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机械设计综合实验指导书及实验报告

84
2020年4月19日
文档仅供参考

机械设计综合实验指导书
及实验报告

班级
学号
姓名

机械基础实验中心 雷代明
3月
第一部分 机械设计
实验一 机械零件认知与分析实验
一、实验目的
1、熟悉常见的机械零件的基本结构，以便对所学理论知识产生一定的感性认识。
2、分析常见机械零件的基本构造及制造原理。
3、了解常见机械零件的实际使用情况。
二、实验内容
经过观察，掌握常见的机械零件的基本结构及应用场合。
三、实验简介
机械零件陈列观摩，共包括：
(1)螺纹联接与应用
(2)键、花键、销、铆、焊、铰接
(3)带传动
(4)链传动
(5)齿轮传动
(6)蜗杆传动
(7)滑动轴承与润滑密封
(8)滚动轴承与装置设计
(9)轴的分析与设计
(10)联轴器与离合器。
共10个陈列柜，罗列了机械设计内容中大多数常见的基本零件与标准件，并对相应的零件进行了结构和基本受力分析，联接和安装的基本方法的说明，有些常见的零件还给出了简单的应用举例。
经过本实验的观摩，学生能够对照书本所学的基本内容，初步领会机械设计的一些常见零部件的基本设计与应用原理，从而达到举一反三的教学目的，对其所学的课本理论知识进一步巩固和深化。
四、实验要求
1、学生必须带上课本，以便于与书本内容进行对照观察。
2、进入实验室必须保持安静，不得大声喧哗，以免影响其它同学。
3、不得私自打开陈列柜，不得用手触摸各种机械零件模型。
4、服从实验人员的安排，认真领会机械零件的构造原理。
五、思考题
1、常见螺纹联接的方法有哪些?
2、说明无键联结的优缺点．
3、在带传动中，带张紧的方法有哪些?
4、轴上零件轴向常见的定位方法有哪些?举例说明。

第二章 滑动轴承实验
实验二 滑动轴承基本性能实验
一、概述
滑动轴承用于支承转动零件，是一种在机械中被广泛应用的重要零部件。根据轴承的工作原理，滑动轴承属于滑动摩擦类型。滑动轴承中的润滑油若能形成一定的油膜厚度而将作相对转动的轴承与轴颈表面分开，则运动副表面就不发生接触，从而降低摩擦、减少磨损，延长轴承的使用寿命。
根据流体润滑形成原理的不同，润滑油膜分为流体静压润滑(外部供压式)及流体动压润滑(内部自生式)，本章讨论流体动压轴承实验。
流体动压润滑轴承其工作原理是经过轴颈旋转，借助流体粘性将润滑油带入轴颈与轴瓦配合表面的收敛楔形间隙内，由于润滑油由大端入口至小端出口的流动过程中必须满足流体流动连续性条件，从而润滑油在间隙内就自然形成周向油膜压力(见图2-1)，在油膜压力作用下，轴颈由图2-1(a)所示的位置被推向图2-1(b)所示的位置。

