机械设计实验

带传动实验
齿轮传动实验
滑动轴承实验
动平衡实验

实验一、带传动实验
一、实验目的：
1、了解带传动实验台的结构及工作原理，掌握有关机械参数(如转速、转矩)的测定手段并了解操作规程。
2、观察带的初拉力对带传动工作能力的影响。
3、观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。
4、认知带传动的滑动特性、效率及其影响因素。
二、实验要求：
1、测定平皮带传动的滑动率曲线e?T2；
2、测定平皮带传动的效率曲线h?T2。
三、主要结构及工作原理：
该设备电动机为直流无级调速，采用先进的调速电路，测速方式为红外线光电测速；皮带轮转速和扭矩可直接在面板上准确读取，进行测试分析。
该实验台主要由两个直流电机和平皮带组成，其中一个为主动电机5，另一个为从动电机8，作发电机使用，其电枢绕组两端接上灯泡负载9，主动电机固定在一个以水平方向移动的底板1上，与发电机由一根平皮带6连接。在与滑动底板相连的法码架上加上法码，即可拉紧皮带6，产生初拉力。电机锭子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器上通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测转速在面板上各自的数码管上显示。
2、主要技术参数：

直流电板功率为：355W 皮带轮直径：D1=D2=120mm
调速范围：50～1500rpm 压力传感器精度：1% 测量范围：0～50N
初拉力最大值为：2～3.5kg 实验台总重量：45kg
杠杆测力臂长度：L1=L2=120mm(L1、L2——电动机中心至测力杆支点的长度)
四、实验方法及步骤：
1、运转前准备：开关接通前，熟悉面板；检查调速旋钮是否处在“零”位置；检查滑轮绳是否正确等。
2、加上砝码，使带加上初拉力。
3、接通电源，平稳调节调速旋钮，使转速达到某一定值。测出电动机和发电机的转速和转矩，记录在实验报告中。
4、每增加一次负载，调节调速旋钮使主动轮转速保持为一定值，测出转速，直到发生打滑为止。
5、卸载、减速、关机。
6、整理实验数据，完成实验报告。
五、实验操作注意事项：
1、通电前的准备
a. 面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最底）位置，连接地线。
b. 加上一定的法码使皮带张紧。
c. 断开发电机所有负载。
2、通电后，电动机和发电机转速显示的四位数码管亮。
3、调节调速旋钮，使电动机和发电机有一定的转速，测速电路可同时测出它们的转速。注意：不要突然加速或减速，以免产生较大冲击力，以防设备损坏。
4、做实验测试前，先开机将皮带转速调至1000转

/分以上，运转30分钟以上。使实验台皮带预热性能稳定。
5、此后即可按实验指导书的要求操作。
七、思考题：

1、带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因是什么？

2、影响带传动弹性滑动和传动能力的因素有哪些？

3、分析作出的滑动率曲线，说明弹性滑动、打滑与载荷的关系。

4、分析作出的效率曲线，说明效率变化与载荷的关系。


实验二 齿轮传动效率实验
一、实验目的
1 了解齿轮传动实验台的基本原理及其结构，绘制实验台结构示意图；
2 了解并掌握测定齿轮传动效率的方法。
二、实验设备及工作原理
1 实验台的结构及组成
齿轮传动实验台结构见图5-1。图中实验台由主机和控制箱两部分组成，主机由两台异步电动机D1、D2，齿轮箱2，光电数字测速盘3，输出转矩测量器4，连轴器5及底座组成。D1为主动电动机，D2为负载电动机。
图5-1 齿轮传动实验台结构
两只电动机分别由一对滚动轴承悬架支撑，并且电动机机壳未被固定，可绕电动机转子轴自由转动，在两台电动机的机壳顶部装有计量秤，秤杆上装有游码和嵌有水平泡的平衡砣，电机底部装有平衡配重块，其目的是为了便于测定两台电动机输出的工作转距。
两台电动机的尾部装有光电式数字测速盘，测速盘上刻有60条沿圆周方向均匀分布的槽，两侧分别装有红外发光管及光敏三极管。作为直射式红外光电传感器，测速盘每旋转一周，发出60个脉冲信号给计数器，计数器每一秒采样一次来读取计数，分别显示于控制箱上的转速表上，便于实验人员记录。
控制箱上（图5-2）分别装有两台电机输入电压的调压器B1、B2，以及电压表V1、V2，电流表A1、A2，转速表N1、N2、及启动、停止按钮.(注：下标为1的均为主动电机1的相关数据及控制，下标为2的均为从动电机2的相关数据及控制。具体数据在实验时按控制箱实际标志而定。)
2 实验台基本工作原理
两台同型号的异步电动机分别通过三相调压器并联接入电网，他们的电气参数一致。实验台在设计时已令两台电动机的转向相反，齿轮箱内与主动电动机连接的主动齿轮Z1的齿数大于与从动电机连接的从动齿轮Z2的齿数
这样当主动电动机工作在其同步转速n1时，从动电机的转速n2因为主动齿轮的齿数Z1大于从动齿轮齿数Z2，而使从动电动机D2的转数n2大于主动电动机D1的同步转数n1，由于两台异步电动机的型号是一样的，所以它们的同步转速是一样的，因此，当n2>n1时(此时n1为两台电动机的同步转速)，从动电动机的实际转速n2是大于其自身的同步转数n1的，从而使从动电动机D2必然产生一个反向输入力矩，从而

