机械设计实验指导书(机械类)洪英刘文吉编________学院________专业____班姓名___________天津工业大学机电学院机械基础实验中心目录实验一螺栓组联接实验 (1)实验二机械传动效率实验 (3)实验三液体动压径向滑动轴承实验 (14)实验四轴系结构设计实验指导书 (18)实验一螺栓组联接实验一、实验目的1.实测受翻转力矩作用下螺栓组联接中各螺栓受力情况;2.深化课程学习中对螺栓组联接螺栓实际受力的认识;3.进一步熟悉电阻应变片应变测量方法。

二、实验原理与方法1.结构简述本实验采用II型多功能螺栓组联接实验台（参见图1.1a），配有数显式静态电阻应变仪。

机座1与被联接件4用双排共10个螺栓2联接，连接面之间加有垫片8（橡胶或其它材料），6为杠杆加载系统，砝码7的重力通过杠杆系统1:75 增力后作用于被联接件上，从而使被联接件受到翻转力矩的作用。

每个螺栓上都贴有电阻应变片(参见图1.1b)，用以测量螺栓的受力大小。

当10个螺栓把被联接件均匀预紧后，在翻转力矩作用下，被联接件有绕对称轴翻转的趋势，每个螺栓的受力将发生变化，通过电阻应变片用电阻应变仪进行测量，便可测得螺栓组的载荷分布（每个螺栓的受力情况）。

a b1.机座2.螺栓3.测试梁4.被联接件5.测试齿6.杠杆系统7.砝码8.垫片图1.1 实验台结构示意图2.主要技术参数1)螺栓中段直径：d=6.5mm;2)螺栓材料的弹性模量：E=205Gpa;3)加载杠杆比：1:75；4)被联接件悬臂长：L=214m5)各相邻螺栓的垂直间距离=33mm图1.2 实验螺栓安装及贴片图图1.3 单片测量连线图三、实验步骤与要求1.仪器连线将每个螺栓上电阻应变片的联线接到电阻应变仪的接线箱上（采用半桥测量方法，参见图1.3）。

2.螺栓初预紧首先用手将螺栓组各螺栓左端螺帽I用手尽力拧紧，然后再用手将右端各螺帽II也尽力拧紧（初预紧前，应先抬起杠杆加载系统，不使加载系统的自重加到螺栓组连接件上）。

3.应变测量点预调平衡在各螺栓初预紧后，以此作为初始状态，进行各螺栓应变测量的调零（预调平衡），把各应变测量点尽可能调到“零”读数。

4.螺栓加预紧力F＇安装好杠杆加载系统后，给各螺栓加上尽可能相同的一定量的预紧力。

为防止螺栓受扭矩影响，一定要用扳手拧右端的螺帽II来预紧（螺栓的右端有一段为矩形断面，用以防止螺栓产生扭转变形）。

在预紧过程中，各螺栓的预紧力会相互影响，所以，应先后交叉并重复对螺栓进行预紧，使各螺栓都预紧到接近相同的设定预应变量（建议ε预=300~400με）。

为此，可能要反复调整多次。

5.进行加载实验螺栓预紧完毕后，即可在杠杆加载系统上挂上砝码P进行测试。

加载后从电阻应变仪上逐点读出各螺栓在翻转力矩M=P•L作用下的总应变值。

注意：为避免螺栓超载损坏，任意螺栓的总应变值（预紧应变+工作应变）不应超过容许的最大应变值（εmax<800με）。

实验二机械传动效率实验效率是表征机械性能好坏一个重要经济指标，也说明该机械输入功率的利用程度。

但效率值的大小用理论的方法来决定是很困难的。

因为效率与功率的损耗有关，而理论上是不可能把全部影响功率损耗的因素都估计到，因此实践中都是通过实验的方法来求得效率的数据。

在进行效率实验时，有时是以整个传动部件（如减速器）进行实验，也有时只进行一对传动元件（如一对齿轮或带传动）进行实验。

但其计算效率的公式都是一样的，即：η = N2 / N1其中 N2——输出功率N1——输入功率对单级传动来讲效率η表示一级传动的效率，对多级传动，效率η表示该部件的总效率。

