齿轮传动效率测定与分析
更新时间:2023-05-03 18:19:01 阅读量: 实用文档 文档下载
实验2 齿轮传动效率测定与分析
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。
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。
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,平均效率如表所示。
表齿轮传动的平均效率
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,z z z z ==,齿轮5的转速为5n (r/min)、扭矩为
)m N (5?M ,则齿轮5处的功率为
若齿轮2、5的轴不作封闭联接,则电机的功率为
式中η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 )m N (?,其封闭功率为
该功率不需全部由电机提供,此时电机提供的功率仅为
由此可见,11N N <<',若%95≈η,则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的1/20。
图 加载系统 图 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-η,齿轮6、5间的传动效率为56-η(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
电机力矩
当设==--5632ηη平均效率η时,由上式可得
若电机转向与图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
所以 )1(241η-=M M
则平均效率为
4. 试验台结构
试验台结构如图所示。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
减速器采用了螺旋槽加载机构,如图所示。其螺旋角?=14.11β。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G Q 2=';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B M 。
图 螺旋槽加载机构
当mm 5.21=r 时,)m N (22.0?=G M B 。
测力计的结构和作用原理见实验12。
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B M 、功耗力矩f M 及传动效率
η诸值,并作出B f M M -曲线和B M -η曲线图。
思考题与实验报告
1. 思考题
(1) 为什么B f M M -基本为直线关系,而B M -η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
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