机械结构认识和性能测试.ppt

第九章 机械结构认识和性能测试,9-1 零件测绘的方法和步骤,一 实验目的1.了解轴类、盘类零件的基本结构；2.了解与学会通用量具使用的基本技能；3.熟练掌握徒手测绘零件草图的基本技能；4.熟练应用Auto CAD绘制零件图的能力。二 实验内容与要求1.了解实验用轴类、盘类零件的结构、用途及加工工艺；2.正确掌握徒手测绘零件草图的基本技能，根据给定轴类、盘类零件的实物，徒手 正确地绘制出二五个零件的草图；3.根据被测零件的每段形状与结构，选择合适的量具测量其相应尺寸；4.除公差与配合外，正确标注零件草图的名义尺寸；5.根据徒手测绘零件草图，能正确应用Auto CAD绘制出相应的二五个完整的零件图（除公差与配合外）；6.本实验应与2-1通用量具的认识一章节实验内容一起复习及使用，了解通用量具 的认识与使用。三 实验用工具及量具1.若干个被测轴类零件、盘类零件；2.游标卡尺（普通、数显、带表），外径千分尺（分厘卡），内径千分尺，万能角 尺，深度卡尺，孔距游标卡尺，半径规，实验用平台等。,四 零件测绘的方法和步骤 零件测绘是根据实际零件画出它的结构图形，测量出它的相应尺寸和制订出它的技术要求。测绘时，首先画出零件草图即徒手图，然后根据零件草图画出零件工作图，为设计机器、修配零件和准备配件创造条件。因此，工程技术人员必须具备徒手绘图的能力1徒手测绘零件草图的方法和步骤(1)徒手绘图前，先了解该零件的名称、用途、材 料，并对零件进行结构分析；(2)根据被测零件的形状与结构，选择合理的视图方 向与数量、剖面位置等；(3)在草图合适的位置上，先画出零件各视图的基准 线、中心线,请见图9-1a；(4)从左至右绘制被测零件的轮廓图，详细地画出零 件的外部及内部的结构形状,请见图9-1b；(5)根据被测零件的每段形状与结构，选择相应的量 具测量其相应尺寸；(6)在各视图相应的结构图形部位上，正确标注测量 尺寸；(7)除公差与配合外，完成徒手测绘零件草图；(8)将被测零件与测绘零件草图比较，检查尺寸是否 完整、遗漏。2Auto CAD绘制零件图的方法和步骤(1)首先建立不同类型的层，例如粗实线、剖面线、细实线、中心线、虚线、尺寸线等层，并相应设置为白色、黄色、蓝色、红色、绿色、粉红色等颜色；(2)根据徒手测绘的零件草图，应用Auto CAD正确绘 制出其零件图；(3)除公差与配合外，应完成完整的CAD零件图（A4图 纸）(4)应用Auto CAD绘制的零件图，它的结构形状与尺 寸应与徒手测绘的零件草图一致。,图9-1a,图9-1b图9-1 离合滑块零件测绘示意图,五 注意事项1.请按照每个桌上给定的被测零件与通用量具，进行相应的零件草图测绘实 验工作；2.每个桌上给定的被测零件与通用量具不能与其它桌上给定的零件与通用量 具对换，以免影响本实验正常进行；3.在实验过程中，请按规定操作，正确使用量具与绘制零件草图；4.爱护实验设备与量具，完成零件测绘实验后，应检查一下被测零件与量具 是否有遗漏，保证被测零件与量具完好无缺；5.测绘完成后，将被测零件与量具擦干净，清点后放入工具箱，交与指导教 师核实认可后，方可结束本实验项目，离开实验室。六 思考题1.为什么测量零件直径要用不同规格的千分尺？2.零件外径可用哪几种量具测量？3.零件外表面轴向尺寸可用哪几种量具测量？4.零件内径可用哪几种量具测量？5.零件内沟槽内径可用哪几种量具测量？6.零件内孔轴向尺寸（深度）可用哪几种量具测量？7.零件表面角度用何量具测量？使用时应注意什么？8.零件表面圆弧用何量具测量？,9-2 机械设计现场教学,一 实验目的 1通过观察了解机械零、部件的类型和结构，掌握其特点和应用；2了解机械零件的工作原理，为深入理解与学习机械设计理论知识打 好基础；3通过观察机械零件的失效形式，掌握机械设计的基本准则。二 实验内容与要求（一）带传动 1.实验内容 1.1 认识各种带传动的类型及特点；1.2 了解各种带的结构特点（剖面、截型、长度等）；1.3 了解V带传动的张紧方法；1.4 了解V带轮的结构。2.实验要求 2.1 了解各种带传动的特点及其应用范围；2.2 仔细观察平带、V带、同步齿形带的剖面，了解它们的构造；2.3 观察各种V带轮的轮缘、轮辐和轮毂的形状；2.4 仔细观察滑道式张紧装置、摆架式张紧装置、自动张紧装置和张紧 轮装置的结构特点。,（二）齿轮传动1.实验内容1.1 了解齿轮传动类型；1.2 了解齿轮啮合时的受力方向；1.3 了解齿轮轮齿的各种失效形式；1.4 了解各种齿轮的结构形式；1.5 了解加工齿轮的原理、方法及刀具；1.6 了解常用齿轮材料。