實(shí)驗(yàn) 封閉功率流式齒輪試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)11 封閉功率流式齒輪試驗(yàn) CLS試驗(yàn)臺(tái)為小型臺(tái)式封閉功率流式齒輪試驗(yàn)臺(tái)采用懸掛式齒輪箱不停機(jī)加載方式，加載方便、操作簡(jiǎn)單安全，耗能少。在數(shù)據(jù)處理方面，即可直接用抄錄數(shù)據(jù)手工計(jì)算方法，也可以計(jì)算機(jī)接口組成有數(shù)具采集處理，結(jié)果曲線顯示，信息儲(chǔ)存、打印輸出等多種功能的自動(dòng)化處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有重量輕、機(jī)電一體化相結(jié)合等特點(diǎn)。本試驗(yàn)臺(tái)用于機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。可進(jìn)行齒輪傳動(dòng)效率試驗(yàn)，小模數(shù)齒輪的承載能力試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)，使學(xué)生能了解封閉功率流式齒輪試驗(yàn)臺(tái)的基本原理特點(diǎn)及齒輪傳動(dòng)效率的測(cè)試方法。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解封閉功率流式齒輪試驗(yàn)臺(tái)的基本原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)2、 掌握齒輪傳動(dòng)效率的測(cè)試方法。

2、二、設(shè)備和工具（一）試驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)1.試驗(yàn)臺(tái)齒輪模數(shù) m=22.齒 數(shù) Z=Z=Z=Z=383.中心距 A=76mm4.速比 I=15.直流電機(jī)額定功率 P電=200W6.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 N電=502000r/m7.最大封閉扭距 T=15NM8.最大封閉功率 P=3KW（二）試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖11-1a所示，由定軸齒輪副、懸掛齒輪箱、扭力軸、雙萬(wàn)向聯(lián)軸器等組成一個(gè)封閉機(jī)械系統(tǒng)。12786345109111213WL(a) (b)1、 懸掛電機(jī)2、浮動(dòng)聯(lián)軸器3、轉(zhuǎn)速傳感器4/11、定軸齒輪副5、剛性聯(lián)軸器6、懸掛齒輪箱7、砝碼8/9、懸掛齒輪副10、萬(wàn)向聯(lián)軸器12、脈沖發(fā)生器13、

3、轉(zhuǎn)矩傳感器圖11-1 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖電機(jī)采用外殼懸掛結(jié)構(gòu)，通過(guò)浮動(dòng)聯(lián)軸器和齒輪軸相聯(lián)，與電機(jī)懸臂相連的轉(zhuǎn)矩傳感器把電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號(hào)送入實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控箱，在數(shù)碼顯示上直接讀出。電機(jī)轉(zhuǎn)速由測(cè)速傳感器4測(cè)出，同時(shí)送往電控箱中顯示。（三） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電子系統(tǒng)1.系統(tǒng)框圖電控箱內(nèi)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖11-2所示。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器RS232接口單片微計(jì)算機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示器電機(jī)轉(zhuǎn)矩顯示器轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速輸出接口計(jì)算機(jī)CRT顯示器打印機(jī)圖11-2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖2. 電控箱操作部分主要部分集中在電控箱正面的面板上，面板的布置如圖11-3所示：轉(zhuǎn)速輸出顯示轉(zhuǎn)矩輸出顯示載荷指示送數(shù)保持清零加載電源調(diào)零增益轉(zhuǎn)速

4、輸出轉(zhuǎn)矩輸出圖11-3 面板的布置圖在電控箱背面?zhèn)溆形C(jī)RS232接口、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速輸入接口等，其布置情況如圖11-4示；43215圖11-4 電控箱后板布置電源插座2、轉(zhuǎn)矩增益調(diào)節(jié)電位器3、RS232接口4、轉(zhuǎn)矩輸入接口5、轉(zhuǎn)速輸入接口三、實(shí)驗(yàn)原理1、功率流方向的確定由圖1（b）可知，試驗(yàn)臺(tái)空載時(shí)，懸臂齒輪箱的杠桿通常處于水平位置，當(dāng)加上一定載荷之后（通常加載砝碼是0.5kg以上）懸臂齒輪箱會(huì)產(chǎn)生一定角度的翻轉(zhuǎn)，這時(shí)扭力軸將有一個(gè)力矩T作為齒輪9（其方向?yàn)轫槙r(shí)針），萬(wàn)向節(jié)也有一力矩T作用于齒輪9，（其方向也為順時(shí)針，如忽略磨檫，T= T）。當(dāng)電機(jī)順時(shí)針?lè)较蛞唤撬俣绒D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，T與的方向相同，T與的

