封闭功率流式齿轮试验台.doc

41实验实验 11 封闭功率流式齿轮试验封闭功率流式齿轮试验CLS—Ⅱ试验台为小型台式封闭功率流式齿轮试验台采用悬挂式齿轮箱不停机加载 方式，加载方便、操作简单安全，耗能少在数据处理方面，即可直接用抄录数据手工计 算方法，也可以计算机接口组成有数具采集处理，结果曲线显示，信息储存、打印输出等 多种功能的自动化处理系统，该系统具有重量轻、机电一体化相结合等特点本试验台用 于机械设计等课程的教学实验可进行齿轮传动效率试验，小模数齿轮的承载能力试验 通过试验，使学生能了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理特点及齿轮传动效率的测试 方法 一、一、实验目的实验目的 1、 了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理、结构及特点 2、 掌握齿轮传动效率的测试方法 二、设备和工具二、设备和工具 （一）试验台主要技术参数 1.试验台齿轮模数 m=22.齿 数 Z =Z =Z =Z =384321 3.中心距 A=76mm 4.速比 I=1 5.直流电机额定功率 P 电=200W 6.直流电机转速 N 电=50—2000r/m 7.最大封闭扭距 T=15NMB 8.最大封闭功率 P=3KWB （二）试验台机械结构 试验台的结构如图 11-1a 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系统。

a) (b) 1、 悬挂电机 2、浮动联轴器 3、转速传感器 4/11、定轴齿轮副 5、刚性联轴器 6、悬挂齿 轮箱 7、砝码 8/9、悬挂齿轮副 10、万向联轴器 12、脉冲发生器 13、转矩传感器 图 11-1 试验台的结构简图 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 （三） 实验台电子系统 1.系统框图 电控箱内系统的结构框图如图 11-2 所示12786345109111213WL42图 11-2 实验台系统框图 2. 电控箱 操作部分主要部分集中在电控箱正面的面板上，面板的布置如图 11-3 所示：图 11-3 面板的布置图 在电控箱背面备有微机 RS232 接口、转矩、转速输入接口等，其布置情况如图 11-4 示；图 11-4 电控箱后板布置 电源插座 2、转矩增益调节电位器 3、RS232 接口 4、转矩输入接口 5、转速输入接口 三、实验原理三、实验原理 1、功率流方向的确定 由图 1（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，这时扭力轴齿轮传动机构电机转速传感器电机转矩传感器RS232 接口单片微计算机电机转速显示器电机转矩显示器转矩、转速输出接口计算机CRT 显示器打印机43215转速输出显示转矩输出显示载荷指示送数保持清零加载电源调零增益转速输出 转矩输出43将有一个力矩 T 作为齿轮 9（其方向为顺时针） ，万向节也有一力矩 T `作用于齿轮99 9`， （其方向也为顺时针，如忽略磨檫，T `= T ） 。

当电机顺时针方向一角速度转动时，99T 与的方向相同，T `与的方向相反，故这是齿轮 9 为主动轮，齿轮 9`为从动轮，同99理齿轮 5`为主动轮，齿轮 5 为从动轮，封闭功率方向如图 1（a）所示，其大小为：（KW）`9550.999pnTpa该功率流大小决定与加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定与电机电机提供的功率 仅为封闭传动中的损耗功率，既991ppp故 ，919919 TTT ppp单对齿轮919 TTT 为总效率若=95%，则封闭加载的功率仅为开式加载功率的 1/20，是一种节能高效率的 试验方法 2、 T 的确定9由图 11-1b 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， 其方法都是顺时针，对齿轮 9`中心取矩，得到封闭力矩 T ；（本试验台 T 是所加载产生99 扭矩的一半）即：mNWLT.29W—所家砝码重力 N L—加载杠杆长度 L=0.3m 平均效率为：（本试验台电机为 顺时针） 3、效率的计算及实验曲线的输出`221919 WLTWLTTT 实验台电控箱内附设单片机，承担检测、数据处理、信息记忆、自动数字显示及传送 等功能。

若通过串行接口与计算机相联，就可有计算机对所采集数据进行自动分析处理， 并能显示及打印齿轮传递效率—T 曲线及 T —T 曲线和全部相关数据如图 11-5 例所919 示No)(rpmN)(1 NmT(%))(9 NmT(%))(9 NmT)(9 NmT)(1 NmT4487654321100810091014101810201023102910280.125.100.95.70.65.40.35.1677.97125.97051.97637.96012.96246.95685.93544.88551.0595.0523.0496.0418.0418.0367.0324.0图 11-5 实验曲线 四、实验步骤四、实验步骤 （一）人工记录操作方法 1. 系统联接及接通电源 在接通电源前，先将试验台上的转矩输出线（较粗的信号线）及转速信号线分别插入 电控箱后板的相应输入插口上，打开电控箱面板开关，并按一下“清零键”使单片机微机 复位，处于待命状态 齿轮实验台在接通电源前，应首先将电机调速旋扭逆时针转至“最地速” （0 速）位置， 然后将电源开关接通电源 2. 转矩零点及放大倍数调整 在试验台电机（0 速）及空载状态下，调节电控箱面板上的“增益” （粗调） ，电位器 （细调） ，使输出转矩显示值≤0.010Nm 一般转动电位器后，显示器跳动 2 次及达到稳定 值。

