机械设计实验指导书(过控专业用)

1、机械设计实验指导书机械工程学院实验一带传动实验一、实验目的了解带传动实验台的基本结构与设计原理，观察带传动中的弹性滑动与打滑现象。了解 带传动在不同初拉力、不同转速下的负载与滑差率、负载与传动效率之间的关系。绘制带传 动的弹性滑动曲线和效率曲线。二、实验台的工作原理该实验台主要有两个直流电机组成，其中一个为主动电机，另一个为从动电机做发电机 使用，发电机以灯泡为负载。主动电机固定在一个可以自由移动的底板上，通过平皮带与发 电机相连，将动力传递给发电机，平皮带的拉紧力可以通过祛码架上的祛码来调节。电动机 和发电机的定子(壳体)未固定可以转动，但在其外壳上装有测力杆，测力杆的另一端压在 弹簧片上，

2、弹簧片的变形对壳体产生一个相反力矩阻碍壳体的转动，直到相反力矩等于转动 力矩，壳体的转动与弹簧片的变形相对静止，此时电动机的转动力矩等于弹簧片产生的阻力 矩。弹簧片的变形量可以由百分表测出。两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测得 的转速在面板上由各自的数码管显示。主要技术参数：电动机调速范围50lOOOrpm；发电机 的负载。305w；皮带最大初拉力为3kg；测力杆支点到电动机中心距离Li=L2=120mm；皮带 轮直径D尸D2=120mm；测力弹簧片特性系数Ki=K2=0.24N/格。调速电源能输出电动机和发电机励磁电压，还能输出电动机所需的工作电压，调节面板 上“调速”按钮，即可改变

3、电动机的转速，通过平皮带的作用，也就同时改变了发电机的转 速，发电机由灯泡作负载，通过按动面板上增减或减少按钮即可改变发电机的负载，有两组 数码管，分别显示电动机和发电机的转速。三、实验原理在直流发电机的输出电路上，并联了灯泡，作为带传动的加载装置。主动轮(电动机皮 带轮)的扭矩Ti和从动轮(发电机皮带轮)的扭矩T2均通过电机外壳上的测力杆来测定，电 动机与发电机的外壳制成在滚动轴承中，并可以绕转子的轴线转动，当电动机启动并带动发 电机转动，发电机承载后，电动机与发电机的壳体将绕其转子转动，他们的转动力矩可分别 通过固定在其外壳上的测力杆是弹簧片发生变形后产生的反力而形成的力矩来平衡，所以：T

4、i = AiKi5(Nmm)(1-1)72 = 2K22(Nmm)(1-2)式中 、? 电动机和发电机各测力计上百分表的读数&、K2测力弹簧片特性系数L、L2测力杆支点到电动机中心距离皮带传动效率计算如下：n =(N2)/(N)=(T2n2)/(Tm)(1-3)式中Ni、N2电动机和发电机的功率、T2电动机和发电机的力矩ni 112电动机和发电机的转速。我们只要测出不同载荷下主动轮的转速m和从动轮的转速他以及主动轮(电动机皮带轮) 的扭矩T.和从动轮(发电机皮带轮)的扭矩T2就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率?值 和皮带的传动效率n值： = (% %)/%义100%。当两个带轮的直径相等=

5、 (% 九2)/ nJ x 100%o以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的、和n为纵坐标，就可以画出皮 带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。当= D? = L、= I.? = 120nvn 时尸=24七(1-4)四、实验内容1、测试在皮带初拉力为2025N之间，电动机的转速为lOOOrpm时不同负载条件下的弹 性滑动率2和效率”之值。2、绘出在不同皮带初拉力下皮带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。五、实验步骤1、通电前的准备(1)将面板上的调速旋钮逆时针选到底(转速最低位置)。(2)调节右侧旋钮使皮带具有一定的初拉力。(3)断开发电机的所有负载。2、接通电源，检查测力计的测力杆是否处于平衡状态，假

