机械设计实验Word格式.docx
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（5）
以上各式中：
L1、L2分别为电动机、发电机上测力臂的长度；
、
分别为主动带轮、从动带轮的角速度；
n1、n2分别为主、从动带轮的转速（rpm）；
本实验台中L1=L2
所以
（6）
测出在不同载荷作用下的n1、n2，W1、W2即可按式（6）计算出相应的效率值
。
2．滑动系数的测定
根据滑动系数的计算公式
（7）
因为本实验台两带轮直径相等d1=d2
（8）
式中
为转速差。
为了计算滑动系数，需测出主动带轮和从动带轮的转速差。
因为载荷是逐步加入的，皮带由开始的不打滑到少许打滑，两带轮之间的转速差很小，此时需用测光轴漂移量的方法来测转速差。
如图1—3所示,电动机测速盘上，镶有一块磁钢，每转到舌簧管上方一次，舌簧管就闭合一次，使发电机侧的光轴亮一次。
若传动带不打滑，主动带轮与从动带轮转速相等，则每当磁钢转到舌簧管上方时，光轴都到达B2位置发亮一次，当带轮高速旋转（只要转速高于24转/秒）时，由于人眼的惰性，就回会感到B2位置保持着一根红色的光轴。
若传动带有少许打滑，每当磁钢到达舌簧管正上方时光轴都滞后于先前位置发光，给人的印象是光轴向后漂移。
只要测出一分钟内光轴向后漂移的圈数，就是转速差
在不同的载荷作用下，测出相应的n1和n2（或
），就可按式（8）计算出相应的滑动系数
图1—3光轴漂移量法转速差测量示意图
四、实验步骤
1．
熟悉实验台上电器箱控制面板；
2．将传动带套装在两带轮上，挂上砝码，使带轮张紧；
3．调整拉力计盘面，使指针对零。
将调压器指针调零；
4．按下总启动开关，绿灯亮；
5．按下电动机启动开关，转动调压器，使电动机电压平稳升至180~220V；
6．缓慢旋转激磁调节旋钮，随着激磁电流的增大，记录不同载荷下拉力计的相应读数W1和W2；
相应转速n1和n2（记录6——8个点），仔细观察被测皮带从弹性滑动到打滑的全过程；
7．打滑后迅速将激磁电流减小，使其卸载；
8．整理记录数据，计算滑动系数、机械效率，完成试验报告。
五、思考题
1．根据所作滑动曲线和效率曲线，可得出什么结论？
2．带传动的效率曲线和滑动系数与哪些因数有关？
六、实验报告
班级
姓名
学号
实验日期
成绩
1．测量结果及计算结果
项目
次数
W1（g）
W2（g）
n1
（rpm）
n2
（%）
1
2
3
4
5
6
7
8
2．绘制效率曲线和滑动曲线
实验八液体动压轴承实验
1、测绘动压轴承油膜压力周向分布曲线和轴向分布曲线；
2、测定动压轴承摩擦特性曲线。
1、液体动压轴承试验台；
2、座标纸、文具、计算器等；
三、实验台结构与工作原理
液体动压轴承试验台总体结构如图2—1。
图2——1液体动压轴承试验台总体结构示意图
试验轴承箱1通过联轴节与变速箱7相联，液压箱6安装于底座9内，调速电机控制器8可改变调速电机12的输出转速，溢流阀4控制加载腔压力表5，以调节油腔压力。
减压阀3控制轴承供油压力表2，调节供油压力。
10为油泵电机开关。
11为主电机开关。
试验轴承箱结构如图2—2所示。
图2——2试验轴承箱结构示意图
主轴2由滚动轴承及支座3支承。
实验轴承7空套在主轴2上，轴承内径d=60mm，有效长度L=60mm，在中间断面（有效长度1/2处的断面），沿周向开有7个测压孔，在1200内均匀分布，距中间断面1/4处（即距周向测压孔15mm处），在铅垂方向开有一个测压孔。
图中1为七只压力表与七个周向测压孔相联。
8为一只压力表与轴承测压孔相联，加载盖板4固定在箱体上，加载油腔在水平面上的投影面积为60cm2。
测力杆5装在轴承外圆左侧，环6与轴承中心距为150mm，轴承外圆上装有两平衡锤9，用以在轴承安装前做静平衡。
箱体左侧装有一重锤式拉力计，将拉力计上的吊钩与6联接即可测得摩擦力距。
1．测绘油膜压力分布曲线；
A、接通电源，启动油泵，调节溢流阀，使加载油腔压力在1kg/cm2以下；
B、置变速手柄于低档（左侧），调节控制器旋扭，使转速指针在最低位置；
C、开主电机，调节控制器旋扭，使指针读数在100~200rpm之间，然后将变速手柄置于高速档，逐渐增加至1000rpm左右；
D、加载、调节溢流阀手柄，将加载供油压力调到p0=4kg/cm2，此时，载荷w=p0（kg/cm）×
