机械基础实验B(二)解析

nnnnPT.n机械性能和工作能力的测试与分析带传动实验 22 (2)测定带传动的滑动功率。 (3)观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。2．实验原理带传动是广泛应用的一种传动，其性能试验为机械设计教学大纲规定的必做的实验之一。带传动是靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。在传递转矩时带在传动过程中紧边与松边所受到的拉力不同，因此，在带与带轮间会产生弹性滑动。这种弹性滑动是不可避免的。当带传动的负载增大到一定程度时，带与带轮间会产生打滑现象。通过本实验可以观察带传动的弹性滑动和打滑现象，形象地了解带传动的弹性滑动与打滑现象与有效拉力的关系，掌握带传动的滑动率及效率的测试方法。 (1)带传动的滑动率测定主从动轮直径为d，d，主从动带轮转速n、n，由于带传动存在弹性滑动，使从动轮圆周速度v小于12122主动轮圆周速度v，其速度降低程度用滑动率表示：2111当d=d时，=12%n1d，d——主从动带轮基准直径；2v、v——主、从动带轮的圆周速度；12n、n——主、从动带轮的圆周速度；12 (2)皮带传动效率n的测定n=2=22%PT.nPPTTPPTTn、n——主、从动带轮的圆周速度；121．DCS-II带传动实验台主要技术参数(2)主动电机调速范围：500~2000转/分(3)额定转矩：T=0.24N.M=2450g.cm(4)实验台尺寸：长×宽×高＝600×280×300(5)电源：220V交流2．实验设备的结构特点(1)机械结构本实验的机械部分，主要由两台直流电机组成，如图3.1所示。其中一台作为原动机，另一台则作为负载对原动机，由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压实现无级调速。78654321101112对发电机，每按一下“加载”按键，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。迫使拉钩作用于拉力传感器，传感器输出的电讯号正比于T1、T2，因而可以作为测定T1、T2的原始讯号。改变砝码大小，即可改变带传动的预拉力F。0两台电机的转速传感器(红外光电传感器)分别安装在带轮背后的环形槽(图中未表示)中，由此可获得必需的转速信号。(2)电子系统带传动机构22数测试仪或计算机，这时测试仪或计算机就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线e－T及效率曲线22(3)操作部分加载加载保持78清零送数转速Ⅰ转矩Ⅰ转速Ⅱ转矩Ⅱ11234被动力矩调零4、主动力矩调零1．人工记录操作方法(1)不同型号传动带需在不同预拉力F的条件下进行试验，也可对同一型号传动带，采用不同预拉力，试00(2)接通电源在接通电源前首先将电机调速旋钮逆时针转至“最低速”(0速)位置，按电源开关接通电源，按“清零”预定转速(本实验建议预定转速为1200~1300转/分左右)时，停止转速调节。此时，从动电机转速也将稳定的显示在显示屏上。(3)转矩零点及放大倍数调整在空载状态下调整机台背面(参见图3.4)调零电位器，使被动转矩显示(参图3.3)上的转矩数0~0.030N.m，主动轮在0.050~0.090N.m。待调零稳定后(一般在转动调零电位器后，显示器跳动2~3次即可达到稳定值)按加载键一次，最左边量略大于被动轮转矩增量(一般出厂时已调好)。显示稳定后按清零键，再进行调零。如此反复几次，即可完成转矩零点数放大倍数调整。(4)加载在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按“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，待显示基本稳定后记下主、被动轮的转矩及转速值。再按“加载”键一次，二个加载指示灯亮，再调整主动电机转速，(此时，只需细调电位器进行转速调节)，待显示稳定后再次记下主、被动轮的转矩及转速。第三次按“加载”键，三个加载指示灯亮，同前次操作，记录下主、被动轮的转距、转速。2222在记录下各组数据后，应先将电机粗调旋钮逆时针转至“关断”状态，然后将细调电位器逆时针转到底。再按“清零”键。显示灯泡全部熄灭，机构处于空载状态，然后再关闭电源。为便于记录数据，在试验台的面板上还设置了“保持”键，每次加载数据基本稳定后，按“保持”键即可使转矩、转速稳定在当时的显示值不变。按任意键，可脱离“保持”状态。