机械设计实验指导书

机械设计实验指导书（机械设计及其自动化专业用）编写：梁华琪班级：学号：姓名：安徽建筑工业学院机电系机械实验室2007年9月1目录实验一螺栓联接实验…………………………………………………2实验二带传动实验……………………………………………………6实验三机械传动性能综合实验………………………………………9实验四蜗杆传动效率测试实验………………………………………14实验五动压轴承实验…………………………………………………18实验六摩擦磨损试验…………………………………………………22实验七轴系结构分析与设计实验……………………………………31实验八链与万向节传动系统实验……………………………………35实验九减速器结构分析实验…………………………………………372实验一螺栓联接实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验目的现代各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。本实验通过对螺栓的受力进行测试和分析要求达到下述目的。1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。2、计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。3、验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。4、通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。二、实验项目LZS螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目：1、（空心）螺栓联接静、动态实验。（空心螺栓+刚性垫片+无锥塞）2、改变螺栓刚度的联接静、动态实验。（空心螺栓、实心螺栓）3、改变垫片刚度的静、动态实验。（刚性垫片、弹性垫片）4、改变被连接件刚度的静、动态实验。（有锥塞、无锥塞）三、实验设备及仪器该实验需LZS螺栓联接综合实验台一台，CQYDJ－4静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验设备及仪器。1、螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图1所示。1）螺栓部分包括M16空心螺栓、大螺母、组合垫片和M8小螺杆组成。空心螺栓贴有测拉力和扭矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时，所受预紧拉力和扭矩。空心螺栓的内孔中装有M8小螺杆，拧紧或松开其上的手柄杆，即可改变空心螺栓的实际受载截面积，以达到改变联接件刚度的目的。组合垫片设计成刚性和弹性两用的结构，用以改变被联接件系统的刚度。2）被联接件部分由上板、下板和八角环、锥塞组成，八角环上贴有一组应变片，测量被联接件受力的大小，中部有锥形孔，插入或拨出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。3）加载部分由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作载荷的大小，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。3图1螺栓联接实验台的结构1、电动机2、蜗杆3、凸轮4、蜗轮5、下板6、扭力插座7、锥塞8、拉力插座9、弹簧10、空心螺杆11、千分表12、螺母13、组合垫片(一面刚性一面弹性)14、八角环压力插座15、八角环16、挺杆压力插座17、M8螺杆18、挺杆19、手轮20上板4）主要技术参数①、螺栓材料为40Cr、弹性模量E=206000N/mm2，螺栓杆外直径D1=16mm，螺栓杆内直径D2=8mm，变形计算长度L=160mm。②、八角环材料为40Cr，弹性模量E=206000N/mm2。L=105mm。③、挺杆材料为40Cr、弹性模量E=206000N/mm2，挺杆直径D=14mm，变形计算长度L=88mm。2、LSD-A型静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式。实验台各被测件的应变量用CQYDJ－4型静动态测量仪测量，通过标定或计算即可换算出各部分的大小。该仪器的工作原理方框图请参看CQYDJ－4型静动态测量仪使用说明4书。CQYDJ－4型静动态测量仪是利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪，应变测量的转换元件——应变片是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固的贴在被测物件上，当被测件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在被测件上的应变片也相应变化，应变片的电阻值也随着发生了ΔR的变化，这样就把机械量转换成电量（电阻值）的变化。用灵敏的电阻测量仪——电桥，测出电阻值的变化ΔR/R，就可换算出相应的应变ε，并可直接在测量仪的液晶128X64点阵的大显示屏读出应变值。通过A/D板该仪器可向计算机发送被测点应变值，供计算机处理。LZS螺栓联接综合实验台各测点均采用箔式电阻应变片，其阻值为120Ω，灵敏系数k=2.20，各测点均为两片应变片，按半桥测量要求粘贴组成如图2所示半桥电路（即测量桥的两桥臂），图中A、B、C三点分别应为连接线中的三色细导线，其黄色线（即B点）为两应变片之公共点。3、计算机专用多媒体软件及其他配套器具1）需要计算机的配置为带RS232口主板；2）实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺栓静态联接实验和动态联接实验的数据结果处理、整理，并打印出所需的实测曲线和理论曲线图，待实验结束后进行分析。3）专用扭力扳手0-200Nm一把，量程为0-1mm的千分表两个。四、实验方法及步骤以出厂设定（实验台八角环上未装两锥塞，松开空心螺栓上的M8小螺杆手柄，组合垫片换成刚性的。）的空心螺栓联接静动态实验为例说明实验方法和步骤（一）螺栓联接静态实验方法与步骤1）用静动态测量仪配套的4根信号数据线的插头端将实验台各测点插座连接好，各测点的布置为：电机侧八角环的上方为螺栓拉力，下方为螺栓扭力。手轮侧八角环的上方为八角环压力，下方为挺杆压力。然后再将数据线分别接于测量仪背面CH1、CH2、CH3、CH4各通道的A、B、C接线端子上。用配套的串口线接测量仪背面的9芯RS232插座，另一头连接计算机上的RS232串口。2）打开测量仪电源开关，启动计算机，进入软件封面，单击“静态螺栓实验”，进入静态螺栓实验主界面。单击“串口测试”菜单，用以检查通讯是否正常，通讯正常方可进行以下实验步骤。