机械设计实验指导书Word格式.docx
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2、测量及绘图工具
300mm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。
3、绘制轴系结构装配图。
4．编写实验报告。
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：
（1）根据齿轮类型选择滚动轴承型号；
（2）确定支承轴向固定方式（两端固定：
一端固定、一端游动）；
（3）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）；
（4）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）；
（5）考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题；
（6）绘制轴系结构示意图。
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，要求装配关系表达正确，注明必要尺寸（如交承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸），填写标题栏和明细表。
1、实验目的
2、实验内容（实验题号，已知条件）
3、实验结果
（1）轴系结构装配图（附3号图）
（2）轴系结构设计说明（说明轴上零件的定位固定，滚动轴承的安装、调连、润滑与密封方法）。
1、轴为什么一般都做成阶梯形状?
在你所测绘的轴系中，轴的各段尺寸{包括轴的长度和直径）是根据什么来确定的?
轴各段的过渡部位结构有何特点?
2．轴系中采用什么类型？
为什么?
它们的布置和安装方式有何特点?
3．轴系中轴上零件是靠哪些零件来轴向定位的?
轴向位置是如何固定的？
它们的作用、结构形状有何特点?
4．轴系固定方式采用何种形式?
5．轴承的间隙是如何调整的?
调整方式有何特点?
6．轴上传动件及轴承采用什么润滑方式？
轴承采用什么密封装置?
实验三液体动压轴承特性实验
一、概述
本项实验是径向加载的液体动压滑动轴承实验，其目的是测量轴承与转轴间隙中的油膜在圆周方向的压力分布值，并验证径向油膜压力最大值pmax不在外载荷Fr的垂线位置，而是在最小油膜厚度附近处。
该实验还可以测试下列几项内容。
（1）测量轴承与转轴间隙中的油膜在轴线方向的压力分布值，并验证轴向压力分布曲线呈抛物线分布，即轴向油膜最大压力值在轴承宽度的中间位置。
（2）测量径向液体动压滑动轴承在不同转速、不同载荷、不同黏度润滑油情况下的摩擦系数f值，根据取得的一系列f值，可以做出滑动轴承的摩擦特性曲线，进而分析液体动压的形成过程，并找出非液体摩擦到液体摩擦的临界点，以便确定一定载荷、一定黏度润滑油情况下形成液体动压的最低转速，或一定转速、一定黏度润滑油情况下保证液体动压状态的最大载荷。
（3）观察液体动压的形成过程。
在启动主轴时，一定要慢慢加速。
因为此时轴承与主轴之间没有油膜，如果加速太快，容易烧坏轴瓦。
为此，该实验台人为地设计了轴承保护电路，当没有油膜时，油膜指示灯亮，在形成油膜后，正常工作时油膜指示灯灭。
根据油膜指示灯装置，也可以观察液体动压润滑的形成过程和摩擦状态。
二、实验目的
（1）观察径向滑动轴承液体动压润滑的形成过程和摩擦状态。
（2）测定和绘制径向滑动轴承周向油膜压力分布曲线。
（3）观察径向滑动轴承轴向油膜压力分布情况。
（4）了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法。
（5）观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况或油膜厚度。
三、实验台结构及工作原理
1．实验台的传动装置实验台传动装置结构如图1所示，直流电动机1上装有一个小带轮，主轴4上装有一个大带轮，通过V带2驱动主轴沿顺时针方向转
动，由无级调速器实现直流电机的无级调速。
实验台主轴转速范围为0-1500r/min。
在主轴大带轮侧面装有一个红外线测速装置，轴的转速由实验台前面板上转速数码管直接读出。
2．轴承与轴间隙中油膜压力测量装置
实验台测量装置结构如图2所示，主轴的两端分别装有一个滚动轴承，滚动轴承安装在箱体两端的轴承座孔内，支承主轴转动。
