1、机械设计实验指导书1机械设计实验指导书实验七 机械传动系统方案设计和性能测试综合实验指导书 24学生实验守则一、 学生实验前应认真预习相关实验容，明确实验目的、容、步骤，对指导教师的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，必须按要求操作以确保设备的安全使用，禁止随意动用与本实验无关的仪器设备，若对实验容持有创见性的改革，实施前必须经指导人员同意后方可进行。三、 学生应认真地进行实验，严格按操作规程办事，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。四、 严格考勤，对无故缺席实
2、验的学生以旷课论处，不得补做；对请假的学生，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，经指导教师检查合格后方可离开。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物者，一经查实，须追究责任，视情节按有关规定论处。六、 实验室应保持安静，不准高声喧哗、吸烟，注意环境卫生。实验时应注意安全，节约水、电、气，遇到事故应切断电（气）源，并向指导教师报告实验一 机械零件列柜演示实验一、实验设备：XJ-10B型精选机械零件列柜、铅笔、橡皮、直尺等绘图工具、钢笔或圆珠笔等二、实验目的：了解常用机械零件的构造及应用。三、实验要求：1.回答每一柜中一个简答题；2.画出主动斜齿轮
3、、主动锥齿轮、主动蜗杆的受力图。四、实验容： 实验二 带传动分析一、实验设备：PC-B型皮带传动实验台、计算机、绘图工具等二、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。4掌握计算机在机械量检测与分析中的应用。三、实验容1测试在带初拉力为2.5 kg时，不同负载条件下的弹性滑动率和效率之值。2测试在带初拉力为3 kg时，不同负载条件下的弹性滑动率和效率之值。3绘出在不同带初拉力下带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。图带传动实验
4、台主要结构图l. 电机移动底扳 2. 砝码 3. 传感器 4. 弹性测力杆 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4利用计算机软件，进行带传动的运动模拟，观察弹性滑动和打滑现象；5依据实测的效率曲线和弹性滑动曲线对实验台的带传动情况进行分析；四、实验设备及工作原理1设备简介本实验采用的实验设备为PC-B型带传动实验台，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，直流电动机可实现无级调速。带轮转速和扭矩加载参数可直接在面板上准确读取，通过RS-232 接口将所测参数输出到计算机中进行测试分析，也可脱机（不
5、需计算机）运行，人工纪录并进行测试分析。实验台主要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1上，发电机由一根平带6连接。在与滑动底板相连的砝码架上加上砝码，即可拉紧带6。电机定子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器上，通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测转速由面板上对应的各自的数码管显示。2工作原理本实验台主要有主机和测量控制两大系统组成，其工作原理为：1） 主机主机是一个装有平带的传动装置。主电机是直流电动机，装在滑座上，可沿滑座
6、滑动，电机轴装有主动轮，通过平带带动从动轮，从动轮装在直流发电机的轴上。在直流发电机的电枢绕组两端连接了负载灯泡，作为带传动的加载装置。砝码通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带紧，并保证一定的初拉力。开启灯泡，以改变发电机的负载电阻，随着发电机的负载增大，带的受力增大，两边拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。当带所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）测量控制系统测量系统由电机转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。A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
7、的测头正对小孔。带轮转动时，就可直接读出带轮的转速。B扭矩测量装置主动轮的扭矩T；和从动轮的扭矩T。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安装的测力计所测得的力矩来平衡。即： 主动轮上的扭矩 T1F1L1（Nmm） 从动轮上的扭矩T2F2L2（Nmm）式中 F1、F2压力传感器所得的力，L1、L2测力臂长度。我们只要测得不同负载下主动轮(电动机)的转速n1和从动轮（发电机）的转
