2 机械设计实验指导书 Microsoft Word 文档

实验二、皮带传动实验一、实验目的1、观察带传动中主动轮和被动轮上的弹性滑动和打滑现象。2、了解初拉力，确定三角带传动的滑动曲线和效率曲线。3、了解实验机的工作原理与测试方法。二、实验设备及工作原理：1、电动支承罩2、主动盘3、滑轮4、配重5、滚珠导轨道6、带有磁钢的圆盘7、舌簧罩8、调压器9、测力臂11、拉力机12、三角带13、发电机支承罩14、带有光轴的测速盘15、机身16、电气箱17、电源入口18、砝码19、被动盘图2-1是皮带传动带套装在主动轮上和从动轮19上，主动轮装在电动机1的转子轴上，从动轮19装在发电机13的转子上。利用砝码15使带产生的初拉力。砝码的重力经过导向滑轮3拖动电动机支座沿滚动导轨水平移动以实现传动带的张紧，保持不变的初拉力，并通过改变发电机负载电阻中的电流就可以对带传动施加不同的负载。试验台主要参数带的型号O型，带的断面积47mm2带轮直径D1=D2=95mm测力杆力臂长度L1=L2=500mm张紧形式：自动张紧包角：180。1、工作原理电动机与发电机均由一对滚动轴承支撑而被悬架起来，这样便可方便地测定电机的工作转矩。因为电磁力矩作用在转子和定子之间，大小相等而方向相反，对电机来说，它对转子作用，带动带轮工作，表现为工作转矩，同时作用于定子使机壳翻转。对于发电机来说，同样有一电磁力矩使机壳翻转，这个翻转力矩分别通过9、10测力杆传到重锤式测力计20、11，根据重锤式测力计的读数W1和W2和测力杆力臂长L1，L2，便可求得主动轮与被动轮的传动力矩。为电动机输出转矩，为发电机对电动机产生的阻转矩。当平衡时W2不作功，电动机输出的功率一部分用于皮带轴承等损耗，绝大部分通过发电机负载盘转化为焦耳—楞次热。其度量为ie，其中i为定子绕组与负载是电阻回路的电流，e定子绕组产生的电动势。发热功率P=ie，是由机械功率P2转换而来，P2是转子角速度与转矩的乘积，已知转子输出的转矩为L2W2从而有：其中n2为发电机转子每分钟转速，采用米、公斤、秒制计算，单位为瓦特。由上可知，若使i=0，则发电机转子不受阻转矩作用，电动机空载运行，逐步增大i值，则阻转矩逐渐加大，ie增大，直至皮带打滑。故在一定转速下调节i可使e得到调节从而调节发电机负载盘中的电流从而达到加载的目的。2、扭矩和效率的测量主动轮上的扭矩M1=9.8L1W1（N.mm）从动轮上的扭矩M2=9.8L2W2（N.mm）式中W1、W2测力计读数（kg）L1、L2测力杆力臂长（mm）传动有效拉力(kg)式中D1为主动轮直径根据两轮上功率，即可求得带传动效率式中P1、P2为主动轮从动轮功率（KW）为主动轮从动轮转速（r.p.m）3、转速差测量及滑动系数转速差滑动系数为了测量滑动系数，必须测出两轮的转速差△n。闪光仪是为闪光灯泡，它是仪器的主要零件。当有关路线接通一次，它闪光一次，它与普通炽热灯泡不同之处在于炽热灯泡通电后须等钨丝烧成白炽才发光，反之，断电后要等钨丝冷却，亮度才完全消失。而闪光灯泡则有电流通过即发光，电流切断，立即停止发光。图2-2中2为胶本盘，装在电动机轴上，与主动轮的转速相同，胶本盘的外圆上嵌有一铜皮，盘的上方有两个触头，当铜皮接通两个触头时，闪光电路接通闪光泡闪光。因而，主动轮每转一周，闪光一次，图中2-3为另一胶本盘，它与从动轮装在同一轴上，盘上画有一个粗箭头，当闪光泡闪光时照亮箭头，光灭时相对黑暗。由于轮的转速每分钟一千转以上，故亮暗间隔时间甚短，人眼的视觉暂留，可连续看到灯亮时箭头的位置。因此，如果两轮转速相同，则每次闪光，箭头象在相同位置，看上去似乎不动，如果从动轮转速稍慢，即当主动轮上铜皮再次转到接通位置时，从动轮上的箭头倒退了一个θ角度，这个θ角就是在主动轮每一转的时间内与从动轮转角的差数，把这个差数累积到一分钟，就是两轮每分钟的转速差，因此测量△n就很方便。只要测出一分钟内的箭头所转过的圈数既是△n（转/分），或者让两次箭头位置相差一整周，计量出所经过的时间△t（秒），则便是△n的值。