封闭功率流式齿轮传动效率测定实验

实验三 封闭功率流式齿轮传动效率测定实验

（一）实验目的

1、了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理、特点和测定齿轮传动效率的方法.

2、测定齿轮传动功率和效率.

（二）试验台结构及工作原理.

1、试验台结构

图1

如图1所示,齿轮a.d 固连于刚性轴A 的两端,齿轮b 套在弹性轴B 外,齿轮C 固连于弹性轴B 的左端,电机采用外壳悬挂装置,并通过齿轮、齿条机构和传感器6获得电机输出力矩

,

其结构见图4.封闭力矩的施加通过手轮7和螺旋槽加载器5获取. 加载器件5的结构见图2 所示,加载时,转动手轮7,使端头螺杆7’旋转,推动加载器的螺母套5直线左移并通过推力轴承4,使加载套3同样左移, 加载套的左移,一方面使固定于其上的销轴滚轮组2沿固定于齿轮b 上的螺旋槽套1中的槽滑移,另一方面, 加载套3弹性轴端头上的键滑移,滑移结果使得弹性轴产生相对扭转变形,从而对齿轮产生了加载力.

加载力的情况如图例 3所示. F=轴向力(N)由加载手轮7的螺杆7’产生.

R=圆周力 β=斜槽螺旋角=15

。

r=d/2=16mm(螺旋槽套1的半径)

由图知 β

tg F

R =

则所施加的封闭力矩为

).(1000

mm N tg r

F T B ⋅⨯=

β

F 值的确定,通过传感器6的位移量转换成电量确定电机的输出力

矩:).(1000

8

.91m N T L T ⨯⨯=

式中L---电机外壳齿轮的节圆半径=51.5(mm)， T---弹簧反力（kg ）

本装置通过应用电机转角变化的机械量转换成电量的变化，再经放大整形电路直接由数

码显示、电机的输出为力矩。其结构见图4。

2、封闭加载原理

封闭功率流式齿轮试验台，主要是通过装置系统中的一个特殊部件来加载，用以获得为平衡此弹性件的变形而产生的内力矩（封闭力矩），运转时，这内力矩相应作功而成为封闭功率，并在此封闭回路中按一定方向流动。

a 与

b 和

c 与

d 为两对具有相同速比和中心距A 的圆柱齿轮传动，并如图1所示构成了一个封闭的机械系统。系统中当螺旋槽加载器不加载时处在松开的位置，此时控制箱中的转矩显示在“0000”位置。当加载时，加载套左移，使得弹性轴产生相对扭转变形－即内力矩（封闭力矩），从而对左右两对齿轮产生了加载力，各传动元件运转时相应作功，此功率在封闭系统中按一定的方向流动，并在流动过程中不断循环。在这种情况下，由于载荷已体现为系统的内力，因此电机提供的动力，主要用于克服此系统中各传动件的摩擦阻力，其能耗远远小于开式的实验装置，因而可大大减小电机容量。

3．效率的测定

先判明齿轮的主动、从动关系，以及功率的流动方向。

根据图2的加载方向，以及齿轮的啮合情况和电机的转动方向，由图5可看出，齿轮a 为主动，a 推动b ，c 推动d ，其功率按a d c b →→→方向流动。而当电动机的回转方向相反时，齿轮d 为主动，c 为从动，功率流向也相反，因而，对于封闭试验台，可以根据加载力矩的方向和电动机转向来判明齿轮是主动或从动。

图5中，①、②、③分别表示电动机的功率在循环过程中消耗于齿轮、轴承、联轴节等的损耗。

在测定及计算效率时，常将功率转化为扭矩，并取：

（1）电机的输出功率时P 1 ，完全消耗于克服封闭系统的摩擦损耗，即P 1=P 5。

(2)取两对齿轮的效率ηηηη,==--d c b a 为平均效率

当齿轮a 主动时，功率由a 流向d ，由于轮d 为封闭功率流的末端（输出端），则 :

B i P P = ---封闭功率 B i T T =

对于齿轮c.d:

c

B

c d d c T T T T ==-η 或d

c B

c T T -=

η

对于齿轮a.b:

a

b

b a T T =

-η c b T T =Θ a d c B a c a b b a T T T T T T --===

∴ηη或d

c b a B

a T T --=ηη 由于封闭功率的始端与末端的功率之差即为该系统的摩擦损耗，也就是电动机的输出功率P 1，因此从平衡电机可直接测出输出扭矩T 1，则：

B d

c b a B

d a T T T T T -=

-=--ηη1

或1

T T T B B

d c b a +=

--ηη 则平均效率为1

T T T B B

d c b a +=

=

--ηηη （当齿轮d 为主动时，功率流反向，变为a b c d →→→，齿轮a 为功率流的末端，

b a T T =,此时，封闭功率大于传出功率，则电机供给的摩擦功率为：

)1(21ηηη-=⋅-=--B c d a b B B P P P P

或)1(21η-=B T T 则B

B T T T 1

-=

η 由效率公式看出，只要能实际测出电机的输出扭矩及施加的封闭力矩即能测定该封闭传动装置的效率。

（三）实验步骤：

1、开启电源前先用手检查齿轮传动是否轻松，力矩输出电位器是否在原始位置。

2、开启电源，指示灯亮，检查数码管是否是在“0000”位置。

3、顺时针缓慢调节调速旋扭，使齿轮转速达到一适当值。（一般小于1000 rpm ）。

4、记录第一组T 1、T B 值，T 1、T B 值通过控制箱显示面板按扭得到。

5、反时针转动加载手轮7一次，施加封闭力矩后，记录第二组T 1、T B 值。

6、重复转动手轮，再记录第三组，第四组….第十组T 1、T B 值，（施加封闭力矩m ax B T 不宜过大，以免负荷过重损坏元件，一般m ax B T ＝30N.M ）

7、顺时针转动手轮卸去载荷，使转矩T B 显示码处在最小位置。 8、降低转速至齿轮停止转动，转速显示码处在“0000”值。 9、关闭电源。 10.根据1

+=

B B

T T η即可绘制出该齿轮传动的效率曲线.

11、如果时间有余，选做下列两种情况下的一种，并绘制曲线。 （1）、保持一定转速n （基本一致）改变T B ，可绘制效率曲线T B --η曲线。

（2）、在一定的T B 情况下，从低速到高速(约300rpm —1100rpm) 改变n ，可绘制n-η曲 线。

（四）注意事项

1、 由于齿轮传动敞开，务必注意安全，当心衣帽发辨轧入齿轮。

2、 调节转速时，必须缓慢进行，逐渐提高转速，以免形成冲进损坏传动元件及传感器。

3、 试验完后，须先卸载后停止转动。