机械设计实验.doc

机械原理与机械设计实验指导书张 宁 编东北林业大学机电工程学院2008年7月目 录一、绘制机构运动简图.1二、渐开线齿廓的范成实验.3三、智能动平衡实验.6四、机构运动方案创新设计实验10五、带传动实验17六、滑动轴承实验24七、轴系结构设计33八、减速器拆装实验37实验一 绘制机构运动简图一、实验目的1）掌握平面机构运动简图测绘及其运动尺寸正确标注的基本方法。2）掌握平面机构自由度的计算和机构运动是否确定的判别方法。3）巩固和扩展对机构的运动及其工作原理的分析能力。二、实验原理机构的运动取决于机构中的构件数目和运动副的数目、种类、相对位置等，与构件的形状和运动副的具体结构无关。用简单的线条或图形轮廓表示构件，以规定的符号代表运动副，按一定比例尺寸关系确定运动副的相对位置，绘制出能忠实反映机构在某一位置时各构件相对运动关系的简图，即机构运动简图。三、实验设备和工具1）机构实物或机构模型若干台套。2）钢直尺、卷尺、精密测绘时还应配备游标卡尺及内外卡钳。3）直尺、铅笔、橡皮、稿纸（自备）。四、实验步骤1）缓慢运动被测机构或模型，从原动件开始仔细观察机构中各构件的运动，分出运动单元，确定机构的构件数目，进而确定原动件、执行构件、机架及各从动件。2）根据直接接触的两构件的联接方式和相对运动情况，确定各运动副的种类、数目和相对位置。3）按类别在某相应的位置上用规定符号画出运动副，并逐个标注运动副代号A、B、C4）将位于同一构件的运动副用简单的线条连接，机架打上斜线表示，高副构件画出构件高副联接处的外廓形状，然后逐个标注上构件的序号1、2、35）测量出运动副之间的距离笔移动副导路的位置尺寸或高度，并将测出的尺寸标注在图上。6）选取适当的比例尺、视图平面和原动件位置，将示意图绘制成机构运动简图。原动件要画上表示运动方向的箭头。长度比例尺按下式计算式中 长度比例； 构件实际尺寸（mm或m）； 简图机构运动中构件的尺寸（mm）。五、注意事项1）测绘出4个机构的运动简图，计算机构自由度，判断机构运动是否确定。2）在机构运动简图中，应正确标注出有关运动尺寸的符号，如杆长、偏心距等。3）注意一个构件在中部与其他构件用转动副联接的表示方法。4）机架的相关尺寸不应遗漏。5）两个运动副不在同一运动平面时，应注意其相对位置尺寸的测量方法。六、思考题1机构运动简图应包括哪些必要的内容？原动件的位置对机构运动简图有何影响？为什么？2自由度大于或小于原动件的数目时，会产生什么结果？3计算机构自由度应注意哪些问题？本实验中有无遇到此类问题？若有，你是如何处理的？实验二 渐开线齿廓的范成实验一、实验目的1) 掌握展成法加工渐开线齿廓的原理2) 通过观察齿条刀具用展成法加工渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及采用变位修正来避免产生根切的方法。3) 了解变位后对齿尺寸产生的影响。二、实验原理齿轮在实际加工中，看不到轮齿齿廓渐开线的形成过程。本实验通过齿轮展成仪来实现轮坯与齿条刀具之间的相对运动过程，并用铅笔将刀具相对轮坯的各个位置记录在图纸上，这样就能清楚地观察到渐开线齿廓的展成过程。齿轮展成仪有许多种结构形式，常用的是采用齿轮齿条啮合传动，其结构如图2-1所示。1托盘 2轮坯分度圆 3滑架 4支座 5齿条（刀具） 6调节螺旋 7、9螺钉 8刀架 10压环图21 齿轮展成仪结构示意图绘图纸做成圆形轮坯，用压环10固定在托盘1上，托盘可绕固定轴O转动。代表齿条刀具的齿条5通过螺钉7固定在刀架8上，刀架装在滑架3上的径向导槽内，旋转螺旋6，可使刀架带着齿条沿垂直方向相对于托盘中心O作役向移动。因此，齿条5既可以随滑架3作水平左右移动，又可以随刀架一起作径向移动。滑架3与托盘1之间采用齿轮齿条啮合传动，保证轮坯分度圆与滑架基准刻线作纯滚动，当齿条5的分度线与基准刻线对齐时，能展成标准齿轮齿廓。调节齿条刀具相对齿坯中心的径向位置，可以展成变位齿轮齿廓。三、实验设备与工具1) 齿轮展成仪。2) 钢直尺、圆规、剪刀。3) 铅笔、三角板、绘图纸（自备）。四、实验步骤（一）展成标准齿轮1）根据所用展成仪的模数m和托盘中心至刀具中线的距离（轮坯与分度圆半径r），求出的被加工标准齿轮的齿数z，再计算出齿顶圆直径da、齿根圆直径df和基圆db。2）在一张图纸上，分别以da、df、db和分度圆d画出4个同心圆，并将图纸剪成直径为da的圆形轮坯。3）将圆形纸片（轮坯）放在展成仪的托盘1上，使二者圆心重合，然后用压环10的螺钉9将纸片夹紧在托盘上。4）将展成仪上的齿条5的中线与滑架3上的标尺刻度零线对准（此时齿条刀具的分度线应与圆形纸片上所画的分度圆相切）。