实验3.带传动的弹性滑动和效率测定实验

实验3 带传动的弹性滑动和效率测定实验指导书

一、 概述

带传动的设计准则是保证带传动在工作中不打滑，同时又有足够的疲劳强度和一定的寿命。传动带不出现打滑的临界条件取决于带传动的滑动与承载能力（有效拉力、转矩或传递功率）之间的关系。在传动条件、初拉力一定的情况下带传动的滑动与有效拉力F之间的关系曲线如图3-1所示。图中ε-F曲线称为带传动滑动曲线，η-F曲线为带传动效率曲线。其中：

ε－滑动系数,F－带传动的效率，K－打滑临

图3-1带传动滑动曲线和效率曲线

的工作拉力，η－带界点。

ε＝

其中：

v1-v2Dn

=(1-2⨯2)⨯100% （3-1） v1D1n1

、从动轮的线速度和转速，单位为m/s和r/min；D1、 v1、v2和n1、n2分别为主动轮、

D2分别为主动轮、、从动轮的计算直径，单位为mm。

由图可知，滑动曲线在开始一段，滑动系数随有效拉力的增加而呈线性增加，这时传动带处于弹性滑动范围内工作，属于弹性滑动区。当拉力增加至超过某一值后，滑动系数增加很快，带处于弹性滑动与打滑同时存在的范围内工作，属于打滑区。当拉力继续增加，增加到一定值时，带在带轮上处于完全打滑工作状态，此时滑动系数ε近于直线上升。为了保证传动带在工作中不打滑，又能发挥带的最大工作能力，临界条件应取在k点，在这一临界条件下，滑动系数ε=1%～2%，且传动效率η处于较高值。

为测定带传动的弹性滑动率，须测定带传动输入和输出轴的转速。由于带传动时弹性滑动量较小（1～2%），两轮的转速相差不大，如采用接触式的机械法测量，由于测试精度低，

测试结果误差大，甚至测量不到弹性滑动的现象，因而对转速的测量应采用测试精度高的转速测试设备，如光电测试法或闪频法（见第2章转速的测试）。

为了测量带传动出现打滑的临界点，在选用实验负载时应合理选用负载。如采用制动器负载，则达到最大传动功率时传动打滑，负载抱死，这样就往往不能给出打滑的临界点；而采用电机作负载时，带传动打滑时负载不会抱死，容易得到图3-1所示的实验曲线，但传动打滑时的极限功率测量不到。

带传动的效率较高对转矩的测量应采用精度较高的实验设备，防止因测试误差超过精度导致的数据失真。 二、 实验目的

1．观察带传动中的弹性滑动现象及过载后的打滑现象与承载能力、带传动的效率的关系。

2．了解带传动传递的功率变化时，带的有效拉力与弹性滑动系数、传动效率之间的关系。

3．了解带传动实验台结构原理，掌握转矩、转速、转速差的实验原理和测试方法。 4．掌握带传动的滑动和效率的测试方法，掌握带传动最合理的工作状态，探讨改善带传动性能的措施。

三、 实验内容

通过实验，测试负载变化时带传动的有效拉力与弹性滑动率的关系；以及带传动的有效拉力与传动效率的关系。绘制带传动滑动曲线和效率曲线，使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。

1．实验设备和实验原理

实验台由机械部分和电路控制两部分组成。 1） 机械部分的结构、原理

机械部分的结构如图3-2所示。带传动系统的输入采用调速电动机5，方便调节输入功率，输出负载采用直流发电机8，其电枢绕组两端接上灯泡负载9，发电机每按一下面板上的加载按钮，负载电阻增加，实现发电机即带传动负载的调节。

原动机的底座1为浮动结构，能沿水平方向移动，底座1通过钢丝绳、定滑轮与砝码相连，改变砝码的大小，即可准确的预定带传动的初拉力。

带传动输入和输出轴的转矩采用机械式测功机的原理测定转矩，如图3-2所示，两电机

均采用悬挂支撑，电机定子可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器3上，当传递载荷时，作用在定子上的力矩T使定子转动。通过压力传感器3得到正比于电动机何负载发动机的转矩院士信号。电子电路将该信号同哦A/D转换成主、从动带轮的驱动力和阻力数据，由显示面板读出。

图3-2带传动实验台外观结构图

1- 电机浮动底板 2-法码 3-压力传感器 4-测力杆 5-主动电动机6-平带 7-光电测速装置（图中被遮住了）

8-发电机 9-灯泡负载 10-机壳 11-控制面板

2） 电路部分的工作原理

图3-3a为实验设备电子电路的逻辑框图。图3-3b为带传动实验台控制面板图。 电路部分由电机调速电源电路、转速测试和显示电路、驱动和负载力测试电路等部分组成。

调节板面上“调速”旋钮改变电动机的转速，改变带传动的输入功率；同时通过带传动改变了发电机的转速，使发电机输出不同的功率。由发电机的电枢端最多可并接8个40W灯泡用为负载，改变面板上A～H的开关状态，即可改变发电机的负载量。输入和输出转矩由压力传感器测得。

