機械原理與設計實驗

實驗一

常用機構認識、分析與測繪一、實驗目的1．了解各種常用機構的組成及運動情況；2．了解各種常用機構的實際應用；3．了解本課程所要學習的內容；4．機構運動簡圖的測繪方法；5．常用運動副及常用機構運動簡圖的代表符號和構件的表示方法；6．機構自由度的計算方法及其在實際中的應用。二、實驗儀器及工具各類常用機構模型，常用機構展示柜、直尺、三角板、鉛筆、橡皮及草稿紙。三、實驗原理1．應用符號由于機構的運動僅僅與機構中的構件數(shù)目和構件組成運動副的數(shù)目、種類、相對位置及原動件有關，因此，在機構運動簡圖中可以撇開構件的復雜外形和運動副的具體構造，而用簡單的線條表示構件，用規(guī)定的符號表示運動副，并按一定的比例尺表示運動副的相對位置，以此與實際機構的具有完全相同的運動特征，機構中各構件及運動副均有規(guī)定符號表示。2．幾種簡圖表示方法：（1）具有兩個轉動副的構件：用一條直線聯(lián)接兩個運動副元素，表示轉動副的小圓，其圓心必須與相對回轉中心重合。（2）具有多個轉動副的構件，用直線將相鄰轉動副元素的幾何中心連接成多邊形，并在相鄰兩直線相交部位涂以焊接記號，或畫上陰影線，如三個轉動副元素位于一直線上，可用跨越半圓符號表示。（3）具有兩個移動副的構件，導路必須與相對移動方向一致。（4）具有一個轉動副和移動副的構件；

（5）具有一個轉動副和一個高副的構件，高副元素與實際輪廓相符。四、實驗內容及步驟

觀看各類常用機構模型和陳列柜演示。輕輕地、慢慢地轉動手柄，從原動件開始仔細觀察其依次傳動的過程，找出哪些是固定件，哪些是活動件，確定出活動構件的數(shù)目，分析各構件相對運動性質，確定運動副的類型和數(shù)目。為了能更清楚地表示其相對運動，需要選擇各構件的運動平面為投影面。判斷各構件之間的運動副性質（即高副、低副）。為了使構件之間的關系易于表達，應將原動件置于一個恰當?shù)奈恢谩Ｖ辽偈鞘垢鞣N構件及運動副相互不遮擋、不重合。采用徒手目測的方法，畫出機構示意圖。各構件和運動副面的相對位置要大致成比例。各構件和運動副的畫法要符合規(guī)定，并分別以1、2、3、┅┅和A、B、C、┅┅標記。由原動件開始依次測量出各運動副的相對位置，以毫米（mm）為單位，并逐一標注在機構示意圖上。角度問題可以轉化為長度問題來測量，測量應精確，可取多次測量的平均值。選擇適當?shù)谋壤撸筛鶕?jù)實際尺寸和圖紙的大小適當選?。瑢C構示意圖轉化為正規(guī)的機構運動簡圖。為了便于對機構進行分析，在機構運動簡圖上還可以標出與運動有關的尺寸，例如：轉動副之間的中心距，移動副導路之間的距離等。五、實驗報告1.按要求繪制3種機構模型的機構運動簡圖；2.計算所繪機構的自由度，并據(jù)此分析機構具有確定運動的條件。六、思考題1.機構運動簡圖有何用處？它能表示出原機構哪些方面的特征？2．繪制機構運動簡圖時，原動件的起始位置會不會影響機構運動簡圖的正確性？3．計算機構的自由度對測繪機構運動簡圖有何幫助？實驗二

機組運轉及飛輪調節(jié)實驗一、實驗目的

熟悉機組運轉的工作阻力的測試方法；理解機組穩(wěn)定運轉時速度出現(xiàn)周期性波動的原因；掌握機器周期性速度波動的調節(jié)方法和設計指標；掌握飛輪設計方法；能夠熟練利用實驗數(shù)據(jù)計算飛輪的等效慣量。二、實驗系統(tǒng)1．實驗系統(tǒng)框圖如圖1所示，本實驗系統(tǒng)由以下部分組成：1）0-0.7Mpa小型空氣壓縮機組（DS-II型飛輪實驗臺）；2）主軸同步脈沖信號傳感器（已安裝在DS-II型飛輪實驗臺中）；3）半導體壓力傳感器（已安裝在DS-II型飛輪實驗臺中）；4）實驗數(shù)據(jù)采集控制器（DS-II動力學實驗儀）；5）計算機及相關實驗軟件。