当动压油膜的压力p在载荷F方向分力的合力与载荷F平衡时，轴颈中心处于某一相应稳定的平衡位置O1，O1位置的坐标为O1(e，φ)。其中e=OO1，称为偏心距；φ为偏位角(轴承中心0与轴颈中心0l连线与外载荷F作用线间的夹角)。
随着轴承载荷、转速、润滑油种类等参数的变化以及轴承几何参数(如宽径比、相对间隙)的不同，轴颈中心的位置也随之发生变化。对处于工况参数随时间变化下工作的非稳态滑动轴承，轴心的轨迹将形成一条轴心轨迹图。
为了保证形成完全的液体摩擦状态‘对于实际的工程表面，最小油膜厚度必须满足下列条件：
(2—1)
式中，S为安全系数，一般取S≥2；Rzl、Rz2盈分别为轴颈和轴瓦孔表面粗糙度的十点高度。
滑动轴承实验是分析滑动轴承承载机理的基本实验，它是分析与研究轴承的润滑特性以及进行滑动轴承创新性设计的重要实践基础。
根据要求不同，滑动轴承实验分为基本型、综合设计型和研究创新型三种类型。
二、实验目的
(1)掌握实验装置的结构原理，了解滑动轴承的润滑方式、轴承实验台的加载方法以及轴承实验台主轴的驱动方式及调速的原理。
(2)掌握实验台所采用的测试用传感器的工作原理。
(3)经过实验测试的周向油膜压力分布及轴向油膜压力分布，掌握滑动轴承中流体动压油膜形成的机理及滑动轴承承载机理。
(4)经过实验掌握工况参数和轴承参数的变化对滑动轴承润滑性能及承载能力的影响。
三、实验内容
对于基本型实验，实验内容如下：
(1)轴承中间平面上周向油膜压力分布曲线图[见图2-2(a)]和轴向油膜压力分布曲线图[(见图2-2(c)]。
(2)周向油膜压力分布曲线图的承载分量的曲线图[见图2—2。(b)]，求轴承的端泄影响系数K。
考虑有限宽轴承在宽度B方向的端泄对油膜承载量的影响，其影响系数K可由下式求出：
(2—2)
式中，F为轴承外载荷，N；B为轴承有效工作宽度，mm；d为轴颈直径，mm；pm为根据油膜压力承载分量的曲线图求出的动压油膜的平均压力，如图2—2(b)所示。
图2—2(a)为实测上轴瓦上均布测点1～7位置处的油膜压力形成的周向油膜压力分布曲线；图(b)为过这7个分点分别弓l垂线段l一1”、2—2”、…、7—7”，使之分别等于图(a)中的油膜压力值的垂直分量后连成的光滑曲线，该曲线被称为动压油膜的承载分量曲线；图(c)为轴向油膜压力分布曲线。
根据承载分量曲线和直径所围成的图形面积等于平均压力pm与直径围成的矩形面积相等的条件，经过数方格数的方法即可求出pm大小。再将求出的pm值代入式2—2即可求出K。

四、实验装置
实验装置采用西南交通大学研制的zHS20系列滑动轴承综合实验台。该实验台主要由主轴驱动系统、静压加载系统、轴承润滑系统、油膜压力测试系统、油温测试系统、摩擦因素测试系统以及数据采集与处理系统等组成。
1．主轴驱动系统及电机选择
实验台的主轴支承在实验台箱体上的一对滚动轴承上。该主轴的驱动电机需满足无极调速、低速大转矩及实验过程中能快速启停等要求。
驱动电机主要有交流异步电动机、直流电动机、步进电机、交流(直流)伺服电动机等类型。
交流伺服电动机的工作原理与普通交流异步电动机相似，但交流伺服电动机的转子电阻比异步电机的大得多，其转矩特性(转矩T与转差率S的关系)也因此较普通电机有很大区别(见图2-3)。。它可使临界转差率大于1，这样不但使转矩特性更接近于线性，而且具有较大的起动转矩，因此，伺服电机具有起动快、灵敏度高的特点。
当前，基于稀土永磁体的交流永磁伺服驱动系统，能提供最高水平的动态响应和扭矩密度。因此用交流伺服驱动取替传统交流调速、直流和步进调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的控制水平，从而获得更宽的调速范围和更大的低速扭矩。因此，本实验台选用了交流伺服电动机，其优点归纳如下：
(1)控制精度高。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证，因此，交流伺服具有极高的控制精度。
(2)低频特性好。
步进电机在低速时易出现低频振动现象；普通交流电机由变频器进行调速，在低频时的力矩小；直流电机在低速的控制极不稳定。而交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，能够克服机械的刚性不足缺点，而且系统内部具有频率解析功能(FI叮)，。可检测出机械的共振点，便于调整系统。
(3)矩频特性好。
交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为1 000 r'／rain)以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
(4)过载能力强。
交流伺服电机具有较强的过载能力。它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的3倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。
(5)运行稳定。
交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲现象，控制性能更为可靠。
(6)响应速度快。
交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速1 000 t．／min仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
2．液压系统
实验台的液压系统功能，一是为实验轴承提供循环润滑系统，二是为轴承静压加载系统提供压力供油。液压系统框图如图2—4所示。
为了保证液压加载系统的稳定性，该系统采用变频恒压的控制方式。变频恒压供油系统主要由油泵、变频器、压力传感器组成，如图2—5所示。经过压力传感器对加载系统的压力监测，实时调节油泵电机的转速使电机一油泵一液压油路系统组成一个闭环控制系统。由于在各种转速下形成的油膜压力和端泄情况有一定的差别，经过变频恒压系统能真正地实现在各种转速下的加载压力保持不变。
若液压加载系统向固定于箱座上的加载盖板内的油腔输送的供油压力为p0时，载荷即施加在轴瓦上，则轴承载荷为：
(2—3)
式中，p0为油腔供油压力，kqf／cm2；A为油腔在水平面上投影面积，A=60 cm2；Go为初始载荷(包括轴瓦自重、压力变送器重量等)，Go=7.5 kgf。
注：由于实际需要，本书保留了一些非国际标准制单位，l kgf=0.980665 N。

