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1机械设计实验指导书机械与电子工程学院机械工程实验室2012年2月2实验一机械零件认知与分析实验一、实验目的1．初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及应用。2．了解各种机械零件的基本构造、制造原理及相关的国家标准。3．了解各种机械零件的特点及实际使用情况。4．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。二、实验方法学生们通过对实验指导书的学习及“机械零件陈列柜”中的各种零件的展示，实验教学人员的介绍，答疑及同学的观察去认识机器常用的基本零件，使理论与实际对应起来，从而增强同学对机械零件的感性认识。并通过展示的机械设备、机器模型等，使学生们清楚知道机器的基本组成要素——机械零件。三、实验内容（一）螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要求是保证联接强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容：1．螺纹的种类；2．螺纹联接的基本类型；3．螺纹联接的防松；4．提高螺纹联接强度的措施。（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标（GB）成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺栓与螺钉；能了解各种标准化零件的结构特点，使用情况；了解各类零件有那些标准代号，以提高学生们对标准化意识。1．螺栓；2．螺钉；3．螺母；4．垫圈；5．挡圈。（三）键、花键及销联接1．键联接；2．花键联接；3．销联接；以上几种联接，通过展柜的参观同学们要仔细观察其结构，使用场合，并能分清和认识以上各类零件。（四）机械传动机械传动有螺旋传动、带传动、链传动、齿传动及蜗杆传动等。各种传动都3有不同的特点和使用范围，在这里主要通过实物观察，增加同学们对各种机械传动知识的感性认识，为今后理论学习及课程设计打下良好基础。1．螺旋传动：螺旋传动是利用螺纹零件工作的，作为传动件要求保证螺旋副的传动精度，效率和磨损寿命等。其螺纹种类有矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹等。按其用途可分传力螺旋、传导螺旋及调整螺旋三种；按摩擦性质不同可分为滑动螺旋、滚动螺旋及静压螺旋等。2.带传动：是带被张紧（预紧力）而压在两个带轮上，主动轮带轮通过摩擦带动带以后，再通过摩擦带动从动带轮转动。它具有传动中心距大、结构简单、超载打滑（减速）等特点。常有平带传动、V型带传动，多楔带及同步带传动等。3.链传动：是由主动链轮齿带动链以后，又通过链带动从动链轮，属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高。按用途不同可分为传动链传动、输送链传动和起重链传动。4.齿轮传动：齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式多、应用广泛。其主要特点是：效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等。可做成开式、半开式及封闭式传动。常用的渐开线齿轮有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、标准锥齿齿轮传动、圆弧齿圆柱齿传动等。齿轮传动啮合方式有内啮合、外啮合、齿轮与齿条啮合等。参观时一定要了解各种齿轮特征，主要参数的名称及几种失效形式的主要特征，使实验在真正意义上的与理论教学上产生互补作用。5.蜗杆传动：蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意角，常用的为90°。根据蜗杆形状不同，分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥面蜗杆传动。通过实验同学应了解蜗杆传动结构及蜗杆减速器种类和形式。(五)轴系零、部件1.轴承：轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。轴承根据摩擦性质不同分为滚动轴承和滑动轴承两大类。轴承理论课程，将详细讲授机理、结构、材料等，并且还有实验与之相配合，这次实验同学们主要要了解各类，各种轴承的结构及特征，扩大自己的眼界。42．轴：轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按承受载荷的不同，可分为转轴、心轴和传动轴三类；按轴线形状不同，可分为曲轴和直轴两大类，直轴又可分为光轴和阶梯轴。(六)弹簧弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用产生较大的弹性变形。在各类机械中应用十分广泛。主要应用于：1.控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。2.减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振簧，及各种缓冲器用的弹簧等。3.储存及输出能量，如钟表弹簧，枪内弹簧等。4.测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。弹簧的种类比较多，按承受的载荷不同可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧及弯曲弹簧四种；按形状不同又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等，观看时要看清各种弹簧的结构、材料，并能与名称对应起来。(七)润滑剂及密封1.润滑剂：在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。2.密封：机器在运转过程中及气动、液压传动中需润滑剂、气、油润滑、冷却、传力保压等，在零件的接合面、轴的伸出端等处容易产生油、脂、水、气等渗漏。