蘭州交通大學
機械設計課程
實驗指導書
蘭州交通大學機電工程學院
機械基礎實驗室
2023年3月
目錄學生實驗守則2
實驗一帶傳動分析3
實驗二軸系結構分析9
實驗三軸系結構設計11
實驗四減速器結構分析13
蘭州交通大學
學生實驗守則
一、 學生實驗前應認真預習相關實驗內容，明確實驗目的、內容、步驟，對指導教師的抽查提問回答不合要求者，須重新預習，否則不准其做實驗。
二、 學生在實驗中，應聽從指導教師及實驗人員的安排，在使用精密、貴重儀器時，必須按要求操作以確保裝置的安全使用，禁止隨意動用與本實驗無關的儀器裝置，若對實驗內容持有創見性的改革，實施前必須經指導人員同意後方可進行。
三、 學生應認真地進行實驗，嚴格按操作規程辦事，正確記錄實驗資料，實驗後要認真做好實驗報告，認真分析實驗結果、處理實驗資料。
四、 嚴格考勤，對無故缺席實驗的學生以曠課論處，不得補做；對請假的學生，須另行安排時間予以補做。
五、 實驗完畢後，學生必須按規定斷電、關水、關氣、整理裝置、清掃場地，經指導教師檢查合格後方可離開。如發現有損壞儀器裝置、偷盜公物者，一經查實，須追究責任，視情節按有關規定論處。
六、 實驗室內應保持安靜，不准高聲喧嘩、吸菸，注意環境衛生。實驗時應注意安全，節約水、電、氣，遇到事故應切斷電（氣）源，並向指導教師報告
實驗一帶傳動分析
一、實驗目的
1．觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現象以及它們與帶傳遞的載荷之間的關係。
2．測定彈性滑動率與所傳遞的載荷和帶傳動效率之間的關係，繪製帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線。
3．了解帶傳動實驗台的設計原理與扭矩、轉速的測量方法。
4．掌握計算機在機械量檢測與分析中的應用。
二、實驗內容
1．測試在帶初拉力為2.5 kg時，不同負載條件下的彈性滑動率ε和效率η之值。
2．測試在帶初拉力為3 kg時，不同負載條件下的彈性滑動率ε和效率η之值。
3．繪出在不同帶初拉力下帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線。
圖１ 帶傳動實驗台主要結構圖
l. 電機移動底扳 2. 砝碼 3. 感測器 4. 彈性測力杆 5. 主動電動機
6. 平帶 7. 光電測速裝置 8. 發電機 9. 負載燈泡 10. 機殼 11. 操縱面板
4．利用計算機軟體，進行帶傳動的運動模擬，觀察彈性滑動和打滑現象；
5．依據實測的效率曲線和彈性滑動曲線對實驗台的帶傳動情況進行分析；
三、實驗裝置及工作原理
1．裝置簡介
本實驗採用的實驗裝置為pc-b型帶傳動實驗台，可進行帶傳動滑差率和效率曲線的測定。
該裝置結構簡潔，外形新穎別緻，直流電動機可實現無級調速。帶輪轉速和扭矩載入引數可直接在面板上準確讀取，通過rs-232 介面將所測引數輸出到計算機中進行測試分析，也可離線（不需計算機）執行，人工紀錄並進行測試分析。
實驗台主要由兩個直流電機組成，其中乙個為主動電機5，另乙個為從動電機8，作發電機使用，其電樞繞組兩端接上燈泡負載9，主動電機固定在乙個以水平方向移動的底板1上，發電機由一根平帶6連線。在與滑動底板相連的砝碼架上加上砝碼，即可拉緊帶6。
電機定子未固定可轉動，其外殼上裝有測力杆，支點壓在壓力感測器上，通過計算即可得到電動機和發電機的轉矩。
兩電機後端裝有光電測速裝置和測速轉盤，所測轉速由面板上對應的各自的數碼管顯示。
2．工作原理