转速测量电路由两电机后端安装的光电测速的角位移传感器、测速转盘以及A/D转换板组成，所测主、从动带轮的转速在面板上由数码显示。显示电路由左、右两组LED数码管分别显示电动机和发电机的转速。在单片机的程序控制下，可分别完成“复位”、“查看”和“存储”功能、“测量”功能。通电后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算电动机和发电机的转速。通电后或检测过程中，

一旦发现测速显示

不正常或需要重新启动测速时，可按“复位”键。当需要存储记忆所测到的转速时，可按“存储”键，一共可存储最近的10个数据。如果按“查看”键，即可查看前一次存储的数据，再按可再继续向前查看。在“存储”和“查看”操作后，如需继续测量，可按“测量”键，这样就可以同时测量电动机和发电机的转速。

图3-3a 实验台电路系统框图

图3-3b 带传动实验台控制面板图

1-电源开关 2-转速调节 3-电动机转矩显示 4-发电机转矩显示 5-负载功率显示

6-电动机转速显示 7-发电机转速显示 8-加载按钮

2．实验数据测量和计算 1）转矩和效率的测定

电动机输出转矩T1（即主动轮转矩）和发电机负载转矩T2（即从动轮转矩）采用机械测功机方法测定。电动机或发电机的定子外壳（即机壳）支承在支座的滚动轴承中，并可绕

与转子相重合的轴线任意摆动。根据机械测功机的原理，作用于定子上的力矩与转子上的力矩是大小相等方向相反的，因此

主动轮上转矩. T1=F1L1 N⋅m 从动轮上转矩. T2=F2L2 N⋅m

其中，F1，F2为主从动轮压力传感器测得的数值，可通过面板直接读出。 L1，L2 为两个力臂，由实验台的结构给出，L1=L2=120mm。

2）有效拉力的计算 带传动的有效拉力F=

2T1

D1

其中:T1为主动轮转矩，D1为主动轮直径，由实验台结构，D1=120 mm 所以F=2⨯F1⨯L1

D1

3）滑动系数的测量

主动轮转速n1和从动轮转速n2是通过装在它们前面的光电传感器由数字转速仪测出的（在实验台上直接显示读数）,由于试验台的D1=D2,根据式3-1得

ε＝(1-

n2

)⨯10%0 n1

4）带传动的效率 由实验台结构L1=L2，则

η=

其中：

P2T2⨯n2F2⨯n2

==PT1⨯n1F1⨯n1 1

P1,P2为主动、从动轮上的功率； n1,n2为主动、从动轮的转速，r/min； F1,F2为主从动轮压力传感器测得的数值。

四、实验步骤

1．打开计算机，启动“带传动实验系统”软件，进入带传动的封面，单击左键，进入

带传动实验说明界面。

2． 在带传动实验说明界面下方单击“实验”键，进入带传动实验分析界面。 3． 启动实验台的电动机，待带传动运转平稳后，可进行带传动实验。

4． 确定带的初拉力2F0值。根据初拉力的大小决定砝码2（图3-2）的重量，将传动带 张紧（注意，记录实验台机主要参数，如带型号，D1、D2、L1、L2，„等）。

5． 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。

6． 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），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n1 、n2、T1、T2、值，依次做到带在带轮上接近打滑时为止（滑动率ε约为10%即可），停止试验。卸去负载，按上述程序重复做一次，再停机，取两次的平均值。测得的数据应不少于6～8点。

7． 改变初拉力（或主动轮转速），重复上述步骤，做出另一组试验数据。

8．要打印带传动滑动曲线和效率曲线。在该界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出带传动滑动曲线和效率曲线。

9． 如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。

带传动的滑动与效率实验报告

班级—————

姓名————— 学号—————

一、实验目的

二、带传动实验台简图及主要参数

带传动实验台简图

实验台型号：—————，实验台编号：————— 1．带的型号—————；带的断面积A= mm 2.带轮直径D1=D2= mm 3.测力杆力臂长度 L1= mm L2= mm

4.张紧形式：导轨悬重张紧 悬重砝码G= N

2

三、

注：读数值按磅秤或测力计读数单位填写，再将单位转化为（N）填入Q1或Q2栏中。

ε-F、η-F关系曲线图（用16开座标纸绘出附于报告后面）

四、 实验结果分析与讨论

实验成绩————— 审阅教师—————