《机械设计》课程 实验指导书 兰州交通大学机电工程学院 机械设计系 2015年9月
《机械设计》课程 实 验 指 导 书 兰州交通大学机电工程学院 机械设计系 2015 年 9 月
《机械设计》课程实验指导书 兰州交通大学 学生实验守则 一、学生实验前应认真预习，明确实验目的、步骤、对指导教师或实验技 术人员抽查提问回答不合要求者，须重新预习、否则不准其做实验。 二、学生在实验中，应听从指导教师及实验人员的安排、在使用精密、贵 重仪器时，必须按要求操作确保设备的安全使用，禁止随意动用与本次实验无 关的仪器设备，若对实验内容持有创见性的改革、实施前必须经指导人员同意 后才能进行。 三、学生应认真地进行实验，严格接操作规程办事，正确记录实验数据， 实验后要认真做好实验报告，认真分析实验结果，处理实验数据，不得做本次 实验以外的事情。 四、严格考勤，对无故不上课的学生以旷课论处，并不得补做，对请假缺 习做实验的学生，须另行安排时间予以补做。 五、实验完毕后，学生必须按规定断电、关水、关气、整理设备、清扫场 地、经实验指导人员检查合格后方可离去。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物 者，立即追究责任，视其情节按有关规定处理。 六、单独设实验课的作一门课程对待、不单独设课的实验成绩应按一定比 例计入该门课程的总分。 七、实验室内应保持安静、不准高声谈笑、吵闹、吸烟、注意清洁卫生， 实验中注意安全，节约水、电、气，遇到事故应立即切断电（气）源，并向指 导老师报告
《机械设计》课程实验指导书 - 1 – 兰 州 交 通 大 学 学生实验守则 一、学生实验前应认真预习，明确实验目的、步骤、对指导教师或实验技 术人员抽查提问回答不合要求者，须重新预习、否则不准其做实验。 二、学生在实验中，应听从指导教师及实验人员的安排、在使用精密、贵 重仪器时，必须按要求操作确保设备的安全使用，禁止随意动用与本次实验无 关的仪器设备，若对实验内容持有创见性的改革、实施前必须经指导人员同意 后才能进行。 三、学生应认真地进行实验，严格接操作规程办事，正确记录实验数据， 实验后要认真做好实验报告，认真分析实验结果，处理实验数据，不得做本次 实验以外的事情。 四、严格考勤，对无故不上课的学生以旷课论处，并不得补做，对请假缺 习做实验的学生，须另行安排时间予以补做。 五、实验完毕后，学生必须按规定断电、关水、关气、整理设备、清扫场 地、经实验指导人员检查合格后方可离去。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物 者，立即追究责任，视其情节按有关规定处理。 六、单独设实验课的作一门课程对待、不单独设课的实验成绩应按一定比 例计入该门课程的总分。 七、实验室内应保持安静、不准高声谈笑、吵闹、吸烟、注意清洁卫生， 实验中注意安全，节约水、电、气，遇到事故应立即切断电（气）源，并向指 导老师报告
《机械设计》课程实验指导书 实验一带传动分析 一、实验目的 1.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： 2.测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑 动曲线和效率曲线： 3.了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。 二、实验设备 PC-A型带传动实验台。 本实验台供机械设计或机械设计基础课程开设带传动试验用，可进行带传动滑差率和 效率曲线的测定。 该设备结构简洁，外形新颖别致，电动机为直流无级调速，采用先进的调速电路，测 速方为式红外线光电测速：测力方式为弹性测力计结构，百分表读数稳定，带轮转速可直 接准确读取。 整个试验台采优质钢材和铝合金材料精心设计制作，具有稳定牢固、重量轻的特点。 8 1,电机移动底板2.菇码3.百分表4.弹性测力杆及装置5.主动电动机 6.平带7.光电测速装置8.发电机9.负载灯泡10。机壳1.操纵面板 图2带传动实验台主要结构图 该实验台主要结构见图2，它由两个直流电机组成，其中一个为主动电机5，另一个 -2-
《机械设计》课程实验指导书 - 2 – 实验一 带传动分析 一、实验目的 1．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； 2．测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑 动曲线和效率曲线； 3．了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。 二、实验设备 PC-A 型带传动实验台。 本实验台供机械设计或机械设计基础课程开设带传动试验用，可进行带传动滑差率和 效率曲线的测定。 该设备结构简洁，外形新颖别致，电动机为直流无级调速，采用先进的调速电路，测 速方为式红外线光电测速；测力方式为弹性测力计结构，百分表读数稳定，带轮转速可直 接准确读取。 整个试验台采优质钢材和铝合金材料精心设计制作，具有稳定牢固、重量轻的特点。 1．电机移动底板 2．砝码 3．百分表 4．弹性测力杆及装置 5．主动电动机 6．平带 7．光电测速装置 8．发电机 9．负载灯泡 10．机壳 11．操纵面板 图 2 带传动实验台主要结构图 该实验台主要结构见图 2，它由两个直流电机组成，其中一个为主动电机 5，另一个
《机械设计》课程实验指导书 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，与发电机用一根平带6联接。在与滑动底板相连的砝码架上加 上砝码，即可拉紧皮带6。 电机定子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在弹片上，而固定在弹片上的 百分表可将弹片受力时的变形测出（百分表与弹片及支架组成弹性测力装置），通过计算 即可得到电机和发电机的转矩。 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， 下面分述组成本实验台的两大部分一主机和测量系统的工作原理。 1)主机 主机是一个装有平台的传动装置。 主电机是直流电动机，装在滑座上并可沿滑座滑动。电机轴上装有主动轮，通过平带 带动装在直流发电机轴上的从动轮。在直流发电机的输出电路上，并联了8个灯泡，每个 40瓦（即图上的负载灯泡），作为带传动的加载装置。砝码通过钢丝绳、定位滑轮拉紧滑 座，从而使带张繁，并保证一定的初拉力（预紧力）。开启灯泡便可改变发电机的负载电 阻。