6、设不平衡那么安排到平衡。3、检查电动机和发电机转速显示数码管是否显示。4、慢慢地调节旋钮，使电动机转速逐渐加到lOOOrpm左右。5、按动负载增加按钮，使负载增加，加载时注意m和m之间的差值，即观察皮带的弹 性滑动现象。6、通过按动负载按钮来增加一个载荷，记录m、2、载荷数据。7、重复第7项操作，直到载荷为80时停止增加，记录每组数据。8、将面板上调速旋钮逆时针旋到底(转速最低位置)，关机。六、考前须知1、启动前必须使皮带具有一定初拉力。2、发电机的负载必须为零(空载)启动，慢慢的调节调速旋钮，使电动机转速逐渐加到 要求的转速。3、停车时必须卸掉载荷，将转速调零，然后停车。七、思考题1、分析皮

7、带传动效率曲线，说明传动效率变化规律。2、分析皮带弹性滑动曲线，说明弹性滑动率随载荷变化的规律。实验二轴系零件结构设计实验一、实验目的熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用，工艺要求和装配关系。了解轴及轴上零件 的定位和固定方法。熟悉轴承的类型、布置、安装及安排方法，以及润滑和密封方式。二、实验设备和工具1、组合式轴系结构设计与分析实验箱。2、测量及绘图工具：钢板尺、游标卡尺、铅笔、三角板等。三、实验内容和步骤1、根据所给的参考方案选择一种方案。2、进行轴的结构设计。a.齿轮的大小确定：如一、二级齿轮减速器的输入轴，轴上的齿轮为小齿轮。二级齿轮 减速器输入轴的小齿轮位置在靠左边一侧。一级齿轮减

8、速器输入轴的齿轮位置在中间。见图 2-1和图2-2。二级齿轮减速器的中间轴，轴上齿轮为一大一小两个齿轮。另外齿轮的位置要 明确。见图2-2。图21一级齿轮减速器图22二级齿轮减速器b.齿轮的大小、位置确定后，要选择合适的轴来满足齿轮装配的要求。c.根据参考方案选择一对轴承来支撑轴的运动。（轴承的位置一般确定在配合轴的端头）d.确定轴上齿轮的周向定位和轴向定位：周向由键定位。轴向由轴肩和套筒定位。e.确定轴承的固定：减速器中的轴一般不是很长，所以选择两端固定方式。图2.3两端固定支承f.确定滚动轴承的润滑方式、密封、轴承端盖形式和轴承的间隙安排：滚动轴承的润滑 剂可以是润滑脂、润滑油。一般情况下

9、，滚动轴承采用润滑脂润滑。密封是为了防止润滑剂从轴承中流失，也为了阻止外界灰尘、水分等进入轴承。见图2-3中 的端盖中的毛毡圈密封和图2-1和图2-2中的挡油环。轴承端盖的形式有嵌入式和普通的闷盖、透盖。轴承间隙的安排一般靠加减轴承端盖与机座间垫片厚度进行安排。3、进行轴系结构组装。4、测量所有零件尺寸。5、根据测绘零件的尺寸按比例画出轴系结构装配图。要求把装配关系表达清楚，标注必 要的尺寸（如轴的总长、轴承的跨距、齿轮的直径和宽度。）四、方案表表2-1轴系结构设计实验参考方案方案 类型方案号设计条件轴系布置简图轴承固定方式轴承类型代号单级 齿轮 减速 器输 入轴1-1Tv,IC-X 一L两端

10、固定结构60000(1上J1-28两端固定结构70000八. j lJ1-3两端固定结构30000i x -II1 L二级 齿轮 减速 器输 入轴1-1Xa两端固定结构60000-u1-2XLof r两端固定结构700002lLJ L11-3Q G 4厂0两端固定结构30000L1一级 齿轮 减速 器中 间轴1-1.LJy I两端固定结构6000011-2Jfi、 或两端固定结构700000 -1L1-31:71 X两端固定结构30000V实验三液体动压滑动轴承测试实验目的1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。2、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。3、观