4、转速的测量为了精确地得到主动轮转速，采用光电元件和频率计（测速仪）来测量，其原理是利用安装在被测电动机轴端的遮光片，每转切断光电传感器的光路一次，输出一脉冲信号，每分钟信号数由频率计进行记数，即可以读出N和测量时间t（秒），求出。(转/分)三、实验步骤1、利用电机壳上测力杆一端的配重调整到测力杆处于平衡，TY的盘子旋至0位置。2、三角带包角180。，并施加适当的张紧力F。张紧力的大小对带传动的工作使用寿命影响很大，张紧力不足则摩擦力不足，带传动可能出现打滑。反之，张紧力过大，则又易使带的寿命降低。因此砝码重以2.8kg为宜。张紧力S—皮带初拉力（砝码重3倍）F—0型带断面积为47mm23、做实验前应放松拉力计的锁紧螺钉，并要调整表面使之对零。将测力计拉钩套住两测力杆端头小孔，使当测力杆稍向下压时表针既有反应。4、熟悉操作台面板（见图2-3）将电缆线引入前确保调压器针TY指向0处。QA按下后绿灯亮说明电源正常，再按停键TA看是否有效按QA。此时风扇的声音应能听见，K1闭合一下（on），看B2示值，若不为0应旋动W1使B2示值减小到零，K1在断开（off）。按下K0键（on），再旋TY的盘子顺时针方向看随B5示值增加电动机平稳的启动。一般B5示值为180—220V均可做实验同时光轴亮。再将K1合上（on）逐步旋转W1，使B2示值慢慢增大注意加载效应逐步增加负载，一般做出10组数据，每改变一次负载，记录两测力计的读数W1、W2；记录主动轮转速并填在实验表格内，整理实验数据。在坐标纸上做出滑动曲线和效率曲线。5、关机次序（1）W1旋小B2显示值至0，K1置off。（2）TY盘逆时针旋至0，B2减至0电动机停机。（3）TA按下。四、思考题1、带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因是什么？2、带传动的效率与哪些因素有关？3、带传动滑动系数与哪些因素有关？为什么？实验四、滑动轴承实验一、实验目的：1、观察滑动轴承的液体摩擦现象。2、了解摩擦系数与比压及滑动速度之间的关系。3、按油压分布曲线求轴承油腊的承载能力。二、实验机简介实验台结构如图4-1所示，它包括以下几部分：1、轴与轴瓦轴8材料为45钢，轴颈经表面淬火，磨光，通过滚动轴承安装在支座上。轴瓦7材料为锡青铜，在轴瓦的中间截面处，沿半圆周均布七个小孔，分别与压力表相连。2、加载系统由砝码17，通过由杆件12、13、14、15、16组成的杠杆系统，及由杆件3、10、11组成的平行四边形机构，将载荷加到轴瓦上。3、传动系统由直流电动机通过三角带传动，驱动轴逆时针转动。直流电动机用硅整流电源实现无级调速。4、供油方法轴转动时，带动侵于油中的油滚9，将润滑油均匀的涂在轴的表面上，由轴把油带入轴与轴瓦之间的楔形间隙中，形成压力油膜。5、测摩擦力装置轴转动时，对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩F×d/2使构件3翻转。由固定在构件3上的百分表2测出弹簧片在百分表处的变形量。作用在支点1处的反力Q与弹簧片的变形成正比，可根据变形测出反力Q，进而可推算出摩擦力F。6、摩擦状态指示装置图4-2为摩擦状态指示电路，当轴不转时轴与轴瓦之间时接触的，电流通过灯泡，电路接通，可看到灯泡很亮。当电机启动时，由于转速很低轴与轴瓦之间处于干摩擦状态，摩擦力矩较大，随着轴转速的增加轴把油带入轴与轴瓦之间，形成部分油膜，使金属接触面积减小，这时电阻增大，电流减小，因此灯泡亮度减弱。当在增加轴转速时灯泡就不亮了，由于轴与轴瓦加工精度的影响，表面有微观不平的尖峰时有接触，因此电流很小，不足以点亮灯泡。当轴转速足够高时，轴与轴瓦之间形成了完全油膜表面分开电路中断，处于液体摩擦状态指示灯熄灭。