎn)，這時(shí)扭力軸將有一力矩 T9作用于齒輪 9（其方向?yàn)轫槙r(shí)針），萬(wàn)向節(jié)軸也有一力矩 T9'作用于齒輪9'，（其方向也順時(shí)針，如忽略摩擦，T9'=T9）。當(dāng)電機(jī)順時(shí)針?lè)较蛞越撬俣绒D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，T9與 的方向相同，T9'與方向相反，故這時(shí)齒輪 9為主動(dòng)輪，齒輪 9'為從動(dòng)輪，同理齒輪 5'為主動(dòng)輪，齒輪 5 為從動(dòng)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(dòng)機(jī)。電機(jī)提供的功率僅為封閉傳動(dòng)中損耗功率，即： P1 = P9-P9·

9、;總故單獨(dú)齒輪 為總效率，若=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(yàn)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(huì)產(chǎn)生扭矩，其方向都是順時(shí)針，對(duì)齒輪 9' 中心取矩，得到封閉扭矩 T9：（本實(shí)驗(yàn)臺(tái) 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(zhǎng)度L=0.3m平均效率為：（本實(shí)驗(yàn)臺(tái)電機(jī)為順時(shí)針）T1電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（電測(cè)箱輸出轉(zhuǎn)矩顯示值）五、實(shí)驗(yàn)步驟1、帶傳動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（1）打開(kāi)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)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

10、,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(shí)針轉(zhuǎn)到底，使開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，細(xì)調(diào)電位器旋鈕逆時(shí)針旋到底。（3）撳電源開(kāi)關(guān)接通電源，按一下“清零”鍵，此時(shí)主、被動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示為“0”。力矩顯示為“.”，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于“自動(dòng)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(shí)針旋轉(zhuǎn)接通“開(kāi)關(guān)”并慢慢向高速方向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)由起動(dòng)，逐漸增速，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上主動(dòng)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(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速 (本實(shí)驗(yàn)建議預(yù)定轉(zhuǎn)速為12001300 轉(zhuǎn)/分左右)時(shí)，停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，此時(shí)從動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速也將穩(wěn)定地顯示在顯示屏上。

11、 （4）在空載時(shí)，記錄主、被動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。按“加載”鍵一次，第一個(gè)加載指示燈亮，調(diào)整主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，(此時(shí),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(dòng)23次即可達(dá)到穩(wěn)定值)記下主、被動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值。為便于記錄數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)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(gè)加載指示燈亮，再調(diào)整主動(dòng)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(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。 （6）第三次按“加載”鍵，第三個(gè)加載

12、指示燈亮, 同前次操作記錄下主、被動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。（7）重復(fù)上述操作，直至7個(gè)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(dòng)滑動(dòng)曲線T2 及效率曲線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(shí)針轉(zhuǎn)至“關(guān)斷”狀態(tài)，然后將細(xì)調(diào)電位器逆時(shí)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(shí)驗(yàn)或關(guān)閉電源。 （9）將鼠標(biāo)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集”功能，同時(shí)按下實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“送數(shù)”鍵，數(shù)據(jù)即被送至計(jì)算機(jī)。（10）一次實(shí)驗(yàn)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(shí)針旋到底。（11）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后, 將實(shí)驗(yàn)臺(tái)電機(jī)調(diào)速電位器開(kāi)關(guān)關(guān)斷，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的電源，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出

13、”。退出后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)。 2、齒輪傳動(dòng)效率測(cè)試系統(tǒng)（1）打開(kāi)計(jì)算機(jī)運(yùn)行齒輪實(shí)驗(yàn)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(kāi)電源，并按一下“清零鍵”,此時(shí),輸出轉(zhuǎn)速顯示為“0”，輸出轉(zhuǎn)矩顯示數(shù)“.”, 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于“自動(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上的調(diào)速旋鈕順時(shí)針慢慢向“高速”方向旋轉(zhuǎn),電機(jī)起動(dòng)并逐漸增速,同時(shí)觀察電測(cè)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(shí),停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié), 此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩顯示值應(yīng)在之間。調(diào)節(jié)電位器時(shí),轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的顯示值有一段滯后時(shí)間。一般調(diào)節(jié)

14、后待顯示器數(shù)值跳動(dòng)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(guò)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(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速調(diào)到300-800轉(zhuǎn)/分為宜。待實(shí)驗(yàn)臺(tái)處于穩(wěn)定空載運(yùn)轉(zhuǎn)后(若有較大振動(dòng),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),在砝碼吊籃上加上第一個(gè)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(dòng)2-3 次即可達(dá)穩(wěn)定值)后,按一下“保持鍵”,使當(dāng)時(shí)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(gè)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(guò)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。（

15、5）在吊籃上加上第二個(gè)砝碼,重復(fù)上述操作,直至加上八個(gè)砝碼,八個(gè)加載指示燈亮,轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩顯示器分別顯示“8888”表示實(shí)驗(yàn)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(dòng)的傳動(dòng)效率-T9 曲線及 T1-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(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。（8）當(dāng)確認(rèn)傳送數(shù)據(jù)無(wú)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(shí)驗(yàn)的曲線和數(shù)據(jù)。接下來(lái)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(guò)程中,出現(xiàn)采不到數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,請(qǐng)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出”菜單,即可退出齒輪實(shí)

16、驗(yàn)系統(tǒng)。退出后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)及實(shí)驗(yàn)臺(tái)電測(cè)箱電源。 六、注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，檢查傳動(dòng)轉(zhuǎn)速為零（速度轉(zhuǎn)速旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底），避免下次開(kāi)機(jī)非零速啟動(dòng)；（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(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“退出”菜單,即可退出齒輪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。退出后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)及實(shí)驗(yàn)臺(tái)電測(cè)箱電源。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄并分析表1 第一種初拉力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果初拉力F0 = 包角 =測(cè)量參數(shù)計(jì)算參數(shù)序號(hào)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1（r/min）從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2（r/min）主動(dòng)輪扭矩T1（N.m）從動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果初拉力F0 = 包角 =測(cè)量參數(shù)計(jì)算參數(shù)序號(hào)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1（r/min）從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2（r/min）主動(dòng)輪扭矩T1（N.m）從動(dòng)輪扭矩T2（N.m）效率（%）滑差率有效圓周力F（N）123456782）在方格紙上