机械设计实验

7.3带传动实验

7.3.1实验目的

1.通过实验观察弹性滑动现象和过载后的打滑现象；

2.测试带传动过程中的负载变化规律，绘出皮带的滑动曲线和效率曲线；

3.掌握悬架电机测定转矩的方法。

7.3.2实验设备

DCSII 型带传动实验台和微型计算机（486 以上）

7.3.3实验原理

1.机械结构

1. 从动电动机

2. 从动带轮

3. 传动带

4. 主动带轮

5. 主动电动机

6. 牵引线

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

图7-2 带传动实验台机械结构本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图7-2 所示。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，每按一下加载按键，即并上了一个负载电阻，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，实现了负载的改变。

两台电机均为悬挂支撑，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，传感器输出电信号正比于T1、T2 的原始

信号。

原电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（红外线光电传感器）分别安装在带轮背后的环形槽中，由此可获得必需的转速信号。

微计算机

图 7-3 实验台电子系统框图

7.3.4 实验步骤： CRT 显示 打印

1. 根据要求加一预拉力，加减砝码。

2. 打开实验台电源，按一下清零，此时，主被动电机转速显示为 0，力矩显示为

“.”，

当力矩显示为 “ 0时”，调节调速按钮，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速， 使主动轮转速达到预定转速 1200～ 1300r/min 时，停止转速调节。

3. 启动“带传动实验系统”程序。首先选择 1，执行菜单命令 “数据采集 ”，开始采集

实验数据。

4. 按“加载 ”一下，调节主动转速，使其在要求范围内，待转速稳定（一般需 2～ 3 个 显示周期）后，再按 “加载 ”，如此往复，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。

5. 如果数据采集正常， 计算机屏幕将显示所采集的数据， 否则需要重新进行数据采集。 将所采集的实验数据记录下来。

6. 在计算机上选择菜单中的数据分析功能， 将显示本实验的曲线和数据。 可以进行不 同的数据拟合。

7. 实验结束后，将实验台电机调速电位器关断，关闭实验机构的电源。

2. 电子系统

电子系统的结构框图如7-3 所示。

主、被动轮转矩显示 主、被动轮转速显示 微机接口

输出接口 单

片

微

计算

机 带传动机构

图 7-5

带传动实验台操作面板

7.3.5 实验台主要技术参数

1. 直流电机功率： 2 台×50W

2. 主电机调速范围： 0～ 1800r ／

min

3. 额定转矩： T ＝ 0.24N.M ＝

2450g.cm

实验台操作面板布置如图 7-5 所示。

图 7-4 程序界

7.4齿轮传动效率的测定实验

7.4.1实验目的：

1.了解封闭功率流式齿轮实验台的结构特点和实验基本原理；

2.掌握齿轮传动效率的测定方法。

7.4.2实验设备

CHT 型封闭功率流式齿轮试验台

7.4.3实验原理：

1.封闭功率流式齿轮实验台结构原理及加载方法。

根据功率流的传递和加载方法的不同，齿轮实验装置通常可分为“开放功率流式”和“封闭功率流式”两大类。所谓“封闭式”，主要是将实验装置设计成一个封闭的机械系统，它不需要外加的加载设备，而是通过系统中的一个特殊部件来加载，用以获得为平衡此系统中弹性件的变形而产生的内力矩（封闭力矩）。运转时，这些内力矩相应做功而成为封闭功率，并在此封闭回路中按一定方向流动。如图7-6 所示。

图中1 为实验台的动力源——交流平衡电机，此电机通过两个滚动轴承座，将整个电机悬挂起来，定子可以绕转子轴3600回转。2 和4 为结构尺寸完全相同的两个齿轮传动箱，分别装入a、b 和c、d 两对相同的齿轮。齿数满足Z a＝Z c，Z b＝Z d的条件；3 为加载用的特殊部件；5 为弹性轴。五个部件通过联轴节组成一个封闭的机械系统。加载装置为封闭式齿轮实验台的重要组成部分，具体结构形式很多。本实验台采用“轴移式斜面加载”。无论怎样改变结构形式，实质就是通过某种手段使齿轮啮合处工作齿面之间相互挤压，产生不同的负载。图7-7 为轴移式斜面加载器的结构原理图。图中1 为套筒，一端开有螺旋槽通孔，另一端开有长方形槽通孔，通过两端带有滚子的拨销轴 2 和3，将轴4 和

5 联结起来。若使套筒1 在力F 的作用下有一轴向位移，则套筒通过螺旋槽面对销轴两端的滚子施加了一个力矩的作用，此力矩通过拨销轴作用在轴4 上，使轴4 和5 产生扭转角位移，从而使弹性轴产生扭转变形，使两对齿轮在啮合处受到了载荷。引起套筒轴向移动的力F 是靠砝码实现的。改变轴向力F 的大小，就可改变弹性轴的扭转变形量的大小，从而也就

改变了齿轮上载荷的大小。

图 7-6 齿轮实验台简图 轴移式斜面加载器最大特点就是

可以在运行当中改变载荷的大小， 给实验带来了方便， 无论是在系统静止时还是系统运转时， 都可以根据需要任意改变载荷的大小。 在这种情况下， 由于载荷已体现为封闭系统的内力， 因此， 电动机所提供的动力， 主要是用于克服系统中各 传动件的摩擦阻力， 其能量损耗相应比较小， 因而可以大大地减小电动机的容量。 封闭式实 验台的这种优点，对于需要大批量、长时间、重载荷的齿轮试验显得尤为重要。

根据图 7-7 所示的加载器结构尺寸，可以计算出加载器作用在系统中的扭矩 M B 。

式中： G －砝码重量（ kg ）

d －拨销轴滚子作用直径（ mm ），本实验台 d ＝ 43mm

－螺旋角（度） ＝11.14 （°实验台编号 886）

＝ 15°（实验台编号 881）

2. 效率的测定和计算

效率 是评定齿轮传动质量的重要指标。齿轮效率测定一般是指齿轮箱的效率测 定，

其中包括轴承损耗、搅油损耗等，单纯的齿轮副效率测定是比较困难的。

效率 是输出功率 N 出和输入功率 N 入之比

N 出 N 入 - N 耗

N 入 N 入

对于封闭式齿轮试验装置， 在测定效率时， 需要首先判明齿轮的主动和从动关系， 以及 功率的流动方向。 根据图 7-6 所示，当加载器在砝码的作用力 F 的作用下产生向右的位移时， 齿轮 1 受到一力矩载荷 M B ，其方向为 B 向逆时针，但由于在系统中 b 齿轮的啮合阻力， a 齿轮的齿面受力为 B 向顺时针， 由于电机的转向也是 B 向顺时针， 所以， a 齿轮的受力方向 和转动方向是一致的。根据齿轮的受力分析，从动齿轮切向力方向和转动方向相同，所以 a 齿轮是从动齿轮。 那么与 a 齿轮同轴的 c 齿轮即为主动齿轮，

所以功率流的方向就

M B

G d 9.8 1000tg 43 9.8 1000 tg11.14 2.14G Nm

图 7-7 轴移式斜面加载器结构