3．油膜压力变送系统
在轴瓦上半部承载区轴承宽度的中间剖面上，沿周向均匀分布钻有1～7共7个小孔，分别在小孔处安装压力变送器。当轴旋转到一定转速后，在轴承内形成动压油膜，经过压力变送器测出油膜压力值，并在计算机上显示周向油膜压力分布曲线(见图2—2)。在轴瓦的有效宽度B的1／4处，安装轴向油膜压力变送器8，测出位置8处的油膜压力P8，根据轴向油膜压力分布对称原理，能够测得轴向油膜压力分布曲线[见图2—2(c)]。
本实验台采用压阻式压力变送器，它由压力敏感部件与压力变送器部件组成。
(1)压力敏感部件。
扩散硅压阻式压力传感器的工作原理：以扩散硅材料制成的膜片作为弹性敏感元件，其硅晶片上经过微机加工工艺构成一个惠斯通电桥，如图2—6所示，图中，表示恒流源，R表示电桥阻值，U表示激励电压，Vo表示电桥输出电压。当有外部压力作用时，膜片发生弹性变形，膜片的一部分受压缩，另一部分则受拉伸。两个电阻位于膜片的压缩区，另两个位于位伸区，并联成惠斯通全桥形式，以使输出信号最大。

(2)压力变送器部件(性能参数见表2—1)。
因压力传感器是一个在硅晶片上经过加工工艺构成的一个惠斯通电桥，该电桥桥阻的变化与作用在其上的外部作用力大小成正比例关系。为了将电阻变化量转换为电压信号，给电桥提供最大2 mA DC的恒流源，用于激励压力传感器工作。信号放大和转换处理电路将惠斯通电桥产生的电压信号线性放大处理后，将其转换为4～20 mA DC的工业标准信号变送输出构成压力变送器。其主要性能特点如下。
①稳定性高。每年漂移优于0．2％满量程。
②温度系数小。由于在生产过程中对产品精密地校准及补偿，使其温度误差极小。
③适应性强。产品量程宽，过程连接形式、制造材料、结构具有多样化特征，因而可适应工业测量中的各种场合及不同的介质。
④安装维护方便。产品可任意安装在各测量点而不影响其性能。
表2—1压力变送器的性能参数表
量 程
O～1．2Mpa
允许过载
200％
供电电压
24 VDC，范围电源：12~30 VDC
输出信号
4～20mADC(二线制)
精 度
±0．5％
补偿温度范围
0～+60℃
工作温度范围
-10～+80℃

4．油温测试系统
在轴承的入口处和出口处分别安装温度传感器各一只，分别采集轴承入口处的润滑油油温t1和出口处的油温t2，则可得到润滑油的平均温度tm[tm=( t1+ t2)／2]，一般情况下tm不大于75℃。
5．滑动轴承控制系统
实验台的8个油膜压力传感器、液压加载传感器、测摩擦因数用的拉压负荷传感器以及油温传感器采集的测试数据经过A／D转换器，以RS485总线方式传送到计算机的实验数据采集及处理软件系统，直接在屏幕上显示出来，或由打印机打印输出实验结果。
主轴电机的转速大小经过计算机进行设置，设置值经过RS485总线送到伺服电机驱动器，由伺服电机驱动器控制电机的转速。
油压加载系统的压力是由实验人员在电脑上设置加载压力p0与液压加载压力传感器的反馈值进行比较，再经过PID调节运算，将动态地改变变频器的输出频率，使其液压加载压力保持恒定。
实验台的控制原理框图如图2—7所示。
五、实验装置的操作步骤及方法
(1)网上预习“滑动轴承实验”课件。
(2)观察实验台的各部分结构、检查油路及电路是否可靠连接.
(3)用手转动轴瓦，使其摆动灵活、无阻滞现象。
(4)根据实验台操纵面板(见图2—8)，按图示按钮功能使总电源、油压系统及主轴系统处于接通位置，这时系统进入工作状态。

