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象；2、了解帶的初拉力、帶速等參數的改變對帶傳動能力的影響； 3、掌握擺動式電機的轉矩、扭矩、轉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CLSII型 齒輪傳動效率測試系統四、實驗原理1、帶傳動測試系統原理（1）調速和加載 主動電機的直流電源由可控硅整流裝置供給，轉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，以實現無級調節電機轉速。本實驗臺中設計了粗調和細調兩個電位器。可精確的調節主動電機的轉速值。 加載是通過改變發電機激磁電壓實現的。逐個按動實驗臺操作面上的“加載”按扭（即逐個并上發電機負載電阻），使發電機激磁電壓加大，電樞電流增大，隨之電磁轉矩增大。由于電動機與發電機產生相反的電磁轉矩，發電機的電磁轉矩對電動機而言，即為負載轉矩。所以改變發電機的激磁電壓，也就實現了負載的改變。 本實驗臺由兩臺直流電

3、機組成，左邊一臺是直流電動機，產生主動轉矩，通過皮帶，帶動右邊的直流發電機。直流發電機的輸出電壓通過面板的“加載”按鍵控制電子開關，逐級接通并聯的負載電阻（采用電烙鐵的內芯電阻），使發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 直流發電機加載示意圖（2）轉速測量 兩臺電機的轉速，分別由安裝在實驗臺兩電機帶輪背后環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換為電脈沖輸入單片計算機中計數，計算得到兩電機的動態轉速值，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、示轉速示意圖（3）轉矩測量 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子力矩的反方向力矩測得。該轉矩通過杠桿及拉鉤作用于拉力傳感器上而產生支反力，使定子處于平衡狀態。所以得到以下結論。 主動輪上的轉矩為 T1=L1·F1（Nm）從動輪上的轉矩為 T2=L2·F2（Nm）F1、F2分別為拉力傳感器上所受的力，由傳感器轉換為正比于所受力的電壓信號，再經過A/D轉換將模擬量變換為數字量，并送往單片微機中，經過計算得到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： 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（1）實驗系統組成圖3 試驗系統框圖 如圖 3 所示

6、，實驗系統由如下設備組成： （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）實驗機構主要技術參數 （a）試驗齒輪模數 m = 2 （b）齒數 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）實驗臺結構 實驗臺的結構

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。圖4 齒輪實驗臺結構簡圖1、懸掛電機；2、轉矩傳感器；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構，通過浮動連軸器和齒輪相連，與電機懸臂相連的轉矩傳感器把電機轉矩信號送入實驗臺電測箱，在數碼顯示器上直接讀出。電機轉速由霍耳傳感器 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），懸臂齒輪箱會產生一定角度的翻轉，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電動機輸出轉矩（電測箱輸出轉矩顯示值）五、實驗步驟1、帶傳動測試系統（1）打開計算機，運行帶傳動實驗系統。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、,然后點擊數據采集功能,等待數據的輸入。（2）在接通電源前首先將電機調速旋鈕粗調電位器逆時針轉到底，使開關“斷開”，細調電位器旋鈕逆時針旋到底。（3）撳電源開關接通電源，按一下“清零”鍵，此時主、被動電機轉速顯示為“0”。力矩顯示為“.”，實驗系統處于“自動校零” 狀態。校零結束后，力矩顯示為“0”再將粗調調速旋鈕順時針旋轉接通“開關”并慢慢向高速方向旋轉，電機由起動，逐漸增速，同時觀察實驗臺面板上主動輪轉速顯示屏上的轉速數，其上的數字即為當時的電機轉速。當主動電機轉速達到預定轉速 (本實驗建議預定轉速為12001300 轉/分左右)時，停止轉速調節，此時從動電機轉速也將穩定地顯示在顯示屏上。

