机械设计实验

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1、机械设计实验,机电工程学院机械系,前言,机械设计实验是理论学习基础上的一个极其重要的实践环节。通过实验可以使学生加深对机械设计课程的基本概念、基本理论的理解，从而提高学生分析和解决问题的能力。每个实验基本内容包括：实验目的、实验原理、操作步骤、实验内容等。,现场教学,机 械 设 计 实验一,配合课堂教学及课程进度，为学生展示大量丰富的实际零件、实际机械、机电一体化设备及创新设计实例，使学生对实际机械系统增加感性认识，加深理解所学知识，开阔眼界，拓宽思路，启迪学生的创造性思维并激发创新的欲望，培养学生最基本的观察能力、动手能力和创造能力。,一实验目的,二实验设备及内容1、 机械零件陈列；2、减速

2、器陈列；,三实验要点,1、机械设计陈列部分,2真实机械展示部分 1）注意观察各种零构件在机械中的安装情况及相互关系，注意零构件的定位与固定。 4）注意观察轴的支承方式；注意观察轴的安装位置是如何调整的、轴承是如何预紧的。 5）注意机械的润滑和密封方式。 6）注意观察机械的箱体结构及与其内部各零构件的关系。,1)注意观察各种零件的种类、材料、用途、结构形式及加工方法; 2)应特别注意观察各种零件的失效形式，分析零件的失效原因。,了解各种减速器的用途及结构形式，观察减速器内部零构件的传动情况。,3减速器展示部分,四注意事项,1注意人身安全；特别应注意摇动设备时不要压轧着自己或 别人的手。,2爱护设

3、备；摇动设备动作要轻，以免损坏设备；,3、一般不要从设备或展台上拿下零件；若拿出零件，看完后应按原样复原，避免零件丢失。,4、不要随便移动设备，以免受伤或损坏设备。,实验项目,带传动实验 齿轮传动效率实验 液体动压轴承实验 轴系结构设计实验 减速机拆装实验 综合设计型实验,实验一 带 传 动 实 验,一、实验目的,1. 了解带传动的基本原理，并观察、分析有关带的弹性滑动和打滑等重要物理现象； 2. 了解转速、以及扭矩的测量原理与方法； 3. 绘制带的滑动曲线及传动效率曲线。,二、实验系统,本实验台机械部分，主要有两台直流电机组成，其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机。 对原动机，由单片

4、机调速装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。 对发电机，每打开一个负载开关，即并上一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变。两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力柜）迫使拉钩作用于拉力传感器，传感器输出的电信号正比于T1、T2的原始信号。 原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力F0。用扳手拧紧螺纹拉杆即可改变带传动中心距，从而改变张紧力。 两台电机的转速传感器

5、分别安装在带轮背后，由此可获得必须的转速信号。,1、皮带传动原理,1.1 带传动的分析预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子转动时带动皮带传动。两皮带轮静止时，带各处的拉力 都等于预紧力F0。传动时，由于带与轮子表面间摩擦力的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出主动轮的一边的拉力从F0增大到F1，绕出主动轮和绕进被动轮的一边的拉力由F0减小到F2，F1作用的边称为紧边，F2作用的边称为松边设环形带的总长度不变，则紧边的拉力的增量F1-F0应等于松边拉力的减小量F0-F2。即 F1-F0=F0-F2则 紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周力等于F=F1-F2。,1.2 带传动

6、的弹性滑动与打滑滑差率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度，在带传动时，由带的滑动引起的被动轮速度的降低率称为滑差率。其中，V1、V2为主、被动轮轮缘的线速度；n1、n2为主、被动轮的转速；d1、d2为主、被动轮的直径。若d1 = d2 ，则 =(n1-n2) /n1 ，根据实验研究结果，带的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上，随着有效圆周力的增加，弹性滑动的区段也逐渐增大，当它扩大至整个包角对应的接触弧时，带传动的有效圆周力也达到最大极限，如果载荷进一步增大，带与带轮间就发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使皮带磨损加剧，被动轮转速急剧降低，甚至使传动失效

7、，这种情况应当避免。,2、实验系统的组成,实验台外观如图1所示。,图1,如图2所示，实验系统主要包括如下部分： （1）带传动机构；（2）主、从动轮转矩传感器；（3）主、从动轮转速传感器；（4）控制盒（数据采集箱 ）；（5）个人电脑；（6）打印机。,图2,3、实验机构结构特点,（1）机械结构本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图3所示。其中一台作为原动机，另一台作为负载的发电机。,图3,（2）检测系统 实验台配数据采集箱一只，承担控制检测、数据处理、自动显示等功能。通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线T2及效率曲线T2以及有关数据。,三、实验操作步骤,1.

8、接通电源 在接通电源前首先将电机调速旋钮粗调电位器逆时针转到底，使开关“断开”，细调电位器旋钮逆时针旋到底，按电源开关接通电源，按一下“清零”键，此时主、被动电机转速显示为“0”，力矩显示为“.”，实验系统处于“自动校零”状态。校零结束后，力矩显示为“0”。再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”并慢慢向高速方向旋转，电机起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数，其上的数字即为当时的电机转速。当主电机转速达到预定转速（本实验建议预定转速为12001300转/分左右）时，停止转速调节。此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上。2. 加载在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按“

9、加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速，（此时，只需使用细调电位器进行转速调节）使其仍保持在预定工作转速内，待显示基本稳定（一般LED显示器跳动23次即可达到稳定值）记下主、从动轮的转矩及转速值。再按“加载”键一次，第二个加载指示灯亮，再调整主动转速（用细调电位器），仍保持预定转速，待显示稳定后再次记下主、从动轮的转矩及转速。第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮，同前次操作记录下主、从动轮的转矩、转速。重复上述操作，直至7个加载指示灯亮，记录下八组数据。根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线T2及效率曲线T2。 在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断”状态，然后将细

