验证性实验指导书实验名称：齿轮传动效率测定实验简介：齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。

齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。

为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。

本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。

适用课程：机械设计实验目的：A了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；B掌握功率流分析、效率测定的方法；C测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；D初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。

面向专业：机械类实验项目性质：验证性（课内选做）计划学时： 2学时实验分组：4人/组实验照片：《机械设计》课程实验实验二齿轮传动效率测定齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。

齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。

为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。

本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。

一、实验目的1. 了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；2.掌握功率流分析、效率测定的方法；3.测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；4.初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。

二、实验设备和工具1. Z-45直流电动机2台；2. ZJ型转矩转速传感器2台；3. ZD10型减速器2台；4. JXW-1型机械效率仪1台；5. TSGC-20调压器1台；6. 加载控制箱1台；7. CP-80打印机1台。

三、实验原理1. 齿轮传动试验台简介所有类型的齿转传动试验台，根据运转与否分为运转式和非运转式两大类。

非运转式试验台指齿轮或齿轮副只能在静止状态下进行试验的试验台，如静态加载的齿轮静强度试验台。

非运转式试验台中被测齿轮的试验状态同齿轮的实际工作状态有较大的差别，不大可能获得满意的试验结果。

运转式试验台是指齿轮副能在一定转速下进行试验的设备。

该类设备一般都由驱动装置、传动装置、加载装置、齿轮试件失效监护装置、润滑装置、测试装置等六部分组成。

其试验能获得较接近实际的结果，运转式试验台根据试验台功率的传递原理和加载方法的不同，可分为开放功率流式和封闭功率流式两类。

（1）开放功率流式试验台所谓开放功率流，就是齿轮传动所传递的功率由原动机传来，经过齿轮传动和试验装且中的全部传动件，最后传到耗能装置中，由耗能装置即加载装置将其全部消耗，并借助耗能装置给被测装置加载。

功率传递的流向未形成封闭回路，故称其为开放功率流式试验台，图2-1为开放功率流式试验台构成原理。

它由动力驱动装置、被测装置、加载装置、测试装置和控制台等几都分组成这种试验台的加载装置为纯耗能元件。

此类试验设备的关键部件是耗能加载装置。

目前采用的耗能加载装置有机械制动器式、磁粉制动器式、电磁涡流消功器式、水利涡流消功器式和电机消功器式等。

开放功率流式试验台的主要优点是：结构简单，体积小，可在运行中对被测装置加载，制造、安装方便，加载稳定可靠，能方便地进行不同结构尺寸的被测装置的安装测试，但由于功率流开放的缘故，使其动力消耗大，造成能源的极大浪费，试验费用高昂，对于各类齿轮传动装置的寿命试验，这点显得尤其突出。

这是开放功率流式试验台固有的缺点，故此类试验台多用于中、小功率非长期运转的试验。

（2）封闭功率流式试验台鉴于开放功率流式试验台功率消耗大，试验费用高，能源浪费严重等缺点，近年来又发展了封闭功率流式试验台。

所谓封闭功率流就是指能量传输的路线在整个试验台上形成一个闭合回路。

封闭功率流式试验台构成原理如图2-2所示。

它是用加载装置,即换能器将所消耗能量的一部分转换为其它形式的能量在回输给系统,从而达到即加载又节能的目的。

因此，在现代被测装置的性能试验中，愈来愈广泛地采用该类试验台。

根据能量转化的方式不同，封闭功率流失试验台又分为机械功率封闭式试验台和电功率封闭式试验台两种类型。

机械功率封闭式试验台种类较多，在此不作介绍，必要时可参阅有关资料。

电功率封闭式试验台由于其组合方便，互用性好，结构简单，加载精度高，节能效果好，操作控制方便等优点，越来越多地应用于齿轮传动装置的检测试验中。

图2-3位其结构原理图。

电功率封闭式试验台又可分为交流电封闭和直流电封闭两种。

目前，作为产品的交流电封闭试验台是采用电动机----发电机组驱动，驱动效率低，能量传输环节多，环路损失大，且其控制系统复杂，占地面积大，投资高昂，但因其维护、使用方便，故对于大功率传动试验尚多采用此类试验台。

