機械設(shè)計實驗指導(dǎo)書

1、機械設(shè)計實驗指導(dǎo)書（機械設(shè)計及其自動化專業(yè)用）編寫：梁華琪班級：_學(xué)號：_姓名：_安徽建筑工業(yè)學(xué)院機電系機械實驗室20072007 年 9 9 月1 / 33目錄實驗一螺栓聯(lián)接實驗. 2實驗二帶傳動實驗. 6實驗三機械傳動性能綜合實驗. 9實驗四蝸桿傳動效率測試實驗 . 14實驗五動壓軸承實驗.18實驗六摩擦磨損試驗. 22實驗七軸系結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計實驗. 31實驗八鏈與萬向節(jié)傳動系統(tǒng)實驗. 35實驗九減速器結(jié)構(gòu)分析實驗. 372 / 33實驗一 螺栓聯(lián)接實驗實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證性 實驗要求：必開一、實驗?zāi)康默F(xiàn)代各類機械中， 廣泛應(yīng)用螺栓進(jìn)行聯(lián)接， 如何計算和測量螺栓受力情況及靜、 動態(tài)特

2、 性參數(shù)， 是工程技術(shù)人員的一個重要課題。 本實驗通過對螺栓的受力進(jìn)行測試和分析要求達(dá) 到下述目的。1、了解螺栓聯(lián)接在擰緊過程中各部分的受力情況。2、計算螺栓相對剛度，并繪制螺栓聯(lián)接的受力變形圖。3、驗證受軸向工作載荷時，預(yù)緊螺栓聯(lián)接的變形規(guī)律，及對螺栓總拉力的影響。4、通過螺栓的動載實驗，改變螺栓聯(lián)接的相對剛度，觀察螺栓動應(yīng)力幅值的變化，以 驗證提高螺栓聯(lián)接強度的各項措施。二、實驗項目LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺可進(jìn)行下列實驗項目：1、（空心）螺栓聯(lián)接靜、動態(tài)實驗。 （空心螺栓+剛性墊片+無錐塞）2、改變螺栓剛度的聯(lián)接靜、動態(tài)實驗。 （空心螺栓、實心螺栓）3、改變墊片剛度的靜、動態(tài)實驗。 （剛性

3、墊片、彈性墊片）4、改變被連接件剛度的靜、動態(tài)實驗。 （有錐塞、無錐塞）三、實驗設(shè)備及儀器該實驗需LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺一臺，CQYDJ4靜動態(tài)測量儀一臺，計算機及專 用軟件等實驗設(shè)備及儀器。1、螺栓聯(lián)接實驗臺的結(jié)構(gòu)與工作原理。如圖1所示。1）螺栓部分包括M16空心螺栓、大螺母、組合墊片和M8小螺桿組成。空心螺栓貼有 測拉力和扭矩的兩組應(yīng)變片， 分別測量螺栓在擰緊時， 所受預(yù)緊拉力和扭矩。 空心螺栓的內(nèi) 孔中裝有M8小螺桿，擰緊或松開其上的手柄桿，即可改變空心螺栓的實際受載截面積，以 達(dá)到改變聯(lián)接件剛度的目的。 組合墊片設(shè)計成剛性和彈性兩用的結(jié)構(gòu)， 用以改變被聯(lián)接件系 統(tǒng)的剛度。2）被聯(lián)接件

4、部分由上板、下板和八角環(huán)、錐塞組成，八角環(huán)上貼有一組應(yīng)變片，測量 被聯(lián)接件受力的大小， 中部有錐形孔， 插入或撥出錐塞即可改變八角環(huán)的受力， 以改變被聯(lián) 接件系統(tǒng)的剛度。3）加載部分由蝸桿、蝸輪、挺桿和彈簧組成，挺桿上貼有應(yīng)變片，用以測量所加工作 載荷的大小， 蝸桿一端與電機相聯(lián)， 另一端裝有手輪， 啟動電機或轉(zhuǎn)動手輪使挺桿上升或下 降，以達(dá)到加載、卸載（改變工作載荷）的目的。3 / 33圖1螺栓聯(lián)接實驗臺的結(jié)構(gòu)1、電動機 2、蝸桿 3、凸輪4、蝸輪 5、下板6、扭力插座7、錐塞8、拉力插座9、彈簧10、空心螺桿11、千分表 12、螺母 13、組合墊片（一面剛性一面彈性）14、八角環(huán)壓力插座1