5）将滑架3推至左（或右）极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸片（代表被加工轮坯）上画下齿条刀具5的齿廓在该位置上的投影线（代表齿条刀具插齿加工每次切削所形成的痕迹）。然后将滑架向右（或左）移动一个很小的距离，此时通过啮合传动带动托盘1也相应转过一个小角度，再将齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸片上。连续重复上述工作，绘出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线，这些投影线的包络线即为被加工齿轮的渐开线齿廓。6）按上述方法，绘出23个完整的齿形，如图2-2所示。图22 标准渐开线齿轮轮廓的展成过程（二）展成正位齿轮1）根据所用展成仪的参数，计算出不发生根切现象时的最小系数xmin。然后确定变位系数x（xxmin），计算变位齿轮的齿顶圆直径da、齿根圆直径df。2）在另一张图纸上，分别以da、df、db和分度圆d画出四个同心圆，并将图纸剪成直径为da的圆形轮坯。3）同展成标准齿轮步骤3。4）将齿条5向离开齿坯中心O的方向移动一段距离xm。5）同展成标准齿轮步骤5。6）同展成标准齿轮步骤6，绘出的齿廓如图2-3所示。图2-3 正变位渐开线齿轮轮廓的展成过程五、注意事项1）本实验最好选用模数较大（m15mm）而分度圆较小的展成仪，使z10，以便在展成标准齿轮齿廓时能观察到较为明显的根切现象。2）代表轮坯的纸片应有一定厚度（至少在70g以上），纸面应平整无明显翘曲，以防在实验过程中顶在齿条5的齿顶部。为了节约实验时间与纸片，亦可将标准齿轮与变位齿轮的轮坯以直径为界画在同一张纸上使用。3）轮坯纸片装在托盘1上时应可靠，在实验过程中不得随意松开或重新固定，否则可能导致实验失败。4）在做实验步骤5时，应自始至终将滑架从一个极限位沿一个方向逐渐推动直到画出所需的全部齿廓，不得来回推以免展成仪啮合间隙影响实验结果的精确性。5）画出齿廓的轮坯纸片连同实验报告作为实验结果交指导教师审阅。六、思考题1. 齿廓根切现象是怎样产生的？如何避免？2. 齿廓曲线是否全是渐开线？3. 最小变位系数xmin如何确定？4. 变位后齿轮的哪些尺寸不变？齿轮尺寸将发生什么变化？实验三 智能动平衡实验一、实验目的1学习和掌握刚性转子动平衡实验的基本原理和转子动平衡过程。2了解DPH-1型智能动平衡机的工作原理和操作方法。3了解利用先进的计算机虚拟测试技术、数字信号处理技术和小信号提取方法，达到智能化检测回转件的动平衡。4培养操作、使用先进设备的动手能力和工程实践能力。二、实验设备组成与工作原理实验设备机械传动系统和测控系统组成，此机械传动系统是在减振底座上，安装了左、右两个硬支撑机架，转子放在机架的V型槽上，在圈带传动的驱动下工作。测控系统由计算机、数据采集器、高灵敏度有源压电力传感器和光电相位传感器等组成。 当被测转子在部件上被拖动旋转后，由于转子的中心惯性主轴与其旋转轴线存在偏移而产生不平衡离心力，迫使支承做强迫震动，安装在左右两个硬支撑机架上的两个有源压电力传感器感受此力而发生机电换能，产生两路包含有不平衡信息的电信号输出到数据采集装置的两个信号输入端；与此同时，安装在转子上方的光电相位传感器产生与转子旋转同频同相的参考信号，通过数据采集器输入到计算机。 计算机通过数据采集器,采集左、右支撑压电信号及相位触发信号见图3-1，此三路信号由虚拟仪器进行前置处理、跟踪滤波、幅度调整、相关处理、FFT变换、校正面之间的分离解算、最小二乘加权处理等。最终算出左右两面的不平衡量（g）、校正角（）及实测转速（rad/min）。与此同时，给出实验过程的数据处理方法，FFT方法的处理过程，曲线的变化过程，使同学们加深印象，一目了然。 相位触发信号 计 算 机数据采集系统 左支撑压电信号右支撑压电信号 图3-1三技术性能与参数1技术性能1）虚拟智能化测试，仪器界面2）硬支承动平衡的A、B、C尺寸法解算，永久定标具有六种支承方式3）运行状态实时提示4）具有剩余不平衡量差设置功能，自动提示合格2技术参数1）工件质量范围：0.15 kg2）工件最大外径：260 mm3）两支承间距离：50400 mm4）支承轴径范围：330 mm5）圈带传动处轴径范围：2580 mm6）电机功率： 0.12 kw7）平衡转速： 1200 r/min or 2500 r/min8）最小可达残余不平衡量: 0.3g mm/kg 9）一次减低率：90%10）动态范围： 60dB11）测量时间： 3s 12）外形尺寸： 500*380*45013）动平衡机质量：50 kg四实验操作步骤1连接调好的实验台和计算机测试系统间的USB通信线，并装上密码狗。