齿轮传动效率测定与分析
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实验2 齿轮传动效率测定与分析
2.1 实验目的
1. 了解机械传动效率的测定原理,掌握用扭矩仪测定传动效率的方法;
2. 测定齿轮传动的传递功率和传动效率;
3. 了解封闭加载原理。
2.2 实验设备和工具
1. 齿轮传动效率试验台;
2. 测力计;
3. 数据处理与分析软件;
4. 计算机、打印机。
2.3 实验原理和方法
1. 齿轮传动的效率及其测定方法
齿轮传动的功率损失主要在于:(1)啮合面的摩擦损失;(2)轮齿搅动润滑油时的油阻损
失;(3)轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮(轴)
输出功率与主动轮(轴)输入功率之比。对于采用滚动轴承支承的齿轮传动,满负荷时计入
上述损失后,平均效率如表3.1所示。
表2.1 齿轮传动的平均效率
传动类型
齿轮精度等级与结构型式
6、7级,闭式 8级,闭式 脂润滑,开式
圆柱齿轮传动 0.98 0.97 0.95
圆锥齿轮传动 0.97 0.96 0.94
测定效率的方式主要有两种:开放功率流式与封闭功率流式。前者借助一个加载装置(机
械制动器、电磁测功器或磁粉制动器)来消耗齿轮传动所传递的能量。其优点是与实际工作
情况一致,简单易行,实验装置安装方便;缺点是动力消耗大,对于需作较长时间试验的场
合(如疲劳试验),消耗能力尤其严重。而后者采用输出功率反馈给输入的方式,电源只供
给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率,可以大大减小功耗,因此这种实验方案采用较多。
2. 封闭式试验台加载原理
图3.1表示一个加载系统,电机功率通过联轴器1传到齿轮2,带动齿轮3及同一轴上
的齿轮6,齿轮6再带动齿轮5。齿轮5的轴与齿轮2的轴之间以一只特殊联轴器和加载器
相联接。
设齿轮齿数6532,zzzz,齿轮5的转速为5n(r/min)、扭矩为)mN(5M,则齿
轮5处的功率为
)kW( 9550555nMN
若齿轮2、5的轴不作封闭联接,则电机的功率为
)kW( 9550/5551nMNN
式中为传动系统的效率。
而当封闭加载时,在5M不变的情况下,齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力产生
封闭力矩4M)mN(,其封闭功率为
)kW( 9550444nMN
该功率不需全部由电机提供,此时电机提供的功率仅为
)kW( /441NNN
由此可见,11NN,若%95,则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的
1/20。
图2.1 加载系统 图2.2 试验台结构
3. 效率计算
要计算效率,应先决定被试齿轮2处于主动还是被动。在齿轮传动中,主动轮的转向与
轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相反,而从动轮的转向则与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向
相同。如图3.1所示,由电机联轴器1决定的方向与齿轮2所受扭矩方向相反,所以持论2
为主动轮。设齿轮2、3间的传动效率为32,齿轮6、5间的传动效率为56(均含支承
轴承效率及搅油损失,以便于计算),则电机供给功率可计算如下
)kW( 4563241NNN
电机力矩
4563241
MMM
当设5632平均效率时,由上式可得
14
4
MMM
若电机转向与图3.1中所示的由联轴器力矩1表示的方向相反(本实验所采用的试验台
便是这种情况),砝码形成的负荷将保持捏合面不变。从齿轮2的转向来判断,转向与所承
受轮齿啮合力的扭矩方向相同,所以齿轮2即为被动轮,而齿轮3和5就成为主动轮,功率
流的方向变为5→6→3→2。此时功率流功率4N大于传出的功率,则电机供给的摩擦功率为
)1()1(24652346523441NNNNN
所以 )1(241MM
则平均效率为
4
14
M
MM
4. 试验台结构
试验台结构如图3.2所示。其中电机1悬挂式安装,2是重锤式测力计,3是两套相同
传动比的齿轮减速器,通过联轴器和加载器4组成封闭加载回路,5是机架,6是电器控制
箱。
若测力计的读数为f(mN),测力矩臂长为l=195mm,则功耗力矩为
)mN( 10195.01000195.0100032fflfM
f
减速器采用了螺旋槽加载机构,如图3.3所示。其螺旋角14.11。当砝码1的重
量G(N)经动滑轮2施加于滑架3时,滑架即在滑轨4上移动。由于螺旋槽的作用,此时销
轴5不动,而槽体产生旋转,带动轴6旋转而产生加载力。加载受力情况如图3.3的上图所
示。Q为螺旋槽压在销轴上的载荷,其分力Q与加载砝码重量相平衡,即GQ2;分力
Q
则为圆周力,它乘以作用半径r即为作用在封闭系统内的封闭力矩BM。
图2.3 螺旋槽加载机构
)mN( 100014.112 /tgrGMtgQQ
B
当mm5.21r时,)mN(22.0GMB。
测力计的结构和作用原理见实验12。
2.4 实验步骤和要求
1. 脱开测力计挂钩并调零。判断电机转向应为测力杆向下回转。
2. 卸去所有砝码,使加载器销轴处于轴向移动起点附近约2~3mm处。
3. 手扶测力杆,启动电机,空转一分钟。
4. 将测力杆挂上测力计挂钩,读出空载下功耗力矩的力。(该力矩是与载荷无关的因素所引
起的损失,如轴承的空载阻力,密封件阻力,箱体内的搅油损失等)。
5. 逐步加载到砝码重250N,每次加载后运转5~10min使趋于稳定状态,记录砝码重及测力
计读数,同时注意此两数之间是否大致保持相应关系。如有明显不正常,则应查明原因
采取措施后重做一遍。数据正常则停机。
6. 将数据输入计算机,打印出加载力矩BM、功耗力矩fM及传动效率诸值,并作出
Bf
MM
曲线和BM曲线图。
2.5 思考题与实验报告
1. 思考题
(1) 为什么BfMM基本为直线关系,而BM则为曲线关系?
(2) 油温对传动效率将有何影响?
(3) 加载力矩的测量值介入了哪些误差?
2. 实验报告基本内容
(1) 填写完成下表内容
实验2:齿轮传动效率测定与分析实验报告
学生姓名 学 号 组 别
实验日期 成 绩 指导教师
实验台型号
及规格
齿轮箱传动比:
齿轮模数:
加载轴转速: r/min
加载力矩范围: mN
加载轴电机功率: W
测力计型号
及规格
润滑油种类
温度 C
序号
加 载 功 耗
(%)
G
(N)
)mN(BM
)mN(f
)mN(fM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14