兰交大机械设计实验指导

《机械设计》课程实验指导书PAGE9–《机械设计》课程实验指导书兰州交通大学机电工程学院机械设计系2015年9月

兰州交通大学学生实验守则一、学生实验前应认真预习，明确实验目的、步骤、对指导教师或实验技术人员抽查提问回答不合要求者，须重新预习、否则不准其做实验。二、学生在实验中，应听从指导教师及实验人员的安排、在使用精密、贵重仪器时，必须按要求操作确保设备的安全使用，禁止随意动用与本次实验无关的仪器设备，若对实验内容持有创见性的改革、实施前必须经指导人员同意后才能进行。三、学生应认真地进行实验，严格接操作规程办事，正确记录实验数据，实验后要认真做好实验报告，认真分析实验结果，处理实验数据，不得做本次实验以外的事情。四、严格考勤，对无故不上课的学生以旷课论处，并不得补做，对请假缺习做实验的学生，须另行安排时间予以补做。五、实验完毕后，学生必须按规定断电、关水、关气、整理设备、清扫场地、经实验指导人员检查合格后方可离去。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物者，立即追究责任，视其情节按有关规定处理。六、单独设实验课的作一门课程对待、不单独设课的实验成绩应按一定比例计入该门课程的总分。七、实验室内应保持安静、不准高声谈笑、吵闹、吸烟、注意清洁卫生，实验中注意安全，节约水、电、气，遇到事故应立即切断电（气）源，并向指导老师报告。

实验一带传动分析一、实验目的1．观察带传动中的弹性滑动和打滑现象，以及它们与带传递的载荷之间的关系；2．测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线；3．了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。二、实验设备PC-A型带传动实验台。本实验台供机械设计或机械设计基础课程开设带传动试验用，可进行带传动滑差率和效率曲线的测定。该设备结构简洁，外形新颖别致，电动机为直流无级调速，采用先进的调速电路，测速方为式红外线光电测速；测力方式为弹性测力计结构，百分表读数稳定，带轮转速可直接准确读取。整个试验台采优质钢材和铝合金材料精心设计制作，具有稳定牢固、重量轻的特点。1．电机移动底板2．砝码3．百分表4．弹性测力杆及装置5．主动电动机6．平带7．光电测速装置8．发电机9．负载灯泡10．机壳11．操纵面板图2带传动实验台主要结构图该实验台主要结构见图2，它由两个直流电机组成，其中一个为主动电机5，另一个为从动电机8，作发电机使用，其电枢绕组两端接上灯泡负载9，主动电机固定在一个以水平方向移动的底板l上，与发电机用一根平带6联接。在与滑动底板相连的砝码架上加上砝码，即可拉紧皮带6。电机定子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在弹片上，而固定在弹片上的百分表可将弹片受力时的变形测出（百分表与弹片及支架组成弹性测力装置），通过计算即可得到电机和发电机的转矩。两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测转速在面板上各自的数码管上显示。下面分述组成本实验台的两大部分—主机和测量系统的工作原理。1）主机主机是一个装有平台的传动装置。主电机是直流电动机，装在滑座上并可沿滑座滑动。电机轴上装有主动轮，通过平带带动装在直流发电机轴上的从动轮。在直流发电机的输出电路上，并联了8个灯泡，每个40瓦（即图上的负载灯泡），作为带传动的加载装置。砝码通过钢丝绳、定位滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力（预紧力）。开启灯泡便可改变发电机的负载电阻。随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，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转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。⑴光电测速装置在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔，在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。带轮转动时，就可在数码管上直接读出带轮的转速。⑵扭矩测量装置主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2均通过电机外壳来测定。电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。当电动机启动和发电机承载后，由于定子磁场和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测得的力矩来平衡。即：主动轮的扭矩T1=Q1K1L1（Nmm）从动轮的扭矩T2=Q2K2L2（Nmm）式中Q1、Q2——测力计上百分表的读数；K1、K2——测力计标定值；L1、L2——测力计的力臂，L1=L2=120mm。带传动的效率我们只要测得不同负载下主动轮的转速n1和从动轮的转速n2以及主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2，就可算出在不同有效拉力下的弹性滑动率ε以及效率η之值（在两带轮的直径相同时，ε=(V1–V2)/V1×100%=(n1–n2)/n1×100%）。以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的ε和η之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动率曲线和效率曲线，如图3所示。图3带传动的弹性滑动率曲线和效率曲线该实验台的主要技术参数如下：直流电机功率：355W调速范围：50～1500rpm最大负载转速下降率＜5％初拉力最大值：3kg杠杆测力臂长度L1＝L2＝120mm（L1、L2——电机轴线至测力杆支点的长度）带轮直径D1＝D2＝120mm测力计标定值K1＝K2＝0.233百分表精度为0.01mm,测量范围为0～10mm试验台总重量45kg三、实验内容及要求1.根据实测值绘出带传动的弹性滑动率曲线并进行理论分析；2.根据实测值绘出带传动的效率曲线并进行理论分析；3.比较理论曲线与实测曲线的差异，并分析误差原因。四、实验步骤1．接通电源，实验台的指示灯亮，检查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．加砝码3Kg,使带具有初拉力。3．慢慢地沿顺时针方向旋转调速按钮，使电机从开始运转逐渐加速到n1=1000转/分左右，记录n2、Q1、Q2一组数据。4．打开一个灯泡（即加载），记录一组n1、n2、Q1、Q2的数据。注意此时n1和n2之间的差值，即观察带的弹性滑动现象。5．逐渐增加负载（即每次打开一个40瓦的灯泡），重复第4步，直到ε≥3%左右，即带传动开始进入打滑区。若再打开灯泡，则n1和n2之差值迅速增大。6．完成实验报告（即绘制弹性滑动和效率曲线）。