(1)连接试验台与MEC－B测试仪子与测试仪后板接地端子(消除干扰)。(2)测试仪参数预置打开测试仪电源，通过键盘置入:4N4NN4N4其中×××在此表示对试验台的转矩输出电压信号5V时所对应的力矩值(参见测试仪使用说明书)。一般334333NN待命状态。测试仪CRT显示曲线e－T2、n－T2坐标图。(3)设定试验台预拉力F及接通电源启动电机(同前一节)。0(4)试验台转矩零点及放大倍数调整(同前一节)。(5)加载。再按“加载”键一次，加载二点，显示稳定后再按测试仪EXEC键，显示第二次加载的转矩转速值。TNm)2maxT=0000.70(Nm)2maxmaxn(rpm)n(rpm)121936.001932.501699.501682.501616.501548.501528.001346.501562.501189.5010000.080000.380000.670000.850000.87T(Nm)20000.010000.300000.520000.640000.682minn(%)(%)NO0017.350000.2010078.990000.9920074.190004.2030066.460011.9040059.460023.8751558.501077.500000.860000.690055.420030.8761546.500987.500000.880000.710051.410036.1571546.000938.500000.840000.700050.830039.328(1)将随机携带的信号线一端接到实验机构RS232插座，另一端接到计算机串行输出口(1＃或2＃均可，但无论连线或拆线时，都应先关闭计算机和试验台机构电源，以免烧坏接口元件)。(2)打开计算机，在DOS状态下，插入随机携带的软盘(或将磁盘文件拷入相应的子目录)，运行DCS、幕将出现功能菜单，选择“输入”功能并回车确认，计算机将处于等待信号输入状态。(3)打开试验机构电源，并调整主、被动力矩的零点及放大倍数至合适位置(方法同前)。(4)按下“加载”键，待转速稳定(一般需2－3个显示周期)后，再按“加载”键，以此往复，直至试验机构面板上的八个指示灯全亮为止，此时，实验机构面板上四组数码管将全部显示“8888”，表明所采数据已全(5)当试验机构全部显示“8888”时，计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、被动轮的转速和转矩。(6)移动功能菜单的光标，选择“曲线”功能，屏幕将显示本次试验的曲线和数据。(7)移动功能菜单的光标至“打印”功能，打印机将打印试验曲线和数据(目前仅适配EPSONLQ1600K打印))(8)实验过程中如需调出本次数据,只需将光标移至“输入”功能,并回车确认,同时,按下实验机构的“送(10)实验结束后，将实验台电机转速调到零，关闭实验机构的电源，将计算机屏幕菜单选至“退出”，回车确认后即可退出。退出后应及时关闭计算机。2．实验要求(1)熟悉实验台结构，了解仪器使用方法，记录实验条件和原始数据；(2)按预紧力的需要，把砝码加到砝码盘上，张紧带传动；(3)空载启动电机后，逐步加载，每次加载并稳定运转后记录主、从带轮的转速和转矩；(4)观察每次加载后带传动的情况，判断带传动出现打滑现象；(5)计算各种载荷时的滑动率、效率和有效应力。1．实验预习内容：(1)预习实验目的和实验原理(2)预习实验设备和工具(3)预习三种实验方法的实验内容和步骤2．实验结果处理(实验报告要求)(1)人工记录操作方法加载012345678F=F=实测值N计算值F=实测值计算值nenT1TnenT1TTT2222计算带传动效率，并画出e－T2滑动曲线及n－T2效率曲线(在坐标纸上绘制)。(2)MEC－B机械动态参数测试仪控制的实验方法按要求打印机将打印实验曲线和数据并分析结果。(3)计算机控制的实验方法按要求打印机将打印实验曲线和数据并分析结果。1．为什么从动轮的实测转速会比计算转速略小？2．打滑与弹性滑动有何区别？它们发生于哪个轮子，发生在什么时候？能否避免？3．影响效率η和滑动率ε的主要因素是那些？它们在设计皮带中有何用处？设计皮带中一般取η=?ε承实验实验原理 (1)观察滑动轴承的动压油膜形成过程与现象。 (2)通过实验，绘出滑动轴承的特性曲线。 (3)了解摩擦系数、转速等数据的测量方法。 (4)通过实验数据处理，绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线。2．实验原理滑动轴承用于支承转动零件，是一种在机械中被广泛应用的重要零部件。