实验三：齿轮传动

机械设计

实验二、齿轮传动

一、实验目的

1．了解封闭功率流式齿轮实验台的基本原理、特点及测定齿轮传动的效率的方法。 2．通过改变封闭功率流式齿轮实验台的载荷，测出不同载荷下的传动效率和功率。

二、实验系统

1．实验系统组成

图1实验系统框图

如图1所示，实验系统由如下设备组成： （1） CLS-II型齿轮传动实验台 （2） CLS-II型齿轮传动实验仪 （3） 工控计算机 （4） 打印机

2．设备主要技术参数

（1）试验齿轮模型 m=2

（2）齿数 Z4=Z3=Z2=Z1=38 （3）中心距 A=76mm （4）速此 i=1

（5）直流电机额定功率 P＝200w

（6）直流电机转速 n＝50~1200r/m （7）最大封闭扭矩 TB＝15Nm （8）最大封闭功率 PB＝1.5Kw 3．实验台结构

试验台的结构如图2所示，由定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、双万向联轴器等组成一个封闭机械传动系统。

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图2 齿轮实验台结构简图

1.悬挂电机 2.转矩传感器 3.浮动联轴器 4.转速（霍耳）传感器 5.定轴齿轮副 6.刚性联轴器 7.悬挂齿轮箱 8.砝码 9.悬挂齿轮副 10.万向联轴器 11.脉冲发生器（永久磁钢）

电机采用外壳悬挂 结构，通过浮动联轴器和齿轮轴相联， 与电机悬臂相连的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台电控箱，在数码显示器上直接读出。电机转速由测速传感器 4 测出，同时送往电控箱中显示。 4．效率计算

由图 2(b)可知，试验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后(通常加载砝码是 0.5kg 以上)， 悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩 T9 作用于齿轮 9（其方向为顺时针） ，万向节轴也有一力矩T9'作用于齿轮9'， （其方向也为顺时针， 如忽略摩擦， T9'＝ T9） 。当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T9 与ω方向相反，故这时齿轮 9 为主动轮，齿轮 9'为从动轮，同理齿轮 5 '为主动轮，齿轮 5 为从动轮，封闭功率流 方向如图2（a）所示，其大小为：

T9 n9P9 P9/

9550

（KW）

该功率流的大小决定加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电机。电机提供的功率仅为封闭传动中的损耗功率，即

P1 P9 P9 总

故

总

单对齿轮

P9 P1T9 T1

P9T9

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T9 T1

T9

η总为总效率，若η总=95％，则封闭加载的功率仅为开式加载功率的1／20，是一种节能高效的实验方法。 （2）封闭力矩T9的确定

由图2(b)可以看出，当悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9、齿轮9，就会产生扭矩，其方向都为顺时针。对齿轮9中心取矩，可得出封闭扭矩T9(本实验台T9为所加载荷产生扭矩的一半)，即：

WL

T9 N mm）

2

式中： W--所加砝码的重量(N) L一加载杠杆的长度 L=0．3m

平均效率为：（本实验台电机为顺时针）

总

T9 T1

T9

WL

T12

L2

T1-电动机输出转矩（电测箱输出转矩显示值）

5．实验仪正面面板布置及背板布置如图3、图4所示。实验仪内部系统框图参考图

1.

图3 面板布置图

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图4 电测箱后板布置图

1、调零电位器 2、转矩增益调节电位器 3、力矩输出接口 4、接地端子 5、转速输入接口 6、转矩输入接口 7、RS-232接口 8、电源开关 9、 电源插座

三、实验操作步骤

（1）系统联接及接通电源

在接通电源前，应首先将电机调速旋钮逆时针转至最低速“0速”位将实验台上的转矩信号输出线(较粗信号线)及转速信号输出线分别插入电控箱后板 的相应输入插口上，然后按电源开关接通电源。 打开试验仪面板上的电源开关， 并按一下“清零鍵”。此时，输出转速显示为“0”，输出转矩显示数“.”，实验系统处于 自动校零 状态。校零结束后（约需5秒），转矩显示为“0”。

（2）转矩零点及放大倍数调整（实验前已调整好此处不作详细介绍）

（3）加载

为保证加载过程中机构运转比较平稳，建议先将电机转速调低。一般实验转速调到300-800转/分为宜。待实验台处于稳定空载运转后(若有较大振动，要按一下加载法码吊篮或适当调节一下电机转速)，在法码吊篮上加上第一个法码。观察输出转速及转矩值，待显示稳定(一般加载后转矩显示值跳动 2-3 次即可达稳定值)后，按一下“保持鍵”， 使当时的转速及转矩值稳定不变， 记录下该组数值。 然后按一下 “加载鍵” ，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。

在吊篮上加上第二个法码，重复上述操作，直至加上八个法码，八个加载指示灯亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”表示实验结束。

根据所记录下的八组数据便可作出齿轮传动效率η―T9曲线及T1—T9曲线。 注意：加载过程中，应始终使电机转速基本保持在预定转速左右。在记录下各组数据后，应先将电机调速至零，然后再关闭实验台电源。

四、实验报告要求

1．实验预习相关内容 2．实验设备与实验条件 3．实验数据记录 1）．计算公式 T9 n9

P9 (kW)

9550封闭功率

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P9T P9 总P9P 1P电机输出功率19 T1 T9T T9总效率 91

9

效率 WL

T9 N m)

2封闭扭矩

T

4．绘制曲线

1）T1—T9曲线 2）T9—η曲线 5．思考题

1）分析影响齿轮传动效率的主要因素？