随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，带的受力增大，两边拉力差也增大，带的 弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑， 当负载继续增加时则完全打滑： 2)测量系统 测量系统由转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。 ()光电测速装置 在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔， 在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。带轮转动时，就可在数码管 上直接读出带轮的转速。 (2)扭矩测量装置 主动轮的扭矩T:和从动轮的扭矩T均通过电机外壳来测定。 电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。 当电动机启动和发电机承载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向 转子旋转的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通 过固定在定子外壳上的测力计所测得的力炬来平衡。即： 主动轮的扭矩T,=QK1L,(Nmm) 从动轮的扭矩T=Q2KzL,(Nmm) 式中Q1、Q2一一测力计上百分表的读数： Ki、K 一测力计标定值： L1、L2一一测力计的力臂，L1=L2=120mm。 -3
《机械设计》课程实验指导书 - 3 – 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 l 上，与发电机用一根平带 6 联接。在与滑动底板相连的砝码架上加 上砝码，即可拉紧皮带 6。 电机定子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在弹片上，而固定在弹片上的 百分表可将弹片受力时的变形测出（百分表与弹片及支架组成弹性测力装置），通过计算 即可得到电机和发电机的转矩。 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。 下面分述组成本实验台的两大部分—主机和测量系统的工作原理。 1）主机 主机是一个装有平台的传动装置。 主电机是直流电动机，装在滑座上并可沿滑座滑动。电机轴上装有主动轮，通过平带 带动装在直流发电机轴上的从动轮。在直流发电机的输出电路上，并联了 8 个灯泡，每个 40 瓦（即图上的负载灯泡），作为带传动的加载装置。砝码通过钢丝绳、定位滑轮拉紧滑 座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力（预紧力）。开启灯泡便可改变发电机的负载电 阻。随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，带的受力增大，两边拉力差也增大，带的 弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑， 当负载继续增加时则完全打滑。 2）测量系统 测量系统由转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。 ⑴光电测速装置 在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔， 在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。带轮转动时，就可在数码管 上直接读出带轮的转速。 ⑵扭矩测量装置 主动轮的扭矩 T1 和从动轮的扭矩 T2 均通过电机外壳来测定。 电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。 当电动机启动和发电机承载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向 转子旋转的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通 过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。即： 主动轮的扭矩 T1 =Q1 K1L1（Nmm） 从动轮的扭矩 T2 =Q2 K2L2（Nmm） 式中 Q1、Q2 ——测力计上百分表的读数； K1、K2 ——测力计标定值； L1 、L2 ——测力计的力臂，L1 =L2 =120 mm
《机械设计》课程实验指导书 带传动的效率1=从动轮的功率。2 主动轮的功率P,T 我们只要测得不同负载下主动轮的转速1和从动轮的转速m以及主动轮的扭矩T 和从动轮的扭矩T2,就可算出在不同有效拉力下的弹性滑动率e以及效率n之值（在两 带轮的直径相同时，eV1-V)/V,×100%n1-)/n1×100%)。以有效拉力F为横 坐标，分别以不同载荷下的ε和1之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动率曲线和效 率曲线，如图3所示。 ￡% 们% 80 3 60 滑动区 40 20 临界点 完全打滑 0 图3带传动的弹性滑动率曲线和效率曲线 该实验台的主要技术参数如下： 直流电机功率：355W 调速范围：50~1500rpm 最大负载转速下降率<5% 初拉力最大值：3kg 杠杆测力臂长度L=L2=120mm(L1、L2一电机轴线至测力杆支点的长度) 带轮直径D1=D2=120mm 测力计标定值K1=K2=0.233 百分表精度为0.01mm,测量范围为0~10mm -4
《机械设计》课程实验指导书 - 4 – 带传动的效率 1 1 2 2 1 2 T n T n P P = = 主动轮的功率 从动轮的功率 我们只要测得不同负载下主动轮的转速 n1 和从动轮的转速 n2 以及主动轮的扭矩 T1 和从动轮的扭矩 T2 ，就可算出在不同有效拉力下的弹性滑动率ε以及效率η之值（在两 带轮的直径相同时，ε=(V1 –V2)/ V1 ×100 % =(n1 –n2)/n1×100 % ）。以有效拉力 F 为横 坐标，分别以不同载荷下的ε和η之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动率曲线和效 率曲线，如图 3 所示。 图 3 带传动的弹性滑动率曲线和效率曲线 该实验台的主要技术参数如下： 直流电机功率：355W 调速范围：50～1500rpm 最大负载转速下降率＜5％ 初拉力最大值：3kg 杠杆测力臂长度 L1＝L2＝120mm （L1、L2——电机轴线至测力杆支点的长度） 带轮直径 D1＝D2＝120mm 测力计标定值 K1＝K2＝0.233 百分表精度为 0.01mm, 测量范围为 0～10mm