《机械设计》实验一(带传动的滑动率曲线与效率曲线测定)pdf

实验名称：带传动的滑动率曲线与效率曲线测定

实验简介：带传动在工作中，滑动现象是不可避免的，通过本实验可以观察带传动的打滑现象，绘出滑动曲线和效率曲线，从而加深对带传动工作原理的特点的认识，并初步学会实验技能。

适用课程：机械设计

实验目的：A验证带传动滑动率曲线及效率曲线；B观察带传动的打滑现象；C了解实验台高效节能的电封闭加载原理；D 了解常用机械量的测量原理及方法。

面向专业：机械类

实验项目性质：验证性（课内必做）

计划学时： 2学时

实验分组： 2人/组

实验照片：

《机械设计》课程实验

实验一 带传动的滑动率曲线与效率曲线测定

带传动在工作中，滑动现象是不可避免的，本实验的目的和要求是：观察带传动的打滑现象，绘出滑动曲线和效率曲线，从而加深对带传动工作原理的特点的认识，并初步学会实验技能。

一、 实验目的

1. 验证带传动滑动率曲线及效率曲线；

2. 观察带传动的打滑现象；

3. 了解实验台高效节能的电封闭加载原理；

4. 了解常用机械量的测量原理及方法。

二、 实验设备

带传动的滑动率与效率测定试验台

图1-1是试验台的结构简图，它有两台直流电机，电机1和电机2。在试验中，我们将用电机1通过进行试验的皮带拖着电机2发电来给皮带加上负载。具体的加载原理和方法，下面一节再详细介绍。

电机1的定子用轴承固定在支架上，并加以平衡，可以自由摆动，称为悬支电机。这样结构是为了便于通过固联在定子上的力臂和放在它旁边的磅秤，测量电机工作时转子上的转矩。因为按电动机工作的电机，定子上由反作用力产生的转矩，大小与转子转矩相等（摩擦力忽略不计），方向与转子产生转矩相反。这台电机试验时按电动机工作，转子顺时针方向旋转，所以磅秤放在它的左侧。转矩T1可由下式计算：

1

1T P L =× (4)

式中：P1——磅秤的读数(kg) L ——为力臂长度，L=400mm

右边的电机2也用相同的方法支承在它的支架上，因为这台电机在试验中按发电机工作，发电机定子上的转矩的大小和方向均与转子转矩相同，现在转子为顺时针方向旋转，所以磅秤放在它的右边。转矩T2的求法和力臂的长度，与电机1相同，即

22

T P L =× (5) 为了张紧皮带，支持电机2的支架是可

以摆动的。这样结构，皮带的张紧力F 0就可

以由滑轮下面的砝码的重量W 来决定。按试

验台一定的结构尺寸（图1-2）。

00.6W F =× (6)

5. 一般先定F 0然后计算所需W 的重量。

三、 实验原理与方法

1. 带传动的滑动与效率

带传动在工作中的滑动程度用滑动系数ε表示，它是随负载的大小而变

化的。滑动曲线就是表示：带在不同负载时

滑动的程度的曲线，可用带所传递的有效圆

周力Fe 为横坐标，以滑动系数ε为纵坐标

来绘制，如图1-1所示。

当传动比i=1时，有效圆周力Fe 和滑动

系数ε可用下式求得：

112T Fe D

= (kgf) (1)

12

1n n n −ε= (2)

式中：T 1——主动带轮的转矩（kgfmm ），

D 1——主动带轮直径（mm ）,n 1、n 2分别为主动和从动带轮的转速（rpm ）。

带传动的传动效率： 2

211

T n

T n ••η= (3) 带传动效率η也是随负载的大小而变的，传动效率曲线一般也以传递的有效圆周力Fe 为横坐标，以效率η为纵坐

标来绘制，如图2所示。把效率曲线和滑动

曲线共用一个横坐标Fe 来绘制，更便于我

们观察效率、滑动和传递的有效圆周力间的

关系，可以找出一定型号的带在一定的工作

条件下，效率既高、滑动也不严重而传动能

力却能充分发挥的负载的数值。

要画出以上两条曲线，就需要一个能给试验

皮带加上大小可调的负载的试验台，同时，

实验时的转速n 1、n 2、转矩T 1、T 2要便于

测

2. 加载方法

在实验室给机械传动加载的方法有许多种，我们采用的是“电封闭加载”。图1-5时它的电路图。两个同型号电机同时并联在同一电源上，两电机轴上，各装有一个皮带轮，它们的直径相同，即传动比i=1，试验皮带就套在这两个带轮上，为了观察一些电参数的变化，电路中接有四个电表，它们和电路中的四个电阻都装在同一个控制台上。它们在控制台上的位置及主要功用参看图1-6。

