机械设计实验

机械设计实验前言机械设计实验是理论学习基础上的一个极其重要的实践环节。通过实验可以使学生加深对《机械设计》课程的基本概念、基本理论的理解，从而提高学生分析和解决问题的能力。每个实验基本内容包括：实验目的、实验原理、操作步骤、实验内容等。实验项目带传动实验轴系结构分析与拼装实验减速机拆装实验机械系统创意组合实验实验一带传动实验一、实验目的•1.了解带传动的基本原理，并观察、分析有关带的弹性滑动和打滑等重要物理现象；•2.了解转速、以及扭矩的测量原理与方法；•3.绘制带的滑动曲线及传动效率曲线。二、实验系统•本实验台机械部分，主要有两台直流电机组成，其中一台作为原动机，另一台则作为负载的发电机。•对原动机，由单片机调速装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。•对发电机，每打开一个负载开关，即并上一个负载电阻，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。•两台电机均为压支承，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）迫使压杆作用于压力传感器，传感器输出的电信号正比与T1、T2的原始信号。•原动机的机座设计成滑动结构，用扳手拧紧螺纹拉杆即可改变带传动中心距，从而改变张紧力。•两台电机的转速传感器分别安装在带轮背后，由此可获得必须的转速信号。1、皮带传动原理1.1带传动的分析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。两皮带轮静止时，带各处的拉力都等于预紧力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，绕进主动轮和绕出主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的一边的拉力由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形带的总长度不变，则紧边的拉力的增量F1-F0应等于松边拉力的减小量F0-F2。即F1-F0=F0-F2则紧边与松边之差称为带传动的有效拉力，即圆周力等于F=F1-F2。1.2带传动的弹性滑动与打滑滑动率由于弹性滑动不可避免，所以从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度，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。其中，V1、V2为主、被动轮轮缘的线速度；n1、n2为主、被动轮的转速；d1、d2为主、被动轮的直径。若d1=d2，则ε=(n1-n2)/n1，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增大，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，如果载荷进一步增大，带与带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。2、实验系统的组成实验台外观如图1所示。图1如图2所示，实验系统主要包括如下部分：（1）带传动机构；（2）主、从动轮转矩传感器；（3）主、从动轮转速传感器；（4）控制盒（数据采集箱）；（5）个人电脑；（6）打印机。带传动机构主、从动轮转矩传感器主、从动轮转速传感器单片微计算机主、从动轮转矩显示主、从动轮转速显示输出接口微机接口微计算机CRT显示打印机图23、实验机构结构特点（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3所示。其中一台作为原动机，另一台作为负载的发电机。图3（2）检测系统实验台配数据采集箱一只，承担控制检测、数据处理、自动显示等功能。通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线ε—T2及效率曲线η—T2以及有关数据。三、实验操作步骤•1.关闭负载（即将试验台前面的9个按钮全部弹出），打开控制盒后面的电源开关。•2.按控制盒前面的“加速”薄膜开关，每按一下电机转速提升一级，将电机转速调到400～500rpm之间（450rpm左右），如转速过高可按控制盒前面的“减速”薄膜开关调低转速。•3.打开相应程序，点击“工具”菜单，再点击“选项”子菜单，将滤波系数改为恰当值如“12”或其他，在以后采集数据过程中可随时调整滤波系数。•4.界面有4个区域，最下面的区域为数据显示及曲线生成区域，点击菜单栏下的“采集”按钮，待数据稳定后点击界面最下面的区域中的“采点”按钮，这时采集到第一组空载数据同时相应的数据点出现在这个区域中。•5.按下试验台前面的9个按钮中的任意一个，这时加载一次，用第4步中相同的方法采集相应的数据。•6.不断加载（按试验台前面的按钮），不断采集相应的数据，数据与生成的曲线同步产生，当采集到足够多的点时最终曲线生成。•7.数据采集过程中，如有采点时机不当等原因造成的异常点则可点击“除异”按钮（在“采点”按钮下方），将刚才异常点抹去后可重新采点。•8.采点结束后，点击“停止采集”按钮（在“采集”按钮旁边），将载荷全部卸掉（即将试验台前面的按钮全部弹出），按控制盒前面的“停止”薄膜开关，最后将控制盒后面的电源开关关闭。三、注意事项•1.打开程序界面，在菜单栏下的一排按钮中，“加速”、“减速”以及“停机”按钮与控制盒前面的相应的薄膜开关功能一致。•2.若显示数据失常且无法消除，可正常关闭机器后重新开启试验台重做实验即可。•3.启动电机之前，应关闭负载（即将试验台前面的9个按钮全部弹出）。•4.实验数据可保存为电子档。带传动实验台加载原理本实验台由两台直流电机组成，左边一台是直流电动机，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的直流发电机。直流发电机的输出电压通过面板的“加载”按键控制电子开关，逐级接通并联的负载电阻。计算公式为:1.2.3.