2．DS-II型動力學實驗臺如圖1所示，DS-II型動力學實驗臺由空壓機組、飛輪、傳動軸、機座、壓力傳感器、主軸同步脈沖信號傳感器等組成。壓力傳感器已經(jīng)安裝在空壓機的壓縮腔內，9為其輸出接口。同步脈沖發(fā)生器的分度盤7（光柵盤）固裝在空壓機的主軸上，與主軸曲柄位置保持一個固定的同步關系，同步脈沖傳感器的輸出口為8。開機時，改變儲氣罐壓縮空氣出口閥門3的大小，就可以改變儲氣罐2中的空氣壓強，因而也就改變了機組的負載，壓強值可以從儲氣罐上的壓力表11上直接讀出。根據(jù)實驗要求，飛輪4可以隨時從傳動軸上拆下或裝上，拆下時注意包管好軸上的平鍵5，在安裝飛輪時應注意放入平鍵，并且將軸端面固定螺母6擰緊。3．DS-II型動力學實驗儀

DS-II動力學實驗儀內部由單片機控制，它完成汽缸壓強和同步數(shù)據(jù)的采集和處理，同時將采集的數(shù)據(jù)傳送到計算機進行處理。它的面板如圖3所示。4．實驗臺主要技術參數(shù)空壓機氣壓范圍：p=0～0.7MPa電機額定功率：P=550W電機轉速：1400r/m電源：220V交流/50HZ實驗臺尺寸：長×寬×高＝600×300×330（mm）三、實驗原理

飛輪設計的基本問題是根據(jù)機器實際所需的平均速度ωm和許可的不均勻系數(shù)δ來確定飛輪的轉動慣量J。當設計飛輪時，因為研究的范圍是在穩(wěn)定運動時期的任一個運動循環(huán)內，我們假定在循環(huán)開始和循環(huán)結束時系統(tǒng)的狀態(tài)是一樣的，對回轉機械來說，也就是在循環(huán)開始和結束時它們的速度是一樣的，這時驅動力提供的能量全部用來克服工作阻力（不計摩擦等阻力）所做的功，在這樣的前提下，我們就可以用盈虧功的方法來計算機械系統(tǒng)所需要的飛輪慣量。具體地來說，計算一個運動周期中驅動力矩所做的盈功和阻力矩所做的虧功，最大盈功和最小虧功的差就是系統(tǒng)的最大能量變化，用這個能量變化就可以計算機械系統(tǒng)所需要的飛輪慣量。四、操作步驟

1．連接RS232通訊線本實驗必須通過計算機來完成。將計算機RS232串行口，通過標準的通訊線，連接到DS-II動力學實驗儀背面的RS232接口，如果采用多機通訊轉換器，則需要首先將多機通訊轉換器通過RS232通訊線連接到計算機，然后用雙端電話線插頭，將DS-II動力學實驗儀連接到多機通訊轉換器的任一個輸入口。2．啟動機械教學綜合實驗系統(tǒng)圖6圖73．拆卸飛輪，對實驗系統(tǒng)標定圖10圖9圖8將飛輪從空壓機組上拆卸下來，并主要保存聯(lián)接平鍵。點擊圖6進入“飛輪機構實驗臺主窗體”，如圖8所示。在該窗體中，點擊串口選擇菜單，根據(jù)接口實際聯(lián)接情況，選中COM1或COM2。在實驗系統(tǒng)第一次應用之前，或者必要時，應該對系統(tǒng)進行標定。點擊應用程序界面上的標定菜單，首先進行大氣壓強的標定。根據(jù)提示，關閉飛輪機組，打開儲氣罐閥門，并點擊確定如圖9所示。大氣壓強標定以后，將出現(xiàn)第二個界面，提示對汽缸壓強進行標定，如圖10所示。啟動空壓機組，關閉閥門，讓儲氣罐壓力達到0.3MPa左右，在方框內輸入此壓力值，點擊確定即可完成標定。4．數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)標定以后，就可以用數(shù)據(jù)采集按鈕對實驗數(shù)據(jù)進行采集了。數(shù)據(jù)采集的結果將分別顯示在程序界面上，如圖11所示。界面左邊顯示的汽缸壓強值和主軸回轉速度值，本實驗數(shù)據(jù)是以主軸（曲柄）的轉角為同步信號采集，每一點的采集間隔為曲柄轉動6度。右邊用圖表曲線顯示汽缸壓強和主軸轉速。界面下方的文字框中將顯示主軸最大、最小、平均轉速和回轉不勻率，汽缸壓強的最大、最小值和平均壓強。圖115．分析計算