2双击桌面“测试程序”快捷方式后，打开实验台电源开关，再打开电机电源开关，通道选择为第0通道，点击“开始测试”按钮。这时应看到绿、白、蓝三路信号曲线。3三路信号正常后，点击“退出测试”按钮，退出“测试程序”。4双击桌面“动平衡实验系统”快捷方式后，进入虚拟仪器面板，点击左上方“设置”菜单中“模式设置”功能键，选择A或其它模型，按“确定”按钮。5测量转子轴向尺寸A、B、C及转子半径R，并输入各自对应窗口后，点击“保存当前配置”按钮。6点击左上方“设置”菜单中“系统标定”功能键，在仪器标定窗口中各小窗口的显示为0，测量次数选定为本10，点击“开始标定采集”按钮开始，在测试原始数据栏中，只要有数据表示正常，反之不正常。7在标定数据输入栏输入左、右不平衡量（各为2g）及左、右方位度数（各为0），数据输入后点击“开始标定采集”按钮开始采集。此时可点击“详细曲线显示”按钮进入采集数据分析窗口，观察标定过程后，点击“退出曲线显示”按钮。待测试十次完成后，点击“停止标定”按钮，停止测试，点击“保存标定结果”按钮。点击“退出标定”按钮，返回到动平衡实验系统虚拟仪器面板界面，这时方可开始实验。8点击“自动采集”按钮，采集35次数据比较稳定后，点击“停止测试”按钮。观察是否达到平衡要求，未达到继续进行第8步。9当左、右两平衡平面都0.3克（达到平衡要求）时，在“滚子平衡状态”栏出现红色标志，点击“停止测试”按钮。10点击“打印试验结果”按钮，出现“动平衡试验报表”，可以看到整个实验过程及结果，点击“打印机标志”输出“动平衡试验报表”后，点击“Close” 按钮，返回动平衡实验系统虚拟仪器面板界面后，点击右下方“退出测试”按钮，返回桌面，结束实验。五实验数据记录实验机名称： 实验机编号：平衡次数左平衡平面右平衡平面不平衡质量（g）所在相位（）不平衡质量（g）所在相位（）12345要求平衡等级达到平衡等级注：平衡次数以达到平衡质量为标准。六实验结果（打印动平衡试验报表）七观察与思考1哪些类型的试件需要进行动平衡实验？实验的理论依据是什么？试件经动平衡后是否还要进行静平衡，为什么？2观察分析各种利用转子不平衡工作和未达到平衡要求的机器的运转情况，对不平衡的危害及利用建立感性认识。八心得和建议实验四 机构运动方案创新设计实验一、实验目的1加深学生对机构组成理论的认识，熟悉杆组概念，为机构创新设计奠定良好的基础；2利用“机构运动方案创新设计实验台”提供的零件，拼接各种不同的平面机构，以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力；3训练学生的工程实践动手能力；4基于机构组成原理的拼接设计实验；基于创新设计原理的机构拼接设计实验；课程设计、毕业设计中的机构系统方案的拼接实验；课外活动（如机械设计大赛）中的机构方案拼接实验。二、实验设备及工具1机构运动方案创新设计实验台零件及主要功用（参看“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”）1# 凸轮和高副锁紧弹簧：凸轮基圆半径为18mm，从动推杆的行程为30mm。从动件的位移曲线是升回型，且为正弦加速度运动；凸轮与从动件的高副形成是依靠弹簧力的锁合。2# 齿轮：模数2，压力角200，齿数34或42，两齿轮中心距为76mm。3# 齿条：模数2，压力角200，单根齿条全长为422mm。4# 槽轮拔盘：两个主动销。5# 槽轮：四槽。6# 主动轴：动力输入用轴。轴上有平键槽，利用平键可与皮带轮联接。7# 转动副轴（或滑块）3：主要用于跨层面（即：非相邻平面）的转动副或移动副的形成。8# 扁头轴：又称从动轴，轴上无键槽，主要起支撑及传递运动的作用。9# 主动滑块插件：与主动滑块座配用，形成作往复运动的滑块（主动构件）。10# 主动滑块座和光槽片：与直线电机齿条固连形成主动构件，且随直线电机齿条作往复直线运动。光槽片在光槽行程开关之间运动以控制直线电机齿条的往复行程。11# 连杆（或滑块导向杆）：其长槽与滑块形成移动副，其圆孔与轴形成转动副。12# 压紧连杆用特制垫片：固定连杆时用。13# 转动副轴（或滑块）2：轴的一端与固定转轴块（20#）配用时，可在连杆长槽的某一选定位置形成转动副，轴的另一端与连杆长槽形成移动副。14# 转动副轴（或滑块）1：用于两构件形成转动副。15# 带垫片螺栓：规格M6，转动副轴与连杆之间构成转动副或移动副时用带垫片螺栓联接。16# 压紧螺栓：规格M6，转动副轴与连杆形成同一构件时用该压紧螺栓联接。