机械设计试验指导书

上海百睿机电设备有限公司– 机械设计试验指导书第一次机械设计结构展示与分析一、实验目的1.了解常用机械传动的类型、工作原理、组成结构及失效形式；2.了解轴系零部件的类型、组成结构及失效形式；3.了解常用的润滑剂及密封装置；4.了解常用紧固联接件的类型；5.通过对机械零部件及机械结构及装配的展示与分析，增加对其直观认识。

二、实验设备机构模型；典型机械零件实物；若干不同类型的机器。

三、实验内容、步骤在实验室要认识的典型机械零件主要有螺纹联接件、齿轮、轴、轴承、弹簧，具体内容如下：1.各种类型的螺纹联接实物，各种类型的螺栓、螺母及垫圈实物，螺纹联接的失效实物，各种类型的键、销实物，各种类型的键、销失效实物，各种类型的焊接、铆接实物；2.各种类型及各种材质的齿轮、齿轮加工刀具、蜗轮蜗杆、带、带轮、链条、链轮、螺旋传动的零部件实物，失效零件实物；3.各种类型的轴、轴承实物，轴上零件的轴向固定和周向固定实物，轴瓦和轴承衬实物，轴承、轴、轴瓦失效实物；4.各种类型的弹簧和弹簧失效实物，各种联轴器、离合器实物模型。

四、注意事项注意保护零件陈列柜中的零件。

五、实验作业1.请回答在实验室所见到的零部件如螺栓、键、销、弹簧、滚动轴承、联轴器、离合器各有哪些类型？2.请举出螺栓、键、齿轮、滚动轴承的一种使用情况以及相应的失效形式。

六、问题思考1.传动带按截面形式分哪几种？带传动有哪几种失效形式？2.传动链有哪几种？链传动的主要失效形式有哪些？3.齿轮传动有哪些类型？各有何特点？齿轮的失效形式主要有哪几种？4.蜗杆传动的主要类型有哪几种？蜗杆传动的主要失效形式有哪几种？5.轴按承载情况分为哪几种？轴常见的失效形式有哪些？6.联轴器与离合器各分为哪几类？各满足哪些基本要求？7.弹簧的主要类型和功用是什么？8.可拆卸联接和不可拆卸联接的主要类型有哪些？9.零件和构件的本质区别是什么？常用带传动效率测试分析实验台一、 实验目的1．了解实验台的结构及工作原理，了解机械的转矩、转速等机械参数的测量手段。

2．观察带传动的弹性滑动和打滑现象，加深对带传动工作原理和设计准则的理解。

3．通过对滑动曲线（ε —F 曲线）和效率曲线（η—F 曲线）的测定和分析，深刻认识带传动特性、承载能力、效率及其影响因素。

二、 实验原理带传动是靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。

因此，带传动需以一定的预紧力F0紧套在两个带轮上，使带与带轮的接触面上产生正压力。

工作时，由于带与轮面间的摩擦力作用，使带传动的紧边拉力F1和松边拉力 F2不等，两者之差F=F1-F2, 即为带的有效拉力，它等于带沿带轮的接触弧上摩擦力的总和Ff 。

在一定条件下，摩擦力有一极限值，如果工作载荷超过极限值，带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。

预紧力F0愈大，带传动的传动能力愈大。

由于带是弹性体，受力不同时带的弹性变形不等。

紧边拉力大，相应的伸长变形量也大。

在主动轮上，当带从紧边转到松边时，拉力逐渐降低，带的弹性变形逐渐变小而回缩，带的运动滞后于带轮。

也就是说，带与带轮之间产生了相对滑动。

而在从动轮上，带从松边转到紧边时，带所受到的拉力逐渐增加，带的弹性变形量也随之增大，带微微向前伸长，带的运动超前于带轮。

带与带轮间同样也发生相对滑动。

这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动。

这种弹性滑动在带传动中是不可避免的，其结果是使从动带轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，使传动比不准确，并引起带传动效率的降低以及带本身的磨损。

带传动中滑动的程度用滑动率表示，其表达式为%100)1(1122121⨯-=-=n D nD v v v ε （1）式中 v1、v2——分别为主动轮、从动轮的圆周速度，单位：m/s ； n1、n2——分别为主动轮、从动轮的转速，r/min ； D1、D2——分别为主动轮、从动轮的直径，mm 。

图2-1 带传动的滑动曲线和效率曲线1-滑动曲线2-效率曲线如图2-1所示，带传动的滑动（曲线1）随着带的有效拉力F的增大而增大，表示这种关系的曲线称为滑动曲线。

当有效拉力F小于临界点F'点时，滑动率与有效拉力F成线性关系，带处于弹性滑动工作状态；当有效拉力F超过临界点F'点以后，滑动率急剧上升，带处于弹性滑动与打滑同时存在的工作状态。

当有效拉力等于Fmax时，滑动率近于直线上升，带处于完全打滑的工作状态。

图中曲线2为带传动的效率曲线，即表示带传动效率η与有效拉力F之间关系的曲线。

当有效拉力增加时，传动效率逐渐提高，当有效拉力F超过临界点F'点以后，传动效率急剧下降。

带传动最合理的状态，应使有效拉力F等于或稍小于临界点F'，这时带传动的效率最高，滑动率ε =1% ~ 2%，并且还有余力负担短时间（如启动时）的过载。

三、实验台的结构与工作原理本实验的设备是带传动实验台。

该实验台由主机和测量系统两大部分组成，如图3-1所示。

主机主要由两台直流电机组成，其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机，原动机由直流调速电路供给电枢以不同的端电压，可实现无级调速。