數(shù)據(jù)采集完成以后，就可以對空壓機組進行分析，點擊計算按鈕，系統(tǒng)將出現(xiàn)第二個界面如圖12所示。在這個界面中，將顯示空壓機組曲柄的主動力矩（假設為常數(shù)）、空壓機阻力距曲線和系統(tǒng)的盈虧功曲線。下方的文字框中將顯示最大阻力距、平均驅動力矩、最大機械能、最小機械能、最大剩余功等數(shù)據(jù)，以及根據(jù)用戶輸入的許可不均勻系數(shù)計算得到的系統(tǒng)所需的飛輪慣量。圖126．關閉飛輪機組，

安裝飛輪，重新啟動飛輪機組

得到以上數(shù)據(jù)以后，用戶可以關閉飛輪機組，將卸下的飛輪安裝到機組上，重新啟動空壓機組，點擊數(shù)據(jù)采集按鈕，查看主軸的速度曲線，就會發(fā)現(xiàn)由于飛輪的調節(jié)作用，主軸的運轉不均勻系數(shù)已經(jīng)有明顯下降，主軸運轉穩(wěn)定。五、實驗報告

（1）打印所采集的相關曲線，并粘在實驗報告上。（2）分析調速的目的與原理。六、實驗思考題

1）空壓機在穩(wěn)定運轉時，為什么有周期性速度波動？

2）隨著工作載荷的不斷增加，速度波動出現(xiàn)什么變化，為什么？

3）加飛輪與不加飛輪相比，速度波動有什么變化，為什么？汽缸壓強又有什么變化，為什么？

4）取空壓機主軸（曲柄）作為等效構件，作用于活塞上的工作阻力F的等效阻力矩Mp如何計算？

5）分析機組在各種狀態(tài)（如加飛輪、不加飛輪、加負載、不加負載）的運動規(guī)律。上述狀態(tài)實際上與各種機械均有相似之處，如柴油機、沖床、起重機、軋鋼機、甚至自動武器等，因此上述分析方法也可供研究其他設備之用。實驗三

曲柄滑塊、導桿、凸輪實驗一、實驗目的1）通過實驗、了解位移、速度、加速度的測定方法；轉速及回轉不勻率的測定方法；2）通過實驗，初步了解“QTD-Ⅲ型組合機構實驗臺”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發(fā)生器（或稱角度傳感器）的基本原理，并掌握它們的使用方法；3）通過比較理論運動線圖與實測運動線圖的差異，并分析其原因，增加運動速度特別是加速度的感性認識；4）比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿機構的性能差別；5）檢測凸輪直動從動桿的運動規(guī)律；6）比較不同凸輪廓線或接觸副，對凸輪直動從動桿運動規(guī)律的影響。二、實驗系統(tǒng)

1．實驗系統(tǒng)組成實驗系統(tǒng)框圖如圖1所示，它由一下設備組成：（1）實驗機構----曲柄滑塊、導桿、凸輪組合機構；（2）QTD-Ⅲ型組合機構實驗儀（單片機控制系統(tǒng)）；（3）打印機；（4）個人電腦一臺；（5）光電脈沖編碼器；（6）同步脈沖發(fā)生器（或稱角度傳感器）。圖12．實驗機構主要技術參數(shù)

直流電機額定功率100W電機調速范圍0-2000r/min蝸輪減速箱速比1/20實驗臺尺寸長×寬×高＝500×380×230電源220V/50Hz3．實驗機構結構特點

該組合實驗裝置，只需拆裝少量零部件，即可分別構成四種典型的傳動系統(tǒng)，分別是曲柄滑塊機構、曲柄導桿滑塊機構、；平底直動從動桿凸輪機構和滾子直動從動桿凸輪機構。而每一種機構的某一些參數(shù)，如曲柄長度、連桿長度、滾子偏心等都可在一定范圍內作一些調整，通過拆裝及調整可加深實驗者對機械結構本身特點的了解，對某些參數(shù)改動對整個運動狀態(tài)的影響也會有更好的認識。4．組合機構實驗儀（1）實驗儀外形布置此實驗儀的外形結構如圖2所示，圖2（a）為正面結構，圖2（b）為背面結構。圖2（a）圖2（b）（2）實驗儀系統(tǒng)原理以QTD-III型組合機構實驗儀為主體的整個控制系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示。圖3圖4為實驗系統(tǒng)外觀圖4三、實驗操作步驟