2.实验要求2.1 观察齿轮传动的各种形式，了解齿轮轴线间的相互位置、装配要求及其 啮合情况；2.2 掌握正确判断齿轮所受啮合力的方向及力的分解；2.3 观察齿轮各种失效形式的外部特征及其损坏的部位；2.4 观察各种齿轮的孔、轮毂、轮辐、轮缘的形式，观察齿轮轴的形式；2.5 了解仿形法和范成法加工齿轮所用的刀具及这两种加工方法的特点与适 用场合。,(三)蜗杆传动1.实验内容1.1 了解蜗杆传动形式；1.2 了解蜗杆、蜗轮参数、常用材料及其结构形式；1.3 了解蜗轮轮齿、蜗杆轮齿的各种失效形式；1.4 了解蜗杆传动自锁现象及其特点。2.实验要求2.1 观察蜗杆传动的传动形式，了解蜗杆轴线与蜗轮轴线的相互位置；2.2 当蜗杆主动时，观察蜗轮的转向与蜗杆螺旋线方向、蜗杆轴转向间的关 系，并利用左、右手定则准确判断受力方向；2.3 仔细观察主平面上蜗杆齿形与蜗轮齿形以及相互啮合情况；2.4 观察蜗轮结构，对组合式蜗轮仔细了解其轮缘与轮芯的材料及联接形式2.5 在蜗杆传动中当蜗轮主动时，有时会产生自锁现象，产生自锁的条件是 什么？,（四）轴1.实验内容1.1 通过实物观察，了解轴的类型；1.2 了解轴的结构设计时应考虑的主要问题；1.3 了解轴的结构工艺性；1.4 了解轴的失效形式。2.实验要求2.1 仔细观察轴的外形，了解光轴、阶梯轴、曲轴、软轴及特殊用途的 轴如凸轮轴、偏心轴等；2.2 了解回转零件在轴上的定位方法和它们各自的特点，如何根据具体 情况选择轴向和周向定位方式；2.3 了解轴上开螺纹退刀槽和砂轮越程槽的作用,（五）联轴器与离合器1.实验内容1.1 了解常用联轴器的结构和工作原理；1.2 了解常用离合器的结构和工作原理。2.实验要求2.1 仔细观察刚性固定式联轴器的几种结构形式、性能特点及使用场合2.2 仔细观察刚性可移式联轴器的几种结构形式、性能特点及使用场合2.3 仔细观察弹性可移式联轴器的几种结构形式、性能特点及使用场合2.4 仔细观察牙嵌式离合器的牙齿形状、性能特点；2.5 仔细观察多盘式摩擦离合器结构特点。,（六）滚动轴承1.实验内容1.1 掌握滚动轴承各组成部分的名称、结构和应用特点；1.2 了解滚动轴承的基本类型及其在承载能力、自动调心、极限转速、内外圈结 构、间隙调整等方面的特点；1.3 熟悉并掌握滚动轴承代号所表示的含义；1.4 了解滚动轴承主要失效形式及其产生的原因；1.5 了解滚动轴承外圈与座孔的配合以及相应的固定方法，了解滚动轴承内圈与 轴的配合以及相应的固定方法；1.6 了解并掌握滚动轴承组合设计的内容、组合形式与要求；1.7 了解滚动轴承组合设计中常用的密封形式。2.实验要求2.1 观察深沟球轴承的组成部分名称和形状，观察滚动轴承内圈旋转外圈固定和 外圈旋转内圈固定的两种情况不同点；2.2 仔细观察1、2、3、5、6、7、N、NA类轴承内、外圈滚道及滚动体的形状，了解它们承受载荷大小、方向，内、外圈是否可分离，是否能自动调心等；2.3 熟悉各种轴承的类型代号、尺寸代号、直径系列代号的表示方法及含义；2.4 观察轴承内圈在轴上的固定方式以及设计时应注意的要点，观察轴承外圈在 座孔中的固定方式以及设计时应注意的要点，观察并分析轴相对于机架是否 有轴向定位；2.5 观察各种密封装置，并注意它们的应用场合、适用范围和结构特点。,（七）滑动轴承1.实验内容1.1 了解整体式径向滑动轴承和对开式径向滑动轴承的结构特点和应用范围；1.2 了解轴套及轴瓦上油沟的位置及形式；1.3 了解轴套、轴瓦材料及滑动轴承的失效形式；1.4 了解流体动力润滑滑动轴承液体润滑原理;1.5 了解圆柱、椭圆、多油楔、可倾瓦轴承孔的结构特点；1.6 了解自动调心轴承结构特点；1.7 了解静压轴承结构及组成。2.实验要求2.1 仔细观察有轴套和无轴套整体式滑动轴承的结构，并了解它们是如何固定在 轴承座上的？轴套又是如何固定在轴承孔中的？如何加润滑剂的？2.2 仔细观察对开式滑动轴承由几部分组成，轴瓦在轴承座上的轴向及周向采用 哪些方式进行固定？2.3 仔细观察油孔及油沟位置及其各种形状；2.4 了解轴瓦常用材料的主要性能要求，观察常用轴瓦材料；2.5 观察滑动轴承常见失效形式，掌握其外部特征；2.6 着重了解形成液体动压润滑的原理和条件；2.7 了解椭圆、多油楔、可倾瓦轴承动压特性、应用场合；2.7 了解静压轴承工作原理和条件。,（八）螺纹联接1.实验内容1.1 认识常用螺纹类型及相应的螺纹联接件，能区分它们的应用场合；1.2 了解螺纹联接的合理结构和防松方法；1.3 了解各种螺纹联接件在工作中的受力情况。