主轴的下半部浸泡在润滑油中，当主轴转动时可以把油带入主轴与轴承的间隙中而形成油膜。
滑动轴承的轴瓦包角180°
，在轴承圆周120°
范围内均匀分布看7个小通孔，与轴和轴承之间的间隙相通，在7个小孔中装有空心管，当轴与轴承间隙中的润滑油形成一定压力后，油可以在空心管中流动，在空心管的端部分别装有7块压力表。
油压推动压力表针转动，从而测量出圆周方向7个位置的油压分布值。
装在轴承宽度B／4处的第8块压力表，与前7块结构相同，表示轴向压力分布值。
滑动轴承连同轴承上装的8块压力表以及测力杆一起安装在主轴的上半部（悬浮式安装，见图2）。
随着主轴转速的提高，轴与轴承间隙中的油膜压力越来越大，这时，通过装在轴承上的8块压力表，可以直接观测滑动轴承在圆周方向和轴线方向的油膜压力分布值，以及油膜压力随主轴变化的情况。
图1实验台传动装置结构
图2实验台测量装置结构
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。
当载荷改变或主轴转速改变时所测量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。
转速的改变方法是由无级调速器实现，载荷的改变方法是由螺旋装置实现（见图2）。
在实验台的箱体上装有一套螺旋装置和一个压力传感器，转动螺旋杆，压紧传感器，力通过传感器作用在滑动轴承上。
改变螺旋杆的转动方向，即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台前面板上读出。
这种加载方式的主要优点是结构简单、可靠，使用方便，载荷的大小可任意调节。
但在起动电动机之前，一定要使滑动轴承处在零载荷状态，以免烧坏轴瓦。
4．摩擦系数f的测量装置
径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数ηn／p值的改变而改变（η为润滑油的动力黏度，n为主轴转速，p为压强，p=Fr／BD，Fr为轴承上所受载荷，B为轴瓦宽度，D为轴承直径）。
在边界摩擦时，f随ηn／p的增大而增大，进入混合摩擦后，随ηn／p的增大，f值急剧下降，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随ηn／p的增大油膜厚度也随之增大，f值也有所回升。
摩擦系数f值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。
当主轴转动时，轴对轴承产生周向摩擦力F，其摩擦力矩为F×
d／2（d为轴的直径）。
由于轴承是悬浮式安装，该力矩可使轴承随轴翻转。
因此，在轴承径向方向装有一个测力杆，在实验台机架上装有一块弹簧挡板，在弹簧挡板的另一侧装有一个测力计（百分表）。
当轴承欲随轴翻转时，测力杆被弹簧挡板顶住，使轴承不能随轴翻转，保持径向平衡位置。
这时，在测力杆作用下，弹簧挡板产生变形，其变形量△值由测力计测量。
变形量△值在测力计上显示的是转动的格数，已知测力计每转动一格，需0．098N的作用力（测力计的标定刚度系数K=0．098N／格），设测力杆上A点为测力点，则该点的作用力Q=K△。
摩擦系数f值求解过程如下：
已知测力杆上测力点A点距轴承中心线距离L=98mm，作用给轴承的平衡力矩为
M=LQ=LK△
根据力矩平衡条件得F×
d/2=LK△
又根据摩擦力F=fFr，（Fr为轴承所受外载荷）。
把力矩平衡条件公式代入摩擦力计算公式得
F=2LK△/Frd
由整理后的摩擦系数计算公式，可求出不同载荷、不同转速下的摩擦系数f值，可绘出摩擦特性曲线。
5．摩擦状态指示装置
在摩擦状态指示装置中，当主轴不转时，可看到灯泡很亮。
当主轴在很低的转速下运转时，轴将润滑油带入轴与轴瓦之间收敛形间隙内，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有接触，故灯忽亮忽暗。
当轴的转速达到一定值时，轴与轴瓦之间形成的油膜厚度完全遮盖了两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡熄灭。
四、实验设备主要技术参数
实验台型号
试验轴承轴承内径D=65mm，有效宽度B=167mm，粗糙度Ra=1.6；
材料ZCnSn5P65Zn5（ZQSn6-6-3）
主轴直径d=65mm，材料40Cr，淬火，磨光，HRC48-50
加载范围0-100N
测力杆上测力点距轴承中心距离L=98mm
