带传动的滑动率和效率测定的实验方案设计

7 带传动的滑动率和效率测定的实验方案设计带传动的滑动率和效率测定的实验方案设计 一 实验目的一 实验目的 1 深入了解带传动的原理以及传动摩擦和滑动时候的相关问题 深入了解带传动的原理以及传动摩擦和滑动时候的相关问题 2 深入了解 掌握机械带传动效率及滑动率测量方法及原理 了解 深入了解 掌握机械带传动效率及滑动率测量方法及原理 了解 测量过程所使用的仪器 仪表以及传感器的工作原理 测量过程所使用的仪器 仪表以及传感器的工作原理 3 观察带传动的弹性滑动和打滑现象 加深对带传动工作原理和设 观察带传动的弹性滑动和打滑现象 加深对带传动工作原理和设 计准则的理解 计准则的理解 4 通过对滑动曲线 通过对滑动曲线 F 曲线 和效率曲线 曲线 和效率曲线 F 曲线 的测定曲线 的测定 和分析 深刻认识带传动特性 承载能力 效率及其影响因素 和分析 深刻认识带传动特性 承载能力 效率及其影响因素 二 实验的理论依据二 实验的理论依据 由于带是弹性体 受力不同的时候伸长量不等 使带传动发生弹性由于带是弹性体 受力不同的时候伸长量不等 使带传动发生弹性 滑动现象 在带绕带轮滑动传动时候 带的压力由滑动现象 在带绕带轮滑动传动时候 带的压力由 F1 下降到下降到 F2所以带的所以带的 弹性变形也要相应减小 亦即带在逐渐缩短 带的速度要落后于带轮 因弹性变形也要相应减小 亦即带在逐渐缩短 带的速度要落后于带轮 因 此两者之间必然发生相对滑动 同样的现象也发生在从动轮上 但是情况此两者之间必然发生相对滑动 同样的现象也发生在从动轮上 但是情况 恰好相反 带从松边转到紧边时 带所受到的拉力逐渐增加 带的弹性变恰好相反 带从松边转到紧边时 带所受到的拉力逐渐增加 带的弹性变 形量也随之增大 带微微向前伸长 带的运动超前于带轮 带与带轮间同形量也随之增大 带微微向前伸长 带的运动超前于带轮 带与带轮间同 样也发生相对滑动 样也发生相对滑动 其中 带收到的张紧力其中 带收到的张紧力 F0 紧边拉力 紧边拉力 F1 松边拉力 松边拉力 F2 则 有效拉力则 有效拉力 F F1 F2等于带沿带轮的接触弧上摩擦力的总和等于带沿带轮的接触弧上摩擦力的总和 Ff 带传动中滑动的程度用滑动率表示 其表达式为带传动中滑动的程度用滑动率表示 其表达式为 8 100 1 11 22 1 21 nD nD v vv 式中式中 v1 v2 分别为主动轮 从动轮的圆周速度 单位 分别为主动轮 从动轮的圆周速度 单位 m s n1 n2 分别为主动轮 从动轮的转速 分别为主动轮 从动轮的转速 r min D1 D2 分别为主动轮 从动轮的直径 分别为主动轮 从动轮的直径 mm 如图如图 2 1 所示 带传动的滑动 曲线所示 带传动的滑动 曲线 1 随着带的有效拉力 随着带的有效拉力 F 的增大的增大 而增大 表示这种关系的曲线称为滑动曲而增大 表示这种关系的曲线称为滑动曲 线 当有效拉力线 当有效拉力 F 小于临界点小于临界点 F 点时 滑点时 滑 动率与有效拉力动率与有效拉力 F 成线性关系 带处于弹成线性关系 带处于弹 性滑动工作状态 当有效拉力性滑动工作状态 当有效拉力 F 超过临界超过临界 点点 F 点以后 滑动率急剧上升 带处于弹点以后 滑动率急剧上升 带处于弹 性滑动与打滑同时存在的工作状态 当有性滑动与打滑同时存在的工作状态 当有 效拉力等效拉力等 于于 Fmax时 滑动率近于直线上升 带处于完全打滑的工作状态 图中曲线时 