本實驗台主要有主機和測量控制兩大系統組成，其工作原理為：
1） 主機
主機是乙個裝有平帶的傳動裝置。
主電機是直流電動機，裝在滑座上，可沿滑座滑動，電機軸裝有主動輪，通過平帶帶動從動輪，從動輪裝在直流發電機的軸上。在直流發電機的電樞繞組兩端連線了負載燈泡，作為帶傳動的載入裝置。砝碼通過鋼絲繩、定滑輪拉緊滑座，從而使帶張緊，並保證一定的初拉力。
開啟燈泡，以改變發電機的負載電阻，隨著發電機的負載增大，帶的受力增大，兩邊拉力差也增大，帶的彈性滑動逐步增加。當帶所傳遞的載荷剛好達到所能傳遞的最大有效圓周力時，帶開始打滑，當負載繼續增加時則完全打滑。
2）測量控制系統
測量系統由電機轉速測定裝置和電機的測扭矩裝置兩部分組成。
a．光電測速裝置
在主動輪和從動輪的軸上分別安裝一同步轉盤，在轉盤的同一半徑上鑽有乙個小孔，在小孔一側固定有光電感測器，並使感測器的測頭正對小孔。帶輪轉動時，就可直接讀出帶輪的轉速。
b．扭矩測量裝置
主動輪的扭矩t；和從動輪的扭矩t。均通過電機外殼來測定。
電動機和發電機的外殼支承在支座的滾動軸承中，並可繞與轉子相重合的軸線擺動。當電動機啟動和發電機承載後，由於定子磁場和轉子磁場的相互作用，電動機的外殼將向轉子旋轉的反向傾倒，發電機的外殼將向轉子旋轉的同向傾倒，它們的傾倒力矩可分別通過固定安裝的測力計所測得的力矩來平衡。即：
主動輪上的扭矩 t1＝f1l1（n·mm）
從動輪上的扭矩t2＝f2l2（n·mm）
式中 f1、f2——壓力感測器所得的力，l1、l2——測力臂長度。
我們只要測得不同負載下主動輪(電動機)的轉速n1和從動輪（發電機）的轉速ｎ2以及主動輪的扭矩t1和從動輪的扭矩t2，就可算出在不同的有效拉力下的彈性滑動率（，在兩帶輪的直徑相同時，）以及效率η之值。以有效拉力f為橫座標，分別以不同載荷下的和η之值為縱座標，就可畫出帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線，如圖２所示。
３．主要技術引數
直流電動機功率： 355w
調速範圍： 50----1500rpm
感測器量程： 50n（5 kg）
最大負載轉速下降率： ≤5％
初拉力最大值為： 3kg
槓桿測力臂長度： l1＝l2＝120mm（ l1、l2一—電動機中心至測力杆支點的長度）
帶輪直徑： d1＝d2＝120mm
實驗台總重量： 45kg
四、實驗操作注意事項
1．通電前的準備：
1）面板上的調速旋鈕逆時針旋到底**速最低），連接地線。
2）加上一定的砝碼（3 kg或2.5 kg）使帶張緊，具有初拉力。
2．接通電源，檢查實驗台各儀表顯示是否正常，調整負載按鈕，使發電機負載為零。
3．緩慢調節調速旋鈕，使電機啟動，並將電動機和發電機轉速調至1000轉/分。
4．開啟計算機中的帶傳動應用軟體，仔細閱讀其使用說明，爾後進行帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線的測量和繪製。
五、實驗步驟：
1．開啟計算機，單擊「帶傳動」圖示，進入帶傳動的封面。單擊左鍵，進入帶傳動實驗說明介面。
2．在帶傳動實驗說明介面下方單擊「實驗」鍵，進入帶傳動實驗分析介面。
3．啟動實驗台的電動機，調節電動機轉速至1000轉/分，待帶傳動運轉平穩後，可進行帶傳動實驗測試階段。
4．單擊「穩定測試」鍵，穩定記錄空載時的實測結果。
5．單擊「載入」鍵（每載入一次發電機可增加10w的載荷），等待一定時間，待帶傳動運轉平穩後，單擊「穩定測試」鍵，記錄該載荷下實時顯示的帶傳動的實測結果。