5、5、八角環(huán) 16、挺桿壓力插座17、M8 螺桿 18、挺桿 19、手輪 20 上板4）主要技術(shù)參數(shù)1、螺栓材料為40Cr、彈性模量E=206000 N/mm2，螺栓桿外直徑D仁16mm，螺栓桿 內(nèi)直徑D2=8mm，變形計算長度L=160mm。2、八角環(huán)材料為40Cr,彈性模量E=206000 N/mm2。L=105mm。3、挺桿材料為40Cr、彈性模量E=206000 N/mm2，挺桿直徑D=14mm，變形計算長度L=88mm。2、LSD-A型靜動態(tài)測量儀的工作原理及各測點應(yīng)變片的組橋方式。實驗臺各被測件的應(yīng)變量用CQYDJ-4型靜動態(tài)測量儀測量，通過標(biāo)定或計算即可換4 / 33算出各部分的大

6、小。該儀器的工作原理方框圖請參看CQYDJ-4型靜動態(tài)測量儀使用說明5 / 33書。CQYDJ-4型靜動態(tài)測量儀是利用金屬材料的特性，將非電量的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的測量儀，應(yīng)變測量的轉(zhuǎn)換元件一一應(yīng)變片是用極細(xì)的金屬電阻絲繞成或用金屬箔片印刷腐蝕而成，用粘劑將應(yīng)變片牢固的貼在被測物件上，當(dāng)被測件受到外力作用長度發(fā)生變化時，粘貼在被測件上的應(yīng)變片也相應(yīng)變化，應(yīng)變片的電阻值也隨著發(fā)生了AR的變化，這樣就把機械量轉(zhuǎn)換成電量（電阻值）的變化。用靈敏的電阻測量儀一一電橋，測出電阻值的變化 朋/R,就可換算出相應(yīng)的應(yīng)變&，并可直接在測量儀的液晶128X64點陣的大顯示屏讀出應(yīng)變值。通過A/D板該儀器

7、可向計算機發(fā)送被測點應(yīng)變值，供計算機處理。LZS螺栓聯(lián)接綜合實驗臺各測點均采用箔式電阻應(yīng)變片，其阻值為120Q,靈敏系數(shù)k=2.20，各測點均為兩片應(yīng)變片，按半橋測量要求粘貼組成如圖2所示半橋電路（即測量橋的兩橋臂），圖中A、B、C三點分別應(yīng)為連接線中的三色細(xì)導(dǎo)線，其黃色線（即B點）為兩應(yīng)變片之公共點。3、計算機專用多媒體軟件及其他配套器具1） 需要計算機的配置為帶RS232口主板；2）實驗臺專用多媒體軟件，該軟件可進(jìn)行螺栓靜態(tài)聯(lián)接實驗和動態(tài)聯(lián)接實驗的數(shù)據(jù)結(jié) 果處理、整理，并打印出所需的實測曲線和理論曲線圖，待實驗結(jié)束后進(jìn)行分析。3）專用扭力扳手0-200Nm把，量程為0-1mm的千分表兩個。

8、四、實驗方法及步驟以出廠設(shè)定（實驗臺八角環(huán)上未裝兩錐塞，松開 空心螺栓上的M8小螺桿手柄，組合墊片換成剛性 的。）的空心螺栓聯(lián)接靜動態(tài)實驗為例說明實驗方法和 步驟（一）螺栓聯(lián)接靜態(tài)實驗方法與步驟1）用靜動態(tài)測量儀配套的4根信號數(shù)據(jù)線的插頭 端將實驗臺各測點插座連接好，各測點的布置為：電機側(cè)八 角環(huán)的上方為螺栓拉力，下方為螺栓扭力。手輪側(cè)八角環(huán)的上方為八角環(huán)壓力，下方為挺桿壓力。然后再將數(shù)據(jù)線分別接于測量儀背面CH1、CH2、CH3、CH4各通道的A、B、C接線端子上。用配套的串口線接測量儀背面的9芯RS232插座，另一頭連接計算機上的RS232串口。2）打開測量儀電源開關(guān)，啟動計算機，進(jìn)入軟件

