机械设计实验指导书

第4章机械性能和工作能力的测试与分析

4.1 概述

提高机械及其零部件的性能和工作能力是提高机械产品质量的关键。机械及其零部件的性能和工作能力的测试涉及运动学特性、动力学特性、精确度、承载能力、可靠性、安全性、人机工程、节能环保等，项目和内容十分广泛，其基本内容包括机械传动的效率、振动、噪声等，这些测试项目常常作为评定机械产品性能的基本质量指标。因此，掌握机械性能和工作能力的测试方法，对于研究、改进和创新机械以及对机械设备进行故障诊断具有重要的意义。

4.2 机械设计展示开放实验

4.2.1 实验目的

通过实验对各种机械零部件、各种传动装置的结构组成形式以及润滑与密封、零件的失效形式等有一个比较全面的认识与了解。

4.2.2 实验设备

机械设计示教板，由18个陈列柜组成，如图4-1所示。

图4-1 机械设计示教板

4.2.3 实验内容

（1）螺纹联接1：螺纹的类型、螺纹联接的基本类型、常见的各种螺纹联接件；

（2）螺纹联接2：螺纹联接的防松、提高螺纹联接强度的措施、螺纹联接的装拆；

（3）键、销和花键联接；

（4）铆、焊、粘和过盈联接；

（5）带传动1：V带传动、平带传动、同步带传动及带传动的张紧装置；

（6）带传动2：平带的材料与接头形式、V带的结构与型号、其它带传动、各种带轮的结构；

（7）链传动：滚子链的结构与接头形式、齿形链、无级变速链、起重链、链传动的布置与张紧；

（8）齿轮和蜗杆传动：齿轮的结构、蜗杆的类型、蜗轮的结构；

（9）滑动轴承：轴瓦与衬的材料、滑动轴承的结构、动压滑动轴承油膜压力分布；

（10）滚动轴承1：滚动轴承的结构、常用类型与代号、尺寸系列、滚动轴承的装拆；

（11）滚动轴承2：内圈和外圈的固定方法、轴承的预紧与调整、密封、轴承座的形式；

（12）联轴器：刚性固定式、刚性可移式、弹性联轴器、安全联轴器；

（13）离合器：牙嵌离合器、摩擦离合器、安全离合器、离心式离合器、超越离合器；

（14）轴1：轴的承载类型、轴的结构类型、轴的结构设计；

（15）轴2：轴上零件的定位；

（16）弹簧：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、组合弹簧以及弹簧的应用；

（17）润滑与密封：润滑装置、密封件、润滑剂；

（18）机械零件的失效形式：残余变形、断裂、磨损、胶合、点蚀、腐蚀。

4.3 带传动实验

4.3.1 实验目的

（1）通过实验观察弹性滑动现象和过载后的打滑现象；

（2）测试带传动过程中的负载变化规律，绘出皮带的滑动曲线和效率曲线；

（3）掌握悬架电机测定转矩的方法。

4.3.2 实验设备

DCSII型带传动实验台和微型计算机。

4.3.3 实验原理

4.3.3.1 机械结构

本实验台机械部分，主要由两台直流电机组成，如图4-2所示。其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机。

图4-2 带传动实验台机械结构

1. 从动电动机

2. 从动带轮

3. 传动带

4. 主动带轮

5. 主动电动机

6. 牵引线

7. 滑轮8. 砝码9. 拉簧10. 浮动支座11. 固定支座12. 底座13. 拉力传感器

原动机由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。

发电机，每按一下加载按键，即并上了一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变。

两台电机均为悬挂支撑，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器，传感器输出电信号正比于T1、T2的原始信号。

原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力F0。

两台电机的转速传感器（红外线光电传感器）分别安装在带轮背后的环形槽中，由此可获得所需的转速信号。

4.3.3.2电子系统

电子系统的结构框图如图4-3所示。

4.3.4 实验步骤：

（1）根据要求加一预拉力，加减砝码。

（2）打开实验台电源，按一下清零，此时，主被动电机转速显示为0，力矩显示为“.”，当力矩显示为“0”时，调节调速按钮，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速，使主动轮转速达到预定转速1200～1300r/min时，停止转速调节。

（3）启动“带传动实验系统”程序。首先选择串口1，执行菜单命令“数据采集”，开始采集实验数据。

（4）按“加载”键一下，调节主动转速，使其在要求范围内，待转速稳定（一般需2～3个显示周期）后，再按“加载”，如此往复，直至实验台面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时实验台面板上四组数码管

将全部显示“8888”，表明所采数据已全部送至计算机。

（5）如果数据采集正常，计算机屏幕将显示所采集的数据，否则需要重新进行数据采集。将所采集的实验数据记录下来。

（6）在计算机上选择菜单中的数据分析功能，将显示本实验的曲线和数据。可以进行不同的数据拟合。

（7）实验结束后，将实验台电机调速电位器关断，关闭实验机构的电源。

图4-3 实验台电子系统框图

图4-4 程序界面

4.3.5 实验台主要技术参数

（1）直流电机功率：2台×50W

（2）主电机调速范围：0～1800r／min

（3）额定转矩：T＝0.24N·m≈2450g.cm

（4）电源：220V交流

4.3.6 实验台操作面板布置

实验台操作面板布置如图4-5所示。

图4-5 带传动实验台操作面板

4.3.7 思考题

（1）绘制带传动效率—负载曲线和弹性滑动系数—负载曲线。

（2）解释产生弹性滑动现象的原因。

（3）改变初拉力对带传动有什么影响？

4.4 齿轮传动效率的测定实验

4.4.1 实验目的：

（1）了解封闭功率流式齿轮实验台的结构特点和实验基本原理；

（2）掌握齿轮传动效率的测定方法。

4.4.2 实验设备

CHT型封闭功率流式齿轮试验台。

4.4.3 实验原理：

4.4.3.1封闭功率流式齿轮实验台结构原理及加载方法。

根据功率流的传递和加载方法的不同，齿轮实验装置通常可分为“开放功率流式”和“封闭功率流式”两大类。所谓“封闭式”，主要是将实验装置设计成一个封闭的机械系统，它不需要外加的加载设备，而是通过系统中的一个特殊部件来加载，用以获得为平衡此系统中弹性件的变形而产生的内力矩（封闭力矩）。运转时，这些内力矩相应做功而成为封闭功率，并在此封闭回路中按一定方向流动。如图4-6所示。

图4-6 齿轮实验台简图

1—电动机；2—齿轮传动箱；3—加载器；4—齿轮传动箱；5—弹性轴