带传动特性实验-粗线条版

实验 七 带传动特性实验

实验学时：2 ； 实验类型：综合 ；实验要求：必修

一．实验目的

1.了解带传动的弹性滑动与打滑现象。

2.运用Excel 绘制带传动的滑动曲线（εσ-）与效率曲线（ησ-）；

3.掌握带传动实验台的工作原理，尤其是扭矩、转速的测量方法。 二．实验设备

1.CTPD —C 型带传动实验台以及数据采集、测试计算机等；

2.学生自备工具，文具及数据存储用U 盘等。

三．实验原理

1.实验原理

在带传动过程中，主、从动带轮产生转速差的主要原因是带与带轮间的弹性滑动引起的，而弹性 滑动是由于带在传动中紧边拉力1F 大于松边拉力2F ，紧边到松边的拉力是变化的，带的拉伸弹性变形也相应变化，从而使带速与带轮的圆周速度不等，从而产生弹性滑动，导致从动轮的圆周速度2V 小于主动轮的圆周速度1V 。弹性滑动是一种微量的滑动，是不可避免的。弹性滑动不仅影响传动速度，而且影响到传动效率，使传动效率降低。当带传动在过载情况下，带与带轮产生全面滑动时，这时带传动严重失稳，并使带剧烈磨损，从而使传动失效，打滑现象是可以避免的。

弹性滑动通常用滑动率ε来衡量，即：

当主动轮与从动轮的直径相等时，则：

式中：

1V ，2V —主、从动轮的圆周速度（s m ） 1n ，2n —主、从动轮的转速（rpm ） 一般带传动的滑动率ε=（1－2）% 带传动的效率η等于从动轮传递功率2P 与主动轮传递功率1P 之比，即： η=2P /1P

主动轮传递的扭矩1T 与功率1P 的关系为 )(9550111m N n P T ??=； 从动轮传递的扭矩2T 与功率2P 的关系 )(9550222m N n P T ??=； 所以效率的计算式也可写成 1122n n T =η

带传动的滑动曲线（εσ-）与效率曲线 （ησ-）如图7－1所示。

带传动的有效拉力F 与扭矩T 1的关系 图7－1 带传动效率与滑动率曲线图 112D T F =

带传动的有效应力为： A F =σ 式中：

1D —主动带轮直径（mm ）

A —试验三角带之剖面面积（2mm ）

2.实验参数

基于计算机RS232串口测量的带传动实验台测量系统，包括带传动实验台和数据采集用计算机等。 直流电动机：功率1P =0.355kw ，调速范围50～1300rpm ，精度±1rpm ；

%1001

2

1?-=v v v ε%

1001

21?-=n n

n

ε

直流发电机：功率2P =0.355kw ，加载范围0～320w ; 预紧力最大值：3.0kg

转矩力测杆力臂长：1L =2L =120mm （1L 、2L 电机转子轴心至力传感器中心的距离）； 测力杆刚度系数：1K =2K =0.24 带轮直径：1D =2D =120mm ；

压力传感器：精度1%，量程0～50N ；

皮带为美国型号: 8007M ，广角（60°）V 带，带节周长=800mm ，截面积A =21.832mm 。 3.实验台的结构与工作原理

图7－2 带传动实验台轴测图1

图7－3 带传动实验台轴测图2

带传动实验台如图7－2、7－3所示。电动机为直流无级调速，采用先进的调速电路，测速方式为红外线光电测速；皮带轮转速和扭矩可直接在面板上准确读取，也可输出到计算机中进行测试分析。

带传动实验台主要由两个直流电机组成，其中一个为主动电机，另一个为从动电机，作为发电机使用，其电枢绕组两端接上灯泡负载，主动电机固定在一个可以在水平方向移动的底板上，与发电机由一根广角V带连接。在与滑动底板相连的法码架上加上法码，即可张紧皮带,如图7－2所示。

电机锭子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器上通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测转速在面板上各自的数码管上显示。

4.实验台显示控制面板说明

带传动实验台的转速控制由两部分组成：一部分为由脉冲宽度调制原理所设计的直流电机调速电源；另一部分为电动机和发电机各自的转速测量电路及显示电路以及各自的红外传感器电路。调速电源能输出电动机和发电机励磁电压，还能输出电动机所需的电枢电压，调节板面上“调速”旋钮，即可获得不同的电枢电压，也就改变了电动机的转速。发电机的电枢端并接八个40W灯泡用为负载。转速测量及显示电路有左、右两组LED数码管，分别显示电动机和发电机的转速，如图7－2所示。四．实验教学方法与手段

