齿轮传动效率测试试验台设计说明书

齿轮传动效率测试试验台设计说明书

齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。 当输入功率为P1，输出功率为P2时，则齿轮传动效率η可写为

12221121///P P T n T n T iT η===

式中：1T 、2T ——分别为输入轴和输出轴的转矩；

1n 、2n ——分别为输入轴和输出轴的转速； i ——传动比，12/i n n =

利用测试手段，通过测量齿轮试验箱的输入和输出轴的转矩和转速，即可由上式迅速确

定齿轮的传动效率。

一：测定效率的方式：开放功率流式和封闭功率流式

①开放功率流式：借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。一般测试对象的功率减小时多采用此种形式。

优点：与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便。 缺点：动力消耗大，对于需作较长时间实验的场合（如疲劳试验），耗费能量尤其严重。 ②封闭功率流式：采用输出功率反馈给输入从而形成功率流封闭。一般测试对象的功率较大时或需作长时间试验时多采用此种形式。

优点：电源只提供齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可大大地减小功耗。 缺点：试验台的控制复杂，价格较高。

鉴于在学生实验中一般都是小功率，而且不需长时间试验，所以选择开放功率流式测定效率。

二：实验系统的技术参数

1、齿轮箱的长度：400～600mm

2、齿轮箱的宽度：200～400mm

3、齿轮箱的高度：300～400mm

4、转速调节范围：0～1440r/min

5、传动比：2～20

6、功率条件范围：0～4kw

7、扭矩测量范围：0～500N·m

动力源测试对象负载

三：动力源

①直流电动机：将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。

特点：

1.调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

2.起动力矩大，可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均

匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。

②交流电动机：用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。交流电动机由定子和转子组成，并且定子和转子是采用同一电源，所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。

交流电机（不管是同步还是异步）的转速都受电源频率的制约。因此,交流电机的调速比较困难,最好的办法是改变电源的频率，而以往要改变电源频率是比较复杂的。

③汽油机：以汽油为燃料,采用电点火,转速一般在3000～6000转／分，甚至高达每分万转。功率由几百瓦至几百千瓦。在农林方面广泛用作采茶机、割草机、机锄、喷药机、割灌机、机锯等的动力；在交通方面用作摩托车、汽车、小艇的动力。此外，用于通信和电影放映机的小型发电机组，采矿用凿岩机、建筑用打夯机等，无不以小型汽油机作动力。

④柴油机：以柴油为燃料，利用压缩热自燃，转速一般在百余转至五、六千转每分，功率由几千瓦至数万千瓦。广泛用作汽车、拖拉机、坦克、船舶、军舰、机车、发电机组、物料搬运机械、土方机械等的动力。

从上面的介绍可以看出，汽油机和柴油机虽然用途广泛，但是对于本实验台来说，动力过于强劲，且调速不便。本实验台所测试的减速器，其设计时选用电机带动，电机额定功率为4kw，满载转速1440转/分。根据本实验简单易行的原则，应该尽量使实验的环境与减速器实际工作环境保持一致，以便使测得的数据实际有效。故选用减速器设计时的电机——Y 系列Y112M-4一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，额定功率为4kw，满载转速1440转/分。

减速器电动机选用Y112M—4

同步转速：1500r/min，满载转速为1440r/min

四：转速转矩测量

转矩测量技术包括两方面：一是传感器，二是测试系统。

轴名

电动机轴工作轴

参数

转速n(r/min) 1440 76.39

功率P(kW) 3.44 3.06

转矩T(N·m) 22.81 382.55

⑴转矩传感器主要有两大类：第一类是以应变片作为敏感元件的传感器。它在转轴或与转轴串联的弹性轴上安装4片应变片，应变片连接成惠登斯桥，转矩使轴的微小变形引

起应变片阻值发生变化，桥输出信号与转矩成比例。第二类是通过磁电感应获取信号的磁（齿）栅式传感器。这类传感器输出信号的本质是角位移信号，需对信号进行组合处理才能得到转矩信息。它是非接触式传感器，无磨损，无摩擦，是目前应用最广泛的转矩传感器。

转速传感器，将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转）、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。

转矩传感器，利用扭轴把转矩转换成扭应力或扭转角，再转换成与转矩成一定关系的电信号的传感器。扭轴的形式有实心轴、空心轴、矩形轴等。按照作用原理不同，扭应力式转矩传感器可分为电阻应变式和压磁式两种；扭转角式转矩传感器可分为振弦式、光电式和相位差式三种。