17# 运动构件层面限位套：用于不同构件运动平面之间的距离限定，避免发生运动构件间的运动干涉。18# 电机皮带轮、主动轴皮带轮和皮带涨紧轮：电机皮带轮为双槽，可同时使用两根皮带分别为两个不同的构件输入主动运动。主动轴皮带轮和皮带涨紧轮分别与主动轴配用。19# 盘杆转动轴：盘类零件（1#、2#、4#、5#、22#）与连杆构成转动副时用。20# 固定转轴块：用螺栓（21#）将固定转轴块锁紧在连杆长槽上，13#件可与该连杆在选定位置形成转动副。21# 螺栓和特制螺母：用于两连杆之间的联接；用于固定形成凸轮高副的弹簧；用于锁紧联接件。22# 曲柄双连杆部件：一个偏心轮与一个活动圆环形成转动副，且已制作成一组合件。23# 齿条导向板：用两根齿条导向板将齿条（3#）夹紧其间，并形成一导向槽，可保证齿轮与齿条的正常啮合。24# 转滑副轴：轴的扁头主要用于两构件形成转动副；轴的圆头用于两构件形成移动副。25# 与直线电机齿条啮合的齿轮用轴：与直线电机齿条啮合的齿轮（26#）配用，可输入往复摆动的主动运动。26# 与直线电机齿条啮合的齿轮：与直线电机齿条啮合的特制齿轮。27# 标准件：安装电机座和行程开关支座用内六角螺栓、平垫。28# 滑块：用于支撑轴类零件，与实验台机架（29#）上的立柱配用。29# 实验台机架：机构运动方案拼接操作台架。30# 立柱垫圈：锁紧立柱时用。31# 锁紧滑块方螺母：起固定滑块的作用。32# 39# 参看“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”中的说明。40# 直线电机、旋转电机：直线电机为主动构件输入往复直线运动或往复摆动运动；旋转电机为主动构件输入旋转运动。41# 42# 参看“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”中的说明。直线电机: 10mm/s。直线电机安装在实验台机架底部，并可沿机架底部的长槽移动电机。直线电机的齿条为机构的主动构件输入直线往复运动或往复摆动运动。在实验中，允许齿条单方向的最大直线位移为290mm，实验者可根据主动滑块的位移量(即直线电机的齿条位移量)确定两光槽行程开关的相对间距，并且将两光槽行程开关的最大安装间距限制在290mm范围内。直线电机控制器：参见控制器面板图所示。本控制器采用电子组合设计方式，控制电路采用低压电子集成电路和微型密封功率继电器，并采用光槽作为行程开关，极具使用安全。控制器的前面板为LED显示方式，当实验者面对控制器的前面板观看时，控制器上的发光管指示直线电机齿条的位移方向。控制器的后面板上置有电源引出线及开关、与直线电机相连的4芯插座、与光槽行程开关相连的5芯插座和1A保险管。IEP直线电机控制器武汉易普发光管控制器的前面板图直线电机 行程开关 220VAC 2A OFF4芯插座 5芯插座 220V电 保险管座 电源开关 源引出线 控制器的后面板图直线电机控制器使用注意事项： 严禁带电进行连线操作；若出现行程开关失灵情况，请立即关闭直线电机控制器的电源开关；直线电机外接线上串连接线塑料盒，严禁挤压、摔打塑料盒，以防塑料盒破损造成触电事故发生。旋转电机：10转/min，旋转电机安装在实验台机架底部，并可沿机架底部的长形槽移动电机。电机上连有220V、50HZ的电源线及插头，连线上串联电源开关。旋转电机控制器使用注意事项：旋转电机外接连线上串联接线塑料盒，严禁挤压、摔打塑料盒，使用中轻拿轻放，以防塑料盒破损造成触电事故发生。2、工具M5、M6 、M8内六角搬手、6或8英寸活动搬手、1米卷尺、笔和纸。三、实验原理任何机构都是由自由度为零的若干杆组，依次联接到原动件（或已经形成的简单的机构）和机架上的方法所组成。四、实验方法与步骤（仅供学生在实验中参考）1、掌握实验原理。2、根据上述“二、实验设备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的零件组成及零件功用。3、自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。4、将拟定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分，并用机构运动简图表示之。5、拼装机构运动方案，并记录由实验得到的机构运动学尺寸。五、杆组的概念、正确拆分杆组及拼装机构1、杆组的概念任何机构都是由机架、原动件和从动件系统，通过运动副联接而成。机构的自由度数应等于原动件数，因此封闭环机构从动件系统的自由度必等于零。