2.实验要求2.1 注意观察并比较基本螺纹联接中所使用的螺栓、双头螺柱、螺钉及 紧定螺钉等在长度、装拆方法、被联接件厚度及孔加工要求上有何 不同？2.2 仔细观察螺纹联接的螺纹孔中的螺纹深度，支承面形状和扳手空间 等；2.3 了解双螺母防松、弹簧垫圈防松的工作原理。,（九）键、花键、销联接1.实验内容1.1 了解键、花键及销联接的类型、作用和应用场合。2.实验要求2.1 仔细观察平键、半圆键、导向平键的结构和装配方法，了解键、槽 的工作面，并思考轮毂、轴上键槽是如何加工的？2.2 仔细观察各种花键联接的结构和装配方法，有哪几种定心方式？如 何应用？轮毂与轴上键槽是如何加工的？,（十）弹簧1.实验内容1.1 了解弹簧的基本类型；1.2 了解弹簧的基本结构；1.3 了解弹簧的主要失效形式。2.实验要求2.1 弹簧按受载不同可分为哪几种？按形状不同又可分为哪几种？2.2 弹簧的功用可归纳为哪几种？各适合于哪几种弹簧？2.3 仔细观察弹簧失效后断面形状，并与受载情况相联系。,三 思考题1.平带、V带、同步齿形带传动各有什么特点？它们各自用于何种场合？有哪些张紧方法？特 点如何？2.窄V带与同厚度的普通V带相比，其宽度较小而承载能力较大，为什么？3.当齿轮根圆直径与轴径接近时，为什么要将齿轮与轴做成一体？4.为什么蜗杆多为蜗杆轴的结构形式，而蜗轮多为组合结构形式？5.为什么两配对齿轮都可用钢制造，而蜗杆、蜗轮却不能都用钢制造？6.在蜗杆传动中，为什么只有当蜗轮主动时才会产生自锁，而蜗杆主动时，则不会发生自锁？7.心轴、转轴、传动轴的受载特点是什么？受载截面上的应力分布如何？8.相同直径的空心轴与实心轴比较，其刚度是增加了还是减低了，为什么？9.判断自行车轴、汽车传动轴、行车传动轴、钻床主轴、火车轮轴、减速器轴各属于什么类型 的轴？10.刚性可移式联轴器依靠什么补偿两轴位置偏斜？11.弹性可移式联轴器依靠什么补偿两轴位置偏斜和吸振缓冲？12.多盘式摩擦离合器的盘数越多越好吗？13.一般情况下球轴承比滚子轴承的极限转速高而承载能力却比滚子轴承低，为什么？14.哪些类型的轴承可以自动调心？为什么能自动调心？15.推力轴承两座圈孔径是否相同？哪个装在轴上？哪个放在座孔内？它为什么不能承受径向 载荷？为什么不宜用于高速？16.为什么剖分式滑动轴承的剖分面上做成台阶？17.为什么轴瓦在轴承孔中必须要有轴向和周向定位？18.轴瓦上为什么要开油沟？如何开设？19.为什么被联接件上常做有凸台或鱼眼坑？什么是扳手空间？20.为什么要防松？常见的防松原理及防松装置有几种？22.普通螺纹联接中，当受有横向载荷时，可采用哪些卸载方式？23.平键联接和花键联接工作时，力是如何从轮毂传递给轴的？在平键和花键哪些部位产生应力 24.为什么说花键联接的对中性能好，承载能力大？花键联接起导向作用吗？,9-3 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；2.观察带传动中的弹性滑动和打滑现象；3.掌握带传动中转矩和转速的基本测定方法；4.绘制带传动的滑动曲线及效率曲线。二 实验内容与要求 1.了解带传动在不同的初拉力、不同的转速下的载荷与滑动率、载荷与效率的关系；掌握带传动中转矩和转速的基本测定方法；并绘制其滑动曲线及效率曲线。2.利用RS232串行线，将实验装置与PC机直接连通。随带传动负载逐级增加，计算机根据专用软件自动进行数据处理与分析，并输出滑动曲线、效率曲线和所有实验数据。,三 实验台结构和工作原理 本实验台机械部分主要由两台直流电机组成，左边一台是直流电动机，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的直流发电机。（见图9-2）直流发电机的输出电压通过面板上的“加载”按键控制电子开关，逐级接通并联的负载电阻（如图93所示），使发电机的输出功率逐级增加，也即改变了皮带传送的功率大小，使主动直流电动机的负载功率逐级增加。两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器，传感器输出的电信号正比于T1T2的原始信号，两台电机的转速传感器（红外光电传感器）分别装在带轮背后的环形槽中，通过电测箱，就能实时显示T1、T2、n1、n2。原动机的机座设计成浮动结构，与牵引绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力机构，改变砝码大小就可改变预拉力F0。