《机械设计实验》PPT课件.ppt

机械设计实验机械设计实验 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。 实验项目实验项目 F带传动实验 F齿轮传动效率实验 F液体动压轴承实验 F轴系结构设计实验 F减速机拆装实验 F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，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。 带传动 机构 主、从动轮转 矩传感器 主、从动轮转 速传感器 单片微计算机 主、从动轮转 矩显示 主、从动轮转 速显示 输出接口微机接口 微计算机 CRT显示打印机 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 1.1.接通电源接通电源 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“断开断开”，细，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“清零清零”键，此时主、键，此时主、 被动电机转速显示为被动电机转速显示为“0”0”，力矩显示为，力矩显示为“.”.”，实验系统处于，实验系统处于“自动校零自动校零”状态。状态。 校零结束后，力矩显示为校零结束后，力矩显示为“0”0”。再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通。再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关开关”并慢慢并慢慢 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 验建议预定转速为验建议预定转速为1200130012001300转转/ /分左右）时，停止转速调节。此时从动电机转速也分左右）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。将稳定地显示在显示屏上。 2. 2. 加载加载 在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按 在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按“加载加载”键一次，第一个加载指示键一次，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（一般持在预定工作转速内，待显示基本稳定（一般LEDLED显示器跳动显示器跳动2323次即可达到稳定值次即可达到稳定值 ）记下主、从动轮的转矩及转速值。）记下主、从动轮的转矩及转速值。 再按 再按“加载加载”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。），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 第三次按“加载加载”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。转矩、转速。 重复上述操作，直至 重复上述操作，直至7 7个加载指示灯亮，记录下八组数据。根据这八组数据便可个加载指示灯亮，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作出带传动滑动曲线T2T2及效率曲线及效率曲线T2T2。 在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断关断”状态，然后将细调状态，然后将细调 电位器逆时针转到底，再按电位器逆时针转到底，再按“清零清零”键。显示指示灯全部熄灭，机构处于关断状态键。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。，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，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T1 T9 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 被测机械 转矩转速 传感器 转矩转速 传感器 制动器 原动机 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。 三实验方法及注意事项 四注意事项 1.封闭式传动系统为什么能够节能？ 2.封闭齿轮传动如何区分主动与被动齿轮？ 3.欲改变功率流方向，采用什么方法？ 4.改变齿轮工作面采用什么方法？ 五. 实验报告 1. 记录对应外载荷下的转速n、扭矩T9，并计算出系统效率 2. 绘制 及 的变化曲线。 3 . 回答思考题。 实验三 液体动压轴承 实 验 1、了解实验台的构造和工作原理，通过实验进一步了解动压润 滑的形成，加深对动压原理的认识。 2、学习动压轴承油膜压力分布的测定方法，绘制油膜压力径向 和轴向分布图，验证理论分布曲线。 3、掌握动压轴承摩擦特征曲线的测定方法，绘制fn曲线，加 深对润滑状态与各参数间关系的理解。 一实验目的 本实验使用湖南长庆科教仪器有限公司生产的HS-B型 液体动压轴承实验台，它由传动装置、加载装置、摩擦系 数测量装置、油膜压力测量装置和被试验轴承等组成。 二实验设备及工作原理 滑动轴承试验台 液体动压滑动轴承的工作原理是通过轴颈的旋转 将润滑油带入摩擦表面，由于油的粘性（粘度） 作用，当达到足够高的旋转速度时油就被挤入轴 与轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效 应，在承载区内的油层中产生压力，当压力的大 小能平衡外载荷时，轴与轴瓦之间形成了稳定的 油膜，这时轴的中心对轴瓦中心处于偏心位置， 轴与轴瓦间的摩擦是处于完全液体摩擦润滑状态 ，其油膜形成过程及油膜压力分布如图所示。 二实验原理 油膜压力分布曲线 此项实验项实验 是径向加载载的液体动压动压 滑动轴动轴 承实实 验验。其目的是测测量轴轴承与转轴间转轴间 隙中的油膜 在圆圆周方向的压压力分布值值，并验证验证 径向油膜 压压力最大值值PMAX不在外载载荷FR的垂线线位置， 而是在最小油膜厚度附近。 