【清华课件-机械设计基础A(3)】带传动的滑动与效率实验yasuo--自改new

带传动滑动与效率实验指导书一、实验目的1. 了解带传动中的弹性滑动及打滑现象以及与带传动承载能力的关系；2. 掌握带传动的滑动和效率的测试方法，确定带传动最合理的工作状态，探讨改善带传动性能的措施。

二、实验原理带传动的设计准则是:保证传动带在工作中不打滑,同时又有足够的疲劳强度和寿命。

传动带不出现打滑的临界条件取决于带传动的滑动与承载能力（有效拉力、扭矩或传递功率）之间的关系。

在传动条件及初拉力一定的情况下带传动的滑动与有效拉力F 之间的关系曲线如图1所示。

图中ε-F 曲线称为带传动滑动曲线，η-F 曲线为带传动效率曲线：图1带传动滑动曲线和效率曲线ε为滑动系数或称滑差率ε=%100)1(1212121⨯⨯-=-n n D D V V V （1） 式中 V 1、V 2、n 1、n 2—分别为主动轮、从动轮的线速度和转速，m/s 和r/min;D 1、D 2—分别为主动轮、从动轮的计算直径，mm 。

由图可知：滑动曲线在开始一段，滑动系数随有效拉力的增加而成线性增加，这时传动带处于弹性滑动范围内工作，属于弹性滑动区。

当拉力增加至超过某一值后，滑动系数增加很快，带处于弹性滑动与打滑同时存在的范围内工作，属于打滑区。

当拉力继续增加，带将在带轮上处于完全打滑工作状态，此时滑动系数ε近于直线上升。

为了保证传动带在工作中不打滑，又能发挥带的最大工作能力，临界条件应取在k 点，在这一临界条件下，滑动系数ε=1～2%，且传动效率η处于较高值。

三、实验装置1、 主要结构及工作原理图2为带传动实验台外观结构图。

该实验台主要由两个直流电机组成或其中一个为主动电机5，另一个为从动电机8，作发电机使用，其电枢绕组两端接上灯泡负载9，主动电机固定在一个以水平方向移动的底板1上，与发电机由一根平皮带6连接。

在与滑动底板相连的法码架上加上法码，即可拉紧皮带6。

电机锭子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器上通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。

两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测转速在面板上各自的数码管上显示。

图3为实验设备逻辑框图。

图2 带传动实验台外观结构图1、电机移动底板2、法码3、压力传感器4、弹性测力杆5、主动电动机6、平皮带7、光电测速装置（图中被遮住了）8、发电机9、灯泡负载10、机壳11、控制面板图3 实验设备逻辑框图1）扭矩和效率的测定电动机输出扭矩T1（即主动轮扭矩）和发电机负载扭矩T2（即从动轮扭矩）采用平衡法来测定。

电动机或发电机的定子外壳（即机壳）支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线任意摆动。

当主动电机启动和从动电机带负载后，由于定子磁场和电枢转子间的电磁力的相互作用，主动电动机外壳将向与转子旋转的相反方向转动，从动发电机外壳将向与转子旋转的相同方向转动，为了阻止外壳转动，它们的转动力矩分别通过固定在外壳上的压力传感器所产生的力矩来平衡。

由于作用于定子上的力矩与转子上的力矩是大小相等方向相反的，因此主动轮转矩111T F L =⨯ 从动轮转矩222T F L =⨯ 其中，1F ，2F 为主从动轮压力传感器测得的数值， 12L L ， 为两个力臂，且12120L L mm ==主从动轮转速和压力传感器产生的压力可通过面板直接读出。

2）有效拉力的计算带的有效拉力112T F D ⨯=其中1T 为主动轮转矩，1D ＝120mm 为主动轮直径 所以111122F L F F D ⨯⨯==⨯3）滑动系数和效率的计算因为12L L =，12D D =，可得 21(1)100%n n ε=-⨯2222211111P T n F n P T n F n η⨯⨯===⨯⨯ 式中： 12,P P 为主动、从动轮上的功率，12,n n 为主动、从动轮的转速。

2、主要技术参数直流电机功率为 355W 调速范围 50～1500rpm最大负载转速下降率 ≤5% 初拉力最大值为 3kg杠杆测力臂长度 L 1=L 2=120mm （L 1L 2—电动机中心至测力杆支点的长度）带轮直径 D 1=D 2=120mm实验台总重量45kg3、电气装置工作原理图4为带传动实验台面板布置图。

