齿轮传动效率测试试验台设计说明书

齿轮传动效率测试试验台设计说明书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。当输入功率为P1，输出功率为P2时，则齿轮传动效率可写为12221121///PPTnTnTiT式中：1T、2T——分别为输入轴和输出轴的转矩；1n、2n——分别为输入轴和输出轴的转速；i——传动比，12/inn利用测试手段，通过测量齿轮试验箱的输入和输出轴的转矩和转速，即可由上式迅速确定齿轮的传动效率。一：测定效率的方式：开放功率流式和封闭功率流式①开放功率流式：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。一般测试对象的功率减小时多采用此种形式。优点：与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便。缺点：动力消耗大，对于需作较长时间实验的场合（如疲劳试验），耗费能量尤其严重。②封闭功率流式：采用输出功率反馈给输入从而形成功率流封闭。一般测试对象的功率较大时或需作长时间试验时多采用此种形式。优点：电源只提供齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可大大地减小功耗。缺点：试验台的控制复杂，价格较高。鉴于在学生实验中一般都是小功率，而且不需长时间试验，所以选择开放功率流式测定效率。二：实验系统的技术参数1、齿轮箱的长度：400～600mm2、齿轮箱的宽度：200～400mm3、齿轮箱的高度：300～400mm4、转速调节范围：0～1440r/min5、传动比：2～206、功率条件范围：0～4kw7、扭矩测量范围：0～500N·m三：动力源①直流电动机：将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。特点：1.调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。2.起动力矩大，可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均动力源测试对象负载匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。②交流电动机：用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。交流电动机由定子和转子组成，并且定子和转子是采用同一电源，所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。交流电机（不管是同步还是异步）的转速都受电源频率的制约。因此,交流电机的调速比较困难,最好的办法是改变电源的频率，而以往要改变电源频率是比较复杂的。③汽油机：以汽油为燃料,采用电点火,转速一般在3000～6000转／分，甚至高达每分万转。功率由几百瓦至几百千瓦。在农林方面广泛用作采茶机、割草机、机锄、喷药机、割灌机、机锯等的动力；在交通方面用作摩托车、汽车、小艇的动力。此外，用于通信和电影放映机的小型发电机组，采矿用凿岩机、建筑用打夯机等，无不以小型汽油机作动力。④柴油机：以柴油为燃料，利用压缩热自燃，转速一般在百余转至五、六千转每分，功率由几千瓦至数万千瓦。广泛用作汽车、拖拉机、坦克、船舶、军舰、机车、发电机组、物料搬运机械、土方机械等的动力。从上面的介绍可以看出，汽油机和柴油机虽然用途广泛，但是对于本实验台来说，动力过于强劲，且调速不便。本实验台所测试的减速器，其设计时选用电机带动，电机额定功率为4kw，满载转速1440转/分。根据本实验简单易行的原则，应该尽量使实验的环境与减速器实际工作环境保持一致，以便使测得的数据实际有效。故选用减速器设计时的电机——Y系列Y112M-4一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，额定功率为4kw，满载转速1440转/分。减速器电动机选用Y112M—4同步转速：1500r/min，满载转速为1440r/min四：转速转矩测量转矩测量技术包括两方面：一是传感器，二是测试系统。轴名参数电动机轴工作轴转速n(r/min)144076.39功率P(kW)3.443.06转矩T(N·m)22.81382.55⑴转矩传感器主要有两大类：第一类是以应变片作为敏感元件的传感器。它在转轴或与转轴串联的弹性轴上安装4片应变片，应变片连接成惠登斯桥，转矩使轴的微小变形引起应变片阻值发生变化，桥输出信号与转矩成比例。第二类是通过磁电感应获取信号的磁（齿）栅式传感器。这类传感器输出信号的本质是角位移信号，需对信号进行组合处理才能得到转矩信息。它是非接触式传感器，无磨损，无摩擦，是目前应用最广泛的转矩传感器。转速传感器，将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转）、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。转矩传感器，利用扭轴把转矩转换成扭应力或扭转角，再转换成与转矩成一定关系的电信号的传感器。扭轴的形式有实心轴、空心轴、矩形轴等。按照作用原理不同，扭应力式转矩传感器可分为电阻应变式和压磁式两种；扭转角式转矩传感器可分为振弦式、光电式和相位差式三种。所以可以选择两个额定转矩为500N·m的JC型转矩转速传感器。⑵测试系统的传感器都是齿栅式转矩传感器。主要分为数字式、单片微机型、通用微机型三种。数字式是采用中小规模集成电路和组合逻辑设计硬件系统，这是早期的测试系统，缺点是仪器系统可靠性差，功能单一，操作复杂，体积庞大。单片微机型采用单片微机采集与处理数据，体积小、性能高，但是仪器的分析能力弱。通用微机型利用单片微机采集数据，再把数据送到通用微机上进行离线的数据分析与处理。本实验中只需要测定2个数据，不需要分析，故选用单片微机型的测试系统，具体型号可以选用上海良表仪器仪表有限责任公司（原上海第二电表厂）的ZJYW—1型。五：负载①机械制动器：由耐热、抗磨性能好的制动块及其固定与移动机构组成的，能对水轮发电机转子进行摩擦制动的装置。②测功器：测量机械的输出扭矩或驱动扭矩的装置。如果同时测得机械的转速，还可算出机械的输出功率或驱动功率。测功器主要用来测定发电机、电动机、内燃机、燃气轮机和泵等机械的轴功率特性。有些测功器既可吸收被测机械的机械能而测定其输出功率，又可放出能量测定机械的驱动功率。③磁粉制动器：制动部件与运动部件借助于磁粉间的电磁吸力形成的磁粉链，同工作面之间的摩擦力产生制动功能的制动器。其具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。现已被广泛应用于造纸、印刷、塑料、橡胶、纺织、印染、电线电缆、冶金、压片机以及其他有关卷取加工行业中的放卷和收卷张力控制。机座式磁粉制动器：CF—50六：联轴器输入端输入转矩为22.85N·m，故选用LT3型弹性套柱销联轴器，主动端为Z型轴孔，C型键槽，从动端J型轴孔，B型键槽，其许用转矩为31.5N·m输出端输出转矩为382.55N·m，故选用HL3型弹性柱销联轴器，主动端为Y型轴孔，其许用转矩为630N·m