级齿轮传动带传动实验指导书.docx

级齿轮传动带传动实验指导书.docx

《级齿轮传动带传动实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《级齿轮传动带传动实验指导书.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

级齿轮传动带传动实验指导书

机械设计——带传动实验

一、实验目的

1．掌握带传动的工作原理，观察并分析带的弹性滑动和打滑等重要物理现象。

2．分析并验证预拉力对带的工作能力的影响。

3．绘制带的滑动率曲线和传动效率曲线。

二、实验仪器

1．DCS-II型带传动实验台；

2．DCS-II型带传动实验仪；

3．砝码等。

三、实验原理

1．带传动的受力分析

预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子转动时带动皮带传动。

两皮带轮静止时，带各处的拉力都等于预拉力F0，如图1（a）所示。

当带传动时，由于带与轮子表面间摩擦力的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出从动轮的一边的拉力从F0增大到F1，绕出主动轮和绕进被动轮的一边的拉力由F0减小到F2。

也就是说带绕上主动轮的一边被拉紧，形成紧边；带离开主动轮的一边被放松，形成松边，如图1（b）所示。

（a）不工作时（b）工作时

图1带传动受力分析

假设环形带工作时总长度不变，则紧边的拉力的增量F1—F0应等于松边拉力的减小量F0—F2，即

F1—F0=F0—F2

则

紧边与松边拉力之差称为带传动的有效拉力，即圆周力F=F1-F2。

2．带传动时弹性滑动与打滑

当带从绕进主动轮到绕出主动轮时，因为拉力F1>F2，带的弹性变形也不同，它随着拉力的减小逐渐减小，带的速度

逐渐过渡到低于主动轮的圆周速度

1，这说明了带在绕经主动轮的过程中，在带与主动轮之间发生了相对滑动。

同理，带在绕经被动轮过程中，带与被动轮之间也发生相对滑动，只不过它的弹性变形逐步增大，带的速度

逐渐增大并大于被动轮的圆周速度

2。

这种由于带的松紧边弹性变形而引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

弹性滑动可以导致从动轮的圆周速度

2小于主动轮的圆周速度

1，传动比不准确，传动效率降低，引起带的磨损并使带的温度升高。

弹性滑动是带传动时固有的正常特性，弹性滑动不可避免。

只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动。

由于弹性滑动引起从动轮的圆周速度

2小于主动轮的圆周速度

1，其相对降低量可以用滑动率

表示。

式中，

、

——主、被动轮的圆周速度，m/s；

、

——为主、被动轮的转速，r/min；

、

——主、被动轮的直径。

若

，则

通常，带的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上，随着有效圆周力的增加，弹性滑动的区段也逐渐增大，当它扩大至整个包角对应的接触弧时，带传动的有效圆周力也达到最大极限

，如果载荷进一步增大，带与带轮间就发生显著的相对滑动，即产生打滑。

打滑将使皮带磨损加剧，被动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。

但是，当带传动所传递的功率突然增大而超过设计功率时，这种打滑却可以起到过载保护的作用。

3．带的传动效率

若

，则

四、实验机构

1．机械结构

DCS-II型带传动实验台机械结构部分如图2所示。

1—从动直流发电机2—从动带轮3—传动带4—主动带轮5—主动直流电动机

6—牵引绳7—滑轮8—砝码9—拉簧10—浮动支座11—拉力传感器12—底座13—固定支座

图2实验台机械结构

5作为原动机，由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。

1作为负载发电机，每按一下“加载”按钮，即并上一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的转变。

两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器11，传感器输出的电信号正比于T1、T2的原始信号。

原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力F0。

两台电机的转速传感器（红外光电传感器）分别安装在带轮背后的环形槽（本图未标识）中，由此可获得必须的转速信号。

2．电测系统

电测系统装在DCS-II型带传动实验台电测箱内，附设单片机，承担数据采集、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。

能实时显示带传动过程中主动轮转速、转矩和从动轮的转速、转矩值。

如通过微机接口外接PC机，就可自动显示并能打印输出带传动的滑动率曲线

－

及传动效率曲线

－

及相关数据。

电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板上，其布置如图3所示。

电测箱背面备有微机RS232接口，主、被动轮转矩放大以及调零旋钮等，其布置如图4所示。

图3电测箱正面操作面板

1—电源插座2—被动力矩放大倍数调节

3—主动力矩放大倍数调节4—被动力矩调零5—主动力矩调零6—RS-232接口

图4电测箱背面

五、实验步骤

1．设置预拉力F0

不同型号传动带需在不同预拉力F0的条件下进行实验，也可对同一型号传动带采用不同的预拉力，以实验不同预拉力对同一传动带传动性能的影响。

为了改变预拉力F0，只需改变图2中砝码8的大小。

2．接通电源

在接通电源前，将开关粗调电位器的电机调速旋钮逆时针转到底，使开关“断开”，细调电位器旋钮逆时针转到底。

按电源开关接通电源，按一下“清零”键，此时主、被动电机转速显示为“0”，力矩显示为“.”，实验系统处于“自动校零”状态。

校零结束后，力矩显示为“0”。

再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”并慢慢向高速方向旋转，电机起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数，其上的数字即为当时的电机转速。

