机械设计基础 机械系统综合实验

实验一机械系统综合实验

一、目的要求：

1、认识和了解机械系统的组成及其性能特点；

2、了解带传动的弹性打滑规律及效率变化规律；

3、了解螺栓与被联接件之间的受力－变形规律；

4、了解滑动轴承液体动压承载原理及压力分布曲线；

5、了解链传动的结构及特点。

二、实验仪器、设备、工具和材料

三、实验原理及设计要求

该实验是通过机械系统性能研究及参数分析实验台所提供的实验平台，使学生对组成机械系统的各组成部分的结构和性能参数的变化进行检测和分析，加深对课程内容的理解和对机械系统性能的认识。

机械系统性能研究及参数分析实验台是具有静载荷和动载荷的两级传动系统，其中包括带传动、链传动、螺栓联接、滑动轴承和凸轮动态加载装置。随着系统的不同组合，运动参数及负载的变化，组成系统各部分的性能参数呈现不同的变化规律，并通过计算机进行实时反映，可对机械系统的性能参数的变化进行检测和分析。

实验要求

1、要求学生按规定组成一个机械系统，并指出其性能特点和运动参数的变化规律。

2、要求学生按规定测出带传动、链传动、螺栓联接、滑动轴承在不同载荷情况下，速度、加速度、转矩、变形等的变化规律，并绘制其分布曲线。

四、实验操作步骤：

1、机械系统的组成及其性能特点的认识

一个完整的机械系统通常是由动力源、传动、负载、检测及控制等部分组成。

A、机械系统组成

①第一级传动：本系统由一台直流电机作为系统驱动，通过带传动将动力传递至Ⅰ级传动轴上，该级传动的张紧方式采用了一根拉力螺杆，可通过调节距带轮中心来张紧传动带。

②第二级传动：在Ⅰ级传动轴另一端也装带轮（或链轮）通过带（或链）将动力传递至Ⅱ级传动轴上，该级传动的张紧是通过调节与Ⅱ级传动轴相固结的动载装置的位置来实现的。

③系统模拟负载方式：

静负载：该负载为摩擦静负载，加Ⅰ级传动轴上。摩擦轴瓦覆盖在轴身上，轴身有一个活动加载杆，拧紧加载螺杆，即可增加轴瓦上的压力，轴与轴瓦间的摩擦力矩将发生变化，从而导致系统负载的变化。由于轴瓦浸于油中，故该静态摩擦负载的摩擦力矩变化按液体动压摩擦规律变化。

动态负载：该负载与Ⅱ级传动轴相连，它是利用凸轮轮廓线变化引起弹簧压缩量变化，进而引起Ⅱ级传动轴上的阻力矩发生变化，由于凸轮轮廓线是周期性变化，故由此引起阻力矩变化也呈周期性。

B、机械组合方式：

在机械系统中，组成系统的传动与连接具有其本身的特点，在不同的系统组成和负载变化方式下呈现不同的运动和动力的变化规律。该实验平台可组成一级传动系统和二级传动系统。

a 、

带传动 Ⅰ级传动轴 静态负载

b 、 带传动 Ⅰ级传动轴 带传动（链传动） Ⅱ级传动

轴 动态负载 C 、机械组成的性能：

①带传动：它是一种具有弹性滑动特点的传动，随着系统负载的增加，弹性滑动程度将愈来愈高，最后出现完全打滑，这一过程将对系统传动及承载力产生重要影响。我们可以通过对带传动的滑差率和效率变化曲线来进行分析。

②链传动：这是一种常用的刚性传动，由于链轮廓线呈多边形，造成在运动传递过程中的速度不均匀性，给系统稳定性造成了一定影响。通过观察从动链轮的速度波动曲线，可以了解不同齿数的链轮造成系统速度波动。

③液体摩擦滑动轴承：该部分在系统中作为静态加载器使用，实验台将其设计为液体摩擦状态。轴瓦的油膜压力分布区钻有小孔，小孔与油压传感器相联，通过对检测系统可了解液体承载压力油膜区的分布规律。

④螺栓组联接：在本系统中，对称分布的螺栓用于联接加载臂和机座。当加载杆承受垂直负载时，螺栓组将承受倾覆力矩，通过对螺栓应变的检测，可了解螺栓组在承受倾覆力矩时的变形规律。

⑤对称螺栓联接：用于变负载装置的联接，当负载力发生周期变化时，螺栓应力也相应发生周期性变化，利用螺栓应力变化曲线可以分析循环应力的一些特征值。

D 、机械参数检测及分析系统认识：

本系统设计了一整套有关该系统传动及联接的运动及动力的参数传感器系统，包括光栅角位移传感器，压力传感器，荷重传感器，管路压力传感器及电阻应变片等。传感器信号通过采集系统采集并处理，送往LED 管显示，以供分析用。

检测与控制系统框图如下：

综合实验台系统原理框图

参数检测点：

①电机转速及转矩：（即第一级带传动的主动带轮传动力矩），电机转速通过180脉冲／转的光电盘进行检测。

驱动电机外壳处于“悬浮”状态,通过检测与电机外壳固结的杠杆支点的力，我们可以计算出电动机的转矩m=f·l,它与主传动带轮上的传动力矩相等。

②摩擦轴瓦上的摩擦力矩：它也通过检测与轴瓦相联的杠杆支点的力来计算得到。

③加载力：由安装在加载螺杆与轴瓦加载杆之间的0—1t荷重传感器检测。

④一级传动轴转速：由与轴相联的光电盘检测（180脉冲／转）。

⑤二级传动轴转速：由与轴相联的光电转速传感器（1000脉冲／转）进行检测。

⑥轴瓦压力膜油压检测：由管路压力传感器进行检测。

⑦螺栓应变检测：由粘贴于螺栓表面的电阻应变片进行检测（半桥测量方式）。

2.带传动滑动实验

主要了解带传动的弹性打滑规律及效率变化规律。

该实验中，系统采用一级传动，即将第二级传动拆除。

主、从动带轮的转速及转矩值可直接显示在测控面板上。

带传动滑差率计算：ε=〔（n1-n2）/（n1）×100%；

带传动效率计算：η=（M2n2/M1n1）×100%；

随着负载的增加，n1、n2的差值将越来越大，直至皮带完全打滑。

实验步骤：

①拆除第二级传动（链传动）；

②打开总电源开关，调节控制面板右测的调速按扭，使电机转速达到300rpm左右，注意每按一次增（减）速键后，再按两下n1（n2）键，在控制面板上可显示当前转速；

③按下P负键，逐渐调节加载螺杆到300kg，再调节张紧螺杆，使带出现完全打滑（重复进行调节）；

④按下列值进行加载：50 kg 、100 kg 、150kg 、200kg 、250kg 、300kg,，找到测控面板的波动传动数据显示区，按下想要读取的数值键，即可测得：M1、M2、n1、n2；

⑤将每次加载的数据显示区显示的转速转矩数值记录下来；

⑥利用所记录的数值计算滑差率和效率，并绘制ε-M2，η-M2变化曲线；

⑦若联上计算机，则打开相应的测试界面，M1、M2、n1、n2；的变化曲线即可自动显示。在绘制ε-M2，η-M2曲线时，每加一次载，可点击“采集”按键一次，ε、η的当前值即可自动在已设置的坐标条件出现，两点之间计算机将自动将其联接。

记录表格如下：