机械原理与机械设计实验指导书(电子版)

机械原理与机械设计实验指导书刘峰沈小云编广东海洋大学工程学院2009年12月机械原理和机械设计（或机械设计基础）是机械类（或近机类）专业的主要的技术基础课，它们在基础课与专业课之间起着承上启下的作用；而实验是这些课程的重要实践环节。对于实验课，同学们必须做到以下几点：1．应按时参加实验，不得无故缺席。2．实验前应认真复习教材的有关章节和讲授的内容，预习实验指导书，做好必要的准备工作。3．实验时应严肃认真、积极思考、独立操作、相互配合，按照要求高质量地完成工作；并注意保持实验场地的安静、清洁。4．实验报告或有关图纸应独立完成，按时上交。5．爱护仪器设备和实验用具，未经教师许可，不得随意摆弄、擅自拆装；如有损坏、丢失，应立即报告，并酌情赔偿。实验一机构运动简图的测绘和分析一、实验目的1学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图。2•分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法。二、实验设备和工具1各类典型机械的实物或模型，量具。2•铅笔、橡皮、草稿纸等(学生自备)三、实验原理和方法1实验原理由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号(见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定)来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表1—1为常用符号示例。2•实验方法使被测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3…分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C…分别标注各运动副。仔细测量与机构运动有关的尺寸，如转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。比例尺l实际长度丨ABm图上长度ABmm对绘制指定的几种机构模型的机构运动简图，其中至少要有一种按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度相验证五、思考题1机构运动简图应准确表达机构的哪些内容、而简化表达哪些内容？2•绘制机构运动简图时，原动件的位置可以任意选定吗？会不会影响简图的正确性？3•机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？实验一一测绘和分析计算编号机构名称自由度F=机构名称自由度F=编号机构名称自由度F=编号运功卑苻号环面ii岸石成的込动制丨口构件Z二为間花时的运功捌止2/"H—H（甘级）22HH"yDKHzx1f（V级）表1—1机构运动简图中常用的构件和运动副符号th轴英固止构flKnpfib》IwJ:同_构件厶两副构件/叮八別构件/XJ乙44{IVS）级）实验四带传动实验一、实验目的了解带传动实验台的工作原理及其结构；观察带传动工作中的弹性滑动和打滑现象并分析其产生原因；了解带传动在不同初拉力下的负载与滑动率、负载与传动效率之间的关系；测定带传动在实验条件下的弹性滑动率与传动效率，并绘制滑动率曲线及效率曲线。二、实验台结构及工作原理本实验采用的设备是PDC-U智能型皮带传动测试台，图4-1所示为其结构示意图。678910111213图4-1PDC—II智能型皮带传动测试台结构示意图1—机座2—移动支架3—（测初拉力）压力传感器4—固定支架5—负载灯泡（组）6—（测支反力）压力传感器7—测力杠杆8—直流电动机9—主动带轮10—张紧装置11—传动带12—从动带轮13—直流发电机图4-2所示为PDC-U智能型皮带传动测试台控显面板布局示意图。