机械设计实验指导书

(机械设计及其自动化专业用)编写：梁华琪班级：学号：姓名：安徽建筑工业学院机电系机械试验室试验一螺栓联接试验 2试验二带传动试验 6试验三机械传动性能综合试验 9试验四蜗杆传动效率测试试验 试验五动压轴承试验 试验六摩擦磨损试验 试验七轴系结构分析与设计试验 试验八链与万向节传动系统试验 试验九减速器结构分析试验 试验一螺栓联接试验试验学时：2试验类型：验证性试验要求：必开一、试验目的4、通过螺栓的动载试验，转变螺栓联接的相对刚度，观看螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺1、(空心)螺栓联接静、动态试验。(空心螺栓+刚性垫片+无锥塞)1、螺栓联接试验台的结构与工作原理。如图1所示。1)螺栓局部包括M16空心螺栓、大螺母、组合垫片和M8小螺杆组成。空心螺栓贴有测拉力和扭2)被联接件局部由上板、下板和八角环、锥塞组成，八角环上贴有一组应变片，测量被联接件受3)加载局部由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作载荷的大小，4)主要技术参数变形计算长度L=160mm。②、八角环材料为40Cr,弹性模量E=206000N/mm2。L=105mm。③、挺杆材料为40Cr、弹性模量E=206000N/mm2,挺杆直径D=14mm,变形计算长度L=88mm。CQYDJ-4型静动态测量仪是利用金属材料应变片的电阻值也随着发生了△R的变化，这样就把机械量转换成电量(电阻值)的变化。用灵敏的电阻测量仪——电桥，测出电阻值的变化△R/R,就可换算出相应的应变e,并可直接在测量仪的液晶LZS螺栓联接综合试验台各测点均接受箔式电阻应变片，其阻值为120Q,灵敏系数k=2.20,各测点均为两片应变片，按半桥测量要求粘贴组成如图2所示半桥电路(即测量桥的两桥臂),图中A、B、C三点分别应为连接线中的三色细导线，其黄色线(即B点)为两应变片之公共点。2)试验台专用多媒体软件，该软件可进行螺栓静态联接试验和动态联接试验的数据结果处理、整3)专用扭力扳手0-200Nm一把，量程为0-1mm的千分表两个。(一)螺栓联接静态试验方法与步骤1)用静动态测量仪配套的4根信号数据线的插头端将实验台各测点插座连接好，各测点的布置为：电机侧八角环的上方为螺栓图2半桥电路拉力，下方插座，另一头连接计算机上的RS232串口。2)翻开测量仪电源开关，启动计算机，进入软件封面，单击“静态螺栓试验”,进入静态螺栓试验3)进入静态螺栓主界面，单击“试验工程选择”菜单，选“空心螺杆”项，(默认值)。4)转动试验台手轮，挺杆下降，使弹簧下座接触下板面，卸掉弹簧施加给空心螺栓的轴向载荷。将用以测量被联接件与联接件(螺栓)变形量的两块千分表，分别安装在表架上，使表的测杆触头分别与上板面和螺栓顶端面少许()接触。5)手拧大螺母至恰好与垫片接触。螺栓不应有松动的感觉，分别将两千分表调零。用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为30～40Nm时，取下扳手，完成螺栓预紧。6)将千分表测量的螺栓拉变形值和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。c)用手将试验台上手轮逆时钟(面对手轮)旋转，使挺杆上升至肯定高度(≤15mm),压缩弹簧(二)螺栓联接动态试验`1)螺栓联接的静态试验结束返回封面，单击“动态螺栓”进入动态螺栓试验界面。2)重复静态试验方法与步骤中的1-12步。你已经做了静态试验，那么此处不必重做。3)取下试验台右侧手轮，开启试验台电动机开关，单击“动态”键，使电动机运转。进行动态工4)单击"试验报告"键，生成试验报告。