机械设计实验指导书.docx
《机械设计实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计实验指导书.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械设计实验指导书
机械工程学院
《机械设计》
实验指导书
机械基础教研室编写
适用专业:
机械设计及自动化、机械制造及自动化、机械电子工程、车辆工程、农业机械、过程控制等机械类专业。
贵州大学
二○○七年八月
目录
1、实验一：
带传动实验……………………………………………………………2
2、实验二：
滑动轴承实验…………………………………………………………10
3、实验三:
减速器装拆实验…………………………………………………………19
前言
《机械设计》是机械类各专业的一门主干技术基础课程。
它在培养学生的机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中，占有十分重要的地位。
本课程的任务是使学生结合本课程的学习，能够综合运用所学的基础理论和技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件去设计合用的零（部）件及简单的装置机械，以便为顺利的过度到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下基础。
在培养高级机械工程技术人才的全局中，本课程为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础，并且有增强学生对机械技术工作适应能力的作用。
通过实验教学验证、巩固和加深课堂讲授的理论，培养学生运用实验方法研究机械的初步能力，训练学生踏实细致、严肃认真的科学作风，激发学生的创造性思维方法和创造性技法等综合能力。
实验一：
带传动实验
实验学时：
2学时
实验类型：
综合性
实验要求：
必修
一、实验目的：
（1）观察带传动的弹性滑动和打滑现象。
（2）学习测定计算皮带传动滑动率及传动效率的方法。
二、实验内容：
了解皮带传动的工作原理、观察带传动的弹性滑动和打滑现象；根据实验测定、计算皮带传动滑动率及传动效率。
三、实验原理、方法和手段
实验设备：
（一）主要技术参数
1、直流电机功率：
2台×50w
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）结构特点
1、机械结构
本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图1所示。
其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机。
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。
对发电机，每按一下“加载”按键，即并上一个负载电阻，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113），传感器输出的电信号正比于T1、T2的原始信号。
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，即可准确地预定带传动的预拉力F0。
两台电机的转速传感器（红外光电传感器）分别安装在带轮背后的环形糟（本图未表示）中，由此可获得必需的传速信号。
2、电子系统
电子系统的结构框图如2所示
1、从动直流电机6、牵引绳11、固定支座
2、从动带轮7、滑轮12、底座
3、花传动带8、砝码13、拉力传感器
4、主动带轮9、拉簧14、标定杆
5、主动直流电机昌10、浮动支座
图1实验台机械结构
实验台内设单片机，承担检测、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。
如通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线。
3、操作部分
操作部分主要集中在机台正面的面板，面板的布置如图3所示
图3面板布置图
（三）实验操作
A人工记录操作方法
1、不同型号传动带在不同预拉力F0的条件下进行试验，也可对同一型号传动带，采用不同的预拉力，试验不同预拉力对传动性能的影响。