而整个从动件系统又往往可以分解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组，称为组成机构的基本杆组，简称杆组。根据三族平面机构的数综合和结构公式，基本杆组应满足的条件：其中活动构件数n，低副数P5和高副数P4都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。当n = 1, P5 = 1, P4 = 1时即可获得单构件高副杆组，常见的有如下几种：图4-1 单构件高副杆组当 P4 = 0时，称之为低副杆组，即因此满足上式的构件数和运动副数的组合为： n = 2, 4, 6, P5 = 3, 6, 9。最简单的杆组为n = 2, P5 = 3，称为级组，由于杆组中转动副和移动副的配置不同，级杆组共有如下五种形式：图4-2 平面低副级组n = 4, P5 = 6的杆组称为级杆组，其形式较多，图4-3所示的是几种常见的级杆组：图4-3 平面低副级组2、机构的组成原理 根据如上所述，可将机构的组成原理概述为：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的方法来组成。这是本实验的基本原理。3、正确拆分杆组正确拆分杆组的三个步骤：1) 先去掉机构中的局部自由度和虚约束，有时还要将高副加以低代；2) 计算机构的自由度，确定原动件；3）从远离原动件的一端（即执行构件）先试拆分级杆组，若拆不出级组时，再试拆级组，即由最低级别杆组向高一级杆组依次拆分，最后剩下原动件和机架。正确拆组的判定标准是：拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必须仍为一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件，不许有不成杆组的零散构件或运动副存在，否则这个杆组拆得不对。每当拆出一个杆组后，再对剩余机构拆组，并按第3）步骤进行，直到剩下与机架相联的原动件为止。图4-4 杆组拆分例图如图4-4所示机构，可先除去K处的局部自由度；然后，按步骤2）计算机构的自由度F = 1,并确定凸轮为原动件；最后根据步骤3）的要领，先拆分出由构件4和5组成的级组，再拆分出由构件3和2及构件6和7组成的两个级组及由构件8组成的单构件高副杆组，最后剩下原动件1和机架9。4、正确拼装运动副及机构运动方案根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。拼接中应注意各构件的运动平面是相互平行的，所拼接机构的延伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。实验五 带传动实验一、概述靠摩擦力传递动力或运动的摩擦型带传动（如平带、V带等），由于中间元件传动带所具有的挠性，使带传动在工作中产生紧连拉力F1与松边拉力F2，由紧边拉力计算式和松边拉力计算式（式中，F0为带的预紧力；F为工作载荷要求的有效圆周力。）可以看出，由于紧边和松边的拉力不同，造成带的紧边和松边的拉伸变形不同，因而不可避免地会产生带的弹性滑性。由于弹性滑动的影响，从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，我们把v2低于v1的降低率称为滑动率： （51）滑动率的值与发生弹性滑动的强弱有关，也就是与工作载荷要求的有效圆周力有关。在做该项实验过程中可以观察到，随着工作载荷的增加，从动轮的圆周速度v2与主动轮的圆周速度v1的差值越来越大，即值越来越大。当工作载荷要求的有效圆周力F超过带与带轮间的摩擦力极限值时，带开始在轮面上打滑，滑动率值急剧上升，带传动失效。这就是带传动实验中的滑动率实验。带传动实验的第二项内容是求带传动的工作效率。机械传动的工作效率是输出功率P2与输入功率P1的比值，即。带传动工作时，由于弹性滑动的影响，造成带的摩擦发热和带的磨损，也使传动效率降低。从机械设计手册中查到的带传动效率值，是在预紧力F0、工作载荷F、带的圆周速度v都达到设计的预定值时的最高效率值，如果预紧力F0、工作载荷F、带的圆周速度v都达到设计的预定值时、则效率值低于最高效率值。带传动效率实验是在预定融的圆周速度v值、预紧力F0值条件下，工作载荷F由小至大过程中，效率的变化状况。如果预紧力F0超过设计的预定值，虽然效率值有所提高，但将使带的磨损加剧，温升增高，寿命下降。根据公式 （52） （53）式中，P1、P2为输入、输出功率，单位为kW；T1、T2为输入、输出转矩，单位为Nm；n1、n2为输入、输出转速，单位为r/min。