机械设计实验指导书Word文档格式.docx
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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
用手尽力拧紧,然后再用手将右端各螺帽
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
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:
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1CQP-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=Q1K1L1N.m
从动带轮上的转矩T2=Q2K2L2N.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v2﹤v1,其速度降低程度用滑差率ε表示:
当d1=d2时:
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η
—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。
[操作说明]:
[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。
单击此键,返回带传动实验说明界面。
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=120mmd2=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。
单击左键,进入带传动实验说明界面。
再单击“实验”键,进入带传动实验分析界面。
2.在实验台带轮上安装试验平带;
接通实验台电源,电源指示灯亮;
调整测力杆,使其处于平衡状态;
加砝码3kg,使带具预紧力。
3.按顺时针方向慢慢地旋转电动机转速调节旋钮,使电动机逐渐加速到n1=1000r/m左右,待带传动运动平稳后(需数分钟),记录带轮转速n1、n2和电机转矩力Q1、Q2一组数据。
4.在带传动实验分析下方单击“运动模拟”键;
再击“加载”键,每间隔5~10秒钟,逐个打开灯泡(即加载),单击“稳定测试”键,逐组记录数据n1、n2及Q1、Q2,注意n1与n2间的差值,分别在实验台上及实验分析界面的运动模拟窗口观察带传动的弹性滑动现象。
5.再击“加载”键,继续增加负载,直到ε≥3%左右,带传动进入打滑区,若再继续增加负载,n1与n2之差迅速增大,带传动出现明显打滑现象。
同时,分别在实验台及实验分析界面的运动模拟窗口观察带传动的打滑现象。
6.如果实验效果不理想,可单击“重做实验”,即可从第4步起重做实验。
7.单击“实测曲线”键,显示绘制的带传动滑动曲线和效率曲线;
如果需要可单击“打印”键,打印机即可自动打印带传动弹性滑动曲线和效率曲线。
8.按面板卸载按钮,关闭全部灯泡,将砝码减到2kg,再重复第3~7步实验。
9.按面板卸载按钮,关闭全部灯泡;
关闭实验台电源,拆下平带及平带轮,分别装上V带轮、V带或圆带轮、圆带,加砝码3kg,重复第3~7步实验。
10.关闭实验台电源,取下砝码;
在实验分析界面上单击“退出系统”,返回WINDOWS界面。
11.整理实验数据,如果未自动打印实验曲线,则需要手工绘制带传动弹性滑动曲线和效率曲线。
六、注意事项
1.实验前应反复推动电动机移动底板,使其运动灵活。
2.带及带轮应保持清洁,不得粘油。
如果不清洁,可用汽油或酒精清洗,再用干抹布擦干。
3.在启动实验台电源开关之前,必须做到:
(1)将面板上转速调节旋钮逆时针旋到止位,以避免电动机突然高速运动产生冲击损坏传感器;
(2)应在砝码架上加上一定的砝码,使带张紧;
(3)应卸去发电机所有的负载。
4.实验时,先将电动机转速逐渐调至1000rpm,稳定运转数分钟,使带的传动性能稳定。
5.采集数据时,一定要等转速窗口数据稳定后进行,两次采集间隔5~10秒钟。
6.当带加载至打滑时,运转时间不能过长,以防带过度磨损。
7.若出现平带飞出的情况,可将带调头后装上带轮,再进行实验。
若带调头后仍出现飞出情况,则需将电机支座固定螺钉拧松,将两电机的轴线调整平行后再拧紧螺钉,装带实验。
8.实验台工作条件:
电源:
电压220V±
10%,频率50Hz交流电;
环境温度:
-0℃~+40℃;
相对湿度;
≤80%;
其他:
工作场所无强烈电磁干扰和腐蚀气体。
七、思考题:
1.带传动的弹性滑动和打滑有何不同?
产生的原因是什么?
各有何后果?
2.比较不同预紧力作用下,带的弹性滑动曲线及效率曲线各有何不同?
