(高等教育)齒輪傳動(dòng)效率及齒輪疲勞實(shí)驗(yàn)

齒輪傳動(dòng)效率及齒輪疲勞實(shí)驗(yàn)（附加機(jī)械功率、效率測(cè)試實(shí)驗(yàn)）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解封閉（閉式）齒輪實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。2 了解齒輪疲勞實(shí)驗(yàn)的過程，及通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定齒輪疲勞曲線的方法。3 在封閉齒輪實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)定齒輪的傳動(dòng)效率。4 介紹機(jī)械功率、效率測(cè)定開式實(shí)驗(yàn)臺(tái)，了解一般機(jī)械功率、效率的測(cè)試方法。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工作原理1 封閉（閉式）傳動(dòng)系統(tǒng) 封閉齒輪實(shí)驗(yàn)機(jī)具有2個(gè)完全相同的齒輪箱（懸掛齒輪箱7和定軸齒輪箱4）， 每個(gè)齒輪箱內(nèi)都有2個(gè)相同的齒輪相互嚙合傳動(dòng)(齒輪9與9，齒輪5與5)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)齒輪箱之間由兩根軸（一根是用于儲(chǔ)能的彈性扭力軸6，另一根為萬向節(jié)軸10）相聯(lián)，組成一個(gè)封閉的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)由電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)該傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來后，電動(dòng)機(jī)傳遞給系統(tǒng)的功率被封閉在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，既兩對(duì)齒輪相互自相傳動(dòng)，此時(shí)若在動(dòng)態(tài)下脫開電動(dòng)機(jī)，如果不存在各種摩擦力（這是不可能的），且不考慮攪油及其它能量損失，該齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)將成為永動(dòng)系統(tǒng)；由于存在摩擦力及其它能量損耗，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來后，為使系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去，由電動(dòng)機(jī)繼續(xù)提供系統(tǒng)能耗損失的能量，此時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出的功率僅為系統(tǒng)傳動(dòng)功率的20%左右。對(duì)于實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)的情況，封閉式實(shí)驗(yàn)機(jī)是有利于節(jié)能的。1.懸掛電動(dòng)機(jī) 2.轉(zhuǎn)矩傳感器 3.轉(zhuǎn)速傳感器 4.定軸齒輪箱 5.定軸齒輪副 6.彈性扭力軸 7.懸掛齒輪箱 8.加載砝碼 9.懸掛齒輪副 10.萬向節(jié)軸 11.轉(zhuǎn)速脈沖發(fā)生器2 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 電動(dòng)機(jī)1為直流調(diào)速電機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定軸齒輪箱輸入軸相聯(lián)，電動(dòng)機(jī)采用外殼懸掛支承結(jié)構(gòu)（既電機(jī)外殼可繞支承軸線轉(zhuǎn)動(dòng)）；電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間相互作用的電磁力矩，與電動(dòng)機(jī)外殼（定子）相聯(lián)的轉(zhuǎn)矩傳感器2提供的外力矩與作用于定子的電磁力矩相平衡，故轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得的力矩即為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T0；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n，電動(dòng)機(jī)輸出功率為 nT0 / 9550（）。3 封閉系統(tǒng)的加載 當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)空載時(shí)，懸掛齒輪箱的杠桿通常處于水平位置，當(dāng)加上載荷W后，對(duì)懸掛齒輪箱作用一外加力矩WL，使懸掛齒輪箱產(chǎn)生一定角度的翻轉(zhuǎn)，使兩個(gè)齒輪箱內(nèi)的兩對(duì)齒輪的嚙合齒面靠緊，這時(shí)在彈性扭力軸內(nèi)存在一扭矩T9（方向與外加負(fù)載力矩WL相反），在萬向節(jié)軸內(nèi)同樣存在一扭矩T9（方向同樣與外加力矩WL相反）；若斷開扭力軸和萬向節(jié)軸，取懸掛齒輪箱為隔離體，可以看出兩根軸內(nèi)的扭矩之和（T9+T9）與外加負(fù)載力矩WL平衡（即T9+T9=WL）；又因兩軸內(nèi)的兩個(gè)扭矩（T9和T9）為同一個(gè)封閉環(huán)形傳動(dòng)鏈內(nèi)的扭矩，故這兩個(gè)扭矩相等（T9=T9），即2T9=WL， T9=WL/2（Nm）；由此可以算出該封閉系統(tǒng)內(nèi)傳遞的功率為： P9=T9 n / 9550=WLn /19100 (KW) 其中：n-電動(dòng)機(jī)及封閉系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速（rpm）； W-所加砝碼的重力（N）； L-加載杠桿（力臂）的長(zhǎng)度，L= 0.3 m。