CHI转递1r/ain转速2r/ain1@Iia顔力iN俎釣力2kx1krnar1图4-2PDC—II智能型皮带传动测试台控显面板布局图本实验台主要由两个直流电机组成，左边为主动电机，提供驱动力矩，由调速旋钮调节电压；右边为发电机，提供负载力矩，其电枢绕组两端接上灯泡作为负载。主电机固定在一个水平方向移动的滑板上，可沿滑座滑动，底板的滑动由皮带预紧装置推动，带传动的张紧装置由螺旋机构和液压机构组成，通过旋转竖直方向的螺杆改变下面的水平活塞杆位置，活塞杆推动移动支架沿水平方向移动，从而改变了两带轮之间的中心距，以此实现对传动带施加一定的初拉力或调节初拉力的大小。在移动支架与水平活塞之间安装一个压力传感器，活塞对移动支架的推力由该压力传感器测定，其值等于传动带上下两边拉力之和（即2Fo）,该值在实验中将直接显示在控显面板的“张力”数码管上。电机轴上装有主动轮，通过一根传动带（平带或V带）带动从动轮，从动轮装在发电机的轴上，电机定子（连外壳）可绕其轴线摆动，其外壳上装有测力杠杆，其端部支点压在测力传感器上，产生的压力信号通过测量电路转换为与之成比例的电压信号，经过线性放大和A/D转换，将安装在电动机和发电机定子机壳上的测力杠杆的端部支点反力Ni、N2值直接显示在控显面板的“扭矩臂力1”、“扭矩臂力2”数码管上。实验时启动电机，其实验转速由控显面板上的调速旋扭来调整，电机转动产生的反作用力由力矩臂传递到测力传感器上，结合测力杠杆的臂长（杠杆支点至电动机或发电机外壳的距离）Li、L2，便可计算电动机和发电机定子机壳所受的翻转力矩，而翻转力矩在数值上与两带轮传递的转矩相等。通过以下公式可得电动机和发电机的转矩为：T=N•（L+d/2）式中：N—测力杠杆的支点反力（N）;L—测力杠杆臂长，60mm;d—电机外壳直径，120mm。两电机后端装有测速转盘和测速光电传感器，所测主、从动轮转速值ni、n2在控显面板上“转速T和“转速2”的数码管上显示。则带传动的滑动率为丄丿^X100%ni在本实验台中，两带轮直径：Di=D2=120mm,即传动比i=1，则niX100%带传动的效率为虫卫10000T1n1式中：T1、T2—分别为输入、输出转矩，Nmm;n1、n2—分别为输入、输出转速，r/min实验以灯泡模拟负载，本实验台采用一组（5个）60W灯泡并联并配以串联变阻器作为发电机的负载电路。通过控显面板的“负载”控制键“▲”和“▼”可逐档递增或递减电路电阻，进而实现发电机负载功率的递增或递减。每按一次“▲”，负载功率递增5%;每按一次“▼”，负载功率递减5%;满负载功率300W。随着负载的改变，灯泡的亮度逐渐由弱变强，T1、T2、n1、n2值也随之改变；这样可获得一组&和n的值，据此可绘制出滑动率曲线£—2和效率曲线n—T2。三、实验步骤1•将“调速”旋钮逆时针旋转到起点位置，使电机转速为零。然后接通主机电源（在机身后面的绿色按钮），断开发电机所有负载（此时所有灯泡都不亮并且控显面板的“负载”显示为“0”）。旋转预紧装置的预紧螺栓，皮带开始预紧，为便于比较，不同组采用不同的初拉力值，平皮带分别按指定初拉力2F0=25N和2F0=35N使传动带张紧。（V带分别按指定初拉力2F0=15N和2F0=20N使传动带张紧。）按下“电机启停”红色按钮，接通电动机电源，顺时针缓慢旋转“调速”旋钮，使电动机逐渐加速到实验初始转速，当转速表显示厲〜1200r/min时，记录数据（n1、n2、N1、N2），此时负载功率为零。按“▲”键两下加负载（此时五个灯泡都亮了），当“负载”显示“10”时（即满负载的10%，此时负载功率为30W），记录数据（n1、n2、N1、N2）。重复步骤4,即每次按“▲”键两下，使负载功率按每档30W递增，分别记录每档负载功率下的（n1、n2、N1、N2），直到带与带轮间发生显著滑动（即带传动开始进入打滑状态）为止。