效率值可表示为 （54）一般实验台在测量带传动工作效率时，不是测量的输出功率P2与输入功率P1，而是测量的转矩T1、T2和转速n1、n2，在求带传动的工作效率值时，可用式（54）求解。二、实验目的（1） 了解带传动实验台结构及工作原理。（2） 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。（3） 了解带传动在不同初拉力、不同转速下的载荷与滑动率、载荷与效率的关系。（4） 掌握转矩、转速的基本测量方法。（5） 绘制带传动的滑动率曲线和效率曲线。三、实验台结构及工作原理带传动实验台由主动部分、从动部分、环形带（平带或V带）、带的预紧装置、带轮测速装置、电动机与发电机的测量装置、电器控制箱和负载装置等组成，分别介绍如下。1. 主动部分图51所示，由一台355W直流变速电动机3和装在电动机主轴上的主动带轮一起安装在可左右直线移动的滑动平台上，滑动平台与皮带预紧装置相联一起安装在机座的导轨上。在砝码重力的作用下，经导向滑动轮可使滑动平台向左移动，从而使套在主、从动轮上的环形带张紧，使带产生预紧力F0。改变砝码的重量，即可改变平带（或V带）的预紧力F0值。1皮带预紧装置；2主动带轮；3电动机；4杠杆 5电动机测矩装置； 6皮带； 7发电机测量装置； 8杠杆； 9发电机； 10从动带轮图51 实验台结构简图2. 从动部分图51所示，由一台355W直流发电机9和装在发电机主轴上的从动带轮10组成。发电机由套在从动带轮上的平带如V带拖动，与主动带轮一起转动。发电机的电路输出部分与负载装置相联接。3. 负载装置由9只40W直流灯泡分级并联的专用负载组成（图略），负载箱的电路与直流发电机的电路联接。当带传动达到预定的转速时，逐个开启负载箱上的灯泡，用以消耗发电机发出的电能，使发电机的转子不断增加阻力矩，即不断提高工作载荷要求的有效圆周力F值，使带的紧边拉力F1与松边拉力F2的差值越来越大。当灯泡开启的足够多时，即有效圆周力F超过带的摩擦极限时，带开始在轮面上打滑，此时滑动率值急剧上升，效率急剧下降。负载大小的改变，是靠改变负载箱上灯泡开启的个数，来改变发电机电能的消耗，也就改变了负载的大小。4. 电器控制箱图52所示，电器控制箱与主动部分的电动机相联接，可调控电动机的转速。与测速装置相联，可显示主、从动轮的转速n1和n2。与测矩装置相联，可显示主、从动轮的转矩T1和T2。控制箱不与发电机相联。控制箱面板上的黑色调速旋钮可用来调整电动机的转速。由测速装置采集的主动轮与从动轮的转速信号，可从控制箱面板上的两个转速窗口显示出来。由电动机与发电机侧面压力传感器上采集的转矩信号，可从控制箱面板上的两个转矩窗口显示出来。1电源开关； 2电动机转速； 3电动机转矩； 4调整旋钮； 5发电机转速； 6发电机转矩图52 电器控制箱面板简图5. 测速装置 在电动机和发电机的定子上，分别装有一个测速用的霍尔传感器，在主动带轮和从动轮的背面分别装有一个永磁铁块，（图51中未画出）。当带轮转动时，带轮背面的磁块每转一周，经过一次霍尔传感器光源，就会有一个电磁波信号被记下来。这些信号由电器控制箱转换成数字，由转速显示窗口显示出来。6. 测矩装置在距直流电动机轴线右侧100mm处装有一个压力传感器（压力传感器是测力大小的），在距直流发电机轴线左侧100mm处也装有一个压力传感器（见图51）。在电动机与发电机定子的左、右侧分别装有一个杠杆，在电动机和发电机不转动时，杠杆的端部轻轻压在压力传感器凸起的探头上。因为压力传感器的中心到电动机和发电机轴线的距离分别是100mm，所以测力杆长L1=L2=100mm。此实验台电动机与发电机的定子安装结构与一般电机定子安装结构不同，采用的是定子悬浮式安装。在电动机和发电机定子的两端各伸出一段空心轴，空心轴上安装一对滚动轴承，滚动轴承与电机一起安装在两个轴承支座上，轴承支座固定在机座上（见图52）。当电动机和发电机转子转动时，在转子转矩作用下，定子也可绕轴线转动。此时，安装在定子侧面的杠杆被压力传感器凸起的探头支撑住，给杠杆一个支反力，使定子不能与转子一起转动。根据转矩平衡条件，传感器所受的压力（也就是杠杆所受的支反力）乘以杠杆臂长L(100mm)，即是电机定子的转矩（也就是转子的转矩）。电器控制箱的转矩显示窗口可直接显示电动机的转矩T1和发电机的转矩T2（见图52）。变换预紧力F0值、工作载荷F值、皮带转速n值，可求出一系列不同工作条件下的转矩T1与T2值。四、实验设备主要技术参数传动带类型 平带（或V带）平带截面积 （为带厚，b为带宽）带轮直径 D1=D2=125mm（传动比i=1）杠杆臂长 L1=L2=100mm带轮包角 带张紧方式 自动张紧五、实验步骤（1）实验操作准备: 检查实验台,使实验台各机件处于完好状态。 