機械綜合實驗

1、實驗一 機械系統(tǒng)綜合實驗一、 目的要求：1了解機械系統(tǒng)的組成及其性能特點；2了解帶傳動的彈性打滑及效率變化；3了解螺栓與被聯(lián)接件之間的受力變形規(guī)律；4了解滑動軸承液體動壓承載原理及壓力分布曲線；5了解鏈傳動的結(jié)構及特點。二、實驗儀器、設備、工具和材料名 稱型號或規(guī)格數(shù) 量備 注機械系統(tǒng)性能研究及參數(shù)分析實驗臺JYCS1配套計算機1三、實驗原理及設計要求該實驗是通過機械系統(tǒng)性能研究及參數(shù)分析實驗臺所提供的實驗平臺，使學生對組成機械系統(tǒng)的各組成部分的結(jié)構和性能參數(shù)的變化進行檢測和分析，加深對課程內(nèi)容的理解和對機械系統(tǒng)性能的認識。機械系統(tǒng)性能研究及參數(shù)分析實驗臺是具有靜載荷和動載荷的兩級傳動系統(tǒng)，其

2、中包括帶傳動、鏈傳動、螺栓聯(lián)接、滑動軸承和凸輪動態(tài)加載裝置。隨著系統(tǒng)的不同組合，運動參數(shù)及負載的變化，組成系統(tǒng)各部分的性能參數(shù)呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，并通過計算機進行實時反映，可對機械系統(tǒng)的性能參數(shù)的變化進行檢測和分析。實驗要求1要求學生按規(guī)定組成一個機械系統(tǒng)，并指出其性能特點和運動參數(shù)的變化規(guī)律。2要求學生按規(guī)定測出帶傳動、鏈傳動、螺栓聯(lián)接、滑動軸承在不同載荷情況下，速度、加速度、轉(zhuǎn)矩、變形等的變化規(guī)律，并繪制其分布曲線。四、實驗操作步驟：1、機械系統(tǒng)的組成及其性能特點的認識一個完整的機械系統(tǒng)通常是由動力源、傳動、負載、檢測及控制等部分組成。A、機械系統(tǒng)組成第一級傳動：本系統(tǒng)由一臺直流電機作為系

3、統(tǒng)驅(qū)動，通過帶傳動將動力傳遞至級傳動軸上，該級傳動的張緊方式采用了一根拉力螺桿，可通過調(diào)節(jié)距帶輪中心來張緊傳動帶。第二級傳動：在級傳動軸另一端裝帶輪（或鏈輪）通過帶（或鏈）將動力傳遞至級傳動軸上，該級傳動的張緊是通過調(diào)節(jié)與級傳動軸相固結(jié)的動載裝置的位置來實現(xiàn)的。系統(tǒng)模擬負載方式：靜負載：該負載為摩擦靜負載，加級傳動軸上。摩擦軸瓦覆蓋在軸身上，軸身有一個活動加載桿，擰緊加載螺桿，即可增加軸瓦上的壓力，軸與軸瓦間的摩擦力矩將發(fā)生變化，從而導致系統(tǒng)負載的變化。由于軸瓦浸于油中，故該靜態(tài)摩擦負載的摩擦力矩變化按液體動壓摩擦規(guī)律變化。動態(tài)負載：該負載與級傳動軸相連，它是利用凸輪輪廓線變化引起彈簧壓縮量變

4、化，進而引起級傳動軸上的阻力矩發(fā)生變化，由于凸輪輪廓線是周期性變化，故由此引起阻力矩變化也呈周期性。B、機械組合方式：在機械系統(tǒng)中，組成系統(tǒng)的傳動與連接具有其本身的特點，在不同的系統(tǒng)組成和負載變化方式下呈現(xiàn)不同的運動和動力的變化規(guī)律。該實驗平臺可組成一級傳動系統(tǒng)和二級傳動系統(tǒng)。a、 電機 帶傳動 級傳動軸 靜態(tài)負載b、 電機 帶傳動 級傳動軸 帶傳動（鏈傳動） 級傳動軸 動態(tài)負載C、機械組成的性能：帶傳動：它是一種具有彈性滑動特點的傳動，隨著系統(tǒng)負載的增加，彈性滑動程度將愈來愈高，最后出現(xiàn)完全打滑，這一過程將對系統(tǒng)傳動及承載力產(chǎn)生重要影響。我們可以通過對帶傳動的滑差率和效率變化曲線來進行分析。

