带传动的滑动率和效率测定的实验方案设计

带传动的滑动率和效率测定的实验方案设计

一、实验目的

1．深入了解带传动的原理以及传动摩擦和滑动时候的相关问题。

2．深入了解、掌握机械带传动效率及滑动率测量方法及原理，了解测量过程所使用的仪器、仪表以及传感器的工作原理。

3．观察带传动的弹性滑动和打滑现象，加深对带传动工作原理和设计准则的理解。

4．通过对滑动曲线（ε—F曲线）和效率曲线（η—F曲线）的测定和分析，深刻认识带传动特性、承载能力、效率及其影响因素。

二、实验的理论依据

由于带是弹性体，受力不同的时候伸长量不等，使带传动发生弹性滑动现象。在带绕带轮滑动传动时候，带的压力由F1 下降到F2所以带的弹性变形也要相应减小，亦即带在逐渐缩短，带的速度要落后于带轮，因此两者之间必然发生相对滑动。同样的现象也发生在从动轮上，但是情况恰好相反。带从松边转到紧边时，带所受到的拉力逐渐增加，带的弹性变形量也随之增大，带微微向前伸长，带的运动超前于带轮。带与带轮间同样也发生相对滑动。

其中：带收到的张紧力F0，紧边拉力F1，松边拉力F2。

则：有效拉力F=F1- F2等于带沿带轮的接触弧上摩擦力的总和F f

带传动中滑动的程度用滑动率表示，其表达式为

%100)1(1

12

2121⨯-=-=n D n D v v v ε

式中 v 1、v 2——分别为主动轮、从动轮的圆周速度，单位：m/s ；

n 1、n 2——分别为主动轮、从动轮的转速，r/min ； D 1、D 2——分别为主动轮、从动轮的直径，mm 。

如图2-1所示，带传动的滑动（曲线1）随着带的有效拉力F 的增大而增大，表示这种关系的曲线称为滑动曲线。当有效拉力F 小于临界点F '点时，滑动率与有效拉力F 成线性关系，带处于弹性滑动工作状态；当有效拉力F 超过临界点F '点以后，滑动率急剧上升，带处于弹性滑动与打滑同时存在的工作状态。当有效拉力等

于F max 时，滑动率近于直线上升，带处于完全打滑的工作状态。图中曲线2为带传动的效率曲线，即表示带传动效率η与有效拉力F 之间关系的曲线。当有效拉力增加时，传动效率逐渐提高，当有效拉力F 超过临界点F '点以后，传动效率急剧下降。

带传动最合理的状态，应使有效拉力F 等于或稍小于临界点F '，这时带传动的效率最高，滑动率ε =1% ~ 2%，并且还有余力负担短时间（如启动时）的过载。

三、实验台的结构与工作原理

本实验的设备是PC —A 型带传动实验台。该实验

台由主机和测量系统两大部分组成，如图2-2所示。

1-滑动曲线 2-效率曲线 图2-1 带传动的滑动曲线和效率曲线

1． 主机

主机主要由两台直流电机组成，其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机，原动机由直流调速电路供给电枢以不同的端电压，可实现无级调速。主、从带轮分别装在原动机和发电机的转子轴上，实验用的平带套在两带轮上。

带传动的加载装置是在直流发电机的输出电路上，并联了八个40瓦的灯泡作负载。每按一下“加载”按键，即并上一个负载电阻（减小了总电阻），由于发电机的输出功率为P =V 2/R , 因此并联负载电阻后使得发电机负载增加，电枢电流增大，电磁转矩增大，即发电机的负载转矩的增大，实现了改变带传动输出转矩的作用,即带的受力增大，两边拉力差也增大，带

图2-2 PC —A 型实验台

⒈ 电机滑动底板 ⒉ 砝码 ⒊ 百分表 ⒋ 测力杆及测力装置 ⒌ 电动机及主动带轮 ⒍ 平带 ⒎ 光电测速装置 ⒏ 发电机及从动带轮 ⒐ 负载灯泡 ⒑ 负载开关 ⒒电源开关 ⒓ 调速开关 3 4 5 6 7 8 9

的弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑，当负载继续增加时则完全打滑。

原动机装在滑动底板上，可沿底板滑动，与牵引钢丝绳、定滑轮和砝码2一起组成带传动的预紧力形成机构。通过改变砝码的质量，使钢丝绳拉动滑动底板，即可设定带传动的预紧力。 2．

测量系统

1. 电测模块-------是由发光二极管、光敏电阻、光敏三机管安装于二者之间的遮光板测量转速的，发光二级管发出红外线，通过安装与电动机主轴的遮光板（遮光板再同一半径上均匀的打出了许多小孔），是光敏三极管感受到脉冲光信号，并将其转换成脉冲电信号，经电路处理为标准的转速显示于LED 上。

带轮转动时，就可在数码管上直接读出主动带轮转速n 1和从动轮转速n 2。因带轮直径D 1＝D 2，可以得出滑动率ε 的计算公式 %100)1(1

2

11122121⨯-=-=-=

n n n n D n D v v v ε 2. 电控模块-----将220V 、50Hz 的市电流整流成直流电，经电位器调压调节电动机的转速。

3. 负载-----电动机为从动轮的负载，灯泡为发电机的负载。负载的大小（接通灯泡的数量）由按钮开关控制。

4. 扭矩的测量------测量方法为平衡电机法。有电机工作原理可知，定子与转子之间有一对互为反作用的扭矩，所以定子转矩大小即为转子转矩的大小。电机通过轴承由一对支架支撑，电机扭臂固定于电机钉子上，在扭臂的端部有一触头，作用于力传感器上，有公式 M=FL

可以得到电机的扭矩。

主动轮上的扭矩： T 1 = F 1L 1 (Nmm) 从动轮上的扭矩： T 2 = F 2L 2 (Nmm)

式中21F F ，为主从动轮压力传感器测得的数值，可通过面板直接读出

L 1、 L 2——测力计的力臂，L 1= L 2= ? mm 。

测得不同负载下主动轮的转速n 1和从动轮的转速n 2以及主动轮的转矩T 1和从动轮的转矩T 2后，带传动效率可由3式确定。

112

21

2n T n T P P ==

η （3）

带传动的有效拉力可近似由下面的公式计算

1

1

2D T F =

（4）

式中 P 1、P 2——为带传动的输入、输出功率；

T 1、T 2——为带传动的输入、输出转矩。

以有效拉力F 为横坐标，分别以不同载荷下的ε 和η之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，如图2-1所示。