带传动的弹性滑动与效率实验

实验一带传动的弹性滑动与效率实验

1 实验目的

（1）了解带传动的预紧、加载方式；

（2）了解带传动的打滑和弹性滑动的区别；

（3）了解带传动滑动系数与传动拉力、传动效率之间的关系；

（4）了解转速、转差速以及扭矩的测量原理与方法。

2 实验内容

（1）在不同负载的情况下，测量主动轮转速、主动轮转矩、被动轮转速、被动轮转矩；

（2）观察带传动的弹性滑动和打滑现象；

（3）测定滑动系数与传动拉力和传动效率之间的关系，绘制ε-F滑动曲线和η-F效率曲线图，并计算出单根三角胶带在初拉力一定时能够传递的功率。

3 实验设备和仪器

1、带传动实验机

采用DCS-Ⅱ型智能带传动实验台，该实验台系统的组成如图4所示。

图1 DCS-Ⅱ型智能带传动实验台系统的组成

主要技术参数：直流电机功率50W、主动电机调速范围0~1800转/分、额定转矩2450g·cm、电源220V/50Hz。

实验机的结构特点：

（1）机械部分

本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图5所示。其中一台作为原动机，另一台则为负载的发电机。

图2 带传动实验台

原动机是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。发电机由每按一下“加载”就并上一个负载电阻，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，既发电机的负载增大，实现了负载的改变。

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、T2迫使拉钩作用于拉力传感器，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，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分别安装在带轮背后的环槽中，由此可获得转速信号。

（2）电测系统

电测系统装在实验台电测箱内，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。实时显示带传动过程中主动轮转速、转矩和从动轮转速、转矩值。通过微机接口外接PC机，显示并打印输出带传动的滑动曲线ε-T2及效率曲线η-T2及相关数据。

电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板，面板的布置如图6所示。

图3 电测系统控制面板

4 实验原理

带传动是以带作为挠性拉曳元件并借助带与带轮间的摩擦力来传递运动或动力的一种摩擦传动。其主要特点是能缓和冲击，吸收振动，运转平稳，噪声小，结构简单，过载时将引起带在带轮上打滑，因而具有过载保护作用，能适用于中心距较大的工作条件。但带传动工作时有弹性滑动，使其传动效率降低，并造成速度损失而不能保持准确的传动比；带传动的外廓尺寸大；由于工作前需要张紧，使轴上受力较大。

1、带传动的弹性滑动和打滑现象及滑动率测定

由于带是弹性体，受力不同时变形（伸长）量不等，而带在工作时，紧边和松边的拉力不同，其拉力差及相应的变形差造成带在绕过带轮时，由于摩擦力的存在，使其在主动轮上出现轮的线速度大于带的线速度，而在从动轮上出现轮的线速度小于带的线速度的现象，这种现象称为带的弹性滑动。弹性滑动是不可避免的，是带传动的固有特性。

带的弹性滑动通常以滑动率ε来衡量，其定义为

ε = v1 - v2 /v1= (n1D1-n2D2）/ n1D1（1）式中：v1、v2 ——主、从动轮的圆周速度（m/s）；n1、n2 ——主、从动轮的转速（r/min）；D1、D2 ——主、从动轮的直径（m）。

因此，只要能测得带传动主、从动轮的转速以及带轮直径，就可以通过式（1）计算出带传动滑动率ε 。

带传动的滑动率ε一般为1~ 2%；当ε > 3%时，带传动将开始打滑。

带传动工作时，当载荷大到使弹性滑动扩展到整个带与带轮的接触弧时，带在带轮上开始全面滑动，这种现象就称为打滑。打滑时带的磨损急剧加剧，传动效率急剧下降，从动轮转速急剧降低甚至停止运动，致使传动失效。打滑对正常工作的带传动是不希望发生的，应予以避免（用作过载保护时除外）。

带传动的主要失效形式是带的磨损、疲劳破坏和打滑。带的磨损是由于带与带轮间的弹性滑动引起的，是不可避免的；带的疲劳破坏是由于带在工作中所受的交变应力引起的，其与带传动的载荷大小、工作状况、运行时间、带轮直径等因素有关，它也是不可避免的；带的打滑是由于载荷超过带的极限工作能力时而产生的，是可以避免的。

2、带的预紧力控制

带传动工作前需进行张紧，而预紧力的大小是保证带传动能否正常工作的重要条件。预紧力不足，则极限摩擦力小，传动能力低，容易发生打滑；预紧力过大，又会使带的寿命降低，轴和轴承上的压力增大。

单根V 带最合适的预紧力F 0可按下式计算

zv P K F d /)1/5.2(5000-=α （2）

式中：K a ——小带轮包角修正系数；P d ——设计功率，KW ；z ——V 带根数；m ——V 带每米长的质量，Kg/m ；v ——带速，m/s 。 5 实验步骤

（1）设置预拉力，如需试验不同预拉力F 0对传动性能的影响，可通过改变砝码8的大小来改变预拉力F 0。

（2）将实验台粗调电位器逆时针转到底，使开关断开，细调电位器也逆时针旋到底。打开实验机电源，按“清零”键，几秒钟后，数码管显示“0”，自动校零完成。

（3）顺时针转动粗调电位器，开关接通并使主动轮转速稳定在工作转速（一般取1200-1300r/min 左右），按下“加载”键再调整主动轮转速（用细调电位器），使其仍保持在工作转速范围内，待转速稳定（一般需2~3个显示周期）后，再按“加载”键，以此往复，直至实验机面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888”，表明所采数据已全部送至计算机。

（4）当实验机全部显“8888”时，计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、被动轮的转速和转矩。此时应将电机粗、细调电位器逆时针转到底，使“开关”断开。

（5）实验结束后，将实验台电机调速电位器开关关断，关闭实验机电源。 6 实验数据处理

绘制效率曲线（-T