4 單對(duì)齒輪傳動(dòng)效率 設(shè)封閉齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)效率為； 封閉齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)傳遞的有用功率為P9； 封閉齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的功率損耗（無用功率）等于電動(dòng)機(jī)輸出功率P0，即： P0=（P9 /）-P9 =P9 /（P0+P9）=T9 /（T0+T9 ） 若忽略軸承的效率，系統(tǒng)總效率包含兩級(jí)齒輪的傳動(dòng)效率，故單級(jí)齒輪的 傳動(dòng)效率為：5 封閉功率流方向封閉系統(tǒng)內(nèi)功率流的方向取決于由外加力矩決定的齒輪嚙合齒面間作用力的方向和由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向決定的各齒輪的轉(zhuǎn)向；當(dāng)一個(gè)齒輪所受到的齒面作用力與其轉(zhuǎn)向相反時(shí)，該齒輪為主動(dòng)齒輪，而當(dāng)齒輪所受到的齒面作用力與其轉(zhuǎn)向相同時(shí)，則該齒輪為從動(dòng)齒輪；功率流的方向從主動(dòng)齒輪流向從動(dòng)齒輪，并封閉成環(huán)。6齒輪疲勞試驗(yàn)及疲勞曲線的求法 將兩對(duì)試驗(yàn)齒輪分別安裝在懸掛齒輪箱和定軸齒輪箱內(nèi)，由加載砝碼通過加載杠桿施加一定的外載荷，在該載荷下由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至齒輪輪齒發(fā)生疲勞破壞，記錄該載荷（應(yīng)力）下所對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)；在不同的外載荷下，試驗(yàn)得到一系列相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，由這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)即可繪制出該齒輪的疲勞曲線?？梢钥闯?，通過試驗(yàn)測(cè)定齒輪的疲勞曲線，需要比較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生實(shí)驗(yàn)只體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程。7機(jī)械功率、效率測(cè)定開式實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介 開式機(jī)械功率、效率實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成如圖所示。原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）為被測(cè)機(jī)械提供動(dòng)力，制動(dòng)器作為被測(cè)機(jī)械的負(fù)載。由原動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)被測(cè)機(jī)械傳遞到制動(dòng)器，所傳遞的能量在制動(dòng)器“消耗掉”（轉(zhuǎn)化成其它形式的能，如熱能），形成開式傳動(dòng)系統(tǒng)。開式傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成簡(jiǎn)便靈活，但能耗較大，適用于被測(cè)設(shè)備類型多變，實(shí)驗(yàn)周期較短的情況。 被測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 傳感器轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 傳感器制動(dòng)器原動(dòng)機(jī)為了測(cè)量被測(cè)機(jī)械所傳遞的功率及傳動(dòng)效率，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器串接在被測(cè)機(jī)械的輸入軸和輸出軸上，分別測(cè)出兩軸上所傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速，即可算出被測(cè)機(jī)械的輸入功率和輸出功率，輸出功率與輸入功率之比即為傳動(dòng)效率。由指導(dǎo)教師在開式實(shí)驗(yàn)臺(tái)上演示機(jī)械傳動(dòng)效率的測(cè)試過程。三實(shí)驗(yàn)方法及注意事項(xiàng)1 打開電源前，應(yīng)先將電動(dòng)機(jī)調(diào)速旋鈕逆時(shí)針輕旋到頭，避免開機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)突然啟動(dòng)。2 打開電源，按一下“清零鍵”進(jìn)行清零；此時(shí)，轉(zhuǎn)速顯示“0”，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩顯示“ ”，說明系統(tǒng)處于“自動(dòng)校零”狀態(tài)；校零結(jié)束后，轉(zhuǎn)矩顯示為“0”。3 在保證卸掉所有加載砝碼后，調(diào)整電動(dòng)機(jī)調(diào)速旋鈕，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為600 r/min。4 在砝碼吊籃上加上第一個(gè)砝碼（10N），并微調(diào)轉(zhuǎn)速使其始終保持在預(yù)定轉(zhuǎn)速（600r/min）左右，在待顯示穩(wěn)定后（一般調(diào)速或加載后，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩顯示值跳動(dòng)2-3次即可達(dá)到穩(wěn)定值），按一下“保持鍵”，使當(dāng)時(shí)的顯示值保持不變，記錄該組數(shù)值；然后按一下“加載鍵”，第一個(gè)加載指示燈亮，并脫離“保持”狀態(tài)，表示第一點(diǎn)加載結(jié)束。5 在砝碼吊籃上加上第二個(gè)砝碼，重復(fù)上述操作，直至加上8個(gè)砝碼，8個(gè)加載指示燈全亮，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩顯示器分別顯示“8888”，表示實(shí)驗(yàn)結(jié)束。6 記錄下各組數(shù)據(jù)后，應(yīng)先將電機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢調(diào)速至零，然后再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。7 由記錄數(shù)據(jù)，作出齒輪封閉傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率（-T9）曲線。四思考題1 封閉式傳