在调零过程中，若转矩显示为“9999”则表示转矩为“一”值应逆时针转电位器使显 示值增大 “调零”完成后，将试验台上的调速旋扭顺时针漫漫向“高速”方向旋转，电机起动 逐渐增速，同时观察电控箱面板上显示的转速值当电机转速达到预定值（本实验建议预 定转速为 1000~1200 转/分）时，停止转速调节此时输出转矩显示应在 0.3~0.4Nm 之间 （此值出厂时已调节好） ，否则可通过电控箱背面上的转矩增益电位器加以调节 （为方便 记录，数据显示采用延时平均软件，因此调节电位器后，转速与转矩的显示值一段滞后时 间） 3. 加载 待试验台处于稳定空载运转后（若有较大振动，要按一下加载砝码吊蓝或适当调节一 下电机转速） ，在砝码吊蓝上加上第一个砝码观察出转速及转矩值，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“保持键”适当的转速及转矩值稳 定不变，记录下该组数值然后按一下“加载键” ，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蓝上加上第二个砝码,重复上述操作,直至加上八个砝码,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的传动效率—T 曲线及4 T—T 曲线.24 注:在加载过程中,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,应先将电机慢慢的调速至零,然后再关闭实验台电源 (二)与结算机接口实验方法 在 CLS—Ⅱ型齿轮传动实验台电空箱后板上设有 RS—232 接口,通过所附的通讯连接线 和计算机相联,组成智能齿轮传动实验系统,操作步骤为: 1.系统联接 在关电源的状态下将随机携带的串行通讯联接线的一端接到实验台电控箱的 RS—232 插座,另一端接入计算机串行输出口(串行口 1#或 2#均可,但无论联线或拆线时,都应先关闭 计算机和电控箱电源, 否则易烧坏接口元件) 其余方法同前 2.转矩零点及放大倍数调整45方法同前 3. 加载 实验台处于稳定空载状态下,加上第一个砝码,待转速及转矩显示稳定后,按一下“加载 键”(注:不需按“保持健”), 第一个加载指示灯亮 加第二个砝码,显示稳定后再按一下“加载键” 第二个加载指示灯亮第二个加载结 束 如此重复操作,直至加上八个砝码,按八次“加载键”,八个加载指示灯亮转速、 转 矩显示器都显示“8888”,表示实验结束。

将电机慢慢调速至“零”,并卸下所有砝码同样,加载过程中应始终使电机转速基本 保持在预定值 4.计算机处理 (1) 打开计算机,在 DOS 状态下插入随带的软盘(或将磁盘文件拷入相关子目录),运行 GEAR. EXE 文件,屏幕将提示要求输入串行口通道号.根据通信线所接的通道,输入 1#或 2#通道,经 回车确认后屏幕将出现功能菜单,根据菜单选择“输入”功能并回车确认,计算机将处于待 命状态2)按一下实验台电控箱面板上的“送数键” ，则所采集到的八组数据都送到计算机上 并由 CRT 显示器显示3)当确认传送数据无误(否则再按一下“送数键”)后,用键盘“←→”移动功能菜单 光标,选择“曲线”功能,屏幕所显示本次实验曲线和数据4) 移动功能菜单光标至“打印”功能,打印机将打印实验曲线和数据(目前仅适合 EPSON.LQ1600K 打印机),按 ESC 键可退出打印 (5)实验结束,将计算机屏幕菜单选至“退出”回车确认后即可退出,退出后应及时关 闭计算机及实验台的电控箱电源 注:如需拆.装 RS—232 串行通讯线,必须将计算机及试验台的电源关断 五、思考题五、思考题 1、 什么是封闭实验原理，它对实验有何意义？ 2、 确定封闭功率流方向有何意义，如何判定功率流方向？ 3、 功率流方向和那些因素有关？ 4、 试分析转矩 T 和转速 n 对传动效率的影响，并作出解释。

 六、实验报告要求六、实验报告要求 1、画出实验机的传动简图，据电动机的实际旋转方向判定封闭功率流方向并画出功率流图2、打印齿轮传递效率—T 曲线及 T —T 曲线和全部相关数据并对数据进行分析919。