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齿轮传动效率及齿轮疲劳实验 机械设计实验—齿轮传动效率及齿轮疲劳实验 机械设计实验 车辆与动力工程学院 机械原理及机械设计实验室 机 械 设 计 实验三 1、了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。 2、了解齿轮疲劳实验的过程，及通过实验测定齿轮疲劳曲线的 方法。 3、在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。 4、介绍机械功率、效率测定开式实验台，了解一般机械功率、 效率的测试方法。 一．实验目的 1）具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱4）， 每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动(齿轮9与9′，齿轮5与5’)，两个实验齿轮箱之间由两根轴（一根是用于储能的弹性扭力轴6，另一根为万向节轴10）相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。 1、 封闭（闭式）传动系统 二．实验设备及工作原理 2）当由电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，即两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩擦力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统； 1、 封闭（闭式）传动系统 二．实验设备及工作原理 3）由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，由电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。对于实验时间较长的情况，封闭式实验机有利于节能。 1、 封闭（闭式）传动系统 二．实验设备及工作原理 1） 电动机1为直流调速电机，电动机转子与定轴齿轮箱输入轴相联，电动机采用外壳悬挂支承结构（既电机外壳可绕支承轴线转动）； 二．实验设备及工作原理 2．电动机的输出功率 2）电动机的输出转矩等于电动机转子与定子之间相互作用的电磁力矩，与电动机外壳（定子）相联的转矩传感器2提供的外力矩与作用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得的力矩即为电动机的输出转矩T0；电动机转速为n，电动机输出功率为 Ｐ０＝n?T0 / 9550　（ＫＷ）。 二．实验设备及工作原理 2．电动机的输出功率 当实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上载荷W后，对悬挂齿轮箱作用一外加力矩WL，使悬挂齿轮箱产生一定角度的翻转，使两个齿轮箱内的两对齿轮的啮合齿面靠紧，这时在弹性扭力轴内存在一扭矩T9（方向与外加负载力矩WL相反），在万向节轴内同样存在一扭矩T9‘（方向同样与外加力矩WL相反）；若断开扭力轴和万向节轴，取悬挂齿轮箱为隔离体，可以看出两根轴内的扭矩之和（T9+T9’）与外加负载力矩WL平衡（即T9+T9‘=WL）；又因两轴内的两个扭矩（T9和T9’）为同一个封闭环形传动链内的扭矩，故这两个扭矩相等。 二．实验设备及工作原理 3．封闭系统的加载 由此计算出封闭系统内传递的功率 二．实验设备及工作原理 4．单对齿轮传动效率 设封闭齿轮传动系统的总传动效率为η； 封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P9； 封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率P0， 即：P0=（P9 /η）-P9 η=P9 /（P0+P9）=T9 /（T0+T9 ） 若忽略轴承的效率，系统总效率η包含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮的传动效率为： 5 ．封闭功率流方向 二．实验设备及工作原理 封闭系统内功率流的方向取决于由外加力矩决定的齿轮啮合齿面间作用力的方向和由电动机转向决定的各齿轮的转向；当一个齿轮所受到的齿面作用力与其转向相反时，该齿轮为主动齿轮，而当齿轮所受到的齿面作用力与其转向相同时，则该齿轮为从动齿轮；功率流的方向从主动齿轮流向从动齿轮，并封闭成环。 6．齿轮疲劳试验及疲劳曲线的求法 二．实验设备及工作原理 1）由加载砝码通过加载杠杆施加一定的外载荷； 2）电动机驱动运转，直至齿轮轮齿发生疲劳破坏，记录该载 荷（应力）下所对应的运转循环次数；在不同的外载荷下， 试验得到一系列相应的循环次数； 3）根据试验数据绘制出该齿轮的疲劳曲线。