8、速2以及主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率（，在两带轮的直径相同时，）以及效率之值。以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的和之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，如图所示。主要技术参数直流电动机功率： 355W调速围： 50-1500rpm传感器量程： 50N（5 kg）最大负载转速下降率： 5初拉力最大值为： 3kg杠杆测力臂长度： L1L2120mm（ L1、L2一电动机中心至测力杆支点的长度）带轮直径： D1D2120mm实验台总重量： 45kg 五、实验操作注意事项1通电前的准备：1）面板上的调速旋钮逆时针旋到底（转速最低），连
9、接地线。2）加上一定的砝码（3 kg或2.5 kg）使带紧，具有初拉力。2接通电源，检查实验台各仪表显示是否正常，调整负载按钮，使发电机负载为零。3缓慢调节调速旋钮，使电机启动，并将电动机和发电机转速调至1000转/分。4打开计算机中的带传动应用软件，仔细阅读其使用说明，尔后进行带传动的弹性滑动曲线和效率曲线的测量和绘制。六、实验步骤：1打开计算机，单击“带传动”图标，进入带传动的封面。单击左键，进入带传动实验说明界面。2在带传动实验说明界面下方单击“实验”键，进入带传动实验分析界面。3启动实验台的电动机，调节电动机转速至1000转/分，待带传动运转平稳后，可进行带传动实验测试阶段。4单击“稳
10、定测试”键，稳定记录空载时的实测结果。5单击“加载”键（每加载一次发电机可增加10W的载荷），等待一定时间，待带传动运转平稳后，单击“稳定测试”键，记录该载荷下实时显示的带传动的实测结果。6重复第5项工作，不断均匀加载、测试（注意不要漏测），当测试结果3%时，说明带传动已进入打滑区，停止加载。7单击“实测曲线”键，显示带传动滑动曲线和效率曲线。8在带传动实验分析界面下方单击“运动模拟”键，观察带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。9如果要打印带传动滑动曲线和效率曲线。在该界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出带传动滑动曲线和效率曲线。10如果实验结束，单击“退出”，返回windows界面。七、软
11、件界面操作说明：1 带传动实验台软件封面在封面上非文字区单击左键，即可进入带传动实验说明界面。2 带传动说明界面（见图4）实验：单击此键，进入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，打开音乐变为音乐关闭。说明：单击此键，弹出带传动实验说明框。 返回：单击此键，返回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WINDOWS界面。 3 传动实验分析界面该界面有带传动弹性滑动的运动模拟、滑差及效率实测曲线窗口（见图5）。各控键说明如下：图 5 带传动实验分析界面运动模拟：单击此键，可以清楚观察带传动的运动和弹性滑动及打
12、滑现象。加载：单击此键，实现从动轮的负载自动控制，每单击一次增加 10w负载。稳定测试：单击此键，稳定记录实时显示带传动的实测结果。实测曲线：单击此键，显示带传动滑动曲线和效率曲线。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，弹出带传动实验说明框。打印：单击此键，弹出打印对话筐，将带传动滑动曲线和效率曲线打印出来或保存为文件。返回：单击此键，返回带传动实验说明界面。退出：单击此键，结束程序的运行，返回 WINIDOWS界面。实验三 轴系结构分析一、实验设备及工具1 组合式轴系结构设计分析实验箱该实验箱按照组合设计法
13、，采用较少的零件，可以组合出尽可能多的轴系部件，以满足实验的要求。实验箱有齿轮类、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，提供了可组成圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系和蜗杆轴系三类轴系结构模型的成套零件，其零件明细表见表1。2 测量及绘图工具300mm钢板尺、游标卡尺、外卡钳、铅笔、三角板等。二、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。三、实验容及要求1依据指导教师给每组指定实验容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系或蜗杆轴系）观察组装后的轴
14、系结构，绘制轴系部件的装配草图。 2测量轴系的主要装配尺寸，分析并测绘轴系零件，绘制主要零件的结构草图。 四、实验准备从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号；根据实验方案规定的设计条件确定需要哪些轴上零件；绘出轴系结构设计装配草图并注意以下几点：a.应满足轴的结构设计、轴承组合设计的基本要求，如轴上零件的固定、装拆、轴承间隙的调整、密封、轴的结构工艺性等；（暂不考虑润滑问题）b.标出每段轴的直径和长度，其余零件的尺寸可不标注。各项准备工作应在进入实验室之前完成。五、实验步骤 1提前预习，明确实验容，复习轴的结构设计及轴承组合设计等与实验相关的教学容； 2观察与分析轴系结构的特点，绘制轴系