实现给电动机D1的加载。同时由于机壳均未固定，所以电动机D1，D2作用在机壳上的输出转距，在对其平衡后均可用机壳上的秤称出。这样就可以利用相应的公式计算出齿轮副的输入、输出效率。
实验时使用两只三相感应调压器，调压器B1用来调节电动机D1的电

压，使主动电动机转速恒定。调压器B2用来调 图5-2 电气控制箱

节电动机D2的输入电压，根据上述原理，使从动电机产生与主动电机相反的转距，从而实现给齿轮副加载。
3 齿轮副的效率测定方法

实验前，为使电机水平，将标尺上的游码调至零位，并且调整机壳下的配重，使电机水平。加载后（所谓加载即调节调压器B1,B2分别调节电动机D1、D2的输入电压，使电动机D1、D2分别工作在转速n1,n2下），机壳受电机输出转矩作用，根据实验原理电机D 1的机壳向正方向偏转，从动机D2的机壳向反方向偏转。此时，调节标尺游码位置至a1(a2),或同时增加W1、W2的重量，使两台电机重新获得水平。这时可记下平衡状态下后的一组数据，依照此法，可加载12次，测得12组数据，依据这些数据可计算出齿轮的效率。
一般情况下，单纯齿轮副效率的测定比较复杂，不易实现，本实验所指的齿轮效率是指齿轮的传动效率，它包括啮合效率、轴承效率、及搅油效率等。通常，效率是根据输出功率和输入功率之比来确定的。本实验采用测量转矩的方法来确定功率的大小，因而效率可表达为：
η= 输出功率/输入功率= M2*n2/（M1*n1）= M2*Z1/（M1*Z2）=(M2/M1)/i
根据F=19.6M2/D2 (N)公式，
M1、M2分别为输入转距和输出转距，M1=L1*W1+a1 W ；M2=L2*W2+a2 * W
L1 、L2 为砝码悬挂点与通过电机轴线的垂线间的距离，即力臂。W1 、W2为所加法码重量；a1、a2为标尺上的游码位置，W为游码重；i—齿数比； D1、D2—齿轮1、2的分度圆直径。
4 测速方法及原理
光电测速仪由光电传感器和数码显示组成。在测速盘的圆周上有60个均匀分布的透光和不透光相间的光栅（如图5-3），使之每一转发出60个光信号，通过传感器将光信号转换成脉冲信号，数码显示器显示每一秒取样时间内的信号个数，即为每分钟电机转数。
三、实验内容
1、了解实验台的结构及工作原理；
2、测定两台电机的转矩和转速；
四、实验步骤
1 观察了解实验台的主要结构；
2 将标尺上的游码放在零位，利用称的平衡砣和水平仪调整电机，使其水平；
3 将调压器B1、 B2的指针调到零位；
4 安下启动按钮，接通电源；
5 调节调压器B1，在空载情况下启动主动电机，使主动电动机转速n1恒定在915rpm，并测量空载下的转矩和转速；
6 调节调压器B2旋钮，逐渐加载

，每加载一次后，再调节调压器B1，使电机D1的转速n1恒定为恒定在915rpm，然后再调节标尺上的游码及法码，使电机1、电机2再次平衡，并记录所测数据；
7重复第6步，测12次，并记录下所测数据；
8测试完毕，将调压器缓慢调到零位，按下停止按钮，切断电源，卸下砝码；
9、整理数据，写出实验报告。
五、实验要求
课内记录实验数据，课后根据实验数据计算齿轮的传动效率，画出效率曲线图，回答思考题，完成实验报告。
六、思考题
1．输出转距 M2 =0时的损失，意味着什么？
2．影响传动效率的因素有哪些？如何提高传动效率？


