机械传动系统效率综合测试实验

一、实验目的

1. 了解机械传动系统效率测试的工程试验手段和常用的机械效率测试设备，掌握典型

机械传动系统的效率范围，分析传动系统效率损失的原因；

2. 通过对典型机械传动系统及其组合的性能测试，加深对机械传动系统性能的认识以

及对机械传动合理布置的基本原则的理解；

3. 通过对实验方案的设计、组装和性能测试等训练环节，掌握计算机辅助实验测试方

法, 培养学生创新设计与实践能力。

二、实验设备

机械传动性能综合测试实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。

图1(a) 实验台外观图

1 2 3 2 4 2 3 2 5 6 8 7 图1(b) 实验台的结构布局

1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件 5-加载与制动装置 6-工控机 7-电器控制柜 8-台座

实验设备包括机械传动综合效率实验台（包括台座、变频调速器、机柜、电控箱）、蜗轮蜗杆减速器、齿轮减速器、三相异步电动机、同步带传动装置、滚子链传动装置、V带传

动装置、磁粉制动器、ZJ转矩转速传感器、计算机及打印机、其他零配件。典型实验装置包括齿轮减速传动装置、蜗轮蜗杆减速传动装置、V带+齿轮减速传动装置、齿轮减速+滚子链传动装置、同步带减速传动装置、V带减速传动装置、V带+同步带减速传动装置。实验装置由动力部分、测试部分、加载部分和被测部分等组成。各部分的性能参数如下： 1、动力部分

1) YP-50-0.55三相感应变频电机：额定功率0.55KW；同步转速1500r/min；输入

电压380V。

2) LS600-4001变频器：输入规格 AC 3PH 380-460V 50/60HZ；输出规格 AC 0－

240V 1.7KVA 4.5A；变频范围 2～200 HZ。

2、测试部分

1) 2) 3) 4)

ZJ10型转矩转速传感器：额定转矩 10N.m；转速范围 0～6000r/min； ZJ50型转矩转速传感器：额定转矩 50N.m；转速范围 0～5000r/min； TC-1转矩转速测试卡：扭矩测试精度 ±0.2%FS；转速测量精度 ±0.1%； PC-400数据采集控制卡。

3、被测部分

1) 直齿圆柱齿轮减速器：减速比 1：5；齿数Z1=19 Z2=95；

法向模数ｍn＝1.5；中心距ａ＝85.5ｍｍ；

2) 蜗轮减速器：减速比 1：10；蜗杆头数Z1=1； 中心距a=50ｍｍ；法向模数

ｍn＝5

3) 同步带传动：带轮齿数Z1=18 Z2=25 ； 节距LP=9.525；

L型同步带 3×16×80。 4) 三角带传动：

带轮基准直径 D1=70mm D2=115mm O型带L内=900mm； 带轮基准直径 D1=76mm D2=145mm O型带L内=900mm； 带轮基准直径 D1=70mm D2=88mm O型带L内=630mm。 5) 链传动： 链轮 Z1=17 Z2=25

滚子链 08A－1×71 滚子链 08A－1×53 滚子链 08A－1×66。

4、加载部分

FZ－5型磁粉制动(加载)器：额定转矩50N.m；激磁电流0～2A；允许滑差功率1.1KW。

为了提高实验设备的精度，实验台采用两个扭矩测量卡进行采样，测量精度达到±0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。其控制系统主界面如图2所示。

图2 实验台控制系统主界面

三、实验原理

机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图3所示。通过对转矩和转速的测量，利用转矩、转速与功率的数学关系间接导出功率数值，并通过对电机和负载的相应控制观察分析转速、转矩、功率的相应变化趋势，同时通过对减速器的输入功率和输出功率的测量分析，得出减速器的效率及其随不同情况的变化所呈现的变化趋势。

变频 电机 ZJ扭矩 传感器 机械传动 装置（试件） ZJ扭矩 传感器 负载 扭矩测量卡 转速调节 扭矩测量卡 负载调节 工控机 图3 实验台的工作原理 四、实验内容及要求

利用实验室提供的仪器设备组装典型传动系统，针对不同的传动系统进行减速器输入输出转矩、转速的测量分析，得出相应的实验结果。具体实验要求为：

1． 根据实验设备选择一种传动系统方案进行组装搭接，记录装配过程； 2． 对传动系统进行测试； 3． 记录并分析测试结果；

4． 写实验报告（要求画出实验的原理方案简图及平面布置图，绘制相应数据曲线，完成思考题）。

运用机械传动性能综合测试实验台能完成多类实验项目如表1所示。无论选择哪类实验, 其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点。实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩T (N.m)、功率P(kW)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：

传功比 i=n1/n2

扭矩 T=9550 P/n (Nm)

传功效率 η=P2/P1= T2 n2/ T1 n1

根据参数曲线可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。

五、实验步骤

实验步骤可以分成3个阶段：准备阶段、测试阶段和分析阶段。在实验时，要按照不同阶段的相关要求进行操作。

1. 准备阶段

1) 认真阅读《实验指导书》和《实验台使用说明书》并熟悉实验台； 2) 确定实验内容；

选择实验时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。如表1所示。

表1 编 号 实验内容B1 实验内容B3 组合布置方案 V带传动-齿轮减速器 链传动-齿轮减速器 首先要了解被测机械的功能与结构特点。

3) 根据选择的机械传动方案选择仪器设备，布置、安装被测机械传动装置（系统）。

注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴线要求；

4) 检查各连接部位是否牢固可靠，按《实验台使用说明书》要求对测试设备进行

调零，以保证测量精度。

2. 测试阶段

1) 打开实验台电源总开关和工控机电源开关；

2) 点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；

3) 键入实验教学信息标：实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、

实验日期等； 4) 点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩T1、T2等； 5) 点击“分析”，确定实验分析所需项目：曲线选项、绘制曲线、打印表格等； 6) 启动主电机，进入“试验”。使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。

加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可； 7) 从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果； 8) 结束测试。注意先逐步卸载，后降速。

9) 关闭仪器电源，拆卸传动系统，将各仪器设备和组件复位。 3. 分析阶段

1) 对实验结果进行分析；对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影

响。

2) 整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结

果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。

六、思考题

1. 2. 3. 4.

机械效率如何定义？实验中是如何测定传动系统机械效率的？ 试分析负载对传动系统的机械效率和转速的影响。

在对传动系统进行强度计算时，功率取电机的额定功率还是根据输出功率确定？ 在机械传动系统中，滚子链传动和V型带传动的特性和基本安装要求，并分析设立这些基本安装要求的原因。