机械设计基础实验

机械设计基础实验

青岛大学机械基础实验教学中心

前言

机械原理课程作为机械类专业的一门主干技术基础课，在培养学生综合设计能力的全局中承担

着培养学生机械系统方案创新设计能力的任务；机械设计课程是以通常通用零件的设计为核心的设

计性课程，是论述零部件的基本设计理论与方法的技术基础课。机械原理与机械设计课程在机械设

计系列课程体系中占有十分重要的地位。

《机械原理机械设计实验指导书》是结合“机械原理”、“机械设计”课程的具体要求并根据山

东省“高等学校基础课实验教学示范中心建设标准”的要求进行编写的，其要紧目的是培养学生掌

握典型机械的实验方法，获得实验技能的基本训练与创新能力的培养。本书注重了基本实验、提高

型实验、研究创新型三种不一致类型实验编写。学生做实验由浅到深、由简到繁的学习过程，使学

生能系统的掌握本门课程的理论与实践知识。

高等学校的实验室是进行教学与科研的重要基地，是积存科学优势的基础。没有实验手段就不

可能出科研成果，就没有科学的进步与进展，任何新知识、新科技、新发明、新成果都离不开实验。

通过实验能够培养学生的动手能力、设计能力、创新能力、分析问题与解决问题的能力。以习惯当

前社会新知识、新技术快速进展的需要。

本书可作为高等工科学校机械类专业的实验教材也可供非机类专业可供参考。由于水平所限与

编写的时间仓促，贻误之处恳切希望广大读者指正。

目录

第一篇机械原理实验

第一章实验一机构运动简图的测绘与分析...........................................3

第二章实验二齿轮范成实验.......................................................6

第三章实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数测定.........................................II

第四章实验四回转构件动平衡实验...................................................15

第五章实验五机构运动创新实验...................................................20

第二篇机械设计实验

第六章实验六带传动实验..........................................................27

第七章实验七滑动轴承实验.......................................................36

第八章实验八轴系结构设计实验...................................................44

第九章实验九减速器装拆实验.....................................................54

四、步骤与要求

（1）绘制指定的几种机器或者结构模型的机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘

制。其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称之机构示意图。

（2）计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度相参照，观察计算结果与实际是否相符。

（3）对上述机构进行结构分析（高副低代、分类杆组、确定机构级别等）。

五、思考题

（1）一个正确的“机构运动简图”应能说明那些内容？

（2）绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么能够任意选定？会不可能影响简图的正确性？

（3）机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？

表1-1

名称符号

移

动

副

副

凸¥

轮

副

件

机

架T7777T7TT

实验一机构运动简图的测绘与分析报告

学生姓名学号组别

实验日期成绩指导教师

测绘与分析i•算

编号机构名称自由度级另I

编号机构名称自由度级另U

第二章实验二齿轮范成实验

一、实验目的

（1）掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理：

（2）熟悉渐开线齿轮产生根切现象的原因与避免根切的方法;

