机械设计实验要点

实验一皮带传动实验1. 实验目的1.1了解皮带传动的弹性滑动和打滑现象。

1.2 作出皮带传动的滑动曲线和效率曲线。

1.3 分析影响皮带传动拉力的因素。

1.4 了解测定转矩、转速的确方法。

2. 实验设备及原理2.1 实验台机构原理1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13图1 实验台机械结构1 滑轮2 牵引绳3 主动直流电机4 主动带轮5 传动带6被动直流电机7 从动带轮8 砝码9 拉簧10 浮动支座11 拉力传感器12 固定支座13 面板主要有二台直流电机组成，一台为原动机，另一台为负载的发电机，对发电机，每按一下“加载”键即并上一个电阻，使发电机负载逐渐增大，电枢电流也逐渐增大，随之电磁转矩也增大，实现了负载的改变。

原动机的机座为浮动结构，（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成预拉力机构，改变砝码大小，可调整带传动的预拉力F0。

如何测量主动电机转矩和从动电机转矩，两台直流电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上力T1、T2迫使拉钩作用于拉力传感器，（应变片式），传感器输出与T1、T2呈正比的电信号，然后送单片机数据处理。

测量主动带轮、被动带轮转速原理是采用红外光电传感器，分别安装于两个带轮背后的环行槽中，由红外光敏管接收红外光发出的光信号，由此可获得必要的转速信号。

2.2 电子测量系统电子系统的结构框图如图2所示。

DCS-Ⅱ智能带传动实验台图2 实验台电子测量系统框图2.3. 皮带传动原理2.3.1带传动的分析2.3.1.1预拉力促使带与轮之间具有一定的摩擦力，使得轮子转动时带动皮带传动。

2.3.1.2 两皮带轮静止时，带两的拉力都等于预拉力F0。

传动时，由于带与轮子表面间摩擦力的作用，带两边出现拉力差异，绕进主动轮和绕出被动轮的一边的拉力从F0增大到F1，绕出主动轮和绕进被动轮一边的拉力由F0减小到F2，F1作用的边称为紧边，F2作用的边称为松边。

设环行带的总长度不变，则紧边拉力的增量F1-F0应等于松边拉力的减少量，F0-F2即F1-F0=F0-F2。

2.1紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周力F=F1-F22.3.2带传动的弹性滑动和打滑2.3.2.1 弹性滑动当带从绕进主动轮到绕出主动轮时，因为拉力差F1>F2，带的弹性变形也不同，它随着F1减小为F2，弹性变形也逐渐变小，带的速度过度到低于主动轮的圆周速度，这说明了带在绕经主动轮的过程中，在带与主动轮之间发生了相对滑动，同理，带在绕经被动轮过程中，带与被动轮之间也发生相对滑动，只不过它的弹性变形逐步增大，，带的速度逐渐增大并大于被动轮的圆周速度。

这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑动，这是带传动时固有的正常特性。

只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动。

2.3.2.2滑动率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速度<主动轮的圆周速度，在带传动时，由带的滑动引起的被动轮速度的降低率称为滑动率ε2.2若d1=d2% 2.32.3.2.3打滑根据实验研究结果，带的弹性滑动只发生在全部包角的某一段的接触弧上，随着有效圆周力的增加，弹性滑动的区段也逐渐扩大，当它扩大至整个包角对应的接触弧时，带传动的有效圆周力也达到最大极限Fec，如果载荷进一步增大带与带轮（被动轮）间就发生显著的相对滑动即产生打滑。

打滑将使皮带磨损加剧，被动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。

3．实验步骤与操作3.1 操作部分图3 面板布置图3.2 在预拉力调整好的情况下，接通电源，打开开关前，将转速旋钮调到最低速位置，打开电源，按一下“清零”键，然后调转速旋钮（顺时针方向），电机由起动逐渐增速，将主动轮转速调高到1200r/min左右，停止调速，从动轮转速也稳定下来。

3.3调整转矩零点，在空载时，调实验台背面靠近定滑轮的电位器旋钮即主动轮转矩调零旋钮，将其调整到0.050－0.090 Nm，再调整紧挨它的电位器旋钮（被动轮转矩调零）将其调整到0.000－0.030 Nm。

3.4待调零稳定后，在空载时，记录主、被动轮转速与转矩，然后，按“加载”键一次，第一个载荷指示灯亮，显示数据跳动两三次后可记录数据，若有二、三个指示灯同时亮，需“清零”重新加载。

否则，记录完数据，再按“加载”键一次直至转速、转矩显示出“8888”时，计算机CRT显示出采集的全部8组数据。

3.5移动功能菜单的光标，选择“数据”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。

3.6实验结束后，先按“清零”键，再将转速旋钮调到转速最低位置（逆时针方向），然后关闭实验台电源，将菜单功能选至“退出”，回车确认后即可退出，再按“CD”和“.”键两次回车确认，逐步退至C>：再关闭计算机电源。

4．实验报告4.1将人工记录的数据处理后，绘出T2－η、ε曲线。

η（%）ε（%）T2－η、ε曲线图4.2 思考题4.2.1主动轮圆周速度V1与被动轮圆周速度V2是否相同？原因何在？4.2.2弹性滑动、打滑其中哪些现象产生，带传动就不能正常工作，为什么？4.2.3带传动效率是否在打滑时最高？4.2.4增加初拉力后，则对打滑有何影响？4.2.5影响带传动拉力的因素有哪些？实验二齿轮传动封闭功率流实验1.实验目的通过实验的进行，使学生直观了解齿轮传动过程，加深对齿轮传动中能量损失过程的认识，然而从根本上理解齿轮传动中啮合原理及啮合效率。

