1、 机机 械械 设设 计计 实实 验验 指指 导导 书书 (机机 械械 类类 ) 洪英 刘文吉编 _学院 _专业 _班 姓名 _ 天津工业大学机电学院 机械基础实验中心 目 录 实验一 螺栓组联接实验 . 1 实验二 机械传动效率实验 . 3 实验三 液体动压径向滑动轴承实验 . 14 实验 四 轴系结构设计实验指导书 . 18 机械基础实验 指导书 1 实验一 螺栓组联接实验 一、 实验目的 1. 实测受翻转力矩作用下螺栓组联接中各螺栓受力情况 ; 2. 深化课程学习中对螺栓组联接螺栓实际受力的认识 ; 3. 进一步熟悉电阻应变片应变测量方法。 二、 实验原理与方法 1. 结构简述 本实验采用
2、 II 型多功能螺栓组联接实验台（参见图 1.1a），配有数显式静态电阻应变仪。机座 1 与被联接件 4 用双排共 10 个螺栓 2 联接，连接面之间加有垫片 8（橡胶或其它材料），6 为杠杆加载系统，砝码 7 的重力通过杠杆系统 1:75 增力后作用于被联接件上，从而使被联接件受到翻转力矩的作用。每个螺栓上都贴有电阻应变片 (参见图 1.1b)，用以测量螺栓的受力大小。 当 10 个螺 栓把被联接件均匀预紧后，在翻转力矩作用下，被联接件有绕对称轴翻转的趋势，每个螺栓的受力将发生变化，通过电阻应变片用电阻应变仪进行测量，便可测得螺栓组的载荷分布（每个螺栓的受力情况）。 2. 主要技术参数 1)
3、 螺栓中段直径： d=6.5mm; 2) 螺栓材料的弹性模量： E=205Gpa; 3) 加载杠杆比： 1:75； a b 1.机座 2.螺栓 3.测试梁 4.被联接件 5.测试齿 6.杠杆系统 7.砝码 8.垫片 图 1.1 实验台结构示意图 机械基础实验 指导书 2 4) 被联接件悬臂长： L=214m 5) 各 相邻 螺栓的垂直间距离 =33mm 图 1.2 实验螺栓安装及贴片图 图 1.3 单片测量连线图 三、 实验步骤与要求 1. 仪器连线 将每个螺栓上电阻应变片的联线接到电阻应变仪的接线箱上（采用半桥测量方法，参见图 1.3）。 2. 螺栓初预紧 首先用手将螺栓组各螺栓左端螺帽 I
4、 用手尽力拧紧，然后再用手将右端各螺帽 II 也尽力拧紧（初预紧 前，应先抬起杠杆加载系统，不使加载系统的自重加到螺栓组连接件上 ） 。 3. 应变测量点预调平衡 在各螺栓初预紧后，以此作为初始状态，进行各螺栓应变测量的调零（预调平衡），把各应变测量 点尽可能调到“零”读数。 4. 螺栓加预紧力 F 安装好杠杆加载系统后，给各螺栓加上尽可能相同的一定量的预紧力。 为防止螺栓受扭矩影响，一定要用扳手拧右端的螺帽 II 来预紧（螺栓的右端有一段为矩形断面，用以防止螺栓产生扭转变形）。在预紧过程中，各螺栓的预紧力会相互影响，所以，应先后交叉并重复对螺栓进行预紧，使各螺栓都预紧到接近相同的设定预应变量
5、（建议 预 =300400）。为此，可能要反复调整多次。 5. 进行加载实验 螺栓预紧完毕后，即可在杠杆加载系统上挂上砝码 P 进行测试。 加载后从电 阻应变仪上逐点读出各螺栓在翻转力矩 M=PL 作用下的总应变值。 注意：为避免螺栓超载损坏，任意螺栓的总应变值（预紧应变 +工作应变）不应超过容许的最大应变值（ max800）。 机械基础实验 指导书 3 实验二 机械传动效率实验 效率是表征机械性能好坏一个重要经济指标，也说明该机械输入功率的利用程度。 但效率值的大小用理论的方法来决定是很困难的。因为效率与功率的损耗有关，而理论上是不可能把全部影响功率损耗的因素都估计到，因此实践中都是通过实验
6、的方法来求得效率的数据。在进行效率实验时，有时是以整个传动部件（如减速器）进行实验，也 有时只进行一对传动元件（如一对齿轮或带传动）进行实验。但其计算效率的公式都是一样的，即： = N2 / N1 其中 N2 输出功率 N1 输入功率 对单级传动来讲效率 表示一级传动的效率，对多级传动，效率 表示该部件的总效率。总效率为各级效率的连乘积。 = 1 2 n 本实验 为综合性实验， 包括带、齿轮、蜗杆减速器等传动零部件的传动性能和效率的测定 ，并对实验结果进行比较和评价 。 实验目的： 1. 学习带、齿轮、蜗杆减速器等传动零部件的传动性能和 效率 的测定方法。 2.了解并比较 各种传动 零部件 传