（3）熟悉比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。

二、实验仪器与用具

（1）齿轮范成仪

（2）圆规

（3）三角尺

（4）剪刀

（5）铅笔

（6）绘图纸（直径6280）

（除齿轮范成仪外，其余均由学员自备）

三、实验原理与方法

运用一对齿轮在啮合时其共枕齿廓互为包络线的原理加工轮齿的方法称之范成法，加工时其中

一轮为刀具，另一轮为轮坏，它们保持固定的速比相对转动，完全与一对真正的齿轮在传动一样。

同时刀具还沿着轮坯的轴向作往复切削运动。这样所加工出的齿轮的齿廓就是刀具刀刃在各个位置

的包络线。尽管在实际加工时，无法看到刀刃形成包络线的过程，但我们能够设法通过齿轮范成仪

来反复演示轮坯与刀具间的对滚切削过程。将刀具刀刃在“切削”时曾占有的各个位置用铅笔线记

录在绘图纸上，这样我们就能清晰的观察到齿轮范成的过程。

实验所用的刀具是齿条刀具，该刀具的齿廓用a=20°,模数机二25,齿顶高系数九：=1,径向

间隙系数dJ.L十止金人入，■止以c八七rm士4N.1.....5,本实

验所用范万

半圆比两根分别

固定在半口n.移动，形

成齿条与出

做实当对准中心

由压环7JE刀具6（齿

条）中线电1圆相切）。

首先将齿*分这就相

当于刀具Z口今压紧在

圆盘上的E5条刀具，

认真描出刀具在各个位置上的齿形，直到绘出2~3个齿形为止，此为标准齿轮齿廓曲线。

若需描绘正移距变位齿廓时，只需调整螺杆8后刀具远离齿坏中心，直到刀具齿顶线与变位齿

轮的齿根圆相切为止。即可作正移距变位齿轮的齿廓曲线。反之，如将齿条刀具6调近轮坯中心则

可相应地描出负移距变位齿轮的齿廓曲线。

四、实验步骤

要求绘制一个标准齿轮（x=0）与一个变位齿轮（x^O）o

1.绘制标准渐开线齿轮（x=0）

（1）计算出齿轮分度圆直径d,基圆直径（与齿顶圆直径儿；

d=mz4=dcosa=d+2mh*

（2）在图纸上绘出齿轮的分度圆、基圆与齿顶圆，并将其装在圆盘上；

（3）调整齿条刀具的位置，使齿条刀具的中线与初切齿轮的分度圆相切，描绘出2~3齿；

（4）测量分度圆齿厚s及齿间。，并与计算结果加以比较。

2.绘制变位齿轮（xX））

（1）算出变位系数x与变位量"〃，x的选择应使齿轮没有根切现象；

（2）计算出齿轮的分度圆直径d,基圆直径心与齿顶圆直径儿；

d=mzdh=dcosada=d+2m+x）

（3）在图纸上绘出分度圆、基圆、齿顶圆并将其装夹在圆盘.匕

（4）调整齿条刀具的位置，使齿条刀具的中线离开被切齿轮的分度圆，并相距的距离，绘

出2~3个齿。

（5）测量分度圆齿厚s及齿间e,并与计算结果比较。

3.绘制xvO的变位齿轮（选作）

五、思考题

（1）齿条刀具的齿顶高与齿根高为什么都等于（九：+C”？

（2）用范成法加工齿轮时，轮廓曲线是如何形成的？

（3）试比较标准齿轮与变位齿轮的齿形有什么不一致，并分析其原因。

实验二齿轮范成实验报告

学生姓名学号组另ij

实验日期成绩指导教师

一、切削刀具的要紧参数

模数齿顶高系数h：=

齿形角a二径向间隙系数C*=

二、计算数据

a、标准齿轮

序号项目公式及计算数值

1分度圆直径d=mz=

2基圆直径

dh=dcosa=

3齿顶圆直径

d(t=d+2mha

4分度圆齿厚mn

s=——

2

b、变位齿轮

序号项目公式及计算数值

1变位系数z-Z

X>—2m12in2-----=

Z：nin

2齿条刀变位量xm-

3分度圆直径d=mz=

4基圆直径

db=Jcosa=

5齿顶圆直径

da=d+2而2；+x)=

6分度圆齿厚(.T)

s=nA—+2xtana

(2)

%>0的变位齿轮与标准齿轮在齿轮参数上的比较

序号项目异同变动结果

1齿顶圆的直径小

2模数m

3齿根圆的直径d,

4分度圆直径d

5分度圆上的齿厚S

6分度圆上的齿槽宽e

7分度圆上的周节p

8刀具齿形角a

三、齿轮范H溷（附图）

四、心得与体会

注：“异同”一栏填“异”或者“同”字即可；“变动结果”栏填“增”、“减”、“相同”即可:

“增”即表示变位齿轮上的尺寸比标准齿轮上尺寸增大（其余类推）。

第三章实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定

一、实验目的

（1）掌握应用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法；

（2）通过测量与计算，熟练掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系与渐开线性质的知识。

二、实验设备与工具

（1）齿轮一对（齿数为奇数与偶数各一个）；

（2）游标卡尺（游标读数值不大于0.05mm）：

（3）渐开线函数表（自备）；

（4）计算工具（自备）。

三、原理与方法

单个渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数z、模数加、齿顶高系数/厂、分度圆压力角a、变

位系数笛一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合的基本参数有：啮合角〃、顶隙系数C*、中心距外