图2—8实验台操纵面板布置图
电源按钮1，将此按钮旋转至“开”的位置，接通装置电源；油压系统启动按钮2，用于启动油压系统电机；油压系统停止按钮3，用于停止油压系统电机；主轴系统启动按钮4，用于启动伺服电机(主轴驱动电机)；主轴系统停止按钮5，用于停止伺服电机；急停旋钮6，在应急情况下，压下此旋钮可切断整个系统的电源；按箭头方向旋转后，旋钮弹起即可恢复供电。
说明：无论做何种实验，均应先启动液压系统电机，后启动主轴驱动电机（伺服电机），确保主轴旋转前有充分的供油。在实验过程中，如遇电机转速突然下降或者出现不正常的噪音和振动时，必须按急停按钮紧急停车，以防电机突然转速过高而烧坏电机与电器，防止意外事故的发生。
导老师”等，点击[返回]。
③点击[实验分类]菜单，将会显示出可供选择的“径向滑动轴承油膜压力分布曲线”、“f-λ曲线”及“p-f-n曲线”3种类型实验。选择“径向滑动轴承油墨压力分布曲线”菜单，开始本章实验1“滑动轴承基本性能（基本型）”（见图2-11）。
该界面显示有：主轴的转速、油压以及周向的7个油膜压力等。
④点击“静压加载”数字框，弹出键盘，设置加载压力(建议用户o=0．1～0．15 MPa)。
⑤点击[油泵控制]菜单，选择“启动”，启动油压系统。
⑥油压升起后，点击“当前转速”数字框，设置主轴转速(建议用n=200～500r／min)。
⑦观察油膜周向和轴向压力的分布曲线，如果曲线模糊，请点击“稳定取值”按钮，同时观察右边的油膜压力数值显示窗口内的8个点的油膜压力值。

⑧曲线稳定后，点击[暂停采样]，再点击[打印]按钮打印当前窗口。
⑨实验完成后，根据周向油膜压力分布曲线承载图，求出油膜平均压力Pm值，并计算K值。
停止系统运行时，务必先关闭主轴驱动电机(按“轴停止”键)，等主轴驱动电机停止转动后再卸载轴承静压载荷(调“静压加载”键)，最后关闭液压系统电机，以减轻轴瓦磨损。
停止主轴：点击“轴停止”。
停止油压系统：选择[油泵控制]菜单下的“停止”即可。
思考题
1．哪些因素影响液体动压轴承的承载能力及其动压油膜的形成?
2．当载荷增加或转速升高时，油膜压力分布曲线有什么变化?
3．轴向压力分布曲线与轴承宽径比B／d之间有什么关系?当B／d≥4及B／d≤1／4两种情况下，它们的轴向油膜压力分布有何明显差异?求解流体动力润滑雷诺方程的简化方程时又有何不同。