3.比较平带、V带、圆带传动的承载能力,说明原因。
4.比较两种不同预紧力时V带传动的承载能力,说明原因。
5.综合分析影响带传动承载能力的因素。
齿轮与蜗轮蜗杆传动效率实验
1.了解齿轮(蜗杆)传动实验台结构及其工作原理;
2.通过本实验加深理解齿轮(蜗杆)传动效率与转速和载荷的关系;
3.通过齿轮(蜗杆)传动装置的实验,进一步了解齿轮(蜗杆)传动性能;
4.掌握转矩、转速、功率、效率的测量方法。
二、实验台结构及其工作原理
齿轮传动效率测试实验台结构如图1(a)所示:
蜗杆传动效率测试实验台结构如图1(b)所示:
图1蜗杆传动效率测试实验台结构
实验台的动力来自直流调速电机,电机的转轴由一对轴承座支承托起,因而电机可以绕转轴转动,应用输入扭矩传感器控制电机旋转并测出其转矩,电机轴通过联轴器与齿轮(蜗杆)减速器联接,齿轮(蜗杆)减速器通过联轴器与磁粉器连接。
磁粉器是利用磁粉器座支承可以绕其中心轴旋转,应用输出扭矩传感器控制其旋转并测出其扭矩;
电机机壳上装有测矩杠杆,通过输入测矩传感器2,可测出电机工作时的输出转矩(即齿轮减速器的输入转矩)。
被测齿轮(蜗杆)减速器箱体固定在实验台平板,齿轮箱传动比i=5(蜗杆减速器传动比单头i=15双头i=30),其动力输出轴上装有磁粉制动器,改变制动器输入电流的大小即改变负载制动力矩的大小。
实验台电器控制盒面板(如图3)上装有电机转速调节旋钮和加载按钮以及转速和加载显示等,电机转速、输入及输出力矩等信号通过单片机数据采集系统输入上位机数据处理后即可显示并打印出实验结果和曲线。
实验台原理框图如图2所示:
图2齿轮(蜗杆)传动效率测试实验台原理框图
实验测试的内容与方法:
1.当齿轮(蜗杆)传动系统工作在一定转速时,改变输出负载的大小,测定齿轮(蜗杆)传动系统输入功率P1和相应的输出功率P2,从而得出其传动效率
。
功率是通过测定其转矩及转速获得的。
2.当齿轮(蜗杆)传动系统工作在一定负载时,改变输入轴的转速大小,测定齿轮(蜗杆)传动系统输入功率P1和相应的输出功率P2,亦可得到其传动效率
3.通过齿轮(蜗杆)减速器传动效率测试实验,分析对齿轮(蜗杆)传动性能的影响因素。
三、实验操作步骤
1.准备工作
1)将实验台与微机的串口连接线连好。
2)用手转动联轴器,要求转动灵活。
3)控制面板上的电源开关放到“关”的位置,调速旋钮旋在最低点。
2.进行实验
1)启动微机,进入实验软件主界面,并根据实验台上的配置选择齿轮(蜗杆)减速器。
2)接通电源,打开电源开关,数码管灯亮。
在选择旋钮上选择实验类型“蜗杆”或者“齿轮”,否则参数不对,实验不准确。
3)缓慢顺时针旋转调节电机调速旋钮,电机启动,使转速达1000r/min左右。
4)待转速稳定后,可按动加载按钮加载(第1档加载系统已默认)。
5)点击软件主界面“数据采集”按钮,电机转速、电机转矩、负载力矩等实验数据发送到实验界面。
6)点击软件主界面“数据分析”按钮,实验结果以及实验曲线即在相应窗口显示,点击“保存”。
7)将载荷设定在某一定值,从小到大(反之亦可)调节输入转速,中间采集数据八次,点击软件主界面,分析实验结果以及相应的实验曲线(η-T2、η-n1)。
8)点击软件主界面“打印”按钮,如连接打印机即可打印实验结果及实验曲线。
9)根据实验软件界面提供的齿轮(蜗杆)减速器参数以及实验条件,进行齿轮(蜗杆)传动效率的理论值计算,与实测值进行比较,并进行误差分析。
例一、单头
=1
=5°
43′d=34mm
=800r/min时:
当量摩擦角
例二、双头
=2
=11°
19′d=34mm
=400r/min时:
当量摩擦角
四、
实验数据记录与处理
1.实验台参数:
电机调速范围=转/分
电机测力杠杆臂长=______m
齿轮(蜗杆)减速器传动比i=
磁粉制动器输出扭矩T2=______(N.m)
2.实验数据处理:
齿轮(蜗杆)减速器传动效率:
1)P1——齿轮(蜗杆)输入功率(即电机输出功率)
(kW)
T1——齿轮(蜗轮)输出转矩(即电机输出扭矩)
(N.m)
L1—电机测力杠杆臂长(m)
G1—电机测力传感器测得力值(N)
n1—齿轮(蜗杆)输入转速(即电机的转速)(rpm)
2)P2—齿轮(蜗杆)传动输出功率
(kW)
T2—齿轮(蜗杆)传动输出转矩(即磁粉制动器输出扭矩)(N.m)
n2—齿轮输出转速
(rpm)
◄说明►
1.实验得出的传动效率除啮合传动效率外,还包含了两对轴承的效率和搅油损失。
2.本实验指导书仅供参考,具体实验由指导教师根据需要安排。
实验三液体动压径向滑动轴承实验
1.观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。
2.观察载荷和转速改变时径向油膜压力的变化情况。
3.观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。