当主动电机转速达到预定转速（本实验建议预定转速为1200～1300r/min）时，停止转速调节，此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上。

3．加载

在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。

按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速（此时，只需使用细调电位器进行转速调节），使其保持在预定工作转速内，待显示基本稳定（一般LED显示器跳动2～3次即可达到稳定值），记下主、被动轮的转矩及转速值。

再按“加载”键一次，第二次加载指示灯亮，再调整主动转速（用细调电位器），仍保持在预定转速，待显示稳定后，再次记下主、被动轮的转矩及转速值。

第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮，同前次操作记录主、被动轮的转矩及转速值。

重复上述操作步骤，直至7个加载指示灯亮，记录下8组数据。

【注意】：

（1）为便于记录数据，实验台面板设置了“保持”键，每次加载数据基本稳定后，按“保持”键可使转矩、转速稳定在当时的显示值不变。

按任意键，可脱离“保持”状态。

（2）在记录下各组数据后，应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断”状态，然后将细调电位器逆时针转到底，再按“清零”键，此时显示指示灯全部熄火，机构处于关断状态。

4．改变预拉力F0大小，然后重新实验，记录数据。

5．关机

六、数据记录及处理

1.数据记录

实验中，主动轮转矩和转速、被动轮转矩和转速均要记录在表1、表2内。

【注意】：

要求每位同学至少记录两组：

一组数据反应弹性滑动现象，一组数据反应打滑现象。

表1带传动（打滑时）实验数据记录表格

表2带传动（不打滑时）实验数据记录表格

2.绘制曲线

将滑动率曲线

－

和传动率曲线

－

利用描点法分别绘制在图5中。

图5

－

、

－

曲线

【注意】：

因为实验数据为两种情况下的记录值，所以曲线的绘制，至少有4条。

3.思考

（1）主动轮圆周速度与从动轮圆周速度的关系。

（2）实验中是否观察到了打滑现象？

打滑与预拉力大小有何关系？

七、注意事项

1．打开电源之前和关闭电源之前，必须将细调开关沿逆时针旋转到底，同时将粗调开关沿逆时针方向关闭。

2．施加初实验力时，开始不能施加力过大，以便使带过度拉伸，缩短带的寿命。

3．实验开始时，必须要清零或复位实验仪，否则导致数据不准确。

4．点击加载按键时，必须掌握力量和速度，否则容易导致按键不能正确操作。

5．多组实验时，要根据第一次实验结果适当调整预拉力，以观察带弹性滑动和打滑时数据的区别。

机械设计——齿轮传动实验

一、实验目的

1．了解封闭功率流式实验台的基本构造及工作原理。

2．掌握封闭功率流方式测定齿轮传动效率的方法。

3．绘制齿轮传动效率曲线。

二、实验仪器

1．CLS-II型齿轮传动实验台；

2．CLS-II型齿轮传动实验仪；

3．砝码等。

三、实验原理

1．实验机构

CLS-II型齿轮传动实验台结构如图1所示，该实验台由定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、双万向连轴器等组成一个封闭机械系统。

1—悬挂电机2—转矩传感器3—浮动连轴器4—霍耳传感器5—定轴齿轮副

6—刚性连轴器7—悬挂齿轮箱8—砝码9—悬挂齿轮副10—扭力轴11—万向连轴器12—永久磁钢

图1CLS-II型齿轮传动实验台结构简图

电机采用外壳悬挂结构，通过浮动连轴器和齿轮相连，与电机悬臂相连的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台电测箱，在数码显示器上直接读出。