第三章 机械传动性能参数测试与分析实验
实验三 单级机械传动装置性能参数测试实验
一、实验目的
(1)掌握转速、转矩、传动功率、传动效率等机械传动性能参数测试的基本原理和万法。
(2)经过实验，了解各种单级机械传动装置的特点，对各种单级机械传动装置的传动功率大小范围有定量的认识。
(3)经过实验，了解带传动中的弹性滑动现象、打滑现象及其与带传动工作能力之间的关系。
(4)经过实验，了解链传动的动态特性(多边形效应)及其对链传动的影响。
(5)了解ZJS50系列综合设计型机械设计实验装置的基本构造及其工作原理。
二、实验内容
1．摩擦传动性能参数测试实验
(1)观察带传动的弹性滑动及打滑现象。
(2)绘制带传动效率曲线及滑动率曲线。
2．啮合传动性能参数测试实验
(1)绘制齿轮传动的效率曲线。
(2)绘制蜗杆传动的效率曲线。
(3)观察链传动的动态特性(多边形效应)，绘制链传动效率曲线。
三、实验装置与工作原理
实验装置采用西南交通大学研制的zJS50系列综合设计型机械设计实验装置。该实验装置是一种模块化、多功能、开放式的，具有工程背景的教学与科研兼用的新型机械设计综合实验装置，其主要由动力模块(库)、传动模块(库)、支承联接及调节模块(库)、加载模块(库)、测试模块(库)、工具模块(库)及控制与数据处理模块(库)等组成，经过对各模块(库)的选择及装配搭接，实现“带传动”、“链传动”、“齿轮传动”、“蜗杆传动”、等典型的单级机械传动装置性能测试，以及其它新型传动装置性能测试等的基本型实验，更可进行多级组合机械传动装置性能测试等的基本实验，形成如“带一齿轮传动”、“齿轮一链传动”、“带一链传动”、“带一齿轮一链传动”等多种组合传动系统的性能比较、布置优化等综合设计型实验及分析、研究相关参数变化对机械传动系统基本特性的影响、机械传动系统方案评价等研究创新型实验。
实验装置的基本组成如下：
1．动力模块(库)
(1)Y90L-4电动机：额定功率1.5 kW；同步转速1 500 r／min；额定电压下，最大转矩与额定转矩之比为2.3。
(2)MM420—150／3变频器：用于控制三相交流电动机的速度；输入电压(380～480)v±10％；功率范围1.5 kW；输入频率47～63 Hz；输出频率0～650 Hz；功率因数0.98；控制方法：线性V／f控制，带磁通电流控制(FCC)的线性V／f控制，平方V／f控制，多点V／f控制。 。
2．传动模块(库)
(1)v带传动：带及带轮，z型带，带轮基准直径ddl=dd2=106 mm。
(2)链传动：链及链轮，链号：08B，链节距P=12.70mm，链轮齿数：z1=z2=21。
(3)JSQ—XC—120齿轮减速器(斜齿)：减速比1：1.5，齿数Z1=38、Z2=57，螺旋角β=8º16'38＂，中心距a=120 mm，法面模数mn=2.5。
(4)NRV063蜗杆减速器：蜗杆类型ZA，轴向模数m=3.250，蜗杆头数Z1=4，蜗轮齿数Z2=30，减速比1：7.5，中心距a=63mm；松开弹簧卡圈可改变输出轴的方向。
3．支承联接及调节模块(库)
基础工作平台、标准导轨、专用导轨、电机—小传感器垫块—01、电机—小传感器垫块—02、小传感器垫块、大传感器垫块—01、大传感器垫块—02、蜗杆垫块—01、蜗杆垫块—02、磁粉制动器垫块、专用轴承座、新型联轴器(Flexible Jaw Couplings)、带轮及链轮快速张紧装置(Stock Taper Bushings)，以及各种规格的联接件(键、螺钉、螺栓、垫片、螺母等)等。
4．加载模块(库)
(1)CZ—5型磁粉制动(加载)器：额定转矩50N·m，激磁电流0.8A，允许滑差功率4 kW。
(2)WLY—1A稳流电源：输入电压：AC220 V±10％，50／60 Hz；输出电流：0～1 A；稳流精度：1％。
5．测试模块(库)
(1)实验数据测试及处理软件：实验教学专用软件。
(2)ZJ0D型转矩转速传感器：额定转矩20 N·m；转速范围：O～10 000 r／min；转矩测量精度：0.1～0.2级；转速测量精度：±1 r／min。
(3)NJlD型转矩转速传感器：额定转矩50 N·m；转速范围：O～6 000 r／min；转矩测量精度：0.1～0.2级；转速测量精度：±1 r／min。
(4)JX—1A机械效率仪：转矩测量范围0～99 999 N·m；转速测量范围：0～30 000 r／min。
6．工具模块(库)
配套齐全的装拆调节工具。
7．控制与数据处理模块(库)
实验装置的控制模块、数据采集、处理模块(除传感器外)及加载模块等集中配置于一个分置式实验控制柜内。经过对被测实验传动装置的动力、数据采集、处理及加载等控制，将传感器采集的实验测试数据经过A／D转换器以RS232的方式传送到测试模块，再由测控模块计算机系统的专用实验教学软件进行实验数据分析与处理，实验结果可直接在计算机屏幕上显示，或由打印机打印输出实验结果，完成实验。
实验装置的基本构造框图如图1—1所示、实验装置的控制原理框图如图1—2所示、实验装置的数据采集及加载原理框图如图1—3所示。