为了防止这些渗漏，在这些地方常要采用一些密封的措施。但密封方法和类型很多。（八）联轴器与离合器四、实验要求1、学生必须带上课本，以便于与书本内容进行对照观察。2、进入实验室必须保持安静，不得大声喧哗，以免影响其他同学。3、不得私自打开陈列柜，不得用手触摸各种机械零件模型。4、服从实验人员的安排，认真领会机械零件的构造原理。五、实验报告5对每个陈列柜，分别写出两个模型的名称，并说明其对应的实物应用情况。序号名称零件模型实物应用举例1螺纹联接122键、花键、销等123带传动124链传动125齿轮传动126蜗杆传动127滑动轴承128滚动轴承129轴1210联轴器、离合器12六、思考题1、常用螺纹联接的方法有哪些？2、说明无键联接的优缺点。3、在带传动中，带张紧的方法有哪些？6实验二带传动实验一、实验目的1、了解带传动试验机的组成、工作原理和测试方法，观察带传动的弹性滑动及打滑现象。2、掌握带传动的转矩、转速、功率、转速差、传动效率等参数的测定方法。3、实测出一种带传动的弹性滑动系数、传动效率与传动带拉力之间关系曲线。二、主要技术参数1、直流电机功率：2台×350W2、主动电机调速范围：0～1000转/分3、额定转矩：T=1.68N·m4、实验台尺寸：长×宽×高=740×600×5205、电源：220V交流图1、整体图三、结构特点1、机械结构本实验台机械部分，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于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。2、检测系统结构框图如图2所示。7图2实验台检测系统框图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及有关数据。3、操作部分操作部分主要集中在采集箱正面的面板，面板的布置如图3（1-2）所示。3（1-2）所示。图3-1面板图图3-1面板图图3-2背板图图3-2背板图光栅传感器计数器RS232接口口微机接口微计算机采集分析打印带传动系统通道选择择压力传感器放大大AD转换换单片微机系统显示输入转矩输入转速输出转矩输出转速●●●●●●加速减速停止开关输入电源模拟通道数字通道串口通讯励磁电源电机电源84、配套软件：软件界面操作说明如下：点击该可执行文件就会进入测试界面（1）、实测窗体有“文件（F）”、“实验项目（P）”、“调速（D）”、“操作（O）”、“工具（T）”和“帮助（H）”菜单。①“文件（F）”下有“新建、打开、保存、打印、退出”五个子菜单，它们分别有“新建一个文件、打开一个已保存文件和退出此测试界面的功能。②“实验项目（P）”有“实验原理”，“效率滑差测试”菜单，点击可以进入相应的窗体，通过它们来实现实测窗体和实验原理窗体之间的转换。③“调速（D）”有“加速”、“减速”、“停机”菜单，分别具有让电机加速、减速、停止的功能。④“操作（O）”下有“采集”、“停止采集”、“清零”、“恢复原始数据”菜单，“采集”和“停止采集”分别有采集信号和停止采集信号的功能；“清零”菜单是清除电机运转前压力传感器的初始值；“恢复原始数据”是用来测量压力传感器的实际值。⑤“工具（T）”下有“选项”子菜单，点击出现选项卡，可以通过选择“纵坐标缩放”、“转矩”、“转速”、“滤波系数”对实测窗体进行相关的设置还可以选择“帮助”菜单来获得相关的帮助信息（2）、在菜单栏的下面有工具栏，工具栏上有很多的快捷图标，只要把鼠标停留在快捷图标上，系统会自动提示它相应的功能。通过快捷图标可以实现菜单栏里的所有功能。四、实验操作1、选定试验带（本实验台提供了平带与三角带两种试验带），并将相应的带轮安装至电机上。2、将试验台主动电机与从动电机的两个光电传感器与两个测力传感器分别接至数据采集箱背板上的数字通道与模拟通道上。同时将电机的励磁，电枢引线分别与控制箱的相应电源接头相接。3、调整带轮的距离至适当位置，选择实验张紧力。打开电源，调节控制箱面板上的调速按钮（增加），使主动机转速到500～600rpm，逐一打开电灯开关，使从动电机承担负载。当打开全部九个灯泡时，张紧力应保证带传动处于完全打滑或接近于完全打滑的状态。此时的张紧力即可确定为实验张紧力。94、将数据采集箱串口与计算机串口相连。5、张紧力调节好后，进入试验阶段。（1）接通采集箱电源，调节其面板上的调速按纽（增加、减小），低速运行系统，观察其运行情况，并作适当调整。此时从数据采集箱面板上可采集到有关参数。按下采集箱面板上的“停机”按钮，停止电机运行。（2）在计算机上运行实验台程序，出现测试窗体后，先后点击“采集”、“清零”按钮，此时可启动电机，将转速调至500rpm。（3）打开一个负载开关，读取参数值并记录。或打开计算机测试界面，观察相关参数曲线的变化情况。（4）依次增加负载，直至带传动完全打滑。6、反复进行测试，对照结果，并打印曲线。7、若不用计算机绘制曲线，可将n1、n2、M1、M2的记录在提供的实验数据记录表格中计算滑差率ε和效率η，在坐标纸上绘制曲线。8、关闭灯泡，关闭电源。松开调节螺栓，将带松卸。四、注意事项1、若显示数据失常，可重起一次电源即可。2、启动电机之前，应关闭负载。五、思考题1、带传动的效率与哪些因素有关?为什么?2、带传动滑动系数与哪些因素有关?为什么?3、带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别?它们产生的原因是什么?10带传动实验报告姓名：班级：学号：参数数据序号n1(r/min)n2(r/min)ε%M1(N∙m)M2(N∙m)η(%)1234567891011121311实验三液体动压轴承特性实验一、概述本项实验是径向加载的液体动压滑动轴承实验，其目的是测量轴承与转轴间隙中的油膜在圆周方向的压力分布值，并验证径向油膜压力最大值Pmax不在外载荷Fr的垂线位置，而是在最小油膜厚度附近处。该实验还可以测试下列几项内容。(1)测量轴承与转轴间隙中的油膜在轴线方向的压力分布值，并验证轴向压力分布曲线呈抛物线分布，即轴向油膜最大压力值在轴承宽度的中间位置。(2)测量径向液体动压滑动轴承在不同转速、不同载荷、不同黏度润滑油情况下的摩擦系数f值，根据取得的一系列f值，可以做出滑动轴承的摩擦特性曲线，进而分析液体动压的形成过程，并找出非液体摩擦到液体摩擦的临界点，以便确定一定载荷、一定黏度润滑油情况下形成液