《机械设计基础》实验教学大纲（技术基础课） （进入导航）

                                                               

一、开设“机械设计”课实验的依据：

机械设计课为机械类和其它工程类学生的技术基础课。是学生能否掌握专业技术的一个重要环节，是学生学习基础课阶段进入专业课学习阶段的一个桥梁。为学习专业课奠定十分重要的基础。所以这门课程是工程类专业学习的重要环节，又是紧紧围绕理论教学而开设的。其目的是让学生通过课堂理论教学后，经过实验教学更加深刻的理解教学的内容，验证理论教学中的重要结论，使学生不但在理论上有所提高，更重要的是将理论教学的一些抽象内容，经过实验过程中的观察和研究变成更具体的知识，使知识更扎实，通过实验教学不仅可以提高学生的理论知识，更重要的可以学会现代的实验方法和测试手段。提高学生的动手能力，为今后的学习和进行各种科学研究工作打下一定的基础。

二、本门课程的学时数、实验总学时：

 本门课程    72学时    实验8学时（不含10学时的创新性、设计性实验）

三、实验内容：

    实验一、齿轮传动效率测试（2学时）

    1、实验目的及意义：

   （1）了解齿轮在不同工作条件下齿轮传动效率的变化规律；

   （2）掌握齿轮实验机的工作原理与结构；

   （3）掌握齿轮效率的测试原理及方法；

   （4）学习对实验数据的整理和分析。

    2、实验要求：

   必修

    3、实验步骤：

   （1）查看实验机及仪器等装置是否完好，有无妨碍运转安全的物件；

   （2）检查无级调速器调速旋钮是否在零点，不在零点必须调到零点；

   （3）接通电源，观察设备运行状态是否正常；

   （4）一切正常后，根据需求给机器调整转数进行加载；

   （5）读取仪表数据、记录；

   （6）进行下一个载荷或转数实验；

   （7）卸载、调转数为O、停机（切断电源）。

    4、实验类型：

    验证

    5、需开实验组数：

    5组

    6、消耗材料金额（元）：

   80元

    实验二、减速器拆装（2学时）

1、实验目的及意义：

    本实验为综合性实验，要求学生利用所学的《机械制图》《金属工艺》《公差与配合》及《机械设计》等课程的理论知识，全面、系统的对所拆装的减速器进行全面的分析、了解。

（1）了解减速器各部分的结构，并分析其结构的工艺性；

（2）熟悉减速器各部分的装配关系和比例关系；

（3）熟悉减速器各零件的作用和安装要求；

（4）熟悉减速器的拆装和调整过程。

    2、实验要求：

    必修

    3、实验步骤：

（1）仔细观察减速器外观各部分结构；

（2）用搬手拆下箱体所有螺栓，用启盖螺钉打开箱盖；

（3）观察箱体内结构和各部件相对位置；

（4）测量相关尺寸；

（5）测绘结构草图；

（6）按拆卸的顺序进行装配；

（7）合上箱盖后、装好螺栓。

    4、实验类型：

   综合

    5、需开实验组数：

   5组

    6、消耗材料金额（元）：

       ３元

    实验三、液体动压润滑轴承（2学时）

    1、实验目的及意义：

    （1）掌握实验台的结构、工作原理及测量方法；

    （2）了解油膜形成及破裂原因；

    （3）了解油膜压力分布规律；

    （4）了解轴承特性系数与摩擦系数的关系。

    2、实验要求：

    必修

    3、实验步骤：

    （1）检查实验设备和仪器安装是否正确；

    （2）开启油泵，使轴承润滑油压力在0.06mpa-0.08mpa之间；

    （3）打开电机开关，调整转速；

    （4）通过加载旋钮调整载荷大小；

    （5）观察油膜形成及破裂现象，记录仪器仪表数据；

    （6）卸载、调速使速度为０；

    （7）先关电机开关，后关油泵开关，切断电源。

    4、实验类型：

    验证

    5、需开实验组数：

    5组

    6、消耗材料金额（元）：

   80元

    实验四、皮带性能测试（2学时）

    1、实验目的及意义：

    了解皮带在不同转速及载荷条件下，皮带传动过程中皮带工作性能的变化。

    2、实验要求：

    必修

    3、实验步骤：

（1）检查实验设备及仪器是否完好；

（2）接通电源，改变实验机转速和载荷；

（3）分别记录不同转速和载荷条件下的仪表显示数据。

    4、实验类型：

    验证

    5、需开实验组数：

    5组

    6、消耗材料金额（元）：

    30元

  

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机械设计实验指导书

机械设计实验报告

 

 

 

 

 

李靖宇 编

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

山东工业职业学院    机电工程系(返回导航）

 

 

 

欢迎同学来本实验室参加实验教学请遵守实验守则和基本要求

 