10、调电位器逆时针转到底，再按“清零”键。显示指示灯全部熄灭，机构处于关断状态，等待下次实验或关闭电源。,三、注意事项 1. 必须按操作规程操作实验机，实验中注意不要靠近、手摸传动皮带，避免发生安全事故。 2. 实验中皮带打滑状态不要维持过久，否则，会使皮带过热，失去原有状态，也不利于使用寿命。,带传动实验台加载原理,本实验台由两台直流电机组成，左边一台是直流电动机，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的直流发电机。直流发电机的输出电压通过面板的“加载”按键控制电子开关，逐级接通并联的负载电阻。,计算公式为:1.2.3.求所曲线,(%), (%),T2,式中T1，T2分别为主动轮和被动轮上的转矩n1，

11、n2分别为主动轮和被动轮的转速,式中,为从动轮实际转速,为从动轮理论转速即假定带传动没有滑动时的转速，由于本试验中两轮直径相等,和,测试软件界面,实验二 齿轮传动效率 实 验,1、了解封闭功率流式齿轮试验台的基本结构、特点及测定齿轮传动效率的方法。 2、在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。 3、通过改变载荷，测出不同载荷下的传动效率和功率。输出T1T9 关系曲线及T9 曲线。其中T1 为轮系输入扭矩(即电机输出扭矩)，T9 为封闭扭矩(也即载荷扭矩 )，为齿轮传动效率。,一实验目的,1）具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱4）， 每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动(齿轮

12、9与9，齿轮5与5)，两个实验齿轮箱之间由两根轴（一根是用于储能的弹性扭力轴6，另一根为万向节轴10）相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。,1、 封闭（闭式）传动系统,二实验设备及工作原理,2）当由电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，即两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩擦力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统；,1、 封闭（闭式）传动系统,二实验设备及工作原理,3）由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，由电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的

13、功率仅为系统传动功率的20%左右。对于实验时间较长的情况，封闭式实验机有利于节能。,1、 封闭（闭式）传动系统,二实验设备及工作原理,1） 电动机1为直流调速电机，电动机转子与定轴齿轮箱输入轴相联，电动机采用外壳悬挂支承结构（既电机外壳可绕支承轴线转动）；,二实验设备及工作原理,2电动机的输出功率,2）电动机的输出转矩等于电动机转子与定子之间相互作用的电磁力矩，与电动机外壳（定子）相联的转矩传感器2提供的外力矩与作用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得的力矩即为电动机的输出转矩T0；电动机转速为n，电动机输出功率为 nT0 / 9550 （）。,二实验设备及工作原理,2电动机的输出功率,当

14、实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上载荷W后，对悬挂齿轮箱作用一外加力矩WL，使悬挂齿轮箱产生一定角度的翻转，使两个齿轮箱内的两对齿轮的啮合齿面靠紧，这时在弹性扭力轴内存在一扭矩T9（方向与外加负载力矩WL相反），在万向节轴内同样存在一扭矩T9（方向同样与外加力矩WL相反）；若断开扭力轴和万向节轴，取悬挂齿轮箱为隔离体，可以看出两根轴内的扭矩之和（T9+T9）与外加负载力矩WL平衡（即T9+T9=WL）；又因两轴内的两个扭矩（T9和T9）为同一个封闭环形传动链内的扭矩，故这两个扭矩相等。,二实验设备及工作原理,3封闭系统的加载,由此计算出封闭系统内传递的功率,二实验设备及工作

15、原理,4单对齿轮传动效率,设封闭齿轮传动系统的总传动效率为；封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P9；封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率P0， 即：P0=（P9 /）-P9=P9 /（P0+P9）=T9 /（T0+T9 ）若忽略轴承的效率，系统总效率包含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮的传动效率为：,5 封闭功率流方向,二实验设备及工作原理,封闭系统内功率流的方向取决于由外加力矩决定的齿轮啮合齿面间作用力的方向和由电动机转向决定的各齿轮的转向；当一个齿轮所受到的齿面作用力与其转向相反时，该齿轮为主动齿轮，而当齿轮所受到的齿面作用力与其转向相同时，则该齿轮为从动齿轮；功率流的

16、方向从主动齿轮流向从动齿轮，并封闭成环。,二实验设备及工作原理,原动机（电动机） 提供动力；制动器 被测机械的负载；特点：实验台的组成简便灵活，但能耗较大，适用于被测设备类型多变，实验周期较短的情况。,二实验设备及工作原理,开式传动系统,7机械功率、效率测定开式实验台简介,1打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机 突然启动。 2打开电源，按一下“清零键”进行清零，转速显示为“0”，电动机转矩显示“ ” ，系统处于“自动校零”状态；校零结束后，转矩显示为“0”。 3 保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋钮，使电动机转速为500 r/min。 4在砝码吊篮上加上第一个砝码（10N），并微调转速使其始终保持在预定 转速（500r/min）左右，待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩 显示值跳动2-3次即可达到稳定值），按一下“保持键” ，使显示值保持不变，记录该组数值；然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。 5在砝码吊篮上加上第二个砝码，重复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯全亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”，实验结束。 6 记录下各组数据，先将电机转速慢慢调速至零，然后再关闭实验台电源。 7 根据记录数据，作出齿轮封闭传动系统的传动效率（-T9）曲线。,