5)完成上述操作后，动态螺栓联接试验结束。1、电机的接线必需正确，电机的旋转方向为逆时钟(面对手轮正面);2、进行动态试验，开启电机电源开关时必需留意把手轮卸下来，防止电机转动时发生平安事1、数据记录(自拟)2、螺栓联接静、动特性应力分布曲线图(力与变形曲线)试验二带传动试验2、同学可利用计算机在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行试验，培育同学的实际动手动试验台主要结构图(1)主要结构及工作原理该试验传动系统，由皮带6和一个装有主动带轮的直流伺服电动机组件，另一个装有从动带轮的直流伺服发电机组件构成。(2)、主动轮电机5为特制两端带滚动轴承座的直流伺服电机，滚动轴承座固定在一个滑动的底板1上，电机外壳(定子)未固定可相对其两端滚动轴承座转动。滑动的底板能相对机座10在水平方向滑(3)、砝码架和砝码2与滑动底板通过绳和滑轮相连，用于张紧皮带；加上或削减法码，即可增加或削减皮带初拉力。从动轮电机8也为特制两端带滚动轴承座的直流伺服发电机，电机外壳(定子)未固定可相对其两端滚动轴承座转动，轴承座固定在机座机壳上。(4)、发电机和灯泡9,以及试验台内的电子加载电路组成试验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面的加载按钮把握，也可用面板上触摸按钮(加载按钮和卸载按钮)进行手动把握和显示。(5)、可转动两电机的外壳上装有测力杆4,把电机外壳转动时产生的转矩力传递给传感器。主、从动皮带轮扭矩力可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。(6)、两电机后端装有光电测速装置和测速转盘7,测速方式为红外线光电测速；主、从动皮带轮转速可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。(7)、直流电动机的调速电源，接受先进的脉冲宽度调制的调速电源；2、主要技术参数直流电机功率为主电机调速范围皮带初拉力值为杠杆测力臂长度355W2~kg.fL₁=L₂=120mm(L₁L₂—电动机、发电机中心至传感器中心的距离)压力传感器精度为1%测量范围为0～50N灯泡额定功率：共320W(8个40W)(1)、电机调速局部：该局部接受专用的由脉宽调制(PWM)原理设计的直流电机调速电源，调转换把握电路负责转速测量和4路传感器信号采样，采集的各参数除送面板进行显示外。经由RS-232接口送上位机(电脑)进行数据分柝处理。试验台可脱机(电脑),用手工对各采集的1、翻开计算机，单击“皮带传动”图标，进入皮带传动的封面。单击左键，进入皮带传动试验说3、启动试验台的电动机，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动试验。在试验台的操作面板上7、在皮带传动试验分析界面下方单击“运动模拟”键，观看皮带传动的运动和弹性滑动及打滑现8、假如要打印皮带传动滑动曲线和效率曲线。在该界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出9、假照试验结束，单击“退出”,返回Windows界面。1、启动电源开关前，需将面板上的调速旋钮逆时针旋到底(转速最低位置)。以防止电机高速运动3、做试验测试前，先开机将皮带转速调至1000转/分以上，运转10分钟以上。使试验台皮带预热4、在试验中采集数据时，肯定要等数据采集窗口的数据稳定后再进行采集,每采集一次，时间间隔5-10秒钟。功率(N)试验四蜗杆传动效率测试试验蜗杆传动效率测试试验台结构如图1所示：图1蜗杆传动效率测试试验台结构简图试验台的动力自一台直流调速电机3,电机的转轴由一对固定在底座1上的轴承支架4托起，因而电机的定子连同外壳可以绕转轴摇摆。