接通电源前，先将实验台的电源开关置于“关”的位置。 打开实验台电源开关，电源指示灯亮，电器控制箱预热20min后，再启动电机。 将传动带套在主动带轮和从动带轮上，轻轻向左拉移电动机，并在预紧装置的砝码盘加适当重量的砝码，作为带传动的初拉力。 检查负载臬开关，使它们都置于断开状态。 将电器控制箱面板上的调速旋钮逆时针放置到底，即置于电动机转速为零的位置。（2）调整砝码，使传动带的初拉力达到预定值，第一次加砝码30N。（3）顺时针方向慢慢旋转调速按钮，使电机转速由低到高，直到电机转速显示为止（转速显示窗同时显示出n2转数），此时，转矩显示窗口也同时显示出主、从动轮在空载情况下的工作转矩T1、。待运转稳定后，记录下测试测试结果n1、n2和T1、T2。（4）打开负载箱的第一个灯泡，给从动轮第一次加载。当载荷增加时，转速n1有所下降，需把主动轮转速再调至，待运转稳定后第二次记录n1、n2和T1、T2。（5）打开第二个灯泡（第二次加载），再把主动轮转速再调至，运转平稳后第二次记录n1、n2、T1、T2。（6）按照操作步骤（4）、（5）逐级加载，每加一次负载都要调一次转速，使电动机转速n1始终保持在，依次记录下n1、n2、T1、T2，直至带传动打滑。（当（）时，带传动已进入打滑区域，操作速度要慢，运转稍长些）。待明显打滑后（从动轮转速急剧下降，负载箱灯泡逐渐变暗），及时记录n1、n2、T1、T2值。然后逐个关闭灯泡，不必降速。（7）改变初拉力，加砝码至40N，转速调至，重复实验步骤（2）（6）。（8）初拉力40N不变，转速调至，重复实验步骤（2）（6）。（9）实验结束后，将调整旋钮逆时针方向慢慢旋转到底，再关掉电源开关，然后切断电源，取下砝码。（10）整理实验数据，作出实验报告。六、数据记录及数据处理1. 数据记录表序号F0/Nn1/(rmin-1)n2/(rmin-1)/%T1/(Nm)T2/(Nm)/360.25692307006990.140.570.47823307026970.710.780.69884306996852.00.970.90905678910注：F0预紧力；n1、n2为主、从动轮转速；为滑动率；T1、T2为主、从动轮转矩；为效率2. 滑动率及传动效率的数据处理（1）滑动率的计算：式中，i为传动比，因本实验台的带轮直径D1=D2，所以，i1（2）传动效率的计算计算见式（54）。（3）绘制滑动率曲线和传动效率曲线：从上述的实验数据记录中看出，T1、n1、n2值随载荷T2值的改变而改变，由此计算出一系列不同初拉力、不同转情况下的滑动率值与效率值。用绘图的方式可以更直观地看出滑动率与载荷的关系、滑动率与效率的关系。图53 滑动曲线、效率曲线图 由图53可以看出，曲线上的A0点是临界点，其左侧为弹性滑动区，是带传动的正常工作区域，随着载荷的增加，滑动率逐渐增加。当载荷增加到超过临界点后，带传动进入打滑区域，使带传动不能正常工作，应当避免。 实验六 滑动轴承实验 一、概述 通过本实验台可作以下实验： 1观察动压油膜形成的过程与现象； 2测量滑动轴承在刚启动时的磨擦力矩及磨擦系数； 3绘制滑动轴承的特性曲线； 4绘制滑动轴承径向油膜压力分布及承载量曲线。 A型滑动轴承试验台是在2型试验台的基础上改进而成的，所有压力表均改用压力传感器，各点的压力值开关切换，在数显表上直读；另外，测力矩装置和测速装置也全部采用数显表显示。试验台测试稳定，显示直观，操作方便。 二、实验台结构和工作原理 实验台的结构如图6-1所示，实验台主要由被测滑动轴承部分、动力传动部分、加载装置和电控测试机箱组成。图6-1实验台的结构1被测滑动轴承部分 用青铜材料制成包角为180的半轴瓦4置于轴3的上半部，轴的下半部浸在装有45号机油的油池中，当轴旋转时，将机油带进轴与轴瓦之间形成动压油膜。在半轴瓦的中间位置每隔断2230，沿径向各钻一个1的小孔，共七个(图6-2)，每一个小孔都各与一个压力传感器相连，用来测量沿轴瓦圆周各点径向动压油膜的压力值。 图6-2 轴瓦油孔分布图滑动轴承主要数数据： 1)轴瓦 材料 ZQAL9-4 表面粗糙度 1.6 宽度7.5cm 2)轴承 材料 45 号钢 表面粗糙度 0.8 宽度6.0cm 3)电机 型号 130S202 额定功率 p = 355W 额定转速 n=1500r.p.m4)V型带 型号 O型 内周长 L=1120 根数Z=2 中心矩a=350 传动比 i=3.175 5)润滑油牌号 45号机油 粘度 q=O.34(pa.S) 6)加力杠杆比 42.627 7)测矩杠杆长度 L=230mm 2动力传动部分 选用355W直流调速电机13作动力，通过V型带12减速传动(减速比i=3.175)，驱动轴旋转。 