测力计（百分表）刚度标定值K=0．098N／格
百分表精度0．01mm，量程0-5mm
油压表量程0-0.6MPa
润滑油动力黏度0.34Pa.So（68号机油，20°
C）
电机功率355W
调速范围0-1500r／min
五、实验方法与步骤
1．开机前的准备工作
（1）检查百分表（测力计），使其触头压在弹簧挡板上，并具有少量的压力值，确保触头不脱离弹簧挡板；
（2）检查螺旋加载装置，使其处于零加载位置；
（3）检查调速旋钮，逆时针旋转到底。
2．实验步骤
（1）开启电源，此时摩擦状态指示灯泡很亮。
慢慢顺时针旋转调速旋钮，逐渐提高轴的转速（随轴转速的提高，指示灯忽明忽暗，当轴的转速在200r／rain左右时，灯泡完全熄灭，此时已处于完全液体润滑状态），使轴的转速达到500r／min（转速显示窗读数）；
（2）顺时针旋转加载杆，将载荷加到800N（前面板压力显示窗读数）；
（3）运转几分钟，待各表稳定后，记录所加载荷Fr值、主轴转速、进口油温、测力计（百分表）的转动格数△值及1—8块压力表的指示值；
（4）载荷800N保持不变的情况下，逐级降低转速（400r／min、300r／min、200r／min、150r／min、100r／min、50r／min、30r／min、20r／min、
10r／min）每改变一级转速，记录一次主轴转速、百分表转动格数△值。
当转速降至轴与轴瓦接触也就是非液体摩擦时，将此时的△值采集下来，第一次测量结束；
（5）调整螺旋加载杆，将压力显示窗的数值降至400N（改变载荷进行第二次测量），慢慢将主轴转速调至500r／min，重复做步骤（3）（4）；
（6）二次测量结束后，卸载、降速，当转速、压力显示窗显示数值为零后，关掉电源开关；
（7）如果想多做几种不同载荷情况下的油膜压力和摩擦特性曲线可按以上步骤重复做；
（8）整理上述二组实验数据并绘制成油膜压力分布曲线和轴承摩擦特性曲线。
3、整理实验报告
六、思考题
1、哪些因素影响液体动压轴承的承载能力及其油膜的形成?
2、当转速增加或载荷增大时，油压分布曲线的变化如何?
3、f—λ（ηn／p）曲线说明什么问题?
实验四带传动实验
1、了解带传动的组成和工作原理，观察带传动的弹性，滑动及打滑现象。
2、掌握带传动的转矩、转速、功率、转速差、传动效率等参数的测定方法。
3、实测出一种V型带的弹性滑动系数，传动效率与传动带拉力之间关系曲线。
二、实验原理
1、实验台的结构
带传动实验台结构示意图，如图所示，由动机1的转子一端装有主动v型带轮；
2、通过v型带12带动从动轮，而从动轮装在发电机13的一端电动机输出接有负载电阻箱。
平衡时，电动机输出的功率一小部分用于皮带、轴承等损耗，绝大部分通过发电机的负载电阻箱转化热量散发掉。
电动机的转速是由调压器8来调节的。
在一定的转速下，调节激磁电流，可使发电机输出电压得到调节，从而调节发电机负载电阻中的电流，达到加载的目的。
3、转矩和效率的测量
主动轮上的转矩为M
=w
L
（N.m）
从动轮上的转矩为M
=W
式中：
w1、W2---分别为主、从动轮一端测力计的力的读数。
L1、
L2—分别为一端测力杆力臂长。
传动的有效拉力：
F=
（N）
D1—主动轮直径
跟据两轮上的转矩和转速，即可求得带传动的效率。
3、转速差及滑动系数的测量
电动机测转盘6上镶有一颗磁钢，旋转时，可到舌簧管上方一次，舌簧管闭合一次，使发电机的端面盘上的高度发光二极管闪亮一次，电流切断。
立即停止发光。
由于轮的转速每分钟在一千转以上．故亮暗间隔时间甚短，由于人的视觉暂留，便可连续看见光轴的位置。
若两轮的转速相等，看上去光轴都处在相同的位置。
若从动轮转速稍慢，每当磁钢到达正下方，发光二极管都滞后于光前位置发光。
看上去好象是光轴向后飘移，在发电机测转差盘14前罩有一片有机玻璃刻度盘，只要测出—分钟内光轴飘移周圈数，就测出了转速并
n。
带传动的滑动系数：
4、转速的测量
用手持式转速表，在电动机、发电机的轴端中心孔里，测出电动机，发电机转速n1、n2。
三、实验步骤
1、装上v型带，并施加适当的初拉力Fo，初拉力Fo与所挂法码的重量有关。
初拉力不足，则摩擦力不足，带传动可能出现过早打滑。
反之，初拉力过大，则缩短带的使用寿命。
本实验建议：
带的初应力ao=150-180N／cm
；
O型v型角带截面积A=0.47cm
A型v型角带截面积A=O.81cm
2、旋松拉力计的锁紧螺钉，调好拉力计零点。
3、起动电机前应检查线路和试验台，使其处于正常状态，确保人身及设备安全。