转子的轴头通过联轴器5与蜗杆减速器7的蜗杆轴相连，直接驱动蜗杆轴转动。电机机壳上装有测矩杠杆，通过输入测矩传感器2,可测出电机工作时的输出转矩(即被测减速器7为一级蜗杆减速器，其箱体固定在试验台底座上，蜗杆减速器为蜗杆下置式，传动比i=15(或i=30),其动力输出轴(蜗轮轴)上装有磁粉制动器6,转变制动器输入电流的大小即转变负载验结果和曲线。试验台原理框图如图2所示：P1)将试验台与微机的串口连接线连好。2)用手转动联轴器，要求转动机敏。3)把握面板上的电源开关放到“关”的位置，调速旋钮旋在最低点。1)启动微机，进入试验软件主界面，并依据试验台上的配置选择单头或双头蜗杆减速器。2)接通电源，翻开电源开关，数码管亮。3)缓慢顺时针旋转调整电机调速旋钮，电机启动，使转速达1000转/分左右。5)点击软件主界面“数据采集”按钮，电机转速、电机转矩、负载力矩等试验数据发送到试验界6)点击软件主界面“数据分析”按钮，试验结果以及试验曲线即在相应窗口显示，点击“保存”。7)将载荷设定在某肯定值，从小到大(反之亦可)调整输入转速，中间采集数据8次，点击软件主界面，分析试验结果以及相应的试验曲线(η-T2、η-n)。8)停机，关闭电源开关。更换蜗杆减速器，重复3—7项。9)依据试验软件界面供应的蜗杆减速器参数以及试验条件，进行蜗杆传动效率的理论值计算，与例一、单头z₁=1y=5°43′d=34mmn₁=800r/min时：当量摩擦角φ=343'例二、双头z₁=2γ=11°19′d=34mmn₁=400r/min时：当量摩擦角φ,=446'电机调速范围=转/分电机测力杠杆臂长=m蜗杆减速器传动比i=磁粉制动器输出扭矩T=〔N.m〕蜗杆减速器传动效率：式中：1〕P₁——蜗杆传动输入功率(即电机输出功率)T₁——蜗杆转矩(即电机输出扭矩)L₁—电机测力杠杆臂长(m)G₁—电机测力传感器测得力值(N)m一蜗杆转速(即电机的转速)(rpm)2)P₂—蜗杆传动输出功率T₂—蜗杆传动输出转矩(即磁粉制动器输出扭矩)(N.m)n₂—蜗轮转速(rpm)五、思考题1、蜗杆减速器的传动效率与哪些因素有关?2、蜗杆头数影响传动效率的缘由是什么?六、试验报告a、转速恒定数据数据编号12345678数据编号2345678试验五动压轴承试验1、液体动压轴承油膜压力周向分布的测试分析：该试验装置接受压力传感器、采集该轴承周向上4、液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析：该试验装置配置的计算机软件通过数模作出液体6、液体动压轴承摩擦特征曲线的测定：该试验装置通过压力传感器采集和A8、液体动压轴承位置模拟：通过建模与仿真显示轴承在不同载荷作用下不同转速下的最小油膜厚由直流电动机1通过三角带2驱动主轴9沿顺时针(面对试验台面板)方向转动，由无级调速器实现无级调速。本试验台主轴的转速范围为3～500rpm,主轴的转速由数码管直接读出。轴的材料为45号钢，经表现淬火、磨光，由滚动轴承支承在箱体10上，轴的上半部浸泡在润滑油中，本试验台夏季接受的润滑油的牌号为N68(即旧牌号的40号机械油),该油在20℃时的动力粘度为·S。主轴瓦8的材料为铸锡铅青铜。牌号为ZcuSnSbSZn5(即旧牌号ZQSn6-6-3)。在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20°,每个小孔联接一个压力传感器7,用来测量该径向平感器(即4号和8号压力传感器)。用来观看有限长滑动轴承沿轴的油膜压力状况。径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数λ=μn/p值的转变而转变(μ—油的动力粘度，n—轴的转速，p-压力，p=W/Bd,W—轴上的ξ-随轴承长径比而变化的系数，对于Vd<1的轴承，等于1.5,Ld>=1时，等于1。