机械传动系统效率综合测试实验
一、实验目的
1. 了解机械传动系统效率测试的工程试验手段和常用的机械效率测试设备，掌握典型机械传动系统的效率范围，分析传动系统效率损失的原因；
2. 通过对典型机械传动系统及其组合的性能测试，加深对机械传动系统性能的认识以及对机械传动合理布置的基本原则的理解；
3. 通过对实验方案的设计、组装和性能测试等训练环节，掌握计算机辅助实验测试方法, 培养学生创新设计与实践能力。
二、实验设备
机械传动性能综合测试实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。
图1(a) 实验台外观图
1 2 3 4 5 3 6
7 8 2 2 2
图1(b) 实验台的结构布局 1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件
5-加载与制动装置 6-工控机 7-电器控制柜 8-台座
实验设备包括机械传动综合效率实验台（包括台座、变频调速器、机柜、电控箱）、蜗轮蜗杆减速器、齿轮减速器、三相异步电动机、同步带传动装置、滚子链传动装置、V带传动装置、磁粉制动器、ZJ转矩转速传感器、其他零配件。典型实验装置包括齿轮减速传动装置、蜗轮蜗杆减速传动装置、V带+齿轮减速传动装置、齿轮减速+滚子链传动装置、同步带减速传动装置、V带减速传动装置、V带+同步带减速传动装置。实验装置由动力部分、测试部分、加载部分和被测部分等组成。各部分的性能参数如下：
1、动力部分
1) YP-50-0.55三相感应变频电机：额定功率0.55KW；同步转速1500r/min；输入电压380V。
2) EV015-4T变频器：功率1.5KW ，输入380V 5.0A，输出380V 3.7A。
2、测试部分
1) NOS-T6型转矩转速传感器：额定转矩 20N.m；
2) NOS-T6型转矩转速传感器：额定转矩 100N.m；
3) PLC编程控制器：GFORCE-200；
3、被测部分
1) 直齿圆柱齿轮减速器：减速比 1：5；齿数Z1=19 Z2=95；
法向模数ｍn＝1.5；中心距ａ＝85.5ｍｍ；
2) 蜗轮减速器：减速比 1：10；蜗杆头数Z1=1； 中心距a=50ｍｍ；法向模数ｍn＝5
3) 同步带传动：带轮齿数Z1=18 Z2=25 ； 节距LP=9.525；
L型同步带 3×16×80。
4) 三角带传动：
带轮基准直径 D1=70mm D2=115mm O型带L内=900mm；
带轮基准直径 D1=76mm D2=145mm O型带L内=900mm；
带轮基准直径 D1=70mm D2=88mm O型带L内=630mm。
5) 链传动： 链轮 Z1=17 Z2=25
滚子链 08A－1×71
滚子链 08A－1×53
滚子链 08A－1×66。
4、加载部分
FCZ－50型磁粉制动(加载)器：额定转矩50N.m；激磁电流0～2A；允许滑差功率1.1KW。
为了提高实验设备的智能操作程度，实验台采用PLC可编程控制器，在对实验设备进行自动控制（电机转速、负载大小）的同时，进行数据实时分析、显示和采集。其控制系统主界面如图2所示。
图2 实验台控制系统主界面
三、实验原理
机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图3所示。通过对转矩和转速的测量，利用转矩、转速与功率的数学关系间接导出功率数值，并通过对电机和负载的相应控制观察分析转速、转矩、功率的相应变化趋势，同时通过对减速器的输入功率和输出功率的测量分析，得出减速器的效率及其随不同情况的变化所呈现的变化趋势。
四、实验内容及要求
利用实验室提供的仪器设备组装典型传动系统，针对不同的传动系统进行减速器输入输出转矩、转速的测量分析，得出相应的实验结果。具体实验要求为：
1． 根据实验设备选择一种传动系统方案进行组装搭接，记录装配过程；
2． 对传动系统进行测试；
3． 记录并分析测试结果；
4． 写实验报告（要求画出实验的原理方案简图及平面布置图，撰写扩展知识部分（参见实验报告要求），绘制并分析相应数据曲线，完成思考题）。
运用机械传动性能综合测试实验台能完成多类实验项目如表1所示。无论选择哪类实验,
其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传
图3 实验台的工作原理 动的性能特点。实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数,
如转速n (r/min)、扭矩T (N.m)、功率P(kW)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：
传功比 i=n1/n2
扭矩 T=9550 P/n (Nm)
传功效率 η=P2/P1= T2 n2/ T1 n1
根据参数曲线可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。
五、实验步骤
实验步骤可以分成3个阶段：准备阶段、测试阶段和分析阶段。在实验时，要按照不同阶段的相关要求进行操作。
1. 准备阶段
1) 认真阅读《实验指导书》和《实验台使用说明书》并熟悉实验台；
2) 确定实验内容；
选择实验时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。如表1所示。
表1
编 号 组合布置方案
实验内容B1 V带传动-齿轮减速器
实验内容B3 链传动-齿轮减速器
首先要了解被测机械的功能与结构特点。
3) 根据选择的机械传动方案选择仪器设备，布置、安装被测机械传动装置（系统）。注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴线要求；
4) 检查各连接部位是否牢固可靠，按《实验台使用说明书》要求规范操作。
2. 测试阶段
1) 打开实验台电源总开关；
2) 按附件“电脑程序控制说明”步骤操作；
3) 结束测试。注意先逐步卸载，后降速。
4) 关闭仪器电源，拆卸传动系统，将各仪器设备和组件复位。
3. 分析阶段
1) 对实验结果进行分析；对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。
2) 整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。
六、思考题
1. 机械效率如何定义？如何测定传动系统机械效率？
2. 在对传动系统进行强度计算时，功率取电机的额定功率还是根据输出功率确定？
3. 在机械传动系统中，滚子链传动和V型带传动的特性和基本安装要求，并分析设立这些基本安装要求的原因，绘制出由电机、链传动、带传动和齿轮减速箱传动、负载组成的减速传动系统框图。