为了改变预拉力F0，加图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动到底使开关“断开”，揿电源开关接通电源，按一下“清零”键此时主被动电机转速显示为“0"，力矩显示为“·"，实验系统处于“自动校零”状态。
在校零结束后，力矩显示为“0”再将调整速旋钮顺时针向高速方向旋转，电机由起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮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1200～1300转/分左右）时，停止转速调节。
此时从动电机转速也将稳定地显示在屏上。
3、加载
在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。
按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速，使其仍保持在预定工作转速内，待显示基本稳速值。
再按“加载”键一次，第二个加载指示灯亮，再调整主动转速，仍保持预足转速，待显示稳定后再次记下主、被动轮的转矩及转速。
第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮，同样记录下主、被动轮的转矩、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。
T2及效率曲线
—T2。
在记录下各组数据后应先将电机调整旋钮逆时针转至“关断”状态，井按“清零”键。
显示指示灯全部熄灭。
机构处于关断状态。
等待下次实验或关闭电源。
为便于记录数据，在实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。
B实验台与计算机接口
在DCS—Ⅱ型带传动实验台后板上设有RS232串行接口，可通过所附的通讯线直接和计算机相联，组成带传动实验系统，操作步骤为：
1、将随机携带的通讯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＃或串行口2＃件均可，但无论连线或拆线是时，都应先关闭计算机和实验机构电源，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自录），运行DCS·EXE文件，屏幕将提示要求输入串得口通道号，根据通信线所接的通道，输入1井或2＃通道，经回车确认选择“菜单”中“输入”功能，计算机将处于等待信号输入状态。
3、将实验台调速电位器逆时针转到底，使开关断开，打开实验机构电源，按“清零”键，几秒钟后，数码管显示“零”，自校零完成。
4、顺时针转动调速电位器，开关接通并使主动转速稳定在工作转速（一般取1200加～1300rl/m/左右），按下“加载”键再调整主动转速，使其仍保持在工作转速范围内，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，直至实验机构面板上的八个发光管指示全亮为止。
此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888"，表明所采数据己全部送至计算机。
5、当实验机构全部显“888”时，计算机屏幕将显示所采集韵全部八组主、被动轮的转速和转矩。
（此时应将电机调速电位器逆时针转到底，使开关断开）。
6、移动功能菜单的光标，选择“曲线”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。
7、移动功能菜单的光标至“打印”功能，打印机将打印实验欧线和数据。
8、实验过程中如需调出本次数据，只须将光标移至“输入“功能，并回车确认，同时，按下实验机构的“送数”键，数据即被至计算机，可用上述6、7项操作进行画图打印。
9、一次实验结束后如需继续实验，应“关断”调速电位器并按下实验机构的“清零”键，进行“自动校零”。
同时将计算机屏幕中的“输入”菜单选中，重复上述第4—7项即可。
10、实验结束后，将实验台电机调速电位器关断，关闭实验机构的电源将计算机屏幕菜单选至“退出”，回车确认即可退出。
退出后应及时关闭计算机。
（四）滑动率和效率的汁算