本实验是用游标卡尺来测量轮齿，并通过计算得出一对直齿圆柱齿轮的基本参数。其原理与方

法如下:

1.确定齿轮的模数。与压力角a

标准直齿圆柱齿轮公法线长度的计算如下：如图3T所示，若卡尺跨n个齿，其公法线长

图3-1

度为

L-Pb+Sb

同理,若卡尺跨加1个齿,其公法线长度则应为

/〃+i=nPb+sb

因此Li-k=Pb（3-1）

又因ph=pcosor=TuncQsa

因此(3-2)

;rcosa

式中p〃为齿轮基圆周节，它由测量得到的公法线长/“与。川代入（3-1）求得。a可能是15。也可能

是20。，故分别用【5。与200代入式（3-2）算出两个模数，取其模数最接近标准值的一组机与a,即

为所求齿轮的模数与压力角。

为了使卡尺的两个卡角能保证与齿廓的渐开线部分相切，所需的跨齿数〃按卜.式计算

a

n=z+0.5

Tso

或者直接由下表查出

Z12〜1819〜2728〜3637〜4546〜5455〜6364〜72

n123456

2.确定齿轮的变位系数x

根据基圆的齿厚公式：

sh=5cosa+27;invtz=w——F2工tanacosa+2rbmva

得mcosa2

x=(3-4)

2tana

式中“可由以上公法线长度公式求得，即：

(3-5)

将式(3-5)代入(3-4)即可求出变位系数x.。

3.确定齿轮的齿顶高系数力；与顶隙系数c*

根据齿轮齿根高的计算公式：

inz-d

匚f

hf=-----------(3-6)

v

又hf=m(h：+c-x)(3-7)

式(3-6)中齿根圆直径d,可用游标卡尺测定，因此可求出齿根高〃/。在式(3・7)中仅4”与c*未

知，由于不一致齿制的儿"与C*均为已知标准值，故分别用正常齿制//；=!,C*=0.25与短齿制儿'=0.8,

C*=0.3两组标准值代入，符合式(3-6)的一组即为所求的值。

4.确定一对互相口齿合的齿轮的哂合角优与中心距。

一对互相啮合的齿轮，用上述方法分别确定其模数m、压力角a与变位系数占、七后，可用下

式计算啮合角a，与中心距a：

.,2(x,+/).

inva=--------------tana+inva(3-8)

Z|+Z?

tn/、COSGf

〃=5(Z|+Z?)(3-9)

cosa'

实验时，可用游标卡尺直接测定这对齿轮的中心距a',测定方法如图3-2所示。首先使该对齿

轮做无齿侧间隙啮合，然后分别测量齿轮的孔径de及尺寸b，由此得

(3-10)

图3-2

四、步骤与要求

（1）直接数齿轮的齿数z；

（2）由式（3-3）计算或者查表得测量时卡尺的跨齿数〃；

（3）测量公法线长度，”与/向及齿根圆直径勿、中心距。'、读数精确到0.01mm。注意每个尺

寸应测量三次，记入实验报告附表，取其平均值作为测量结果；

（4）逐个计算齿轮的参数，记入实验报告附表。最后将计算的中心距与实测的中心咫进行比较。

五、思考题

（1）通过两个齿轮的参数测定，试判别该对齿轮能否互相啮合。如能，则进一步判别它们的传

动类型是什么？

（2）在测量齿根圆直径d/时，对齿数为奇数与偶数的齿轮在测量方法上有什么不一致？

（3）测量齿轮公法线尺度是根据渐开线的什么性质？

实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定实验报告

学生姓名学号组别

实验日期成绩指导教师

参数测定与计算

齿轮编号

齿数Z

数量$

跨齿数,?