滑动率近于直线上升 带处于完全打滑的工作状态 图中曲线 2 为带传动的效率曲线 即表示带传动效率为带传动的效率曲线 即表示带传动效率 与有效拉力与有效拉力 F 之间关系的曲之间关系的曲 线 当有效拉力增加时 传动效率逐渐提高 当有效拉力线 当有效拉力增加时 传动效率逐渐提高 当有效拉力 F 超过临界点超过临界点 F 点以后 传动效率急剧下降 点以后 传动效率急剧下降 带传动最合理的状态 应使有效拉力带传动最合理的状态 应使有效拉力 F 等于或稍小于临界点等于或稍小于临界点 F 这时 这时 带传动的效率最高 滑动率带传动的效率最高 滑动率 1 2 并且还有余力负担短时间 如启 并且还有余力负担短时间 如启 动时 的过载 动时 的过载 三 实验台的结构与工作原理三 实验台的结构与工作原理 本实验的设备是本实验的设备是 PC A 型带传动实验台 该实验型带传动实验台 该实验 1 滑动曲线 2 效率曲线 图 2 1 带传动的滑动曲线和效率曲线 9 台由主机和测量系统两大部分组成 如图台由主机和测量系统两大部分组成 如图 2 2 所示 所示 1 主机主机 主机主要由两台直流电机组成 其中一台作为原动机 另一台则作为主机主要由两台直流电机组成 其中一台作为原动机 另一台则作为 负载的发电机 原动机由直流调速电路供给电枢以不同的端电压 可实现负载的发电机 原动机由直流调速电路供给电枢以不同的端电压 可实现 无级调速 主 从带轮分别装在原动机和发电机的转子轴上 实验用的平无级调速 主 从带轮分别装在原动机和发电机的转子轴上 实验用的平 带套在两带轮上 带套在两带轮上 图图 2 2 PC A 型实验台型实验台 电机滑动底板电机滑动底板 砝码砝码 百分表百分表 测力杆及测力装置测力杆及测力装置 电动机及主动带轮电动机及主动带轮 平带平带 光电测速装置光电测速装置 发电机及从动带轮发电机及从动带轮 负载灯泡负载灯泡 负载开关负载开关 电源开关电源开关 调速开关调速开关 带传动的加载装置是在直流发电机的输出电路上 并联了八个带传动的加载装置是在直流发电机的输出电路上 并联了八个 40 瓦的瓦的 灯泡作负载 每按一下灯泡作负载 每按一下 加载加载 按键 即并上一个负载电阻 减小了总电按键 即并上一个负载电阻 减小了总电 阻 阻 由于发电机的输出功率为 由于发电机的输出功率为 P V2 R 因此并联负载电阻后使得发电机因此并联负载电阻后使得发电机 负载增加 电枢电流增大 电磁转矩增大 即发电机的负载转矩的增大 负载增加 电枢电流增大 电磁转矩增大 即发电机的负载转矩的增大 3 4 5 6 7 8 9 1 12 1110 2 10 实现了改变带传动输出转矩的作用实现了改变带传动输出转矩的作用 即带的受力增大 两边拉力差也增大 即带的受力增大 两边拉力差也增大 带的弹性滑动逐步增加 当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆带的弹性滑动逐步增加 当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆 周力时 带开始打滑 当负载继续增加时则完全打滑 周力时 带开始打滑 当负载继续增加时则完全打滑 原动机装在滑动底板上 可沿底板滑动 与牵引钢丝绳 定滑轮和砝原动机装在滑动底板上 可沿底板滑动 与牵引钢丝绳 定滑轮和砝 码码 2 一起组成带传动的预紧力形成机构 通过改变砝码的质量 使钢丝绳一起组成带传动的预紧力形成机构 通过改变砝码的质量 