转速差△n=n1－n2（转/分）
n1工为主动轮转速，n2为被动轮转速
进而，可以算出皮带传动的滑动率
所以，本装置中D1=D2
又因为
皮带传动的效率等于从动轮功率与主动轮功率之比，即
四、实验组织运行要求：
采用集中授课，分组训练的形式。
五、实验条件：
多台皮带实验台
六、实验步骤：
实验操作步骤如“实验原理、方法和手段”中的“实验操作”所述。
七、思考题
1.为什么皮带在传动过程中会出现打滑现象？
2.皮带打滑对机械传动有什么好处与坏处？
贵州大学实验报告
学院：
专业：
班级：
姓名
学号
实验组
实验时间
指导教师
成绩
实验项目名称
实
验
目
的
实
验
要
求
实
验
原
理
实
验
仪
器
实
验
步
骤
实验内容及数据
1
2
3
4
5
6
7
8
主动轮转速nl（转/分）
被动轮转速n2（转/分）
转速差△n（转/分）
主动轮扭矩T1（N·m）
被动轮扭矩T1（N·m）
滑动率ε（%）
效率η（%）
作滑动率及效率曲线并作实验结果分析
实
验
总
结
指导老师意见
签名：
年月日
实验二：
滑动轴承实验
实验学时：
2学时
实验类型：
验证性
实验要求：
选修
一、实验目的：
1、观察滑动轴承的液体摩擦现象；
2、了解摩擦系数与压力及滑动速度之间的关系。
二、实验内容：
1、了解滑动轴承的组成；
2、观察滑动轴承的液体摩擦现象；
3、了解摩擦系数与压力及滑动速度之间的关系。
三、实验原理、方法和手段
（一）试验台主要技术参数
试验轴承参数：
直径d=60mm；有效长度L=60mm。
加载范围：
3000N
测力杆上测力点与轴承中心距离：
150mm
转速范围：
20～1200r/min
主电机功率：
0.8KW
（二）结构简介
1、总体布置
图一总体布置图
图1为试验台总体布置，图中1为试验轴承箱，由联轴节与变速箱7相联，6为液压箱，装于底座9内部，12为调速电机，8为调速电机控制器，5为加载油腔压力表，由溢流阀4控制的腔压力，2为轴承供油压力表，由减压阀控制其压力，油泵电机开关为10，主电机开关为11，总开关位于试验台正面。
2、试验轴承箱
图2为试验轴承箱，图中3为主轴，由2只D级滚动轴承支承。
7为试验轴承，空套在主轴上，轴承内径d=60mm，有效长充L=60mm，在中间断面；即有效长度1/2处的断面上沿周向开有七只测压孔，在120°内均匀分布。
距中间断面1/4L处；即距周向测压孔15mm处在铅直方向开有一只测压孔。
图中1为七只压力表七只周向测压孔相联，8为一只与轴向测压孔相关的压力表。
4为加载盖板，固定在箱体上，加载油腔在水平面上的投影面积为60㎝2，轴承外圆左侧装有测杆5，环在轴承安装前做静平衡箱体左侧装有一重锤式拉力计，测量摩擦力矩时，将拉力计上的吊钩与环6联接即可测得摩擦力矩。
图二试验轴承箱
（三）实验操作1、油膜压力分布的测试
（1）测试方式：
开启油泵、调节溢流阀手柄，使加载油腔压力及轴承供油压力均在0.1Mpa以下，将变速手柄杆放在左边，即放在低速档上，调节控制器旋钮，使转速指针最低速，开主电机开关，然后调节控制器旋钮使指针读数在100～200r/min之间，再将变速手柄杆扳到高速档，逐渐调高转速，使主轴转速达到800r/min左右，将轴承左侧的测力杆用挡块调到大致水平位置观察8只压力表读数，加载荷；调节溢流阀手柄，将加载供油压力调到P0=0.4Mpa,此时载荷W=2480N，运载几分钟待各压力表示数稳定后自左至右依次记录7只压力表及轴向压力表8的读数。
（2）做周向油膜压力分布曲线
按照图四所示做一圆取其直径为轴承内径d，先在圆周上定出7只压力表所接油孔位置，通过这些点沿半径延长方向以一定比例尺量出测得的相应压力表读数值，用曲线板将各压力向量未端联成一光滑曲线，这曲线就是轴承中间断面的油膜压力分布曲线。
图三周向油膜压力分布
（3）做轴向油膜压力分布曲线
做一水平线取其长度为轴承有效长度L=60mm，在中点的垂线上按一定的比例尺画出该点的压力P4′（端点为4′），在矩二端4/L=15mm处沿垂线方向各画压力P8（图2中压力表8的读数），轴承二端压力均为0，将0、8′4′8′、0五点联成一光滑曲线，此曲线即为轴承轴向油膜压力分布曲线，
图四轴向油膜压力分布
2、轴承摩擦特性曲线的测定：
