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带传动实验指导书
带传动是广泛应用的一种传动, 其性能试验为机械设计教学大纲规定的必做的实验之一。带传动是靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。在传递转矩时带在传动过程中紧边与松边所受到的拉力不同, 因此, 在带与带轮间会产生弹性滑动。这种弹性滑动是不可避免的。当带传动的负载增大到一定程度时, 带与带轮间会产生打滑现象。经过本实验能够观察带传动的弹性滑动和打滑现象, 形象地了解带传动的弹性滑动与打滑现象与有效拉力的关系, 掌握带传动的滑动率及效率的测试方法。
一、 实验目的
1、 测定滑动率和传动效率, 绘制滑动曲线及效率曲线
2、 测定带传动的滑动功率。
3、 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。
二、 实验原理
带传动是靠摩擦力作用而工作的, 其主要失效形式是带的磨损、 疲劳损坏和打滑。带的磨损是由于带与带轮之间的相对滑动引起, 是不可避免的; 带的疲劳破坏是由于带传动中交变应力引起, 与带传动的载荷大小、 运行时间、 工作状况、 带轮直径等有关, 它也是不可避免的; 带的打滑是由于载荷超过带的传动能力而产生, 是能够避免的。
带在传动运动过程中, 主动轮上的线速度大于带的线速度, 从动轮上的线速度小于带的线速度的现象称为带的弹性滑动。弹性滑动一般以滑动系数来衡量, 其定义为:

这里v1、 v2分别为主、 从动轮的转动线速度;
、 分别为主、 从动轮的转速;
D1、 D2分别为主、 从动轮的直径。一般带传动的滑动系数为( 1~2) %。
带传动的效率是指从动轮输出功率P2与主动轮输入功率P1的比值, 即

式中, T1、 T2分别为主、 从动轮的转矩。
因此, 只要测得带传动主、 从动轮的转速和转矩, 就能够获得带传动的转速差、 弹性滑动系数和传动效率。在本实验中, 我们采用转矩转速传感器来测量两轴的转速和扭矩。
在主动带轮上, 以T1代表主动带轮转矩, 则有效拉力Fe＝2T1∕D, 实验中可求出不同负载下的T2和滑动率ε, 以T2为横坐标, ε( %) 为纵坐标在坐标纸上作出各点, 并连成光滑曲线。T0为临界点, T0的左面为弹性滑动区, T0～Tｍax为弹性滑动和打滑的混合区, Tｍax为完全打滑。在弹性滑动区, 滑动曲线为近似线性关系, 在弹性滑动和打滑的混合区滑动曲线为曲线, 到Tｍax滑动曲线表现为急剧上升。T0点所对应的横坐标为带传动在不打滑情况下所能传递的最大转矩。
以T2为横坐标, η为纵坐标绘出各对应点, 并连成光滑的效率曲线如图。在弹性滑动区, 效率曲线上升, 到临界点效率最高, 过了临界点效率急剧下降。故皮带的工作范围应在弹性滑动区效率高的地方,T0点不能选。

图1带传动的滑动曲线和效率曲线
三、 实验设备
(一)实验设备的主要技术参数
1、 直流电机功率: 2台×50W
2、 主动电机调速范围: 500～ 转¤分
3、 额定转矩: T=0.24N.M=2450g.cm
4、 实验台尺寸: 长×宽×高＝600×280×300
5、 电源: 220V交流
(二)实验设备的结构特点
1、 机械结构
本实验的机械部分, 主要由两台直流电机组成, 如图14-1所示。其中一台作为原动机, 另一台则作为负载的发动机。
对原动机, 由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压实现无级调速。
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图14-1实验台机械结构

1、 从动直流电机2、 从动带轮3、 传动带4、 主动直流电机5、 主动带轮6、 牵引绳7、 滑轮8、 砝码9、 拉簧10、 浮动支座11、 固定支座12、 底座13、 拉力传感器
对发动机, 每按一下”加载”按键, 及并上一个负载电阻, 使发电机负载逐步增加, 电枢电流增大, 随之电磁转矩也增大, 即发电机的负载转矩增大, 实现了负载的改变。
两台电机均为悬挂支承, 当传递载荷时, 作用于电机定子上的力矩T1(主动电机力矩)、 T2( 从动电机力矩) 迫使拉钩作用于拉力传感器( 序号13) , 传感器输出的电讯号正比于T1、 T2, 因而能够作为测定T1、 T2的原始讯号。
原动机的机座设计成浮动结构( 滚动滑槽) , 与牵引钢丝绳、 定滑轮、 砝码一起组成带传动预拉力形成机构, 改变砝码大小, 即可准确预定带传动的预拉力F0。
两台电机的转速传动器( 红外光电传感器) 分别安装在带轮背后的环形槽( 本图未表示) 中, 由此可获得必须的转速讯号。
2、 电子系统
电子系统的结构框图如图14-2所示。

带传动机构
主、 被动轮转矩传感器
主、 被动轮转速传感器
单片机
主、 被动轮转矩显示
主、 被动轮转速显示

微机接口
测试仪接口

MEC-B机械动态参数测试仪
CRT显示
绘图打印
计算机
CRT显示
绘图打印

图14-2实验台电子系统框图
实验台内附设单片机, 承担检测、 数据处理、 信息记忆、 自动显示等功能。如外接本公司定型产品MEC-B机械动态参数测试仪或386、 486微型计算机, 这时测试仪或计算机就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线e－T2及效率曲线h－T2关数据.
3、 操作部分
操作部分主要集中在机台正面的面板上, 面板的布置如图14-3所示。
载荷指示
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从动轮转矩
从动轮转速
主动轮转矩
主动轮转速
调速
电源
转速Ⅰ
转矩Ⅰ
转速Ⅱ
转矩Ⅱ
保持
加载
清零
送数