求所曲线η(%)ε(%)T2112212nTnTPP121222''nnnnnn式中T1，T2分别为主动轮和被动轮上的转矩n1，n2分别为主动轮和被动轮的转速2n'2n12112/'nddnn式中为从动轮实际转速为从动轮理论转速即假定带传动没有滑动时的转速，由于本试验中两轮直径相等2T2T和测试软件界面轴系结构分析与拼装实验实验二一、实验目的1、熟悉并掌握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，了解润滑和密封方式二、实验设备1、组合式轴系结构实验箱2、测量及绘图工具（绘图工具学生自备）三、实验内容与要求1．指导教师根据教学要求给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系或蜗杆轴系分析）。2．分析并测绘轴系部件，画出轴系部件。3．编写实验报告齿轮类型示意图载荷转速实验题号小直齿轮大直齿轮小斜齿轮大斜齿轮小锥齿轮蜗杆轻中中重轻中轻中轻重低高低中中高中低低高低中重中已知条件四、实验步骤1．明确实验内容，复习轴的结构设计及轴承组合设计等内容。2．观察与分析轴承的结构特点。3．绘制轴系装配示意图或结构草图。4．测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距）和零件主要结构尺寸（支座不用测量）。5．拆卸轴系部件，恢复原状，整理工具，实验结束。6．根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配简图。（这一步可简略，酌情）7．编写实验报告。1、观察不同类型轴承的外形和结构特点，轴承代号的标识；注意轴承的固定、装拆、间隙调整等问题；2、注意轴的支承方式(如：两端单向固定；一端固定，一端游动)；3、轴上零件的定位结构或定位零件（如：定位台阶、弹性挡圈、园螺母、套筒等）4、注意轴的密封形式和密封件（毡圈、橡胶圈、皮碗、油沟等）；5、注意轴承端盖形式（透盖、闷盖、凸缘式、嵌入式）；6、套杯的结构形式（正装与反装）。五、实验中应注意观察与思考的几个问题注意结构特点，注意装配方法。每人编写实验报告一份内容包括：①实验目的；②轴系类型：（两端固定、一端固定一端游走或两端游走等）；③附轴系结构装配简图④说明（简要说明所绘制的轴系中轴上零件特别是齿轮和轴承的定位和固定方式、透盖处的密封方式、滚动轴承的安装调整及润滑等问题）。六、实验报告参考图实验三减速机拆装实验一、实验目的•通过对拆装用减速器的拆装和分析，达到了解其中各零件的结构、用途及减速器的装配、调整、润滑方法。二、实验设备及工具1．拆装用减速器2．扳手两把，游标卡尺一把，长直尺一把3．铅笔，橡皮，三角尺（自备）三、实验步骤1．拆卸减速器前，观察其外形，外露零件的相互位置，判断减速器属于哪种类型。2．拆开箱盖，观察齿轮、轴的结构特点及齿轮在轴上如何定位。3．确定齿轮副的润滑形式。4．通过对轴承结构的分析，了解其结构特点，明确如下问题。①轴承的受力情况如何？为什么采用该形式轴承？为什么这样布置？②是否要调整轴承的间隙？如何调整？③轴承盖的形式，结构。④如何保证轴承的润滑？采用哪种润滑剂？⑤采用了何种密封装置？5．分析减速器其它部分（螺栓凸台，吊耳或吊环，加强筋，箱体结合面，底座面及螺栓分布，通气螺栓，放油螺栓，油标，观察孔等）的结构特点、用途及优缺点。6．分析如何调整齿轮啮合。7．分析轴上零件的装配顺序。四、实验要求1．给出总传动图并在图上标明各齿轮的齿数、旋向及各级传动比。2．给出分析结果如轴承类型，轴承润滑方法，轴承轴向间隙的调整方法，上下箱体结合的联接螺栓数，箱盖和箱座吊耳（环）及加强筋的数量，上下箱体之间的定位销的布置，观察孔、启盖螺钉、通气螺栓、放油螺栓及油标的布置和作用等。3．测绘其中一轴系，并说明轴上零件的定位和固定方式（选做）。五、注意事项1．拆装时要认真负责，观察要仔细。爱护工具和各构件，拆装用力要适当，以免损坏零件。2．拆出的零件不得乱放，要轻拿轻放，各配合面不应接触地面和粗糙面，以免碰损。3．拆装结束后，应把减速器按原样装好，点齐工具并交还指导老师后方可离开。六、实验报告•内容包括1．总传动图：2．减速器分析：（重点是减速器结构特征的分析）注：可以比较一下两级圆柱齿轮减速器中展开式、分流式及同轴式的各自特点及应用（选做）3．所选轴系的测绘及分析结果：（选做）二级齿轮减速器单级齿轮减速器蜗杆减速器减速器减速器减速器的基本构造。•减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件所组成。下图为单级圆柱齿轮减速器的结构图，其基本结构有三大部分：1）齿轮、轴及轴承组合；2）箱体；3）减速器附件•减速器的基本结构1-箱座2-箱盖3-上下箱联接螺栓4-通气器5-检查孔盖板6-吊环螺钉7-定位销8-油标尺9-放油螺塞10-平键11-油封12-齿轮轴13-挡油盘14-轴承15-轴承端盖16-轴17-齿轮18-轴套减速器的基本构造•齿轮、轴及轴承组合小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不大的情况下，如果轴的直径为d，齿轮齿根圆的直径为df，则当df-d≤6～7mn时，应采用这种结构。而当df-d＞6～7mn时，采用齿轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。两轴均采用了深沟球轴承。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴向载荷的情况。当轴向载荷较大时，应采用角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。图中，轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入轴承。当浸油齿轮圆周速度υ≤2m/s时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件。减速器的基本构造•箱体箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。上图中的箱体是由灰铸铁制造的。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