齿轮传动效率实验
一. 实验目的
1. 了解封闭式齿轮试验台的基本原理及其结构。
2. 测定齿轮传动效率，掌握测试方法。
3. 本试验台可长期运行，定时观察齿面点蚀现象。
二. 实验设备及工作原理 1. 1. 试验台结构
图12－１所示为封闭式齿轮试验台的结构示意图：
1—功耗电机 2—重力测力计 3—齿轮箱 4—加载器 5—试验齿轮箱 6—砝码 7—电器控制箱
图12－1 封闭式齿轮试验台结构示意图
1是外壳浮动式功耗电机；2是重力测力计；3、5是两套完全相同的齿轮箱，两对齿轮①、②、③、④分别用两根轴I 、II 相联接，并由特殊设计的联轴器和加载器4组成机械封闭回路；6是加在加载器上的砝码，从而产生作用在封闭系统中的轴向力；7是电器控制箱。 2. 加载机构
封闭式齿轮试验台加载器有多种形式，本试验台是采用螺旋槽轴向移动而产生轴扭转的方法来实现加载的。图12－2表示螺旋槽加载器的结构，由于槽中的滚子距轴心的作用半径为d/2（d ＝43mm ），螺旋槽的螺旋角β＝11.14°，轴向力由砝码G （kgf ）通过动滑轮实现，故作用在封闭系统内的封闭力矩为：
（12—1）
系统中最大封闭力矩T B ＝50 N ?m 时，砝码重量G 最大为25 kgf 左右。
T G tg G N m B =???=?221598
11141000
2140....()
系统中齿轮所受负载的大小仅与加载机构施加的扭矩有关，而与封闭系统外的浮动电机无关。当电机不转时，即齿轮处于静止状态，力矩T B仍然存在，此时 T B是由齿轮①—②—③—④所组成封闭系统中的平衡内力产生，称为封闭力矩。静止时，系统中只有力矩的存在而无功率的流动和损耗。当电机运转时，带动整个系统运转，并使封闭系统产生功率流动和损耗，电动机的作用就是克服系统中各种摩擦阻力，补充摩擦功率耗损、以维持正常运转状态。由于摩擦功率损耗很小，因而电机容量很小，仅需齿轮工作功率的1/20左右。这对于长期运转的实验，其经济意义很大。本试验台的功耗电机功率仅300w左右，同步转速1000 r/min，工作时约950 r/min。
三. 封闭功率的效率计算
单纯的齿轮副的效率测定是比较困难的，这里齿轮副的效率分别为η12，η34，它包括啮合效率，轴承效率及搅油效率等。
效率是指输出功率与输入功率之比。要确定输入和输出功率，首先要判明哪个是主动轮，哪个是从动轮。判别的方法是根据加载机构产生扭矩的方向与电机的转向是否一致，若方向一致则齿轮④为主动，相反为从动，封闭功率流动的方向应由大流向小，由主动流向从动。图12－1中设电机转动的方向与螺旋加载器产生扭矩T B方向相同，则齿轮④为主动，③为从动，齿轮④的左端为封闭功率P B的输入端（功率最大），功率P B流经齿轮④→齿轮③→轴II→齿轮②→齿轮①→轴I。流动中有啮合磨损，轴承磨损，搅油损耗等，功率逐渐减少，然而经过电动机输出功率P f的弥补，则通过轴II输入齿轮④的左端时，又恢复成P B。设封闭系统中的总效率为η0，则η0＝η12?η34若η12≈η34＝η，则一对齿轮副的效率为η＝。
电动机输出功率为：
P f =P B(1－η0)＝P B(1－η２)
η=P-P
P
B f
B
η
齿轮箱中齿轮齿数Z1＝Z4，Z2＝Z3故摩擦力矩为：
T f =T B(1－η２)
η=T-T
T
B f
B(12—2)
若电动机转向与施加扭矩T B的方向相反，则功率流动的方向也相反，所测齿轮传动的效率为：
η=
P
P+P
B
B f
同理：η=
T
T+T
B
B f（12—3）
T f =
Lfg
10000=
19598
10000
??
.f
=
191
1000
.f
( N ?m ) （12—4）
式中：f—测力计读数（gf）
L —浮动电机杠杆力臂长（mm）
四. 实验步骤
1. 观察了解试验台的主要结构、工作原理，绘制试验台结构示意图。
2. 开机前必须确认测力计钩子是脱开状态。判别电机的旋转方向，即测力杆顺时针向下摆动，电机逆时针方向旋转。
3. 在未加砝码时，加载器滚子在螺旋转槽轴向移动起点，离开约2～5mm,此时各处间隙基本消除。并在加载器各部加入少许润滑油。
4. 启动电机空转数分钟，接上测力计钩子，读出空载时的力。
5. 按一定砝码重量G，逐级加载，维持平衡一段时间（5~10分钟），记录砝码重量及测力计读数f 。
6. 整理数据，绘制T B－η曲线及T B－T f 曲线。
五. 实验报告
齿轮传动效率实验报告
（一）实验目的
（二）封闭式齿轮试验台结构示意图
（三）试验台主要参数：
中心距a＝mm
传动比i＝
齿轮模数m n＝mm
齿轮齿数Z 1＝Z 2＝
Z 3＝Z 4＝
浮动电机杠杆力臂长L＝mm
润滑油牌号：
润滑方式：
电机转速：n＝r／min
（四）实验记录和计算结果
（五）绘制齿轮传动T B－η及T B－T f曲线（用坐标纸）
T f η％
T B
（六）思考题
１.封闭式齿轮试验台的结构特点是什么？
２.如何判明齿轮④是主动还是从动？如何确定功率流动的方向？意义何在？