带传动性能
《机械设计》
实验指导书
机械电子工程学院机械基础实验中心
实验一& 带传动性能
一、实验目的
&&& ① 加深理解带传动的概念；
&&& ② 观察和验证带传动的弹性滑动和打滑现象；
&&& ③ 绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线；
&&& ④ 了解测带传动性能的实验装置及其工作原理；
&&& ⑤ 了解计算机辅助教学软件和使用方法。
二、实验装置及工作原理
&& 1.本项实验所使用的设备为PS-A型三角胶带传动试验台（图1-1所示）。由交流电动机、直流发电机、频闪测速仪、电阻箱、瓷盘电位器、台秤等主要部分构成。
&&& 其中直流发电机部分作为模拟负载用途，通过电阻箱的控制调节，可以观察各种不同负载情况下，带传动的弹性滑动及打滑等现象。
&&& 2.带传动的张紧装置：
通过U型测力环，可以调节皮带的张紧力F的大小。这个U型测力环的量值，事先已标定过，在百分表上的每一小格约为1kg张紧力。
&&& 3.转矩测试装置：
&&& 转换成转矩值：
&&& 4.频闪测速仪装置：
&&& 频闪测速仪从主动轮的旋转触点拾取转速讯号，其闪光的频率与主动轮的转速n1同步。此时，频闪仪的灯光照射在从动轮的小转盘上（转盘上径向涂有一条白色条纹）。
&&& 如果从动轮与主动轮的转速相同，因每次灯光闪亮时，白色条纹都在固定的位置上出现，则灯光照射在从动轮上的白色条影仿佛停滞在原位不动；若主动轮与从动轮在滑差为Δn时，则灯光照射在从动轮上时，就会看到白色条影反向旋转Δn圈（可用秒表精确计算出Δn的具体数值）。
&&& 5.主动轮转速n1，可用LE-30手持式离心转速表测定；
&&& & 从动轮转速n2=n1-Δn
&&& 6.在本实验装置中，由于主动轮直径D1与从动轮直径D2相等，所以计算滑差率：
&&& 7.当有效圆周力Fc小于带轮摩擦力时，带传动在弹性滑动区域内；当有效圆周力Fc超越带轮摩擦力的临界值时，胶带开始打滑，即传动失败。
的大小由带传动的有效圆周力Fc所决定。图中K0点以后，产生打滑现象。
三、实验步骤
&& 1.首先检查PS-A型皮带检验台的电机部件是否能灵活调整台秤的指针到零位，测量带轮直径与长臂杠杆的长度L1与L2；
&&& 2.用手扶住交流电动机的长臂杠杆L1（防止电动机启动时杠杆冲击台秤），然后合上电源开关。
&&& 3.送电后，电机运转。调整主动轮的初始张紧力F0，将U型测力环调节到F0=20kg左右（百分表指示在20小格处）。
&&& 4.逐点调整直流发电机的输出载荷的大小。利用瓷盘式电位器进行细调节，而利用电阻箱控制器逐档粗调节。先置0档，再置2档，4档，5档位置。同时观察台秤显示的指示值，记录在表1内。
&&& 5.在主动轮（交流电动机）端，用手持离心转速表测定上述各点的转速n1。
&&& 6.在从动轮（直流发电机）的另一端，用频闪测速仪照射小转盘，观察白色条影的相对滑差现象，并用秒表精确计算出一分钟里的滑差Δn圈。
&&& 7.当直流发电机的载荷直达某种数值，使=K0值时，如果再继续增大载荷时，Δn剧增（此刻白色条影飞转，难以计数），胶带开始打滑了。
&&& 8.根据上列各点的转速—转矩，可分别计算出相应点的带传动效率：
&&&&&&&&&&&&&
四、观察带轮初始张紧力的变化及带轮包角变化时对带传动承载能力的影响
1.将2F0由20kg降到10kg，再重复上列步骤，观察带轮打滑时的载荷数值，并将其值记下与第一次的数值作比较。
2.将2F0恢复到第一次的数值，将带轮包角由α=180°改变为α=120°。再重复前面的实验步骤记录下打滑时的载荷数值与未改变包角时的数值作比较。
附：带传动实验计算机辅助教学CAI软件
&& 在以前带传动实验中，测得实验数据后，由同学们课后完成实验结果，而不能及时校对实验数据是否准确。带传动实验计算机辅助教学CAI软件可以帮助同学们进一步了解带传动实验的各项要求，然后将测试数据按要求输入或修改数据库，验证测试数据的准确性。程序的计算框图如图1-3所示。