5、鏈傳動：這是一種常用的剛性傳動，由于鏈輪廓線呈多邊形，造成在運動傳遞過程中的速度不均勻性，給系統(tǒng)穩(wěn)定性造成了一定影響。通過觀察從動鏈輪的速度波動曲線，可以了解不同齒數(shù)的鏈輪造成系統(tǒng)速度波動。液體摩擦滑動軸承：該部分在系統(tǒng)中作為靜態(tài)加載器使用，實驗臺將其設計為液體摩擦狀態(tài)。軸瓦的油膜壓力分布區(qū)鉆有小孔，小孔與油壓傳感器相聯(lián)，通過對檢測系統(tǒng)可了解液體承載壓力油膜區(qū)的分布規(guī)律。螺栓組聯(lián)接：在本系統(tǒng)中，對稱分布的螺栓用于聯(lián)接加載臂和機座。當加載桿承受垂直負載時，螺栓組將承受傾覆力矩，通過對螺栓應變的檢測，可了解螺栓組在承受傾覆力矩時的變形規(guī)律。對稱螺栓聯(lián)接：用于變負載裝置的聯(lián)接，當負載力發(fā)生周期變化時

6、，螺栓應力也相應發(fā)生周期性變化，利用螺栓應力變化曲線可以分析循環(huán)應力的一些特征值。D、機械參數(shù)檢測及分析系統(tǒng)認識：本系統(tǒng)設計了一整套有關該系統(tǒng)傳動及聯(lián)接的運動及動力的參數(shù)傳感器系統(tǒng)，包括光柵角位移傳感器，壓力傳感器，荷重傳感器，管路壓力傳感器及電阻應變片等。傳感器信號通過采集系統(tǒng)采集并處理，送往LED管顯示，以供分析用。檢測與控制系統(tǒng)框圖如下：綜合實驗臺系統(tǒng)原理框圖參數(shù)檢測點：電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩：（即第一級帶傳動的主動帶輪傳動力矩），電機轉(zhuǎn)速通過180脈沖轉(zhuǎn)的光電盤進行檢測。驅(qū)動電機外殼處于“懸浮”狀態(tài),通過檢測與電機外殼固結(jié)的杠桿支點的力，我們可以計算出電動機的轉(zhuǎn)矩m=f·l,它與主傳

7、動帶輪上的傳動力矩相等。 摩擦軸瓦上的摩擦力矩：它也通過檢測與軸瓦相聯(lián)的杠桿支點的力來計算得到。加載力：由安裝在加載螺桿與軸瓦加載桿之間的01t荷重傳感器檢測。一級傳動軸轉(zhuǎn)速：由與軸相聯(lián)的光電盤檢測（180脈沖轉(zhuǎn)）。二級傳動軸轉(zhuǎn)速：由與軸相聯(lián)的光電轉(zhuǎn)速傳感器（1000脈沖轉(zhuǎn)）進行檢測。軸瓦壓力膜油壓檢測：由管路壓力傳感器進行檢測。螺栓應變檢測：由粘貼于螺栓表面的電阻應變片進行檢測（半橋測量方式）。思考題：按規(guī)定組成一個機械系統(tǒng)，并寫出其性能特點、參數(shù)檢測與控制系統(tǒng)框圖、參數(shù)檢測點位置和檢測方式以及運動參數(shù)的變化規(guī)律。2.帶傳動滑動實驗主要了解帶傳動的彈性打滑及效率變化。該實驗中，系統(tǒng)采用一級傳

8、動，即將第二級傳動拆除。主、從動帶輪的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩值可直接顯示在測控面板上。帶傳動滑差率計算：=（n1-n2）/（n1）×100%； 帶傳動效率計算：=（M2n2/M1n1）×100%； 隨著負載的增加，n1、n2的差值將越來越大，直至皮帶完全打滑。實驗步驟：拆除第二級傳動（鏈傳動）；打開總電源開關，調(diào)節(jié)控制面板右測的調(diào)速按扭，使電機轉(zhuǎn)速達到300rpm左右，注意每按一次增（減）速鍵后，再按兩下n1（n2）鍵，在控制面板上可顯示當前轉(zhuǎn)速；逐漸調(diào)節(jié)勵磁電流到0.5A，使帶出現(xiàn)完全打滑（重復進行調(diào)節(jié)）；按下列值進行加載：0.1A,0.2A,0.3A,0.4A,0.5A，找到測控面