图1 周向油膜压力分布曲线 图2轴向油膜压力分布曲线 轴承摩擦特性曲线 1在轴承载荷F=80kg和F=70kg时，分别测量轴 承周向油膜压力和轴向油膜压力，绘制出周向和轴向 油膜压力分布曲线，并求出轴承的实际承载量。 2测定轴承压力、轴转速、润滑油粘度与摩擦系 数之间的关系，用计算机进行数据处理，得出轴承f 曲线。 三实验内容 1、测取绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线图。 1)启动电机，将轴的转速调整到一定值(可取200rpm左右)，注意观察从轴 开始运转至200rpm时灯泡亮度的变化情况，待灯泡完全熄灭，此时已处于 完全液体润滑状态； 2)用加载装置分几次加载70kg左右(但切记加载不超过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; 4)卸载、关机 5)根据测出的各压力传感器的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线，此 图的具体画法是：沿着圆周表面从左到右画出角度分别为30、50、70、 90、110、130、150分别得出油孔点l、2、3、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： 0.1MP5mm)测出的压力值画出压力线l-l 、2-2 、3-3 7-7 。将1 、2 7各点连成光滑曲线，此曲线就是所测轴承的一个径向截面的油 膜径向压力分布曲线。 四实验方法与步骤 2.测量摩擦系数f与绘制摩擦特性曲线 1）启动电机，逐渐使电机升速，在转速达到250300转时 ，旋动螺杆，逐渐加载到700N（70kg），稳定转速后减速。 2）依次记录转速2502转，负载为70kg时的摩擦力。 3）卸载，减速，停机。 4）根据记录的转速和摩擦力的值计算整理f与 值，按一定 比例绘制摩擦特性曲线如图所示。 四实验方法与步骤 五思考题 1. 哪些因素影响液体动压轴承的承载能力及其油膜的形 成？形成动压油膜的必要条件是什么？ 2. f-曲线说明什么问题？试解释当增加时，为什么在 非液体摩擦区和液体摩擦区f会随之下降和增大？ 六实验报告 轴系结构分析与拼装实验 实验四 一、实验目的 1、熟悉并掌握轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系 2、熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法 3、了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，了解润滑和密封方式 二、实验设备 1、组合式轴系结构实验箱 2、测量及绘图工具（绘图工具学生自备） 三、实验内容与要求 1指导教师根据教学要求给每组 指定实验内容（圆柱齿轮轴系，小圆 锥齿轮轴系或蜗杆轴系分析）。 2分析并测绘轴系部件，画出轴 系部件。 3编写实验报告 四、实验步骤 1明确实验内容，复习轴的结构设计及轴承组合设 计等内容 。 2观察与分析轴承的结构特点。 3绘制轴系装配示意图或结构草图。 4测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距）和零件主要结构尺寸 （支座不用测量）。 5拆卸轴系部件，恢复原状，整理工具，实验结束。 6根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配简图。 （这一步可简略，酌情） 7编写实验报告。 1、观察不同类型轴承的外形和结构特点，轴承代号的标识； 注意轴承的固定、装拆、间隙调整等问题； 2、注意轴的支承方式(如：两端单向固定；一端固定，一端游动) ； 3、轴上零件的定位结构或定位零件（如：定位台阶、弹性挡 圈、圆螺母、套筒等） 4、注意轴的密封形式和密封件（毡圈、橡胶圈、皮碗、油沟等）； 5、注意轴承端盖形式（透盖、闷盖、凸缘式、嵌入式）； 6、套杯的结构形式（正装与反装）。 五、实验中应注意观察与思考的几个问题 注意结构特点， 注意装配方法。 每人编写实验报告一份 内容包括： 实验目的； 轴系类型：（两端固定、一端固定一端游走或两端游走等 ）； 附轴系结构装配简图 说明（简要说明所绘制的轴系中轴上零件特别是齿 轮和 轴承的定位和固定方式、透盖处的密封方式、滚动轴承的安 装调整及润滑等问题 ）。 六、实验报告 参考图 实验五 减速机拆装实验 一、实验目的 通过对拆装用减速器的拆装和分析，达到了解其 中各零件的结构、用途及减速器的装配、调整、 润滑方法。 二、实验设备及工具 1拆装用减速器 2扳手两把，游标卡尺一把，长直尺一把 3铅笔，橡皮，三角尺（自备） 三、实验步骤 1拆卸减速器前，观察其外形，外露零件的相互位置，判断减速器属于 哪种类型。 2拆开箱盖，观察齿轮、轴的结构特点及齿轮在轴上如何定位。 3确定齿轮副的润滑形式。 4通过对轴承结构的分析，了解其结构特点，明确如下问题。 轴承的受力情况如何？为什么采用该形式轴承？为什么这样布置？ 是否要调整轴承的间隙？如何调整？ 轴承盖的形式，结构。 如何保证轴承的润滑？采用哪种润滑剂？ 采用了何种密封装置？ 5分析减速器其它部分（螺栓凸台，吊耳或吊环，加强筋，箱体结合面 ，底座面及螺栓分布，通气螺栓，放油螺栓，油标，观察孔等）的结 构特点、用途及优缺点。 6分析如何调整齿轮啮合。 7分析轴上零件的装配顺序。 四、实验要求 1给出总传动图并在图上标明各齿轮的齿数、旋向 及各级传动比。 2给出分析结果 如轴承类型，轴承润滑方法，轴 承轴向间隙的调整方法，上下箱体结合的联接螺 栓数，箱盖和箱座吊耳（环）及加强筋的数量， 上下箱体之间的定位销的布置，观察孔、启盖螺 钉、通气螺栓、放油螺栓及油标的布置和作用等 。 3测绘其中一轴系，并说明轴上零件的定位和固定 方式（选做）。 五、注意事项 1拆装时要认真负责，观察要仔细。爱护工具和各 构件，拆装用力要适当，以免损坏零件。 2拆出的零件不得乱放，要轻拿轻放，各配合面不 应接触地面和粗糙面，以免碰损。 3拆装结束后，应把减速器按原样装好，点齐工具 并交还指导老师后方可离开。 