&&& 本程序的运行环境为2.13H中文操作系统和FoxBase2.1+数据库软件。使用方法为在FoxBase环境下，运行BELT . FOX程序，按照程序中的中文提示（按首字母或光标键）即可执行程序中的各个子程序。
L处，即距周向测压孔15mm处，沿垂直方向开有另一只测压孔，用于测量轴向油膜压力。4为静压加载盖板，加载油腔在轴承水平截面上的投影面积为60cm2，5为轴承外圆左侧上的测杆，供测量摩擦力矩用，测杆长150mm；9为平衡锤，用以在轴承安装前做静平衡用。测杆5左端与重锤式拉力计相联。
&& （V-滑动速度，η-液体黏度，W单位宽度载荷，d-轴径，G-拉力计值）
<span lang=EN-US style='font-size:9.0font-family:
楷体_GB 测试系统原理框图
&& 2.主要仪器设备简介
）其变形大小与传送的扭力矩T成正比，从检测线圈感应输出的信号发生相位差的变化。这相位差的变化反映所要测量的扭力矩。
&&& ZJ型传感器属于接触式类型，所以该传感器能长时间地稳定操作，精确地测量低转速至高转速的扭矩，广泛地应用于测量各种变速齿轮装置的扭矩比、转速比和机械效率。
&&& ZJ型传感器顶部的小电机是用于当测量转速较低时（低于400转/分），甚至在静止壮态下使用的。此小电机通过三角皮带传动，带动转筒、内齿轮和永久磁钢，使内外齿轮之间有足够大的相对转速，以保证低速时的测量精度（注意：驱动小电机的转向应与传感器主轴的转向相反）。
&&& 加载后，螺栓即受到一横向力及力矩作用。横向力与结合面上的摩擦阻力相平衡。力矩将使托架翻转，各螺栓便受到大小不等的附加作用力。根据螺栓变形协调条件，各螺栓的拉伸变形或所受拉力F与其中心到托架底板翻转轴线的距离L成正比。
即：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
又根据静力矩平衡条件知&&
粘贴两片，输出串接，以补偿螺栓受力弯曲引起的误差。将应变片接到应变仪的测量桥的一个臂，当测量电阻片由于螺栓受力变形，长度变化为ΔL，其阻值相应也变化
ΔR，并且ΔR/R正比于ΔL/L，这样，当测量电阻因ΔL/L改变而改变ΔR/R，电阻应变仪测量桥先失去平衡，毫安表指针即发生偏转。
调节读数桥使产生与测量桥相应的不平横，并使毫安表指针回至零点，即可以从读数桥的调节量大小测知ΔR/R的改变量。
&&& 本实验采用的电阻应变片R=120Ω，灵敏度系数K=2.0，按此值调节好灵敏系数旋钮后，即可以从读数桥的调节量大小，直接读出螺栓的应变量值ε，从而可以计算出各螺栓的应力
σ=ε×E（E=2.1×105N/mm2）
&&& 2.单个螺栓试验的结构及工作原理：
&&& 其结构示意如图5-2所示：
，而后加载吊耳上应变片产生的恒定应变量，便可测得不同垫片材料（垫片刚度变化时）的螺栓的总应变量，也就可知相对刚度变化时，螺栓中总载荷的变化情况。
&&& 在进行单个螺栓动态载荷试验时，同样先预紧螺栓，再将偏心轮调节在最低点加载，使吊耳上的应变片产生应变。
&&& 开动电动机加动载荷，通过电机轴上的偏心轮转动，经杠杆4传至吊耳及被试螺栓上产生一个动态拉力。调节加载螺母，使吊耳的应变为一恒定应变量（毫伏计上的读数为20mV左右），然后就可测出试验螺栓的动态应力幅值。
三、实验方法及步骤
&& （一）螺栓组静态特性试验
&& 1.将1号—10号试验螺栓引出线两端按顺序依次接到预调平衡箱A、B端，公用补偿块引出线两端分别接到静、动态电阻应变仪的B端和C端。
&&& 2.按常规调试YJD-1型电阻应变仪（电源接通后，预热三分钟，毫安表应对零，再将选择开关旋至“预”，反复调节平衡电阻及平衡电容，使毫安表对零；再置于“静”位置，再调节平衡电阻及平衡电容，使毫安表对零，如此反复多次调试）。
&&& 3.逐个拧紧螺帽，使每个螺栓具有预紧初应变，相当于初应力。
&&& 4.加载3500N（砝码连同挂钩应重3.5kg），停歇2分钟后卸去载荷；再同样加上载荷，再测出各螺栓的应变量（=1，2，……9，10）。