当皮带出现明显打滑现象时，应迅速记录相关数据，然后将“调速”旋钮逆时针旋转到起点位置，使电机转速为零。连续按“▼”键，直到“负载”显示为“0”（所有灯泡全部关闭），按“电机启停”键，关闭电动机电源。将实验台恢复至实验前状态，关闭主机电源。整理实验数据，完成实验报告。（进行相关数据处理，并在同一坐标系中绘制带传动在不同初拉力下的弹性滑动曲线和传动效率曲线。）四、思考题初拉力的大小对滑动率和效率的影响如何?随着负载的增大,滑动率曲线和效率曲线的变化规律如何?带传动中弹性滑动与打滑有何区别?它们对于带传动各有什么影响?五、注意事项1．实验中必须注意安全。女生须特别注意，勿将长发散落在机器上方；操作者须扣紧衣袖；实验台运转过程中，不许用手触摸旋转部位。2•预紧装置预紧时，预紧力不得超过60N否则油缸活塞不回位。当活塞不回位时，需要在预紧装置单向节流阀处注入空气（用注射气筒注入）。3．发生明显打滑现象时，应迅速记录相关数据，以免皮带因打滑而发生过度磨损（一般当n1-n2>200r/min时即可停止实验）。实验记录与数据处理1.实验数据记录及处理pdc—n智能型皮带传动测试台主要技术参数：直流电动机功率：355W测速范围：0~1200r/min初拉力调节范围：0~60N测支反力传感器量程：0~50N原始数据：电机外壳直径di=d2=120mm；测力杠杆臂长Li=L2=60mm;初拉力F0=N。测定数据计算数据Ni(N)N2(N)nir/minn2r/minT1NmmT2Nmmn(%)£(%)空载1234567892•作出效率和滑动率曲线:4(%)n(%)T2(Nmm)实验五减速器拆装实验一、实验目的1．了解减速器结构，熟悉装配和拆卸方法。2．通过拆装，很好的掌握轴系部件的结构。3．了解减速器各个附件的名称、结构、安装位置和作用。二、实验设备和工具1．二级展开式圆柱齿轮减速器，有凸缘式端盖结构（图5—1）和嵌入式端盖结构两种；或者单级圆柱齿轮减速器。2．游标卡尺、活扳手或呆扳手一套、钢板尺等。三、实验内容1．观察了解轴系部件的安装、拆卸、固定、调整。轴系部件包括轴、轴承、轴套、轴承端盖、调整垫片、密封圈、挡油板等。2．观察了解减速器附件的用途、结构和安装位置的要求。附件包括通气器、窥视孔盖、油塞、油标指示器、吊勾和吊环、起盖螺钉、定位销等。3．测量各种螺栓直径：地脚螺栓、轴承旁联接螺栓、上下箱体凸缘联接螺栓、轴承端盖螺钉、窥视孔螺钉等。4．测量箱体有关尺寸：中心距、中心高、上下箱体壁厚、地脚凸缘厚、上下箱体凸缘宽度和厚度、轴承凸台宽度和高度、筋板厚度、齿轮端面与箱体内壁距离、大齿轮顶圆与箱体内壁距离、轴承端盖外径等。四、实验步骤1．拧下轴承端盖的螺钉，取下轴承端盖和调整垫片。（此步骤是对凸缘式端盖结构而言的，对嵌入式端盖结构则无此步骤）2．拧下上、下箱体联接螺栓及轴承旁螺栓、拔出定位销，利用起盖螺钉打开箱体上盖。3．分析轴系部件的结构，了解如何实现安装、拆卸、固定、调整。4．观察各附件的位置、结构及用途。5．测量实验内容3、4所列各有关尺寸，填入实验报告表中。910870©2432图5—1二级展开式圆柱齿轮减速器立体图图5—2单级圆柱齿轮减速器立体图实验记录1测量数据名称符号尺寸（mm）地脚螺钉直径df轴承旁联螺栓直径di机盖与机座联接螺栓直径d2轴承端盖螺钉直径d3窥视孔盖螺钉直径d4机座壁厚S机盖壁厚Si机座凸缘厚度b机盖凸缘厚度bi机座底板凸缘厚度b2低速级中心距a中心高H轴承端盖外径D2上下箱体筋厚mmi大齿轮顶圆至箱体内壁距离△i齿轮端面至箱体内壁距离△2凸台高度h外机壁至轴承座端面距离li螺栓至外机壁距离Ci螺栓至凸缘边缘距离C22．写出减速器上各标号的名称及作用：1．2．3．4．5．6．7．（单级没有）8．（单级没有）9．10．11．12．13．14．（二级没有）15．（二级没有）