15、装配示意图或结构草图；3 测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距）；4 对轴系部件进行拆解，观察和分析轴系各零件的结构，对其主要的结构尺寸进行测量（支座不用测量）。5 根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配图。6装配轴系部件使其恢复原状。具体步骤：以自己设计的装配草图为依据，根据阶梯轴的直径与长度尺寸，逐段选择完全对应或基本对应的模块化轴段，并用双头螺柱将各轴段组装成一个完整的阶梯轴。该轴应与装配草图中的设计尺寸尽可能一致；根据轴系结构设计装配草图，选择相应的零件实物，按装配工艺要求顺序装在轴上，完成轴系结构设计；自行检查轴系结构方案的合理性，对不合理之处进行修改，直到装配出合理的结构为止。检查时
16、应考虑以下问题：a.轴上各键槽是否在同一条母线上；b.轴上各零件是否处于指定位置；c.轴上各零件的轴向、周向固定是否合理、可靠，如防松、轴承拆卸等；d.轴系能否实现回转运动，运动是否灵活；e.轴系沿轴线方向的位置是否确定，轴向力能否传到机座上；f.轴承的游隙能否调整，如何调整；g.轴系的轴向位置是否需要调整，需要时，如何调整。在确认实际装配结构无误时，测绘各零件的实际尺寸（底板不测绘，轴承座只测量轴向宽度）；将实验零件放回箱，排列整齐，工具放回原处；在实验报告上，按11比例完成轴系结构设计装配图（只标出各段轴的直径和长度，公差配合及其余尺寸不标注，零件序号、标题栏可省略）。注意：因实验条件限制
17、，本实验忽略过盈配合的松紧程度、轴肩过渡圆角及润滑等问题。六、常犯错误举例：1.这种采用在其两端同时加套筒来固定轴上零件的方式，一般会导致轴或轴上零件的轴向位置不够准确，而将其一端改为轴环结构更好；2. 套筒过厚（通常其应低于轴承圈厚度），轴承得不到合理拆卸；3. 轴承与端盖之间不应留有过大的间隙，以避免由于结构设计不合理而使机器在工作过程中产生不应有的噪声；4. 轴上两键槽应在同一条母线上，以方便键槽加工；5. 轴头相对于联轴器孔的尺寸过长，致使轴端挡圈的作用消极，联轴器的轴向定位不确切。表1组合式轴系结构设计分析实验箱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
18、轴套类甩油环62小斜齿轮129挡油环43大直齿轮130套筒244大斜齿轮131调整环25小锥齿轮132调整垫片166轴类直齿轮用轴133压板47直齿轮用轴134支座类锥齿轮轴用套环28锥齿轮用轴135蜗杆用套环19锥齿轮用轴136直齿轮轴用支座210固游式用蜗杆137锥齿轮轴用支座111两端固定用蜗杆138蜗杆轴用支座112联轴器联轴器A139联接件及其他键835413联轴器B140键635414轴承端盖类凸缘式闷盖（脂用）141圆螺母M301.5215凸缘式闷盖（脂用）142圆螺母止动圈30216凸缘式透盖（油用）143骨架油封304510217凸缘式透盖（油用）344无骨架油封305512
19、118大凸缘式闷盖（脂用）145轴用弹性卡环30219大凸缘式闷盖（油用）146羊毛毡圈30220嵌入式闷盖147M815421嵌入式透盖248M835222凸缘式透盖（迷宫式）149M625623迷宫式轴套150M635424轴承类轴承6206251M410425轴承7206A2526垫圈1026轴承302062534垫圈427轴承N206254组装底座1 实验四 减速器结构分析一、实验设备及工具1 减速器减速器是由置于刚性封闭箱体中的一对或几对相啮合的齿轮或蜗轮蜗杆所组成，在机器中常为一独立部件，用来减低转速，以适应机器的要求。在个别情况下，也可能遇到用来增加转速的增速器。减速器的型式按齿
20、轮的类型来分，减速器可有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、圆锥圆柱齿轮减速器及蜗杆圆柱齿轮减速器等类型。按齿轮的对数来分，又可分为单级的、二级的和三级的减速器。本实验可供拆装的减速器为二级圆柱齿轮减速器或圆锥圆柱齿轮减速器，可任选其一。2 工具游标卡尺一把、活搬手二把、木锤一把、钢板尺一把（500mm）、绘图工具等。二、实验目的1. 了解常用减速器用途和特点；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。三、实验容及要求1了解铸造箱体的结构。2观察、了解减速器附属零件的用途，结构安装位
21、置的要求。3测量减速器的中心距，中心高、箱座下凸缘及箱盖上凸缘的宽度和厚度、筋板厚度、齿轮端面与箱体壁的距离、大齿轮顶圆与箱体底壁之间的距离、轴承端面至箱壁之间的距离（本减速器有6个轴承，有6个这样的距离，选择其中符合设计规要求的一个）。4了解轴承的润滑方式和密封装置，包括外密封的型式，轴承侧的挡油环、封油环的作用原理及其结构和安装位置。5测绘高速轴及轴承部件的结构草图四、实验步骤1拆卸。1）仔细观察所拆减速器外形，弄清各部分的结构及特点，各附件（如油标尺、透气孔等）的安装位置及功用。2）用板手拆下观察孔盖板，考虑观察孔位置是否恰当，大小是否合适。3）拆卸箱盖a、用扳手拆卸上，下箱体之间的连接
22、螺栓、拆下定位销。将螺栓，螺钉、垫片、螺母和销钉放在盘中，以免丢失，然后拧动启盖螺钉使上下箱体分离，卸下箱盖。b、仔细观察箱体各零部件的结构和位置，各部件的相对运动关系，绘制运动见图。c、测量实验容所要求的尺寸。d、卸下轴承盖，将轴和轴上零件一起从箱取出，按合理顺序拆卸轴上零件。e、测绘高速轴及其支承部件结构草图 。f、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。2装配按原样将减速器装配好，装配时按先部后外部的合理顺序进行，装配轴套和滚动轴承时，应注意方向，注意滚动轴承的合理装拆方法，经指导教师检查合格后才能合上箱盖，注意退回启盖螺钉，并在装配上、下箱盖