9、封面，單擊“靜態(tài)螺栓實驗”，進(jìn)入靜態(tài)螺栓實驗主界面。單擊“串口測試”菜單，用以檢查通訊是否正常，通訊正常方可進(jìn) 行以下實驗步驟。3） 進(jìn)入靜態(tài)螺栓主界面， 單擊“實驗項目選擇” 菜單，選“空心螺桿”項，（默認(rèn)值）。4）轉(zhuǎn)動實驗臺手輪，挺桿下降，使彈簧下座接觸下板面，卸掉彈簧施加給空心螺栓的外部 I 內(nèi)部圖2半橋電路6 / 33軸向載荷。將用以測量被聯(lián)接件與聯(lián)接件（螺栓）變形量的兩塊千分表，分別安裝在表架 上，使表的測桿觸頭分別與上板面和螺栓頂端面少許（0.5mm）接觸。5）手?jǐn)Q大螺母至恰好與墊片接觸。螺栓不應(yīng)有松動的感覺，分別將兩千分表調(diào)零。 單擊“校零”鍵，軟件對上一步驟采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清零處

10、理。用扭力矩扳手預(yù)緊被試螺栓，當(dāng)扳手力矩為3040Nm時，取下扳手，完成螺栓預(yù)緊。6）將千分表測量的螺栓拉變形值和八角環(huán)壓變形值輸入到相應(yīng)的“千分表值輸入”框 中。a）單擊“預(yù)緊”鍵進(jìn)行螺栓預(yù)緊后，預(yù)緊工況的數(shù)據(jù)采集和處理。同時生成預(yù)緊時的 理論曲線。b）如果預(yù)緊正確，單擊標(biāo)定鍵進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，此時標(biāo)定系數(shù)被自動修正。c）用手將實驗臺上手輪逆時鐘（面對手輪）旋轉(zhuǎn)，使挺桿上升至一定高度（w15mm）,壓縮彈簧對空心螺栓軸向加載，力的大小可通過上升高度控制，塞入015mm的測量棒確定，然后將千分表測到的變形值再次輸入到相應(yīng)的“千分表值輸入”框中。d）單擊“加載”鍵進(jìn)行軸向加載工況的數(shù)據(jù)采集和處理，同

11、時生成理論曲線與實際測 量的曲線圖。e）如果加載正確，單擊標(biāo)定鍵進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，此時標(biāo)定系數(shù)被自動修正。f）單擊實驗報告鍵，生成實驗報告。（二）螺栓聯(lián)接動態(tài)實驗1） 螺栓聯(lián)接的靜態(tài)實驗結(jié)束返回封面，單擊“動態(tài)螺栓”進(jìn)入動態(tài)螺栓實驗界面。2） 重復(fù)靜態(tài)實驗方法與步驟中的1-12步。你已經(jīng)做了靜態(tài)實驗，則此處不必重做。3） 取下實驗臺右側(cè)手輪，開啟實驗臺電動機開關(guān)，單擊“動態(tài)”鍵，使電動機運轉(zhuǎn)。進(jìn)行動態(tài)工況的采集和處理。同時生成理論曲線與實際測量的曲線圖。4） 單擊實驗報告鍵，生成實驗報告。5） 完成上述操作后，動態(tài)螺栓聯(lián)接實驗結(jié)束。五、注意事項1、 電機的接線必須正確，電機的旋轉(zhuǎn)方向為逆時鐘（面向