实验二轴系结构分析一、实验目的1．熟悉并掌握轴与轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；2．熟悉并掌握轴与轴上零件的定位和固定方法；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。二、实验设备及工具1．组合式轴系结构设计分析实验箱本实验箱按照组合设计法，采用较少的零件，可以组合出尽可能多的轴系部件，以满足轴系结构分析与设计两项实验的要求。实验箱内有齿轮类、轴类、套筒类、端盖类、支座类、轴承类及联接件类等8类50多种零件，提供了进行减速器圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构分析与设计实验的全套零件，其明细表如表2（见下页）所示。2．测量及绘图工具300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。三、实验内容及要求1．根据实验课指导教师指定的实验内容（圆柱齿轮轴系、圆锥齿轮轴系或蜗杆轴系）观察轴系部件组装后的结构，绘出轴系部件的装配草图；2．拆开轴系部件，分析并测绘各轴系零件，绘出轴系零件的草图。四、实验步骤1．明确实验内容，复习轴的结构设计与轴承组合设计等内容（参看教材有关章节）；2．测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距等）；3．绘出轴系部件的装配草图；4．拆开轴系部件，观察与分析各轴系零件的结构特点；5．测量零件主要结构尺寸；6．绘出轴系部件中主要零件的结构草图；7．装配轴系部件使之恢复原状，整理工具，实验结束。8．写出实验报告。

表2组合式轴系结构设计分析实验箱内零件明细表序号类别零件名称件数序号类别零件名称件数1齿轮类小直齿轮128支座类锥齿轮轴用套环22小斜齿轮129蜗杆用套环13大直齿轮130直齿轮轴用支座24大斜齿轮131锥齿轮轴用支座15小锥齿轮132蜗杆轴用支座16轴类直齿轮用轴A133轴承与联轴器6206轴承27直齿轮用轴B1347206AC轴承28锥齿轮用轴A13530206轴承29锥齿轮用轴B136N206轴承210固游式用蜗杆137联轴器A111两端固定用蜗杆138联轴器B112轴承端盖类凸缘式闷盖A（脂用）139联接件及其它键8×35413凸缘式闷盖B（脂用）140键6×35414凸缘式透盖A（油用）141圆螺母M30×1.5215凸缘式透盖B（油用）342圆螺母止动垫圈Ф30216大凸缘式闷盖（脂用）143骨架油封Ф30×Ф45×10217大凸缘式透盖（脂用）144无骨架油封Ф30×Ф55×12118嵌入式闷盖145轴用弹性档圈Ф30219嵌入式透盖246羊毛毡圈Ф30220凸缘式透盖（迷宫式）147螺钉M8×15421迷宫式轴套148螺钉M8×35222轴套类甩油环649螺钉M6×25623挡油环450螺钉M6×35424套筒2451螺钉M4×10425调整环252垫圈Ф61026调整垫片1653垫圈Ф4427压板454组装底座1