轴的转速到达肯定值时，轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两外表之间微观不平度的凸峰高1)启动电机，将轴的转速调整到肯定值(可取200rpm左右),留意观看从轴开头运转至200rpm时灯2)用加载装置分几次加载〔但且莫加载超过1000N即100kg〕。3)待各压力传感器的压力值稳定后，由左至右依次记录各压力传感器的压力值。负载最小油偏位角23456784)卸载、关机。5)依据测出的各压力传感器的压力值按肯定比例绘制出油压分布曲线，此图的具体画法是：沿着圆周4、5、6、7的位置。通过这些点与圆心O连线，在各连线的延长线上，将压力传感器(比例：=5mm)7"等点，(其长度1"-1"'=1-I',2"-2"'=2-2',等等)将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为在载荷方在投影直径O"-8"上做一个矩形，接受方格纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么,矩形的边长P平均乘以轴瓦宽度B再乘以轴的直径d便是该轴承油膜的承载量。但必需考虑端部泄漏造成的压力1)启动电机，渐渐使电机升速，在转速到达250-300转时，旋动螺杆，渐渐加载到700N(70kg),2)依次记录转速250-2转，负载为70kg时的摩擦力。3)卸载，减速，停机。4)依据记录的转速和摩擦力的值计算整理f与值，按肯定比例绘制摩擦特性曲线。f参见《机械设计》,西北工业高校机械原理及机械零件教研组编，人民教育出版社，1979计算如下(查轴承手册表):x(1)=0.025对应于试验六摩擦磨损试验3、生疏MMW-1试验机的使用图1试验机工作原理图系统、摩擦副下副盘升降系统、弹簧式微机施力系统、操纵面板系统(它包括各个主参数数显、设定控制、报警等单元)、以及试验机减震垫铁等局部组成。它们都安装在以焊接机座为主体的机架中，机座该记录仪精度可达±0.25%,灵敏度5mv/cm,记录笔速1000mm/s,记录仪接受折叠式记录纸，走纸速度分12档，有19量程和14量程供测定摩擦力矩和温度选用。就放在其内，机座的前后及左侧有门，翻开时能清楚看到内部机构，以便进电机的额定力矩为5N.m,无级调速，高速时精度为1%。该沟通伺服电机功率为1kW,在主轴(1)和沟通伺服电机〔2〕上局部别装有特制的从动和主动圆弧齿形带轮〔3)、(4),通过圆弧齿同步带(5〕齿轮传动、三角带和梯形齿同步带。为了使主轴(1)具有更低的运动速度，本试验机还附有一套20:1减速装置，它是由梯形齿同步带(6)、(7)和两对减速齿轮〔8、9、10、11〕及一对径向球轴承(12)组成的，主轴(1)上部装有一套径向球轴承(13),在其下部装有一对背靠背径向止推轴承(14),以承受最高可达2000N的轴向试验力。本主轴传动系统可以在0.05～2000r/min运转，无级变速比高达1:40000。本系统在低转速下仍具有较高的传动力矩，它完全转变了可控硅无级变速系统在低转速下传动力矩成倍递减的缺点。在本试验机中，转速数显测试的精度可达0.02～1r/min。主轴〔1〕下端有M302、下导向主轴与下摩擦副副盘及摩擦力矩传感系统摩擦力矩传感器(31)、止推球轴承(32)、背紧螺母(33)、滚花螺钉(34),在更换夹头与装卸各种摩擦副时必需操作(33)与(34),直线球轴承(28)可使下导向主轴〔26〕上下运动摩擦力小、轻松灵活，它可使在施加试验力时具有最高的灵敏度，轴承(29)可使传递摩擦力矩时数显精确     牢靠。