封闭功率流式齿轮传动效率测定实验

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。

实验11 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、 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（一）试验台主要技术参数 1.试验台齿轮模数 m=22.齿 数 Z 4=Z 3=Z 2=Z 1=383.中心距 A=76mm4.速比 I=15.直流电机额定功率 P 电=200W6.直流电机转速 N 电=50—2000r/m7.最大封闭扭距 T B =15NM8.最大封闭功率 P B =3KW （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。

2345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，这时扭力轴将有一个力矩T9作为齿轮9（其方向为顺时针），万向节也有一力矩T9`作用于齿轮9`，（其方向也为顺时针，如忽略磨檫，T 9`= T 9）。

验证性实验指导书实验名称：齿轮传动效率测定实验简介：齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。

齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。

为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。

本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。

适用课程：机械设计实验目的：A了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；B掌握功率流分析、效率测定的方法；C测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；D初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。

面向专业：机械类实验项目性质：验证性（课内选做）计划学时： 2学时实验分组：4人/组实验照片：《机械设计》课程实验实验二齿轮传动效率测定齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。

齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。

为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。

本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。

一、实验目的1. 了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；2.掌握功率流分析、效率测定的方法；3.测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；4.初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。

二、实验设备和工具1. Z-45直流电动机2台；2. ZJ型转矩转速传感器2台；3. ZD10型减速器2台；4. JXW-1型机械效率仪1台；5. TSGC-20调压器1台；6. 加载控制箱1台；7. CP-80打印机1台。

齿轮传动效率测定实验2.1实验目的1．了解封闭功率式齿轮实验台的基本原理及特点。

2．了解齿轮传动效率的测试方法。

2.2实验台基本构造及工作原理2.2.1实验台的结构实验设备：CLS —II 型试验台（小型台式封闭功率流式齿轮试验台）。

实验台的结构如图1（a ）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。

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测箱，在数码显示器上直接读出。

电机转速由测速传感器测出，同时送往电测箱中显示。

(a )(b )1—悬挂电机2—转矩传感器3—浮动联轴器4—转速传感器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—脉冲发生器图1齿轮实验台结构简图2.2.2主要技术参数1）实验齿轮模数mmm 2=2）齿数381234====z z z z 3）中心距mma 76=9ˊ105ˊ11W987654321扭力轴功率流4）速比1=i 5）直流电机额定功率W P 300=电6）直流电机转速min /1100~0r n =电7）最大封闭扭矩m N T B .15=8）最大封闭功率KWP B 5.1=2.2.3效率计算（1）封闭功率流方向的确定由图1（b ）可知，实验台空载时，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（通常加载法码是0.5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T 9作用于齿轮9（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩9'T 作用于齿轮9'，（其方向也为顺时针，如忽略磨擦，99T T ='）。

当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T 9与ω方向相同，9'T 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1（a）所示，其大小为：9999550P n T P a '==（KW ）该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电机。

封闭齿轮传动效率实验一．实验目的及要求1．了解封闭式齿轮试验台的基本原理及其结构，画试验台结构示意图。

2．测定齿轮传动的效率，掌握测试方法。

二．实验设备及工作原理1．封闭式齿轮试验台图1示出一种典型的封闭式齿轮试验台，齿轮箱A，B的中心距和传动比完全不相同，两对齿轮分别用两根轴（其中轴I为弹性轴）相联接，由此构成了一个封闭的机械系统，系统中C1，C2为特殊设计的加载联轴器（参见图2）。