12、手輪正面）；2、 進(jìn)行動態(tài)實驗，開啟電機電源開關(guān)時必須注意把手輪卸下來，避免電機轉(zhuǎn)動時發(fā)生 安全事故，并可減少實驗臺振動和噪聲。六、實驗報告1、數(shù)據(jù)記錄（自擬）2、 螺栓聯(lián)接靜、動特性應(yīng)力分布曲線圖（力與變形曲線）3、 結(jié)果分析。實驗二帶傳動實驗實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證性7 / 33實驗要求：必開一、實驗臺目的：1、掌握測定皮帶傳動滑差率和效率及繪制實測曲線。2、學(xué)生可利用計算機在軟件界面說明文件的指導(dǎo)下，獨立自主地進(jìn)行實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。二、實驗內(nèi)容：1、皮帶傳動滑動曲線和效率曲線的測量繪制：該實驗裝置采用壓力傳感器和A/D卡采集主動帶輪和從動帶輪的驅(qū)動力矩力和阻力矩力，采用光電

13、傳感器和A/D板采集主、從動帶輪的轉(zhuǎn)速。最后輸入計算機進(jìn)行處理分析， 作出實測滑動曲線和效率曲線。使學(xué)生了解帶傳動的彈性滑動和打滑對傳動效率的影響。2、皮帶傳動運動彈性滑動和打滑現(xiàn)象動畫模擬：該實驗裝置配置的計算機多媒體軟件，在輸入實測主、從動帶輪的轉(zhuǎn)速后， 通過數(shù)模計算作出帶傳動運動模擬，可清楚觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象動畫圖象。三、實驗設(shè)備1、實驗臺簡介：45678911圖1皮帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)圖1、電機移動底板2、砝碼和砝碼架3、力傳感器4、轉(zhuǎn)矩力測桿5、主動電動機6、平皮帶7、光電測速裝置8 發(fā)電機 9、燈泡組10、機座機殼11、操縱面板（1）主要結(jié)構(gòu)及工作原理該實驗傳動系統(tǒng)，

14、由皮帶6和一個裝有主動帶輪的直流伺服電動機組件， 另一個裝有從 動帶輪的直流伺服發(fā)電機組件構(gòu)成。8 / 33（2）、主動輪電機5為特制兩端帶滾動軸承座的直流伺服電機， 滾動軸承座固定在一個 滑動的底板1上，電機外殼（定子）未固定可相對其兩端滾動軸承座轉(zhuǎn)動。滑動的底板能相 對機座10在水平方向滑動。（3）、砝碼架和砝碼2與滑動底板通過繩和滑輪相連， 用于張緊皮帶； 加上或減少法碼， 即可增加或減少皮帶初拉力。從動輪電機8也為特制兩端帶滾動軸承座的直流伺服發(fā)電機， 電機外殼（定子）未固定可相對其兩端滾動軸承座轉(zhuǎn)動，軸承座固定在機座機殼上。（4）、發(fā)電機和燈泡9，以及實驗臺內(nèi)的電子加載電路組成實驗臺

15、加載系統(tǒng)，該加載系 統(tǒng)可通過計算機軟件主界面的加載按鈕控制， 也可用面板上觸摸按鈕 （加載按鈕和卸載按鈕） 進(jìn)行手動控制和顯示。（5）、可轉(zhuǎn)動兩電機的外殼上裝有測力桿4，把電機外殼轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力傳遞給傳感器。 主、從動皮帶輪扭矩力可直接在面板各自的數(shù)碼管上讀取， 并傳到計算機中進(jìn)行處理 分析。（6）、兩電機后端裝有光電測速裝置和測速轉(zhuǎn)盤7，測速方式為紅外線光電測速；主、從動皮帶輪轉(zhuǎn)速可直接在面板各自的數(shù)碼管上讀取，并傳到計算機中進(jìn)行處理分析。（7）、直流電動機的調(diào)速電源，采用先進(jìn)的脈沖寬度調(diào)制的調(diào)速電源；2、主要技術(shù)參數(shù) 直流電機功率為355W主電機調(diào)速范圍501500rpm皮帶初拉力值為

