宿遷學院
機械設計實驗指導書
機電工程系
2023年9月
實驗一帶傳動彈性滑動測定
一實驗問題的提出
由於皮帶的彈性模量較低，在帶傳動過程中會產生彈性滑動，導致帶的瞬時傳動比不是常量。另外，當帶的工作載荷超過帶與帶輪之間的最大摩擦力時，帶與帶輪間會產生打滑，帶傳動這時不能正常工作而失效。
二實驗目的
觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現象以及它們與帶傳遞的載荷之間的關係。
測定彈性滑動率與所傳遞的載荷和帶傳動效率之間的關係，繪製帶傳動的彈性滑動曲線和效率。
了解帶傳動實驗台的設計原理與扭矩、轉速的測量方法。
三實驗台的構造和工作原理
由於彈性滑動率ξ的值與打滑現象的出現以及帶傳動的效率η都與帶傳遞的載荷的大小有密切關係，本實驗用燈泡做負載，實驗台由主機和測量系統兩大部分組成如下圖所示。
主機主機是乙個裝有平帶的傳動裝置。
主電機是直流電動機裝在滑座上，可沿滑座滑動，電機軸上裝有主動輪，通過平帶帶動從動輪，從動輪裝在直流發電機的軸上。在直流發電機的輸出電路上，併聯了八個燈泡，每個40瓦，作為帶傳動的砸在裝置。砝碼通過鋼絲繩、定滑輪拉緊滑座，從而使帶張緊，並保證一定的初拉力。
，開啟燈泡，以改變發電機的負載電阻，隨著開啟燈泡的增多，發電機的負載增大，帶的受力增大，兩邊的拉力差也增大，帶的彈性滑動逐步增加。當帶傳遞的載荷剛好達到所能傳遞的最大有效圓周力時，帶開始打滑，當負載繼續增加時則完全打滑。
測量系統
測量系統電轉速測定裝置和電機的測扭矩裝置兩部分組成。
（1）光電測速裝置
在主動輪和從動輪的軸上分別安裝一同步轉盤，在轉盤的同一半徑上鑽有乙個小孔，在小孔一側固定有光電感測器，並使感測器的測頭正對小孔。帶輪轉動時，就可在數碼管上直接讀出帶輪的轉速。
（2）扭矩測量裝置
主動輪的扭矩t1和從動輪的扭矩t2均通過電機外殼來測定。
電動機和發電機的外殼支承在支座的滾動軸承中，並可繞與轉子相重合的軸線擺動。當電動機啟動和發電機載入後，由於定子磁場和轉子磁場的相互作用，電動機的外殼將向轉子的反向傾倒，發電機的外殼將向轉子旋轉的同向傾倒，它們的傾倒力矩可分別通過固定在定子外殼上的測力計所測得的力矩來平衡。即：
主動輪上的扭矩t1=q1k1l1(nmm)
從動輪上的扭矩t2=q2k2l2(nmm)
式中 q1 ，q2-------測力計上百分表的讀數
k1 ，k2-------測力計標定值
l1 ，l2-------測力計的力臂，均等於120mm
帶傳動的效率η=從動輪的功率/主動輪的功率=t1n1/t2n2
我們只要測得不同負載下主動輪的轉速和從動輪轉速以及主動輪的扭矩t1和從動輪的轉矩t2，就可算出在不同的有效拉力下的彈性滑動率ξ（ξ=v1-v2/v1×100%，在兩個帶輪的直徑相同時ξ=n1-n2/n1×100%）以及效率η之值。以有效拉力f為橫座標，分別以不同載荷下的η和ξ為縱座標，就可畫出帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線
四實驗步驟
1.接通電源前，檢查調速旋鈕是否處於零位置
2.接通電源，實驗台的指示燈亮，檢查百分表，使百分表指標調零
3.加砝碼3kg，使帶具有初拉力。