1．系統(tǒng)聯(lián)接及啟動（1）連接RS232通訊線本實驗必須通過計算機來完成。將計算機RS232串口，通過標準的通訊線，連接到QTD-III型組合機構實驗儀背面的RS232接口，如果采用多機通訊轉換器，則需要首先將多機通訊轉換器通過RS232通訊線連接到計算機，然后用雙端插頭電話線，將QTD-III型組合機構實驗儀連接到多機通訊轉換器的任一個輸入口。（2）啟動機械教學組合實驗系統(tǒng)圖5圖6圖72．組合機構實驗操作

<1>曲柄滑塊運動機構實驗將曲柄滑塊機構組裝好。a、滑塊位移、速度、加速度測量（1）將光電脈沖編碼器輸出的5芯插頭及同步脈沖發(fā)生器輸出的5芯插頭分別插入測試儀上相對應接口上。把串行傳輸線一頭插在計算機任一串口上，另一頭插在實驗儀的串口上。（2）打開QTD-Ⅲ組合機構實驗儀上的電源，此時帶有LED數(shù)碼管顯示的面板上將顯示"0"。（3）打開個人計算機。（4）起動機構，在機構電源接通前應將電機調速電位器逆時針旋轉至最低速位置，然后接通電源，并順時轉動調速電位器，使轉速逐漸加至所需的值（否則易燒斷保險絲，甚至損壞調速器），顯示面板上實時顯示曲柄軸的轉速。（5）機構運轉正常后，就可在計算機上進行操作了。請啟動系統(tǒng)軟件。（6）選擇好串口，并在彈出的采樣參數(shù)設置區(qū)內選擇相應該的采樣方式和采樣常數(shù)。你可以選擇是定時采樣方式，采樣的時間常數(shù)有10個選擇檔（分別是：2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms），比如選25ms；你也可以選擇定角采樣方式，采樣的角度常數(shù)有5個選擇檔（分別是：2度、4度、6度、8度、10度），比如選擇4度。（7）在“標定值輸入框”中輸入標定值0.05。標定值是指光電脈沖編碼器每輸出一個脈沖所對應滑塊的位移量（mm），也稱作光電編碼器的脈沖當量。它是按以下公式計算出來的：脈沖當量計算式：脈沖（取為0.05）式中：—脈沖當量；

—齒輪分度圓直徑（現(xiàn)配齒輪）；

—光電脈沖編碼器每轉脈沖數(shù)（現(xiàn)配編碼器）。（8）按下“采樣”按鍵，開始采樣。（請等若干時間，此時測試儀就在接收到PC機的指令進行對機構運動的采樣，并回送采集的數(shù)據(jù)給PC機，PC機對收到的數(shù)據(jù)進行一定的處理，得到運動的位移值）（9）當采樣完成，在界面將出現(xiàn)“運動曲線繪制區(qū)”，繪制當前的位移曲線，且在左邊的“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”內顯示采樣的數(shù)據(jù)。（10）按下“數(shù)據(jù)分析”鍵。則“運動曲線繪制區(qū)”將在位移曲線上再逐漸繪出相應的速度和加速度曲線。同時在左邊的“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”內也將增加各采樣點的速度和加速度值。b、轉速及回轉不勻率的測試

（1）同“滑塊位移、速度、加速度測量”的(1)至(7)步。（2）選擇好串口，在彈出的采樣參數(shù)設計區(qū)內，你應該選擇最右邊的一欄，角度常數(shù)選擇有5檔（2度、4度、6度、8度、10度），選擇一個你想要的一檔，比如選擇6度。（3）同“滑塊位移、速度、加速度測量”的(9)、(10)、(11)步，不同的是“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”不顯示相應的數(shù)據(jù)。<2>曲柄導桿滑塊運動機構實驗將曲柄導桿滑塊機構組裝好。按上述<1>a、<1>b步驟操作，比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿滑塊機構運動參數(shù)的差異。<3>平底直動從動件凸輪機構實驗將平底直動從動件凸輪機構組裝好，檢測其從動桿的運動規(guī)律。<4>滾子直動從動件凸輪機構實驗將滾子直動從動件凸輪機構組裝好，檢測其從動桿的運動規(guī)律比較平底接觸與滾子接觸運動特性的差異。四、注意事項（1）在未確定拼裝機構能正常運行前，一定不能開機。（2）若機構在運行時出現(xiàn)松動、卡死等現(xiàn)象，請及時關閉電源，對機構進行調整。五、實驗報告（1）打印實驗結果，并將其貼在實驗報告上；（2）比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿機構的性能差別？（3）采用不同的凸輪廓線或接觸副，對直動從動件運動規(guī)律有哪些影響？（4）理論運動線圖與實測運動線圖有哪些差異，分析其產(chǎn)生原因？實驗四

