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1、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
2、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
3、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z - z ,z - z，齿轮5的转速为n 5(r/min)、扭矩为M (Nm)，则齿235655轮5处的功率为MnN = 55(kW)59550若齿轮 2、 5 的轴不作封闭联接，则电机的功率为MnN = N /耳=(kW)159550式中n为传动系统的效率。而当封闭加载时，在 M 不变的情况下，齿轮 2、3、6、5 形成的封闭系统的内力产生 5封闭力矩M (N
4、- m)，其封闭功率为4MnN = (kW)49550该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为N = N /n - N(kW)144由此可见，N N ,若n沁95% ,则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的 111/20。63g1/1/5435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n ，
5、齿轮6、5间的传动效率为n (均含支承2-36-5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NN=4 - N(kW)1 n n 42-3 6-5电机力矩MM =4 - M1 n n 42-3 6-5当设n =n =平均效率n时，由上式可得2-36-5:_Mn二4M + M41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5632。此时功率流功率N大于传出的功率，则电机供给
6、的摩擦功率为4N = N - N 耳 耳 =N (1 一耳 耳 )=N (1 一耳2)144 3-2 5-643-2 5-64所以M = M (1 -n 2)14则平均效率为M 一 Mn 二 41MI44. 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lf 0.195M= f = 0.195 x 10-3 f(N - m)f 100021000减速器采用了螺旋槽加载机构，如图3.3所示。
7、其螺旋角卩=11.14。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Q 二2G ；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M图 2.3 螺旋槽加载机构Q = Q/tg 卩MB = 2Gtg11.14x 1000(N -m)当 r = 21.5mm 时，M = 0.22G(N - m)。 B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
8、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23mm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510min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M八功耗力矩M 及传动效率耳诸值，并作出BfM -M曲线和耳-M曲线图。f B B2.5 思考题与实验报告1. 思考题 为什么M -M 基本为直线关系，而耳-M 则为曲线关系？f B B(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另U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：N - m加载轴电机功率：W测力计型号 及规格润滑油种类温度C序号力口载功耗耳(%)G(N)M (N - m)Bf (mN)M (N m)f1234567891011121314