,图93直流发电机加载示意图,1从动直流发电机 2从动带轮 3传动带 4主动带轮；5主动直流发电机 6牵引绳 7滑轮 8砝码；9、拉簧；10、浮动支座；11、拉力传感器；12、固定支座；13、电测箱；14、标定杆图92实验台机械结构简图,本实验台的电测系统装在实验台的电测箱内，如图9-4所示。附设单片机，承担数据采集、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。能实时显示带传动过程中主动轮转速，转矩和从动轮的转速、转矩值。如通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并打印输出带传动的滑动曲线及效率曲线和有关数据。,带传动机构,主、从动轮转距传感器,主、从动轮转速传感器,单片微计算机,主、从动轮转距显示,主、从动轮转速显示,输出接口,微机接口,微计算机,CRT显示,打印机,图94实验系统组成框图,四 基本参数测定方法1滑差率测定 带传动工作时，带受到拉力会产生弹性变形，由于紧边和松边的拉力不同，因而弹性变形也不同，造成从动带轮圆周速度v2低于主动带轮速度v1，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑差率，用表示。（v1-v2）/v1100(d1n1d2n2)/d1n1 100%当主动轮直径与从动轮直径相等时,即d1d2时，则(n1-n2)/n 100%2.带传动效率测定 带传动工作时，由于弹性滑动的影响，造成带的摩擦发热和带的磨损，也使传动效率降低。带传动效率实验是在预定带的圆周速度v值、预紧力F0值条件下，工作载荷从小到大过程中，效率的变化状况。根据公式 P1(T1N1)/9550，P2(T2N2)/9550式中 P1、P2为输入、输出功率，单位为kW;T1、T2为输入、输出转矩，单位为N.m;N1、N2为输入、输出转速，单位为r/min.效率值可表示为 P2/P1(T2N2)/(T1N1)100%,五 实验操作步骤 1人工记录操作方法（1）设置预拉力F0 不同型号传动带需在不同预拉力F0的条件下进行试验，也可对同一型号传动带，采用不同的预拉力，试验不同预拉力对传动性能的影响。如果想改变预拉力，只需改变图92中砝码8的大小。（2）接通电源 先将电机调速旋钮逆时针转到底，使开关“断开”，然后再按电源开关 接通电源。按一下“清零”键，此时主、被动轮电机转速显示窗为“0”，转矩显示窗为“.”,系统处于自动校零状态,校零结束后,转矩窗显示为“0”。将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”，慢慢调速，直至主动电机转速达到了预定转速为至。（建议预定转速为12001300转/分左右）。此时，从动电机转速也将显示在显示屏上。,（3）加载 空载时,记录主、被动轮转矩与转速。按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，使用细调旋钮调整主电机转 速，使其保持在预定转速内，待显示稳定后（一般显示器跳动23 次即可达稳定值），记下主、被动轮的转速与转矩值。再按（加载）键一次，第二个加载灯亮，再用细调旋钮调整主电机 转速，仍保持预定转速，待稳定后再记下转速与转矩值。再按（加载）键，重复以上操作，直至7个加载指示灯亮，记下8组 数据。然后改变初拉力，按上述程序重复操作一遍。将电机粗调、细调旋钮逆时针转至“关断”状态，再按“清零”键，显示 指示灯全部熄灭，机构处于关断状态，等待下次实验或关闭电源。（4）根据8组数据计算、值并绘制带传动滑动曲线T2及效率 曲线T2。注：a.在每次加载过程中，应始终使主动电机转速基本保持在预定转速 左右。b.为便于记录数据,在实验台的面板上设有“保持”键，每次加载数据 基本稳定后，按“保持”键可使转矩、转速稳定在当时的显示值不 变。按任意键，可脱离“保持”状态。,2.计算机接口操作方法(1)连接RS232通讯线 在带传动实验台后板上设有RS232串行接口，可通过所附的通讯线直接和计算机相连，组成带传动实验系统。如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯线连接到计算机，然后用双端插头电话线，将带传动实验台连接到多机通讯转换器的任一个输入口。(2)启动机械教学综合实验系统 在图526主界面右上角串口选择框中选择相应串口号（COM1或COM2）。在主界面左边的实验项目框中点击“带传动键”。在图95界面中，点击“串口选择键”正确选择（COM1或COM2）。点击“数据采集键”等待数据输入。