5、方向相反，故這是齒輪9為主動(dòng)輪，齒輪9為從動(dòng)輪，同理齒輪5為主動(dòng)輪，齒輪5 為從動(dòng)輪，封閉功率方向如圖1（a）所示，其大小為：（KW）該功率流大小決定與加載力矩和扭力軸的轉(zhuǎn)速，而不是決定與電機(jī)。電機(jī)提供的功率僅為封閉傳動(dòng)中的損耗功率，既故 ，單對(duì)齒輪為總效率若=95%，則封閉加載的功率僅為開(kāi)式加載功率的1/20，是一種節(jié)能高效率的試驗(yàn)方法。2、 T的確定 由圖11-1b可以看出，當(dāng)懸掛齒輪箱杠桿加上載荷后，齒輪9、齒輪9就會(huì)產(chǎn)生扭矩，其方法都是順時(shí)針，對(duì)齒輪9中心取矩，得到封閉力矩T；（本試驗(yàn)臺(tái)T是所加載產(chǎn)生扭矩的一半）即： W所家砝碼重力N L加載杠桿長(zhǎng)度L=0.3m 平均效率為：（本試驗(yàn)臺(tái)

6、電機(jī)為順時(shí)針）3、效率的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)曲線的輸出 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控箱內(nèi)附設(shè)單片機(jī)，承擔(dān)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、信息記憶、自動(dòng)數(shù)字顯示及傳送等功能。若通過(guò)串行接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，就可有計(jì)算機(jī)對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理，并能顯示及打印齒輪傳遞效率T曲線及TT曲線和全部相關(guān)數(shù)據(jù)。如圖11-5例所示。 圖11-5 實(shí)驗(yàn)曲線四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） 人工記錄操作方法1. 系統(tǒng)聯(lián)接及接通電源在接通電源前，先將試驗(yàn)臺(tái)上的轉(zhuǎn)矩輸出線（較粗的信號(hào)線）及轉(zhuǎn)速信號(hào)線分別插入電控箱后板的相應(yīng)輸入插口上，打開(kāi)電控箱面板開(kāi)關(guān)，并按一下“清零鍵”使單片機(jī)微機(jī)復(fù)位，處于待命狀態(tài)。齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)在接通電源前，應(yīng)首先將電機(jī)調(diào)速旋扭逆時(shí)針轉(zhuǎn)至“最地速”（0速

7、）位置，然后將電源開(kāi)關(guān)接通電源。2. 轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)及放大倍數(shù)調(diào)整在試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)（0速）及空載狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電控箱面板上的“增益”（粗調(diào)），電位器（細(xì)調(diào)），使輸出轉(zhuǎn)矩顯示值0.010Nm一般轉(zhuǎn)動(dòng)電位器后，顯示器跳動(dòng)2次及達(dá)到穩(wěn)定值。在調(diào)零過(guò)程中，若轉(zhuǎn)矩顯示為“9999”則表示轉(zhuǎn)矩為“一”值應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)電位器使顯示值增大?！罢{(diào)零”完成后，將試驗(yàn)臺(tái)上的調(diào)速旋扭順時(shí)針漫漫向“高速”方向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)起動(dòng)逐漸增速，同時(shí)觀察電控箱面板上顯示的轉(zhuǎn)速值。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值（本實(shí)驗(yàn)建議預(yù)定轉(zhuǎn)速為10001200轉(zhuǎn)/分）時(shí)，停止轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩顯示應(yīng)在0.30.4Nm之間（此值出廠時(shí)已調(diào)節(jié)好），否則可通過(guò)電控箱背面上的

