CN2279238Y - 封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台。它是由主机和控制两部分组成。主机部分包括平衡电机、齿轮增速器、测速装置、测力矩装置等;控制部分主要包括三相调压器、三相开关、交流接触器、电压表、电流表等。平衡电机为两台相同型号的异步电动机改装而成。本实验台机电一体化,结构简单、操作与维护方便且演示直观,动手测试方便、节能,非常适用于大、中专学校机械设计实验教学。

Description

封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台

本实用新型属于机械设计实验设备技术领域，具体是指封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台。

在齿轮传动的教学和研究中，目前普遍使用的齿轮传动实验台有两种类型：

一种是磁粉离合器加载封闭功率流齿轮实验台。它采用内加载原理，用磁粉离合器作加载器，结构简单，具有机电一体化之优点。但是计算齿轮效率值时，必须先判断封闭回路中功率流的方向，然后分别选定设计规定的不同的计算公式计算齿轮传动效率η，因此计算方法麻烦。又因为主机部分与控制部分分开，不但占地面积大，而且操作也不方便。

另一种是开放功率流齿轮传动实验台。这类实验台的主要优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便，但是动力消耗较大，且对仪表的精度、灵敏度要求较高。

本实用新型的目的在于克服上述背景技术的不足之处，提供一种适合教学和研究用的，结构简单，操作测试、计算方便，演示直观的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，它不但可以测试齿轮传动效率，而且还可测试不同齿轮材料性能对比和不同润滑剂性能对比。

本实用新型的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于，它是由安装成一整体的主机机械和控制系统两部分组成：

主机机械部分是由两台平衡电机、一台齿轮增速器、两套测速装置和两套测力矩装置构成，两台平衡电机为相同型号的异步电动机，一台作负载电机，另一台作主动电机，齿轮增速器为一对斜齿圆柱齿轮，测速装置包括一个测速齿轮，磁电传感器及支承架、转速显示仪，测力矩装置包括测力臂、压力杆、压力套及测力器等，平衡电机与齿轮增速器通过联轴器相联接；

控制系统部分主要是由完成主动电机和负载电机在0～450V范围内无级调压的三相调压器，与主动电机和负载电机相接、分别控制启动和加载过程的三相开关，交流接触器，电压表，电流表等所组成；

主机机械与控制系统的相互联接关系为两台相同型号的异步电动机分别通过三相调压器并联于电路中，并通过联轴器与齿轮增速器相联接，增速齿轮的轴伸上分别安装一个测速齿轮，通过支承使磁电传感器的芯轴对正测速齿轮的轮齿。

本实验台的运行原理是利用三相异步电动机的发电反馈制动特性加载。两台相同型号的异步电动机分别通过三相调压器并联于电网中，设计时使两台电动机的转向相反，通过齿轮增速器强迫负载电机进入发电反馈制动状态运行，则可实现无级稳定加载的目的。因为，实验台运行时，主动电动机的转速低于同步转速，按电动机状态运行，产生的电磁转矩与转轴转向相同，电动机将电能转换成机械能，同时电动机通过齿轮增速器使负载电机高于同步转速运行，负载电机产生的电磁转矩的方向与转轴的转向相反，成为制动转矩，此时负载电机实际上已成为与电网并联运行的异步发电机，它将齿轮增速器输入的机械能转换成电能送入电网，这样不但能对齿轮传动加载，而且可节约实验所需的电能。由于T∝u²，所以通过旋钮改变三相调压器的电压u，可得到不同的制动转矩T，而且u越大，T也越大，只要u连续无级改变，T也随着连续无级变化，从而可实现无级稳定加载。

本实用新型与现有齿轮传动实验台相比具有如下优点：

1、主机机械与控制系统两部分设计安装成一整体，结构紧凑，操作及维护方便且造型美观。演示直观，动手测试方便，非常适用于大、中专学校机械设计实验教学。

2、由于本实用新型采用两个三相调压器控制作平衡电机用的两台电机运行，通过缓慢旋动调压器的旋钮随意改变负载电机的负载，同时调节另一个调压器的旋钮使主动电机转速恒定。调压器可以连续无级调节，故齿轮传动实验台转速可连续无级稳定运转，载荷可连续无级稳定加载。不但电机启动和运行平稳，转速、负载可调，而且能直观地记录一定转速下效率与载荷数值，从而得到一定转速下效率与载荷的关系曲线。

