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1、实验11 封闭功率流式齿轮试验 CLS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。
2、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=Z=Z=Z=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=502000r/m7.最大封闭扭距 T=15NM8.最大封闭功率 P=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。12786345109111213WL(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、
3、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。齿轮传动机构电机转速传感器电机转矩传感器RS232接口单片微计算机电机转速显示器电机转矩显示器转矩、转速输出接口计算机CRT显示器打印机图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：转速输出显示转矩输出显示载荷指示送数保持清零加载电源调零增益转速
4、输出转矩输出图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；43215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T作为齿轮9（其方向为顺时针），万向节也有一力矩T作用于齿轮9，（其方向也为顺时针，如忽略磨檫，T= T）。当电机顺时针方向一角速度转动时，T与的方向相同，T与的
5、方向相反，故这是齿轮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，封闭功率方向如图1（a）所示，其大小为：（KW）该功率流大小决定与加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定与电机。电机提供的功率仅为封闭传动中的损耗功率，既故 ，单对齿轮为总效率若=95%，则封闭加载的功率仅为开式加载功率的1/20，是一种节能高效率的试验方法。2、 T的确定 由图11-1b可以看出，当悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9、齿轮9就会产生扭矩，其方法都是顺时针，对齿轮9中心取矩，得到封闭力矩T；（本试验台T是所加载产生扭矩的一半）即： W所家砝码重力N L加载杠杆长度L=0.3m 平均效率为：（本试验台
6、电机为顺时针）3、效率的计算及实验曲线的输出 实验台电控箱内附设单片机，承担检测、数据处理、信息记忆、自动数字显示及传送等功能。若通过串行接口与计算机相联，就可有计算机对所采集数据进行自动分析处理，并能显示及打印齿轮传递效率T曲线及TT曲线和全部相关数据。如图11-5例所示。 图11-5 实验曲线四、实验步骤（一） 人工记录操作方法1. 系统联接及接通电源在接通电源前，先将试验台上的转矩输出线（较粗的信号线）及转速信号线分别插入电控箱后板的相应输入插口上，打开电控箱面板开关，并按一下“清零键”使单片机微机复位，处于待命状态。齿轮实验台在接通电源前，应首先将电机调速旋扭逆时针转至“最地速”（0速
7、）位置，然后将电源开关接通电源。2. 转矩零点及放大倍数调整在试验台电机（0速）及空载状态下，调节电控箱面板上的“增益”（粗调），电位器（细调），使输出转矩显示值0.010Nm一般转动电位器后，显示器跳动2次及达到稳定值。在调零过程中，若转矩显示为“9999”则表示转矩为“一”值应逆时针转电位器使显示值增大。“调零”完成后，将试验台上的调速旋扭顺时针漫漫向“高速”方向旋转，电机起动逐渐增速，同时观察电控箱面板上显示的转速值。当电机转速达到预定值（本实验建议预定转速为10001200转/分）时，停止转速调节。此时输出转矩显示应在0.30.4Nm之间（此值出厂时已调节好），否则可通过电控箱背面上的
8、转矩增益电位器加以调节。（为方便记录，数据显示采用延时平均软件，因此调节电位器后，转速与转矩的显示值一段滞后时间）。3. 加载待试验台处于稳定空载运转后（若有较大振动，要按一下加载砝码吊蓝或适当调节一下电机转速），在砝码吊蓝上加上第一个砝码。观察出转速及转矩值，待显示稳定（一般加载后转矩显示值跳动23次即可达稳定值）后，按一下“保持键”适当的转速及转矩值稳定不变，记录下该组数值。然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。 在吊蓝上加上第二个砝码,重复上述操作,直至加上八个砝码,八个加载指示灯亮,转速及转矩显示器分别显示“8888”表示实验结束。根据所记录
9、下的八组数据便可作出齿轮传动的传动效率T曲线及TT曲线.注:在加载过程中,应始终使电机转速基本保持在 预定转速左右。在记录下各组数据后,应先将电机慢慢的调速至零,然后再关闭实验台电源。(二)与结算机接口实验方法在CLS型齿轮传动实验台电空箱后板上设有RS232接口,通过所附的通讯连接线和计算机相联,组成智能齿轮传动实验系统,操作步骤为:1. 系统联接在关电源的状态下将随机携带的串行通讯联接线的一端接到实验台电控箱的RS232插座,另一端接入计算机串行输出口(串行口1#或2#均可,但无论联线或拆线时,都应先关闭计算机和电控箱电源, 否则易烧坏接口元件)。其余方法同前2. 转矩零点及放大倍数调整方
10、法同前3. 加载实验台处于稳定空载状态下,加上第一个砝码,待转速及转矩显示稳定后,按一下“加载键”(注:不需按“保持健”), 第一个加载指示灯亮。加第二个砝码,显示稳定后再按一下“加载键” 第二个加载指示灯亮。第二个加载结束。如此重复操作,直至加上八个砝码,按八次“加载键”,八个加载指示灯亮。转速、 转矩显示器都显示“8888”,表示实验结束。 将电机慢慢调速至“零”,并卸下所有砝码。同样,加载过程中应始终使电机转速基本保持在预定值。4. 计算机处理(1) 打开计算机,在DOS状态下插入随带的软盘(或将磁盘文件拷入相关子目录),运行GEAR. EXE文件,屏幕将提示要求输入串行口通道号.根据通
11、信线所接的通道,输入1#或2#通道,经回车确认后屏幕将出现功能菜单,根据菜单选择“输入”功能并回车确认,计算机将处于待命状态。 (2)按一下实验台电控箱面板上的“送数键”，则所采集到的八组数据都送到计算机上并由CRT显示器显示。 (3)当确认传送数据无误(否则再按一下“送数键”)后,用键盘“”移动功能菜单光标,选择“曲线”功能,屏幕所显示本次实验曲线和数据。 (4) 移动功能菜单光标至“打印”功能,打印机将打印实验曲线和数据(目前仅适合EPSON.LQ1600K打印机),按ESC键可退出打印。(5)实验结束,将计算机屏幕菜单选至“退出”回车确认后即可退出,退出后应及时关闭计算机及实验台的电控箱电源。注:如需拆.装RS232串行通讯线,必须将计算机及试验台的电源关断。五、思考题1、 什么是封闭实验原理，它对实验有何意义？2、 确定封闭功率流方向有何意义，如何判定功率流方向？3、 功率流方向和那些因素有关？4、 试分析转矩T和转速n对传动效率的影响，并作出解释。六、实验报告要求1、画出实验机的传动简图，据电动机的实际旋转方向判定封闭功率流方向并画出功率流图。2、打印齿轮传递效率T曲线及TT曲线和全部相关数据。并对数据进行分析。