帶傳動實驗一、實驗目的1.了解帶傳動的基本原理，并觀察、分析有關帶的彈性滑動和打滑等重要物理現(xiàn)象；2.分析并驗證預緊力對帶的工作能力的影響；3.了解轉速、轉差速以及扭矩的測量原理與方法；4.繪制帶的滑動曲線及傳動效率曲線。二、實驗系統(tǒng)

帶傳動是廣泛應用的一種傳動，其性能實驗為機械設計教學大綱規(guī)定的必做實驗之一，也是產(chǎn)品開發(fā)中的一項重要鑒別手段。本實驗臺的完善設計保證操作者用簡單的操作，同時又概念形象地獲得傳動的效率曲線及滑動曲線。采用直流電動機為原動機及負載，具有無級調速功能。本實驗臺設計了專門的帶傳動預張力形成機構，預張力可預先準確設定，在實驗過程中，預張力穩(wěn)定不變。在實驗臺的電測箱中配置了單片機，設計了專用的軟件，使本實驗臺具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、保持、記憶等多種人工智能。也可與PC機對接（實驗臺備有接口），這時可自動顯示并打印輸出實驗數(shù)據(jù)及實驗曲線。使用本實驗臺，可以方便的完成以下實驗：

1、利用實驗裝置的四路數(shù)字顯示信息，在不同負載的情況下，手工抄錄主動輪轉速、主動輪轉矩、被動輪轉速、被動輪轉矩，然后根據(jù)此數(shù)據(jù)計算并繪出彈性滑動曲線和傳動效率。

2、利用RS232串行線，將實驗裝置與PC機直接連通。隨帶傳動負載逐級增加，計算機能根據(jù)專用軟件自動進行數(shù)據(jù)處理與分析，并輸出滑動曲線、效率曲線和所有實驗數(shù)據(jù)。1、皮帶傳動原理

1.1帶傳動的分析預拉力促使帶與輪之間具有一定的摩擦力，使得輪子轉動時帶動皮帶傳動。兩皮帶輪靜止時，帶各處的拉力都等于預緊力F0。傳動時，由于帶與輪子表面間摩擦力的作用，帶兩邊出現(xiàn)拉力差異，繞進主動輪和繞出主動輪的一邊的拉力從F0增大到F1，繞出主動輪和繞進被動輪的一邊的拉力由F0減小到F2，F(xiàn)1作用的邊稱為緊邊，F(xiàn)2作用的邊稱為松邊設環(huán)形帶的總長度不變，則緊邊的拉力的增量F1-F0應等于松邊拉力的減小量F0-F2。即F1-F0=F0-F2

則緊邊與松邊之差稱為帶傳動的有效拉力，即圓周力等于F=F1-F2。1.2帶傳動的彈性滑動與打滑滑動率由于彈性滑動不可避免，所以從動輪的圓周速度小于主動輪的圓周速度，在帶傳動時，由帶的滑動引起的被動輪速度的降低率稱為滑動率。其中，

V1、V2為主、被動輪輪緣的線速度；

n1、n2為主、被動輪的轉速；

d1、d2為主、被動輪的直徑。若d1=d2

，則ε=(n1-n2)/n1，根據(jù)實驗研究結果，帶的彈性滑動只發(fā)生在全部包角的某一段的接觸弧上，隨著有效圓周力的增加，彈性滑動的區(qū)段也逐漸增大，當它擴大至整個包角對應的接觸弧時，帶傳動的有效圓周力也達到最大極限，如果載荷進一步增大，帶與帶輪間就發(fā)生顯著的相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑將使皮帶磨損加劇，被動輪轉速急劇降低，甚至使傳動失效，這種情況應當避免。2、實驗系統(tǒng)的組成

