带传动的滑动和效率测定实验指导

10.1.1 实验目的

(1) 了解带传动实验台结构及工作原理。

(2) 掌握转矩、转速的基本测量方法。

(3) 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。

(4) 测出带传动的滑动率和传动效率，绘制带传动的滑动率曲线和效率曲线，并分析两曲线之间的关系。

10.1.2 实验设备及工作原理

PC B型带传动实验台的外观如图10- 1所示。

图10- 1 PC B型带传动实验台

PC B型带传动实验台的主要技术参数为

平带截面尺寸:δ×b=2mm×20mm(δ为带厚，b为带宽)

电动机额定功率:355W

电动机调速范围:50～1500r/min

发电机额定功率:355W

带的初拉力值:20～35N

杠杆测力臂长度:L1=L2=120mm(L1、L2分别为电动机、发电机中心至传感器中心的距离)

带轮直径:D1=D2=120mm(传动比i=1)

灯泡额定功率:8×40W，共320W

带张紧方式:自动张紧

PC B型带传动实验台由机械部分和电路控制两部分组成。 机械部分的结构原理如图10- 2所示。 实验传动系统由传动带14、一个装有主动轮的直流伺服电动机组件13和另一个装有从动轮的直流伺服发电机组件15构成。

图10- 2 PC B型带传动实验台原理图

1—电动机转矩显示数码管;2—电动机转速显示数码管;3—发电机转矩显示数码管;

4—发电机转速显示数码管;5—加载按钮;6—载荷显示数码管;7—减载按钮;

8—调速旋钮;9—电源开关;10—砝码架和砝码;11—电动机测矩传感器;

12、16—测力杆;13—直流电动机(主动轮);14—传动带;

15—直流发电机(从动轮);17—发电机测矩传感器;

18—灯泡负载;19—机座

主动轮电机13为特制两端带滚动轴承座的直流伺服电动机，滚动轴承座固定在一个滑动的底板上，电机外壳(定子)未固定可相对其两端滚动轴承座转动。 滑动的底板能相对机座19沿水平方向移动。 从动轮电机15也为特制两端带滚动轴承座的直流伺服发电机，电机外壳(定子)未固定可相对其两端滚动轴承座转动，轴承座固定在机座19上。

砝码架和砝码10与滑动底板通过钢丝绳和定滑轮相连，改变砝码的大小，即可准确地预定带传动的初拉力。

直流发电机15和灯泡负载18以及实验台内的电子加载电路组成实验台加载系统，该加载系统可用面板上触摸按钮5、7进行手动控制，其载荷值由载荷显示数码管6显示。

可转动的两电机的外壳上都装有测力杆12、16，把电机外壳转动时产生的转矩力传递给传感器。 主、从动轮转矩力可直接在面板上各自的数码管上显示。

两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，测速方式为红外线光电测速;主、从动轮转速可直接在面板上各自的数码管上显示。

PC B型带传动实验台电路控制由以下三个部分组成:

(1) 电机调速部分。 该部分采用专用的由脉宽调制(PWM)原理设计的直流电机调速电源，通过调节面板上的调速旋钮对电动机进行调速。

(2) 仪器控制直流电源及传感器放大电路部分。 该电路板由直流电源及传感器放大电路组成。 直流电源主要向显示控制板和四组传感器放大电路供电，传感器放大电路则将四个传感器的测量信号放大到规定幅度供显示控制板采样测量。

(3) 显示测量控制部分。 该部分由单片机、A/D转换、加载控制电路和RS 232接口组成。A/D转换控制电路负责转速测量和四路传感器信号采样，采集的各参数除送面板进行显示外，可经由RS 232接口送上位机(电脑)进行数据分析处理。 加载控制电路主要用于计算机对负荷灯泡组加载，也可通过面板上的触摸按钮对灯泡组进行手工加载和卸载。

1) 滑动率ε的计算

10.1.3 实验数据的计算

式中 v1、v2——主、从动轮的圆周速度;

n1、n2——主、从动轮的转速。

由于本实验台的带轮直径D1=D2，故上式可表示为

在实验中可求出在不同载荷T2时的滑动率ε。以T2为横坐标、ε为纵坐标所做出的两者之间的关系曲线称为滑动率曲线，如图10- 3所示。 该曲线可分为弹性滑动区和打滑区。 在弹性滑动区，带传动处于正常工作状态，曲线为近似线性关系，随着载荷的增加，滑动率逐渐增加;在打滑区，曲线表现为急剧变化，两者连接处的切点即为临界点A0，该点所对应的横坐标为带传动在不打滑情况下所能传递的最大有效载荷。

图10- 3 带传动滑动率及传动效率曲线

2) 传动效率η的计算

式中 P1、P2——输入、输出功率;

T1、T2——输入、输出转矩;

n1、n2——主、从动轮的转速。

以T2为横坐标、η为纵坐标所做出的两者之间的关系曲线称为传动效率曲线。在图10- 3弹性滑动区中，传动效率η随载荷T2的增加而上升，到了临界点A0，效率处于最大值。

10.1.4 实验步骤

(1) 接通电源前，先将实验台的电源开关9置于“关”的位置。

(2) 将传动带套到主动轮和从动轮上，轻轻向左拉移电动机，并在预紧装置的砝码盘上加3kg的砝码，将传动带张紧。

(3) 检查控制面板上的调速旋钮8，应将其逆时针旋转到底，即置于电动机转速为零的位置。

(4) 接通实验台电源(单相220V)，打开电源开关，将载荷显示数码管6调整为零。

(5) 顺时针方向缓慢旋转调速旋钮，使电动机转速由低到高，直到电动机的转速显示为n1≈800r/min为止(同时发电机转速显示数码管显示出n2)，此时，转矩显示数码管1、3也同时显示出两电机的工作转矩T1、T2。记录这时的测试结果n1、n2和T1、T2。

(6) 按加载按钮3次，使载荷显示数码管显示为30(N)，待运转稳定后，再测试记录该工况下的n1、n2和T1、T2。

(7) 再增加30(N)载荷，待运转稳定后，记录该工况下的n1、n2和T1、T2。

(8) 继续逐级增加载荷，重复上述实验，直到载荷为210(N)为止[当(n1-n2)≥30r/min或ε≥3%时，带传动已进入打滑状态]，测得的数据应不少于8点。

(9) 卸去载荷，将电动机转速调为零。 按上述步骤(5)～(8)重复再做一次，实验数据取两次的平均值。

(10) 改变初拉力(或主动轮转速)，重复上述步骤，做出另一组实验数据。

(11) 实验结束后，先卸载，再将调速旋钮逆时针方向旋转到底，关掉电源开关，然后切断电源，取下带的预紧砝码。

(12) 整理实验数据，计算滑动率ε、传动效率η，绘制T2ε滑动率曲线和T2η传动效率曲线，完成实验报告。

10.1.5 思考题

(1) 带传动的弹性滑动和打滑是如何发生的？ 在实验中你是怎样观察到这两种现象的出现？

(2) 外载荷对传动效率有何影响？

(3) 根据所做的滑动率曲线T2ε，可得出什么结论？

(4) 影响带传动能力的因素有哪些？