实验三 滑动轴承实验
一、实验目的：
１．学习液体动压轴承油膜压力分布的测定方法；

２．测出油膜压力沿周向和轴向的分布曲线，以验证其理论分布规律
二、实验设备：
1．结构：本实验台如图１所示。它是由实验轴承箱，液压系统，调速电机，调速电机控制器，变速箱等组成。
三．原理：
电机通过传动皮带、变速箱带动实验轴承箱内的主轴转动。同时，油泵分两路对实验轴承供油，一路经减压阀减压后供给实验轴承起润滑作用。另一路由溢流阀控制进油压力，供给加载油腔，起静压加载的作用。两路油的压力分别由减压阀和溢流阀手柄来调节，其压力值可在相应的压力表上读出。在实验轴承箱内（如图2）实验轴承长L=60mm ，在中间剖面，即L/2处的剖面上，沿着周向在1200范围内均匀地开有7个测压孔，分别与7个测压表相联。另外，在L/4处，沿着铅直方向开有第8个测压孔，并与第8个测压表相联。这样，在主轴高速转动时，由于实验轴承是空套在主轴上的，它们之间有间隙并能够相互倾斜，从而将润滑油带入主轴与实验轴承之间的摩擦面里来，并使其形成收敛的楔型状，进而建立起压力油膜，把两摩擦面分离开来，实现动压润滑。
四、实验步骤：
1．开启油泵，调节溢流阀和减压阀手柄，使其相应的压力表读数在1kg/cm2以下。
2．将变速手柄搬到低速档上（向左），并向左调节电机控制器旋钮，使电机转速最低。
3．开动主电机，调节控制器旋钮，使转速表指针读数在100~200rpm之间，然后将变速手柄搬到高速档（向右），再调节控制器旋钮，使主轴转速达到1000rpm左右。
4．调节溢流阀手柄加载，将加载供油压力调到P0 =1.5kg/cm2 。此时，载荷为F=P0*60cm2+8 kg,（60cm2为加载油腔在水平面的投影面积，8kg为轴承的自重）,实验机运转数分钟，待各压力表示数稳定后，自左至右依次记录下周向7只压力表及轴向第8只压力表的读数。
5．记录

完毕后，先关油泵卸载，后关电机停车，以免轴承磨损。
五、思考题
1、 那些因素影响液体动压轴承的承载能力及油膜的形成？形成动压油膜的必要条件是什么？
2、 当轴转速增加或载荷增大时，油膜压力分布曲线的变化如何？
3、 曲线说明什么？试解释当 增加时，为什么在非液体摩擦区会随之下降，而在液体摩擦区 会随之增大？
4、 试提出一种试验液体动压轴承的加载装置和摩擦系数测量装置的新方案。


实验四 动平衡实验
一、 实验目的
1、 掌握刚性转子动平衡的试验方法；
2、 初步了解动平衡试验机的工作原理及操作特点；
3、 了解动平衡精度的基本概念；
二、 实验设备和工具
1． 补偿质径积式动平衡机；
2． 试件；
3． 平衡质量（螺钉、螺母、橡皮泥等）；
4． 普通天平、量角器、活动扳手。
三、 基本原理
1、 刚性转子的平衡条件及平衡校正
所谓回转体的不平衡就是回转体的惯性主轴与回转轴不相一致；刚性转子的不平衡振动，是由于质量颁布的不均衡，使转子上爱到的所有离心惯性力的合力及所有惯性力偶矩之和不等于零引起的。如果设法修正转子的质量分布，保证转子旋转时的惯性主轴和旋转轴相一致，转子重心偏移重新回到转轴中心上来，消除由于质量偏心而产生的离心惯性力和惯性力偶矩，使转子的惯性力系达到平衡校正或叫做动平衡试验。
由力学可知，刚性转子处于动平衡的条件是：
Σpi = 0 ( i = 1, 2 , 3．．．)
Σmi = 0 ( i = 1, 2 , 3．．．)
即作用在转子上所有离心惯性力以及惯性力偶矩之和都等于零。
2、 刚性转子的平衡校正
转子的平衡校正工艺过程，包括两个方面的操作工艺：
(1)平衡测量
(2)平衡校
3、 刚性转子动平衡的精度
即使经过平衡的回转体也总会有残存的不平衡,故需对回转体规定出相应的平衡精度.各种回转体的平衡精度可根据平衡等级的要求,在有关的技术手册中查阅。
4、动平衡试验机的组成及其工作原理
动平衡试验机是用来测量转子不平衡量的大小和相角位置的精密设备。一般由机座部套，左右支承架，圈带驱动装置，计算机显示系统，传感器限位支架，光电头等部套组成，参见实物。
该试验机是硬支承平衡机。
根据刚性转子的动平衡原理，一个动不平衡的刚性转子总可以在与旋转轴线垂直而不与转子相重合的二个校正平面上减去或加上适当的质量来达到动平衡目的。为了精确、方便、迅速地测量转子的动不平衡，通常把力这一非电量的检测转换成电量的检测，本机用压电式力传感作为换能器，由于传感器是装在支承轴承处，故测量平面即位于支承平面上