4.慢慢地沿順時針方向旋轉調速按鈕，使電機從開始運轉逐漸加速到n1=1000轉/分，記錄n2, q1 ，q2一組資料。
5.開啟乙個燈泡（即載入），記錄一組n1，n2, q1 ，q2一組資料,注意此時n1和n2之間的差值，也就是帶的彈性滑動現象。
6.逐漸增加負載（每次開啟乙個40瓦的燈泡），重複第4步，直到ξ≥3%左右，若再開啟燈泡，則n1，和n2差值迅速增大。
7.繪出彈性滑動和效率曲線,並討論實驗曲線的變化規律，分析其中的原理。
五注意事項
1.實驗台為開始傳動，實驗人員必須注意安全，皮帶轉動方向嚴禁站人。
2.調節調速旋鈕時，不要突然使速度增大或減小，以免產生較大衝擊力，以防損壞測力計。
實驗條件
（1）帶的種類： ，截面積a=20*2=40mm2
(2 )帶的初拉力：2f0= n
(3 )張緊方式：自動張緊
（4）測力杆長度l1=l2=120mm，帶輪直徑d1=d2=120mm，，測力計標定值k1=k2
（5）包角α1=α2=180o
測量資料記錄表
五．思考題
1.帶傳動的彈性滑動與帶的初始張緊力有什麼關係？
2.帶傳動的彈性滑動與帶上的有效工作拉力有什麼關係？
3.帶傳動為什麼會發生打滑失效？
4.針對帶傳動的打滑失效可採用哪些技術措施予以改進？
實驗二齒輪傳動效率測定
一、實驗目的
1.了解封閉流式實驗台結構，弄懂封閉載入原理。
2.了解齒輪傳動效率的測定原理，掌握用封閉流式實驗台測定齒輪傳動效率的方法。
3.測定齒輪減速器的傳動效率。
二、實驗系統
cls-1i型齒輪試驗台為小型台式封閉功率流式齒輪試驗台，採用懸掛式齒輪箱不停機載入方式，載入方便、操作簡單安全、耗能少。在資料處理方面，既可直接抄錄資料手工:計算，也可以和計算機介面組成具有資料採集處理，結果曲線顯示，資訊儲存、列印輸出等多種功能的自動化處理系統，該系統具有體積小、重量輕、機電一體化相結合等點。
本實驗台用於機械設計等課程的教學實驗，可以方便地完成以下實驗：
1、了解封閉功率流式齒輪試驗台的基本原理、特點及測定齒輪傳動效率的方法。
2、通過改變載荷，測出不同載荷下的傳動效率和功率。輸出t1—t9關係曲線及η一t9曲線。其中t1為輪系輸入扭矩（即電機輸出扭矩），t9為封閉扭矩（也即載荷扭矩）。
η為齒輪傳動效率。
如圖2所示，實驗系統由如下裝置組成：
（1）cls-ii型齒輪傳動實驗台；（2）cls-ii型齒輪傳動實驗儀；（3）計算機；（4）印表機。
2、實驗機構主要技術引數
（1）試驗齒輪模數m＝2； （2）齒數z4＝z3＝z2＝zl=38；（3）速比i=1；
（4）直流電機額定功率p=300w；（5）直流電機轉速n＝0～1100r／m；（6）最大封閉扭矩tb=最大封閉功率pb=1.5kw；（8）實驗台尺寸：長x寬x高=900x550x300；（9）電源220v交流/50hz。
3、實驗台結構
實驗台的結構如圖3所示，由定軸齒輪副、懸掛齒輪箱、扭力軸、雙萬向連軸器等組成乙個封閉機械系統。電機採用外殼懸掛結構，通過浮動連軸器和齒輪相連，與電機懸臂相連的轉矩感測器把電機轉矩訊號送入實驗台電測箱，在數碼顯示器上直接讀出。電機轉速由霍耳感測器4測出，同時送往電測箱中顯示。
圖3齒輪實驗台結構簡圖
