齒輪傳動效率測試試驗臺設(shè)計說明書

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1、 齒輪傳動效率測試試驗臺設(shè)計說明書 齒輪傳動的效率即指一對齒輪的從動輪（軸）輸出功率與主動輪（軸）輸入功率之比。 當(dāng)輸入功率為 P1，輸出功率為 P2 時，則齒輪傳動效率 可寫為 P / P 1 2  T n22  / T n11  T2  / iT1 式中：  T1 、 T2 ——分別為輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)矩； n1 、 n2 ——分別為輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速； i ——傳動比，  i 

2、 n1 / n2 利用測試手段， 通過測量齒輪試驗箱的輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，定齒輪的傳動效率。  即可由上式迅速確 一：測定效率的方式 ：開放功率流式和封閉功率流式 ①開放功率流式：借助一個加載裝置 （機械制動器、電磁測功器或磁粉制動器）來消耗齒輪傳動所傳遞的能量。一般測試對象的功率減小時多采用此種形式。 優(yōu)點：與實際工作情況一致，簡單易行，實驗裝置安裝方便。 缺點： 動力消耗大， 對于需作較長時間實驗的場合 （如疲勞試驗） ，耗費能量尤其嚴(yán)重。 ②封閉功率流式：采用輸出功率反饋給輸入從而形成功率流封閉。一般測試對象的功

3、 率較大時或需作長時間試驗時多采用此種形式。 優(yōu)點：電源只提供齒輪傳動中摩擦阻力所消耗的功率，可大大地減小功耗。 缺點：試驗臺的控制復(fù)雜，價格較高。 鑒于在學(xué)生實驗中一般都是小功率， 而且不需長時間試驗， 所以選擇開放功率流式測定效率。 二：實驗系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù) 1、 齒輪箱的長度： 400 ～ 600mm 2、 齒輪箱的寬度： 20

4、0 ～ 400mm 3、 齒輪箱的高度： 300 ～ 400mm 4、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍： 0～ 1440r/min 5、 傳動比： 2～ 20 6、 功率條件范圍： 0～ 4kw 7、 扭矩測量范圍： 0～ 500N m 動力源 測試對象 負(fù)載 三：動力源 ① 直流電動機：將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機定子提供磁場，直流電 源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。 特點： 1.調(diào)速性能好。所謂 “調(diào)速性能 ”，是指電動機在一定負(fù)載的

5、條件下，根據(jù)需要，人為地 改變電動機的轉(zhuǎn)速。 直流電動機可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、 平滑的無級調(diào)速，而且調(diào) 速范圍較寬。 2.起動力矩大，可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均 勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖 動。 ②交流電動機： 用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械。 交流電動機由定子和轉(zhuǎn)子 組成， 并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源， 所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的， 即 線圈中的電流方向變了， 同時電磁鐵中的電流方向也變， 根據(jù)左

6、手定則， 線圈所受磁力方向 不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。 交流電機（不管是同步還是異步）的轉(zhuǎn)速都受電源頻率的制約。因此 , 交流電機的調(diào)速 比較困難 ,最好的辦法是改變電源的頻率，而以往要改變電源頻率是比較復(fù)雜的。 ③汽油機：以汽油為燃料 ,采用電點火 ,轉(zhuǎn)速一般在 3000 ～ 6000 轉(zhuǎn)／分，甚至高達(dá)每分萬轉(zhuǎn)。功率由幾百瓦至幾百千瓦。在農(nóng)林方面廣泛用作采茶機、割草機、機鋤、噴藥機、割 灌機、機鋸等的動力；在交通方面用作摩托車、汽車、小艇的動力。此外，用于通信和電影放映機的小型發(fā)電機組，采礦用鑿巖機、建筑用打夯機等，無不以小型汽油機作動力。

7、④柴油機：以柴油為燃料，利用壓縮熱自燃，轉(zhuǎn)速一般在百余轉(zhuǎn)至五、六千轉(zhuǎn)每分，功率由幾千瓦至數(shù)萬千瓦。廣泛用作汽車、拖拉機、坦克、船舶、軍艦、機車、發(fā)電機組、物料搬運機械、土方機械等的動力。 從上面的介紹可以看出， 汽油機和柴油機雖然用途廣泛， 但是對于本實驗臺來說， 動力過于強勁， 且調(diào)速不便。 本實驗臺所測試的減速器，其設(shè)計時選用電機帶動，電機額定功率 為 4kw ，滿載轉(zhuǎn)速 1440 轉(zhuǎn) /分。根據(jù)本實驗簡單易行的原則， 應(yīng)該盡量使實驗的環(huán)境與減速 器實際工作環(huán)境保持一致，以便使測得的數(shù)據(jù)實際有效。故選用減速器設(shè)計時的電機——Y 系列 Y112M-4 一

8、般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機， 額定功率為 4kw ，滿載轉(zhuǎn)速 1440 轉(zhuǎn)/ 分。 減速器電動機選用 Y112M—4 同步轉(zhuǎn)速： 1500r/min ，滿載轉(zhuǎn)速為 1440r/min 四：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量 轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)包括兩方面：一是傳