六、实验报告 内容包括 1总传动图： 2减速器分析：（重点是减速器结构特征的分析） 注：可以比较一下两级圆柱齿轮减速器中展开式 、 分流式及同轴式的各自特点及应用（选做） 3所选轴系的测绘及分析结果：（选做） 二级齿轮减速器 单级齿轮减速器 蜗杆减速器 减速器 减速器 减速器的基本构造 。 减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件所 组成。下图为单级圆柱齿轮减速器的结构图，其基本结构有三大部分 ： 1）齿轮、轴及轴承组合；2）箱体； 3）减速器附件 减速器的基本结构 1-箱座2-箱盖3-上下箱联接螺栓 4-通气器5-检查孔盖板6-吊环螺钉 7-定位销8-油标尺9-放油螺塞 10-平键11-油封12-齿轮轴13-挡油盘 14-轴承15-轴承端盖16-轴17-齿轮18-轴套 减速器的基本构造 齿轮、轴及轴承组合 小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径 相关不大的情况下，如果轴的直径为d，齿轮齿根圆的直径为df，则 当df-d67mn时，应采用这种结构。而当df-d67mn时，采用齿 轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的 周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。 两轴均采用了深沟球轴承。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴 向载荷的情况。当轴向载荷较大时，应采用角接触球轴承、圆锥滚子 轴承或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。图中，轴承是利用齿轮旋 转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅 起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入 轴承。当浸油齿轮圆周速度2m/s时，应采用润滑脂润滑轴承，为 避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润 滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元 件。 减速器的基本构造 箱体 箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够 的强度和刚度。 箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采 用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用 钢板焊接的箱体。 上图中的箱体是由灰铸铁制造的。灰铸铁具有很好的铸造性能和减 振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖 分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量 靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置 联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够 的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定 性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用 完整的平面。图中减速器下箱座底面是采用两纵向长条形加工基面。 减速器的基本构造 附件 为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的 结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排 油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装 等辅助零件和部件的合理选择和设计。 1）检查孔 为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应 在箱体的适当位置设置检查孔。图中检查孔设在上箱盖顶部能直接观 察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。 2）通气器 减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大 ，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润 滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通 气器。 3）轴承盖 为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔 两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。图中采用的是凸 缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔 ，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便， 但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不平整。 减速器的基本构造 4）定位销 为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度 ，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。图中采 用的两个定位圆锥销，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对 称布置，以免错装。 5）油面指示器 检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量 的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器，图中 采用的油面指示器是油标尺。 