4.测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线,求轴承的承载能力。
5.了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线λ的绘制方法。
二、实验台的构造与工作原理
实验台的构造如图1所示。
1.实验台的传动装置
由直流电动机1通过V带2驱动主轴9沿顺时针(面对实验台面板)方向转动,由无级调速器实现无级调速。
本实验台主轴的转速范围为2~400r/nim,主轴的转速由数码管直接读出。
图1滑动轴承实验台构造示意图
1.直流电动机2.V带3.负载传感器4.螺旋加载杆
5.弹簧片6.摩擦力传感器7.压力传感器(径向7只,轴向一只)
8.主轴瓦9—主轴10—主轴箱
2.轴与轴瓦间的油膜压力测量装置
轴的材料为45号钢,经表现淬火、磨光,由滚动轴承支承在箱体10上,轴的下半部浸泡在润滑油中,本实验台采用的润滑油的牌号为N68(即旧牌号的40号机械油),该油在20℃时的动力粘度为0.34Pa·
S。
主轴瓦8的材料为铸锡铅青铜。
牌号为ZCuSnPb5Zn5(即旧牌号ZQSn6-6-3)。
在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔,每个小孔沿圆周相隔20°
,每个小孔联接一个压力传感器7,用来测量该径向平面内相应点的油膜压力,由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。
沿轴瓦的一个轴向剖面装有两个压力传感器(即4号和8号压力传感器)。
用来观察有限长滑动轴承沿轴向的油膜压力情况。
3.加载装置
油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。
当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的,所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。
转速的改变方法如前所述。
本实验台采用螺旋加载,转动螺杆即可改变载荷的大小,所加载荷之值通过传感器数字显示,直接在实验台的操纵板上读出。
4.摩擦系数f测量装置
径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数λ=
值的改变而改变(─油的动力粘度,n─轴的转速,p—压力,p=
,W─轴上的载荷,W=轴瓦自重+外加载荷。
本机轴瓦自重为40N,B─轴瓦的宽度,d─轴的直径。
本实验台B=120mm,d=60mm),如图2所示。
图2f—线图
在边界摩擦时,f随λ的增大而变化很小,进入混合摩擦后,λ的改变引起f的急剧变化,在刚形成液体摩擦时f达到最小值,此后,随λ的增大油膜厚度亦随之增大,因而f亦有所增大。
摩擦系数f之值可通过公式得到。
f=
-相对间隙
-随轴承长径比而变化的系数,对于l/d<
1的轴承,=
;
l/d>
=1时,=1。
5.摩擦状态指示装置
指示装置的原理如图3所示。
当轴不转动时,可看到灯泡很亮;
当轴在很低的转速下转动时,轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内,但由于此时的油膜很薄,轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰处仍在接触,故灯忽亮忽暗;
当轴的转速达到一定值时,轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度,油膜完全将轴与轴瓦隔开,灯泡就不亮了。
图3滑膜显示装置电路图
三、实验方法与步骤
l.准备工作
在弹簧片5的端部安装摩擦力传感器6,使其触头具有一定的压力值(见图1)。
2.测取绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线图。
1)启动电机,将轴的转速逐渐调整到一定值(可取300~350r/nim左右),注意观察从轴开始运转至300r/nim时灯泡亮度的变化情况,待灯泡完全熄灭,此时已处于完全液体润滑状态;
2)用加载装置分几次加载(但不超过1000N即100kgf,出厂是700N)。
3)待各压力传感器的压力值稳定
后,由左至右依次记录各压力传感器
的压力值(在操控面板上依次按【测点选择】按钮,在面板上【序号】窗口中依次显示各压力传感器的序号,在【轴瓦】窗口中、【外加负荷】窗口中依次显示相对应的值);
4)卸载、关机;
5)根据测出的各压力传感器的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线,如图4的上图所示。
此图的具体画法是:
沿着圆周表面从左到右画出角度分别为3
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