1懸掛電機 2轉矩感測器 3浮動連軸器 4霍耳感測器5定軸齒輪副 6剛性連軸器 7懸掛齒輪箱8砝碼 9懸掛齒輪副 10扭力軸 11萬向連軸器 12永久磁鋼
4、效率計算
（l）封閉功率流方向的確定
封閉功率流方向如圖3(a)所示，其大小為：
（ kw）
該功率的大小決定於載入力知和扭力軸的轉速，而不是決定於電動機。電機提供的功率僅為封閉傳動中損耗功率，即
故 單對齒輪
η為總效率，若η=95%，則電機供給的能量，其值約為封閉功率值的1/10，是一種節能高效的試驗方法。
（2）封閉力矩t9的確定
由圖3（b）可以看出，懸掛齒輪箱槓桿加上載荷後，齒輪9、齒輪9』就會產生扭矩，其方向都是順時針，對齒輪9』中心取矩，得到封閉扭矩t9：（本實驗台t9是所加載荷產生扭矩的一半），即：
n·m）
其中：w一所加砝碼重力（n)；
l一載入槓桿長度l=0.3m。
三、實驗操作步驟
1、人工記錄操作方法
（1）系統聯接及接通電源
齒輪實驗台在接通電源前，應首先將電機調速旋扭逆時針轉至最低速「0速」位置，將感測器轉矩訊號輸出線及轉速訊號輸出線分別插入電測箱後板和實驗台上相應介面上，然後按電源開關接通電源。開啟實驗儀後板上的電源開關，並按一下「清零鍵」，此時，輸出轉速顯示為「0」，輸出轉矩顯示數為「．」，實驗系統處於「自動校零」狀態。校零結束後，轉矩顯示為「0」。
（2）轉矩零點及放大倍數調整
a、零點調整
在齒輪實驗台不轉動及空載狀態下，使用萬用表接入電測箱後板力矩輸出介面3（見圖5）上，電壓輸出值應在1—1.5v範圍內，否則應調整電測箱後板上的調零電位器（若電位器帶有鎖緊螺母，則應先鬆開鎖緊螺母，調整後再鎖緊）。零點調整完成後按一下「清零」鍵，待轉矩顯示「0」後表示調整結束。
b、放大倍數調整
「調零」完成後，將實驗台上的調速旋扭順時針慢慢向「高速」方向旋轉，電機起動並逐漸增速，同時觀察電測箱面板上所顯示的轉速值。當電機轉速達到1000轉／分左右時，停止轉速調節，此時輸出轉矩顯示值應在0.6—0.
8nm.之間（此值為出廠時標定值），否則通過電測箱後板上的轉矩放大倍數電位器加以調節。調節電位器時，轉速與轉矩的顯示值有一段滯後時間。
一般調節後待顯示器數值跳動兩次即可達到穩定值。
(3)載入
調零及放大倍數調整結束後，為保證載入過程中機構運轉比較平穩，建議先將電機轉速調低。一般實驗轉速調到300—800轉／分為宜。待實驗台處於穩定空載運轉後（若有較大振動，要按一下載入砝碼吊籃或適當調節一下電機轉速），在砝碼吊籃上加上第乙個砝碼。
觀察輸出轉速及轉矩值，待顯示穩定（一般載入後轉矩顯示值跳動2一3次即可達穩定值）後，按一下「保持鍵」，使當時的轉速及轉矩值穩定不變，記錄下該組數值。然後按一下「載入鍵」，第乙個載入指示燈亮，並脫離「保持」狀態，表示第一點載入結束。在吊籃上加上第二個砝碼，重複上述操作，直至加上八個砝碼，八個載入指示燈亮，轉速及轉矩顯示器分別顯示「8888」表示實驗結束。
根據所記錄下的八組資料便可作出齒輪傳動的傳動效率η—t9曲線及t1—t9曲線。
五、實驗報告
1、將實驗資料填入下表，並求出計算值，以t9為橫座標（如圖13所示），分別繪出傳動效率η- t9曲線和t1- t9曲線。
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