 

实验守则（八要八不要）

1、  要讲究科学态度， 不要瞎干蛮干；

2、                        要遵守课堂纪律， 不要闲逛吵闹；

3、                        要敢于实事求是， 不要弄虚作假；

4、                        要勤于动脑动手， 不要消极对待；

5、            要尊重老师指导， 不要自作主张；

6、  要爱护仪器设备， 不要乱拧乱动；

7、                        要注意人身安全， 不要马痹大意；

8、                        要保护环境卫生   不要乱扔乱吐；

  

 

对学生基本要求

 

1、实验前必须进行预习，写出预习报告，经过实验教师检查合格后方可参加实验。

2、实验做完后，所记录的数据经指导教师检查后，方可结束实验，数据若有短缺、不合理应该补全或重做。

3、实验后要按要求认真完成实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关学生进行批评，实验成绩为不及格。实验成绩不及格者不能参加本门课程考试。

4、实验结束后应将使用的仪器设备整理复原，检查电源等是否确实关闭并将实验场地打扫干净。

 

 

 

   

 

 

 

 

 

实验一   齿轮传动效率测试(返回导航）

一、实验目的

1、了解齿轮在同样转速下而载荷不同时齿轮传动效率的变化规律。

2、了解齿轮在同样载荷下而转速不同时齿轮传动效率的变化规律。

3、了解封闭功率流式齿轮实验台的工作原理与结构。

4、学习对实验数据的整理和分析。

二、实验设备和设备结构

1、实验所用设备

（1）    齿轮试验机

（2）    万用表

（3）    微机

（4）    打印机

2设备简介

CLS-Ⅱ型实验台为小型台式封闭功率流式齿轮实验台，采用悬挂式齿轮箱不停机加载方式，加载方便、在数据处理方面，即可直接用抄录数据手工的计算方法，也可以和计算机接口组成具有数据采集处理，结果曲线显示，信息储存、打印输出等多种功能的自动化处理系统。

（1）机械结构

试验台的结构如图1（a）所示，由定轴齿轮副、悬挂齿轮箱、扭力轴、双万向联轴器等组成一个封闭机械系统。

                                图1

采用外壳悬挂结构，，通过浮动联轴器和齿轮轴相联，与电机悬臂相联的转矩传感器把电机转矩信号送入实验台电测箱，在数码显示器上直接读出。电机转速由测速传感器4测出，同时送往电测箱中显示。

（2）测量系统---系统框图

电测箱内电子系统的结构如图2所示

图 2

实验台电测箱内附设单片机，承担检测处理、信息记忆、自动数字显示及传送等功能。若通过串行接口与计算机相连，就可由计算机对所采集的数据进行自动分析处理，并能显示及打印齿轮传动效率η-T 曲线及 T1-T9 曲线和全部相关数据。

（3）操作系统

操作部分主要集中在电测箱正面的面板上，面板的布置如图3所示：

                                      图 3

             在电测箱背面备有微机接口(RS232)，转矩、转速输入接口等，布置如图4所示：

 

¤   ¤   ¤   ¤

 1    2    3    4

 


¤      ¤                        ¤

 5       6          7             8   9

 图 4

1、调零电位器        2、转矩放大倍数电位器     3、力矩输出接口

4、接地端口          5、转速输入接口           6、转矩输入接口

7、微机接口（RS232） 8、电源开关               9、电源插座

三、实验原理

1、封闭功率流的实现

由图1（b）可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后（通常加载砝码是0.5kg以上），悬臂齿轮箱会产生一定角度的偏转，即齿轮9’绕齿轮9转过一个角度，而齿轮5’的齿轮轴被固定，所以齿轮5’不能绕齿轮5转动，但在砝码8所产生的力矩作用下，悬臂齿轮箱必定产生一定角度的转动，齿轮9’绕固定轴齿轮9转过一个角度，由于齿轮9’与齿轮5’通过万向联轴器联接共轴，而齿轮5’的轴为固定轴不允许齿轮5’也绕齿轮5转动，所以这个扭转角只能由齿轮9’与齿轮5’的轴自己产生扭转变形来实现，这一扭转变形为弹性变形，随着载荷8的增加（既外力矩增加）而变形增大。由于该轴相当于受到一对大小相等方向相反的扭矩作用在弹性范围内产生的扭转变形，在产生变形同时弹性恢复力始终要恢复到变形前状态（不论实验机是否运转），这样就有一对大小相等方向相反的力分别作用在齿轮9和齿轮5上，而齿轮9和齿轮5共轴（该轴为扭力轴），即扭力轴两侧各受到一个力矩，这个力矩大小相等方向相反，其中必有一个力矩的方向与电机转向相同，为驱动力矩，另一个与电机转向相反，为阻力距，这样就实现了封闭扭矩自身驱动，即齿轮齿面上的载荷无论大小完全由实验台的封闭功率流自身驱动，不需外加动力。电机仅提供转动过程中摩擦阻力所消耗的功，即电机只做无用功，功率为P1，扭矩为T1。