主、从带轮分别装在原动机和发电机的转子轴上，实验用的平带套在两带轮上。

图3-1实验台1.从动电机（发电机）2.灯泡(负载加载装置)5. 砝码 4.电动机及主动带轮3.操控面板带传动的加载装置是在直流发电机的输出电路上，并联了4个60瓦的灯泡作负载。

调节加载旋钮，控制发电机输出电压，即减少负载电阻（减小了总电阻），由于发电机的输出功率为P=U 2/R, 因此减少负载电阻后使得发电机负载增加，电枢电流增大，电磁转矩增大，即发电机的负载转矩的增大，实现了改变带传动输出转矩的作用,即带的受力增大，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。

原动机装在滑动底板上，可沿底板滑动，与牵引钢丝绳、定滑轮和砝码2一起组成带传动的预紧力形成机构。

通过改变砝码的质量，使钢丝绳拉动滑动底板，即可设定带传动的预紧力。

1． 测量系统测量系统由光电测速装置和电机的测扭矩装置组成。

(1) 转速的测定在主动轮和从动轮的轴上分别安装一光电编码盘，在编码盘外圈开有凹槽，在凹槽一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头卡住编码盘。

带轮转动时，传感器输出脉冲通过测试系统计算就可在液晶上直接读出主动带轮转速n1和从动轮转速n2。

因带轮直径D 1＝D 2，可以得出滑动率ε 的计算公式%100)1(1211122121⨯-=-=-=n n n n D n D v v v ε （2） （2）扭矩及效率的测定主动轮的扭矩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加上负载后，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，它们的倾倒力矩等于固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩大小。

即：主动轮上的扭矩： M 1 = 11F L (Nmm) 从动轮上的扭矩： M 2 = 22F L (Nmm)式中L1、L2——压力传感器的力臂，L1= L2=70 mm 。

测得不同负载下主动轮的转速n1和从动轮的转速n2以及主动轮的转矩T1和从动轮的转矩T2后，带传动效率可由3式确定。

222111P M n P M n η== （3）带传动的有效拉力可近似由下面的公式计算112M F D =（4）式中 P 1、P 2——为带传动的输入、输出功率； M 1、M 2——为带传动的输入、输出转矩。

D 1——带轮直径以有效拉力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曲线和效率曲线，如图2-1所示。

2． 操作面板说明图3-2操作面板功能示意图功能说明：1）电源：实验台电源开关2）显示：4X20液晶显示区域，显示：输入转速n1 、输出转速n2、主电机扭矩M1、发电机扭矩M2、滑动率ε、效率η3）置零：设置压力传感器零点，用于防止传感器应环境变化导致零点变化后影响实验。

4）复位：复位传感器“置零”前数值。

5）调速：调节主电机转速，改电位器为精密多圈电位器，速度调节范围5~2500r/min6）加载：调节发电机输出功率。

四、实验步骤1．检查调速旋钮是否在最低位置，按下电源开关，待系统启动完毕后，观察压力传感器数值待数值稳定后按下“置零”键。

2．加砝码1 kg，使带具有初拉力。

3．慢慢地沿顺时针方向旋转调速按扭，使电机从开始运转逐渐加速到1100~1500r/min左右，并记录n1 、n2、M1、M2、ε、η（注：由于液晶显示字符有限，ε、η分别用“G”和“h”表示）一组数据完成表4-1。

4．缓慢调节加载旋钮，观察数值变化，并再次记录一组n1 、n2、M1、M2、ε、η数据完成表4-1，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，重复第4步，直到ε≥2%左右，即带传动开始进入打滑区，把上述所得数据记在实验报告中的表内。

若再打开灯泡则n1和n2之差值迅速增大。

6．逆时针调节加载旋钮至最低位置，将调速旋钮逆时针旋到底，加砝码2 kg，重复（3）~（5）步，观察预紧力对带传动传动能力的影响以及滑动率ε和效率η的变化。

7．完成实验报告，即计算相关数据并绘制弹性滑动和效率曲线。

五、实验报告整理和思考题将上述实验结果，整理成实验报告并回答如下问题。

1．带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因分别是什么？它们分别会造成什么后果？2．预紧力不同时，带传动的有效拉力如何变化？滑动率和效率曲线的变化如何？3．若要避免带传动打滑，可采取什么措施？六、附：实验报告实验报告实验名称：姓名：班级：学号：一、实验目的二、实验仪器三、实验台参数1．带轮半径D1=D2=120mm2．测力杆长度L1=L2=70mm4．预紧力（初拉力）F0=1~3Kg四、实验数据与计算五、问题1．带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因分别是什么？它们分别会造成什么后果？2．预紧力不同时，带传动的有效拉力如何变化？滑动率和效率曲线的变化如何？3．若要避免带传动打滑，可采取什么措施？六、绘制滑动率曲线ε—F、效率曲线η—F第三次减速器拆装实验一、实验目的1.了解减速器结构，熟悉各零件的名称、形状、用途及各零件之间的装配关系。

2.观察齿轮的轴向固定方式及安装顺序。

3.了解轴承的安装尺寸和拆装方法。

4.了解减速器各附件的名称、结构、安装位置及作用。

二、实验设备与工具1.齿轮减速器一台2.活扳手二把，内外卡钳各一把。

3.600mm钢板尺一把。

4.300mm游标卡尺一把、千分尺一个。