机械设计基础A2实验指导书.docx

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机械设计基础A2实验指导书

《机械设计基础（A）2》

实验指导书

机械与车辆学院

二00九年十月

实验一液体动压润滑机理分析实验

一、实验目的

1、了解动压油膜承载现象及其形成的必要条件，加深对形成流体动压条件的理解；

2、测量轴承周向及轴向的油膜压力、绘制其油膜压力分布曲线；

3、测量滑动轴承的摩擦系数、绘制轴承

特性曲线；

4、掌握动压滑动轴承试验机的工作原理及其参数测试方法。

二、实验仪器

HS----B液体动压轴承实验台

三、实验台结构与实验原理

实验台主要结构（见图1）

图1滑动轴承试验台外形图

1.操纵面板2.电机3.三角带4.轴向油压传感器接头5.外加载荷感器6.螺旋加载杆7.摩擦力传感器测力装置8.径向油压传感器（7只）9.传感器支撑板10.主轴11.主轴瓦12.主轴箱

1、实验台的传动装置

该实验台由直流电动机通过三角带驱动主轴9沿顺时针（面对实验台面板）方向转动，由无级调速器实现无级调速。

本实验台主轴的转速范围为3-500rpm，主轴的转速由数码管直接读出。

2、轴与轴瓦间的油膜压力测量装置

轴的材料为45号钢，经表面淬火、磨光，由流动轴承支承在箱体10上，轴的上半部浸泡在润滑油中，本实验台采用的润滑油的牌号为N68（即旧牌号的40号机械油），该油在20℃时的动力粘度为0.34Pa·S。

主轴瓦8的材料为铸锡铅青铜。

牌号为ZCuSn5Pb5Zn5（即旧牌号ZQSn5-5-5）。

在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20°，每个小孔联接一个压力表7，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。

沿轴瓦的一个轴向剖面装有两个压力表（即4号和8号压力表）。

用来观察有限长滑动轴承沿轴的油膜压力情况。

3、加载装置

油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。

当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。

转速的改变方法如前所述。

本实验台采用螺旋如载，转动螺旋即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出（取中间值）。

4、磨擦系数f测量装置

径向滑动轴承的摩擦系数f

随轴承的特性系数

值

的改变而改变（

—油的动力

粘度，

—轴的转速，

—压

力，

，W—轴上的载

荷，W=轴瓦自重+外加载荷。

图二

本机轴瓦自重为40N，B——轴瓦的宽度，d——轴的直径。

本实验台B=125mm，d=70mm）如图1-4所示。

图2f—λ线图

在边界摩擦时，f随

的增大而变化很小，进入混合摩擦后，

的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随

的增大油膜厚度亦随之增大，因而f亦有所增大。

摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。

轴转动时，轴对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩为Fd/2，它使轴瓦8翻转，其翻转力矩通过固定在弹簧片5上的百分表6测出弹簧片的变形量并经过以下计算就可得到磨擦系数f之值。

根据力矩平衡条件得：

。

L——测力杆的长度（本实验台L=120mm），

Q——作用在A处的反力。

设作用在轴上的外载荷为W，则：

而

（K——测力计的刚度系数（N/格），见该实验台出厂时检测表上的说明）

——百分表读数（百分表的读数一格数，每格为0.01mm）

5、磨擦状态指标装置

指示装置的原理如图三所示。

当轴不转动，可看到灯泡很亮；当轴在很低的转速下转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于此时的油膜很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴和轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完成将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。

图三

四、软件界面操作说明：

1）封面（图四）

图4

在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。

2）滑动轴承实验教学界面（图5）图5

[实验指导]：

单击此键，进入实验指导书。

[进入油膜压力分析]：

单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。

[进入摩擦特性分析]：

单击此键，进入连续摩擦特性分析。

[实验参数设置]：

单击此键，进入实验参数设置。

[退出]：

单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。

3）滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面（图6）

图6

[稳定测试]：

单击此键，单击此键，稳定测试。

[历史文档再现]：

单击此键，进行历史文档再现。

[打印]：

单击此键，打印油膜压力的实测与仿真曲线。

[手动测试]：

单击此键，进入油膜压力手动分析实验界面。

[返回主界面]：

单击此键，返回主界面。

4）滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面

图7

[稳定测试]：

单击此键，开始稳定测试。

[历史文档]：

单击此键，进入历史文档再现。

[手动测试]：

单击此键，输入各参数值，即可进行摩擦特性的手动测试

[打印]：

单击此键，打印摩擦特性连续实验的实测与仿真曲线。

[返回]：

单击此键，返回滑动轴承实验教学界面。

五、实验步骤：

1.在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。

2.在滑动轴承实验教学界面上单击[实验指导]键，单击[进入油膜压力分析]键，进入油膜压力分析。

3.启动实验台的电动机。

在做滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，待转速达到一定值后，加载到70KG左右后，测定滑动轴承各点的压力值。

