机械设计齿轮设计实验指导书

一、实验目的

1．了解封闭功率流式齿轮实验台的结构、工作原理及操作方法； 2．测定齿轮传动的效率。

二、实验设备及原理

(一)机械结构

实验台的结构如图4—1所示，它由悬挂电机1、转矩传感器2、浮动联轴器3、转速传感器4、定轴齿轮副5、刚性联轴器6、悬挂齿轮箱7、砝码8、悬挂齿轮副9、万向联轴器10、脉冲发生器11等组成—个封闭机械系统。

图4—1 齿轮实验台结构简图

电机采用外壳悬挂结构，通过浮动联轴器和齿轮轴相联，与电机悬臂相联的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台的电控箱，在数码显示器上直接读出。电机转速由测速传感器4测出，同时送往电控箱中显示。 (二)效率计算

1．封闭功率流方向的确定

由图4—1(b)可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷以后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T9作用于齿轮9上(其方向为顺时针)。万向联轴节的轴也有一力矩T9作用于齿轮9(其方向也为顺时针，如忽略摩擦，则T9=T9)。当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T9与ω的方向相同，T9与ω的方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9为从动轮。同理齿轮5为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图6—1(a)所示，其大小为：

TnP999P9/

9550该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗的功率，即：P1P9P9总

故 总

P9P1T9T1 P9T9，

，

，

，

，

，

错误！链接无效。

单对齿轮T9T1 T9η总为总效率，若η总=95％，则封闭加载的功率仅为开式加载功率的1／20，是一种节能高效的实

14

验方法。

2．封闭力矩T9的确定

由图4—1(b)可以看出，当悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9、齿轮9就会产生扭矩，其方向都为顺时针。对齿轮9中心取矩，可得出封闭扭矩T9(本实验台T9为所加载荷产生扭矩的一半)，即：

WL T9（Nmm）2式中： W--所加砝码的重量(N)： L一加载杠杆的长度， L=0．3m。

平均效率为：总(三)电子系统 1．系统框图

电控箱内电子系统的结构框图如图4—2所示。

显示打 印RS--232接口计 算 机转矩、转速输出接口，

T9T1T9（WLT1）2

WL2齿轮传动机构电机转速传感器单 片 电 机 转速 显 示电机转矩传感器机电 机 转 矩 显 示 图4—2 实验台系统框图

2．操作部分

操作部分主要集中在电控箱正面的面板上，面板的布置如图4—3所示

图4—3 面板布置图

Ⅱ型齿轮实验台控制箱电源转速输出转矩输出调零增益送 数保 持清 零加 载输 出 转 速 载 荷 指 示输 出 转 矩 15

在电控箱背面有微机RS-232接门、转矩、转速输入接口等，其布置如图4—4所示。

图4—4 电控箱背面控制图 1—电源 2一转矩增益调节电位器 3—RS—232接口

4—转矩输入接口 5一转速输入接口

三、实验内容及步骤 (一)人工记录操作方法 1．准备工作

1) 检查实验台，使各机件处于完好状态。

2) 将转矩信号输出线及转速信号输出线分别插入电控箱后板的相应输入插口上。 3) 将电机调速旋钮逆时针方向旋到底。 2．实验步骤

1) 接通电源(单向220V)。 2) 按“清零”键，使单片机复位。

3）在实验台电机“0速”及空载状态下，调节电控箱面板上的“增益”电位器(粗调)及“调零”电位器(细调)，使输山转矩显示值≤0．01N．m 。一般转动电位器后，显示器跳动两次即达到稳定值。在调零过程中，若转矩显示为“9999”，则表示转矩为“—”值，应逆时针旋动电位器，使其显示值增大。

4)“调零”稳定后，将实验台上的调速旋钮顺时针慢慢向“高速”方向旋转，电机由启动逐渐增速，同时观察电控箱面板上所显示的转速值，当电机转速达到预定转速(500～800转／分)时，停止转速调节。此时输出转矩显示值应在(0．3～0．4)N．m之间。否则，可通过电控箱背面的转矩增益电位器加以调节。

5) 加载

当实验台处于稳定空载运转后，在砝码吊篮上加上第—个砝码。观察输出转速及转矩值。待显示稳定后，按一下“保持”键，使当时的转速和转矩值稳定不变，记录下该组数值。然后按一下“加载”键，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第—点加载结束。在吊篮上加上第二个砝码，重复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”，表示实验结束。记录下8组数据后，应及时卸载，按“清零”键，将电机转速慢慢的调至零。根据所记录下的8组数据便可作出齿轮传动的传动效率曲线，即η一T9及T1一T9曲线。

(二) 实验台与计算机接口

在CLS-II型齿轮传动实验台电控箱后板上设有RS-232串行接口，可通过所附的通讯线直接和计算机相联，组成智能齿轮传动实验系统。操作步骤为：

16

1．在关电源的状态下，将信号线—端接到实验机RS-232插座，另一端接到计算机串行输出口(串行口1#或串行口2#均可，但无论连线或拆线时，都应先关闭计算机和实验机电源，以免烧坏接口元件)。 ．

2．打开计算机，在DOS状态下插入软盘，运行GEAR．EXE文件，屏幕将提示要求输入串行口通道号，根据通讯线所接的通道，输入1#或2#通道，经回车确认后屏幕将出现功能菜单，根据菜单，选择“输入”功能并按回车确定，计算机将处于等待信号输入状态。 3．打开实验机电源，调整转矩零点及放大倍数至合适位置(方法同前)。

4．实验台处于空载状态下，加上第—个砝码，待转速和转矩显示稳定后，按一下“加载”键，第—个加载指示灯亮。加第二个砝码，显示稳定后再按—下‘‘加载”键，第二个加载指示灯亮，第二次加载结束。如此反复，直至加上8个砝码，按下8次“加载’’键，8个加载指示灯都亮。转速、转矩显示器都显示“8888”，表明所采数据已全部送至计算机。电机慢慢调速为零，并卸下所有砝码。

5．当实验机全部显示“8888”时，计算机屏幕将全部显示所采集的8组数。 6．移动功能菜单的光标，选择“曲线”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。 7．移动功能菜单的光标至“打印”功能，打印机将打印实验曲线和数据。

8．实验过程中如需调出本次数据，只需将光标移至“输入”功能，并回车确认，同时按下实验机的“送数”键，数据即被送至计算机，可用上述6、7项操作进行画图打印。

9．—次实验结束后如需继续实验，可按—下实验机的“清零”键，同时将计算机屏幕上的菜单选至“输入”，重复上述4～7项即可。

10．实验结束后，关闭实验机的电源，将计算机屏幕上的菜单选至“退出”，回车确认后即可退出。退出后应及时关闭计算机。

四、 实验注意事项

1．通电前，面板上调速旋钮逆时针旋到底位置，连接地线。 2．通电后，转速显示的4位数码管亮。 3．此后即可按实验指导书的要求操作。

五、 实验报告要求

1、 整理实验数据，填写实验报告； 2、 回答思考题；

3、 填写对本实验台的改进建议及本次实验的收获和体会。

17