7、动性能和效率 的大小及其影响的因素 . 实验之一：带传动滑动率和效率测定 实验之二：齿轮传动效率测定 实验之三：蜗杆减速器传动效率测定 实验之四： _传动效率测定 实验之五： _传动效率测定 带传动的滑动和效率实验 一、实验台用途 本实验台是机械设计课程中带传动实验专用设备，其用途是： 1. 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象，以及它们与带传递载荷之间的关系。 2. 比较预紧力大小对带传动承栽能力的影响。 3. 比较分析平带、 V 带和圆带传动的承载能力。 机械基础实验 指导书 4 4. 测定并绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，观察带传动弹性滑动和打滑的动画仿真，了解带传动所传递载荷与弹性滑差
8、率及传动效率之间的关系。 5. 了解带传动实验台的构造和工作原理，掌握带传动转矩、转速的测量方法。 二、实验台结构及工作原理 本实验台主要结构如图 1 所示。 1. 电动机移动底板 2. 砝码及砝码架 3. 力传感器 4. 转矩力测杆 5. 电动机 6. 试验带 7. 光电测速装置 8. 发电机 9. 负载灯泡组 10. 机座 11. 操纵面板 图 1 CQP-C 带传动实验台主要结构图 1. 试验带 6 装在主动带轮和从动带轮上。主动带轮装在直流伺服电动机 5 的主轴前端，该电动机为特制的两端外壳由滚动轴承支承的直流伺服电动机，滚动轴承座固定在移动底板 1 上，整个电动机可相对两端滚动轴承座
9、转动，移动底板 1 能相对机座 10 在水平方向滑移。从动带轮装在发电机 8 的主轴前端，该发电机为特制的两端外壳由滚动轴承支承的直流伺服发电机，滚动轴承座固定在机座 10 上，整个发电机也可相对两端滚动轴承座转动。 2. 砝码及砝码架 2 通过尼龙绳与移动底板 1 相连 ，用于张紧试验带，增加或减少砝码，即可增大或减少试验带的初拉力。 3. 发电机 8 的输出电路中并联有 8 个 40W 灯泡 9，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上的加载按钮控制，也可用实验台面板上触摸按钮 6、 7（见图 2）进行手动控制并显示。 4. 实验台面板布置如图 2 所示。 机械基础实验 指导
10、书 5 图 2 带传动实验台面板布置图 1. 电源开关 2. 电动机转速调节 3. 电动机转速显示 4. 发电机转速显示 5. 加载显示 6. 卸载按钮 7. 加载按钮 8. 发电机转矩力显示 9. 电动机转 矩力显示 5. 主动带轮的驱动转矩 T1 和从动带轮的负载转矩 T2 均是通过电机外壳的反力矩来测定的。当电动机 5启动和发电机 8加负载后，由于定子与转子间磁场的相互作用，电动机的外壳（定子）将向转子回转的反向（逆时针）翻转，而发电动机的外壳将向转子回转的同向（顺时针）翻转。两电机外壳上均固定有测力杆 4，把电机外壳翻转时产生的转矩力传递给传感器 3。主、从动带轮转矩力可直接在面板上的
11、数码管窗口上读取，并可传到计算机中进行计算分析。带传动实验分析界面窗口直接显示主、从动带轮上的转矩值。 主动带轮上的转矩 T1=Q1K1L1 N.m 从动带轮上的转矩 T2=Q2K2L2 N.m 式中： Q1、 Q2 电机转矩力（面板窗口显示读取）； K1、 K2 转矩力测杆刚性系数（本实验台 K1=K2=0.24N/格）； L1、 L2 力臂长，即电机转子中心至力传感器轴心矩离（本实验台L1=L2=120mm） 。 6. 两电机的主轴后端均装有光电测速转盘 7，转盘上有一小孔，转盘一侧固定有光电传感器，传感器侧头正对转盘小孔，主轴转动时，可在实验台面板数码管窗口上直接读出主轴转速（即带轮转速
12、），并可传到 计算机中进行计算分析。 7. 弹性滑动率 主、从动带轮转速 n1、 n2 可从实验台面板窗口或带传动实验分析界面窗口上直接读出。由于带传动存在弹性滑动，使 v 2 v1，其速度降低程度用滑差率 表示： 1 2 1 1 2 21 1 1%v v d n d nv d n 当 d1=d2 时： 121 %nnn 式中： d1、 d2 主、从动带轮基准直径； v1、 v2 主、从动带论的圆周速度； n1、 n2 主、从动 带轮的转速。 8. 带传动的效率 机械基础实验 指导书 6 2 2 21 1 1 %p T np T n 式中： 1pp2、 主、从动带轮上的功率； T1、 T2 主