本试验过一对径向止推轴承(37)、(38)传递一对减速比为80:1的蜗杆(39)、蜗轮(40)运动副。蜗轮(40)固定着一根丝杠(41),由一对径向止推滚子轴承(42)使下螺母施力板上下移动(有两根固定立柱作导向〕压缩施力弹簧〔43〕,通过上施力板、荷重传感器(30)把试验力施加到不同的摩擦副上产生接1、试验机的安装应在设有稳压电源和具有良好排风条件的试验室3、按下电源启动开关，试验机各测控显示单元的显示器均应显亮，预热15分钟后，调整试验力、5、当试验机的报警显示单元有报警信号消灭时，试验机的主轴不能启动，此时应6.2当试验力超过最大试验力的2%—4%时，试验机将自动爱护停车，报警灯亮，并自动开头卸载。6.3调零旋钮调整的最正确位置应使试验力显示(+)或(-)号。每次试验前或更换不同的摩擦副后，都应调零。调零操作应在上下摩擦副接近时〔5—10毫米范围内〕进行。7.2调零旋钮调整的最正确位置应使摩擦力矩显示(+)或(-)号2000、2500N.mm。在试验进入正常状态后，可依据实际测量的摩擦力矩数值和试验要求，用拨盘设置当使用不锈钢套式加热器时，温控范围为室温—260℃,当使用板式加热器时，温控范围为室温—100℃,温度把握系统由加热器、温控器、温度传感器组成，温控器的使用和操作详见温控器使用说明。1、销盘摩擦副：〔图3销盘摩擦副<单针与三针>〕式中：f—摩擦力N;μ—摩擦系数；P—试验机轴向试验力N;T—试验机摩擦力矩N.mm;由于1.4小式环与销试样速度VsVs=πdn=75nmm/mind—小试环与试样销接触点轨迹直径d=D—大试环与试样销接触点轨迹直径D=2、止推圈摩擦副(图4)As—止推圈小试盘接触面积mm²:As=π(d₁²-d₂2)/4≈125mm²Al—止推圈大试盘接触面积mm²:Al=π(D₁²-D₂²)/4≈580mm²P—试验机轴向试验力N;n—试验机主轴转速rp.m;T—试验机摩擦力矩N.mm。Ps—止推圈小试盘接触压力Pa:PI—止推圈大试盘接触压力Pa:图4止推圈摩擦副Vs—止推圈小试盘试验速度：Vs=2π.Rs.n=83.25nVI—止推圈大试盘试验速度：Vl=2π.Rl.n=144u3—小止推圈摩擦副的摩擦系数μl—大止推圈摩擦副的摩擦系数Pv3—小止推圈摩擦副速度因子Pv一大止推圈摩擦副速度因子Kt—止推圈摩擦副的磨损因子mm²/N:式中：X—止推圈摩擦副轴向磨损量mmP—止推圈摩擦副Ps式pl的接触压力PaV—止推圈摩擦副Vs式V1的试验速度mm/mint—止推圈摩擦副试验山时间min3、四球摩擦副〔如图5〕图5长磨四球摩擦副四球摩擦副由四个等直径钢球(r=)组成，其四个球心组成一个正四周体ABCD,如下图，上球与下三球的接触点组成一个正三角形B1C1D1,上球与下三球的正压力各为N1=N2=N3=N,摩擦力F=μN,摩擦圆半径,摩擦力矩,,之N之5.球青铜三片摩擦副(如图6)1—销2—试片座3—试片4—锁紧螺环5—弹簧夹头6—标准试样钢球〔GB308-84〕7—油盒8—软铝垫9—铂热电阻传感器T—摩擦力矩(N.mm)P—试验力(N)式中：RA—试球理论磨损圆环半径(=)R'A—试球实际磨损圆环半径(实测值，mm)试验七轴系结构分析与设计试验2、了解轴与轴承及轴上零件的定位、固定及调整方式等，以建立轴系结构的感性生疏并稳固轴系结构设计理论学问系局部教学与教材的内容，根本零件中共有40种168个零件。供应装配方案最多可到达31种。具有内容系统方案多样的特点，同时还可利用两块底板处于不同的位置(同一平面或垂直平面),实现创意组1.单一球组合2.单—球—垫组合3.单—球—环组合4.单—球—嵌组合5.单—球—嵌—套组合6.单—推——球—盖—嵌—套组合8.单—推一盖—嵌——推——球一垫—轴—齿组合11.单—推一垫—轴——推—垫—中轴——球