實驗系統(tǒng)外觀如圖1所示。圖1如圖2所示，實驗系統(tǒng)主要包括如下部分：（1）帶傳動機構；（2）主、從動輪轉矩傳感器；（3）主、從動輪轉速傳感器；（4）電測箱（與帶傳動機構裝為一體）；（5）個人電腦；（6）打印機。帶傳動機構主、從動輪轉矩傳感器主、從動輪轉速傳感器單片微計算機主、從動輪轉矩顯示主、從動輪轉速顯示輸出接口微機接口微計算機CRT顯示打印機圖23、主要技術參數(shù)（1）直流電機功率：2臺x50W（2）主動電機調速范圍：0～1800轉/分（3）額定轉矩：T=0.24N.m=2450g.cm（4）實驗臺尺寸：長x寬x高=600x280x300（5）電源：220V交流/50Hz4、實驗機構結構特點（1）機械結構本實驗臺機械部分，主要由兩臺直流電機組成，如圖3所示。其中一臺作為原動機，另一臺作為負載的發(fā)電機。圖3（2）電測系統(tǒng)電測箱操作部分主要集中在箱體正面的面板上，面板的布置如圖4所示。送數(shù)保持清零加載載荷指示轉速I轉矩I轉速II轉矩II主動輪轉速r/m主動輪轉矩Nm從動輪轉速r/m從動輪轉矩Nm細調粗調電源圖4在電測箱背面?zhèn)溆形CRS232接口、主、被動輪轉矩放大、調零旋鈕等，其布置情況如圖5所示。圖5123456

在電測箱背面?zhèn)溆形CRS232接口、主、被動輪轉矩放大、調零旋鈕等，其布置情況如圖5所示。1、電源插座2、被動力矩放大倍數(shù)調節(jié)3、主動力矩放大倍數(shù)調節(jié)4、被動力矩調零5、主動力矩調零6、RS-232接口三、實驗操作步驟

1、人工記錄操作方法（1）設置預拉力不同型號傳動帶需在不同預拉力F0的條件下進行實驗，也可對同一型號傳動帶采用不同的預拉力，以實驗不同預拉力對同一傳動帶傳動性能的影響。為了改變預拉力F0，如圖2所示，只需改變砝碼8的大小。（2）接通電源在接通電源前，將開關粗調電位器的電機調速旋鈕逆時針轉到底，使開關“斷開”，細調電位器旋鈕逆時針轉到底，按電源開關接通電源，按一下“清零”鍵，此時主、被動電機轉速顯示為“0”，力矩顯示為“.”，實驗系統(tǒng)處于“自動校零”狀態(tài)。校零結束后，力矩顯示為“0”。再將粗調調速旋鈕順時針旋轉接通“開關”并慢慢向高速方向旋轉，電機起動，逐漸增速，同時觀察實驗臺面板上主動輪轉速顯示屏上的轉速數(shù)，其上的數(shù)字即為當時的電機轉速。當主動電機轉速達到預定轉速（本實驗建議預定轉速為1200～1300r/m）時，停止轉速調節(jié)。此時從動電機轉速也將穩(wěn)定地顯示在顯示屏上。（3）加載在空載時，記錄主、被動輪轉矩與轉速。按“加載”鍵一次，第一個加載指示燈亮，調整主動電機轉速（此時，只需使用細調電位器進行轉速調節(jié)），使其保持在預定工作轉速內，待顯示基本穩(wěn)定（一般LED顯示器跳動2～3次即可達到穩(wěn)定值），記下主、被動輪的轉矩及轉速值。再按“加載”鍵一次，第二次加載指示燈亮，再調整主動轉速（用細調電位器），仍保持在預定轉速，待顯示穩(wěn)定后再次記下主、被動輪的轉矩及轉速值。第三次按“加載”鍵，第三個加載指示燈亮，同前次操作記錄主、被動輪的轉矩及轉速值。重復上述操作步驟，直至7個加載指示燈亮，記錄下八組數(shù)據(jù)。根據(jù)這八組數(shù)據(jù)便可作出帶傳動滑動曲線ε—T2及效率曲線η—T2。在記錄下各組數(shù)據(jù)后，應先將電機粗調速旋鈕逆時針轉至“關斷”狀態(tài)，然后將細調電位器逆時針轉到底，再按“清零”鍵。顯示指示燈全部熄火，機構處于關斷狀態(tài)，等待下次實驗或關閉電源。為便于記錄數(shù)據(jù)，在實驗臺的面板還設置了“保持”鍵，每次加載數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定后，按“保持”鍵可使轉矩、轉速穩(wěn)定在當時的顯示值不變。按任意鍵，可脫離“保持”狀態(tài)。2、與計算機接口操作方法

（1）連接RS232通訊線在DCS-II型帶傳動實驗臺后板上設有RS232串行接口，可通過所附的通訊線直接和計算機相聯(lián)，組成帶傳動實驗系統(tǒng)。如果采用多機通訊轉換器，則需要首先將多機通訊轉換器通過RS232通訊線連接到計算機，然后用雙端插頭電話線，將DCS-II型帶傳動實驗臺連接到多機通訊轉換器的任一個輸入口。（2）啟動機械教學綜合實驗系統(tǒng)圖6圖7（3）數(shù)據(jù)采集及分析圖8圖9帶傳動實驗臺加載原理