，但转子的二个校正平面，根据各种转子的不同要求（如形状，校正手段等），一般选择在轴承以外的各个不同位置上，所以有必要把支承处测量到的不平衡力信号换算到二个校正平面上去，这可以利用静力学原理来实现。
四、实验步骤
1、平衡校测的准备工作
把机座的电缆分别连接到计算机主机箱后板的插座上，左右传感线分别连接到机座的左右传感上，检查无误后，再把电柜的电源插头插到220V50Hz的交流电源上，为防止触电事故和避免电磁波干扰，机座和计算机必须接地；按下计算机主机的电源开关，“POWER”指示灯点亮，仪器预热5－10分钟，用鼠标指向“动平衡机测试”图标，连击两下鼠标左键，计算机运行动平衡机测量系统程序；用鼠标指向“支承方式窗口”，选择对应的支承方式和配重要求；用鼠标指向命令窗口，选择“选择”按钮，屏幕显示一个参数表窗，可以在表中选定某种型号的电机，再选择“确定”按钮，则该型号电机的测量参数自动填入对应的参数窗口。
2、 机器标定

每测一种转子之前必须对机器进行一次标定，步骤如下：
(1) 松开左右支承架的固定螺钉，根据转子轴的长短拉好左右支承架的距离，将转子放上支承架，移动左右支承架使传动带处在转子铁芯中心下面，把固定螺钉拧紧，再根据转子的半径调节传动带的高低，调节后传动要保持水平。
(2) 按“启”按键，将机柜（开/关）打到“开”的位置（常开/自动）旋钮开关打到“常开”的位置，电动机拖动转子转动，调节变频器转速电位器，确定转子的测量转速，待转子旋转匀速后，将（常开/自动）拨到“自动”的位置，机器会停下来。
(3) 按“去重”按键，使旁边红色箭头指向去重状态。
(4) 将一已知重量加重块的重量分别输入到A、B窗口内，然后将此加重块放到左测量平面自定0度位置上，按电柜（起动）按钮，机器转动数秒后停下来，用鼠标按一下“左试重”按键，取下左面加重块，把它放到右测量平面自定0度位置上，按（起动）按钮，机器转动数秒后停下来，用鼠标按一下“右试重”按键，取下左面加重块，在左右都没有加重时按（起动）按钮，机器转动数秒后停下来，用鼠标按一下“零试重”按键，最后用鼠标按一下“标定”按键，机器完成标定。
3、 被测工件的测量与配重
（1）根据工件的配重要求（加重或去重）按“去重”或“加重”按键。

（2）选择合适的支撑形式，把工件放到支承架上或专用夹具上固定好，按（起动）按钮，机器运转，机柜门有（常开/自动）旋钮，当选择（自动）档时，机器运行几秒后会自动停止，同时锁定

各项数据，此时的各项数据就是测量的所需数据。如果不选择自动停机，打（常开）档，机器就不会停下来，当上述窗口显示的数值基本不跳动时，鼠标指向命令窗口，选择“启/停”按钮，则上述窗口显示的数值也会被锁定；

（3）按照上述窗口显示的数值，在两校正平面上的对应相位按配重要求配重，当每再按门上“起动”按钮时，上一次的测量数据会保存下来；

（4）重复2、3项，直到校测工件达到动平衡要求为止。工件在接近完全平衡时，其相角指示不太稳定，可以认为平衡已经完成，若凭试凑法亦可继续平衡，此时所得的平衡精度将比本机的标定值更高。

四、思考题

1、指出影响动平衡精度的一些因素。

2、哪些类型的试件需要进行动平衡实验？理论依据是什么？

3、试件经过动平衡后，是否还需要进行静平衡？

4、为什么工业上采用平衡机进行动平衡矫正，它有什么好处？