效率實驗報告

1、機械傳動性能綜合實驗報告姓 名： 學 號：班 級： 任課老師： (特別提示：本報告第一、二、三部分來自試驗指導書，稍有更改。)一、 實驗目的1. 了解機械傳動系統(tǒng)效率測試的工程試驗手段和常用的機械效率測試設備，掌握典型機械傳動系統(tǒng)的效率范圍，分析傳動系統(tǒng)效率損失的原因；2. 通過對典型機械傳動系統(tǒng)及其組合的性能測試，加深對機械傳動系統(tǒng)性能的認識以及對機械傳動合理布置的基本原則的理解；3. 通過對實驗方案的設計、組裝和性能測試等訓練環(huán)節(jié)，掌握計算機輔助實驗測試方法, 培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計與實踐能力。二、 實驗原理及設備1、 實驗原理：機械傳動性能綜合測試實驗臺的工作原理如圖1所示。通過對轉矩和轉速的

2、測量，利用轉矩、轉速與功率的數學關系間接導出功率數值，并通過對電機和負載的相應控制觀察分析轉速、轉矩、功率的相應變化趨勢，同時通過對減速器的輸入功率和輸出功率的測量分析，得出減速器的效率及其隨不同情況的變化所呈現的變化趨勢。圖1 實驗臺的工作原理2、 實驗設備：機械傳動性能綜合測試實驗臺采用模塊化結構，由不同種類的機械傳動裝置、聯(lián)軸器、變頻電機、加載裝置和工控機等模塊組成，學生可以根據選擇或設計的實驗類型、方案和內容，自己動手進行傳動連接、安裝調試和測試，進行設計性實驗、綜合性實驗或創(chuàng)新性實驗。機械傳動性能綜合測試實驗臺各硬件組成部件的結構布局如圖2所示。圖2(a) 實驗臺外觀圖圖2(b) 實

3、驗臺的結構布局 1-變頻調速電機 2-聯(lián)軸器 3-轉矩轉速傳感器 4-試件5-加載與制動裝置 6-工控機 7-電器控制柜 8-臺座實驗設備包括機械傳動綜合效率實驗臺（包括臺座、變頻調速器、機柜、電控箱）、蝸輪蝸桿減速器、齒輪減速器、三相異步電動機、同步帶傳動裝置、滾子鏈傳動裝置、V帶傳動裝置、磁粉制動器、ZJ轉矩轉速傳感器、計算機及打印機、其他零配件。典型實驗裝置包括齒輪減速傳動裝置、蝸輪蝸桿減速傳動裝置、V帶+齒輪減速傳動裝置、齒輪減速+滾子鏈傳動裝置、同步帶減速傳動裝置、V帶減速傳動裝置、V帶+同步帶減速傳動裝置。實驗裝置由動力部分、測試部分、加載部分和被測部分等組成。各部分的性能參數如下

4、：1、動力部分1) YP-50-0.55三相感應變頻電機：額定功率0.55KW；同步轉速1500r/min；輸入電壓380V。2) LS600-4001變頻器：輸入規(guī)格 AC 3PH 380-460V 50/60HZ；輸出規(guī)格 AC 0240V 1.7KVA 4.5A；變頻范圍 2200 HZ。2、測試部分1) ZJ10型轉矩轉速傳感器：額定轉矩 10N.m；轉速范圍 06000r/min；2) ZJ50型轉矩轉速傳感器：額定轉矩 50N.m；轉速范圍 05000r/min；3) TC-1轉矩轉速測試卡：扭矩測試精度 ±0.2%FS；轉速測量精度 ±0.1%；4) PC-4

5、00數據采集控制卡。3、 被測部分1) 三角帶傳動：帶輪基準直徑 D1=70mm D2=115mm O型帶L內=900mm；帶輪基準直徑 D1=76mm D2=145mm O型帶L內=900mm；帶輪基準直徑 D1=70mm D2=88mm O型帶L內=630mm。2) 鏈傳動： 鏈輪 Z1=17 Z2=25 滾子鏈 08A1×71滾子鏈 08A1×53滾子鏈 08A1×66。4、 加載部分FZ5型磁粉制動(加載)器：額定轉矩50N.m；激磁電流02A；允許滑差功率1.1KW。為了提高實驗設備的精度，實驗臺采用兩個扭矩測量卡進行采樣，測量精度達到±0.2