由于齿轮9、9’、5、5’结构参数完全相同，两轴转速也相同（传动比 i=1），齿轮9、9’、5、5’的扭矩相同，等于所加砝码8对扭力轴产生的力矩T9。

2、封闭力矩T9的确定

由图1（b）可以看出，当悬挂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9、9’就会产生扭矩，其方向都是顺时针，对齿轮9’中心取矩，得到封闭扭矩T9（本实验台T9是所加载荷产生扭矩的一半）即：

T9=WL/2   N-m

   W———所加砝码质量 N ，实验机上每个砝码为10 N    

  L———加载杠杆长度L=0.3m

3、效率计算

总效率η总＝封闭功率／（封闭功率＋电机功率），由于传动比i=1所以η总＝T9/(T9+T1).

η总为整个实验装置的总效率，其中主要包括两对齿轮（９、９’、５、５’）的传动效率和联轴器、轴承及润滑油搅油阻力损失等，除两对齿轮的传动效率外，其余的损失可以通过清零方式消除，影响可以忽略不计，所以可以认为总效率只为两对齿轮的传动总效率，即η总＝η１·η２，其中η１、η２为每一对齿轮单独的效率，由于两对齿轮的参数及精度都相同，假定其效率也相同η１＝η２，所以单对齿轮的效率η＝[T9/(T9+T1)]1/2.

四、实验内容

1、测定转速为200转/分，载荷（封闭扭矩）分别为1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、10.5、12.0  N-m时相应效率值，并测出载荷-效率曲线（T—η）。

2、测定转速为600转/分，载荷（封闭扭矩）分别为1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、10.5、12.0  N-m时相应效率值，并测出载荷-效率曲线（T—η）。

3、测定转速为1000转/分，载荷（封闭扭矩）分别为1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、10.5、12.0  N-m时相应效率值，并测出载荷-效率曲线（T—η）。

4、分析在转速一定时不同载荷下效率变化规律。

5、根据所测定的数据，分析相同载荷不同转速下效率变化规律。

五、实验步骤

1、                                         系统联接及接通电源

齿轮实验台在接通电源前应首先将电机调速旋钮逆时针转至最低速“0速”位置，将转矩信号输出线及转速信号输出线分插电测箱后板和实验台上相应接口上，随机携带的串行通讯连接线的一端接到实验台电测箱的RS-323接口，另一接入计算机串行输出口（串行口1#或2#均可，但无论联线或拆线时，都应先关闭计算机和电测箱电源，否则易烧坏接口元件）。然后打开电源开关，接通电源。并按一下“清零键”，此时输出转速显示为“0”，输出转距显示为“。”，实验系统处于“自动校零”状态。校零结束后，转矩显示为“0”。

2、转矩零点及放大倍数调整

（1）    零点调整

在齿轮实验台不转动及空载状态下，使用万用表接入电测箱后板上的力矩输出接口3上（见图4），电压输出值应在1-1.5V范围内否则应调整电测箱后板上的调零电位器（若电位器带有锁紧螺母，调整后再锁紧）。零点调整完成后按一下“清零”键，待转矩显示“0”后表示调整结束。

（2）放大倍数调整

  “调零”完成后，将实验台上的调整旋钮顺时针慢慢向“高速”方向旋转，电机起动并逐渐增速，同时观察电测箱面板上所显示的转速值。当电机转速达到1000转/分左右时，停止转速调节，此时输出转矩显示值应在0.98～1.2或0.4～0.7之间，（此值为出厂标定值），否则通过电测箱后板上的转矩放大倍数电位器加以调节。

调节电位器时，转速与转矩的显示值有一段滞后时间。一般调节后待显示器数值跳两次即可达到稳定值。

3、计算机连接

打开计算机，在DOS状态下插入随机携带的软盘（或将磁盘文件拷入相关子目录），运行GEAR、EXE文件，屏幕将提示要求输入串行口通道号。根据通信线所接的通道，输入1#或2#通道，经回车确认后屏幕将处于待命状态。

4、加载

零点调整和放大倍数调整完成后，为保证加载过程中机构运转比较平稳，建议先将电机转速调低。选定实验所需的转速，调整电机转速，并达到预定值。在加载过程中应始使电机转速基本保持在预定值。