11、察载荷和转速改变时对油膜压力的变化情况。4、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况，绘制轴向油膜压力曲线。5、了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法，绘制摩擦特性曲线。二、实验台的结构和技术参数1、实验台的主要结构如图3-1所示1.三角带2.直流电机3.主轴箱4.主轴5.主轴瓦6油压表（8只）7,螺旋加载器8.测力弹簧9.测力计（百分表）图3-1实验台主要结构2、机构特点实验台主轴4由两个高精度的单列向心球轴承支承。直流电机2通过三角带1传动给主轴4,主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的 主轴瓦5,由无机调速装置实现主轴的无机变速，轴的转速由标在面板上的左数码管显示。主轴瓦的外圆上方被加载

12、装置压住，通过螺旋加载器的加载杆即可实现对轴瓦的加载， 加载大小由加载传感器传出一由装在面板上的右数码管显示。主轴瓦上装有测力杆，通过百分表9可测出测力弹簧片变形值。主轴瓦前端装有7只油压表，测量轴瓦在全长1/2处（即中间位置）的径向压力，在轴瓦全 长1/4处（距后端）装有1只油压表（即第8只），测量该点出的径向压力，第8只油压表与前端 装有的第4只油压表都安装在主轴瓦的同一母线上。3、主要技术参数即主轴瓦轴径 d=65mm、有效长度（宽度）B=180mm、材料ZQSn6-6-3o加载范围0-1000N电动机功率355W调速范围n=3500rpm百分表精度0.01 mm量程010mm油压表精度

13、2.5级量程。0.6Mpa测力杆上测力点与轴承中心的距离L=98mm测力弹簧片特性系数k=0.98N/格（百分表每格）三、实验原理1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象利用油膜指示灯显示油膜是否形成,油膜指1111I示灯工作原理如图，当轴不转动时，轴与轴瓦接/ 触电路导通，看到油膜指示灯亮;当轴在很低速TiT下转动时，轴将润滑油带入轴与轴瓦之间，使轴 、 j与轴瓦之间电阻值增大，油膜指示灯变暗，随着轴转速的逐渐提高,油膜指示灯会出现忽亮忽暗, 此时轴与轴瓦处于混合摩擦状态,即忽而形成很图3-2油膜指示灯电路示意图薄的油膜，忽而油膜被破坏；轴的转速继续提高，到达一定值时，轴和轴瓦之

14、间形成的油膜厚度增大，轴和轴瓦完全被油膜隔离开，轴和 轴瓦之间电阻值增大，指示灯不亮了。2、在轴和轴瓦之间润滑油膜压力的测量在轴瓦中间的一个径向平面内以顶部中间为对称沿圆周钻有7只孔，每个孔沿圆周相隔20 ,每个孔连接一个压力表，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，根据这些数据可绘制径向油膜压力分布曲线，沿轴瓦的一个轴向剖面装有两个压力表（即第4支和第8支），可以测量这一轴向剖面沿轴向两个点的油膜压力。边界摩擦非液体摩擦边界摩擦非液体摩擦图3-3特性系数人与摩擦系数f变化曲线图3-4油膜压力分布曲线3、摩擦系数f的测量径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数入（入二nn/p）值的改变而改变（

15、n-润滑油的动 力粘度匕S,我们采用的润滑油的n=0.34匕s, n-轴的转速，P-压力，p=w/（Bd）, W-施加在轴瓦 上的载荷，B-轴瓦的宽度，d-轴瓦的直径），如图3-3所示。在边界摩擦时，f随人的值增大而变小，进入混合摩擦后，入的改变引起f急剧的变化， 在刚形成液体摩擦时f到达最小值，此后，随入值的增大，油膜厚度亦随之增大，因而f亦有 所增大。摩擦系数f可通过测量轴承的摩擦力矩而得到，轴在转动时，轴对轴瓦产生一个周向摩 擦力F,其摩擦力矩为Fd/2,它能使空套在轴上的轴瓦随轴转动，由于在轴瓦的外外表上固定一个测力杆，测力杆一端与轴瓦连接，另一端与弹簧片接触。当轴瓦随轴转动时，测力