使钢丝绳 拉动滑动底板 即可设定带传动的预紧力 拉动滑动底板 即可设定带传动的预紧力 2 测量系统测量系统 1 电测模块电测模块 是由发光二极管 光敏电阻 光敏三机管安装于二者是由发光二极管 光敏电阻 光敏三机管安装于二者 之间的遮光板测量转速的 发光二级管发出红外线 通过安装与电之间的遮光板测量转速的 发光二级管发出红外线 通过安装与电 动机主轴的遮光板 遮光板再同一半径上均匀的打出了许多小孔 动机主轴的遮光板 遮光板再同一半径上均匀的打出了许多小孔 是光敏三极管感受到脉冲光信号 并将其转换成脉冲电信号 经电是光敏三极管感受到脉冲光信号 并将其转换成脉冲电信号 经电 路处理为标准的转速显示于路处理为标准的转速显示于 LED 上 上 带轮转动时 就可在数码管上直接读出主动带轮转速带轮转动时 就可在数码管上直接读出主动带轮转速 n1和从和从 动轮转速动轮转速 n2 因带轮直径 因带轮直径 D1 D2 可以得出滑动率 可以得出滑动率 的计算公式的计算公式 100 1 1 21 11 22 1 21 n nn nD nD v vv 2 电控模块电控模块 将将 220V 50Hz 的市电流整流成直流电 经电位器调的市电流整流成直流电 经电位器调 压调节电动机的转速 压调节电动机的转速 3 负载负载 电动机为从动轮的负载 灯泡为发电机的负载 负载的大电动机为从动轮的负载 灯泡为发电机的负载 负载的大 小 接通灯泡的数量 由按钮开关控制 小 接通灯泡的数量 由按钮开关控制 4 扭矩的测量扭矩的测量 测量方法为平衡电机法 有电机工作原理可知 定测量方法为平衡电机法 有电机工作原理可知 定 子与转子之间有一对互为反作用的扭矩 所以定子转矩大小即为转子与转子之间有一对互为反作用的扭矩 所以定子转矩大小即为转 子转矩的大小 电机通过轴承由一对支架支撑 电机扭臂固定于电子转矩的大小 电机通过轴承由一对支架支撑 电机扭臂固定于电 11 机钉子上 在扭臂的端部有一触头 作用于力传感器上 有公式机钉子上 在扭臂的端部有一触头 作用于力传感器上 有公式 M FL 可以得到电机的扭矩 可以得到电机的扭矩 主动轮上的扭矩 主动轮上的扭矩 T1 F1L1 Nmm 从动轮上的扭矩 从动轮上的扭矩 T2 F2L2 Nmm 式中式中为主从动轮压力传感器测得的数值 可通过面板直接读出为主从动轮压力传感器测得的数值 可通过面板直接读出 21 FF L1 L2 测力计的力臂 测力计的力臂 L1 L2 mm 测得不同负载下主动轮的转速测得不同负载下主动轮的转速 n1和从动轮的转速和从动轮的转速 n2以及主动轮的转以及主动轮的转 矩矩 T1和从动轮的转矩和从动轮的转矩 T2后 带传动效率可由后 带传动效率可由 3 式确定 式确定 3 11 22 1 2 nT nT P P 带传动的有效拉力可近似由下面的公式计算带传动的有效拉力可近似由下面的公式计算 4 1 1 2 D T F 式中式中 P1 P2 为带传动的输入 输出功率 为带传动的输入 输出功率 T1 T2 为带传动的输入 输出转矩 为带传动的输入 输出转矩 以有效拉力以有效拉力 F 为横坐标 分别以不同载荷下的为横坐标 分别以不同载荷下的 和和 之值为纵坐标 之值为纵坐标 就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线 如图就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线 如图 2 1 所示 