总效率为各级效率的连乘积。

η = η1 ∙η2……ηn本实验为综合性实验，包括带、齿轮、蜗杆减速器等传动零部件的传动性能和效率的测定，并对实验结果进行比较和评价。

实验目的：1. 学习带、齿轮、蜗杆减速器等传动零部件的传动性能和效率η的测定方法。

2.了解并比较各种传动零部件传动性能和效率η的大小及其影响的因素.实验之一：带传动滑动率和效率测定实验之二：齿轮传动效率测定实验之三：蜗杆减速器传动效率测定实验之四：_________传动效率测定实验之五：_________传动效率测定带传动的滑动和效率实验一、实验台用途本实验台是《机械设计》课程中带传动实验专用设备，其用途是：1. 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象，以及它们与带传递载荷之间的关系。

2. 比较预紧力大小对带传动承栽能力的影响。

3. 比较分析平带、V带和圆带传动的承载能力。

4. 测定并绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，观察带传动弹性滑动和打滑的动画仿真，了解带传动所传递载荷与弹性滑差率及传动效率之间的关系。

5. 了解带传动实验台的构造和工作原理，掌握带传动转矩、转速的测量方法。

二、实验台结构及工作原理本实验台主要结构如图1所示。

1. 电动机移动底板2. 砝码及砝码架3. 力传感器4. 转矩力测杆5. 电动机6. 试验带7. 光电测速装置8. 发电机9. 负载灯泡组 10. 机座 11. 操纵面板图1 CQP-C带传动实验台主要结构图1. 试验带6装在主动带轮和从动带轮上。

主动带轮装在直流伺服电动机5的主轴前端，该电动机为特制的两端外壳由滚动轴承支承的直流伺服电动机，滚动轴承座固定在移动底板1上，整个电动机可相对两端滚动轴承座转动，移动底板1能相对机座10在水平方向滑移。

从动带轮装在发电机8的主轴前端，该发电机为特制的两端外壳由滚动轴承支承的直流伺服发电机，滚动轴承座固定在机座10上，整个发电机也可相对两端滚动轴承座转动。

2. 砝码及砝码架2通过尼龙绳与移动底板1相连，用于张紧试验带，增加或减少砝码，即可增大或减少试验带的初拉力。

3. 发电机8的输出电路中并联有8个40W灯泡9，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上的加载按钮控制，也可用实验台面板上触摸按钮6、7（见图2）进行手动控制并显示。

4. 实验台面板布置如图2所示。

图2 带传动实验台面板布置图1. 电源开关2. 电动机转速调节3. 电动机转速显示4. 发电机转速显示5. 加载显示6. 卸载按钮7. 加载按钮8. 发电机转矩力显示9. 电动机转矩力显示5. 主动带轮的驱动转矩T1和从动带轮的负载转矩T2均是通过电机外壳的反力矩来测定的。

当电动机5启动和发电机8加负载后，由于定子与转子间磁场的相互作用，电动机的外壳（定子）将向转子回转的反向（逆时针）翻转，而发电动机的外壳将向转子回转的同向（顺时针）翻转。

两电机外壳上均固定有测力杆4，把电机外壳翻转时产生的转矩力传递给传感器3。

主、从动带轮转矩力可直接在面板上的数码管窗口上读取，并可传到计算机中进行计算分析。

带传动实验分析界面窗口直接显示主、从动带轮上的转矩值。

主动带轮上的转矩 T1=Q1K1L1 N.m从动带轮上的转矩 T2=Q2K2L2 N.m式中： Q1、Q2—电机转矩力（面板窗口显示读取）；K1、K2—转矩力测杆刚性系数（本实验台K1=K2=0.24N/格）；L1、L2—力臂长，即电机转子中心至力传感器轴心矩离（本实验台L1=L2=120mm ）。