在这样的电路中，如果去掉皮带，启动两个电机，它们就会各自按电动机运转，这从两电流表A1和A2读数相同可以得到说明。如果两电机转速相同，我们套上皮带，由于两电机本来就在按电动机运转，带轮直径和转速又完全相同，不存在谁拖动谁的问题，故皮带不传递圆周力，只是在空载运转。这可从电表A1和A2读数与未套上皮带完全一样得到说明。在这种情况下，如果转动R1’提高电机1的n1（电动机2保持原状、），则这个高转速的电动机1，就要通过皮带，拖着电动机2超过它的理想空载转速运转而变为发电机，这从电流表A2变为负值就可以得到说明。发电机发电需要的机械转矩，就成了皮带传动的负载，这从两台电机旁边的

磅秤读数的变化可以得到说明。实践

证明，电机1转速提升愈多，皮带上

的负载也愈大，从以上的介绍可知，

这种加载方法只需提升电动机1的转

速n1就能给皮带传动加上负载。

现在进一步来看两个情况：第一个情

况是，在上面的加载状态下，若电机2

的转速也提升，当n2= n1时，又成了

空载状态。但这是两个电机转速比前

一次高了，这说明这种加载方法，可

以在很大的一个转速范围内实现空

载，能在一个较大范围内满足试验皮

带不同的工作速度的要求。第二情况

是，在某一空载状态下，逆时针方向转动R2’降低电机2的转速，也能给带加上负载。这说明给皮带加载的办法，也可以用降低电机2的转速来实现。用这种方式加载、负载增加后对电机1的转速（即对皮带试验过程中的转速）影响较小，与生产实际中的情况极为接近。

上面我们介绍的加载方法，两台电机始终是与电源连接的，发电机发电是，所发的电极性又与电源一致，所以能够回输给电源。这样，从能量的转换和传输的过程来看（图1-7）电源的电能，由电动机变为机械能，经皮带传输，是电机2发电又变为电能，并回输给电源，它们是在一个封闭系统中来回循环的，故称电封闭加载，这种加载方法，电源只需补偿能量转换和传输过程中的损耗。根据实测，能源消耗50%左右。当用于小功率试验台时，电路简单，机械加工量小，操作方便，能用于摩擦传动，也适用于啮合传动。

3. 数据测量

使用的仪器的名称和功能简介

（1）光电转速仪（转速数字显示仪）

仪器由磁性传感器和数字显示仪两部分组成。带轮上有两个非金属的销子孔，每转一圈可取两个信号。并把它变为电脉冲信号传给数字显示仪。显示仪实际就是一简单的频率计，能用数字显示一定取样时间内信号的个数。显然，在转动带轮上做出信号区，让它每转一转反射出一次（或若干次信号）实际转速即可测得。实验台的计算参数为：带轮的直径D1= D2=100mm，带速v=9.8m/s下的滑动系数ε是空载的转速为1600（rpm）。于是可直接读转速。

（2）磅秤

通过测力点的磅秤读数与测力力避的长度之积测量电机的转矩。

四、实验步骤

1．检查设备及仪器（了解使用方法）；

2．闭合总闸、交流供电；

3．闭合各仪器开关；（教学实验，一般多批连续进行，故除首批同学外，一般不进行以上三项内容）

4．检查张紧砝码重量，取用V型带时的F0=5kgf；

5．顺时针转动“电压给定”旋钮，逐步提升转速n1 、n2，调节空载转速至1600rpm左右；（实验准备工作结束）

6．用降低n2的方法进行加载，每一次加载重量约150克左右，（一看磅秤1的为准）并记录下该时的n1、n2、P1、P2的数值；

7．按第一次加载方法逐次加载，直至带完全打滑为止；

8．结束实验，将所有操作旋钮归零；

9．关仪器、拉总闸，清理现场；（由于多批同学连续进行试验，出最后一批同学外，这项工作一般不进行）

10．整理数据，描绘曲线，写实验报告。

五、思考题

1. 带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们各自产生的原意是什么？

2.带传动的张紧力F0大小对传动能力有何影响？最佳张紧力的确定与哪些因素有关？

3.带传动的效率如何测定？试说明传动效率和有效拉力的关系？

4. 带传动的滑动率如何测定？分析滑动曲线和效率曲线的关系。如何确定有效拉力的最佳值？实验一带传动的滑动率曲线与效率曲线测定实验报告

班级：_________ 姓名：__ ________学号：______ ____ 日期：____ _____一、实验目的

二、实验设备

三、实验原理

四、实验步骤

五、实验结果

1. 测试数据及计算结果

2. 测试曲线（见下页）

六、思考题