11、 （4）在空載時，記錄主、被動輪轉矩與轉速。按“加載”鍵一次，第一個加載指示燈亮，調整主動電機轉速，(此時,只需使用細調電位器進行轉速調節) 使其仍保持在預定工作轉速內, 待顯示基本穩定(一般 LED 顯示器跳動23次即可達到穩定值)記下主、被動輪的轉矩及轉速值。為便于記錄數據，在實驗臺的面板上還設置了“保持”鍵，每次加載數據基本穩定后，按“保持”鍵可使轉矩、轉速穩定在當時的顯示值不變。按任意鍵，可脫離“保持”狀態。 （5）再按“加載”鍵一次，第二個加載指示燈亮，再調整主動轉速(用細調電位器), 仍保持預定轉速，待顯示穩定后再次記下主、被動輪的轉矩及轉速。 （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、被動輪的轉矩、轉速。（7）重復上述操作，直至7個加載指示燈亮，記錄下八組數據。根據這八組數據便可作出帶傳動滑動曲線T2 及效率曲線T2 。（8）在記錄下各組數據后應先將電機粗調速旋鈕逆時針轉至“關斷”狀態，然后將細調電位器逆時針轉到底，再按“清零”鍵。顯示指示燈全部熄滅，機構處于關斷狀態，等待下次實驗或關閉電源。 （9）將鼠標點擊“數據采集”功能，同時按下實驗臺上的“送數”鍵，數據即被送至計算機。（10）一次實驗結束后, 應“關斷”粗調速電位器, 將細調電位器逆時針旋到底。（11）實驗結束后, 將實驗臺電機調速電位器開關關斷，關閉實驗機構的電源，用鼠標點擊“退出

13、”。退出后應及時關閉計算機。 2、齒輪傳動效率測試系統（1）打開計算機運行齒輪實驗系統。在串口選擇下拉菜單中有一欄機型選擇,選擇相應的機型,然后點擊數據采集功能,等待數據的輸入。 （2）系統聯接打開電源，并按一下“清零鍵”,此時,輸出轉速顯示為“0”，輸出轉矩顯示數“.”, 實驗系統處于“自動校零”狀態。校零結束后,轉矩顯示為“0”。（3）“調零”完成后,將實驗臺上的調速旋鈕順時針慢慢向“高速”方向旋轉,電機起動并逐漸增速,同時觀察電測箱面板上所顯示的轉速值。當電機轉速達到1000轉/分左右時,停止轉速調節, 此時輸出轉矩顯示值應在之間。調節電位器時,轉速與轉矩的顯示值有一段滯后時間。一般調節

14、后待顯示器數值跳動兩次即可達到穩定值。（4）按下“加載”鍵，調零及放大倍數調整結束后，為保證加載過程中機構運轉比較平穩,建議先將電機轉速調低。一般實驗轉速調到300-800轉/分為宜。待實驗臺處于穩定空載運轉后(若有較大振動,要按一下加載砝碼吊籃或適當調節一下電機轉速),在砝碼吊籃上加上第一個砝碼。觀察輸出轉速及轉矩值, 待顯示穩定(一般加載后轉矩顯示值跳動2-3 次即可達穩定值)后,按一下“保持鍵”,使當時的轉速及轉矩值穩定不變,記錄下該組數值，然后按一下“加載鍵”, 第一個加載指示燈亮,并脫離 “保持” 狀態,表示第一點加載結束。注意：加載過程中,應始終使電機轉速基本保持在預定轉速左右。（

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,轉速及轉矩顯示器分別顯示“8888”表示實驗結束。 （6）根據所記錄下的八組數據便可作出齒輪傳動的傳動效率-T9 曲線及 T1-T9 曲線。（7）在記錄下各組數據后,應先將電機調速至零,然后再關閉實驗臺電源。（8）當確認傳送數據無誤(否則再按一下“送數鍵”)后,用鼠標選擇“數據分析”功能,屏幕所顯示本次實驗的曲線和數據。接下來就可以進行數據擬合等一系列的工作了。如果在采集數據過程中,出現采不到數據的現象,請檢查串口選擇是否正確,串口聯接是否可靠,然后重新采集。 （9）實驗結束后,用鼠標點擊“退出”菜單,即可退出齒輪實

16、驗系統。退出后應及時關閉計算機及實驗臺電測箱電源。 六、注意事項（1）實驗開始前，檢查傳動轉速為零（速度轉速旋鈕逆時針轉到底），避免下次開機非零速啟動；（2）在記錄下各組數據后,應先將電機調速至零,然后再關閉實驗臺電源。（3）實驗結束后,用鼠標點擊“退出”菜單,即可退出齒輪實驗系統。退出后應及時關閉計算機及實驗臺電測箱電源。 七、實驗報告要求1、帶傳動實驗數據記錄并分析表1 第一種初拉力的實驗結果初拉力F0 = 包角 =測量參數計算參數序號主動輪轉速n1（r/min）從動輪轉速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果初拉力F0 = 包角 =測量參數計算參數序號主動輪轉速n1（r/min）從動輪轉速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