四、实验原理和方法
1．传动效率η及其测定方法
效率η表示能量的利用程度。在机械传动中，输入功率应等于输出功率P。与损耗
功率Pf之和，即
(1—1)
式中，为输入功率，kW；P。为输出功率，kW；Pf为损耗功率，kW。则传动效率η定义为
(1-2)
由力学知识知，轴传递的功率可按轴的角速度和作用于轴上的力矩由下式求得：
(1—3)
式中，P为轴传递的功率，kW；M为作用于轴上的力矩，N·m；ω为轴的角速度，rad／s；n为轴的转速，r／min。
则传动效率η可改写为
(1—4)
由此可见，若能利用仪器测出机械传动装置的输入转矩和转速以及输出转矩和转速，就能够经过式(1—4)计算出传动装置的传动效率η。
在本实验中，采用转矩转速传感器来测量输入转矩和转速以及输出转矩和转速。
2．带传动的滑动率测定及预紧力控制与测定
带传动是以带作为挠性拉曳元件并借助带与带轮间的摩擦力来传递运动或动力的一种摩擦传动。其主要特点是能缓和冲击、吸收振动、运转平稳、噪声小、结构简单，过载时将引起带在带轮上打滑，因而具有过载保护作用，适用于中心距较大的工作条件。但由于带传动工作时存在弹性滑动，导致其传动效率降低，并造成速度损失，而不能保持准确的传动比，而且带传动的外廓尺寸较大，工作前需要张紧，故其轴上受力较大。
(1)带传动的弹性滑动、打滑现象及其滑动率的测定。
由于带是弹性体，它在受力不同时的变形(伸长)量不等；而带在工作时，紧边和松边的拉力不同，这就形成了拉力差及相应的变形差，进而造成带在绕过带轮时，在摩擦力的作用下，其在主动轮部位出现带轮的线速度大于带的线速度，而在从动轮部位出现带轮的线速度小于带的线速度的现象，这种现象称为带的弹性滑动。由于带传动是摩擦传动，摩擦力是这类传动所必须的，因此弹性滑动是不可避免的，是带传动的固有特性。
带的弹性滑动一般以滑动率￡来衡量，其定义为
(1—5)
式中，vl、v2为主、从动轮的圆周速度，m/s；n1、n2为主、从动轮的抟速，r/min,；D1、D2为主、从动轮的直径，m。
因此，只要能测得带传动主、从动轮的转速以及带轮直径，就能够经过式(1—5)计算出带传动的滑动率ε。
带传动的滑动率ε一般为1％～2％；当ε>3％时，带传动将开始打滑。
带传动工作过程中，当载荷大到使弹性滑动扩展到整个带与带轮的接触弧时，带在带轮上开始全面滑动，这种现象就称为打滑。打滑时带的磨损急速加剧，传动效率急剧下降，从动轮转速急剧降低甚至停止转动，致使传动失效。打滑现象对于正常工作的带传动来说是不希望发生的，应予以避免(用作过载保护时除外)。
带传动的主要失效形式是带的磨损、疲劳破坏和打滑。带的磨损是由于带与带轮间的弹性滑动引起的，是不可避免的；带的疲劳破坏是由于带在工作中所受的交变应力引起的，与带传动的载荷大小、工作状况、运行时间、带轮直径等因素有关，也是不可避免的；而带的打滑是由于载荷超过带的极限工作能力而产生的，是能够避免的。
(2)带的预紧力控制与测定。
带传动在工作前需进行张紧，而预紧力的大小是保证带传动能否正常工作的重要条件。预紧力不足，则带与带轮间的极限摩擦力小、传动能力低、容易发生打滑；预紧力过大，又会使带的寿命降低、轴和轴承上的压力增大。
单根V带最合适的预紧力F0可按下式计算：
（1—6）
式中，Kα为小带轮包角修正系数；Pd为设计功率，kW；z为V带的根数；m为V带每米长的质量，kg／m；可为带速，m／s。
在带传动中，为了测定预紧力F0，一般是在带与带轮的切边中点处加一垂直于带边的载荷G，使其产生规定的挠度f(使切边长每100 mrn产生1.6 mn的挠度f)来控制，如图l—4所示。