6、%FS，能滿足教學實驗與科研生產試驗的實際需要。機械傳動性能綜合測試實驗臺采用自動控制測試技術設計，所有電機程控起停，轉速程控調節(jié)，負載程控調節(jié)，用扭矩測量卡替代扭矩測量儀，整臺設備能夠自動進行數據采集處理，自動輸出實驗結果，是高度智能化的產品。其控制系統(tǒng)主界面如圖3所示。圖3 實驗臺控制系統(tǒng)主界面三、 實驗項目及步驟1、 實驗項目：鏈傳動齒輪減速器、V帶傳動齒輪減速器。2、 實驗步驟：實驗步驟可以分成3個階段：準備階段、測試階段和分析階段。在實驗時，要按照不同階段的相關要求進行操作。1. 準備階段1) 認真閱讀實驗指導書和實驗臺使用說明書并熟悉實驗臺；2) 確定實驗內容；選擇實驗時, 則要確

7、定選用的典型機械傳動裝置及其組合布置方案，并進行方案比較實驗。如表1所示。表1 編 號組合布置方案實驗內容B1V帶傳動-齒輪減速器實驗內容B3鏈傳動-齒輪減速器首先要了解被測機械的功能與結構特點。3) 根據選擇的機械傳動方案選擇儀器設備，布置、安裝被測機械傳動裝置（系統(tǒng)）。注意選用合適的調整墊塊，確保傳動軸之間的同軸線要求；4) 檢查各連接部位是否牢固可靠，按實驗臺使用說明書要求對測試設備進行調零，以保證測量精度。2. 測試階段1) 打開實驗臺電源總開關和工控機電源開關；2) 點擊Test顯示測試控制系統(tǒng)主界面，熟悉主界面的各項內容；3) 鍵入實驗教學信息標：實驗類型、實驗編號、小組編號、實驗

8、人員、指導老師、實驗日期等；4) 點擊“設置”，確定實驗測試參數：轉速n1、n2 扭矩T1、T2等；5) 點擊“分析”，確定實驗分析所需項目：曲線選項、繪制曲線、打印表格等；6) 啟動主電機，進入“試驗”。使電動機轉速加快至接近同步轉速后，進行加載。加載時要緩慢平穩(wěn)，否則會影響采樣的測試精度；待數據顯示穩(wěn)定后，即可進行數據采樣。分級加載，分級采樣，采集數據10組左右即可；7) 從“分析”中調看參數曲線，確認實驗結果；8) 結束測試。注意先逐步卸載，后降速；9) 關閉儀器電源，拆卸傳動系統(tǒng)，將各儀器設備和組件復位。3. 分析階段1) 對實驗結果進行分析；對于實驗B, 重點分析不同的布置方案對傳動

9、性能的影響。 2) 整理實驗報告；實驗報告的內容主要為：測試數據（表）、參數曲線； 對實驗結果的分析；實驗中的新發(fā)現、新設想或新建議。四、 實驗過程1、 鏈傳動：（1） 方案設計：按照實驗原理中的實驗臺工作原理圖進行機械機構和數據采集部分的設計。（2） 裝配調試：將主動軸、從動軸、傳動鏈、傳感器搭接完成，調整各聯(lián)軸器同心并控制間距在1mm左右，調整主、從動軸到達合適的間距使鏈條受到適當的張緊力。（3） 數據測試：裝配調試完成后，用計算機控制設備運行并進行數據采集：控制主動軸轉速在1000r/min左右基本不變，逐漸增大從動軸上的負載，記錄主、從動軸上的力矩值及轉速值。注意每次記錄數據時要等到各