在上述载荷条件下将主轴转速调至100转/分，m将拉力计吊钩联接在轴承测力直顶端的吊环上（见图1）施下档块，观察拉力计读数，待读数稳定后记录其读数值。
然后依次将主轴转速调至200、300、400，记录各转速时之拉力计读数。
列表计算各转速时之轴承特性值人及摩擦系数f。
计算公式如下：
式中F拉力计读数
W载荷
L力臂，即测力杆吊环与轴承中心之距离1=150mm
d轴承直径d=60mm
式中η油的粘度单位为Pa·s可实测，也可根据油温查表计算。
N转速单位为min-1
p轴承压力单位为N/mm2
根据所算f及λ值做轴承特性曲线
四、实验组织运行要求：
采用集中授课，分组训练的形式。
五、实验条件：
多台轴承试验台
六、实验步骤
1、观察、熟悉实验台的组成结构；
2、进行油膜压力分布的测试
3、轴承摩擦特性曲线的测定。
具体操作步骤如前“实验原理、方法和手段”中的“实验操作”所述。
七、思考题
（1）滑动轴承的油膜是怎么形成的？
（2）滑动轴承形成油膜后有什么好处？
贵州大学实验报告
学院：
专业：
班级：
姓名
学号
实验组
实验时间
指导教师
成绩
实验项目名称
实
验
目
的
实
验
要
求
实
验
原
理
实
验
仪
器
实
验
步
骤
实验内容及数据
测试数据及处理结果
1、数据表
转速800转/分载荷2400（N）
压力表
1
2
3
4
5
6
7
8
压力
转速
100
200
300
400
2、摩擦系数与轴承特性系数曲线
3、周向油膜压力分布曲线
4、轴向油膜压力分布曲线
实验结果分析
实
验
总
结
指导老师意见
签名：
年月日
实验三：
减速箱装拆实验
实验学时：
2学时
实验类型：
综合性
实验要求：
选修
一、实验目的：
1）熟悉减速器的结构。
2）了解减速器装配的基本要求及测量（检验）方法
二、实验内容：
1）实际中心距与传动要求中心距。
2）齿轮轴中心线的平行度。
3）各齿轮在轴上的安装位置及它们之间的相互位置。
4）相啮合齿轮的接触班点。
5）齿轮付啮合时的侧隙。
6）轴的轴向游隙。
三、实验原理、方法和手段
学生自行独立的根据所在组的减速器的结构进行安全、不破坏性的装拆。
四、实验组织运行要求：
采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”的形式。
五、实验条件：
多种结构的减速箱
六、实验步骤
1）仔细观察减速器的外形，外部结构（包括各附件的位置和结构）
2）拧下减速器箱盖与箱座的联接螺检，并注意其直径是否一致。
3）拧起盖螺钉取下减速箱盖。
4）仔细观察箱的知零件的结构，注意各轮齿的旋向。
轴承的类型，配置，轴向游隙的调整方式等。
并测量齿轮，轴承与箱座之间的位置，然后绘出布置图。
5）测量各轴向游隙的大小。
6）数中齿轮的齿数。
确定减速器各毋传动比i1、i2……及总传动比。
7）仔细擦净每个轮齿轮后，在主动齿轮2-3个齿上涂一薄层红丹，反复转动（转动时可在输出轴上用手加一点负荷）。
再由从动轮齿上观察接触班点的分布情况，并测量其尺寸（参阅图一）沿齿长方向。
接触班点时计算：
相对尺寸（百分比）为接触班点的长度b扣除超过模数值的中断部分c比全齿长B：
沿齿高方向接触班点计算，相对尺寸（百分比）为接触班点的平均高度h平比齿的工作高度hr：
图一图二
8）测量齿侧间隙Cn。
在齿轮轮齿之间插入一厚度稍大于估计侧隙的软铅片，转动齿轮辗压轮齿间的软铅片（注意单方向转过，不要反复转）取出软铅片用千分尺测量其最薄处的厚度。
9）测量减速器各级中心距，检查中心距的实际值与传动要求值之间的符合情况，将减速器各轴承盖，输出轴取出，合上箱盖用游标尺仔细测量各孔径及孔间壁厚，尺寸（D1、D2、A）计算减速器各级中心距；测量中心距：
10）完成减速器的装配。
七、思考题
1、减速器齿轮中心线平行度应当如何测定。
2、实验结果分析？
贵州大学实验报告
学院：
专业：
班级：
姓名
学号
实验组
实验时间
指导教师
成绩
实验项目名称
实
验
目
的
实
验
要
求
实
验
原
理
实
验
仪
器
实
验
步
骤
实验内容和计算数据
1、减速箱布置图
减速箱参数
名称
代号
第一级
第二级
中心距
a
模数
mn
小齿轮齿数
Z1
大齿轮齿数
Z2
变位系数
X
X1=X2=
X1=X2=
啮合角
α
螺旋角
β
传动比
ⅰ
减速器总传动比：
轴结构图（每人选绘一根）
实
验
总
结
指导老师意见
签名：
年月日
升级会员 