本實驗臺由兩臺直流電機組成，左邊一臺是直流電動機，產(chǎn)生主動轉矩，通過皮帶，帶動右邊的直流發(fā)電機。直流發(fā)電機的輸出電壓通過面板的“加載”按鍵控制電子開關，逐級接通并聯(lián)的負載電阻（采用電烙鐵的內芯電阻），使發(fā)電機的輸出功率逐級增加，也即改變了皮帶傳送的功率大小，使主動直流電動機的負載功率逐級增加。圖10五、實驗報告

1、將實驗數(shù)據(jù)填入下表，并求出計算值，以T2為橫坐標，η、ε為縱坐標（如圖11所示坐標系），繪出T2

－η、ε曲線。加載次數(shù)張緊力F01＝N加載次數(shù)張緊力F02＝N實測值計算值實測值計算值0011223344556677傳動效率的計算公式為η(%)ε(%)圖11T2

2、思考題（1）主動輪圓周速度V1與被動輪圓周速度V2是否相同？原因何在？（2）對于彈性滑動和打滑，其中哪些現(xiàn)象產(chǎn)生，帶傳動就不能正常工作，為什么？（3）帶傳動效率是否載打滑時最高？（4）增加初拉力后，對打滑有何影響？（5）影響帶傳動拉力的因素有哪些？實驗五

齒輪傳動實驗一、實驗目的

了解封閉流式實驗臺結構，弄懂封閉加載原理。了解齒輪傳動效率的測定原理，掌握用封閉流式實驗臺測定齒輪傳動效率的方法。測定齒輪減速器的傳動效率。二、實驗系統(tǒng)

CLS-1I型齒輪試驗臺為小型臺式封閉功率流式齒輪試驗臺，采用懸掛式齒輪箱不停機加載方式，加載方便、操作簡單安全、耗能少。在數(shù)據(jù)處理方面，既可直接抄錄數(shù)據(jù)手工:計算，也可以和計算機接口組成具有數(shù)據(jù)采集處理，結果曲線顯示，信息儲存、打印輸出等多種功能的自動化處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、重量輕、機電一體化相結合等特點。本實驗臺用于機械設計等課程的教學實驗，可以方便地完成以下實驗：

1、了解封閉功率流式齒輪試驗臺的基本原理、特點及測定齒輪傳動效率的方法。

2、通過改變載荷，測出不同載荷下的傳動效率和功率。輸出T1—T9關系曲線及η一T9曲線。其中T1為輪系輸入扭矩（即電機輸出扭矩），T9為封閉扭矩（也即載荷扭矩）。η為齒輪傳動效率。1、實驗系統(tǒng)組成實驗系統(tǒng)外觀如圖1所示。圖1

如圖2所示，實驗系統(tǒng)由如下設備組成：（1）CLS-II型齒輪傳動實驗臺；（2）CLS-II型齒輪傳動實驗儀；（3）計算機；（4）打印機。齒輪傳動機構電機轉矩傳感器電機轉速傳感器微計算機CRT顯示打印機CLS-II齒輪傳動實驗臺CLS-II齒輪傳動實驗儀單片微計算機電機轉矩顯示電機轉速顯示轉矩輸出接口RS232接口圖2

2、實驗機構主要技術參數(shù)（1）試驗齒輪模數(shù)m＝2；（2）齒數(shù)Z4＝Z3＝Z2＝Zl=38；（3）速比i=1；（4）直流電機額定功率P=300w；（5）直流電機轉速N＝0～1100r／m；（6）最大封閉扭矩TB=15N.m；（7）最大封閉功率PB=1.5Kw；（8）實驗臺尺寸：長x寬x高=900x550x300；（9）電源220V交流/50Hz。3、實驗臺結構

實驗臺的結構如圖3所示，由定軸齒輪副、懸掛齒輪箱、扭力軸、雙萬向連軸器等組成一個封閉機械系統(tǒng)。電機采用外殼懸掛結構，通過浮動連軸器和齒輪相連，與電機懸臂相連的轉矩傳感器把電機轉矩信號送入實驗臺電測箱，在數(shù)碼顯示器上直接讀出。電機轉速由霍耳傳感器4測出，同時送往電測箱中顯示。圖3齒輪實驗臺結構簡圖