图中切边长￡能够实测，或用下式计算：
（mm） （1—7）
式中，盘为两轮轴间距，mm。
切边长t在载荷G作用下产生的挠度f为
(mm) （1—8）
载荷G值可由下式计算：
新安装的V带： （N） （1—9）
运转后的V带： （N） （1—10）
最小极限值： （N） （1—11）
式中，为预紧力修正值(见表1—3)，N。
表1—3 V带的预紧力修正值
带 型
(N)
普通V带
Y
6
Z
10
A
15
B
20
C
29
D
59
E
108
G值亦能够参考表1—4，其中G值的上限用于新V带。

五、实验步骤与方法
(1)点击进入“西南交通大学机械基础实验教学示范中心”网站，网上预习“单级传动装置性能参数测试实验”课件。
(2)观察相关实验平台的各部分结构，检查实验平台上各设备、电路及各测试仪器间的信号线、连接线是否可靠连接。
(3)用手转动被测传动装置，检查其是否转动灵活及有无阻滞现象。
(4)实验数据测试前，应对测试设备进行调零。调零时，应将传感器负载侧联轴器脱开，启动主电动机，调节JX—1A机械效率仪的零点，以保证测量精度；在负载不便脱开时，启动传感器顶部的小电动机，并使其转向与实验时传感器输出轴的转向相反，按仪器(或实验测试软件)的“清零”键，使仪器转矩显示为零；停止传感器顶部的小电动机转动，调零结束，即可开始实验。
(5)启动主电动机进行实验数据测试。实验测量应从空载开始，无论进行何种实验，均应先启动电机，后施加载荷，严禁先加载后开机。在施加实验载荷时，应平稳旋动WLY—1A稳流电源的激磁旋扭，并注意输入传感器的最大转矩不应超过其额定值的120％。
(6)在实验过程中，如遇电机及其它设备的转速突然下降或者出现不正常的噪音、振动或温升时，必须卸载或紧急停车，以防电机突然转速过高而烧坏电机、设备及其它意外事故的发生。
(7)实验测试完毕后，关闭控制柜主电源及各测试设备电源。
(8)根据实验要求，完成实验报告。

☆ZJS50系列“综合设计型机械设计实验装置实验教学测试软件系统”简介
进入“综合设计型机械设计实验装置实验教学测试软件系统”，其主菜单包含：、
[实验管理]、[变量设置]、[实验报告]、[系统设置]、[帮助]、[退出]功能。
1．系统设置
其子菜单有[串口设置]、[参数设置]与[机械效率仪调零]。
(1)串口设置。
点击[系统设置]下的[串口]子菜单，进入“串口参数选择”对话框。首先根据实际情况进行串口选择，接下来的波特率、数据位、停止位及通道地址的设置则如图1—5所示。机械效率仪输出通道地址设置为10，输入通道地址设置为9。将机械效率仪的输出信号接入测试计算机的串口1(C0~IVll)或串口2(∞M2)。

(2)参数设置
点击[系统设置]下的[参数]子菜单，进入“参数选择”对话框，如图l—6所示。

根据使用的转矩转速传感器的说明书(铭牌)进行扭矩系数设置，根据空载时的数据进行扭矩零点编辑。(参见相关的机械效率仪使用说明书)。
(3)调零。
点击[系统设置]下的[调零]子菜单，按照上一步输入的扭矩零点数据调整机械效率仪的零点。
2．变量设置
点击[变量设置]，进入“变量设置”对话框(见图1—7)。测量参数与系统预置参数均不能被修改，前者是直接测量，后者是根据直接测量的数据经过计算得到的。其中：
传动效率=输出功率／输入功率
滑动率；(主动轮线速度一从动轮线速度)／主动轮线速度
若实验需要，可自行定义测量参数，方法是：点击“+”按钮增加一行，录入“参数名称”、“参数符号”和“计算公式”，点击“√”按钮完成参数添加。
【注意】计算公式中所引用的测量数据只能是输入转矩T1、输出转矩T2；输入转速nl、输出转速 n2；输入功率P1和输出功率P2。

3．实验数据测试系统
(1)录入实验的基本信息。
点击[实验管理]菜单，选择“新建实验”项，进入“实验记录基本信息”对话框，如图1—8所示。实验记录号是由系统自动生成的12位(8位年月日编码+4位流水号)数字构成的。使用者在相应的编辑栏中录入实验分组编号、实验人员名单、指导教师姓名后，点击“确定”按钮进入“实验参数设置”对话框。