&&& 5.卸去载荷，重新调整各螺栓的预紧动应变，按步骤4，重复测出各螺栓的应变，最后再重复做一次，测出。
&&& 6.计算平均值：
&&& 7.松开所有试验螺栓的螺母，卸去载荷。
&&& 8.实验测试完毕，将YJD-1型电阻应变仪复零，关闭电源。
&&& 9.根据测定数据绘制螺栓静态应变图。以螺栓位置为横坐标（前排1、2、3、4、5号与后排6、7、8、9、10号螺栓分开作图）。以测定的应变量差值（εi—ε0）为纵坐标。绘出静态特性图线。
（二）单个螺栓静态特性试验
&& 1.将被测试螺栓11号与吊耳12号的电阻应变片引出线两端分别接入预调平衡箱11号与12号两端柱上。公用补偿块引出线两端接入静动态电阻应变仪的B、C端，将选择开关置于“静”的位置。
2.第一次先安装上钢垫片（不能触及被试螺栓）。
3.预紧螺栓11号，使预紧初应变。
4.拧紧支持螺杆上的调整螺母，以施加外载荷，使吊耳12号的应变片产生的恒定应变量，然后记录螺栓11号的总应变量。
&&& 5.松开螺栓11号的螺母，第二次更换垫片材料为环氧树脂垫片，重复上述步骤3与4，在吊耳12号的同样应变状态下，测出螺栓11号中的总应变量。
&&& 6.比较前后两次相对刚度变化时，测得的螺栓11号总应变量值大小不同。
（三）单个螺栓动态特性试验
1.安装钢垫片；
2.将毫伏计接入YJD—1型电阻应变仪的信号输出端，将电阻应变仪选择开关
置于“静”，预紧螺栓11号，使预紧初应变仍为。然后将选择开关拨至“动2”；
3.将加载偏心轮转到最低点；
4.开动电机，驱动加载偏心轮，调节支持螺杆上的螺母，使吊耳的应变在毫伏
计上的读数为一恒定值（20mv左右），然后测出螺栓11号的动态应力幅值（mv）。
5.关掉电机，卸去负载，更换环氧树脂垫片，重复上述步骤2、3、4，在吊耳
12号的同一应变状态下测出螺栓11号的应力幅值（mv）。然后，移动电机位置，改变杠杆比，从而调节动载荷幅值与钢垫片时相一致。
6.作不同垫片材料下的动态试验螺栓应力幅值与动载荷幅值关系的对比分析。
7.松开各部分，卸去所有载荷。
8.校验YJD—1型电阻应变仪复零。
1.上述实验过程中，若采用示波器来进行观察，就会更加清楚直观。螺栓中的
应力变化情况将非常形象化地显现在示波器的屏幕上。当螺栓受到静载作用时，屏幕上将呈现一条水平扫描线（f（t）=c）；当螺栓受到动载作用时，屏幕上将呈现一条正弦波扫描线[f（t）=Asin（ωt+α）+C]。
2.在螺栓组结构静态特性测试后，可验证比较实验所得总拉力Fi与理论公式计
3.算值的吻合程度。实验值（A为本实验中螺栓截面积）
理论计算值按课堂讲授公式：
上式中F0为预紧力，F为工作载荷。
在螺栓组中第2、4、7、9号螺栓的 F=1225N；
第1、5、6、10号螺栓的F=2450N；
第3、8号螺栓的F为0值。
&&& &C1——螺栓刚度&&&&&&& C2——被联接件刚度
&&& 对于有机玻璃垫，取相对刚度
4.在螺栓组静态特性测试时，若将实验测得的数据输入微机系统、应用CAI软件，可以帮助同学们迅速绘图，及时校对或修正数据，其原理与带传动实验内容相似。螺环传动装置的效率--《机械设计》1997年02期
螺环传动装置的效率
【摘要】：螺环传动装置的效率?杨传民（天津商学院）１引言如图１所示，螺环传动装置是一种近十几年来研究的新型传动装置，最早由德国学者研制成功［１］。中国学者也有一些研究。本文作者曾于１９８４年开始，对该传动装置啮合理论方面进行了较为详细的研究［１］［２］。文献２...
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TH132.422【正文快照】：
螺环传动装置的效率?杨传民（天津商学院）１引言如图１所示，螺环传动装置是一种近十几年来研究的新型传动装置，最早由德国学者研制成功［１］。中国学者也有一些研究。本文作者曾于１９８４年开始，对该传动装置啮合理论方面进行了较为详细的研究［１］［２］。文献２是
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