C2外圈为蜗轮，下面有一自锁蜗杆结构与之相联，平时蜗杆与蜗轮脱离接触。

加载时，线转动与蜗杆相联的凸轮，使蜗杆升高与蜗轮相啮合，C2由于蜗杆机构的自锁而保持静止不动。

然后将联轴器联接螺栓松开，并用防转板手卡住联轴器左半C1，在防转板手的端部加上砝码载荷，产生扭距T'，使整个系统中的传动元件都将受到扭距的作用。

两对齿轮的接触表面也保持着一定的接触压力。

由于弹性轴具有较大的扭转变形，两半联轴器相对扭转一定角度。

加载后，重新将联轴器的两半C1，C2紧固，则系统中齿轮，轴等所承受的扭距就能作为内力保持下来而形成封闭力矩。

由下可知，齿轮所受负载大小仅与加载结构的扭距T有关，而与系统外的电动机5无关。

当电动机不转时，系统中只有力矩的存在而无功率的流动（功率传递）和损耗。

当电动机运转时，带动整个系统运转，并时封闭系统产生功率流动和损耗。

电动机的作用就是克服系统中各种摩擦阻力，补充摩阻损耗功以维持系统处于正常运转状态。

由于摩阻损耗功很小，一般仅为封闭功率的百分之几，因而是电动机容量可以很小，尤其是可以大大地节省电能，这对于重载，长期运转地试验其经济意义很大。

齿轮试验台的结构型式和加载机构种类很多，但其基本原理都是相同的。

2．齿轮传动效率的测定。

单纯的齿轮副效率测定是比较复杂的，这里的齿轮效率是指齿轮箱效率测定，它包括啮合效率，轴承效率及搅油，风阻损耗效率等。

通常，效率是根据输出功率和输入功率之比来确定的，要确定输入和输出的功率，就要先判别哪个齿轮旋转的方向是否一致，若方向一致则为主动，否则为从动。

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 βtg F R =则所施加的封闭力矩为).(1000mm N tg rF T B ⋅⨯=βF 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:).(10008.91m N T L T ⨯⨯=式中L---电机外壳齿轮的节圆半径=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 = ---封闭功率对于齿轮:或dc Bc T T -=η对于齿轮:a d c B a c ab b a T T T T T T --===∴ηη或dc b a Ba 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：或1T T T B Bd c b a +=--ηη 则平均效率为1T T T B Bd 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：或)1(21η-=B T T 则BB 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 ＝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 BT 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;。

实验11 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、 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（一）试验台主要技术参数 1.试验台齿轮模数 m=22.齿 数 Z 4=Z 3=Z 2=Z 1=383.中心距 A=76mm4.速比 I=15.直流电机额定功率 P 电=200W6.直流电机转速 N 电=50—2000r/m7.最大封闭扭距 T B =15NM8.最大封闭功率 P B =3KW （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。

2345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，这时扭力轴将有一个力矩T9作为齿轮9（其方向为顺时针），万向节也有一力矩T9`作用于齿轮9`，（其方向也为顺时针，如忽略磨檫，T 9`= T 9）。

齿轮传动效率测试实验报告
本报告旨在评估齿轮传动系统的效率。

为此，实验中采用了一个平行布局的齿轮传动来模拟实际传动系统，并给出了实验结果。

实验设备
实验中使用的主要设备包括：公用电动机、摩擦轮、摩擦仪、激光测速仪、推力传感器、实验摩擦轮、实验摩擦仪等。

测试程序
1. 将实验轴连接到公用电动机，进行转速调节，控制电动机转速在750~1000rpm之间。

2. 启动摩擦轮，根据重量选定合适的摩擦轮负载，并调整摩擦轮负载。

3. 启动摩擦仪，测量摩擦力系数。

4. 连接激光测速仪，测量接收和输出轴的转速。

5. 使用推力传感器测量接收和输出轴的转矩。

6. 根据测量结果，计算出齿轮传动系统的效率。

实验结果
测试齿轮传动系统的效率结果表明，在实验条件下，齿轮传动效率最大达到88.6%，最小达到66.5%。

总结
通过本次实验，我们发现齿轮传动系统在实验条件下效率很高，最大值高达88.6%，最小值为66.5%。

由此可见，为保证传动系统效率达到规定目标，应采用正确的齿轮组合来最大程度地发挥传动系统的能量效率。