60（cm2）+8（kg）（8kg为轴承自重），待各压力表数值稳定后自左向右依次记下1~7和8压力表上的读数；
E、作周向油膜分布曲线
（a）（b）
图2——3油膜分布曲线
如图2—3a所示，作一圆取其直径为轴承内径d=60mm，在圆周上定出7只压力表所接油孔的位置，通过这些点在半径延长方向以一定的比例量出所测相应压力表读数值，将各压力向量末端连成一光滑的曲线，即轴承中间断面的油膜压力分布曲线；
F、根据油膜压力周向分布曲线求得轴承中间断面上的平均单位压力pm，如图2—3a将圆周上1、2……7各点投影到一水平线上，在相应点的垂线上画出对应的压力值，将其端点1ˊ、2ˊ………7ˊ连成一光滑的曲线，求出此曲线所围成的面积（可数方格近似求出），取pm值，使其所围成的面积与所求面积相等。
pm即为轴承中间断面的平均单位压力。
G、作轴向油膜压力分布曲线
如图2—3b所示，作一水平线，取其长度为轴承有效长度L=60mm，在中点垂线上按一定比例尺画出该点压力p4（压力表4的读数），在距二端L/4=15mm处，沿垂线方向各画压力p8（压力表8的读数），轴承两端压力均为0，将0、8、4、8、0五点连成一光滑的曲线，此即轴承油膜压力轴向分布曲线。
用前述方法可求其平均压力pa。
2．测定轴承摩擦特性曲线
A、在上述载荷条件下（p0=4kg/cm，主轴转速1000rpm），将拉力计吊钩联接在轴承测力杆顶端吊环上；
B、放下挡块，观察拉力计读数，待读数稳定后，记录读数值。
然后依次将主轴转速调至800、600、400、200、100、50、20rpm，分别记录每个转速下拉力计的相应读数。
C、测定加载油箱的回油温度，作为回油温度t进。
D、
计算各转速下轴承特性值λ及摩擦系数f，计算公式如下：
式中：
F—拉力计读数
W—载荷（W=P0×
60+8）
L—力臂L=150mm
d—轴承直径d=60mm
式中：
η—润滑油动力粘度（pa.s），可查表或实测。
n—主轴转速（rpm）
P—轴承比压（N/mm2）
式中：
P0=4kg/cm2时，P=0.689
P0=2kg/cm2时，P=0.356
根据计算作f～λ特性曲线。
E、改变载荷，将加载油膜压力调到2kg/cm2，重复上述实验，将所测f~λ曲线与前一次相比较（两条曲线应重合，说明f仅与λ有关）。
1．油膜压力分布曲线会随转速改变，为什么？
2．摩擦系数会随转速改变，为什么？
3．哪些因素会引起摩擦系数的测定误差？
六、实验步骤
1．测定轴承油膜压力分布曲线：
a、测定数据
P0
n
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
表中：
P0—加载油腔压力（kg/cm2）
n—主轴转速（rpm）
P1—P7—测油膜周向压力分布的各压力表读数（kg/cm2）
P4、P8—测油膜轴向压力分布的各压力表读数（kg/cm2）
b、作轴承油膜压力分布曲线
周向油膜压力分布
轴向油膜压力分布
2．测定轴承特性曲线
ａ、测算数据
n（rpm）
P0=4kg/cm2（W=248kg）
P0=2kg/cm2（W=128kg）
F（g）
f×
10-3
λ
1000
800
600
400
200
100
70
40
20
10
表中：
F—拉力计读数（g）；
f—摩擦系数f=5F/W
λ—轴承特性值
η—润滑油动力粘度（Pa），查表得知；
n—主轴转速（rpm）；
P—轴承比压（N/mm2）。
b、轴承特性曲线
附图2（10#机油）
实验九齿轮传动效率实验
1．了解机械传动效率的测试原理；
2．测定齿轮减速器的传动功率和传动效率；
3．了解封闭式加载原理。
1．齿轮效率实验台；
2．砝码；
3．座标纸、文具、计算器等。
1．封闭式加载原理
图3—1表示一封闭式加载系统。
电机功率通过联轴器1传到齿轮2，再传动齿轮3及同一轴上的齿轮6，齿轮6传动齿轮5。
齿轮5的轴与齿轮2的轴间以一只特联轴器和加载器相联接。
设齿轮Z3=Z6；
Z2=Z5；
齿轮5的转速为n5（rpm），扭矩为M5（N·
m），则齿轮5处的功率为：
若齿轮2、5的轴不作封闭联结，则电机功率为
η为传动系统效率。
而当封闭加载时，在M5不变的情况下，齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力而形成封闭力矩M4，其封闭功率为：
此功率不需全部由电机提供，电机提供功率仅为：
（Kw）。
由此可见，N1<
<