16、杆另一端的位移使其接触的弹簧片发生变形，弹簧片的变形量可由百分表9测出，弹簧片 的变形对轴瓦随轴转动产生一个阻力矩来平衡摩擦力矩，当阻力户等于摩擦力矩时，轴瓦的 转动和弹簧片的变形相对静止了（即平衡）。根据力矩的平衡条件得到Fd/2=LQ, L-测力杆上 测力点与轴承的中心距离，Q-作用在测力点的反力，Q=KA设作用在轴瓦上的外载荷为w,那么得至I仁F/w=2LQ/（wd）=2Lk A/（wd）o四、实验内容1、观察测试在载荷为500N和1000N条件下（载荷同学可自己选定），开始形成不稳定油 膜（即进入混合摩擦状态）的转速和形成稳定油膜（即进入液体摩擦状态）的转速。2、测试在载荷为1000N

17、,转速为500rpm条件下（载荷和转速同学也可以自己选定），在 轴承中间截面上油膜径向压力分布情况，待各压力表值稳定后，由左至右依次记录压力表的 压力值，根据所测量的7个压力值按一定比例绘制出油膜压力分布曲线，如下图，此图的 具体的画法是沿圆周外表由左至右依次画出角度分别为30、50。、70。、90。、110。、130。、 150的等分油压表1、2、3、4、5、6、7的位置，通过这些点与圆心O连线，在各连线的延 长线向上将压力表的压力值以一定的比例（建议比例为0.lMPa=5mm）画出、2-2、 3-377-7，将1、2、3T各点连接成光滑曲线，此曲线就是所测得油膜压 力分布曲线，如图3-4所

18、示。为了确定轴承的承载量，用Pis讥曲（1=1、27）求得向量1-1 2-2 3-377-7, 在载荷方向（即y轴方向）的投影值，角度。/与sin的的数值见下表：巾30507090110130150sin巾0.5000.7660.93971.000.93970.7660.500然后将Pis仇力这些平行于y轴的向量移到直径0”-8”上。为了清楚起见，应将直径0-8画 到油膜径向压力分布曲线的下方（如图），在直径0“-8”上先画出压力表位置的投影图1“、2”、 3“7”，然后通过这些点画出上述相应的各点压力在载荷方向的分量（Pis所处），即1“、2”、 3“7”等点，将各点平滑连接起来，所形成的曲

19、线即承载曲线。在直径0”8”上做一个矩形，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么矩形的另一个边 长为平均载荷P平均。上述曲线应绘在方格纸上，可采用数方格的方法或采用积分仪积分的 方法求其面积。由于液体动压润滑轴承的润滑油由轴承两端端泻，端泻对油膜轴向压力存在一定影响,这个影响一般按影响系数考虑，影响系数d）在理论上为0.7。实际影响系数d），=w/（P平均Bd）o3、1000N、转速为500rpm条件下，在第4只和第8只压力表所在轴向剖面上的轴向压力分布情况（与第2项内容同时完成）。课堂理论上已经讨论过，液体动压润滑轴承的 轴向油膜分布是以中间位置（4）为对称点按抛物线规 律分布的。由于液体动压

20、润滑轴承的润滑油由轴承 两端端泻，所以两端油膜压力等于0,根据第4只 和第8只压力表的压力数值就可以知道中间点距两 端1/4处两点的压力植，根据这5个点的压力值， 以轴承宽度B为横坐标，压力P为纵坐标，按一定比例在各个对应处表示各点压力，用光滑 曲线连接各点即为轴向油膜压力分布曲线，如图3-5所示。4、测试液体动压润滑轴承的摩擦系数f,并绘制轴承摩擦特性曲线(f-入曲线)。五、实验步骤1、测试前的准备(1)面板上的调速旋钮逆时针旋到底(转速最底)；(2)加载螺旋杆旋至与负载传感器脱离接触；(3)将百分表测杆与弹簧片接触并将百分表调零；2、观察测试润滑油膜的形成情况(1)将转速调至500rpm左右，加载至800N(或同学自己选定，最大不超过900N),逐渐增 加转速，注意观察油膜指示灯的亮度变化，假设出现忽亮忽暗，即进入混合摩擦状态，记录此 时转速，继续增加转速，注意观察油膜指示灯亮度变化，直到油膜指示灯灭，即