4、开机步骤：
①启动总开关，绿灯亮，说明电源正常，并能听到电扇微声。
启动电机开关，旋转调压器手轮。
随着电动机电压表示值增加，电动机平稳启动，最终将电动机压调至180--220V。
闭合激磁开关，调节激磁电流，逐级加载，每次记下，Wi、W2、n1、n2，直至出现完全打滑为止。
从以上试验过程可以看到，随着载荷的增加，两轮的转速差加大。
当加载超过临界点时，滑动骤增，此时可明显看出松边和紧边的区别。
继续加大载荷，出现完全打滑现象，可听到吱吱声。
当出现完全打滑时，若加大预拉力，打滑可以消除。
5、关机顺序
①卸载，将激磁电流调到o，断开激磁开关，切断激磁回路。
②旋转调压器手轮，将电压降为0，电动机停转，特电机的启停开关置OFF。
按下停止按钮，总开关断开。
6、整理实验数据，在座标纸上作出拉力w2—滑动系数的曲线。
四、实验报告
1、实验条件
（1）试验台型号——
（2）带轮直径Dl=D2=mm
（3）法码配重G=——kg
（4）V型带初应力a0=F／A=N／cm
（5）包角a（al=a2—180
）
（6）测转矩的测力臂长Ll—L2=0.5m
2、实验记录：
3、实验结果分析：
在座标纸上绘制效率曲线和弹性滑动曲线。
五、思考题
1、带传动的效率与哪些因素有关?
2、带传动滑动系数与哪些因素有关?
3、带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别?
它们产生的原因是什么?
XX文库-让每个人平等地提升自我
实验五机械运动创意设计实验
1、加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及运动特性；
2、训练学生的工程实践动手能力；
3、培养学生创新意识及综合设计的能力。
二、实验设备及工具
1、机构运动创新方案实验台组件（参看"
机构运动创新方案实验台组件清单"
）；
1）凸轮：
基圆半径为18mm，从动推杆的行程为30mm。
2）齿轮：
模数2，压力角20，齿数28或42，两齿轮中心距为70mm。
3）齿条：
模数2，压力角20·
，单根齿条全长为200mm，两齿条可拼接使用。
4）槽轮拨盘：
两个主动销或壹个主动销。
5）槽轮：
四槽。
6）主动轴：
轴上带有平键。
7）圆头轴或扁头轴：
轴上未带平键．圆头轴的轴端为圆头，扁头轴的轴端为扁平头。
8）主动滑块插件：
与主动滑块座配用，形成主动滑块，利用它可调节所需的运动层面距离。
9）主动滑块座：
与直线电机齿条固连形成主动件，且作直线往复运动。
10）连杆（或滑块导向杆）：
其长孔与滑块形移动副，其圆孔与轴形成转动副。
11）压紧连杆用特制垫片：
固定连杆时用。
12）转动副轴（或滑块）—2：
与固定转轴块配用时，可分别与两连杆形成转动副和移动副。
13）转动副轴（或滑块）—1：
用于两构件形成转动副或形成移动副；
14）带垫片螺栓：
规格M6，用于连杆与转动副轴形成转动副或移动副。
15）压紧螺栓：
规格M6，用于连杆与转动副轴形成转动副。
16）运动构件层面限位套：
用于下同构件运动平面之间的距离限定，以免发生不同构件运动的干涉。
17）皮带轮（皮带）：
传递主动运动。
18）盘杆转动轴：
盘类零件与连杆形成转动副时用。
19）固定转轴块：
与连杆固连，13号件与该连杆形成转动副。
20）—39）参看“机构运动创新方案实验台组件清单”中的说明，
40）直线电机：
10mm／s。
沿机架底郁的长形孔可改变旋转动电机的位置；
直线电机控制器：
前面板上有电源开关和保护电机的熔断器（2.5A）。
后面板上．有一220V、50HZ的电源插座、行程开关插座（三芯插头、缺口朝上插入）和电机电源插座（四芯插头、缺口朝上插入）。
直线电机控制器使用注意事项：
根据主动滑9l移动的距离，通过改变直线电机的两行程开关的相对位置来调节齿条（相当于滑块）往复运动间距，可调节的最大行程不得大于400mm。
故障排除：
当接通电源开关，电机不运行，可能是前面板上保护电机的熔断器（2．5A）烧断。
拔掉220V、50HZ的电源插头后，再旋开熔断界保护盖，更换新的2.5A熔断器。
注意：
未拼接机构运动前、预设直线电机的工作行程后，请务必调整直线电机行程开关相对电机齿条底部的高度，以确保电机行程开关能灵活动作，从面防止电机直齿条断齿并脱离电机主体、防止所组装的零件被损坏和人生安全，若出现行程开关失灵时，请立即切断电源。
旋转电机：
10转／min，沿机架底部的长形孔可改变旋转动电机的位置。