3、采用磁电传感测速、双路数码显示，与光电测速相比较不但结构简单、工作可靠、体积小，而且价格低。

4、专门设计的测力器，不但结构简单、体积小，而且测量灵敏、精度较高，误差少于1％，符合教学实验的要求。也正是因为该测力器体积小，才使主机和控制部分共用一个箱体成为可能。

5、由于本实验台使用异步电动机作负载电机以发电机状态运行，此时负载电机将由齿轮传动输入的机械能转换为电能，并将电能反馈电网。不仅实现了对齿轮传动的加载，而且节省了实验所需的电能。

6、由于采用NZ型挠性爪联轴器，可补偿电机轴与齿轮轴的综合位移，同时可缓和冲击和吸收振动，使主机运转平稳。

7、电气线路设计合理、安装方便，每个电器元件的接线都通过接线端子，故电路的检查和维护都很方便。

附图的图面说明如下：

图1为封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台结构示意图(即为该实验台俯视图)；

图2为封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台电气原理图；

图3为封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台工作程序方框图。

结合如下实施例及其附图对本实用新型作进一步详述：

如图1所示的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台是由主机机械和控制系统两部分组成，并装于同一箱体上。

主机机械：

两台相同型号的异步电动机为平衡电机，平衡电机安装于箱体顶部平面的两侧，电动机1用作负载电机，电动机9用作主动电机。本实施例的平衡电机是由Y90-6异步电机改装而成，改装后的电机转子轴可在电动机支承架中旋转，而电动机的定子也可绕电机轴线转动。

齿轮增速器5是一对斜齿圆柱齿轮传动，用作被测齿轮传动，又强迫负载电机超同步转速运行，该斜齿圆柱齿轮的螺旋角β＝10°28′31″，压力角α＝20°，齿轮传动的中心距α＝90mm，法面模数m_n＝1.5，齿数Z₁＝63、Z₂＝55。

测速装置4和6包括测速齿轮、磁电传感器及其支承架、转速显示仪等，测速齿轮分别被安装于齿轮增速器5的轴伸端。其材料为导磁性较好的Q235，主要技术参数：模数m＝2mm，压力角α＝20°，齿数Z＝60，齿宽b＝10mm，轮毂宽B＝20mm，轮孔直径D＝20mm。该测速装置转速测量采用SZMB-5型磁电传感器。转速显示采用XJP-02A型转速数字显示仪。

传感器支承架，作用是固定传感器及调整芯轴与齿顶的间隙δ。

测速装置的调整：传感器芯轴必须对正测速齿轮的轮齿，芯轴与轮齿齿顶所构成的间隙δ＝0.5～2mm，其最佳值为δ＝0.8～1.0mm。

联轴器3和7使平衡电机和齿轮增速器相联接。

测力矩装置2和8有两个长度相等的测力臂，它通过两个螺钉固定在平衡电机外壳的两条纵向肋上。测力臂上的压力杆则抵触在测力台上，而水平放置的测力器刻度盘是通过实验台上的通孔读数的。

实验台控制系统的电气元件及电路接线板装于箱体里面，而控制开关及显示仪表则安装在与箱体顶部平面向下倾斜的控制台面板上，其中位于左右两外侧是三相调压器的旋钮10和21，转动旋钮可提供电动机电压和使电动机恒定转速运行，电压表12和19显示电动机电压的大小，电动机的转速则通过转速显示仪13和17数码显示，电流表14和18可监视电机负载，三相开关11和20、总开按钮15、总关按钮16则控制电动机的启停。