3）进入静态螺栓主界面，单击“实验项目选择”菜单，选“空心螺杆”项，（默认值）。4）转动实验台手轮，挺杆下降，使弹簧下座接触下板面，卸掉弹簧施加给空心螺栓的图2半桥电路5轴向载荷。将用以测量被联接件与联接件（螺栓）变形量的两块千分表，分别安装在表架上，使表的测杆触头分别与上板面和螺栓顶端面少许（0.5mm）接触。5）手拧大螺母至恰好与垫片接触。螺栓不应有松动的感觉，分别将两千分表调零。单击“校零”键，软件对上一步骤采集的数据进行清零处理。用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为30～40Nm时，取下扳手，完成螺栓预紧。6）将千分表测量的螺栓拉变形值和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。a)单击“预紧”键进行螺栓预紧后，预紧工况的数据采集和处理。同时生成预紧时的理论曲线。b)如果预紧正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。c)用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度（≤15mm），压缩弹簧对空心螺栓轴向加载，力的大小可通过上升高度控制，塞入φ15mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。d)单击“加载”键进行轴向加载工况的数据采集和处理，同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。e)如果加载正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。f)单击实验报告键，生成实验报告。（二）螺栓联接动态实验`1）螺栓联接的静态实验结束返回封面，单击“动态螺栓”进入动态螺栓实验界面。2）重复静态实验方法与步骤中的1-12步。你已经做了静态实验，则此处不必重做。3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态”键，使电动机运转。进行动态工况的采集和处理。同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。4）单击实验报告键，生成实验报告。5）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。五、注意事项1、电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）；2、进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故，并可减少实验台振动和噪声。六、实验报告1、数据记录（自拟）2、螺栓联接静、动特性应力分布曲线图（力与变形曲线）3、结果分析。6实验二带传动实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验台目的：1、掌握测定皮带传动滑差率和效率及绘制实测曲线。2、学生可利用计算机在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的实际动手能力。二、实验内容：1、皮带传动滑动曲线和效率曲线的测量绘制：该实验装置采用压力传感器和A/D卡采集主动带轮和从动带轮的驱动力矩力和阻力矩力，采用光电传感器和A/D板采集主、从动带轮的转速。最后输入计算机进行处理分析，作出实测滑动曲线和效率曲线。使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。2、皮带传动运动弹性滑动和打滑现象动画模拟：该实验装置配置的计算机多媒体软件，在输入实测主、从动带轮的转速后，通过数模计算作出带传动运动模拟，可清楚观察带传动的弹性滑动和打滑现象动画图象。三、实验设备1、实验台简介：图1皮带传动实验台主要结构图1、电机移动底板2、砝码和砝码架3、力传感器4、转矩力测杆5、主动电动机6、平皮带7、光电测速装置8、发电机9、灯泡组10、机座机壳11、操纵面板7（1）主要结构及工作原理该实验传动系统，由皮带6和一个装有主动带轮的直流伺服电动机组件，另一个装有从动带轮的直流伺服发电机组件构成。（2）、主动轮电机5为特制两端带滚动轴承座的直流伺服电机，滚动轴承座固定在一个滑动的底板1上，电机外壳（定子）未固定可相对其两端滚动轴承座转动。滑动的底板能相对机座10在水平方向滑动。（3）、砝码架和砝码2与滑动底板通过绳和滑轮相连，用于张紧皮带；加上或减少法码，即可增加或减少皮带初拉力。从动轮电机8也为特制两端带滚动轴承座的直流伺服发电机，电机外壳（定子）未固定可相对其两端滚动轴承座转动，轴承座固定在机座机壳上。（4）、发电机和灯泡9，以及实验台内的电子加载电路组成实验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面的加载按钮控制，也可用面板上触摸按钮（加载按钮和卸载按钮）进行手动控制和显示。（5）、可转动两电机的外壳上装有测力杆4，把电机外壳转动时产生的转矩力传递给传感器。主、从动皮带轮扭矩力可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。（6）、两电机后端装有光电测速装置和测速转盘7，测速方式为红外线光电测速；主、从动皮带轮转速可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。（7）、直流电动机的调速电源，采用先进的脉冲宽度调制的调速电源；2、主要技术参数直流电机功率为355W主电机调速范围50～1500rpm皮带初拉力值为2~3.5kg.f杠杆测力臂长度L1=L2=120mm（L1L2—电动机、发电机中心至传感器中心的距离）皮带轮直径D1=D2=120mm压力传感器精度为1%测量范围为0～50N测速范围：50转/分～1500转/分灯泡额定功率：共320W（8个40W）3、电气装置工作原理该仪器电气测量控制由三个部分组成：（1）、电机调速部分：该部分采用专用的由脉宽调制（PWM）原理设计的直流电机调速电源，调节面板上的调速旋钮对电动机进行调速。（2）、仪器控制直流电源及传感器放大电路部分：该电路板由直流电源及传感器放大电路组成，直流电源主要向显示控制板和4组传感器放大电路供电,和将4个传感器的测量信号放大到规定幅度供显示控制板采样测量。（3）、显示测量控制部分：该部分由单片机、A/D转换、加载控制电路和RS-232接口8组成。A/D转换控制电路负责转速测量和4路传感器信号采样，采集的各参数除送面板进行显示外。经由RS-232接口送上位机（电脑）进行数据分柝处理。加载控制电路主要用于计算机对负荷灯泡组加载，也可通过面板上的触摸按钮对灯泡组进行手工加载和卸载。实验台可脱机(电脑)，用手工对各采集的实验数据进行记录处理。四、实验步骤：1、打开计算机，单击“皮带传动”图