三、实验机参数1、轴的直径d=70mm2、轴瓦长度l=70mm3、支点1到轴瓦中心的距离L=400mm4、支点1处作用力Q=百分表读数×K（N）K=0.03（铁片弹性系数）5、加载系统作用在轴瓦上的初始载荷P1=500N6、加载系统杠杆比i=75四、各量的测量方法1、载荷P如果砝码重为P2则作用在轴瓦上的载荷P=P1+iP2(每块为1kg)2、摩擦系数f由力矩平衡得F×d/2=L×QF=2LQ/d则F=F/P=2LQ/dp3、油膜中间截面处压力分布由压力表读出。4、转速n用转速表或转速数字显示在轴端测量。五、使用方法及注意事项1、启动：接通电源，将调速旋扭置“0”2、百分表对“0”使弹簧片4与支杆1脱开，转动百分表刻度盘，使“03、为保持轴与轴瓦的精度，实验机应在卸载下启动或停止。4、禁止用力按砝码盘，以保护加载刃口。六、实验步骤1、观察滑动轴承的液体摩擦现象。启动电机，加二至三块砝码。再逐渐减速，观察摩擦状态指示灯及百分表指针变化情况。2、测量摩擦系数fa、百分表调“0b、将实验机升到最高转速，依次记录不加砝码及加一至八块砝码时百分表读数，在记下依次减去砝码的百分表读数。c、加一至三块砝码，依次记录转速为100、200、300、400、500、600转/分时的百分表读数。3、测油膜压力分布将实验机调到最高转速，加六至八块砝码在形成完全液体摩擦状态时，记录各压力表指示的数值。4、卸载、减速、停机、实验结束。实验记录表转速r/min载荷（砝码数）百分表读数fμn/q6003油膜压力转速（r/min）载荷（块）压力表号1234567压力七、数据处理1、摩擦系数滑动轴承的摩擦系数f是润滑油粘度μ，轴的转速n，轴承比压q的函数μn/q的值称为滑动轴承的特性系数。其最小值是液体摩擦和非液体摩擦的区分点。μ——黏度（pa.s）n——转速（r/min）q——比压q=P/dl(KN/cm2)计算出不同比压及转速下的摩擦系数f。在坐标纸上，以μn/q为横坐标，f为纵坐标，绘制f—μn/q曲线。2、求油膜的承载能力绘制油压分布曲线根据测得的油膜压力，以一定的比例在坐标纸上绘制油膜压力分布曲线。（见图4-3）将半圆周分为8等份，定出7块压力表的孔位1、2、……7。由圆心O过1、2、……7诸点引射线。沿径向画出向量1—1/，2—2/，……7—7/，其大小等于相应各点的压力值（比例自选）用曲线板将1/，2/，……7/诸点连成圆滑曲线。该曲线就是轴承中间截面处油膜压力分布曲线。b、求油膜承载能力根据油压分布曲线在坐标纸上绘制油膜承载能力曲线（见图4-4）。将图4-3的1、2、……7各点在O—X轴上的投影定为1//，2//，……7//。在图4-4上用与图4-3相同的比例尺，画出直径线0—8，在其上绘出1//，2//，……7//各点，其位置与图4-3完全相同。在直径线0—8的垂直方向上，画出压力向量1//—1/，2//—2/，……7//—7/使其分别等于图4-3中的1—1/，2—2/，……7—7/将1/，2/，……7/连成圆滑曲线。用数据法计算出曲线所围的面积。以0—8线为底边作一矩形，使其面积与曲线所围的面积相等。其高qm即为轴瓦中间截面处的Y向平均比压。将qm乘以轴承长度l和轴的直径d，即可得到不考虑端泄的有限宽轴承的油膜承载能力。但是，由于端泄的影响，在轴承两端处比压为零。如果轴与轴瓦沿轴向间隙相等，则其比压沿轴向呈抛物线分布（见图4-5）。可以证明，抛物线下面积与矩形面积之比k=2/3，k为轴承沿轴向比压分布不均匀系数。则油膜承载能力P/=kqmdl3、计算误差由砝码杠杆系统加到轴瓦上的载荷P与测出的油膜承载能力P/，理论上应该相等，实际上不可能相等，其误差的百分比为应对造成误差的因素进行分析。八、思考题：1、试述滑动轴承与滚动轴承相比有哪些独特的优点？2、常用轴瓦材料有哪些？轴瓦材料除应满足摩擦系数小和磨损少外还应满足什么要求？轴承润滑的目的是什么？轴系结构分析和拼装实验Ⅱ一、实验目的：掌握轴系结构测绘的方法；了解轴系各零部件的结构形状、功能、工艺性要求和尺寸装配关系；掌握轴系各零部件的安装、固定和调整方法；掌握轴系结构设计的方法和要求；培养学生的工程实践能力、动手能力和设计要求。二、实验内容任选一个轴系，进行结构分析和测绘。