9、板的波動傳動數(shù)據(jù)顯示區(qū)，按下想要讀取的數(shù)值鍵，即可測得：M1、M2、n1、n2；將每次加載的數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩數(shù)值記錄下來；利用所記錄的數(shù)值計算滑差率和效率，并繪制-M2，-M2變化曲線；若聯(lián)上計算機，則打開相應的測試界面，M1、M2、n1、n2；的變化曲線即可自動顯示。在繪制-M2，-M2曲線時，每加一次載，可點擊“采集”按鍵一次，、的當前值即可自動在已設置的坐標條件出現(xiàn)，兩點之間計算機將自動將其聯(lián)接。 % % 0 M2思考題：利用所記錄的數(shù)值計算帶傳動的滑差率和效率，并繪制-M2，-M2變化曲線；根據(jù)曲線和實驗結(jié)果說明原理。3螺栓組連接實驗原理：螺栓受力分析及計算當加載桿工作時，連接

10、加載臂和機座的五組對稱布置的螺栓組將承受傾覆力矩的作用，螺栓組布置幾何尺寸及受力如下圖： 圖1 螺栓組布置圖受傾覆力矩作用的螺栓組各螺栓受力的計算為：Fi螺栓受的工作拉力；M繞接合面的傾覆力矩；M=P×LP加載力；ri各螺栓到接合面中心軸線的距離；L加載點到接合面的距離。從受力分析可知，螺栓5受力最大，可取為預緊力。設180kg 螺栓對應的應變應為170。螺栓應變計算由公式 可得 F螺栓受力；E彈性模量： E2.1×106kgcm2A螺栓截面積。連接螺栓幾何尺寸如下圖（二）：圖2 螺栓幾何尺寸殘余預緊力即由螺栓與被聯(lián)接件受力變形圖可知，圖中：F0總拉力；F工作拉力；F殘余預

11、緊力。圖3 螺栓受力-變形圖利用實測數(shù)據(jù)描繪螺栓受力-變形圖本實驗將描繪1#螺栓及被聯(lián)接件的受力變形規(guī)律曲線螺栓：拉力：F=EA變形：=lA+Aa/Ab（l-lA）被聯(lián)接件：拉力：變形：=-1其中： 為被聯(lián)接件變形變化值，為螺栓變形量， 1為螺栓預緊變形量。每加一次載荷，在測控面板上相應測試區(qū)內(nèi)可讀取螺栓應變值。其它數(shù)據(jù)可通過計算得到。加載若干次后，即可得到一系列測量值和計算值，螺栓及被聯(lián)接件的力及變形值，繪進相應坐標系即可得到所求。螺栓組受傾覆力矩時應力變化規(guī)律：變化規(guī)律應滿足以下關系（假定螺栓預緊力大致相等）圖4 傾覆力矩變化規(guī)律實驗步驟：1、松開聯(lián)接螺栓，用小螺絲刀調(diào)節(jié)電橋盒上的可調(diào)電阻

12、，使電橋平衡（輸出基本為零，或保持5根螺栓的初始值接近）。2、用扳手給每根螺栓預緊，預緊應變值為120左右，可在控制面板上讀取。3、按列表中的負載值逐次加載，并記錄15號螺栓的應變值。4、計算相關參數(shù)并繪制圖線。5、若使用計算機處理，則打開相應界面，每一次加載后，點擊界面上的“測試”鍵后，計算機將自動繪制相關曲線。思考題：利用實測數(shù)據(jù)描繪螺栓受力-變形圖，并說明螺栓及被聯(lián)接件的受力變形規(guī)律。4滑動軸承油膜壓力分布實驗目的：了解液體動壓承載原理；作出承載壓力油膜壓力分布曲線。實驗設備結(jié)構及原理滑動軸承分為動壓軸承和靜壓軸承兩大類。動壓軸承要形成壓力膜。軸與軸瓦在相對運動時要形成液體摩擦，必須具備

13、下列條件： 頸具有一定的圓周速度。軸頸與軸瓦之間有一定的鍥形間隙（不能少于加工不平度之和）；供油充足且潤滑油具有一定的黏度。鍥形潤滑膜（油膜）承載機理如下圖： 圖6 油膜承載機理圖 當兩滑動表面平行時，圖a所示各處膜壓總等于入口和出口的壓力，故不能產(chǎn)生高于外部壓力來支承外載。當兩滑體表面呈擴散鍥形，即運動件帶潤滑劑從小口流向大口，則膜壓將低于入口或出口壓力，不僅不能產(chǎn)生膜壓以支承外載且切反而會產(chǎn)生使兩表面相吸的負壓。當兩滑動表面呈收斂鍥形時，即運動件帶著潤滑劑從大口流向小口時，膜壓分布圖b 滑動軸承軸瓦與軸以間隙配合，即可形成鍥形效應，其徑向及軸向壓力分布曲線如下：圖7 油膜周向壓力分布圖 圖