8、轉(zhuǎn)矩增益電位器加以調(diào)節(jié)。（為方便記錄，數(shù)據(jù)顯示采用延時(shí)平均軟件，因此調(diào)節(jié)電位器后，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的顯示值一段滯后時(shí)間）。3. 加載待試驗(yàn)臺(tái)處于穩(wěn)定空載運(yùn)轉(zhuǎn)后（若有較大振動(dòng)，要按一下加載砝碼吊藍(lán)或適當(dāng)調(diào)節(jié)一下電機(jī)轉(zhuǎn)速），在砝碼吊藍(lán)上加上第一個(gè)砝碼。觀察出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩值，待顯示穩(wěn)定（一般加載后轉(zhuǎn)矩顯示值跳動(dòng)23次即可達(dá)穩(wěn)定值）后，按一下“保持鍵”適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩值穩(wěn)定不變，記錄下該組數(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。 在吊藍(lán)上加上第二個(gè)砝碼,重復(fù)上述操作,直至加上八個(gè)砝碼,八個(gè)加載指示燈亮,轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩顯示器分別顯示"“8888”"

9、表示實(shí)驗(yàn)結(jié)束。根據(jù)所記錄下的八組數(shù)據(jù)便可作出齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率T曲線及TT曲線.注:在加載過(guò)程中,應(yīng)始終使電機(jī)轉(zhuǎn)速基本保持在 預(yù)定轉(zhuǎn)速左右。在記錄下各組數(shù)據(jù)后,應(yīng)先將電機(jī)慢慢的調(diào)速至零,然后再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。(二)與結(jié)算機(jī)接口實(shí)驗(yàn)方法在CLS型齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電空箱后板上設(shè)有RS232接口,通過(guò)所附的通訊連接線和計(jì)算機(jī)相聯(lián),組成智能齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),操作步驟為:1. 系統(tǒng)聯(lián)接在關(guān)電源的狀態(tài)下將隨機(jī)攜帶的串行通訊聯(lián)接線的一端接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控箱的RS232插座,另一端接入計(jì)算機(jī)串行輸出口(串行口1#或2#均可,但無(wú)論聯(lián)線或拆線時(shí),都應(yīng)先關(guān)閉計(jì)算機(jī)和電控箱電源, 否則易燒壞接口元件)。其余方法同前2.

10、轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)及放大倍數(shù)調(diào)整方法同前3. 加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)處于穩(wěn)定空載狀態(tài)下,加上第一個(gè)砝碼,待轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩顯示穩(wěn)定后,按一下“加載鍵”(注:不需按“保持健”), 第一個(gè)加載指示燈亮。加第二個(gè)砝碼,顯示穩(wěn)定后再按一下“加載鍵” 第二個(gè)加載指示燈亮。第二個(gè)加載結(jié)束。如此重復(fù)操作,直至加上八個(gè)砝碼,按八次“加載鍵”,八個(gè)加載指示燈亮。轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩顯示器都顯示“8888”,表示實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 將電機(jī)慢慢調(diào)速至“零”,并卸下所有砝碼。同樣,加載過(guò)程中應(yīng)始終使電機(jī)轉(zhuǎn)速基本保持在預(yù)定值。4. 計(jì)算機(jī)處理(1) 打開(kāi)計(jì)算機(jī),在DOS狀態(tài)下插入隨帶的軟盤(pán)(或?qū)⒋疟P(pán)文件拷入相關(guān)子目錄),運(yùn)行GEAR. EXE文件,屏幕將提示要求

11、輸入串行口通道號(hào).根據(jù)通信線所接的通道,輸入1#或2#通道,經(jīng)回車確認(rèn)后屏幕將出現(xiàn)功能菜單,根據(jù)菜單選擇“輸入”功能并回車確認(rèn),計(jì)算機(jī)將處于待命狀態(tài)。 (2)按一下實(shí)驗(yàn)臺(tái)電控箱面板上的“送數(shù)鍵”，則所采集到的八組數(shù)據(jù)都送到計(jì)算機(jī)上并由CRT顯示器顯示。 (3)當(dāng)確認(rèn)傳送數(shù)據(jù)無(wú)誤(否則再按一下“送數(shù)鍵”)后,用鍵盤(pán)“”移動(dòng)功能菜單光標(biāo),選擇“曲線”功能,屏幕所顯示本次實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)。 (4) 移動(dòng)功能菜單光標(biāo)至“打印”功能,打印機(jī)將打印實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)(目前僅適合EPSON.LQ1600K打印機(jī)),按ESC鍵可退出打印。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束,將計(jì)算機(jī)屏幕菜單選至“退出”回車確認(rèn)后即可退出,退出后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī)及實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電控箱電源。注:如需拆.裝RS232串行通訊線,必須將計(jì)算機(jī)及試驗(yàn)臺(tái)的電源關(guān)斷。五、思考題1