平均

测量次数123立均值123

值

〃齿公法线乙

〃+1齿公法线/向

孔径4

尺寸匕

中心距。’

基圆周节Pb

模数相

压力角a

计齿顶高系数九：

顶隙系数C*

算

基圆齿厚与

数分度圆直径d

变位系数X

据

啮合角a'

中心距a

中心距的相对误差

a-a

a

第四章实验四回转构件动平衡实验

一、实验目的

巩固回转构件动平衡的基本原理，掌握补偿式动平衡机的基本原理与操作方法。

二、设备与工具

(1)框架式动平衡机及其附件、试件；

(2)平衡重量、螺钉、螺母与橡皮泥：

(3)游标卡尺、磁力千分表架及百分表；

（4）扳手、螺丝刀。

三、实验原理与方法

由回转构件动平衡原理可知，任一回转构件的动不平衡都能够认为是分别处于两个任选平面T'

与丁内，回转半径分别为s'与ro〃的两个不平衡重量G。'与Go”所产生，如图4-1所示。因此进行

动平衡实验时，便能够不管被平衡构件的实际不平衡重量所在位置及其大小如何，只需要根据构件

实际外形的许可，选择两回转平面作为校正平面T'与丁，且把不平衡重量看作处于该两平衡平面

中的G。'与Go”,然后针对kGJ与ro〃Go〃进行平衡就能够达到目的。

图4-1

本实验使用框架式机械动平衡试验机，如图4-2所示。下面介绍其工作原理，要紧说明双面校

正使回转件达到这一基本概念的具体应用，及其利用补偿重径积法测定两平衡校正平面中的不平衡

重径积的基本方法。图示框架1经弹簧2与固定的底座3相联，它只能绕0X轴线摆动，构成一个震

动系统。框架上装有主轴4,由固定在底座上的电动机14通过传动带与带盘12驱动。主轴4上装

有螺旋齿轮6,它与齿轮5齿数相等且互相啮合。齿轮6还可沿主轴4移动，移动的最大距离与它

的轴向宽度相等，比齿轮5的节圆周长要长，因此调节手轮18使齿轮6从左极限位置移到右极限位

置时，齿轮5与与它相固定的轴9能随之回转一周以上。借此调整9与主轴4的相对转角（pc，即调

节补偿重量位置的指示角，伙的大小由指针15指示。圆盘7固定在轴9上，通过调节手轮17能够

使圆盘8沿轴9上下移动，以调节补偿力偶大小的两圆盘间的距离屋，L的大小由指A16指示。

夕C

图2

4-

被平衡的【可转件10放在两个滚动支承13上，通过挠性联轴器11由主轴4带动。如今试件不平

衡重量能够看成在两平衡校正平面T'与T"上两个不平衡重量与Go〃所产生。平衡时可先令平

衡平面T"通过摆架的振摆轴线OX,如图4-2所示。当回转件转动后，T”面上的不平衡重景Go”的离

心力Po〃对轴线OX的力矩为零，不引起框架的振动；而平衡校正平面T。，上的Go'的离心力Po'对

振撰轴线OX形成力矩Mo,使框架发生振动，其大小为

Mo=P()'Lcoscp

为了测量出T'面上的不平衡重量大小与相位，加上一补偿重径积Ger。使产生一个补偿力矩，

即在圆盘7与8上各装一个平衡重量Gc，其重心都与轴线相距％，但相位差为180°,当马达旋转后,

其主轴4带动齿轮6、5,因而圆盘7、8也旋转，这时G：的离心力Pc就构成一力偶矩PcL，它关

于轴线OX的分量为Me也影响框架的振动，其大小为

，

M.=PeL(cos”,

按合力矩定理，框架绕轴振动时所受的合力矩为：

f

M=+Me=庶Lcos(p-P<L<cos(p<

式中Me的转向从图示轴OX的筋头处向O点看为顺时针方向，故按力学规定取负值。如M=0,

则框架静止不动。如今，

M=4Leosep-PL(cos®.=0

，f

或者G()r()Lcos5-GcrcLecos纤=0

满足上式的条件应为:

,，L

GoZ=Gr(4-1)

((I/

序=纭(4-2)

在平衡机的补偿位置中，5、rc是已知的，试件的西平衡校正平面是预先选定的，因而两平衡

校正平面的距离L也是已知的，因此（4-1）式能够写成:

(4-3)