,图95带传动实验台主窗体,（3）数据采集及分析将实验台粗调速电位器逆时针转到底，使开关断开，细调电位器也逆时针旋到底。打开实验台电源，按“清零”键，几秒钟后，数码管显示“0”，自动校零完成。顺时针转动粗电位器，并使主动轮稳定在工作转速（一般取12001300r/min左右），按下“加载”键再调整主动转速（用细调电位器）使其仍保持在工作转速范围内，待转速稳定后再按“加载”键，以此往复，直至实验台面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888”，表明所采数据已全部送入计算机。计算机屏幕将显示所采集的八组主、被动轮的转速和转矩值。此时应将电机粗、细调速电位器逆时针转到底，使“开关”断开。移动鼠标，选择“数据分析”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。如图96所示。移动鼠标至“打印功能”，打印机将打印实验曲线和数据。六 思考题1弹性滑动产生的原因是什么？2皮带打滑产生的原因是什么？对传动有何影响？,图96实验结果示例,9-4 螺栓组受力分析实验,一 实验目的通过实验了解螺栓组受倾覆力矩时每个螺栓的受力分布情况。二 实验内容与要求1.了解螺栓组联接试验台的结构与操作；2.测定受倾覆力矩的螺栓组联接中每个螺栓所受的工作拉力，画出螺栓的受力变形图，并与理 论计算结果进行比较。三 实验设备及原理 目前实验用的螺栓组联接试验台种类较多，图9-7是其中螺栓组联接试验台之一（LST-II），它们的工作原理和结构基本相同。螺栓组联接是由二行各五个螺栓分布在支架14上与机座11联接而成。加载装置由两级杠杆12、13组成，其杆长之比均为1：10，则总杠杆比值为1：100倍，即加载砝码16通过二级杠杆作用在螺栓组连接支架上的力就增大100倍。螺栓组的受力变形，通过应变仪检测螺栓上的电阻应边片15的伸长量得到。,1，2，-试验螺栓；11-机座；12-二级杠杆；13-一级杠杆；14-支架；15-电阻应变片；16-加载砝码图9-7 LST-型螺栓组联接试验台结构示意图,试验时，砝码16加上后。支架14与机座11的联接接合面受到一个横向载荷和倾覆力矩的联合作用。倾覆力矩为：（9-1）O-O左侧螺栓受到工作拉力作用：（9-2）（9-3）螺栓的受力是通过贴在螺栓中段上的电阻应变片15的变形并借助电阻应变仪而测得，电阻应变仪的测量原理见3-4。所以螺栓所受的工作拉力为：（9-4）式中：E螺栓材料的弹性模量，对于钢E=2.1 MPa；d被测螺栓直径，mm；应变量；被测螺栓处的拉应力,MPa。,四 实验操作步骤1.首先将各被测螺栓上的电阻应变片两端引线与电阻应变仪的预调平衡 箱输入端相连接；2.检查试验台各部分与仪器是否正常，电阻应变仪各部分连线是否正常3.接通电源并预热后，调整电阻应变仪，将选择开关转到“静”，用小型 螺丝刀调整指针到零位，使得应变仪的电阻平衡。然后将选择开关转 到“预”，再用螺丝刀调整指针到零位，使得预调平衡箱上的电容平 衡。用这种方法对每一个螺栓测量点在“静”、“预”之间反复调整数次 后，电桥即可达到平衡状态；4.逐一均匀地拧紧各螺栓，使每个螺栓具有相同的预紧初拉力和初应变5.对螺栓组联接进行加载，在电阻应变仪上测量出每个螺栓的相应应变 量，如此重复三次测量，计算出平均应变量和平均应力。,9-5 机械传动效率测定实验,一 实验目的1.了解封闭式齿轮传动实验台的结构；2.掌握封闭式齿轮传动试验的原理、特点，及测定齿轮传动效率的方法。二 实验内容与要求 测试封闭式齿轮实验台在不同载荷、不同转速下的传动效率，绘制或输出T1-T9关系曲线及T9曲线。其中T1为电机输出扭矩，T9为封闭扭矩，为齿 轮传动效率。三 实验台主要技术参数、结构与特点1.技术参数试验齿轮模数 m2mm 齿数 Z1Z2Z3Z438 速比i1直流电机额定功率 P300W 直流电机转速n0-1100r/min最大封闭扭矩T15Nm 最大封闭功率P1.5KW,2.实验台结构 实验台主要有定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、联轴器等组成一个封闭的机械系统。（见图98）电机采用外壳悬挂结构，通过联轴器与齿轮相连。与电机悬臂相连的转矩传感器把电机转矩信号送入电测箱，电机转速由霍耳传感器测出，送入电测箱，在数码显示器上直接读出转矩与转速值。3实验台特点齿轮封闭试验台最大的优点是省能源，该功率流的大小，决定于加载力矩的大小和扭力轴的转速，而不是决定电机，电机提供的功率仅为封闭传动中摩擦损耗的功率，而这种功率一般只有总功率的510，因此，可大大节省能源，实现用小功率能耗作大功率齿轮箱试验，这在现代工业发展中显得尤为重要。