在做滑动轴承摩擦特征仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，使转速在375-2转/分钟变化，载荷不变，测定滑动轴承所受的摩擦力矩。

4.在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承各测试数据。

测试完后，将给出实测仿真八个压力传感器位置点的压力值。

实测仿真曲线自动绘出，同时弹出[另存为]对话框，提示保存。

单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。

5.在滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承各测试数据。

测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测仿真曲线图，单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后，将滑动轴承摩擦特性仿破例曲线图和实测曲线呼打印出来。

6.如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。

六、实验操作注意事项：

1．开机前的准备：

关掉实验台操作面板上的调速按钮，使电机停转。

2．使用的机油必须通过过滤才能使用，使用过程中严禁灰尘及金属屑混入油内。

3．由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，润滑油进入轴和轴瓦间隙后，不易流失，在做摩擦系数测定时，油压表的压力不易回零。

需人为把轴瓦抬起，使油流出。

4．所加负载不允许超过150kg，以免损坏负载传感器元件。

5．为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装有无油膜报警指示灯，正常工作时指示灯熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。

6、做摩擦特征曲线实验，应从较高转速（300转/分）降速往下做加载载荷在70~120㎏，选择一定值，并在整个过程中，保持这一定值至结束实验。

当载荷超过80kg和转速小于10转/分时建议不要继续往下做实验，否则会缩短设备的使用寿命。

七、实验报告及思考题

1．实验报告

1）本实验目的；

2）本实验设备及参数测试原理；

3）已知条件和实验数据记录；

4）绘制滑动轴承摩擦特性曲线；

5）绘制油膜压力分布曲线；

6）结果分析与探索。

2．思考题

1）从实验中如何观察滑动轴承动压油膜的形成

2）为什么摩擦系数会随转速的改变而改变？

3）为什么油膜压力分布曲线会随转速的改变而改变？

4）实验中哪些因素引起摩擦系数的测定误差？

实验二、皮带传动实验

一、实验目的:

1．观察带传动中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

皮带传动实验台

三、实验台结构与实验原理：

图1皮带传动实验台主要结构图

1、电机移动底板2、法码3、传感器4、弹性测力杆5、主动电动机

6、平皮带7、光电测速装置8、发电机9、负载灯泡10、机壳11、操纵面板

1.主要结构及工作原理:

由于弹性滑动率

之值与打滑现象的出现以及带传动的效率

都与带传递的载荷的大小有密切关系，本实验台用灯泡作负载。

实验台组成如图1所示。

皮带轮转速和扭矩及加载参数可直接在面板上准确读取，通过RS-232接口将所测参数输出到计算机中进行测试分析，也可脱机（不需计算机）运行，人工记录进行测试分析。

该实验台主要由两个直流电机组成或其中一个为主动电机5，另一个为从动电机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，与发电机由一根平皮带6连接。

在与滑动底板相连的法码架上加上法码，即可拉紧皮带6。

电机锭子未固定可转动，其外壳上装有测力杆，支点压在压力传感器上通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。

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。

2．电气装置工作原理

图二皮带传动实验台面板布置图

1、电流开关2、转速调节3、电动机扭矩4、发电机扭矩

5、负载功率6、电动机转速7、发电机转速8、加载装置

该仪器主要由两部分组成:

一部分为单电机测量控制部分，主要负责转速、扭矩、发电机负载的测量控制，所测参数送到面板上显示，同时通过RS-232接口将所测参数送到上位机（计算机）进行测试分析。

通过面板上的"Δ""▽"两个按钮，也可以通过上位机，步进式（每步lOW）对发电机负载进行控制。

另一部分由根据脉宽调制（PWM）设计的直流电机调速电源通过面板上的"调速"旋钮调节主电机的转速，通过皮带的作用，同时改变了发电机的转速，使发电机输出不同的功率。

发电机端装有320W灯泡负载，改变加载量即可改变负载

四:

软件界面操作说明：

1）皮带传动实验台软件封面：

在封面上非文字区单击左键，即可进入皮带传动实验说明界面。

2）皮带传动实验说明界面：

[实验]：

单击此键，进入皮带传动实验分析界面。

[关闭音乐]：

单击此键，音乐关闭，同时[关闭音乐]变为打不开音乐];反之，单击[打开音乐]，音乐开，[打开音乐]变为[关闭音乐]。

[说明]：

单击此键，弹出皮带传动实验说明框。

[返回]：

单击此键，返回皮带传动实验台软件封面。

[退出]：

单击此键，结束程序的运行，返同WINDOWS界面。

3）皮带传动实验分析界面：

该界面开有皮带带动弹性滑动的运动模拟,及滑差、效率实测曲线窗口（见图4）各控制键说明如下：

[运动模拟]：

单击此键,可以清楚观察皮带传动的运动和弹性滑动及打滑现象.。

图三

[加载]：

单击此键，实现从动轮的负载自动控制，每单击一次增加10W负载。

[稳定测试]：

单击此键，稳定记录实时现示的皮带传动的实测结果。

[实测曲线]：

单击此键，现示皮带传动滑动曲线和效率曲线。

[关闭音乐]：

单击此键，音乐关闭，同时[关闭音乐]变为[打开音乐]；反之，单击[打开音乐]，音乐打开，[打开音乐]变为[关闭音乐]。

[说明]：

单击此键，弹出皮带传动实验说明框。

[打印]：

单击此键，弹出打印对话筐，将皮带传动滑动曲线和效率曲线打印出来或保存为文件。

[返回]：

单击此键，返回皮带传动实验说明界面。

[退出]：

单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。

五、实验步骤：

1、接通电源，实验台的指示灯亮，检查一下测力计的测杆是否处于平衡状态。

2、加法码3KG，使带具有初拉力。

3、打开计算机，单击"皮带传动"图标，进入皮带传动的封面。

单击左键，进入皮带传动实验说明界面。

4、在皮带传动实验说明界面下方单击"实验"键，进入皮带传动实验分析界面。

3、慢慢地沿顺时针方向旋转调速按扭，使电机从开始运转逐渐加速到n1=1000转/分左右，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动实验。

4、在皮带传动实验分析界面下万单击"运动模拟"键，观察皮带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。

单击"稳定测试"键，稳定记录实时显示的皮带传动的实测结果。

单击"实测曲线"键，显示皮带传动滑动曲线和效率曲线。

5、如果采用手动操作，则每按一次加载按钮，记录转速和扭矩n1、n2、T1、、T2的一组数据，直至

≥3%左右，带传动开始进入打滑，若再加载则n1、n2之差值迅速增大。

6、给制带传动滑动曲线和效率曲线（以有效拉力F为横座标，分别以不同载荷下的ε和η之值为纵座标）。

注：

本实验台的主要参数：

带轮直径D1=D2=120mm,测力杆长度L1=L2=120mm。

带传动效率

滑差率

%

《皮带传动实验》实验报告

班级学号姓名同组人

负载

转速

n1

n2

扭矩

T1、

T2

滑差率

效率

实验三机械展示、认识与分析直观现场教学

一、实验目的

了解各零部件的结构和工作原理，增加感性认识，巩固课堂教学。

二、实验设备

电脑控制机械零件陈列柜

三、实验内容

使学生初步了解齿轮传动、皮带传动、链传动、蜗杆蜗轮传动及键联接、螺栓联接、轴、轴承、联轴器等零部件的结构和组成，工作原理及失效形式。

实验四　轴系结构设计实验

一、实验目的：

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。

二、实验设备

1、组合式轴系结构设计分析实验箱。

实验箱提供能进行减速器圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。

2、测量及绘图工具

30Omm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。

三、实验内容与要求

1、根据下表选择性安排每组的实验内容（实验题号）

2、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计

每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择，轴上零件定位固定轴承安装与调节、润滑及密封等问题。

13、绘制轴系结构装配图

4、每人编写实验报告一份

四、实验步骤

1、明确实验内容，理解设计要求;

2、复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法（参看教材有关章节）;

3、构思轴系结构方案

A、根据齿轮类型选择滚动轴承型号;

B、确定支承轴向固定方式（两端固定:

