实验三带传动及齿轮传动效率实验
一、实验目的
1、观察带传动弹性滑动与打滑现象；
2、了解带的初拉力、带速等参数的改变对带传动能力的影响；
3、掌握摆动式电机的转矩、扭矩、转速差及带传动效率的基本测量方法。
4、了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理、特点及测定齿轮传动效率的方法。
5、通过改变载荷，测出不同载荷下的传动效率和功率。
二、实验内容
1、测定不同初拉力下实验带的弹性滑动曲线（ε-F曲线）和效率曲线（η-F曲线）。
2、测定齿轮传动效率，输出T1-T9 关系曲线及η-T9 曲线。
其中：T1 为轮系输入扭矩（即电机输出扭矩）；T9为封闭扭矩（即载荷扭矩）；η为齿轮传动效率。
三、实验仪器
DCSⅡ型带传动测试系统
CLS－II型齿轮传动效率测试系统
四、实验原理
1、带传动测试系统原理
（1）调速和加载
主动电机的直流电源由可控硅整流装置供给，转动电位器可改变可控硅控制角，提供给主动电机电枢不同的端电压，以实现无级调节电机转速。本实验台中设计了粗调和细调两个电位器。可精确的调节主动电机的转速值。
加载是通过改变发电机激磁电压实现的。逐个按动实验台操作面上的“加载”按扭（即逐个并上发电机负载电阻），使发电机激磁电压加大，电枢电流增大，随之电磁转矩增大。由于电动机与发电机产生相反的电磁转矩，发电机的电磁转矩对电动机而言，即为负载转矩。所以改变发电机的激磁电压，也就实现了负载的改变。
本实验台由两台直流电机组成，左边一台是直流电动机，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的直流发电机。直流发电机的输出电压通过面板的“加载”按键控制电子开关，逐级接通并联的负载电阻（采用电烙铁的内芯电阻），使发电机的输出功率逐级增加，也即改变了皮带传送的功率大小，使主动直流电动机的负载功率逐级增加。
图1 直流发电机加载示意图
（2）转速测量
两台电机的转速，分别由安装在实验台两电机带轮背后环形槽中的红外交电传感器上测出。带轮上开有光栅槽，由光电传感器将其角位移信号转换为电脉冲输入单片计算机中计数，计算得到两电机的动态转速值，并由实验台上的LED 显示器显示上来也可通过微机接口送往PC机进一步处理。（参见图2）
图2 PC机显示转速示意图
（3）转矩测量
如前所示（参见图1）实验台上的两台电机均设计为悬挂支承，当传递载荷时，传动力矩分别通过固定在电机定子外壳上的杠杆受到转子力矩的反方向力矩测得。该转矩通过杠杆及拉钩作用于拉力传感器上而产生支反力，使定子处于平衡状态。所以得到以下结论。
主动轮上的转矩为
T1=L1·F1（Nm）
从动轮上的转矩为
T2=L2·F2（Nm）
F1、F2分别为拉力传感器上所受的力，由传感器转换为正比于所受力的电压信号，再经过A/D转换将模拟量变换为数字量，并送往单片微机中，经过计算得到T1、T2，分别由实验台LED显示器显示测量值。
（4）带传动的圆周力、弹性滑动系数和效率
带传动的圆周力公式：
2T1 2T1×9.8
F = （kg）= (N) D1 D1 (3-3-1)
带传动的弹性滑动系数：
n1-n2
ε=- ×100%
n1 (3-3-2)
带传动的效率：
P1 T2×n2
η= = ×100%
P2 T1×n1 (3-3-3)
式中，P1，P2分别为主、从动轮功率（KW）；
n1, n2分别为主、从动轮转速（r/min）。
随着负载的改变（F的改变），T1，T2，Δn=n1-n2的值也改变，这样可获得
一组ε和η的值，然后可绘出滑动曲线和效率曲线。
2、齿轮传动效率测试系统
（1）实验系统组成
图3 试验系统框图
如图 3 所示，实验系统由如下设备组成：
（a）CLS-Ⅱ型齿轮传动实验台（b）CLS-Ⅱ型齿轮传动实验仪
（c）计算机
（2）实验机构主要技术参数
（a）试验齿轮模数 m = 2 （b）齿数 Z4 = Z3 = Z2 = Z1= 38 （c）速比 i= 1 （d）直流电机额定功率 P = 300w
（e ）直流电机转速 N = 0~1100r ／m （f ）最大封闭扭矩 TB = 15NM （g ）最大封闭功率 PB = 1.5KW （h ）实验台尺寸 长×宽×高 = 900×550×300
（i ）电源 220V 交流/50Hz （j ） 中心矩 A ＝76mm
（3）实验台结构
实验台的结构如图 4 所示，由定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、双万向连轴器等组成 一个封闭机械系统。
图4 齿轮实验台结构简图
1、悬挂电机；
2、转矩传感器；
3、浮动连轴器；
4、霍耳传感器；
5、定轴齿轮副；
6、刚性连轴器；
7、悬挂齿轮箱；
8、砝码；
9、悬挂齿轮副；10、扭力轴；11、万向连轴器；12、永久磁钢
电机采用外壳悬挂结构，通过浮动连轴器和齿轮相连，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测箱，在数码显示器上直接读出。电机转速由霍耳传感器 4 测出，同时送往电测箱中显示。 4、效率计算
（1） 封闭功率流方向的确定
由图2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的方向相同，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所示，其大小为：
)(9550
99
9KW P N T P a '=⋅=
该功率的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即： P1 = P9-P9·η总
故91
9199
P P T T P T η--=
=总