9、感器，二是測試系統(tǒng)。 軸名 電動機軸 工作軸 參數(shù) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 1440 76.39 功率 P(kW) 3.44 3.06 轉(zhuǎn)矩 T(N m) 22.81 382.55 ⑴轉(zhuǎn)矩傳感器主要有兩大類：第一類是以應(yīng)變片作為敏感元件的傳感器。它在轉(zhuǎn)軸或 與轉(zhuǎn)軸串聯(lián)的彈性軸上安裝 4 片應(yīng)變片，應(yīng)變片連接成惠登斯橋，轉(zhuǎn)矩使軸的微小變形引 起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，橋輸出信號與轉(zhuǎn)矩成比例。第二類是通過磁電感應(yīng)獲取信號的磁 （齒） 柵式傳感器。 這類傳感器輸出信號的本質(zhì)是角位移信號， 需對信號進(jìn)行組合處

10、理才能 得到轉(zhuǎn)矩信息。它是非接觸式傳感器，無磨損，無摩擦，是目前應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)矩傳感器。 轉(zhuǎn)速傳感器， 將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。 轉(zhuǎn)速傳感器屬于間接式測量 裝置，可用機械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分 為模擬式和數(shù)字式兩種。前者的輸出信號值是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù) ,后者的輸出信號頻率與轉(zhuǎn)速 成正比 ,或其信號峰值間隔與轉(zhuǎn)速成反比。轉(zhuǎn)速傳感器的種類繁多、應(yīng)用極廣，其原因是在 自動控制系統(tǒng)和自動化儀表中大量使用各種電機，在不少場合下對低速（如每小時一轉(zhuǎn)以 下）、高速（如每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)） 、穩(wěn)速（如誤差僅為萬分之

11、幾）和瞬時速度的精確測量有嚴(yán) 格的要求。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式以及測速發(fā)電機等。 轉(zhuǎn)矩傳感器， 利用扭軸把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成扭應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)角， 再轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)矩成一定關(guān)系的電 信號的傳感器。扭軸的形式有實心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同，扭應(yīng)力式轉(zhuǎn) 矩傳感器可分為電阻應(yīng)變式和壓磁式兩種； 扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為振弦式、 光電式和相 位差式三種。 所以可以選擇 兩個額

12、定轉(zhuǎn)矩為 500N m 的 JC 型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 。 ⑵測試系統(tǒng)的傳感器都是齒柵式轉(zhuǎn)矩傳感器。主要分為數(shù)字式、單片微機型、通用微 機型三種。數(shù)字式是采用中小規(guī)模集成電路和組合邏輯設(shè)計硬件系統(tǒng)， 這是早期的測試系統(tǒng)， 缺點是儀器系統(tǒng)可靠性差，功能單一，操作復(fù)雜，體積龐大。單片微機型采用單片微機采集 與處理數(shù)據(jù)， 體積小、 性能高， 但是儀器的分析能力弱。 通用微機型利用單片微機采集數(shù)據(jù)， 再把數(shù)據(jù)送到通用微機上進(jìn)行離線的數(shù)據(jù)分析與處理。本實驗中只需要測定 2 個數(shù)據(jù)，不 需要分析，故選用單片微機型的測試系統(tǒng)，具體型號可以選用

13、上海良表儀器儀表有限責(zé)任 公司（原上海第二電表廠）的 ZJYW —1 型。 五：負(fù)載 ①機械制動器： 由耐熱、 抗磨性能好的制動塊及其固定與移動機構(gòu)組成的， 能對水輪發(fā) 電機轉(zhuǎn)子進(jìn)行摩擦制動的裝置。 ②測功器： 測量機械的輸出扭矩或驅(qū)動扭矩的裝置。 如果同時測得機械的轉(zhuǎn)速， 還可算 出機械的輸出功率或驅(qū)動功率。 測功器主要用來測定發(fā)電機、 電動機、 內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C和 泵等機械的軸功率特性。 有些測功器既可吸收被測機械的機械能而測定其輸出功率， 又可放 出能量測定機械的驅(qū)動功率。 ③磁粉制動器： 制動部件與運動部件借助于

14、磁粉間的電磁吸力形成的磁粉鏈， 同工作面 之間的摩擦力產(chǎn)生制動功能的制動器。其具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系的特點。 在同滑差無關(guān)的情況下能夠傳遞一定的轉(zhuǎn)矩， 具有響應(yīng)速度快、 結(jié)構(gòu)簡單、 無污染、 無噪音、 無沖擊振動節(jié)約能源等優(yōu)點。 是一種多用途、 性能優(yōu)越的自動控制元件。 現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于 造紙、印刷、 塑料、橡膠、紡織、印染、電線電纜、冶金、壓片機以及其他有關(guān)卷取加工行業(yè)中的放卷和收卷張力控制。 機座式磁粉制動器： CF—50

15、 六：聯(lián)軸器 輸入端輸入轉(zhuǎn)矩為 22.85Nm，故選用 LT3 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，主動端為 Z 型軸孔， C型鍵槽，從動端 J 型軸孔， B 型鍵槽，其許用轉(zhuǎn)矩為 31.5Nm 輸出端輸出轉(zhuǎn)矩為 382.55Nm，故選用 HL3 型彈性柱銷聯(lián)軸器，主動端為 Y 型軸孔，其許用轉(zhuǎn)矩為 630Nm