机械原理与机械设计实验指导书(电子版)

机械原理与机械设计实验指导书刘峰沈小云编广东海洋大学工程学院2009年12月前言机械原理和机械设计（或机械设计基础）是机械类（或近机类）专业的主要的技术基础课，它们在基础课与专业课之间起着承上启下的作用；而实验是这些课程的重要实践环节。对于实验课，同学们必须做到以下几点：1．应按时参加实验，不得无故缺席。2．实验前应认真复习教材的有关章节和讲授的内容，预习实验指导书，做好必要的准备工作。3．实验时应严肃认真、积极思考、独立操作、相互配合，按照要求高质量地完成工作；并注意保持实验场地的安静、清洁。4．实验报告或有关图纸应独立完成，按时上交。5．爱护仪器设备和实验用具，未经教师许可，不得随意摆弄、擅自拆装；如有损坏、丢失，应立即报告，并酌情赔偿。实验一机构运动简图的测绘和分析一、实验目的1．学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图。2．分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法。二、实验设备和工具1．各类典型机械的实物或模型，量具。2．铅笔、橡皮、草稿纸等（学生自备）。三、实验原理和方法1．实验原理由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表1—1为常用符号示例。2．实验方法（1）使被测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。（2）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。（3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3…分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C…分别标注各运动副。（4）仔细测量与机构运动有关的尺寸，如转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。对绘制指定的几种机构模型的机构运动简图，其中至少要有一种按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。（5）计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度相验证。五、思考题1．机构运动简图应准确表达机构的哪些内容、而简化表达哪些内容？2．绘制机构运动简图时，原动件的位置可以任意选定吗？会不会影响简图的正确性？3．机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？实验记录——测绘和分析计算编号编号编号机构名称机构名称机构名称自由度自由度自由度F＝F＝F＝表1—1机构运动简图中常用的构件和运动副符号实验四带传动实验一、实验目的1.了解带传动实验台的工作原理及其结构；2.观察带传动工作中的弹性滑动和打滑现象并分析其产生原因；3.了解带传动在不同初拉力下的负载与滑动率、负载与传动效率之间的关系；4.测定带传动在实验条件下的弹性滑动率与传动效率，并绘制滑动率曲线及效率曲线。二、实验台结构及工作原理本实验采用的设备是PDC-Ⅱ智能型皮带传动测试台，图4-1所示为其结构示意图。图4-1PDC—II智能型皮带传动测试台结构示意图1—机座2—移动支架3—（测初拉力）压力传感器4—固定支架5—负载灯泡（组）6—（测支反力）压力传感器7—测力杠杆8—直流电动机9—主动带轮12—从动带轮13—直流发电机10—张紧装置11—传动带图4-2所示为PDC-Ⅱ智能型皮带传动测试台控显面板布局示意图。图4-2PDC—II智能型皮带传动测试台控显面板布局图本实验台主要由两个直流电机组成，左边为主动电机，提供驱动力矩，由调速旋钮调节电压；右边为发电机,提供负载力矩，其电枢绕组两端接上灯泡作为负载。主电机固定在一个水平方向移动的滑板上，可沿滑座滑动，底板的滑动由皮带预紧装置推动，带传动的张紧装置由螺旋机构和液压机构组成，通过旋转竖直方向的螺杆改变下面的水平活塞杆位置，活塞杆推动移动支架沿水平方向移动，从而改变了两带轮之间的中心距，以此实现对传动带施加一定的初拉力或调节初拉力的大小。在移动支架与水平活塞之间安装一个压力传感器，活塞对移动支架的推力由该压力传感器测定，其值等于传动带上下两边拉力之和（即2F0），该值在实验中将直接显示在控显面板的“张力”数码管上。电机轴上装有主动轮，通过一根传动带（平带或V带）带动从动轮，从动轮装在发电机的轴上，电机定子（连外壳）可绕其轴线摆动，其外壳上装有测力杠杆，其端部支点压在测力传感器上，产生的压力信号通过测量电路转换为与之成比例的电压信号，经过线性放大和A/D转换，将安装在电动机和发电机定子机壳上的测力杠杆的端部支点反力N1、N2值直接显示在控显面板的“扭矩臂力1”、“扭矩臂力2”数码管上。实验时启动电机，其实验转速由控显面板上的调速旋扭来调整，电机转动产生的反作用力由力矩臂传递到测力传感器上，结合测力杠杆的臂长（杠杆支点至电动机或发电机外壳的距离）L1、L2，便可计算电动机和发电机定子机壳所受的翻转力矩，而翻转力矩在数值上与两带轮传递的转矩相等。通过以下公式可得电动机和发电机的转矩为：T=N·(L+d/2)式中：N—测力杠杆的支点反力(N)；L—测力杠杆臂长，60mm；d—电机外壳直径，120mm。两电机后端装有测速转盘和测速光电传感器，所测主、从动轮转速值n1、n2在控显面板上“转速1”和“转速2”的数码管上显示。则带传动的滑动率为×100％在本实验台中，两带轮直径：D1=D2=120mm,即传动比i=1，则×100％带传动的效率为式中：T1、T2—分别为输入、输出转矩，Nmm；n1、n2—分别为输入、输出转速，r/min。实验以灯泡模拟负载，本实验台采用一组(5个)60W灯泡并联并配以串联变阻器作为发电机的负载电路。通过控显面板的“负载”控制键“▲”和“▼”可逐档递增或递减电路电阻，进而实现