16、23.5kg.f杠桿測力臂長度Li_L2_120mm（L1L2電動機、發(fā)電機中心至傳感器中心的距離）皮帶輪直徑D1=D2=120mm壓力傳感器精度為1%測量范圍為050N測速范圍：50轉(zhuǎn)/分1500轉(zhuǎn)/分燈泡額定功率：共320W（8個40W）3、電氣裝置工作原理該儀器電氣測量控制由三個部分組成：（1）、電機調(diào)速部分：該部分采用專用的由脈寬調(diào)制（PWM）原理設(shè)計的直流電機調(diào)速電源，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)速旋鈕對電動機進(jìn)行調(diào)速。（2）、儀器控制直流電源及傳感器放大電路部分：該電路板由直流電源及傳感器放大電路組成，直流電源主要向顯示控制板和4組傳感器放大電路供電,和將4個傳感器的測量信 號放大到規(guī)定幅度供顯

17、示控制板采樣測量。（3）、顯示測量控制部分：該部分由單片機、A/D轉(zhuǎn)換、加載控制電路和RS-232接口 組成。A/D轉(zhuǎn)換控制電路負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速測量和4路傳感器信號采樣， 采集的各參數(shù)除送面板進(jìn)行 顯示外。經(jīng)由RS-232接口送上位機（電腦）進(jìn)行數(shù)據(jù)分柝處理。加載控制電路主要用于計算機對負(fù)荷燈泡組加載， 也可通過面板上的觸摸按鈕對燈泡組 進(jìn)行手工加載和卸載。實驗臺可脫機（電腦），用手工對各采集的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄處理。9 / 33四、實驗步驟：1、打開計算機，單擊“皮帶傳動”圖標(biāo)，進(jìn)入皮帶傳動的封面。單擊左鍵，進(jìn)入皮帶 傳動實驗說明界面。2、 皮帶傳動實驗說明界面下方單擊“實驗”鍵，進(jìn)入皮帶傳動實驗分析

18、界面。3、啟動實驗臺的電動機，待皮帶傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，可進(jìn)行皮帶傳動實驗。在實驗臺的 操作面板上開動總電源，均勻按動調(diào)速按鈕，同時按動加載按鈕置零，待皮帶轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后， 在皮帶傳動實驗界面上單擊 “穩(wěn)定測試 ”，對帶傳動的主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速，以及主動輪、 從動輪的轉(zhuǎn)矩， 進(jìn)行第一個工況的數(shù)據(jù)采集和處理，并在皮帶傳動實驗界面的虛擬儀表上顯 示。4、在實驗臺的操作面板上按動加載按鈕12次，待皮帶轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，在皮帶傳動實驗界面上再次單擊 “穩(wěn)定測試 ”，進(jìn)行第二個工況的數(shù)據(jù)采集和處理。 如此類推， 直至皮帶打滑， 結(jié)束測試。5、在皮帶傳動實驗界面上單擊 “實測曲線 ”，在皮帶傳動實驗界面上作出帶傳動的

19、實測 滑差 效率曲線圖。6、若實驗結(jié)果不夠理想，在皮帶傳動實實驗界面上單擊“重做實驗 ”，即可從第3步開始重做一次實驗。7、在皮帶傳動實驗分析界面下方單擊“運動模擬”鍵，觀察皮帶傳動的運動和彈性滑 動及打滑現(xiàn)象。8、如果要打印皮帶傳動滑動曲線和效率曲線。在該界面下方單擊“打印”鍵，打印機 自動打印出皮帶傳動滑動曲線和效率曲線。9、如果實驗結(jié)束，單擊“退出” ，返回Windows界面。五、實驗操作注意事項：1、啟動電源開關(guān)前，需將面板上的調(diào)速旋鈕逆時針旋到底（轉(zhuǎn)速最低位置）。以避免電機高速運動帶來的沖擊損壞傳感器。 在法碼架上加上一定的法碼使皮帶張緊， 以確保實驗安 全。2、實驗臺的R232連接

