机械加工实训 机械基础实训 实验7机械传动性能综合测试.docVIP

实验七 机械传动性能综合测试 一、实验目的 1．测试典型机械传动（带、链、齿轮、蜗杆传动等）或其组合的转速、转距、传动比、功率和效率，加深对其传动性能的认识。 2．了解机械传动性能综合测试实验台的构造及工作原理，掌握计算机辅助实验的方法。 3．培养学生进行设计性实验和创新性实验的能力。 二、实验台的组成及技术参数 机械传动性能综合测试实验台采用模块化结构，由变频电机、转速转矩传感器、被试传动机构、磁粉制动器、联轴器、电气控制台、工控机及测试软件等模块组成，如图7.１所示。各模块的主要技术参数如表7.１。 部件名称 型号 规格与数量 变频调速电机 变频器（内置） YVF80M—4 VFD—M 550W，1500rpm，5-100HZ，3.5Nm 750W, 0-100HZ, 460V 转速转矩传感器 转速转矩测试卡 转速转矩测试软件 JC0、JCZ1A TC-1 TC-1 额定转矩10N.m、50N.m，0-6000rpm，各1台 转速精度：±0.1%±1个字 转矩精度：±0.2%FS 采样速率：1ms –3s 被试传动机构 直齿圆柱齿轮减速器1台，摆线针轮减速器1台，蜗杆减速器1台，V带传动（O型带3根），齿形带传动（齿形带1根），套筒滚子链传动（08A- 3根） 磁粉制动器 激磁直流控制器（内置） FZ-5 额定转矩50N.m，激磁电流1A，滑差功率1.1kw 工控机 打印机 IPC-810A 彩喷打印机 表7.１ 机械传动性能综合测试实验台技术参数 三、实验台工作原理 1．变频调速电机工作原理 为了测试不同转速下传动机构的性能，本实验台采用了交流电动机变频调速传动系统，它由变频调速电机和变频器组成，如图7.2所示。根据感应电动机的原理，电动机的转速n、电动机的同步转速ns、转差率s、激磁电源的频率f和绕组极对数p之间的关系为：n =ns(1-s)=60f(1-s)/p。可以看出，当转差率s和绕组对数p一定时，改变激磁电源的频率f，即可改变电机的同步转速ns和输出转速n，这就是变频调速的基本原理。变频器的作用就是调节电动机的供电频率，以实现电机的调速。本实验台中电机的转速，既可通过电气控制台面板上的旋钮手动调节，也可通过计算机自动调节。 ２．磁粉制动器工作原理 为了测试不同负载下传动机构的性能，本实验台采用了磁粉制动器和激磁直流控制器组成加载系统。图7.3为磁粉制动器的原理图，定子与壳体连接固定不动，转子与轴连接同步转动，两者之间留有少量间隙，一般为1.5~2mm，内装适量的磁粉（铁和石墨的粉末）。当线圈中无电流时，散沙似的粉末不阻碍轴的运动；当通入直流电时，磁粉即在磁场作用下被吸引而聚集，从而在定子与转子之间产生阻力（矩），激磁电流愈大，阻力矩愈大，两者成正比关系（图7.4），而阻力矩与转速无关（图7.5）。本实验台的负载，既可通过电气控制柜面板上的旋钮手动调节，也可通过计算机自动调节。 3．转速转矩传感器工作原理 JC型转速转矩传感器属磁电式相位差传感器，其工作原理如图7.6所示。在弹性轴的两端安装有两个相同的信号齿轮，齿轮上方各装有一组线圈，线圈内均装有磁钢，它们组成了磁电信号发生器。当齿轮随弹性轴转动时，由于齿顶与齿槽交替周期性地扫过磁钢底部，使气隙磁导及线圈磁通量随之周期性变化，从而在两组线圈中感应出近似正弦波的感应电动势u1、u2（图7.7）。 该感应电动势u1、u2的变化频率相同，且与齿轮的齿数和轴的转速成正比，因此可以用来测量轴的转速。设信号齿轮的齿数为z，电动势的变化频率为f（1/s），则轴的转速n（r/min）为n=60f/z 在该传感器中，为了满足测试的需要，两信号齿轮在轴上固定时其轮齿间的周向位置相错半个齿距。故空载转动时，感应电动势u1、u2存在初始相位差φ0。当负载转动时，因弹性轴发生扭转变形，两外齿轮之间相对转过一个角度Δφ，从而使u1、u2相位差变为φ0+Δφ。根据材料力学的结论，在弹性范围内扭转角与扭矩成正比，即M=KΔφ。因此，测出Δφ就等于间接测出了轴上的外力矩M。 值得注意的是，因传感器输出的感应电动势u1、u2存在初始相位差φ0，实验台在空载传动时的转距显示值并不为零。所以在测试前应对传感器进行调零。调零后，负载状态下的转距显示值才是实际的转距大小。 另外，当被测轴的转速低于100r/min时，为了提高转距的测试精度，必须启动传感器顶部的辅助电机，并使其转向与被测轴转向相反，从而通过带传动使传感器中的内齿轮沿与外齿轮相反的方向转动，以提高内外齿轮的相对速度。此时显示值为被测轴与内齿轮转速之和。 4．传动比、功率、效率测试原理 在测出转速和转距后，可作如下计算： 传动比 输入功率 输出功率 效率