电机转速由霍耳传感器测出，同时送往电测箱中显示。

图2为CLS-II型齿轮传动实验仪正面面板控制按钮及布置。

其中输出转速和输出转矩为电机输出转速、输出转矩，也是电机对封闭流式齿轮传动系统的输入转速和输入转矩。

图2实验仪正面面板布置图

2．实验原理

本实验利用CLS-II型齿轮传动实验台，来测定齿轮传动效率。

该实验台为小型台式封闭功率流式齿轮传动实验台，采用悬挂式齿轮箱不停机加载方式。

悬挂式齿轮箱为该装置系统中的一个特殊部件，利用该部件可获得为平衡此弹性件的变形而产生的内力矩（封闭力矩），运转时，这内力矩相应作功而成为封闭功率，并在此封闭回路中按一定方向流动。

3．传动效率计算

1）封闭功率流方向的确定

由图1（b）可知，实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬挂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T9作用于齿轮9（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T9′作用于齿轮9′（其方向也为顺时针，如忽略摩擦，T9′=T9）。

当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T9与ω的方向相同，T9′与ω方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9′为从动轮，同理齿轮5′为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图1（a）所示，其大小为：

该功率的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。

电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即：

故：

单对齿轮时：

2）封闭力矩T9的确定

由图1（b）可以看出，悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9、齿轮9′就会，产生扭矩，其方向都是顺时针，对齿轮9′中心取矩，得到封闭扭矩T9（本实验台T9是所加载荷产生扭矩的一半），即：

（N·m）

其中：

W一所加砝码重力（N）；

L一加载杠杆长度L=0.3m。

四、实验步骤

1．系统联接及接通电源

接通电源前，应先将电机调速旋扭逆时针轻旋转到底（避免开机时电机突然启动），将传感器转矩信号输出线及转速信号输出线分别插入电测箱后板和实验台上相应接口上。

接通电源，打开实验仪后板上的电源开关，并按一下“清零键”，此时，输出转速显示为“0”，输出转矩显示数为“．”，系统处于“自动校零”状态；校零结束后，转矩显示为“0”。

2．加载

顺时针转动电机调速旋扭，将转速调到300~800r/min（此为实验建议转速，此时机构运转比较平稳）。

待实验台处于稳定空载运转后（若有较大振动，要按一下加载砝码吊篮或适当调节一下电机转速），在砝码吊篮上加上第一个砝码（10N），并微调转速使其始终保持在预定转速（例如400r/min）左右，待显示稳定（一般加载后转矩显示值跳动2-3次即可达稳定值）后，按一下“保持键”，使当时的转速及转矩值稳定不变，记录下第一组数据。

然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。

在吊篮上加上第二个砝码，重复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”表示实验结束。

【注意】：

在加载过程中，应始终使电机转速基本保持在预定转速左右。

3．关机

先将电机转速慢慢调速至零，然后再关闭实验台电源。

4．绘制曲线

根据所记录的8组数据，作出齿轮传动效率

曲线及电动机输出转矩

的曲线。

六、数据记录及处理

1.数据记录

实验砝码重量、电机输出转矩均要记录在表1内。

表1齿轮传动实验数据记录表格

输出转速n=r/min

加载次数

实测值

计算值

W/N

T1/（N·m）

T9/（N·m）

η

1

2

3

4

5

6

7

8

2.绘制曲线

绘制相应转速下的η-T9曲线和T1-T9曲线。

图3η-T9曲线图4T1-T9曲线

3.思考

（1）封闭功率流式齿轮实验台的工作原理。

（2）试分析转矩

和转速

对传动效率

的影响。

（3）影响传动效率的因素和提高效率的措施。

关于封闭功率流齿轮传动封闭力矩T9的计算公式

1．一对外啮合齿轮的扭矩关系

图5外啮合齿轮扭矩关系一

一对外啮合齿轮如图5所示，T9’、T9为外加扭矩（作用于轴上）。

其正确方向应如图5所示的方向，因为这是力平衡所必须的。

由图可见：

一对外啮合齿轮，其轴上的外加平衡扭矩应是同方向的。

当轮齿啮合的齿侧面改为另一侧面时，如图6所示，两轴上扭矩也改方向，但结论仍然是两轮上的外加扭矩须是同方向的。

图6外啮合齿轮扭矩关系二

当一对定轴外啮合齿轮转动时，其角速度

、

肯定是相反的。

因此

、

必然一正一负，这也正是一般所理解的一者为正功，一者为负功。

2．封闭实验台悬臂挂重的计量关系

图7实验台悬臂挂重的计量关系

如图7所示，取实验台的浮动齿轮箱为独立体，其上除了悬臂挂重W以外，两扭轴断割处作用有扭矩T9’、T9，由于本试验台传动比为1，故T9’=T9=T，根据独立体的平衡原理，外力对O1取矩，得：

即：

齿轮传动效率

曲线和电动机输出转矩

曲线参考图