20、線與計算機接口，不允許帶電插拔。以免損壞電電腦。3、做實驗測試前，先開機將皮帶轉(zhuǎn)速調(diào)至1000轉(zhuǎn)/分以上，運轉(zhuǎn)10分鐘以上。使實驗臺皮帶預(yù)熱性能穩(wěn)定。4、在實驗中采集數(shù)據(jù)時，一定要等數(shù)據(jù)采集窗口的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進(jìn)行采集 ，每采集一 次，時間間隔5-10秒鐘。5、 當(dāng)皮帶加載至打滑時，運轉(zhuǎn)時間不能過長，防止損壞皮帶。6、 在皮帶萬一飛出的情況下，一般可將皮帶調(diào)頭，再裝上進(jìn)行實驗。在皮帶調(diào)頭，實 驗仍不能進(jìn)行的情況下，則需將電機支座固定螺釘松動，適當(dāng)調(diào)整兩個帶輪的軸線的平行后, 再擰緊螺釘。再做實驗。六、實驗報告1數(shù)據(jù)記錄功率(N)滑差率()10 / 33效率(n)2、 作出N-、N-n曲線圖。3、

21、 結(jié)果分析。實驗四蝸桿傳動效率測試實驗實驗學(xué)時：2實驗類型：驗證性 實驗要求：必開一、實驗?zāi)康?、了解蝸桿傳動實驗臺結(jié)構(gòu)及其工作原理；2、通過本實驗加深理解蝸桿傳動效率與轉(zhuǎn)速和載荷的關(guān)系；3、通過對不同頭數(shù)蝸桿傳動裝置的實驗，進(jìn)一步了解蝸桿頭數(shù)對傳動性能的影響;4、掌握轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、效率的測量方法。、實驗臺結(jié)構(gòu)及其工作原理11 / 33蝸桿傳動效率測試實驗臺結(jié)構(gòu)如圖1所示:圖1蝸桿傳動效率測試實驗臺結(jié)構(gòu)簡圖1、底座 2 、傳感器 3、電機 4、軸承支架5、聯(lián)軸器 6、磁粉制動器 7、蝸桿傳動減速器實驗臺的動力自一臺直流調(diào)速電機3,電機的轉(zhuǎn)軸由一對固定在底座1上的軸承支架4托起，因而電機的定

22、子連同外殼可以繞轉(zhuǎn)軸擺動。轉(zhuǎn)子的軸頭通過聯(lián)軸器5與蝸桿減速器7的蝸桿軸相連，直接驅(qū)動蝸桿軸轉(zhuǎn)動。電機機殼上裝有測矩杠桿，通過輸入測矩傳感器2，可測出電機工作時的輸出轉(zhuǎn)矩（即蝸桿減速器的輸入轉(zhuǎn)矩）。被測減速器7為一級蝸桿減速器，其箱體固定在實驗臺底座上，蝸桿減速器為蝸桿下置式，傳動比i=15（或i=30），其動力輸出軸（蝸輪軸）上裝有磁粉制動器6，改變制動器輸入電流的大小即改變負(fù)載制動力矩的大小。實驗臺面板上布置或裝有電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕和加載按鈕，以及轉(zhuǎn)速和加載顯示器件等，電機轉(zhuǎn)速、輸入及輸出力矩等信號通過單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入上位機數(shù)據(jù)處理后即可顯示并打印出實驗結(jié)果和曲線。實驗臺原理框圖如圖2所示：圖2蝸桿傳動效率測試實驗臺原理框圖實驗測試的內(nèi)容與方法：1、當(dāng)蝸桿傳動系統(tǒng)工作在一定轉(zhuǎn)速時，改變輸出負(fù)載的大小，測定蝸桿傳動系統(tǒng)輸入12 / 33功率卩1和相應(yīng)的輸出功率P2,從而得出其傳動效率理。功率是通過測定其轉(zhuǎn)矩獲得的。P1v)13 / 332、當(dāng)蝸桿傳動系統(tǒng)工作在一定負(fù)載時，改變輸出的轉(zhuǎn)速大