其中匚Z

L

测量另一个平衡校正平面T”上的不平衡重径积，只需将试件调头使平面T'通过0X轴，测量方

法与上述相同。

为了便于观察与提高测量精度，在框架1上装有重块19,移动19,即改变整个振动系统的自振

频率使框架接近共振状态，即振幅放大。

通过调节手轮17与18,使框架静止不动，读出U与6的数值。由公式（4-3）既可计算不平

衡重径积的大小，当选定加平衡重量的回转半径rp'后平衡重量Gp'的大小为：

G；二阵

rP

其相位能够这样来确定：停车后，使指针15转到图中与OX轴垂直的虚线位置，如今Gp'的

位置就在平面T'内回转中心的铅直，方。

四、实验步骤

（1）记录L的零点及本实验的系数A。（A数值标注在马达上）。

（2）起动电动机使试件回转，注意试件一端的联轴节应与皮带轮顺着转动方向靠好，避免起动

冲击。

（3）移动重块19,使框架振幅最大（此步骤实验前已调整完毕）。

（4）加补偿力矩，先调节手轮17,使匚有一些读数，这时框架振动，然后调节手轮18,观察

指针20,由于试件与圆盘转速相等，故M（）与Me变化频率相等，当调节（pc=（po+18O°时，Me与Mo

相同，两力矩正向叠加，框架振幅最大，当调节到R=s时，两力矩反向叠加，框架振幅最小，这

时不平衡重量的相位已经基本找到，再继续调节手轮17即改变L，如此反复调整数次更到指针20

不动，如今框架振动消失。

（5）停车、读出L，5的数值，计算不平衡重径积的大小。

（6）再根据你所确定的不平衡重量，试件校正后再开车，观察平衡效果（如今L务必调到零

值的初始位置）。

五、思考题

（1）动平衡试验法适合什么类型的试件？试件通过动平衡后是否满足静平衡要求？

（2）为什么动平衡要在垂直于轴线的两端平衡面上分别进行平衡？

（3）当试件的一个平面已被平衡后欲平衡第二个平面时，是否仍一定要使第一个平面通过框架

的振摆轴线？为什么？

实验四回转构件的动平衡实验报告

学生姓名学号组别

实验日期成绩指导教师

一、数据的记录与计算

项目单位数量

Gc

已

rc

知L

rox

测定U

计算GQ

观察（pc

一、回答思考题

第五章实验五机构运动创新实验

一、实验目的

（1）加深学生对机构构成原理的认识，进一步熟悉机构构成及其运动特性；

（2）训练学生的工程实践动手能力；

（3）培养学生创新意识及综合设计能力。

二、实验设备及工具

（1）机构运动创新方案实验台（共8台）；

（2）可供在实验台上实现各类设计方案的各类零件及组件•；

（3）六角扳手、活动扳手、卷尺等。

三、实验原理

任何机构都是由自由度为零的若干杆组依次连接到原动件（或者已经形成的简单机构）与机架

上的方法所构成。学生根据预定的系统要求，完成机构系统方案，初步设计后，利用该装置提供的

零件或者组件，在实验台上实现自己的设计方案，并用减速电机驱动运行，以检验方案的合理性与

可行性。

四、杆组的概念、正确拆分杆组及拼装机构

1.杆组的概念

任何机构中都包含原动件、机架与从动件系统三部分。由于机架的自由度为零，通常每个原动

件的自由度为1，而平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数目相等，

因此，从动件系统的自由度必定为零。机构的从动件通常还能够进一步分解成若干个不可再分的自

由度为零的构件组合，这种组合成为基本杆组。

关于只含低副的平面机构，若杆组中有〃个活动构件、PA个低副，囚杆组自由度为零，故有

3

2n-3PL=0或者pL=-n

为保证〃与以均为整数，〃只能取2,4,6,…等偶数。根据〃的取值不一致，杆组可分为下列情

况。

图5-1

（1）两个构件与三个低副构成的杆组称II级组，如图5-1所示。

（2）四个构件与六个低副构成的杆组称HI级组，如图5-2所示。

cDA

图5-2

2.机构的构成原理

任何平面机构均能够用若干个基本杆组依次联接到原动件与机架上去的方法来构成。这是本实

验的基本原理。

3.正确拆分杆组

（1）先去掉机构中的局部自由度与虚约束，有的时候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先试拆分II级杆组，若拆不出II级组时，再试拆川级组，即由