一端固定、一端游动）；

C、根据齿轮圆周速度（高、中、低）确定轴承润滑方式（脂润滑、油润滑）；

D、选择端盖形式（凸缘式、嵌入式）并考虑透盖处密封方式（毡圈、皮碗、油沟）；

E、考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题;

F、绘制轴系结构方案示意图

4.组装轴系部件

根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组装成轴系部件、检查所设计组装的轴系结构是否正确。

5、绘制轴系结构草图。

6、测量零件结构尺寸（支座不用测量），并作好记录。

7、将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所借工具。

8、根据结构草图及测量数据，在3号图纸上用1:

1比例绘制轴系结构装配图，要求装配关系表示正确，注明必要尺寸（如轴承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸），填写标题栏和明细表。

9、写出实验报告。

轴系结构设计实验报告

实验者：

　　　　　　　　　　　　　同组人：

班级：

　　　　　　　　　　　　　　日期：

一、实验目的

二、实验内容

实验题号：

已知条件：

三、实验结果：

1.轴系结构装配图（另附图）

2.轴系结构设计说明（说明轴上零件的定位与固定、滚动轴承的安装、调整，润滑与密封方法）

实验五减速器的拆装实验报告

班级：

______姓名：

__________学号：

__________日期：

_________

一、实验目的

1．要求了解减速器铸造箱体的结构以及轴和齿轮的结构；

2．了解轴上零件的定位和固定、齿轮和轴承的润滑、密封以及减速器附属零件的作用、构造和安装位置；

3．熟悉减速器的拆装和调整过程；

4．了解拆装工具和结构设计的关系。

二、实验设备

1．单级圆柱齿轮减速器，减速器的型号是ZSJ-2单级圆柱齿轮减速器；

2．两级三轴线圆柱齿轮减速器，ZSJ-1展开式双级圆柱齿轮减速器；

3．两级圆锥——圆柱齿轮减速器，ZSJ-5单级圆锥齿轮减速器；

4．单级蜗杆减速器，ZSJ-7蜗轮蜗杆减速器（上置、下置）。

三、实验内容

1.了解铸造箱体的结构；

单级圆柱齿轮减速器

1－箱座    2－箱盖    3－上下箱联接螺栓    4－通气器   5－检查孔盖板

6－吊环螺钉  7－定位销  8－油标尺  9－放油螺塞   10－平键   11－油封   12－齿轮轴     13－挡油盘　　14－轴承　　　15－轴承端盖　　　16－轴

17－轴套　   　18－齿轮

2.观察、了解减速器附属零件的用途、结构和安装位置的要求；

3.测量减速器的中心距、中心高、箱座上、下凸缘的宽度和厚度、筋板厚度、齿轮端面（蜗轮轮毂）与箱体内壁的距离、大齿轮顶圆（蜗轮外圆）与箱内壁之间的距离、轴承内端面至箱内壁之间的距离等。