所示 序序 号号 仪器设备名仪器设备名 称称 仪器设备型号仪器设备型号数量数量主要用途主要用途 a a 直流电动机直流电动机1 1 台台机械能输入 电能转化机械能 机械能输入 电能转化机械能 b b 直流发电机直流发电机1 1 台台机械能输出 机械能转化为电机械能输出 机械能转化为电 12 能 能 c c 带轮带轮V V 带 平带通用带 平带通用2 2 个个机械能传递机械能传递 d d 传动轮传动轮V V 带 平带 各带 平带 各 一 一 2 2 条条机械能传递机械能传递 e e 螺口灯头及灯螺口灯头及灯 泡泡 40w40w 9 9 套套发电机负载发电机负载 f f 电机支架及轴电机支架及轴 承承 2 2 套套支撑电机定子 使电机定子能支撑电机定子 使电机定子能 够回转够回转 g g 电机扭臂电机扭臂2 2 套套测量扭矩 扭臂的长度为力臂测量扭矩 扭臂的长度为力臂 大小 大小 h h 力传感器力传感器2 2 套套测量扭矩 应变大小与力成正测量扭矩 应变大小与力成正 比 比 i i 电控模块电控模块1 1 套套整流 调压等整流 调压等 j j 电测模块电测模块1 1 套套转速及扭矩测量及显示转速及扭矩测量及显示 k k 按钮开关按钮开关 1010 控制总电源及发电机负载控制总电源及发电机负载 l l 底座底座1 1 套套支撑固定其他部件支撑固定其他部件 m m 咫尺咫尺测量扭臂长度测量扭臂长度 5 建议建议 实验过程中主动轮的转速调节范围为 实验过程中主动轮的转速调节范围为 10000 2000 转转 分 分 三 实验步骤三 实验步骤 1 1 检查安装 检查安装 将选定的平带合适的安装好在两带轮上 启动实验台的电动机 待带传将选定的平带合适的安装好在两带轮上 启动实验台的电动机 待带传 13 动运转平稳后 可进行带传动实验 动运转平稳后 可进行带传动实验 2 2 确定带的初拉力确定带的初拉力 2 2F F0 0值 根据初拉力的大小决定砝码值 根据初拉力的大小决定砝码 2 2 图 图 1 11 1 的 的 重量 将传动带张紧 重量 将传动带张紧 注意 记录实验台机主要参数 如带型号 注意 记录实验台机主要参数 如带型号 D D1 1 D D2 2 L L1 1 L L2 2 等 等 3 3 空载调零 空载调零 调整测力磅秤读数的零点 检查发电机负载应为零值 调整测力磅秤读数的零点 检查发电机负载应为零值 4 4 按操作规程缓慢启动电动机 将转速调至一定值 按辅导教师的规按操作规程缓慢启动电动机 将转速调至一定值 按辅导教师的规 定 定 并注意随时保持转速的稳定性 逐级调整发电机负载 记录各级 并注意随时保持转速的稳定性 逐级调整发电机负载 记录各级 负载下的负载下的n n1 1 n n2 2 T T1 1 T T2 2 值 依次做到带在带轮上接近明显打滑时 值 依次做到带在带轮上接近明显打滑时 为止 滑动率为止 滑动率 约为约为 20 20 30 30 即可 即可 停止试验 卸去负载 按上述 停止试验 卸去负载 按上述 程序重复做一次 再停机 并将实验数据记录在表程序重复做一次 再停机 并将实验数据记录在表 1 11 1 中 取两次的中 取两次的 平均值 测得的数据应不少于平均值 测得的数据应不少于 6 6 8 8 点 点 5 5 改变初拉力改变初拉力 2 2F F0 0 或主动轮转速 或主动轮转速 重复上述步骤 做出另一组试验 重复上述步骤 做出另一组试验 数据 并将实验数据记录在表数据 并将实验数据记录在表 1 21 2 中 中