3加载装置 加载分二部分：一部分是轴瓦4、加载杠杆系统7、8及其传递机构等自重加在轴瓦上，这部分为固定载荷；另一部分是砝码重力通过杠杆系统7、8产生的作用力作用在轴瓦上(杠杆比为42.627)，是加在轴瓦上的可变载荷。 4电控、测试装置，其电原理如图6-3所示。采用自耦变压器，改变交流电压，然后通过整流实现电动机的调速。图6-3 滑动轴承电控原理及信号流程图 1)用数字转速计测量轴的转速。 2)利用油膜形成指示电路如图6-4，通过控制箱面板上的油膜指示灯的明暗程度来显示油膜的形成。图6-4 油膜形成指示电路 3)摩擦力矩测量装置 轴瓦与测矩杠杆14连接在一起，由于轴与轴瓦之间有压力，当它们有相对运动时，就产生摩擦力矩，轴瓦要沿摩擦力矩方向转动，而与轴瓦相连的测矩杠杆14的一端装有触头，触头压在测力传感器9上，就产生相应的反力矩来平衡摩擦力矩。所以，通过测力传感器就可以测量出摩擦力矩并算出轴瓦上所作用的摩擦力。且在摩擦力矩数显表上直接读取摩擦力矩值。 4)油膜压力值的测量装置 如图6-2，轴瓦上有7个径向小孔，每一个小孔相应都与一个压力传感器相联接，动压油膜形成后，由设在控制面板上的油膜压力及磨擦力矩数显表来显示。它们是通过选择开关的l7按键来切换，可选择显示出轴瓦圆周各点的径向油膜压力，从而得到油膜压力的分布。 三、实验原理 轴瓦4与测矩杠杆14联成一体，压在轴上，直流电动机13通过V型传动带12驱动轴3旋转，箱体内装有足够的润滑油，轴将润滑油带到轴与轴瓦之间，当轴不转时，轴与轴瓦之间是直接接触的。开始启动时，当轴转速很低，轴与轴瓦之间处于半干摩擦状态，当轴的转速达到足够高时，在轴与轴瓦之间形成动压油膜，将它们完全隔开。 当轴旋转时，由于摩擦力矩的作用，在测矩杠杆14与传感器9的触点处产生作用力Q，其大小可由测力表显示。 设轴与轴瓦之间的摩擦力为F，根据力矩平衡条件，可得： Fd/2 = QL (gmm) (6-1) F = 2L/d (g)式中：d - 轴的直径(60mm) L - 测力杠杆的力臂长(230mm)(轴中心至测矩杠杆触头一端的距离) 而作用于轴瓦上的载荷W是由砝码通过加载杠杆系统7、8加上去的，它还包括加载系统和轴瓦的自重。故有： W = iG + Go = 42.627 G + 342 式中：G - 砝码6的重力 G。- 轴瓦、传感器等自重为342 N i - 加载系统杠杆比为42.627 因此轴与轴瓦之间的摩擦系数f可用下式计算： f = FW (6-2) 而单位压力q可用下式计算： q = WdB (Mpa) 式中：B - 轴瓦宽度(mm) 在轴瓦宽度的中间，沿圆周均布钻有7个直径为lmm的小孔(图6-4)，每个小孔联接一个压力传感器，当轴的转速达到一定数值，在杠杆系统上加适当的砝码重量，轴与轴瓦间就会形成动压油膜，呈液体摩擦状态。此时，从压力表上就可看到滑动轴承沿圆周各点的径向油膜压力，记录下各压力表上显示的压力值，选定一定比例尺，便可绘制出径向油膜压力分布曲线(图6-6) 四、实验操作 1测启动摩擦系数。 此时，加载砝码盘上不加砝码，仅有加载系统本身自重。 接通电源，打开开关(注意：在打开电源开关前，要把“调速”旋钮逆时针方向旋到底，即使电机转速为0)，然后，慢慢地顺时针方向转动调速旋钮，使电机启动，当轴刚刚有启动趋势时，读出摩擦力矩的最大数值。为了实验数据准确，应作三次测试，取其平均值。将所测数据记录于表 1。根据记录的数据代入(6-1)、(6-2)式子，求出启动时的摩擦力矩和摩擦系数。并求出平均值。 2观察油膜形成过程 开机前，将油膜指示灯线夹子夹在任一油路的铜管上，由于此时轴与轴瓦之间没有油膜，油膜指示灯亮。启动电机，慢慢地顺时针方向转动调速旋钮，电机低速转动后，轴瓦与轴之间逐渐形成油膜，油膜指示灯就由亮变暗直到熄灭。观察完毕后，取下油膜指示灯线夹子。3测绘滑动轴承的特性曲线 在一定载荷的条件下，测各种转速下轴与轴瓦之间的摩擦力矩。徐徐启动电机，当电机刚有转动趋势时，记下最大摩擦力矩读数，当电机转动后，同时记下轴的转速n及摩擦力矩读数T。继续提高电机转速，同时记n及T。多次重复此步骤，记下一组n及T数据，记录于表2中，最后经过处理即可绘出特性曲线。如图6-5。 图6-5 滑动轴承nqf特性曲线 为粘度近似地看做一个常数。根据查表可得45号机械油在室温(20)时的动力粘度=0.34paS，而n为转速，是个变量，可实际测得。q为平均单位载荷(也称比压)可用下式计算： q = W/dB (Mpa) 式中：W为载荷；d为主轴的直径；B为轴瓦宽度。 从特性曲线图6-5，可以看出，摩擦系数