4.观察、了解蜗杆减速器箱体侧面（蜗轮轴向）宽度与蜗杆的轴承盖外园之间的关系。

为提高蜗杆轴的刚度，仔细观察蜗杆轴承座的结构特点。

5.了解轴承的润滑方式和密封装置，包括外密封的型式。

轴承内侧挡油环、封油环的作用原理及其结构和安装位置。

6.了解轴承的组合结构以及轴承的拆、装、固定和轴向游隙的调整，测绘高速轴及轴承部件的结构图。

五、实验步骤

1.拆卸

（1）仔细观察减速器外面各部分的结构，从观察中思考以下问题：

如何保证箱体交承具有足够的刚度？

轴承座两侧的上下箱体联接螺栓应如何布置？

交承该螺栓的凸台高度应如何确定？

如何减轻箱体的重量和减少箱体的加工面积？

减速器的附件如吊钩、定位销钉、启盖螺钉、油标、油塞、观察孔和通气等各起何作用？

其结构如何？

应如何合理布置？

（2）用板手拆下观察孔盖板，考虑观察孔位置是否恰当，大小是否合适。

（3）拆卸箱盖。

a）用板手拆下轴承端盖的紧固螺钉。

b）用扳手（或套筒扳手）拆卸上、下箱体之间的联接螺栓；拆下定位销钉。

将螺钉、螺栓、垫圈、螺母和销钉等放在塑料盘中，以免丢失。

然后拧动启盖螺钉卸下箱盖。

c）仔细观察箱体内各零部件的结构及位置。

对轴向游隙可调的轴承应如何进行调整？

轴的热膨胀如何进行补偿？

轴承是如何进行润滑的？

如箱座的接合面上有油沟，则箱盖应采取怎样的相应结构才能使箱盖上的油进入油沟？

油沟有几种加工方法？

加工方法不同时，油沟的形状有何异同？

为了使润滑油经油沟后进入轴承，轴承盖的结构应如何设计？

在何种条件下滚动轴承的内侧要用挡油环或封油环？

其作用原理、构造和安装位置如何？

d）测量实验内容之3所列的有关尺寸。

e）卸下轴承盖；将轴和轴上零件随轴一起从箱座取出，按合理的顺序拆卸轴上零件。

f）测绘高速轴及其支承部件的结构草图。

2.装配

按原样将减速器装配好。

装配时按先内部后外部的合理顺序进行；装配轴套和滚动轴承时，应注意方向；应注意滚动轴承的合理装拆方法。

经指导教师检查后才能合上箱盖。

装配上、下箱之间的联接螺栓前应先安装好定位销钉。

六．注意事项

1.实验前必须预习实验指导书,初步了解有关减速器装配图。

2.切忌盲目拆装，拆卸前要仔细观察零、部件的结构及位置，考虑好合理的拆装顺序，拆下的零、部件要妥善安放好，避免丢失和损坏。

3.爱护工具及设备,仔细拆装使箱体外的油漆少受损坏。

七、实验结果

一．将测得的数据填入下表：

名　称

符　号

数　据（㎜）

中心距

中心高

箱座上凸缘的厚度

箱座上凸缘的宽度

箱座下凸缘的厚度

箱座下凸缘的宽度

上筋板厚度

下筋板厚度

齿轮端面（蜗轮轮毂）与箱体内壁的间距

大齿轮顶圆（蜗轮外圆）与箱体内壁的间隙

△

轴承内端面至箱内壁的距离

二．测绘减速器中高速轴及其轴承部件的结构草图，并标注配合尺寸。

三．绘制齿轮高速或蜗轮轴两侧的上下箱螺栓凸台结构的三面投影图。

四．如滚动轴承装有密封件，请将密封零件画在附图2中。

五．对拆装的减速器，指出那些地方不合理并提出改进意见。

图2　　　　　　　

实验六便携式机械系统变速传动方案创新设计

一、实验目的

机械传动变速装置是机械系统的重要组成部分，起着传递动力或改变运动速度和方向的重要作用。

根据需要选择传动类型，组合出合理的机械传动方案，是《机械原理》和《机械设计》课程教学中的重要内容。

本实验箱使用目的是：

1、 加深对各种类型的机械变速传动的感性认识和理性认识；

2、通过拼装各种变速传动方案和对比分析不同方案的传动特点，提高学生的动手能力和创新意识，培养学生工程实践能力和创新能力。

二、实验内容

 1、拼装各种类型的机械变速传动，并对比分析其传动原理及特点；

2、操作换挡变速，了解换挡变速机构的工作原理及结构特点。

三、实验箱简介

1、试验箱配置及主要技术参数；本实验箱备有V带传动、链传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、槽轮机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、单十字万向联轴器传动等零部件。

箱内大部分零件采用硬铝合金精制，加工精度高，使用轻巧方便。

2、拼装方案：

利用本实验箱配备的零件可组装十种机械传动方案：

（1）单级传动：

V带传动、链传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、槽轮机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、单十字万向联轴器传动等。

（2）变速器：

手动滑动套，使两三联齿轮分别沿二根花键轴滑移，通过三根传动轴（二根花键轴及一根平键轴）上不同的齿轮啮合，可得9级传动比。

三根转动轴可三角形布置，也得展开布置。

卸下平键轴，装上中介轮轴及介轮，可得含介轮的齿轮传动。

（3）多级组合传动在：

可在上述单级传动及变速器中任选两种或两种以上，用联轴器或离合器联接组成多级组合传动

例如：

手轮锥齿轮九速变速器弹性联轴器链槽轮机构

手轮九速变速器离合器曲柄摇杆机构

手轮刚性联轴器链传动槽轮机构

手轮V带传动离合器链槽轮机构

手轮-V带传动锥齿轮槽轮机构

手轮锥齿轮链传动槽轮机构

手轮V带传动曲柄滑块机构

手轮链传动曲柄摇杆机构

便携式机械系统变速传动方案创新设计实验报告

1．画出此次机械系统