Nm，若η≈95%，则封闭式加载的电机功率消耗N1仅约为开放式加载的电机功率消耗Nm的1/20。
2．效率计算
要计算效率，应先决定被测齿轮2处于主动还是被动。
在齿轮传动中，主动轮的转向与轮齿啮合的作用力矩方向相反，而从动轮的转向与轮齿啮合作用力力矩的方向相同。
如图3——1所示，由电机联轴器1决定的方向与齿轮2所受力矩的方向相反。
齿轮2为主动轮。
设齿轮2、3间的传动效率为η2·
3，齿轮6、5间的传动效率为η6·
5（均含支承轴承效率及搅油损失，以便计算）。
图3——1封闭加载系统示意图
则电机提供的功率为
所以电机力矩为
N4——封闭功率；
M4——封闭力矩；
设η2.3=η6.5=η；
η——平均效率；
则
若电机转动方向与图3—1中所示的由联轴器力矩1表示的方向相反（本实验所用的试验台便是这种情况）。
砝码形成的负载将保持啮合表面不变。
从齿轮2的转向来判断，转向与所受轮齿啮合力的力矩方向相同、齿轮2即为被动轮。
而齿轮3和5成为主动轮。
功率流的方向变为齿轮5→6→3→2。
此时功率流功率N4大于传出的功率，则电机供给的摩擦功率为：
则平均效率为
3．试验台结构
图3—2为实验台结构示意图
1—功耗电机；
2—重垂式测力机；
3—两套传动比相同的齿轮减速器，通过联轴器和加载器组成封闭加载回路；
4—加载器；
5—机架；
6—电器控制箱。
若测力计读数为f（kg·
f），则功耗力矩
L—则力杆的力臂长，本实验台L=195mm，所以：
图3——2实验台结构示意图
减速器齿轮采用的是法面模数mn=2的螺旋齿轮，齿轮箱传递的最大功率约7kW，当转速为960rpm时承受力矩可达70（N·
m）。
加载器采用了螺旋槽加载结构。
如图3—3所示。
其螺旋角β=11.140，当砝码的重量G（Kgf）经动滑轮2施加于滑架3时，滑架即在滑轨4上移动。
由于螺旋槽的作用，此时销轴5不动，而槽体旋转，带动轴6旋转而产生加载力，加载受力情况如图3—3所示。
Q为螺旋槽压在销轴上的载荷，其分力Qˊ与加载砝码重量相平衡，即Qˊ=2G，分力Q＂则为圆周方向的力，它乘以作用半径ｒ即为作用在封闭系统的封闭力矩ＭＢ。
此时的封闭力矩为
r—轴6的半径，本试验台r=21.5mm，
则:
MB=2.14G（N·
m）
图3——3螺旋槽加载系统结构示意图
四、实验步骤：
1．脱开测力计挂钩并调零；
2．卸去所有砝码，使加载器销轴处于轴向移动起点附近约2~5mm；
3．手扶测力杆，启动电机，空载运转一分钟；
4．将测力杆挂上测力计挂钩，读出空载下测力计示值；
5．逐步加载，每次加载后运转五分钟左右，待机器运转平稳，记录砝码重及测力计读数；
6．停机，整理实验数据，作出M1—MB和η—MB曲线。
1．M1与MB基本为直线关系，为什么MB与η为曲线关系？
2．油温对传动效率将有何影响？
实验日期
1．测试数据及计算结果
序号
加载
功耗
η（%）
G
MB
f
M1
9
10
11
12
G—加载砝码重（kgf）；
MB—加载砝码产生的力矩，MB=2.14G（N·
m）；
ｆ—拉力计读数（gf）；
Ｍ１—功耗力矩；
η—齿轮传动效率；
（电机转动方向使砝码下落时）
（电机转动方向使砝码上升时）
２．实测曲线
a、 ＭＢ—Ｍ１曲线
ｂ、ＭＢ—η曲线
实验十减速器的结构分析
一、目的
1、了解各种常用减速器的基本结构和用途；
2、了解减速器各部份的结构特点，分析其结构的工艺性；
3、了解各部份之间的比例关系。
二、设备和工具
1、各种类型的减速器；
2、活动搬手、钢尺、启子等。
三、步骤
1．考察各种减速器的外型特点，它有哪些箱体附件，主动轴、从动轴的外伸端如何与联轴器相联？
2．打开箱盖，观察讨论：
（1）轴、齿轮轴的结构，轴上零件的固定方法，挡圈的形状、材料和作用；
轴承的固定、调整与密封。
（2）齿轮及蜗轮、蜗杆的结构、装配方法、可采用的材料、制造方法。
（3）润滑装置：
齿轮、蜗轮及轴承的润滑方式，放油孔的位置，油塞、油面批示器的形式。
（4）箱体结构：
窥视孔、透气孔、盘的作用和位置，定位销的作用和位置，吊环螺钉，螺栓凸台的位置、壁厚、铸造工艺等。
3．用钢尺估计减速器的主要尺寸及参数，如中心距、模数、轴径、壁厚、齿宽系数、齿轮与箱壁间的间隙，油池深度、流动轴承型号等。
4．分析安装顺序及轴承组合的调整，将减速器复原。
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