1懸掛電機2轉矩傳感器3浮動連軸器4霍耳傳感器5定軸齒輪副6剛性連軸器7懸掛齒輪箱8砝碼9懸掛齒輪副10扭力軸11萬向連軸器12永久磁鋼圖3

4、效率計算（l）封閉功率流方向的確定封閉功率流方向如圖3(a)所示，其大小為：（KW）該功率的大小決定于加載力知和扭力軸的轉速，而不是決定于電動機。電機提供的功率僅為封閉傳動中損耗功率，即：。故單對齒輪

η為總效率，若η=95%，則電機供給的能量，其值約為封閉功率值的1/10，是一種節(jié)能高效的試驗方法。

（2）封閉力矩T9的確定由圖3（b）可以看出，懸掛齒輪箱杠桿加上載荷后，齒輪9、齒輪9’就會，產(chǎn)生扭矩，其方向都是順時針，對齒輪9’中心取矩，得到封閉扭矩T9：（本實驗臺T9是所加載荷產(chǎn)生扭矩的一半），即：（N·m）其中：

W一所加砝碼重力（N)；

L一加載杠桿長度L=0.3m。5、齒輪傳動實驗儀

實驗儀正面面板布置及背面板布置如圖4、圖5所示。實驗儀內部系統(tǒng)框圖參見圖2。

輸出轉速（r/m）輸出轉矩（Nm）送數(shù)保持清零加載載荷指示CLS-II齒輪傳動實驗儀圖4

1、調零電位器2、轉矩放大倍數(shù)電位器3、力矩輸出接口4、接地端子5、轉速輸入接口6、轉矩輸入接口7、RS-232接口8、電源開關9、電源插座圖3

123456789三、實驗操作步驟

1、人工記錄操作方法（1）系統(tǒng)聯(lián)接及接通電源齒輪實驗臺在接通電源前，應首先將電機調速旋扭逆時針轉至最低速“0速”位置，將傳感器轉矩信號輸出線及轉速信號輸出線分別插入電測箱后板和實驗臺上相應接口上，然后按電源開關接通電源。打開實驗儀后板上的電源開關，并按一下“清零鍵”，此時，輸出轉速顯示為“0”，輸出轉矩顯示數(shù)為“．”，實驗系統(tǒng)處于“自動校零”狀態(tài)。校零結束后，轉矩顯示為“0”。（2）轉矩零點及放大倍數(shù)調整

a、零點調整在齒輪實驗臺不轉動及空載狀態(tài)下，使用萬用表接入電測箱后板力矩輸出接口3（見圖5）上，電壓輸出值應在1—1.5V范圍內，否則應調整電測箱后板上的調零電位器（若電位器帶有鎖緊螺母，則應先松開鎖緊螺母，調整后再鎖緊）。零點調整完成后按一下“清零”鍵，待轉矩顯示“0”后表示調整結束。b、放大倍數(shù)調整

“調零”完成后，將實驗臺上的調速旋扭順時針慢慢向“高速”方向旋轉，電機起動并逐漸增速，同時觀察電測箱面板上所顯示的轉速值。當電機轉速達到1000轉／分左右時，停止轉速調節(jié)，此時輸出轉矩顯示值應在0.6—0.8Nm.之間（此值為出廠時標定值），否則通過電測箱后板上的轉矩放大倍數(shù)電位器加以調節(jié)。調節(jié)電位器時，轉速與轉矩的顯示值有一段滯后時間。一般調節(jié)后待顯示器數(shù)值跳動兩次即可達到穩(wěn)定值。

(3)加載調零及放大倍數(shù)調整結束后，為保證加載過程中機構運轉比較平穩(wěn)，建議先將電機轉速調低。一般實驗轉速調到300—800轉／分為宜。待實驗臺處于穩(wěn)定空載運轉后（若有較大振動，要按一下加載砝碼吊籃或適當調節(jié)一下電機轉速），在砝碼吊籃上加上第一個砝碼。觀察輸出轉速及轉矩值，待顯示穩(wěn)定（一般加載后轉矩顯示值跳動2一3次即可達穩(wěn)定值）后，按一下“保持鍵”，使當時的轉速及轉矩值穩(wěn)定不變，記錄下該組數(shù)值。然后按一下“加載鍵”，第一個加載指示燈亮，并脫離“保持”狀態(tài)，表示第一點加載結束。在吊籃上加上第二個砝碼，重復上述操作，直至加上八個砝碼，八個加載指示燈亮，轉速及轉矩顯示器分別顯示“8888”表示實驗結束。根據(jù)所記錄下的八組數(shù)據(jù)便可作出齒輪傳動的傳動效率—T9曲線及T1—T9曲線。2、與計算機接口實驗方法1）連接RS232通訊線