轴系可以选用事物或模型，但必须包括轴、轴承、轴上零件、键、套筒、轴承端盖、密封件及机座等零部件。三、实验原理进行轴的结构设计时，通常首先按扭转强度初步计算出轴端直径，然后在此基础上全面考虑轴上零件的布置、定位、固定、装拆、调整等要求，以及减少轴的应力集中，保证轴的结构工艺等因素，以便经济合理的确定轴的结构。1、轴上零件的布置轴上零件应布置合理，使轴受力均匀，提高轴的强度。2、轴上零件的定位和布置轴的结构设计应保证零件在轴上有确定的位置，既要求定位准确，轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的；轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧钉螺顶以及过盈配合来实现的。3、上零件的装拆和调整为了使轴上零件的装拆方便，并能进行位置及间隙的调整，常把轴做成两端细中间粗的阶梯轴，为装拆方便而设置的轴肩高度一般可取为1-3㎜，安装滚动轴承处的轴肩高度应低于轴承内圈的厚度，以便于拆卸轴承。轴承游隙的调整，常用调整垫片的厚度来实现。4、轴应具有良好的制造工艺性轴的形状和尺寸应满足加工、装拆方便的要求。轴的结构越简单，工艺性越好。5、轴上零件的润滑滚动轴承的润滑可根据速度因数dn值选择是油润滑还是脂润滑，不同的润滑方式采用的密封方式不同。四、实验要求1、对所选轴系进行结构分析对所选轴系实物（或模型）进行具体的结构分析。首先，对轴系的总体结构进行分析，明确轴系的工作要求，了解轴上各部分结构的作用、轴上各零件的用途。在此基础上分析轴上零件的受力和传力路线。了解轴承类型和布置方式、轴上零件以及轴系的定位和固定方法。其次，还应熟悉轴上零件的装拆和调整、公差和配合、润滑和密封等内容。2、绘制一张轴系结构装配图首先，按正确的拆装顺序和拆卸方法把轴上零件的拆卸下来；其次，对轴系进行测绘，将测量各零件所得的尺寸，对照实物（或模型）按适当比例画出其轴系机构装配图。对于因拆卸困难或需专用量具等原因而难以测量的有关尺寸，允许按照实物（或模型）的相对大小和结构关系进行估算，标准件应参考有关标准确定尺寸。对支承轴承的箱体部分只要求画出与轴承和端盖相配的局部结构。所绘制的轴系结构装配图要求结构合理、装配关系清楚、绘图正确（按制图要求并符合有关规定）、标注必要的尺寸（如齿轮直径和宽度、轴承间距和主要零件的配合尺寸等），应编写明细表和标题栏。五、实验设备及工具1、轴系实物或模型2、测量用具：游标卡尺，内、外卡钳，钢尺等及装拆工具一套。3、学生自带用具：圆规、三角板、铅笔、橡皮和方格纸等。实验八、电风扇摇头机构的拆装与结构分析一、概述电风扇的运动一般有扇叶转动及风扇摇头两个运动，通过这两个运动的合成，使得凉风能均匀地送向各方。扇叶转动运动是由电机直接带动扇叶旋转。风扇摇头运动是通过蜗杆传动，齿轮传动及平面连杆机构带动的。下面主要对风扇的摇头运动进行分析。这个运动如下（图8—1）：从图中可看出，电机可绕支点D摆动，电机轴上装有蜗杆Z1，将运动传到蜗杆Z2；Z2通过离合器（图中未画出）可使Z2与齿轮Z3的运动脱离或接合；当离合器合上时，Z2、Z3一起绕E转动，Z3与齿轮Z4啮合传动，Z4绕C转动。因为在齿轮Z4的端面B点处安装销轴，则Z4的旋转中心C与此偏心销B组成能回转360。的杆件BC，由B连出杆AB，并通过铰链A与机架相连，这样A、B、C、D组成一个平面四杆机构，可使CD杆（包括电机及传动系统）摆动，使风扇“摇头”。离合器的结构可以有几种类型，图8—2中给出两种示意图。本实验的目的是：了解电风扇摇头机构的传动原理及结构，增加对所学过的齿轮传动，蜗杆传动及平面连杆机构的感性认识，提高观察和分析机械结构的能力。二、实验要求1、通过观察、分析电风扇的传动原理及结构，了解蜗杆传动，齿轮传动，连杆机构，轴系，离合器等机械零部件的具体结构。2、绘制传动机构简图，进行连杆机构的自由度计算及各传动环节的速比计算。3、齿轮、蜗轮参数测定及几何尺寸计算。