齿轮传动效率测定与分析

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0.980.970.95圆锥齿轮传动0.970.960.94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(5M，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(9550/5551nMNN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4563241MMM当设5632平均效率时，由上式可得144MMM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(24652346523441NNNNN所以)1(241MM则平均效率为414MMM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(10195.01000195.0100032fflfMf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/tgrGMtgQQB当mm5.21r时，)mN(22.0GMB。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BfMM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(fM1234567891011121314