,1、悬挂电机；2、转矩传感器；3、浮动联轴器；4、霍耳传感器；5、定轴齿轮副；6、刚性联轴器；7、悬挂齿轮箱；8、砝码；9、悬挂齿轮副；10、扭力轴；11、万向联轴器；12、永久磁钢图98齿轮实验台结构简图,四 工作原理及基本参数测定方法1.封闭功率流方向的确定 试验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T9作用于齿轮9（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T9（其方向也是顺时针，如忽略摩擦，T9T9）。当电机顺时针方向以角速度转动时，T9与方向相同，T9与方向相反，故这时齿轮9为主动轮，T9为从动轮，同理齿轮5主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图98所示，其大小为：P9T9N9/9550=P9（KW）该功率的大小决定于加载力矩和扭力轴的的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中的损耗功率，即：P1=P9-P9总 故总（P9-P1）/P9=（T9-T1）/T9 单对齿轮,2.封闭力矩T9的确定 取实验台的浮动齿轮箱为独立体,其上除了悬臂挂重W以外，两扭轴断割处作用有扭矩T9、T9，由于本试验台传动比为1，故T9T9T，根据独立体的平衡原理，外力对O2取矩，如图99所示得：T9T92TWL T=T9=T9 W所加砝码重力（N）L加载杠杆长度 L0.3m,图99 封闭试验台悬臂挂重的计量关系,五 实验操作步骤1.人工记录操作方法接通电源前，先将电机调速旋钮转至最低速“0速”位置。然后按电源开 关，接通电源。按“清零键”，此时输出转速显示为“0”，输出转距显示为“.”,实验系统处 于“自动校零”状态，校零结束后，转距显示为“0”。再将调速旋钮顺时针旋转，慢慢增速，一般实验转速调到300800转/分为宜。在砝码篮上加第一个砝码，观察输出转速及转矩值，待显示稳定（一 般加载后转矩跳动23次即可达稳定值）后，按一下“保持键”，记录该 组数值，然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状 态，表示第一次加载结束。在砝码篮上加上第二个砝码，重复上述操作，直至加上八个砝码，八 个指示灯亮，转速与转矩显示器分别显示“8888”，表示一次实验结束。改变转速或转矩，重复上面4，5的操作。将电机转速调至零，关闭实验台电源。根据所记录下的八组数据计算出齿轮传动效率；绘制T9曲线及 T1T9曲线。注意：在加载过程中，应始终使电机转速基本保持在预定转速左右。,2.与计算机接口实验方法连接RS232通讯线在齿轮传动实验台电测箱后板上设有RS-232接口,通过通讯连接线和计算机相连,组成智能齿轮传动实验系统。在关电源的状态下将随机携带的串行通讯连接线的一端接到实验台电测箱的RS232接口，另一端接入计算机串行输出口（但无论连线或拆线时，都应先关闭计算机和电测箱电源，否则易烧坏接口元件）。启动机械教学综合实验系统打开计算机，运行齿轮实验系统，在图526主界面右上角串口选择框中选择相应串口号（COM1或COM2）在主界面左边的实验项目框中点击“齿轮传动”键。在图910界面中点击串口选择键，正确选择（COM1或COM2）然后点击数据采集功能，等待数据的输入。,图910齿轮传动实验主窗体,数据采集与分析 加载前先将电机调速至300800转/分之间，并在加载过程中应始终使电机转速基本保持在预定值。a.实验台处于稳定空载状态下，加上第一个砝码，待转速与转矩显示稳定后，按一下“加载键”（注：不需按保持键），第一个加载指示灯亮。加第二个砝码，显示稳定后再按下“加载键”，第二个加载指示灯亮，第二次加载结束。如此重复操作，直至加上八个砝码，按八次加载键，八个加载指示灯亮。转速、转矩显示器都显示“8888”，表明所采数据已全部送到计算机。将电机调速至“0”，并卸下所有砝码。b.当确认传送数据无误（否则再按一下“送数键”）后，用鼠标选择“数据分析”功能，屏幕所显示本次实验的曲线和数据，如图 911所示。接下来就可以进行数据拟合等一系列的工作了。c.移动功能菜单的光标至“打印”功能，打印机将打印实验曲线和数据。六 思考题1.封闭式齿轮试验的工作原理是什么？2.封闭式齿轮试验台的优点是什么？