实验三轴系结构设计一、实验目的熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法。二、实验设备及工具1．组合式轴系结构设计分析实验箱（参看实验五中介绍）；2．测量及绘图工具（参看实验五中介绍）。三、实验内容及要求1．指导教师根据下表选择性安排每组的实验内容（实验题号）实验题号已知条件齿轮类型载荷转速其它条件示意图1小直齿轮轻低6060702中高3大直齿轮中低4重中5小斜齿轮轻中6060706中高7大斜齿轮中中8重低9小锥齿轮轻低锥齿轮轴70823010中高锥齿轮与轴分开11蜗杆轻低发热量小l12重中发热量大2．进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择、轴上零件定位固定、轴承安装与调节、润滑及密封等问题。3．绘制轴系结构装配图4．每人编写实验报告一份。四、实验步骤1．明确实验内容，理解设计要求；2．复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容和方法（参看教材有关章节）；3．构思轴系结构方案⑴根据齿轮类型选择滚动轴承型号；⑵确定支承轴向固定方式（两端固定；一端固定、一端游动）；⑶根据齿轮圆周速度（高、中、低）确定轴承润滑方式（脂润滑、油润滑）；⑷选择端盖形式（凸缘式、嵌入式）并考虑透盖处密封方式（毡圈、皮碗、油沟）；⑸考虑轴上零件的定位与固定、轴承间隙调整等问题；⑹绘制轴系结构方案示意图。4．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。5．绘制轴系结构草图。6．测量零件结构尺寸（支座不用测量），并做好记录。7．将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所借工具。8．根据结构草图及测量数据，在3号图纸上用1:1比例绘制轴系结构装配图，要求装配关系表达正确，注明必要尺寸（如支承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸），填写标题栏和明细表。9．写出实验报告。

实验四减速器结构分析一、实验目的1．了解常用减速器的用途及特点；2．分析减速器的结构，掌握减速器各部分的装配关系及各附件的功能；3．熟悉减速器各主要部件、零件的结构，拆装方法及调整步骤，培养学生的动手能力。二、实验设备及工具1．减速器一台；2．固定扳手一套；3．游标卡尺一把；4．直尺一把；5．活扳手、木槌各一把；6．其它公用工具；7．自带铅笔、橡皮、白纸等。三、实验内容及要求本次实验分小组（每组3～5人），拆装下列减速器：两级展开式圆柱齿轮减速器、两级同轴式圆柱齿轮减速器、两级圆锥圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器，如果需要时再拆装其它类型的减速器。实验中应先拆后装，善始善终，在拆、装的过程中还要逐项完成实验报告的各项任务。四、实验步骤1．事先复习机械设计课程所讲的有关内容，仔细观察研究所拆减速器的外形，弄清各部分的结构特点，认定各附件（如油尺、通气器）的安装位置及功用。2．测量减速器的外形尺寸（总长、总宽、总高）、地脚螺钉孔尺寸、中心距等。3．认清分箱面位置，弄清联接螺栓个数，绘制出联接螺栓位置分布图。4．拆箱：拧下减速器上下箱体的联接螺栓及轴承盖联接螺钉，用起盖螺钉顶起箱盖，取下放在适当处；⑴仔细观察减速器内部结构，弄清各零部件的相对运动关系，绘出它的运动简图；⑵根据各级齿轮的齿数，分析研究减速器传动比分配情况，计算减速器的传动比i；⑶取出一根轴，分析研究它的结构，弄清轴上零件轴向、周向定位方法。目测各零件的尺寸，绘制出该轴上零件的装配简图；⑷研究分析取出轴的轴上零件的装配顺序，拆下轴上各零件，用量具测出轴的各部分尺寸，绘制出该轴的结构简图；⑸研究分析减速器各轴的安装固定方法，弄清轴承型号、类别、固定、调整、密封和润滑等情况。5．装箱：完成以上任务后，擦净各零件，按拆卸时的相反顺序，把减速器装配完好，合箱时一定要经指导教师查看后才许进行。6．