10、數據值穩(wěn)定以后在進行。2、 V帶傳動：（1） 方案設計：按照實驗原理中的實驗臺工作原理圖進行機械機構和數據采集部分的設計。（2） 裝配調試：將主動軸、從動軸、傳動鏈、傳感器搭接完成，調整各聯(lián)軸器同心并控制間距在1mm左右，調整主、從動軸至合適的間距使V帶受到適當的張緊力。（3） 數據測試：裝配調試完成后，用計算機控制設備運行并進行數據采集：控制主動軸轉速在1000r/min左右基本不變，逐漸增大從動軸上的負載，記錄主、從動軸上的力矩值及轉速值。注意每次記錄數據時要等到各數據值穩(wěn)定以后在進行。五、 實驗數據分析本部分對實驗數據進行處理，得出初步結論，原因分析見第六部分。1、 鏈傳動（1） 實驗數

11、據記錄n1(r/min)(N·m)n2(r/min)(N·m)i=n1/n2P1=M2N2/9550 kWP2=M1N1/9550 kW=P2/P11000.20.82136.30.727.3390.0860.0111.86999.71.48136.24.047.3370.1550.05837.151000.52.06136.48.267.3370.2160.11854.691004.42.36136.910.427.3370.2480.14960.161002.62.32136.610.127.3370.2440.14559.451003.72.59136.712.067

12、.3420.2720.17363.561000.62.88136.314.187.3410.3020.20267.141001.13.14136.416.127.3390.3290.2369.91001.23.42136.518.117.3370.3580.25972.291001.23.7136.420.177.3390.3880.28874.3610023.94136.521.897.340.4130.31375.75999.14.2136.123.867.3390.440.3477.36（2） 實驗數據分析效率-負載M2曲線由效率-負載圖可見，鏈傳動效率隨負載增加而呈現增加的趨勢，而且增

13、加的程度越來越小。輸出功率P1、P2負載M2曲線負載M2-傳動比i曲線由圖可知，隨著負載的增加，功率近似成線性關系上升；而且輸入、輸出功率增加的速度基本相等。平均值：i=7.338667由圖可知，在負載不斷變化的過程中，傳動比近似維持常值，約為i=7.342、 V帶傳動（1） 實驗數據記錄n1(r/min)(N·m)n2(r/min)(N·m)i=n1/n2P1=M2N2/9550 kWP2=M1N1/9550 kW=P2/P1999.80.82157.42.996.3510.0860.04957.53999.61.31157.36.056.3540.1370.172.94

14、1000.21.8157.29.066.3630.1880.14979.15999.82.27156.811.976.3760.2380.19782.719992.77156.215.026.3950.290.24684.74998.73.28155.718.16.4130.3430.29586.13999.23.76155.620.966.4210.3930.34286.8410004.24155.223.976.4430.4440.3987.62（2） 實驗數據分析負載M2-效率曲線由效率-負載圖可見，鏈傳動效率隨負載增加而呈現增加的趨勢，而且增加的程度越來越小。負載M2-輸入功率P1、輸

15、出功率P2曲線 由圖可知，隨著負載的增加，功率近似成線性關系上升；而且輸入、輸出功率增加的速度基本相等。負載M2-傳動比i曲線平均值：i=5.92325由圖可知，在負載不斷變化的過程中，傳動比近似維持常值，約為i=5.92六、 問題思考部分說明：在試驗和數據處理過程中，我對很多問題都產生了興趣，希望可以借助這次機會，對機械傳動的相關知識有一個更加深入的了解。以下采用問答的方式，嘗試解決實驗中的一些重要問題。需要強調的是，由于知識水平和查閱資料的有限，我還不能就這些問題做一個完滿的解釋，其中有不足和錯誤的，請老師指教。1、 V帶傳動效率曲線的走勢為什么呈逐漸減緩的遞增趨勢？ 簡答：由于帶是彈性體