滑动轴承的工作原理是通过轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，由于油的粘性(粘度)作用，当达到足够高的旋转速度时，油就被带入轴与轴瓦配合面间的楔形间隙内形成流体动压效应，即在承载区内的油层中产生压力。当压力能平衡外载荷时，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，轴与轴瓦之间处于完全液体摩擦润滑状态。因此这种轴承摩擦小，轴承寿命长，具有一定吸振能力。本实验就是让学生直观地了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象，通过绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线，深刻理解滑动轴承的工作原4326781111、滑动轴承实验台实验台有关数据：表面粗糙度:材料:45#表面粗糙度:直径:d=60mm额定功率:P＝355W根数:Z＝2测力弹簧片刚度系数—K＝N／格(见实验机上标牌，每个实验机均不相同)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Q=K.(N)力表(百分表)测出：(3.1)F.d=Q.L=K..L(N.mm)(3.1)2设轴与轴瓦之间的摩擦力为F，根据力矩平衡条件，可得：式中：d—轴的直径(60mm)L—测力杠杆的力臂长(160mm)(轴中心至测距杠触头一端的距离)W=iG+G=42.627G+342(N)0G—轴瓦、压力计等自重力，为342N0F(3.2)因此轴与轴瓦之间的摩擦系数f可用下式计算：f=F(3.2)WWq=q 便可绘制出径向油膜压力分布曲线(图5a)。2、HS-A型滑动轴承实验台(1)实验台的传动装置所示，直流电动机1通过V带传动2驱动轴沿顺时针(面对实验台面板)方向(2)轴与轴瓦间的油膜压力测量装置(如图3.9所示)实 孔联接一个压力表，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。沿轴瓦的一个轴向剖面装有两个压力表，用来观察有限长滑动轴承沿轴向的油膜压力情况。(3)加载装置油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。转速的改变方法于前所述。本实验台采用螺旋加载，转动螺旋即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验的操纵板上读出(取中间值)。这种加载方式的主要优点是结构简单、可靠，使用方便，载荷的大小可任意调节。f0a00(4)摩擦系数f测量装置Bd后，nnq的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随nnq的增大油膜厚度亦随摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。轴转动时，轴对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩2F2LQ2LKF2LQ2LK油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于此时的油膜厚很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰高峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。准备工作(l)检查实验台，使各个机件处于完好状态；(2)检查实验台地线是否接好；(3)在箱体油池中注入足够量的经过过滤的45号机油；(4)去掉加载法码6；(5)在弹簧片端部安装百分表，使其触头与底座接触并有一定预压值；(6)为保证图3.11所示电路中轴与轴瓦之间除通过直接接触外，其它部分是绝缘的，轴瓦不得与轴座相接融。2．实验内容(l)观察动压油膜的形成过程与现象动压油膜形成过程中的现象，我们可通过观察油膜形成过程的电路系统来观察。23当主轴在很低的转速下慢慢转动时，主轴把油带入轴与轴瓦之间，形成部分润滑油膜，由于油为绝缘体，使金属接触面积减小，使电路中的电流减小，因而灯光亮度变暗。当主轴转速再提高时，轴与轴瓦之间形成了很薄的压力油膜，将轴与轴瓦分开，灯泡就不亮了，这时我们就得知动压油膜已经形成。(2)求出滑动轴承在刚启动时的摩擦力矩与摩擦系数实验时，可以用手缓慢地转动V型带轮(这时要求不加砝码，载荷只是杠杆系统的自重G)，或者慢慢启动电动机，当轴刚有转动趋势的时候，读出并记下百分表的最大格数或。