6．重複第5項工作，不斷均勻載入、測試（注意不要漏測），當測試結果≥3%時，說明帶傳動已進入打滑區，停止載入。
7．單擊「實測曲線」鍵，顯示帶傳動滑動曲線和效率曲線。
8．在帶傳動實驗分析介面下方單擊「運動模擬」鍵，觀察帶傳動的運動和彈性滑動及打滑現象。
9．如果要列印帶傳動滑動曲線和效率曲線。在該介面下方單擊「列印」鍵，印表機自動列印出帶傳動滑動曲線和效率曲線。
10．如果實驗結束，單擊「退出」，返回windows介面。
六、軟體介面操作說明：
1． 帶傳動實驗台軟體封面
在封面上非文字區單擊左鍵，即可進入帶傳動實驗說明介面。
2． 帶傳動說明介面（見圖4）
[實驗]：單擊此鍵，進入帶傳動實驗分析介面。
[關閉**]：單擊此鍵，**關閉，同時[關閉**]變為[開啟**]；反之，單擊[開啟**]，**開啟，[開啟**]變為[**關閉]。
[說明]：單擊此鍵，彈出帶傳動實驗說明框。
[返回]：單擊此鍵，返回帶傳動實驗台軟體封面。
[退出]：單擊此鍵，結束程式的執行，返回windows介面。
3． 傳動實驗分析介面
該介面有帶傳動彈性滑動的運動模擬、滑差及效率實測曲線視窗（見圖5）。各控鍵說明如下：
[運動模擬]：單擊此鍵，可以清楚觀察帶傳動的運動和彈性滑動及打滑現象。
[載入]：單擊此鍵，實現從動輪的負載自動控制，每單擊一次增加 10w負載。
[穩定測試]：單擊此鍵，穩定記錄實時顯示帶傳動的實測結果。
[實測曲線]：單擊此鍵，顯示帶傳動滑動曲線和效率曲線。
[關閉**]：單擊此鍵，**關閉，同時[關閉**]變為[開啟**]：反之，單擊[開啟**]，**開啟，[開啟**]變為[關閉**]。
[說明]：單擊此鍵，彈出帶傳動實驗說明框。
[列印]：單擊此鍵，彈出列印對話筐，將帶傳動滑動曲線和效率曲線列印出來或儲存為檔案。
[返回]：單擊此鍵，返回帶傳動實驗說明介面。
[退出]：單擊此鍵，結束程式的執行，返回 winidows介面。
實驗二軸系結構分析
一、實驗目的
1．熟悉並掌握軸與軸上零件的結構形狀及功用、工藝要求和裝配關係；
2．熟悉並掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；
3．了解軸承的型別、布置、安裝及調整方法，以及潤滑和密封方式。
二、實驗裝置及工具
1． 組合式軸系結構設計分析實驗箱
該實驗箱按照組合設計法，採用較少的零件，可以組合出盡可能多的軸系部件，以滿足實驗的要求。實驗箱內有齒輪類、軸類、套筒類、端蓋類、支座類、軸承類及聯接件類等8類50多種零件，，提供了可組成圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系和蝸桿軸系三類軸系結構模型的成套零件，其零件明細表見表1。
2． 測量及繪圖工具
300mm鋼板尺、游標卡尺、內外卡鉗、鉛筆、三角板等。
三、實驗內容及要求
1．依據指導教師給每組指定實驗內容（圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系或蝸桿軸系）觀察組裝後的軸系結構，繪製軸系部件的裝配草圖。
2．測量軸系的主要裝配尺寸，分析並測繪軸系零件，繪製主要零件的結構草圖。
四、實驗步驟
1．提前預習，明確實驗內容，複習軸的結構設計及軸承組合設計等與實驗相關的教學內容；
2．觀察與分析軸系結構的特點，繪製軸系裝配示意圖或結構草圖；
機械設計課程設計指導書 2019
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