16、，受力不同的時候伸長量不等，使帶傳動發(fā)生彈性滑動現象。而效率也與彈性滑動密不可分。在V帶繞帶輪滑動傳動時候，帶的壓力由緊邊拉力F1下降到松邊拉力F2所以帶的彈性變形也要相應減小，亦即帶在逐漸縮短，帶的速度要落后于帶輪，因此兩者之間必然發(fā)生相對滑動。同樣的現象也發(fā)生在從動輪上，但是情況恰好相反。帶從松邊轉到緊邊時，帶所受到的拉力逐漸增加，帶的彈性變形量也隨之增大，帶微微向前伸長，帶的運動超前于帶輪。帶與帶輪間同樣也發(fā)生相對滑動。有效拉力F=F1- F2等于帶沿帶輪的 接觸弧上摩擦力的總和Ff.帶傳動中滑動的程度用滑動率表示，其表達式為 式中 v1、v2分別為主動輪、從動輪的圓周速度，單位：m/s

17、；n1、n2分別為主動輪、從動輪的轉速，r/min；D1、D2分別為主動輪、從動輪的直徑，mm。如圖2-1所示，帶傳動的滑動（曲線1）隨著帶的有效拉力F的增大而增大，表示這種關系的曲線稱為滑動曲線。當有效拉力F小于臨界點F點時，滑動率與有效拉力F成線性關系，帶處于彈性滑動工作狀態(tài)；當有效拉力F超過臨界點F¢點以后，滑動率急劇上升，帶處于彈性滑動與打滑同時存在的工作狀態(tài)。當有效拉力等于Fmax時，滑動率近于直線上升，帶處于完全打滑的工作狀態(tài)。圖中曲線2為帶傳動的效率曲線，即表示帶傳動效率h與有效拉力F之間關系的曲線。當有效拉力增加時，傳動效率逐漸提高，當有效拉力F超過臨界點F¢

18、;點以后，傳動效率急劇下降。帶傳動最合理的狀態(tài)，應使有效拉力F等于或稍小于臨界點F¢，這時帶傳動的效率最高，滑動率 =1% 2%，并且還有余力負擔短時間（如啟動時）的過載。 本實驗中之所以沒有觀察到傳動效率下降的點，是因為拉力F未達到Fmax。2、 V帶傳動和鏈傳動的效率有何區(qū)別？造成這樣差異的原因是什么？ 簡答： V帶傳動效率隨負載增加而呈現增加的趨勢；且相對鏈傳動，V帶傳動初始效率高，這是因為帶傳動的傳動部件振動和質量都較小，消耗的功率也小。還能看到，相對與鏈傳動的數據，V帶傳動的數據采集效果更好，因為V帶傳動為柔性傳動，沖擊振動較小，對傳感器的干擾也就更小。帶傳動靠摩擦力工作且

19、帶具有彈性：1能緩和沖擊，吸收震動，傳動平穩(wěn)無噪音；結構簡單，維護制造方便，成本較低；3具有過載保護作用。  鏈轉動用在工作可靠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其他不宜采用齒輪傳動和帶傳動的場合，例如翻土機的運行機構采用鏈傳動，雖然經常受到土塊、泥漿和瞬時過載等的影響，依然能夠很好的工作。3、 在聯(lián)合傳動中，帶傳動和鏈傳動的安裝有何要求？ 簡答： 若將鏈傳動放置高速級，會加劇運動的不均勻性，動載荷變大，震動和噪音增大，降低鏈傳動的壽命，鏈傳動只能實現平行軸間的同向傳動，運轉時不能保證恒定的瞬時傳動比，磨損后易發(fā)生跳齒，工作時有噪音，不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動中，即應布置

20、在低速級。 若將帶傳動放置低俗級，會使結構尺寸增大，及應布置在高速級，與電機直接相連，可以騎到緩沖吸震的作用，還能起到過載打滑的作用，保護零件，放在高速級，功率不變的情況下，高速級速度高，帶傳動所需的有效拉力就小，帶傳動的尺寸也就較小。4、 功率、效率之間有什么關系？ 簡答：從功率圖可以看出：輸入、輸出功率均增加，但輸入功率增加速度更，這是由于V帶傳動打滑逐漸嚴重而引起的摩擦損耗功率逐漸增加。但打滑的增加并未引起效率的降低，因為打滑引起的功率損失相對于輸入、輸出功率的增長較小，由效率公式： P1與P2的差的增量相對于P1的增量較小，二者都增加會導致效率的提高。5、 輸入與輸出功率關系