2.实验装置及主要技术参数2.1 实验台型号：CLS-Ⅱ2.2 试验齿轮模数m=2 (mm)2.3 齿数Z1=Z2=Z3=Z4=382.4 中心距A=76 (mm)2.5 速比I=12.6 直流电机额定功率P电=200 (W)2.7 直流电机转速N电=50-2000 (r/m)2.8 最大封闭扭矩TB=15 (Nm)2.9 最大封闭功率PB=3 (Kw)3.实验台结构特点3.1 机械结构实验台的结构如图1（a）所示，由定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、双万向联轴器等组成一个封闭机械系统。

电机采用外壳悬挂结构，通过浮动联轴器和齿轮轴相联，与电机悬臂相连的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台电控箱，在数码显示器上直接读出。

电机转速由测速传感器6测出，同时送往电控箱中显示。

3.2 效率计算3.2.1封闭功率流方向的确定由图1（b）可知，实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后（通常加载砝码是1kg/块），悬臂齿轮箱会产生一定角度的偏转，这时扭力轴将有一力矩T1作用于齿轮1（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T1’作用于齿轮1‘（其方向也为顺时针，如忽略摩擦，T1’=T1）。

当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T1与ω的方向相同，T1’与ω方向相反，故这时齿轮1为主动轮，齿轮1’为从动轮，同理齿轮5‘为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图1（a）所示，其大小为：（Kw）3.1该功率流的大小决定与加载力矩和扭力轴的转速。

而不是决定于电机。

电机提供的功率仅为封闭传动中的损耗功率，即3.2故 3.3T0为阻力扭矩单对齿轮 3.4η为总效率，若η=95%，则封闭加载的功率仅为开式加载功率的1/20，是一种节能高效的试验方法。

3.2.2 封闭力矩T1的确定由图1（b）所示，当悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮1和齿轮1‘就会产生扭矩，其方向都是顺时针，对齿轮1’中心取矩，得到封闭扭矩T1：（本实验台T1是所加载荷产生扭矩的一半）即：（Nm）3.5W---所加砝码重量NL---加载杠杆长度L=0.3m平均效率为：（本实验台电机为顺时针）= 3.63.3 电子系统3.3.1系统框图电测箱内电子系统的结构框图如图2所示图3 实验曲线T03.3.2电测箱面板操作示意图如图4所示。

图4 电测箱面板操作示意图4.实验操作4.1 人工记录方法4.1.1 系统连接及接通电源在接通电源前，先将实验台上的转速、转矩输出信号线分别插入电测箱后面的对应输入插口，打开电源，并按一下“清零”键使单片机复位。

4.1.2 转矩零点及放大倍数调整在实验台电机停转及空载状态下，调节面板上的“增益”和“调零”电位器，使输出转矩显示为≤0.010(Nm)。

一般转动电位器后，显示器跳动两次即达到稳定值。

在调零过程中，如转矩显示为“9999”则表示为“-”值，应逆时针旋转电位器使显示值增大。

调零完成后，将电机转速调高到700至800转/分，此时输出转矩显示应为0.3至0.4(Nm)之间。

4.1.3 加载在实验台处于稳定运转后（若有较大振动，可按一下加载砝码钓钩或适当调节一下电机转速），然后在钓钩上加一块砝码，等显示值稳定后，按一下“保持”键，然后记录测量数据，记完后再按一下“加载”键使第一个加载指示灯亮，并脱离保持状态，此时第一次加载结束。

然后重复上述步骤，直至加完八个砝码，等转速、转矩显示都为“8888”表示实验结束。

4.2 与计算机接口实验4.2.1 系统连接在开电源前，将串行通信线的两端分别与计算机和电测箱接好，信号线连接如上述相同。

4.2.2 转矩调零及放大倍数调整方法同前。

4.2.3 加载实验台处于稳定空载状态下，加第一个砝码，等转矩、转速显示稳定后，按一下“加载”键，（向计算机送数）。

然后加第二块砝码，显示稳定后，再按一下“加载”键，如此重复上述操作，直至加完八块砝码，待转矩转速显示器都显示“8888”表示实验结束。

4.3 计算机处理4.3.1 在计算机屏幕上出现“等待输入”功能菜单后，按一下“送数”键，此时计算机屏幕上将显示八组测量数据。

4.3.2 选择功能菜单中的“数据”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。

4.3.3 实验结束后，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和实验台、电测箱的电源。

5．实验报告5.1.1根据实验测量的数据分别绘出曲线η-T1、T0-T1。

5.1.2思考题5.1.2.1影响齿轮传动效率的因素有哪些﹖5.1.2.2结合本实验结果分析随T1增加T0增加的原因。

实验三滑动轴承实验一.实验目的∙了解滑动轴承运行过程中的内部情况,测试载荷区内径向油膜压力的大小及分布规律。

∙观察轴承在启动过程中的摩擦现象及润滑状态。

∙验证摩擦系数f与轴承特性系数λ之间的关系，绘制出轴承内油压分布曲线和f –λ关系的特性曲线。

∙了解轴承加载方式及测量油压、转速、摩擦系数等方法。

二．实验台简单构造图1.滑动轴承实验台简图三.实验步骤∙在油池中放入足够量的46号机械润滑油。

∙启动电机，逐渐增大轴的转速，观察启动前后的摩擦现象以及轴与轴承间的润滑状态。

∙加上载荷，在载荷为大约1000（N）的条件下，测出各种转速下轴与轴承间的摩擦力矩M（Nm）。

∙在轴转速达到额定转速后，使轴与轴承间形成稳定的油膜，观察各压力表并记录下各压力表测量的油膜压力值P。