机械传动系统效率综合测试实验

一、实验目的

1.       了解机械传动系统效率测试的工程试验手段和常用的机械效率测试设备，掌握典型机械传动系统的效率范围，分析传动系统效率损失的原因；

2.       通过对典型机械传动系统及其组合的性能测试，加深对机械传动系统性能的认识以及对机械传动合理布置的基本原则的理解；

3.       通过对实验方案的设计、组装和性能测试等训练环节，掌握计算机辅助实验测试方法, 培养学生创新设计与实践能力。

二、实验设备

机械传动性能综合测试实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。

图1(a) 实验台外观图

1-变频调速电机    2-联轴器   3-转矩转速传感器   4-试件

5-加载与制动装置  6-工控机   7-电器控制柜       8-台座

实验设备包括机械传动综合效率实验台（包括台座、变频调速器、机柜、电控箱）、蜗轮蜗杆减速器、齿轮减速器、三相异步电动机、同步带传动装置、滚子链传动装置、V带传动装置、磁粉制动器、ZJ转矩转速传感器、计算机及打印机、其他零配件。典型实验装置包括齿轮减速传动装置、蜗轮蜗杆减速传动装置、V带+齿轮减速传动装置、齿轮减速+滚子链传动装置、同步带减速传动装置、V带减速传动装置、V带+同步带减速传动装置。实验装置由动力部分、测试部分、加载部分和被测部分等组成。各部分的性能参数如下：

1、动力部分

1)        YP-50-0.55三相感应变频电机：额定功率0.55KW；同步转速1500r/min；输入电压380V。

2)        LS600-4001变频器：输入规格 AC 3PH 380-460V 50/60HZ；输出规格 AC 0－240V 1.7KVA 4.5A；变频范围 2～200 HZ。

2、测试部分

1)        ZJ10型转矩转速传感器：额定转矩 10N.m；转速范围 0～6000r/min；

2)        ZJ50型转矩转速传感器：额定转矩 50N.m；转速范围 0～5000r/min；

3)        TC-1转矩转速测试卡：扭矩测试精度 ±0.2%FS；转速测量精度 ±0.1%；

4)        PC-400数据采集控制卡。

3、被测部分

1)        直齿圆柱齿轮减速器：减速比 1：5；齿数Z1=19  Z2=95；

法向模数ｍ_n＝1.5；中心距ａ＝85.5ｍｍ；

2)        蜗轮减速器：减速比 1：10；蜗杆头数Z1=1；　中心距a=50ｍｍ；法向模数ｍ_n＝5

3)        同步带传动：带轮齿数Z1=18  Z2=25 ； 节距LP=9.525；

            L型同步带 3×16×80。

4)        三角带传动：

带轮基准直径 D1=70mm D2=115mm O型带L内=900mm；

带轮基准直径 D1=76mm D2=145mm O型带L内=900mm；

带轮基准直径 D1=70mm D2=88mm  O型带L内=630mm。

5)        链传动： 链轮 Z1=17  Z2=25  

滚子链 08A－1×71

滚子链 08A－1×53

滚子链 08A－1×66。

4、加载部分

FZ－5型磁粉制动(加载)器：额定转矩50N.m；激磁电流0～2A；允许滑差功率1.1KW。

为了提高实验设备的精度，实验台采用两个扭矩测量卡进行采样，测量精度达到±0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。其控制系统主界面如图2所示。

图2 实验台控制系统主界面

三、实验原理

机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图3所示。通过对转矩和转速的测量，利用转矩、转速与功率的数学关系间接导出功率数值，并通过对电机和负载的相应控制观察分析转速、转矩、功率的相应变化趋势，同时通过对减速器的输入功率和输出功率的测量分析，得出减速器的效率及其随不同情况的变化所呈现的变化趋势。

四、实验内容及要求

利用实验室提供的仪器设备组装典型传动系统，针对不同的传动系统进行减速器输入输出转矩、转速的测量分析，得出相应的实验结果。具体实验要求为：

1．   根据实验设备选择一种传动系统方案进行组装搭接，记录装配过程；

2．   对传动系统进行测试；

3．   记录并分析测试结果；

4．   写实验报告（要求画出实验的原理方案简图及平面布置图，绘制相应数据曲线，完成思考题）。

运用机械传动性能综合测试实验台能完成多类实验项目如表1所示。无论选择哪类实验, 其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点。实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩T (N.m)、功率P(kW)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：