21、如何？為什么會有這樣的關系？ 簡答： P2=P1* ，即輸入功率等于輸出功率乘以效率；另一方面，= P2- P1 為常值。同時滿足以上兩個關系的結果，就是效率不斷增加，這也符合實驗的觀測結果。這樣的關系與效率的定義有關，而為常數則是因為在試驗范圍內，摩擦力、打滑造成的機械能損失可以近似為常值。6、 負載改變的過程中，傳動比為什么近似保持不變？而又為什么不是一個絕對常數？簡答：傳動比的大小在理論上是由機構自身決定的，在正常工作條件下是不會改變的，比如V帶的傳動比與兩帶輪直徑呈反比，鏈傳動與兩鏈輪齒數有關，而都與傳動過程的負載等條件無關。不過，對于V帶和鏈條，在考慮打滑、彈性形變、塑性形變、失效的

22、情況下，再加上外界擾動的影響，傳動比不是絕對的常數，而是呈現一定的波動性。7、 飛輪調速器有何作用？其原理如何？ 簡答：飛輪調速原理：大轉動慣量的盤形零件，當機械出現盈功時，飛輪存儲多余的 動能，速度上升幅度下降，當機械出現虧功時，飛輪釋放存儲的動能，速度下降幅度下降。 適用范圍：具有周期性速度波動的機械，如：內燃機,蒸汽機,壓力機,攪拌機等。8、 聯(lián)軸器的作用是什么？他的工作原理如何？ 簡答： 聯(lián)軸器是機械傳動中的常用部件，用來連接主、從動回轉構件使其一同旋轉并傳遞轉矩；有時也可作為安全裝置，即當轉矩超過規(guī)定時，聯(lián)軸器自行脫開，以保證機器中的主要零部件不致因過載而損壞。聯(lián)軸器根據對各種相對位

23、移有無補償能力（即能否在發(fā)生相對位移條件下保持連接的功能），可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）兩大類。撓性聯(lián)軸器可按是否具有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個類別。其各自特點如下：1.剛性聯(lián)軸器雖然不具有可移性和緩沖性，但因結構簡單、制造容易、不需要維護和成本低等特點而得到廣泛應用。2.撓性聯(lián)軸器具有補償兩回轉構件相對位移的能力。其中，彈性元件撓性聯(lián)軸器由于含有能產生較大彈性變形的原件，除具有可移性外還具有緩沖和減震作用，但在傳遞轉矩的能力方面，因受到彈性元件的強度限制，一般不及無彈性元件的聯(lián)軸器。帶彈性元件的聯(lián)軸器中，按彈性元件的材質不同，又

24、可分為金屬彈性元件和非金屬彈性元件。金屬彈性元件的主要特點是強度高、傳遞轉矩大、使用壽命長、不易老化且性能穩(wěn)定。非金屬彈性元件的優(yōu)點是制造方便、易獲得各種結構形狀，且具有較高的阻尼性能。剛性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器無彈性元件有彈性原件傳遞轉矩大，運轉可靠，工作壽命長，對沖擊載荷敏感1.具有緩沖和吸震性，適于頻繁啟動和正反轉的工作場合2.彈性元件比較薄弱，不適于低速和大轉矩3.安裝誤差和相對位移會加快元件的損壞要求安裝精度和回轉構件剛度高能不同程度的適應安裝誤差和相位位移七、 實驗中新設想或新建議1、 試驗過程感覺稍稍有點簡單，要進一步理解機械傳動效率，還需要補充任務，分析和了解更多的知識，比如這份試驗報告里提出的原因分析。2、 這個試驗本來只用兩小節(jié)課的時間，課選課說明上卻是四個小節(jié)，建議更改一下時間。3、 注意安全，扭螺母和放置工具的時候都要小心。八、 思考題1. 機械效率如何定義？實驗中是如何測定傳動系統(tǒng)機械效率的？ 機械效率定義是輸出功率與輸入功率之比。實驗中通過測量輸入、輸出軸的轉矩和轉速，并將二者相乘來獲得輸入、輸出功率2. 試分析負載對