该仪器的转速控制由两部分组成：一部分为由脉冲宽度调制原理所设计的直流电机调速电源；另一部分为电动机和发电机各自的转速测量电路及显示电路以及各自的红外传感器电路。

调速电源能输出电动机和发电机励磁电压，还能输出电动机所需的电枢电压，调节板面上“调速”旋钮，即可获得不同的电枢电压，也就改变了电动机的转速，通过带的作用，也就同时改变了发电机的转速，使发电机输出不同的功率。

发电机的电枢端最多可并接八个40W灯泡用为负载，改变面板上A~H的开关状态，即可改变发电机的负载量。

转速测量及显示电路有左、右两组LED数码管，分别显示电动机和发电机的转速。

在单片机的程序控制下，可分别完成“复位”、“查看”和“存储”功能，以及同时完成“测量”功能。

通电后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算电动机和发电机的转速。

通电后或检测过程中，一旦发现测速显示不正常或需要重新启动测速时，可按“复位”键。

当需要存储记忆所测到的转速时，可按“存储”键，一共可存储记忆最后存储的10个数据。

如果按“查看”键，即可查看前一次存储的数据，再按可再继续向前查看。

在“存储”和“查看”操作后，如需继续测量，可按“测量”键，这样就可以同时测量电动机和发电机的转速。

图4 带传动实验台面板布置图1、电流开关2、转速调节3、电动机扭矩4、发电机扭矩5、负载功率6、电动机转速7、发电机转速8、加载装置4、电气装置技术性能1）测速部分a、测速范围：50转/分～1500转/分b、测速精度：±1转/分2）直流电动机功率：355W3）发电机负载0W、16W、32W、48W、64W、80W、96W、112W、128W、144W、160W、176W、192W、208W、224W、240W、256W、272W、288W共十九档可调。

4）工作条件a、环境温度：-10℃～＋50℃b、相对温度：≤80%c、电源：～220V±10% 50Hzd、工作场所：无强烈电磁干扰和腐蚀气体。

四、实验内容1.带传动滑动曲线和效率曲线的测量绘制：该实验装置采用压力传感器和A/D采集并转换成主动带轮和从动带轮的驱动力矩和阻力矩数据，采用角位移传感器和A/D板采集并转换成主、从动带轮的转数。

最后输入计算机进行处理作出滑动曲线和效率曲线。

使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。

2.带传动运动模拟：该实验装置配置的计算机软件，在输入实测主、从动带轮的转数后，通过数模计算作出带传动运动模拟，观察带传动的弹性滑动和打滑现象。

五、实验步骤1.打开计算机，单击“带传动”图标，进入带传动的封面。

单击左键，进入带传动实验说明界面。

2.按操作规程缓慢启动实验台的电动机，将转速调至n=1000转，待带传动运转平稳后，可进行带传动实验。

3.在带传动实验说明界面下方单击“实验”键，进入带传动实验分析界面。

4.确定带的初拉力2F0值。

根据初拉力的大小决定法码14（图2）的重量，将传动带张紧（注意记录实验台机主要参数如带型号、D1、D2、L1、L2……等）。

5.检查调速旋纽，确保其初始状态为速度最小处。

6.在空载状态下，单击“稳定测试”，记录下带传动初始值。

7.通过测试界面的“加载”按钮逐级改变发电机负载，转速稳定后，依次记录各级负载下的n1 、n2、T1、T2、值，同时单击“稳定测试”，稳定记录带传动的实测结果。

8.依次做到带在带轮上接近打滑时为止（滑动率ε约为10%即可），单击“实测曲线”键，显示带传动滑动曲线和效率曲线。

停止试验，卸去负载。

测得的数据应不少于6～8点。

9.增大初拉力，重复上述步骤，做出另一组试验数据。

10.在带传动实验分析界面下方单击“运动模拟”键，可观察带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。

11.要打印带传动滑动曲线和效率曲线。

在该界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出带传动滑动曲线和效率曲线。

12.如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。

六、实验操作注意事项1、通电前的准备a. 面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低）位置，连接地线。

b. 加上一定的法码使带张紧。

c. 断开发电机所有负载。

2、通电后，电动机和发电机转速显示的四位数码管亮。

3、调节调速旋钮，使电动机和发电机有一定的转速，测速电路可同时测出它们的转速。

4、此后即可按实验指导书的要求操作。

七、思考题1.传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因是什么？2.当D1≠D2时，打滑发生在哪个轮上？3.带传动的初拉力大小对传动能力有何影响？最优初拉力的确定与什么因素有关？影响带传动能力还有哪些因素？4.带传动的效率如何测得？有哪些因素会产生实验误差？试解释传动效率为什么随有效拉力的增加而增加，到达最大值后又下降？。