,图911实验结果示例,952 开式传动效率测定一 实验目的 1.了解机械传动效率测定的原理和方法；2.初步学会使用相应的设备和仪器；3.分析转速与负载转矩对减速器传动效率的影响。二 实验内容与要求 1.当减速器输入转速恒定时（600转/分），改变减速器负载转矩，测试 不同转矩时减速器的传动效率值；2.当减速器负载转矩即输出转矩恒定时，改变减速器的输入转速，测试 不同转速时减速器的传动效率值；3.分别绘制效率与负载转矩，效率与输入转速的曲线图。,三 实验设备与构造 本实验的整个系统如下：调速电机,转矩转速传感器,被测减速器,转矩转速传感器,磁粉制动器，如图9-12所示 调速电机作为本系统的动力源。可以通过控制箱调节激磁电流来改变电机的输出轴的转速。转矩转速传感器可以把测试到的转矩转速信号传送到转矩转速测量仪，我们可以在转矩转速测量仪上直接读到转矩和转速值。磁粉制动器作为本系统的负载，我们可以通过调节直流电源的输出电压来控制磁粉制动器的激磁电流，从而调节磁粉制动器的滑差扭矩，即实现对系统负载的调节。为减小振动及弯矩对测试精度的影响，保证转矩转速传感器的精度和寿命，本系统各传动轴之间须严格调整同轴度，并采用弹性联轴器联接。在测试前，须对转矩转速测量仪进行自校和调零，仪器要有可靠的接地，方能保证测试数据的准确性。磁粉制动器在运转时，须保证良好的水冷却条件，以及时散发制动器内部因摩擦而产生的热量，改善磁粉制动器的工作情况，延长使用寿命。,1 电磁调速电机;2弹性联轴器;3,5.转矩转速传感器;4.被测减速器;6.磁粉制动器;7.调速电机控制箱;8,9.转矩转速测量仪;10.直流电源图9-12 机械传动效率实验装置结构示意图,四 实验原理根据P2/P1=M2n2/M1 n1=M2/（M1i减）式中：效率；P1输入功率；P2输出功率；M1被测减速器输入转矩；M2被测减速箱输出转矩；n1 被测减速器输入转速；n2 被测减速器输出转速。所以我们只要测出减速器的输入转矩、转速和输出转矩、转速，便可以代入上述公式，得出被测减速器的传动效率。五 实验步骤1.把减速器输入转速恒定在600转/分，改变减速器负载转矩，从100Nm、150Nm、200Nm、250Nm到350Nm为止，分别记下输入、输出扭矩，并计算相应的效率值。2.把减速器负载转矩即输出转矩恒定在200Nm，改变减速器的输入转速，从每分钟400转、500 转、600转、到900转为止，分别记下输入、输出扭矩，并计算相应的效率值。3.分别绘制传动效率与负载转矩；传动效率与输入转速的曲线图。六 思考题1根据实验结果，说明转速和负载转矩对该减速器效率的影响，并分析其原因。2严格地说，本实验测得的效率值，是否就完全等于该减速器的效率？3除了本实验的方法以外，是否还有其他测试减速器的方法？,9-6 液体动压轴承试验,一 实验目的1.测定油膜压力周向分布曲线及沿轴向分布曲线以验证其理论分布规律，并 考虑影响油膜压力分布的因素，计算实测端泄对轴承轴向压力分布的影响 系数K值。看其是否符合油膜压力沿周向抛物线分布规律；2.观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况；3.测定液体动压轴承摩擦特性曲线，并考虑影响摩擦系数的因素。二 实验内容与要求 1实验条件：当加载供油压力P00.2MPa和P00.4MPa时，观察8只压力表 数值的变化情况，当压力表数值稳定后，分别记下8只压力表读数；2.绘制周向油膜压力分布曲线图；3绘制轴向油膜压力分布曲线图,三 试验设备 本试验项目采用HZS1液体动压轴承试验台。1.总体布置 图9-13为试验台总体布置。图中1为试验轴承箱，由联轴器与变速箱7相连，6为液压箱，装于底座9内部，12为调速电机，8为调速电机控制器，5为加载油腔压力表，由溢流阀4控制油腔压力，2为轴承供油压力表，由减压阀3控制其压力，10为油泵电机开关，11为电机开关，总开关位于试验台正面。,1轴承箱；2轴承供油压力表；3减压阀；4溢流阀；5加载供油压力表；6液压箱；7变速箱；8调速电机控制器；9底座；10油泵电机开关；11主电机开关；12调速电机图9-13 HZS-1液体动压轴承试验台总体布置,2.试验轴承箱 图9-14为试验轴承箱。图中3为主轴，由二只滚动轴承支承，8为试验轴承，空套在主轴上，轴承内径d60mm，有效长度L60mm，在中间剖面，即有效长度1/2处的剖面上沿周向开有七只测压孔，在120内均匀分布；距中间剖面1/4L处，即距周向测压孔15mm处，在垂直方向开有一只测压孔，图中1为七只压力表与七只周向测压孔相联，2为一只与轴向测压孔相联的压力表，4为加载盖板，固定在箱体上，加载油腔在水平面上的投影面积为60cm2。