最低级别向高一级杆组依次拆分，最后剩下原动件与机架。

五、实验步骤

（1）根据实验设备及工具的内容介绍，熟悉实验设备的硬件构成及零件的功用；

（2）自拟机构运动方案或者选择实验指导书中提供的运动方案为拼装实验内容；

（3）将所选定的机构运动方案根据机构构成原理按阡组进行正确拆分，并用图示之；

（4）拼装机构运动方案，从举例中选择一个。

六、举例说明

1.自动车床送料机构

结构说明：图5-3所示，自动车床送料机构由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构构成。

当凸轮转动时，推动杆5往复移动，通过连杆4与摆杆3及滑块2带动从动件I（推料杆）作周期

性往复直线运动。

工作特点：通常凸轮为主动件，能实现较复杂的运动规律。

2.铸锭送料机构

结构说明：如图5-4所示，滑块为主动件，通过连杆2驱动双摇杆ABC7）,将从加热炉出料的铸

锭（工件）送到下一工序。

图5-4

工作特点：图中实线位置为加热炉铸锭进入装料器4中，装料器4即为双摇杆机构ABC。中的

连杆8G当机构运动到虚线位置时，装料器4翻转180。把铸锭卸放到下一工序的位置。比如：加热

炉出料设备、加工机械的上料设备等。

3.转动导杆与凸轮放大升程机构

结构说明：图5-5所示，曲柄1为主动件，凸轮3与导杆2周联。

工作特点：当曲柄1从图示位置顺时针转过90。时，导杆与凸轮一起转过18()。。图5-5所示机构

常用于凸轮升程较大，而升程角受到某些因素的限制不能太大的情况。该机构制造安装简单，工作

性能可靠。

图5-5

4.冲压送料机构

结构说明：图5-6所示，1—2—3—4—5—9构成导柠摇杆滑块冲压机构，由I—8—7—6—9构

成齿轮凸轮送料机构。冲压机构是在导杆机构的基础上，串联一个摇杆滑块机构组合而成的。

工作特点：导杆机构按给定的行程速度变化系数设计，它与摇杆滑块机构组合可达到工作段几

近于匀速的要求。适当选择导路位置，可使工作段压力角支较小。按机构运动循环图确定凸轮工作角

与从动件运动规律，则机构可在预定时间将工件送至待加工位置

5.插床的插削机构

结构说明：图5-7所示，在44C摆动导杆机构的摆杆6c反向延长的。点上加二级杆组连杆4

与滑块5,成为六杆机构。在滑块5固接插刀，该机构可作为插床的插削机构。

工作特点：主动曲柄46匀速转动，滑块5在垂直AC的导路上往复移动，具有较大急回特:性。

改变石。连杆的长度，滑块5可获得不一致的运动规律。

6.曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合

结构说明：图5-8所示机构由偏置曲柄滑块与齿轮齿条机构串联组合而成。其中下齿条为固定

图5-8

齿条，上齿条作往复移动。

工作特点：此组合机构最重要的特点是上齿条的行程比齿轮3的较接中心点C的行程大一倍。

此外，由于齿轮中心C的轨迹关于点4偏置，因此上齿条与往复运动有急问特性。

当主动件曲柄1转动时，通过连杆2推动齿轮3与上、卜齿条啮合传动。卜齿条5固定，上齿

条4作往复移动，齿条移动行程H=4R（R为齿轮3的半径）,故使用此种机构可实现行程放大。

七、思考题

（1）何为机构创新方案？

（2）你设计或者选择机构系统方案在实验台上组装后是否合理？

（3）你设计的方案可用几种形式来组装，最后能否达到设计要求？

实验五机构运动创新实验报告

学生姓名学号组另IJ

实验日期成绩指导教师

一、绘制实际」并装的机构运动方案简图，劣F在简图中标注实际测得构件尺寸。

二、简要说明机构杆组拆组过程，并画出所拆杆组简图。

三、回答思考题

第二篇机械设计实验

第六章实验六带传动实验

一、实验目的

本实验配有专用多媒体软件，学生可利用计算机在软件界面说明文件的指导下，独立的进行实

验，培养学生的实际动手能力。

（1）观察带传动中的弹性滑动与打滑现象与它们与带传递的载荷之间的关系；

（2）测定弹性滑动率与带传动效率与所传递的载荷之间的关系，绘制带传动弹性滑动曲线与效

率曲线；

（3）熟悉带传动实验台的工作原理与扭矩、转速的测量方法。

二、实验台简介

皮带传动实验台要紧结构如图6-1所示。

3456789

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图6T皮带传动实验台要紧结构图

I、电机移动底板2、法码3、传感器4、弹性测力杆5、主动电动机

