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1、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实验室2007年9月目 录实验一 螺栓联接实验2实验二 带传动实验6实验三 机械传动性能综合实验9实验四 蜗杆传动效率测试实验14实验五 动压轴承实验18实验六 摩擦磨损试验22实验七 轴系结构分析与设计实验31实验八 链与万向节传动系统实验35实验九 减速器结构分析实验37实验一 螺栓联接实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验目的现代各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。本实验通过对螺
2、栓的受力进行测试和分析要求达到下述目的。1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。2、计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。3、验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。4、通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。二、实验项目 LZS螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目：1、（空心）螺栓联接静、动态实验。（空心螺栓+刚性垫片+无锥塞）2、改变螺栓刚度的联接静、动态实验。（空心螺栓、实心螺栓）3、改变垫片刚度的静、动态实验。（刚性垫片、弹性垫片）4、改变被连接件刚度的静、动态实验。（有锥塞、无锥
3、塞）三、实验设备及仪器该实验需LZS螺栓联接综合实验台一台，CQYDJ4静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验设备及仪器。1、螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图1所示。1）螺栓部分包括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矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时，所受预紧拉力和扭矩。空心螺栓的内孔中装有M8小螺杆，拧紧或松开其上的手柄杆，即可改变空心螺栓的实际受载截面积，以达到改变联接件刚度的目的。组合垫片设计成刚性和弹性两用的结构，用以改变被联接件系统的刚度。2）被联接件部分由上板、下板和八角环、锥塞组成，八角环上贴有一组应变片，测量被联接件受力的大小，中部
4、有锥形孔，插入或拨出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。3）加载部分由蜗杆、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，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。图1 螺栓联接实验台的结构1）.an、电动机 2、蜗杆 3、凸轮 4、蜗轮 5、下板 6、扭力插座 7、锥塞 8、拉力插座 9、弹簧10、空心螺杆 11、千分表 12、螺母 13、组合垫片(一面刚性一面弹性) 14、八角环压力插座15、八角环 16、挺杆压力插座 17、M8螺杆 18、挺杆 19、手轮 20上板4）主要技术参数
5、 、螺栓材料为40Cr、弹性模量E=206000 N/mm2，螺栓杆外直径D1=16mm，螺栓杆内直径D2=8mm，变形计算长度L=160mm。 、八角环材料为40Cr，弹性模量E=206000 N/mm2。L=105mm。 、挺杆材料为40Cr、弹性模量E=206000 N/mm2，挺杆直径D=14mm，变形计算长度L=88mm。2、LSD-A型静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式。实验台各被测件的应变量用CQYDJ4型静动态测量仪测量，通过标定或计算即可换算出各部分的大小。该仪器的工作原理方框图请参看CQYDJ4型静动态测量仪使用说明书。CQYDJ4型静动态测量仪是利用金属材料的
6、特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪，应变测量的转换元件应变片是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固的贴在被测物件上，当被测件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在被测件上的应变片也相应变化，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，并可直接在测量仪的液晶128X64点阵的大显示屏读出应变值。通过A/D板该仪器可向计算机发送被测点应变值，供计算机处理。LZS螺栓联接综合实验台各测点均采用箔式电阻应变片，其阻值为120，灵敏系数k=2.20，各测点均为两片应变
7、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。3、计算机专用多媒体软件及其他配套器具1）需要计算机的配置为带RS232口主板；2）实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺栓静态联接实验和动态联接实验的数据结果处理、整理，并打印出所需的实测曲线和理论曲线图，待实验结束后进行分析。3）专用扭力扳手0-200Nm一把，量程为0-1mm的千分表两个。四、实验方法及步骤以出厂设定（实验台八角环上未装两锥塞，松开空心螺栓上的M8小螺杆手柄，组合垫片换成刚性的。）的空心螺栓联接静动态实验为例说明实验方法和步
8、骤（一）螺栓联接静态实验方法与步骤图2 半桥电路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拉力，下方为螺栓扭力。手轮侧八角环的上方为八角环压力，下方为挺杆压力。然后再将数据线分别接于测量仪背面CH1、CH2、CH3、CH4各通道的A、B、C接线端子上。用配套的串口线接测量仪背面的9芯RS232插座，另一头连接计算机上的RS232串口。2）打开测量仪电源开关，启动计算机，进入软件封面，单击“静态螺栓实验”，进入静态螺栓实验主界面。单击“串口测试”菜单，用以检查通讯是否正常，通讯正常方可进行以下实验步骤。3）进入静态螺栓主界面，
9、单击“实验项目选择”菜单，选 “空心螺杆”项，（默认值）。4）转动实验台手轮，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（0.5mm）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。单击“校零”键，软件对上一步骤采集的数据进行清零处理。用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为3040Nm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。a) 单击“预紧”键进行螺栓预紧后，
10、预紧工况的数据采集和处理。同时生成预紧时的理论曲线。b) 如果预紧正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。c) 用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度（15mm），压缩弹簧对空心螺栓轴向加载，力的大小可通过上升高度控制，塞入15mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。d) 单击“加载”键进行轴向加载工况的数据采集和处理，同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。e) 如果加载正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。f) 单击实验报告键，生成实验报告。（二）螺栓联接动态实验1）螺栓联接的静态实验结束返回封面，单
11、击“动态螺栓”进入动态螺栓实验界面。2）重复静态实验方法与步骤中的1-12步。你已经做了静态实验，则此处不必重做。3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态”键，使电动机运转。进行动态工况的采集和处理。同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。4）单击实验报告键，生成实验报告。5）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。五、注意事项1、电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）；2、进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故，并可减少实验台振动和噪声。六、实验报告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）
12、3、结果分析。实验二 带传动实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验台目的：1、掌握测定皮带传动滑差率和效率及绘制实测曲线。2、学生可利用计算机在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的实际动手能力。二、实验内容：1、皮带传动滑动曲线和效率曲线的测量绘制：该实验装置采用压力传感器和A/D卡采集主动带轮和从动带轮的驱动力矩力和阻力矩力，采用光电传感器和A/D板采集主、从动带轮的转速。最后输入计算机进行处理分析，作出实测滑动曲线和效率曲线。使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。2、皮带传动运动弹性滑动和打滑现象动画模拟：该实验装置配置的计算机多媒体软件，在
13、输入实测主、从动带轮的转速后，通过数模计算作出带传动运动模拟，可清楚观察带传动的弹性滑动和打滑现象动画图象。三、实验设备1、实验台简介：图1 皮带传动实验台主要结构图1、电机移动底板 2、砝码和砝码架 3、力传感器 4、转矩力测杆 5、主动电动机6、平皮带 7、光电测速装置 8、发电机 9、灯泡组 10、机座机壳 11、操纵面板（1）主要结构及工作原理该实验传动系统，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
14、转动。滑动的底板能相对机座10在水平方向滑动。（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；加上或减少法码，即可增加或减少皮带初拉力。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，以及实验台内的电子加载电路组成实验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面的加载按钮控制，也可用面板上触摸按钮（加载按钮和卸载按钮）进行手动控制和显示。（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，采用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 355W主电机调速范围 501500rpm皮带初拉力值为 23.5kg.f杠杆测力臂长度 L1=L2=120mm（L1L2电动机、发电机中心至传感器中心的距离）皮带轮直径