为了保证数据记录的准确性，需要重复做三次，将测得的数据记录在表l中，根据记录的数据，代入(1)，(2)式子，求出启动时的摩擦力矩和摩擦系数，最后求得一个平均值。(3)绘制滑动轴承的特性曲线滑动轴承的nn/qf特性曲线如图3.10的所示，参数n为油的粘度，它是受压力和温度影响的。但由于本实验进行的时间短，压力也不大(在5MP=50大气压以下)温度变化也不大，因此把油的粘度近似地看做一个常aasn测得。q为平均单位载荷(也称比压)可用下式计算：f是和转速有关的，主轴刚启动时，轴与轴瓦为半干摩擦，此时摩擦系数是很大的。随着转速的增加，压力油膜使轴与轴瓦的接触面积不断减小，摩擦系数明显下降，当达到0点a后为液体摩擦区，即为滑动轴承的正常工作区域。实验时，我们用改变转速n(即改变nn/q)，将各转0下所对应的摩擦力矩和摩擦系数求出，记录在表3.2中(并绘出nn/qf特性曲线)。(4)绘制轴承径向油膜压力分布曲线a的延长线上，将压力表测出的压力值(比例：0.1Mpa=5mm画出压力向量1-1′、2-2′、…7-7′)经1′、2′、…7′各点连成平滑曲线，这就是位于轴承中部截面的油膜径向压力分布曲线。i5i.382.707.9231.9230.707.382然后将P.Sin0这些平行y轴的向量移到直径0~8上，为清楚起见，将直径0—8平移到图3.12a的下部，1i即为载荷方向上的压力分布。平均即为轴承中部截面上油膜径向平均单位压力。3′6′3446171轴承处在液体摩擦工作时，其油膜承载量与外载荷相平衡，轴承内油膜的承载量可用下式求出：平均W—为外加载荷—为端泄对承载能力影响系数q—为径向平均单位压力平均B—为轴瓦宽度D—为轴瓦内径由实验测得的每块压力表上的压力，代入下式，可求出在轴瓦中点截面上的径向平均单位压力：q=平均7=1122777(4)轴向油膜压力分布曲线油膜压力沿轴向呈抛物线分布，分布曲线由圆周方向第4块表(此表与第8块表在轴向的同一个剖面内)滑曲线，此曲线就是所测轴承的轴向油膜压力分布曲线。3．实验要求轴向油膜最大压力值在轴承宽度的中间位置。(2)测量径向液体动压滑动轴承在不同转速、不同载荷、不同粘度润滑油情况下的摩擦系数f值，可以做出滑动轴承的摩擦特性曲线，进而分析液体动压的形成过程，并找出非液体摩擦到液体摩擦的临界点，以便确定一定载荷、一定粘度润滑油情况下形成液体动压的最低转速，或一定转速、一定粘度润滑油情况下保证液体载荷。(3)观察液体动压的形成过程。在启动主轴时，一定要慢慢加速。因此此时轴承与主轴之间没有油膜，如果加速太快，容易烧坏轴瓦。为此，该实验台人为地设计了轴承保护电路，当没有油膜时，油膜指示灯亮，在处理1．实验预习内容：(1)预习实验目的和实验原理(2)预习实验设备和工具(3)预习实验步骤2．实验结果处理(1)．原始记录(2)滑动轴承刚启动时的摩擦力矩T1与摩擦系数f百分表读数格数荷WN启动摩擦力矩T1123启动时的摩擦力矩平均值：T=摩擦系数平均值：f=1平均(3)滑动轴承的f与nn/q特性曲线载荷F=kgf转速n百分表读数摩擦力矩T摩擦系数fn/q1格格12345678绘制n/qf特性曲线图(参考图3.12)(4)绘制轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线油压表位置1234567向轴投影压力值ii径向单位面积上的平均压力q=平均绘制油膜径向压力分布曲线于承载量曲线端泄对承载量的影响系数=3．试提出一种试验液体动压轴承的加载装置和摩擦系数测量装置的新方案。理 (1)熟悉并掌握轴及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，以及润滑和密封方式；(4)掌握轴承组合设计的基本方法和综合创新轴系结构设计方案。2．实验原理轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件(例如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。(如实验箱提供减速器圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件(见表12.3)。