6、平皮带7、光电测速装置8、发电机9、电子加载10、机壳II、操纵面板

1.要紧结构及工作原理

本实验台可进行皮带传动滑差率与效率曲线的测定。其电动机为直流无级调速，使用先进的调

速电路，测速方式为红外线光电测速：皮带轮转速与扪如可直接在面板卜.准确读取，出可输出到计

算机中进行测试分析。

(1)该实验传动系统由主动直流伺服电动机5装在滑座上，可沿滑座滑动，电机轴上装有主

动轮，通过平皮带带动从动轮，从动轮装在直流伺服发电机8的轴上。在发电机的输出电路上，

并联了八个灯泡(每个灯泡40瓦)，作为带传动的加载装置(可手动或者计算机加载操纵)。诙码

2通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力。开启灯泡，以改变发电机

的负载电阻增大，带的受力增大，两边拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷

刚好达到所能传递的最大有效圆周力时带开始打滑，当负载继续增加时则完全打滑。

(2)测量系统测量系统由光电测速装置与测扭矩装置两部分构成。

A、两电机后端装有红外线光电测速装置与测速转盘7,主、从动皮带轮转速可直接在计算机

上或者在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。

B、主动轮的扭矩Ti与从动轮扭矩T?均通过电机外壳来测定。电动机5与发电机8的外壳支

撑在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。当电动机启动与发电机负载后，由广

定子磁场与转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子旋转的反向倾倒，发电机的外壳将向转

子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所得的力咫来平衡。B

型实验台可直接在面板II各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析；A型实验台可在

各自的测力计读数并通过扭矩公式进行计算。

主动轮上扭矩：Ti=QKL(N-mm)(1)

从动轮上扭矩：Tz=Q2K2L2(N-mm)(2)

传动的有效拉力：F=2Ti/Di(N)(3)

式中Qi、Q2——测力计上百分表的读数

Ki、K2------测力计标定值(0.01mm)

Li>L2----测力计的力臂(Li=L2=120mm)

带传动的效率：r)=(T2F2)/(Tini)-ICO%(4)

弹性滑动率：E=(m-n2)/m-100%(5)

2.要紧技术参数

直流电动机功率：355W

发电机额定功率：355VV

调速范围：50〜15>)0rpm

最大负载转速下降率：W5%

初拉力最大值为：3kg

杠杆测力情长度：Li=L2=120min

(L「L2—电动机中心至测力杆支点的长度)

皮带轮直径：Di=D2=120mm

测力计标定值：Ki=0.01K2=0.01

百分表精度为：0.01mm测量范围为：0〜10mm

实验台总重量：45kg

3.电气装置工作原理

皮带传动实验台面板布置图如图6-2所不。

1、电流开关2、转速调节3、电动机转速显示4、发电机转速显示

5、发电机负载6、加载按钮7、减载按钮

该仪器的转速操纵由两部分构成：一部分为由脉冲宽度调制原理所设计的直流电机调速电源；

另一部分为电动机与发电机各自的转速测量电路及显示电路与各自的红外线传感器电路。

（1）调速电源能输出电动机与发电机励磁电压，还能输出电动机所需的电枢电压，调节板面上

“调速”旋钮，即可获得不一致的电枢电压，也就改变了电动机的转速，通过皮带的作用，也就同

时改变了发电机的转速，使发电机输出不一致的功率。发电机的电枢端最多可并接八个40W灯泡用

为负载，改变面板上A~H的开关状态，即可改变发电机的负载量。

（2）转速测量及显示电路有左、右两组LED数码管，分别显示电动机与发电机的转速。在单片

机的程序操纵下，可分别完成“复位”、“查看”与“存储”功能，与同时完成“测量”功能。通电

后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算电动机与发电机的

转速。通电后或者检测过程中，一旦发现测速显示不正常或者需要重新启动测速时，可按“复位”