14、8 油膜軸向壓力分布圖其中：軸瓦內(nèi)徑： d=75mm 軸瓦長度： L=145mm操作步驟：開動實驗臺，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到500rpm；擰緊加載螺桿，逐次加大負載力，其數(shù)值可從數(shù)據(jù)采集箱面板上讀得（按相關參數(shù)按鍵）。按列表加載將每次加載的各傳感器壓力值描繪在坐標系中，即可得到壓力油膜分布曲線。若使用計算機分析，打開軟件相關測試界面，則按“檢測“鍵可觀察到軸瓦承載區(qū)的徑向壓力分布曲線（已自制繪制）。打印結(jié)果或手工描繪曲線。思考題：利用實測數(shù)據(jù)描繪滑動軸承壓力油膜分布曲線。并說明液體動壓承載原理。5鏈傳動實驗目的：了解鏈傳動結(jié)構及特點；觀察鏈傳動不均勻性對傳動速度的影響。（1）原理及實驗結(jié)構鏈傳動中,

15、鏈條的鏈節(jié)與鏈輪齒相嚙合，可當作將鏈條在正多邊形的鏈輪上。該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距t，邊數(shù)等于鏈輪齒Z，鏈輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，隨之轉(zhuǎn)過的鏈長為Z1，所以鏈的速度V為：V=Z1n16/（60×1000）= Z2n26/（60×1000）式中， Z1，Z2為主，從動鏈輪的齒數(shù)n1，n2為主，從動鏈輪的轉(zhuǎn)速t為鏈的節(jié)距、單位；mm而瞬時，f12=W1/W2W1，W2為主，從動鏈角速度。根據(jù)分析已知，由于鏈傳動的多邊效應，實際上鏈傳動中瞬時速度和瞬時傳動比都是變化的，而且是接每一鏈節(jié)的嚙合過程作周期性變化。鏈傳動用于綜合實驗臺的第二級傳動，通過光柵轉(zhuǎn)速傳感器可測得，從動鏈輪的瞬時轉(zhuǎn)速

16、，通過數(shù)據(jù)處理后，可在計算機測試界面內(nèi)形成事實變化曲線，我們將觀察到鏈傳動的不均勻性。（2）實驗步驟A將第二級傳動裝上鏈傳動；B將實驗臺與計算機相連；C松開所有負載，開動實驗臺；D打開計算機相關測試界面，觀察從動鏈輪的速度不均勻性E打印結(jié)果， 思考題：鏈傳動在運轉(zhuǎn)過程中，是主動鏈輪的齒數(shù)多運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，還是齒數(shù)少運轉(zhuǎn)平穩(wěn)？鏈輪鏈條節(jié)距是越大越平穩(wěn)，還是越小越平穩(wěn)，為什么？6動態(tài)螺栓連接實驗目的：了解循環(huán)應力的產(chǎn)生及特征；觀察螺栓非對稱脈動循環(huán)應力的曲線原理及結(jié)構螺栓承受軸向變載荷是螺栓聯(lián)接的重要作用之一，在受脈動循環(huán)應力作用時，螺栓受總拉力顯示變化是校核螺栓疲勞強度的重要依據(jù)。實驗臺利用凸輪驅(qū)動彈簧產(chǎn)生周期性交變力，這將反映到被測試的連接螺栓上。螺栓幾何尺寸如下：圖9 螺栓幾何尺寸圖其中：L=210mm L=104mm d1=12mm d2=6mm螺栓總拉力：Q=EA（2）實驗步驟A組成兩極傳動系統(tǒng)；B調(diào)整螺栓預緊力（200）；C將計算機與實驗臺聯(lián)接（通過串口）（150）；D開動實驗臺；E打開計算機測試界面，即可觀察到螺栓應力變化曲線，計算平均應力m 應力幅a 及循環(huán)特性系數(shù)r；F打印結(jié)果注意：受限于測試系統(tǒng)的檢測范圍，請使用者在給定的應變范圍內(nèi)實驗（250）。7系統(tǒng)速度波動實