零件名称零件名称123456789小直齿轮小斜齿轮大直齿轮大斜齿轮小锥齿轮大直齿轮用轴小直齿轮用轴大锥齿轮用轴小锥齿轮用轴固游式用蜗杆两端固定用蜗杆联轴器A联轴器B111111111111131323334353637383940414243蜗杆用套环直齿轮轴用支座(油用)直齿轮轴用支座(脂用)锥齿轮轴用支座蜗杆轴用支座轴承6206轴承7206AC轴承30206轴承N206键8×35键6×20圆螺母M30×1.5圆螺母止动圈φ301221122224422组装底座3寸起子2021222324252627282930凸缘式闷盖(脂用)凸缘式透盖(脂用)凸缘式闷盖(油用)凸缘式透盖(油用)大凸缘式透盖嵌入式闷盖嵌入式透盖凸缘式透盖(迷宫)迷宫式轴承甩油环挡油环套筒调整环调整垫片轴端压板锥齿轮轴用套环111111111111111114445464748495051525354555657585960无骨架油封压盖轴用弹性卡环φ30211224644421111(1)模块化轴段(可组装成不同结构的阶梯轴)；(2)轴上零件：齿轮、蜗轮、带轮、联轴器、轴承、轴承端盖、套环、套筒、圆螺母、轴端挡板、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈等。mm指导教师根据下表选择性安排每组的实验内容(实验题号)轻中中轻中中重轻中中重轻中低高低中低高中低低高号齿轮类型载荷转速其他条件示意图2．实验要求123456789123456789小直齿轮大直齿轮(a)根据齿轮受力特点选择滚动轴承型号大直齿轮小斜齿轮大斜齿轮(b)确定轴承组合的轴向固定方式(两端固定或一端固定另一端游动，正装或反小斜齿轮大斜齿轮小锥齿轮锥齿轮轴锥齿轮与轴分开(c)根据齿轮圆周速度 小锥齿轮锥齿轮轴锥齿轮与轴分开滑方式(脂润甩油、挡油措发热量小发热量大蜗杆(d)选择端盖形式(凸缘式、嵌入式)，并考虑透盖处的密封方式(毡圈、皮碗油封、油沟)；(e)确定轴上零件的定位和固定、轴承间隙及轴系位置的调整方法等问题；(f)绘制轴系结构方案示意图。(2)组装轴系部件根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组装成轴系部件，检查所设计组装的轴系结构是否正确。(3)绘制轴系结构草图(4)测量零件结构尺寸(支座不用测量)，并作好记录。(5)将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所借工具。注明必要尺寸(如支承跨距，主要配合尺寸及配合标注、齿轮顶圆直径与宽度等)，填写标题栏和明细表。实验预习：(1)复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法(参看教材有关章节)；；(2)明确实验内容，理解设计要求；(3)绘制轴承结构装配图时应注意哪些问题。2．实验结果处理(实验报告要求)(1)实验题号、已知条件及绘制轴系结构方案示意图；每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴系类型选择，轴上零件定位、固定，轴承的安装与调节、润滑及密封等问题。(2)绘制轴承结构装配图；(3)轴系结构设计说明(如轴承型号选择、轴承的组合设计安装及调整、轴上零件的定位与固定、端盖选择、润滑与密封方法等)。2．轴上各零件(如齿轮、轴承等)能否装到指定位置？减速器拆装实验实验目的．了解减速器的总体结构及其各种零件的结构与用途，并熟悉装配和拆卸方法。2．了解传动系统的基本结构，通过轴上零件的拆装，进一步熟悉并掌握阶梯轴设计的一般原则。各种轴承部件的组合设计的特点及其调整方法。4．了解减速器拆装的顺序及零部件装配时的调整方法、零件的润滑方法。实验设备及工具图8.6)，圆锥圆柱齿轮减速器(如图8.7)，蜗杆减速器(如图8.8)等模型和实物。模型供拆装和分析结构用，实物供测量齿测间隙、接触斑点和轴承间隙用。每个学生可选一种减速器作拆装实验。(1)游标卡尺；(2)钢板尺；(3)活动扳手和呆扳手；(4)十字改锥和一字改锥；(5)内外卡钳，百分表及表架，铅丝，涂料(研磨粉)等。实验内容与实验要求1．开盖前先观察减速器外部形状，判断传动方式、级数、输入输出轴，观察外部零件(如联接螺栓、通气器、定位销、起盖螺钉、油标、放油螺塞等)的类型、布置，了解其作用。速器箱盖并完成以下工作：(1)观察传动系统及其各零件的基本结构；(2)分析轴的结构特点，轴上零件在轴上的定位方式及其与轴的配合方式；(3)观察并分析齿轮副(蜗轮副)的润滑方式；(4)观察并检查齿侧间隙、轴向间隙、齿面接触状态，分析如何调整齿轮(蜗轮)的啮合状态；(5)观察轴承组合结构；(6)观察箱体分型面的结构与特点，观察并分析油沟的种类及作用；(7)绘出传动系统的传动示意图；(8)分析轴系零件的合理拆装顺序，进行传动系统的拆(装)。4．边拆卸边观察，通过对