电机上连有一220V、50HZ的电源线及插头，连线上串接有手柄开关，可方便开、断电机电源。
2、工具：
活动搬手M6圆柱头内六角搬手、M6的平端紧定内六角搬手、卷尺、笔和纸。
三、实验原理
任何机构都是由自由度为零的若干杆组，依次连接到原动件（或已经形成的简单的机构）和机架上的方法所组成。
四、实验方法与步骤（仅供学生在实验中参考）
1、掌握实验原理，
2、根据上述“实验没备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的硬件组成及零件功用。
3、自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。
4、将所选定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分。
5、正确拼装杆组。
五、机构组成原理及拼装杆组
1、机构组成原理（见教材内容）
2、正确拼装杆组
根据拟定的机构运动学尺寸，利用机构运动创新方案实验台提供的零件按机构运动的传递顾序进行拼接。
拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，并且使各构件的运动在相互平行的平面内进行，其目的是避免各运动构件发生干涉。
然后，以机架铅垂面为参考面，将各杆由参考面向外（内外，外内错层地向外拼接）进行拼接。
机构运动创新方案实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下图示。
1）实验台机架
实验台机架中有5根铅垂立柱，它们可沿x方向移动。
移动时请用双手推动、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态。
立柱移动到预定的位置后，将立柱上、下两端的螺栓锁紧（安全注意事项：
不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下，在移动立柱前只需将螺栓拧松即可）。
立柱上的滑块可沿Y方向移动。
将滑块移动到预定的位置后，用螺栓将滑块紧定在立柱上。
按图示方法即可在x、Y平面内确定一个固定点，这样活动构件相对机架的连接位置就确定了。
面对操作者的机架面称为拼接参考面。
2）轴相对机架的连接（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）。
按图示连接好后，其中标号为“6或7或8”的轴相对机架固定。
若x号件不装配，则标号为”6或7或8”的轴相对机架作旋转运动。
学生可根据需要确定是否使用：
2号件
3）转动副的连接（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）按图示连接好后，两连杆作相对旋转运动。
—般情况下：
若14号件的圆头与15、16号件配用，则连杆与14件作相对转动；
若14号件的扁头与11号件配用，则连杆与14件作相对转动；
若14号件的扁头与16号件配用。
则连杆与14件相对固定。
4）滑块分别与连杆组成转动副和移动副（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）
首先用21号件将20号件固定（注童使用其中稍大的孔）在连杆上，注意使20号件上的另一孔与连杆长孔对中；
然后将13号的圆头端插入20号件的另一孔与连杆的长孔中，再将15号件拧入13号件的内螺纹孔内，这样就形成了—转动副。
其次，将另—连杆的长孔插入13号件的扁头端上，再将15号件拧入13号件的内螺纹孔内，这样便形成移动副。
5）移动副的连接（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）
将14号件的扁头端插入连杆的长孔内，按图示连接好，14号件可在连杆长孔内作相对直线移动。
6）齿轮与轴的连接（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）
按图示连接好后，齿轮经平端紧定螺钉锁紧后与轴固定（注意：
象类似齿轮的盘类零件与轴的固定，原则上应选用轴端为扁头的轴）。
7）齿轮与连杆形成转动副（图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同）
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