13、、从动带轮上的转矩 n1、 n2 主、从动带轮的转速。 9. 带传动的弹性滑动曲线和效率曲线 改变带传动的负载，其 T1、 T2、 n1、 n2 也都在改变，这样就可算得一系列的 、 值，以 T2 为横坐标，分别以 、 为纵坐标，可绘制出弹性滑动曲线和效率曲线，如图 3 所示。 图 3 带传动弹性滑动 曲线和效率曲线 图中横坐标上 A0点为临界点， A0点以左为弹性滑动区，即带传动的正常工作区段，在该区域内，随着载荷的增加，弹性滑差率 和效率 逐渐增加；当载荷继续增加到超过临界点 A0 时，弹性滑差率 急剧上升，效率 急剧下降，带传动进入打滑区段，不能正常工作，应当避免。 三、软件界面操作说明
14、 1. 带传动实验台软件封面（图 4） 图 4 带传动实验台软件封面 机械基础实验 指导书 7 在封面上非文字区单击左键，即可进入带传动实验说明界面。 2. 带传动实验说明界面（图 5） 图 5 带传动实验说明界面 实 验 ：单击此键，进 入带传动实验分析界面。 音 乐 ：单击此键，音乐关闭，同时 关闭音乐 变为 打开音乐 ；反之，单击打开音乐 ，音乐打开， 打开音乐 变为 关闭音乐 。 图 片 ：单击此键，弹出带传动实验说明框。 返 回 ：单击此键，返回带传动实验台软件封面。 退出系统 ：单击此键，结束程序的运行，返回 WINDOWS 界面。 3. 带传动实验分析界面（图 6） 该界面开有皮
15、带传动弹性滑动和打滑现象动画模拟窗口、带传动滑动曲线和效率曲线的测试绘制窗口。各控键说明如下： 图 6 带传动实验分 析界面 机械基础实验 指导书 8 运动模拟 ：单击此健，可以清楚观察带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。 加 载 ： 击此健可加载灯泡组负荷，每击一次可增加一个灯泡（ 40W）负荷功率。 稳定测试 ：单击此键，稳定记录实时显示的带传动的实测数据。 实测曲线 ：单击此键，显示带传动滑动曲线和效率曲线。 音 乐 ：单击此键，音乐关闭，同时 关闭音乐 变为 打开音乐 ；反之，单击打开音乐 ，音乐打开， 打开音乐 变为 关闭音乐 。 操作说明 ：单击此键，弹出带传动实验说明框。 重做实验
16、 ：单击此键，重新加载、测 试。 打 印 ：单击此键，弹出打印对话框，将带传动滑动曲线和效率曲线打印出来或保存为文件。 返 回 ：单击此键，返回带传动实验说明界面。 退出系统 ：单击此键，结束程序的运行，返回 WINDOWS 界面。 四、主要技术参数 直流伺服电动机：功率 355W，调速范围 50 1500rpm,精度 1r/m ； 预紧力最大值： 3.5kgf； 转矩力测杆力臂长： L1=L2=120mm（ L1、 L2 电机转子轴心至力传感器中心的距离）； 测力杆刚度系数： K1=K2=0.24N/格； 带轮直径：平带轮与圆带轮 d1=d2=120mm， V 带轮 d1 =120mm d2
17、=80mm； 压力传感器：精度 1%，量程 0 50N； 直流发电机：功率 355W，加载范围 0 320W（ 40W8 ） ; 外形尺寸 ： 8004001000mm; 总重量 ： 110kg 五、实验步骤 1. 打开计算机，单击 “ 带传动 ” 图标，进入带传动封面。单击左键，进入带传动实验说明界面。再单击 “ 实验 ” 键，进入带传动实验分析界面。 2. 在实验台带轮上安装试验平带；接通实验台电源，电源指示灯亮；调整测力杆，使其处于平衡状态；加砝码 3kg，使带具预紧力。 3. 按顺时针 方向慢慢地旋转电动机转速调节旋钮，使电动机逐渐加速到 n1=1000r/m左右，待带传动运动平稳后（
18、需数分钟），记录带轮转速 n1、 n2 和电机转矩力 Q1、 Q2 一组数据。 4. 在带传动实验分析下方单击 “ 运动模拟 ” 键；再击 “ 加载 ” 键，每间隔 5 10 秒钟，逐个打开灯泡（即加载），单击 “ 稳定测试 ” 键，逐组记录数据 n1、 n2 及 Q1、 Q2，注意 n1与 n2间的差值，分别在实验台上及实验分析界面的运动模拟窗口观察带传动的弹性滑动现象。 5. 再击 “ 加载 ” 键，继续增加负载，直到 3% 左右，带传动进入打滑区，若再继续增加负载， n1与 n2之差迅速增大，带传动出现明显打滑现象。同时，分别在实验台及实验分析界面的运动模拟窗口观察带传动的打滑现象。 6. 如果实验效果不理想，可单击 “ 重做实验 ” ，即可从第 4 步起重做实验。