键。当需要存储经历所测到的转速时，可按“存储”键，一共可存储经历最后存储的10个数据。假

如按“查看”键，即可查看前一次存储的数据，再按可再继续向前查看。在“存储”与“查看”操

作后，如需继续测量，可按“测量”键，这样就能够同时测量电动机与发电机的转速。

三、实验内容

<1）皮带传动滑动曲线与效率曲线的测量绘制；该实验装置使用压力传感器与A/D采集并转换

成主动带轮与从动带轮的驱动力矩与阻力矩数据，使用角位移传感器与A/D板采集并转换成主、从

动带轮的转数。最后输入计算机进行处理作出滑动曲线与效率曲线。使学生熟悉带传动的弹性滑动

与打滑对传动效率的影响。

（2）皮带传动运动模拟：该实验装置配置的计算机软件，在输入实测主、从动带轮的转数后，

通过模计算作出带传动运动模拟，可清晰观察带传动的弹性滑动与打滑现象。

四、软件界面操作说明

1.皮带传动实验台软件封面

皮带传动实验台软件封面如图6-3所示。

图6-3软件封面

2.皮带传动实验说明界面

在封面上非文字区单击左键，即可进入皮带传动实验说明界面，如图6-4所示。

图6-4说明界面

［实验］:单击此键，进入皮带传动实验分析界面。

［关闭音乐］: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］。

［说明］:单击此键，弹出皮带传动实验说明框。

［返回］:单击此键，返回皮带传动实验台软件封面。

［退出］:单击此键，结束程序的运行，返回叼NDOWS界面。

3.皮带传动实验分析界面

皮带传动实验分析界面如图6-5所示，各操纵键说明如卜：

图6-5实验分析界面

［运动模拟］:单击此健，能够清晰观察皮带传动的运动与弹性滑动及打滑现象。

［稳固测试］:单击此键，稳固记录显示皮带传动的实测结果。

［实测曲线］:单击此键，显示皮带传动的滑动曲线与效率曲线。

［关闭音乐］:单击此键，音乐关闭，同时［关闭音乐］变为［打开音乐］;反之，单击音乐打开，同

时［打开音乐］变为［关闭音乐］。

［说明］:单击此键，弹出皮带传动实验说明框。

［打印］:单击此键，弹出打印对话筐，将皮带传动滑动曲线与效率曲线打印出来或者诸存为文件。

［返回］:单击此键，返回皮带传动实验说明界面。

［退出］:单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。

五、实验步骤

1.H型实验台

（1）打开计算机，单由“皮带传动”图标，进入皮带传动的封面。单击左键，进入皮带传动实

验说明界面；

（2）在皮带传动实验说明界面下方单击“实验”键，进入皮带传动实验分析界面；

（3）启动实验台的电动机，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动实验；

（4）在皮带传动实验分析界面下方单击“运动模拟”键，观察皮带传动的运动与弹性滑动及打

滑现象；

（5）单击“加载”键，可对灯泡组加载，每加载一次可增加5%的灯泡组负荷功率。每采集一

次数据，时间间隔5T0秒钟；

（6）数据稳固后，单击“稳固测试”键，稳固记录显示皮带传动的实测数据；

（7）重复实验步骤5与6直至皮带打滑，结束测试；

（8）假如实验效果不够理想，可单击“重做实验”即可从第五步开始重做实验；

（9）单击“实测曲线”键，显示皮带传动滑动曲线与效率曲线；

（10）假如要打印皮带传动滑动曲线与效率曲线。在该界面下方单击“打印”键，即可打卬出

该曲线图；

（11）假如实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。

2.A型实验台：

（1）接通电源，实验台的指示灯亮，检查一下测力计的测力杆是否处于平衡状态，若不平衡则

调整到平衡。

<2）加祛码3kg,使皮带具石.初拉力。

（3）慢慢地沿顺时针方向旋转按扭，使电机从开始运转加速到\二1000转/分左右，在没加

负载的情况下，记录n?、Q「Q?一组数据。

（4）打开一个灯泡（即加载40W）记录）、匕、Q1、Q2一组数据，注意如今>与n2

之间的差值，即观察带的弹性滑动现象。

（5）逐步增加负载（即每次打开一个40瓦的灯泡），重