6. 两电机的主轴后端均装有光电测速转盘7，转盘上有一小孔，转盘一侧固定有光电传感器，传感器侧头正对转盘小孔，主轴转动时，可在实验台面板数码管窗口上直接读出主轴转速（即带轮转速），并可传到计算机中进行计算分析。

7. 弹性滑动率ε主、从动带轮转速n1、n2可从实验台面板窗口或带传动实验分析界面窗口上直接读出。

由于带传动存在弹性滑动，使v 2﹤v1，其速度降低程度用滑差率ε表示：121122111%%v v d n d n v d n ε--== 当d1=d2时：121%n n n ε-= 式中：d1、d2 —主、从动带轮基准直径；v1、v2 —主、从动带论的圆周速度；n1、n2 —主、从动带轮的转速。

8. 带传动的效率η222111·%·p T np T nη==式中：1p p2、—主、从动带轮上的功率；T1、T2—主、从动带轮上的转矩n1、n2—主、从动带轮的转速。

9. 带传动的弹性滑动曲线和效率曲线改变带传动的负载，其T1、T2、n1、n2也都在改变，这样就可算得一系列的ε、η值，以T2为横坐标，分别以ε、η为纵坐标，可绘制出弹性滑动曲线和效率曲线，如图3所示。

图3 带传动弹性滑动曲线和效率曲线图中横坐标上A0点为临界点，A0点以左为弹性滑动区，即带传动的正常工作区段，在该区域内，随着载荷的增加，弹性滑差率ε和效率η逐渐增加；当载荷继续增加到超过临界点A0时，弹性滑差率ε急剧上升，效率η急剧下降，带传动进入打滑区段，不能正常工作，应当避免。

三、软件界面操作说明1. 带传动实验台软件封面（图4）图4 带传动实验台软件封面在封面上非文字区单击左键，即可进入带传动实验说明界面。

2. 带传动实验说明界面（图5）图5 带传动实验说明界面[实验]：单击此键，进入带传动实验分析界面。

[音乐]：单击此键，音乐关闭，同时[关闭音乐] 变为[打开音乐]；反之，单击[打开音乐]，音乐打开，[打开音乐] 变为[关闭音乐]。

[图片]：单击此键，弹出带传动实验说明框。

[返回]：单击此键，返回带传动实验台软件封面。

[退出系统]：单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。

3. 带传动实验分析界面（图6）该界面开有皮带传动弹性滑动和打滑现象动画模拟窗口、带传动滑动曲线和效率曲线的测试绘制窗口。

各控键说明如下：图6 带传动实验分析界面[运动模拟]：单击此健，可以清楚观察带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。

[加载]：击此健可加载灯泡组负荷，每击一次可增加一个灯泡（40W）负荷功率。

[稳定测试]：单击此键，稳定记录实时显示的带传动的实测数据。

[实测曲线]：单击此键，显示带传动滑动曲线和效率曲线。

[音乐]：单击此键，音乐关闭，同时[关闭音乐] 变为[打开音乐]；反之，单击[打开音乐]，音乐打开，[打开音乐] 变为[关闭音乐]。

[操作说明]：单击此键，弹出带传动实验说明框。

[重做实验]：单击此键，重新加载、测试。

[打印]：单击此键，弹出打印对话框，将带传动滑动曲线和效率曲线打印出来或保存为文件。

[返回]：单击此键，返回带传动实验说明界面。

[退出系统]：单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。

四、主要技术参数直流伺服电动机：功率355W，调速范围50～1500rpm,精度±1r/m；预紧力最大值：3.5kgf；转矩力测杆力臂长：L1=L2=120mm（L1、L2电机转子轴心至力传感器中心的距离）；测力杆刚度系数：K1=K2=0.24N/格；带轮直径：平带轮与圆带轮d1=d2=120mm，V带轮d1 =120mm d2=80mm；压力传感器：精度1%，量程0～50N；直流发电机：功率355W，加载范围0～320W（40W×8）;外形尺寸：800×400×1000mm;总重量：110kg五、实验步骤1. 打开计算机，单击“带传动”图标，进入带传动封面。