6）放油螺塞 换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低 位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间 应加防漏用的垫圈。 7）启箱螺钉 为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻 璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接 凸缘的适当位置，加工出12个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱 螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉， 启盖时用起子撬开箱盖，启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓。 8）起吊装置 当减速器重量超过25kg时，为了便于搬运，在箱体设置起 吊装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。图中上箱盖装有两个吊环螺钉， 下箱座铸出四个吊钩。 常用减速器的型式和应用 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动 装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需 要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减 速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组 合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和 多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速 器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器； 按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和 同轴式减速器。常用的减速器型式及其特点和应 用见下表。 常用减速器的型式和应用 实验六 机械设计综合 实 验 主要内容 一、实验目的 二、实验设备 三、实验原理 四、实验步骤 一、实验目的 1）通过测试常见机械传动装置（如带传动、链 传动、齿轮传动、蜗杆传动等）在传递运动与动 力过程中的参数曲线(速度曲线、转矩曲线、传 动比曲线、功率曲线及效率曲线等),加深对常见 机械传动性能的认识和理解； 2） 通过测试由常见机械传动组成的不同传动系 统的 参数曲线，掌握机械传动合理布置的基本 要求； 3） 通过实验认识智能化机械设计综合实验台的 工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养 进行设计性实验与创新性实验的能力。 二、实验设备 本实验在“机械设计综合实验台”上进行。 本实验台采用模块化结构，由不同种类的机械 传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工 控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的 实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连 接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合 性实验或创新性实验。 机械设计综合实验台各硬件组成部件的结 构布局如图3-1所示。 1232423256 78 9 实验台的结构布局 1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件 5-加载与制 动装置 6-工控机 7-变频器 8电器控制柜 9-台座 实验台组成部件的主要技术参数如表31所示。 表31实验台组成部件的主要技术参数 序 号 组成部分技术参数备注 1 变频调速电机 550W YP-50-0.55-4 -B3 2 ZJ型转矩转速 传感器大直齿轮 .规格 5N.m ; 输出讯号幅度 不小于100mV .规格 50N.m; 输出讯号幅度 不小于100mV 3 机械传动装 置(试件) 直齿圆柱齿轮减速 器 i=5 蜗杆减速器 i=10 V型带传动 齿形带传动 Pb=9.525 Zb=80 套筒滚子链传动 Z1=17 Z2=25 WPA50- 1/10 O型带3根 08A型3根 4磁粉制动器 额定转矩: 50 N.m 激磁电流: 2A 允许滑差功率: 1.1Kw 5工控机 PC-500 为了提高实验设备的精度，实验台采用两个 扭矩测量卡进行采样。测量精度达到 0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验 的实际需要。 机械设计综合实验台采用自动控制测试技术 设计，所有电机程控起停，转速程控调节， 负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量 仪，整台设备能够自动进行数据采集处理， 自动输出实验结果，是高度智能化的产品。 其控制系统主界面如图32所示。 图32 实验台控制系统主界面 机械设计综合实验台的工作原理如图33所示。 三、实验原理 运用“机械设计综合实验台”能完 成多类实验项目（表32），教师可 根据专业特点和实验教学改革需要指 定，也可以让学生自主选择或设计实 验类型与实验内容。 类型编号实验项目名称被测试件 项目适用对 象 备 注 A 典型机械传动装 置性能测试 实验 专科 本科 B 组合传动系统布 置优化实验 由典型机械 传动装置按 设计思路组 合 本科 部分被测 试件由教师 提供,或另 购公司的拓 展性实验设 备 C 新型机械传动性 能测试实验 新开发研制 的机械传动 装置 研究生 被测试件 由教师提供 ,或另购公 司的拓展性 实验设备 在带传动、 链传齿轮传 动、