传功比   i=n₁/n₂

扭矩    T=9550 P/n  (Nm)

传功效率   η=P₂/P₁= T₂ n₂/ T₁ n₁

根据参数曲线可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。

  五、实验步骤

实验步骤可以分成3个阶段：准备阶段、测试阶段和分析阶段。在实验时，要按照不同阶段的相关要求进行操作。

1.       准备阶段

1)      认真阅读《实验指导书》和《实验台使用说明书》并熟悉实验台；

2)      确定实验内容；

选择实验时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。如表1所示。

表1

首先要了解被测机械的功能与结构特点。

3)      根据选择的机械传动方案选择仪器设备，布置、安装被测机械传动装置（系统）。注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴线要求；

4)      检查各连接部位是否牢固可靠，按《实验台使用说明书》要求对测试设备进行调零，以保证测量精度。

2.       测试阶段

1)      打开实验台电源总开关和工控机电源开关；

2)      点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；

3)      键入实验教学信息标：实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、实验日期等；

4)      点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩T1、T2等；

5)      点击“分析”，确定实验分析所需项目：曲线选项、绘制曲线、打印表格等；

6)      启动主电机，进入“试验”。使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可；

7)      从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果；

8)      结束测试。注意先逐步卸载，后降速。

9)      关闭仪器电源，拆卸传动系统，将各仪器设备和组件复位。

3.       分析阶段

1)      对实验结果进行分析；对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。

2)      整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。

六、思考题

1.         机械效率如何定义？实验中是如何测定传动系统机械效率的？

2.         试分析负载对传动系统的机械效率和转速的影响。

3.         在对传动系统进行强度计算时，功率取电机的额定功率还是根据输出功率确定？

4.         在机械传动系统中，滚子链传动和V型带传动的特性和基本安装要求，并分析设立这些基本安装要求的原因。

 

第二篇：机械效率实验

§11.5机械效率（二）

学习目标：1.复习机械效率公式，并能灵活用于计算；

          2.知道影响滑轮组机械效率的因素，如何提高机械效率

自学指导一 温故而知新，灵活运用机械效率公式进行计算，并能说出提高机械效率的方法：

1.如右图所示，某人用该滑轮组匀速提起重为1600N的货物，所用的拉力F

是800N，绳子自由端被拉下4m，求总功、有用功、额外功和滑轮组的机械

效率。（注意规范解题格式）

          

         

         

         

2.思考并讨论：在第1题中，额外功都包括哪些？                          、

                               、                                   ；

怎样减小这些额外功呢？                     、                     、

                                   ；

在有用功不变的条件下，如果额外功减小了，机械效率有何变化呢？                                

3.如果把第一题中提起的重物改成2000N，动滑轮重、绳重及绳子与滑轮之间的摩擦不变，则此时的额外功为       J，机械效率η′是多少？          ；与之前的机械效率相比有何变化？         。

4.综上，你能得出提高机械效率的方法吗？      有用功，      额外功。（填“增大”或“减小”）

自学指导二 通过实验探究总结出知道影响滑轮组机械效率的因素：

某班同学在实验课上运用如右下（a）图所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其它因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：

猜想1  可能与匀速提升的速度大小有关；

猜想2  可能与被提升的钩码重有关；

猜想3  可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关；

猜想4  可能与钩码被提升的高度有关。

三名同学分别根据各自的猜想进行了探究，实验记录如下表。

（1）请你完成表中空白处的计算并填入表格。

（2）请你根据表中的实验记录，分别在表中写出探究结果。

小明的实验记录

（3）归纳小华和小兰的实验探究，你所得的结论是：                                

                                     。

老师又提出：如果改变串绕绳子的方式，如右下（b）图所示，钩码重不变， 则滑轮组的机械效率如何变化呢？据此，小芳分别按（a）（b）两图做了如下实验：

小芳的实验记录

        （4）通过表中数据可分析出实验1是用    图做的实验，实验2是用

              图做的实验，请你在表中空白处填上适当的数据及探究结果。

 

总结：                      ⑴               ；具体方法有：           

1.提高机械效率方法有

                                                           ①          

                            ⑵               ；具体方法有：②          

                                                           ③          

     2.机械效率与              、              、                    无关。

当堂训练：点津:P99 题目4

               P100 变式4