(2)设置实验参数(见图1—9)。

①选择实验类型。
②录入相应的实验参数。
其中最大输入功率(kW)、最高输入转速(r／min)是用于计算转矩(或工作拉力)的量程。在调速实验中，最高输入转速也是第一条效率曲线的转速默认值。建议实验时第一条曲线在此最高转速下测试。
(3)横、纵坐标与量程选择。
“横、纵坐标与量程选择”对话框如图1—10所示，其操作方式为：

①点击“▼”按钮，从下拉菜单中选择合适的横坐标。
②点击“…”按钮，进入“选择纵坐标”对话框，最多可选择4个不同的纵坐标。
③点击“量程”按钮，进入“量程修改”对话框，设置纵坐标量程。
(4)实验数据采集。
实验参数录入完成后，点击“确定”按钮进入实验数据采集界面，：数据采集有连续采样和单步采样两种方式：
①连续采样。
点击[连续采样]按钮，系统将以lHz采样频率连续地从转矩转速传感器读取转速、转矩和功率数据，同时进行机械传动效率的计算、显示和绘图。
【注意】在实验完成后，应先点击“采样结束”按钮停止采样，再卸载，否则传动效率曲线将会失真。
②单步采样。
在系统稳定运行时，点击一次[单步采样]按钮，系统将从转矩转速传感器读取一组转速、转矩和功率数据，同时进行机械传动效率的计算、显示和绘图。多次点击便可得到多组数据，这样可得到较“连续采样”更平滑的传动效率曲线图。
③调速实验。
若要比较不同输入转速下的传动效率特性，可在采样结束后，点击：“调速实验”按钮，录入新的输入转速，重复前述采样步骤便可得到不同转速下的传动效率曲线。
(5)数据保存。
实验完成后，点击“采样结束”按钮停止数据采集，点击“保存■按钮可将实验数据保存，以便查询和打印。若对实验结果不满意，可点击“取消”按钮。
(6)退出实验。
点击“退出”按钮即可退出实验。
4．实验数据的查询和打印
(1)进入查询界面。
点击[实验报告]菜单项，进入“实验数据查询”界面，如图1—11所示。

(2)设置查询范围。
系统默认的查询范围是所有实验记录。用户可经过选择“起始日期”和“截止日期”来设置查询范围。
(3)查询实验结果。
点击“查询”按钮，可得到所谩范围内的所有实验记录。点击“箭头”按钮则依次显示出历次实验记录的数据和效率曲线图。
(4)横、纵坐标与量程编辑。
①点击“▼”按钮，从下拉菜单中选择合适的横坐标；
②点击“…”按钮，进入“选择纵坐标”对话框，最多可选择4个不同的纵坐标。
③点击“量程”按钮，进入“量程修改”对话框，修改纵坐标量程。
(5)打印实验报告。
点击“打印”按钮，系统将以第(4)步所选的纵、横坐标与量程打印当前实验记录的实验报告。首先打印传动效率曲线，同时弹出“是否打印实验测试数据”对话框，如图1—12所示。

点击“‘Yes'’按钮，打印实验测试数据。
点击“No”按钮，则不打印实验测试数据。
(6)删除历史记录。
查询并显示出要删除的历史实验记录，点击“Cancel”按钮进行历史记录的删除。
5.退出系统
点击菜单“退出”按钮，退出“综合设计型机械设计实驻装置实验教学测试软件系统”。
思考题
1．影响带传动的弹性滑动与传动能力的因素有哪些t耐传动有何影响。
2．带传动的弹性滑动现象与打滑现象有何区别?它们产生的原因是什么?当D1=D2时判断打滑发生在哪个带轮上并试分析原因?
3．啮合传动装置的效率与哪些因素有关?为什么?。
4．啮合传动中各种传动类型各有什么特点?其应用范围如何。
5．经过实验，比较带传动与链传动的主要特点及应用范围。
6．经过实验，讨论摩擦传动与啮合传动的主要特性如何?

实验四 组合式轴系结构设计与分析实验

一、实验目的
1．熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法；
2．熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；
3．熟悉并掌握轴上零件的定位与固定方法；
4．了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。
二、实验设备
1．创意组合式轴系结构设计与分析实验箱。
实验箱由8类40种16