轴承外园左测装有测杆5，环6装在测面上供测量摩擦力矩用。环6与轴承中心的距离为150mm，轴承外园上装有二平衡锤7，用以在轴承安装前做静平衡。在箱体左侧装有一重锤式拉力计。其工作原理见图9-15，重锤7固定在圆盘2上，圆盘2与大齿轮6旋转，大齿轮带动小齿轮4及指针5旋转。,1.与周向测压孔相联的七只压力表；2与轴向测压孔相联的8号压力表；3主轴；4加载盖板；5测杆；6测环；7两平衡锤；8试验轴承；图9-14 试验轴承箱,1.吊钩；2圆盘；3表盘；4小齿轮；5指针；6大齿轮；7重锤 图9-15 拉力计原理图,3变速箱 试验台采用JZT型调速电机，其速度范围为1201200r/min无级变速。由控制器上的调速旋钮控制其转速，变速箱用皮带与调速电机相连。皮带传动比为2.5，变速箱为一密封的箱体，内有两对齿轮，其速比各为24/60及60/25，由摩擦离合器控制。当变速手柄杆位于右方时，速比为24/60的一对齿轮工作；当手柄杆位于左方时，速比为60/25的一对齿轮工作。变速箱和调速电机配合可得到20-1200r/min无级变速，按速度标牌计算主轴转速，如图9-16所示。,图9-16速度标牌,四 试验方法及步骤1.油膜压力分布的测定(1)测试步骤 开启油泵，调节溢流阀及减压阀手柄，使加载油腔压力及轴承供油压力均在0.1MPa以下。将变速手柄杆放在低速挡上，调节控制器旋钮，使转速指针在最低速。开主电机开关，然后调节控制器旋钮，使指针读数在100200r/min之间。再将变速手柄放到高速挡，逐渐调节转速，使主轴转速达到1000r/min左右，加载荷，调节溢流阀手柄，将加载供油压力调到P0=0.4MPa，此时载荷F=P0（N/mm2）6000（mm2）+80（N）（80N为轴承自重），观察8只压力表读数。逐渐降低转速，观察8只压力表读数变化情况，最后将转速调至8001000r/min，待各压力表读数稳定后自左至右依次记录7只压力表及轴向压力表8的读数,（2）做周向油膜压力分布曲线 按照图9-17作一圆，取其直径为轴承内径d，先在圆周上定出7只压力表所接油孔位置，通过这些点沿半径延长方向按一定比例尺（可取1cm=0.4MPa）标出所测得的相应压力表读数值，将各压力向量末端联成一光滑曲线，即得轴承中间剖面油膜压力分布曲线。由油膜周向压力分布曲线可求得轴承中间剖面上的平均单位压力如图9-17所示；将圆周上1、2、7各点投影到一水平直线上，在相应点的垂线上标出对应得压力值，将其端点1、2、7联成一光滑曲线，用数方格的方法近似求出此曲线所围的面积，然后取Pm使其所围矩形面积与所求得面积相等，此Pm值即为轴承中间剖面上的平均单位压力。（3）做轴向油膜压力分布曲线 作一水平线取其长度为轴承有效长度L=60mm，在中点的垂线上按前述比例尺标出该点的压力P4，（端点为4）。在距两端L/4=15mm处沿垂线方向各标出压力P8（图9-14中压力表8得读数），轴承两端压力均为0，将0、8、4、8、0五点联成一光滑曲线，即得轴承油膜轴向压力分布曲线（图9-18），观察其形状，看其是否符合抛物线分布规律。如时间许可，可改变工况，重复上述试验，以进一步了解各参数对油膜压力分布的影响,图9-17 油膜周向压力分布曲线 图9-18油膜轴向压力分布曲线,（4）求实测K值 K为端泄对油膜轴向压力分布的影响系数，可按下式计算：式中：F为承载量，按实际载荷计；Pm为轴承中间剖面上的平均单位压力；l为轴承有效长度；d为轴承内径。依照油膜压力沿轴向抛物线分布规律，K值应近似为0.7，将所求得之K值与此值加以比较，看其是否符合油膜压力沿轴向抛物线分布规律。,（2）轴承摩擦特性曲线的测定 将加载压力调至P0=0.4MPa（此时载荷F=2480N），转速调至8001000r/mim，将拉力计吊钩连接在轴承测力杆顶端的吊环上，放下挡块，观察拉力计读数，待读数稳定后记录其读数值，然后依次将主轴转速调至800、600、200、100、50、20r/mim（临界值附近的转速可根据具体情况选择），记录各转速时之拉力计读数。测量加载油垫回油温度作为进油温度t进，列表计算各转速时之轴承特性值及摩擦系数f，绘轴承特性曲线如图9-19。f及之计算公式如下：式中：G0-为拉力计读数，单位为gf，则G=0.0098 G0，N；F-为载荷（F=P06000+80），N；L-为力臂，即测力杆吊环与轴承中心的距离，L=150mm；d-为轴承内径，d=60mm。当P0=0.4MPa时，f=0.02G10-3 当P0=0.2MPa时，f=0.0