实验教学以基于Pro/ENGINEER开发的皮带实验台3D模型为教学对象，并在Pro/ENGINEER软件的3D环境中进行教学。其余内容讲解采用PPT等讲解。

五．组织运行要求

采用基于校园网络的开放运行模式。

六．实验内容

本实验要求学生至少完成带传动打滑数据和带传动避免打滑数据的测量内容。

七．实验步骤

实验安全重要提示，实验期间务必遵守安全操作规程，注意人身安全防护。尤其不能将手伸进实验台防护罩内，更要防止异物如女生头发等进入实验台防护罩内。

⒈在启动实验台电源开关之前，必须做到：

⑴将面板上转速调节旋钮逆时针旋到止位，以避免电动机通电后突然高速转动产生冲击损坏传感器；

⑵应在砝码托盘上加上一定的砝码，使带张紧；

⑶应确认发电机没有加载，否则请卸掉负载。

⒉实验期间需要注意以下事项。

⑴采集数据时，一定要等转速窗口数据稳定后进行，两次采集间隔大约30秒钟。

⑵当带加载至皮带打滑时，运转时间不能过长，以防带过度磨损。

⒊将2kg砝码作为坠重，置于砝码托盘之上。

⒋打开计算机，单击桌面“皮带传动”图标，进入皮带传动测试软件的封面。如图7－4所示单击左键，进入皮带传动测试软件说明界面，如图7－5所示。

图7－4 皮带传动测试软件的封面

图7－5 皮带传动测试软件说明界面

⒌在皮带传动实验说明界面下方点击【实验】按钮，进入皮带传动实验测试界面，会弹出【开始接受数据】的对话框，如图7－6所示。点击【确定】开始接数据，界面显示如图7－7所示。

图7－6 开始测量并接收实验数据

图7－7 皮带传动测试软件界面

⒍调节显示控制面板上的调速旋钮6逐步将电动机的转速调至1200rpm ，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动实验。

⒎实验数据的测量。首先单击【稳定测试】按钮，记录第一组空载实验数据，同时手工将数据记录在实验报告的数据记录表上。然后点击【加载】按钮，可增加约16w 灯泡负载功率，待测试软件界面显示的数据如电动机和发电机的转速及转矩的数值与实验台显示控制面板显示的对应数据基本一致时再点击【稳定测试】按钮，一般需要等待30秒钟时间，同时手工记录数据。期间，如果点击【稳定测试】之后弹出【请重新测试！】的对话框，如图7－8所示，说明当前计算机接收的数据还不稳定，请继续等待直至数据与实验台显示控制面板的数据基本一致时再点击【稳定测试】按钮。之后依次循环【加载】与【稳定测试】的操作，实验采集序号至少在10组以上。一般情况，测量两组实验数据，即一组是打滑的数据，第二组是避免打滑的数据。分组依据是张紧装置所加砝码的多少，第一组打滑数据的砝码配重在2kg 左右，第二组避免打滑的配重至少在3kg 以上。

图7－8 【请重新测试！】对话框

⒏测试完成之后，可以点击【实测曲线】按钮观察根据实测数据绘制的滑动曲线（εσ-）与效率

曲线（ησ-）曲线图，如图7－9所示。若计算机安装有打印机可以继续点击【打印】按钮打印实测曲线图。

⒐打滑实验数据测量结束之后，进行第二组避免打滑的实验。点击【重做实验】按钮卸掉发电机当前载荷，增加张紧力砝码使总配重至少3kg 。重复实验步骤6～8中操作，完成第二组实验内容测试。

⒑两组实验结束，单击【退出系统】按钮，返回Windows 界面。

⒒旋转调速旋钮缓慢将电动机转速调至零转速，卸掉张紧皮带的砝码，避免皮带长时间被张紧，关闭实验台电源，关闭计算机。

图7－9 滑动曲线（εσ-）与效率曲线（ησ-）曲线图

八．思考题

1.带传动的弹性滑动和打滑有何不同？产生的原因是什么？各有何后果？

2.比较不同皮带张紧力作用下，带的弹性滑动曲线及效率曲线有何不同？

3.综合分析影响带传动承载能力的因素。

九．其它说明

1.实验期间务必注意安全防护，防止手、头发等进入带传动实验台防护罩，被皮带绞入。

2.注意用电安全。

十．附表

带传动特性实验报告

一．实验预习

1．实验目的

2．实验原理

二．实验数据记录表（实验台序号：）

表7－2 打滑数据记录表（ kg坠重）

表7－3避免打滑数据记录表（ kg坠重）

三．实验数据处理表(保留三位小数)

表7－4打滑数据处理表（ kg坠重）

表7－5避免打滑数据处理表（ kg坠重）

四．运用Exc el 绘制的σ—ε曲线与σ—η曲线，如图7－1和图7－9所示。

⒈皮带打滑的数据曲线

⒉避免打滑的数据曲线

五．思考题解答

附录

学生对实验课程的意见与建议（自愿填写）