图14-3面板布置图
在机台背面有微机RS232接口、 主动轮转矩I及被动轮转矩II调零旋钮等, 其布置情况如图14-4所示。
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图14-4背面布置图
1、 主动力矩放大倍数调节2、 接地端子3、 被动力矩调零4、 主动力矩调零
5、 RS－232接口6、 电源插座
三、 实验步骤
( 一) 人工记录操作方法
1、 不同型号传动带需在不同预拉力F0的条件下进行试验, 也可对同一型号传动带, 采用不同预拉力, 试验不同预拉力对传动性能的影响。为了改变预拉力F0, 如图14-1所示, 只需改变砝码8的大小。
2、 接通电源
在接通电源前首先将电机调速旋钮逆时针转至”最低速”( 0速) 位置, 揿电源开关接通电源, 按一下”清零”键, 将调速旋钮时针相向”高速”方向旋转, 电机由起动, 逐渐增速, 同时观察实验台面板上主动论转速显示屏上的转速数, 其上的数字即为当时的电机转速。当主电机转速达到预定转速( 本实验建议预定转速为1200转¤分左右) 时, 停止转速调节。此时从动电机转速也将稳定的显示在显示屏上。
3、 转矩零点及放大倍数调整
在空载状态下调整机台背面( 参见图14-2) 调零电位器, 使被动转矩显示( 参见图14-4) 上的转矩数0～0.030N.M, 主动轮在0.050～0.090N.M。
待调零稳定后( 一般在转动调零电位器后, 显示器跳动2～3次即可达到稳定值) 按加载键一次, 最左地1个加载指示灯亮, 待主、 被动轮转速及转矩显示稳定后, 调节主动轮放大倍数电位器, 使主动轮转矩增量略大于被动轮转矩增量( 一般出厂时已调好) 。显示稳定后按清零键, 在进行调零。如此重复几次, 即可完成转矩零点数放大倍数调整。
4、 加载
在空载时, 记录主、 被动轮转矩与转速。按”加载”键一次, 第一加载指示灯高, 待显示基本稳定后记下主、 被动轮的转矩及转速值。再按”加载”键一次, 第二个加载指示灯亮, 待显示稳定后调整n1, 使之重新达到预定转速为1200转¤分左右, 再次记下主、 被动轮的转矩及转速。第三次按”加载”键, 三个加载指示灯亮, 待显示稳定后调整n1, 使之重新达到预定转速为1200转¤分左右, 记录下主、 被动轮的转距、 转速。
重复上述操作, 直至7个加载指示灯亮, 记录下八组数据。根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线e－T2及效率曲线h－T2。
在记录下各组数据后应及时按”清零”键。显示灯泡全部熄灭,机构处于空载状态,关电源前,应将电机调速至零,然后再关闭电源。
为便于记录数据,在试验台的面板上还设置了”保持”键,每次加载数据基本稳定后,按”保持”键即可使转矩,转速稳定在当时的显示值不变。按任意键,可脱离”保持”状态。
( 二) 试验台与计算机接口
在DSC－II型带传动试验台后板上设有KS232串行接口, 可经过所附的通讯线直接和计算机相连, 组成带传动试验系统, 操作步骤为:
1、 将随机携带的信号线一端接到实验机构RS232插座, 另一端接到计算机串行输出口( 串行口1＃或2＃均可, 但无论联线或拆线时, 都应先关闭计算机和试验台机构电源, 以免烧坏接口元件) 。
2、 打开计算机, 在DOS状态下, 插入随机携带的软盘( 或将磁盘文件拷入相应的子目录) , 运行DCS、 EXE文件, 屏幕将提示要求输入串行口通道号, 根据通信线所接的通道, 输入1＃或2＃通道, 经回车确认后屏幕将出现功能菜单, 选择”输入”功能并回车确认, 计算机将处于等待信号输入状态。
3、 打开试验机构电源, 并调整主、 被动力矩的零点及放大倍数至合适位置( 方法同前) 。
4、 按下”加载”键, 待转速稳定( 一般需2－3个显示周期) 后, 再按”加载”键, 以此往复, 直至试验机构面板上的八个发光管指示灯全亮为止, 此时, 实验机构面板上四组数码管将全部显示”8888”, 表明所采数据已全部送至计算机。
5、 当试验机构全部显示”8888”时, 计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、 被动轮的转速和转矩。
6、 移动功能菜单的光标, 选择”曲线”功能, 屏幕将显示本次试验的曲线和数据。
7、 移动功能菜单的光标至”打印”功能, 打印机将打印试验曲线和数据(当前仅适配EPSONLQ1600K打印机)。
8、 实验过程中如需调出本次数据,只需将光标移至”输入”功能,并回车确认,同时,按下实验机构的”送数”键,数据即被送至计算机,可用上述6、 7项实验操作进行画图和打印。
9、 一次实验结束后如需继续实验,可按下实验机构的”清零”键,同时将计算机屏幕中的”输入”菜单中,重复上述第4-7项即可。
10、 实验结束后,将实验台电机转速调到零,关闭实验机构的电源,将计算机屏幕菜单选至”退出”,回车确认后即可退出。退出后应及时关闭计算机。
五、 思考题
1、 为什么从动轮的实测转速会比计算转速略小?
2、 打滑与弹性滑动有何区别? 它们发生于哪个轮子, 发生在什么时候? 能否避免?
3、 影响效率η和滑动率ε的主要因素是那些? 它们在设计皮带中有何用处? 设计皮带中一般取η=?ε=?为什么?
六、 实验报告要求
绘制输出带传动的e－T1滑动曲线及h－T1效率曲线,以及相关数据。对实验结果进行分析。