23、之间螺栓前应先安装好定位销，最后拧紧各个螺栓。3整理好工具和工作台，经指导教师许可，方可离开。五、注意事项1切勿盲目拆装，拆卸前要仔细观察零、部件的结构及位置，考虑好拆装顺序，拆下的零、部件要统一放在盘中，以免丢失和损坏。2爱护工具、仪器及设备，小心仔细拆装避免损坏。3实验中需经常搬运东西，故要注意自身安全。实验五 滑动轴承实验一、实验设备：HS-B型液体动压轴承试验台、计算机、绘图工具等二、实验目的 1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。 2、观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。 3、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。 4、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求
24、轴承的承载能力。 5、了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法。三、实验台的构造与工作原理1、实验台的传动装置 由直流电动机1通过三角带2驱动主轴9沿顺时针(面对实验台面板)方向转动，由无级调速器实现无级调速。本实验台主轴的转速围为3500rpm，主轴的转速由数码管直接读出。2、轴与轴瓦间的油膜压力测量装置 轴的材料为45号钢，经表现淬火、磨光，由滚动轴承支承在箱体10上，轴的上半部浸泡在润滑油中，本实验台夏季采用的润滑油的牌号为N68（即旧牌号的40号机械油），该油在20时的动力粘度为0.34PaS。主轴瓦8的材料为铸锡铅青铜。牌号为ZcuSnSbSZn5(即旧牌号ZQ
25、Sn6-6-3)。在轴瓦的一个径向平面沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20，每个小孔联接一个压力传感器7，用来测量该径向平面相应点的油膜压力，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传感器(即4号和8号压力传感器)。用来观察有限长滑动轴承沿轴的油膜压力情况。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。转速的改变方法如前所述。本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出。4、摩擦系数f测
26、量装置 径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数=n/p值的改变而改变 ( 油的动力粘度，n轴的转速，p-压力，p=W / Bd，W轴上的载荷，W =轴瓦自重+外加载荷。本机轴瓦自重为40N，B轴瓦的宽度，d轴的直径。本实验台B=125mm，d=70mm) 在边界摩擦时，f随的增大而变化很小，进入混合摩擦后，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，随的增大油膜厚度亦随之增大，因而f亦有所增大。摩擦系数f之值可通过公式得到。 f=(2n/30p)+0.55 相对间隙 随轴承长径比而变化的系数，对于l/d=1时， 等于。n / p 轴承特性系数。5、摩擦状态指示装置指示装置的
27、原理如图5所示。当轴不转动，可看到灯泡很亮；当轴在很低的转速下转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙，但由于此时的油膜很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰处仍在接触，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。四、实验方法与步骤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(但且莫加载超过1000N
28、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。 为了确定轴承的承载量，用Pi 表示向量1-1、2-2
29、、7-7的压力值。在投影直径0-8上先画出轴承表面上油孔位置的投影点1 27，然后通过这些点画出上述相应的各点压力Pi ，即1、2、7等点，（其长度1-1l-l，2-22-2，等等）将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为在载荷方向的压力分布。 在投影直径0-8上做一个矩形，采用方格纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么，矩形的边长P平均乘以轴瓦宽度B再乘以轴的直径d便是该轴承油膜的承载量。但必须考虑端部泄漏造成的压力损失，故最后的油膜承载量为：qP平均Bd式中，P平均：径向单位平均压力B：轴瓦宽度110mmd：轴的直径60mm：湍泄系数，取0.7。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250