直流电封闭试验台的驱动采用直流电动机，经被测减速器和陪试箱装置，由直流发电机转换为直流电能又回输给直流电动机。

系统的功率损耗由整流装置补充，其能量传输环节少，环路效率高，且直流电动机易实现自动控制，故直流电封闭功率试验台应用广泛。

2. 实验装置原理及使用：（1）试验台的结构（见图2-4）（2）加载方法本试验台采用简单电封闭加载。

图2-5时电封闭加载的工作原理图。

两台同型号直流电机同时并联于电源，一对传动比i=1的齿轮分别装在两电机轴上并相互啮合。

通电后两台电机转速相同，转向如图所示。

此时齿轮虽然以啮合传动，但轮齿上不受力，相当于空载运转。

现在若改变电机1的磁场强度，提高它的转速，而电机2的磁场强度维持原状不变，这时，电机1就要通过轮齿传动迫使电机2超过它原有的转速运转。

于是，电机2进入发电状态，变成发电机，转子上产生一个阻力矩。

这个阻力矩就成了齿轮的负载。

电机1的转速提升愈多，即两电机的转速差愈大，齿轮上的负载也愈大。

可以看出，给齿轮加载，只需转动电机的调速旋钮，操作很方便。

由于电机2始终与电源并联，它发出的电的极性又与电源一致，所以能反馈给电源。

这样，从加载系统的能量传输过程看，形成一个封闭循环，如图2-6所示，故称这种加载方法为“电封闭加载”。

这种加载方法与开式加载相比，可以节约近60%的能耗。

（3）转矩和转速的测量本试验台采用两台ZJ型转矩转速传感器和与之配套的JXW-1型机械效率仪，分别测量显示主动轴和从动轴的转矩和转速。

通过机械效率仪的处理，还可以直接打印出传动功率，传动效率等数据。

转矩转速传感器的结构示意图见图2-7，工作原理见图2-8。

基座上有两个环形磁极A’和B’（好象内齿圈），测扭轴上有两个盘形磁极A”和B”（好象外齿轮）。

盘形磁极的外径略小于相对的环形磁极的内径，且A’与A”共面，B’与B”共面，当它们相对转动时，磁极相对，磁路就闭合；磁极错开，磁路就断开，于是就使处于磁路内的线圈感生电压信号。

当轴受到扭转后，两线圈产生的电压信号就出现相应的相位差（图2-8）。

由于扭转角与转矩成正比，所以，相位差的大小就反映了转矩的大小。

经过JXW-1型机械效率仪处理后，就显示出转矩的大小。

转速通过机械效率仪的电子电路，计算出一定时间间隔内电信号的个数，并以“每份转”单位显示出来。

测量时，先应注意“调零”，即当轴不受扭时，效率仪所显示的转矩在理论上讲应为零。

若显示不为零时，应开动传感器上的电机进行调零。

若显示不为零时，应开动传感器上的电机进行调零，使效率仪的转矩显示值为零。

3. 数据处理及打印：利用JXW-1型机械效率仪对检测到的参量处理后，用打印机打印出来。

（1）检测及计算出的八个参量分别是：主动轴转矩M1,主动轴转速n1，主动功率P1，从动轴转矩M2，从动轴转速n2，从动轴功率P2，转速比（n1/ n2），效率η。

（2）操作规程①闭合电源总开关前，应将机械效率仪、打印机和控制箱的电源开关置于断开位置。

②打开机械效率仪的电源开关，预置参数。

③打开打印机，先闭合打印机左侧的开关，面板上的红色指示灯亮，再将机械效率仪上的打印选择键置于打印状态即可。

（3）使用注意事项①闭合电源开关时，仪器的开关必须置于断开位置。

②打印机两个色带盘上卷存的色带量应保持基本相等，否则不能正常打印。

一旦出现打印机头阻塞声或只在某一位置上振动，可能与色带的卷存量不相等有关，应断开打印机电源开关对色带进行检查调整。

③打印机有时因随机干扰出现异常时（如打印出较黑的线条），应立即断开打印机电源开关，然后重新启动。

④试验完毕应分别将打印机、效率仪和控制箱的电源开关断开。

四、实验步骤1．检查各仪器的连线以及各开关、手轮位置是否正确。

2．闭合交流电源开关，并闭合控制箱开关。

3．闭合机械效率仪电源开关，并送入参数，操作程序见表2-1。

4．依次按下控制箱面板上的“顺”、“逆”按钮，调节中间手轮，使电压达到230伏。

5．调解调压器，使主电机转速至其额定转速1440r/min。

6．加载。

建议采用“降低”从动电转速的方式加载。

因为这种加载方式对工作转速的影响较小。

每次加载以0.3KW左右为宜，最大负载为3.2~3.6KW。

7．打印数据。

在一种负载下，打印2~3次数据。

8．结束试验，将加载手轮位置还原，将各手轮位置至于初始状态，调节调压器手轮复位后，按下控制箱面板上的红色停止旋钮。

9．断开打印机电源。

10．将效率仪上各键复位后，关掉其电源开关。

11．断开总电源开关。

12．填写实验报告，描绘效率仪曲线。

实验报告要求整洁。

试验过程中的数据，请另用草稿纸记录。

；五、思考题1. 影响试验结果的因素有哪些？2. 试分析转矩T和转速n对传动效率η的影响，并做出解释。

实验二齿轮传动效率测定实验报告班级：_________ 姓名：__ ________学号：______ ____ 日期：____ _____一、实验目的及原理二、试验对象单级圆柱齿轮减速器，型号ZD10a = i = m n =Z1 = Z2 = β=三、测试仪器、试验装置四、测试数据五、效率曲线六、思考题。