封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台电气原理如图2所示。

主控制电路：

三相380V 50HZ交流电，市电→熔断器→总开按钮→三相交流接触器主线圈→主触点→三相开关→三相调压器→异步电动机。

显示电路：

二相220V 50HZ交流电，市电→熔断器→总开按钮→三相交流接触器主线圈→辅助触点→转速显示仪→磁电传感器。

封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台实验工作程序如图3所示。

实验台使用时，插上电源插头，开机确认电动机转向与联轴器箭头指向相符后，停机；将三相调压器指针转至零位，再将测力器指针调零，然后可开机进行实验。实验方法如下；

1、确认实验台处在正常状态下，按下总开按钮15(此时带绿灯的按钮开关15灯亮)，再按下三相开关11的ON，接通主动电动机电源；

2、缓慢转动调压器旋钮10，启动主动电动机9，使主动电动机的转速稳定在一定数值，例如n₁＝910r/min，915r/min……，记录空载下的转速和压力；

3、按下三相开关20的ON，接通负载电机电源；

4、缓慢转动调压器旋钮21，使负载电动机1加载，每次加载1～2kg，每加载一次应同时转动调压器旋钮10，使主动电动机9的转速稳定，记录转速和压力的数值，注意加载时不得超过电动机额定电流、电压值；

5、实验完毕，先将调压器旋钮21缓慢转至零位，按下三相开关20的OFF，再将调压器旋钮10缓慢转至零位，按下三相开关11的OFF，再按下总关按钮16，切断电源。

本实验还可测出一定转速下效率与载荷的关系曲线。

齿轮传动效率η是齿轮传动输出功率P₂与输入功率P₁的比值，即： $\mathrm{\η}=\frac{P_2}{P_1}\×100\%$

由图1中可看到，齿轮传动输入轴的转矩T₁(N·m)与转速n₁(r/min)由主动电动机给定，则输入功率P₁可由下式得到， $P_1=\frac{T_1{n}_1}{9550}\left(\mathrm{KW}\right)$

同理，齿轮传动输出功率P₂与输出轴的转矩T₂(N·m)和转速n₂(r/min)的的关系如下式， $P_2=\frac{T_2{n}_2}{9550}\left(\mathrm{KW}\right)$

而主动电动机的转矩T₁＝F₁·L₁

负载电机的转矩T₂＝F₂·L₂

式中：L₁——主动电动机测力臂长度(mm)

      L₂——负载电机测力臂长度(mm)

      F₁——主动电动机通过测力臂的压力(N)

      F₂——负载电机通过测力臂的压力(N)

为了简化实验计算取L₁＝L₂，则 $\mathrm{\η}=\frac{F_2{n}_2}{F_1{n}_1}\×100\%$

传动效率还包括滚动轴承摩擦损失和齿轮搅油损失的效率在内。

本实用新型还可以测试不同齿轮材料性能对比和不同润滑剂性能对比。即在齿轮传动效率测定的基础上，通过更换齿轮材料或更换润滑剂来做不同条件下的齿轮传动效率对比实验，完成齿轮材料性能对比和润滑剂性能对比的测定。

Claims (5)

1、封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于，它是由安装成一整体的主机机械和控制系统两部分组成：

主机机械部分是由两台平衡电机、一台齿轮增速器、两套测速装置和两套测力矩装置构成，两台平衡电机为相同型号的异步电动机，一台作负载电机，另一台作主动电机，齿轮增速器为一对斜齿圆柱齿轮，测速装置包括一个测速齿轮，磁电传感器及支承架，转速显示仪，测力矩装置包括测力臂、压力杆、压力套及测力器等，平衡电机与齿轮增速器通过联轴器相联接；

控制系统部分主要由完成主动电机和负载电机在0～450V范围内无级调压的三相调压器，与主动电机和负载电机相接、分别控制启动和加载过程的三相开关，交流接触器，电压表，电流表等所组成；

主机机械与控制系统的相互联接关系为两台相同型号的异步电动机分别通过三相调压器并联于电路中，并通过联轴器与齿轮增速器相联接，增速齿轮的轴伸上分别安装一个测速齿轮，通过支承架使磁电传感器的芯轴对正测速齿轮的轮齿。

2、根据权利要求1所述的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于，本实验台的平衡电机是由两台相同型号的异步电机改装而成，其电机转子轴可在电机支承架中旋转，电机定子也可绕电机轴线转动。

3、根据权利要求1所述的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于该实验台斜齿圆柱齿轮的螺旋角最佳选值范围为β＝8°～12°。

4、根据权利要求1、2、3所述的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于该传感器芯轴与测速齿轮轮顶间隙δ＝0.5～2mm，最佳值为δ＝0.8～1.0mm。

5、根据权利要求1所述的封闭电流式开放功率型齿轮传动实验台，其特征在于，它的测力矩装置中的两个测力臂长度相等。

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