（1）实验台处于稳定空载状态下，加上第一个砝码，待转速及转矩稳定后，按一下：“加载键”（注：不需按“保持键”）第一个加载指示灯亮。

加第二个砝码，显示稳定后在按一下“加载键”，第二个加载指示灯亮，第 二次加载结束。

如此重复操作，直至加上8个砝码，按8次“加载键”，第八个加载指示灯亮。转速、转矩显示器都显示“8888”，表示所采数据已全部送到计算机。

将电机漫漫调速至到“0”并卸下所有砝码。

（2）当确定传送数据无误（否则再按一下“送数键”）后，用键盘“ ← → ”移动功能菜单光标，选择“曲线”动能，屏幕所显示本次实验的曲线和数据。

（3）菜单的光标至“打印”功能，打印机将打印实验的曲线和数据，按ESC键可退出打印。

（4）选定下一个实验所需的转速，调整电机转速，并达到预定值后，重复（1）至（3）的操作。

（5）实验结束后，将计算机屏幕菜单选至“退出”回车确认后即可退出，退出后应及时关闭计算机及实验台电测箱电源。

注、如需拆、装RS-232串行通讯线，必须将计算机及实验台的电源关断。

六、注意事项

1、该实验所用的仪器为精密仪器，应在了解仪器性能及操作步骤后，按要求仔细操作，以免损坏仪器设备。

2、机器应在空载下启动、停车。

3、实验结束后关闭电源，整理使用的工具、仪表等设备，打扫环境卫生。

     七、预习报告内容

1、封闭功率流式实验设备是如何实现功率封闭自我驱动的，其结构如何？

2、齿轮效率是如何计算的，单对齿轮的效率η为什么等于[T9/(T9+T1)]1/2？

３、简述实验步骤。

八、思考题

1、根据所得结果，说明效率与载荷之间的关系，是不是载荷越大效率也一定越高？

  2、根据所得结果，说明效率与转速之间的关系，是不是转速越高效率也一定越高？

  3、本实验所测定的效率是否是齿轮的真正效率？是否还有其它影响因素？

 

“齿轮传动效率测试”实验报告(返回导航）

 

  姓名            班级              实验日期            

                  指导教师              评语            

 

一、简述实验装置的测试方法和原理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、简答思考题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、实验结果分析

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

四、曲线图

 

 

 

 

（粘贴曲线图）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验二、  减速器拆装(返回导航）

 

一、实验目的

1、了解减速器各部分的结构，并分析其结构工艺性。

2、了解减速箱各部分的装配关系和比例关系。

3、熟悉减速器的拆装和调整过程

二、实验所用的工具、设备、仪器（每试验小组）

1、二级LQ—250型 或 JZQ — 250型减速器一台

2、游标卡尺一把   3、活搬手二把  4、套筒扳手一套  5、钢板尺一把

 

三、实验内容

1、了解铸造箱体的结构。

2、观察、了解减速器附属零件的用途，结构安装位置的要求。

3、测量减速器的中心距，中心高、箱座下凸缘及箱盖上凸缘的宽度和厚度、筋板厚度、齿轮端面与箱体内壁的距离、大齿轮顶圆与箱体底壁之间的距离、轴承内端面至箱内壁之间的距离（本减速器有6个轴承，有6个这样的距离，选择其中符合设计规范要求的一个）。

4、了解轴承的润滑方式和密封装置，包括外密封的型式，轴承内侧的挡油环、封油环的作用原理及其结构和安装位置。

5、测绘高速轴及轴承部件的结构草图

四、实验步骤

1、拆卸。

（1）仔细观察减速器外部各部分的结构，从各部分结构中观察分析回答后面第七项思考题内容。

（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、用扳手拆卸上，下箱体之间的连接螺栓、拆下定位销。将螺栓，螺钉、垫片、螺母和销钉放在盘中，以免丢失，然后拧动启盖螺钉使上下箱体分离，卸下箱盖。

b、仔细观察箱体内各零部件的结构和位置，并分析回答后面第七项思考题内容。

  c、测量实验内容了解所要求的尺寸。

  d、卸下轴承盖，将轴和轴上零件一起从箱内取出，按合理顺序拆卸轴上零件。

  e、测绘高速轴及其支承部件结构草图

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，注意滚动轴承的合理装拆方法，经指导教师检查合格后才能合上箱盖，注意退回启盖螺钉，并在装配上、下箱盖之间螺栓前应先安装好定位销，最后拧紧各个螺栓。

五、注意事项

1、切勿盲目拆装，拆卸前要仔细观察零、部件的结构及位置，考虑好拆装顺序，拆下的零、部件要统一放在盘中，以免丢失和损坏。

2、爱护工具、仪器及设备，小心仔细拆装避免损坏。

六、预习报告内容

1、减速器主要由那几部分组成？

2、简述实验步骤。

七、思考题

1、如何保证箱体支承具有足够刚度 ?

2、轴承座两侧上下箱连接螺栓应如何布置？支承该螺栓凸台高度应如何确定？

3、如何减轻箱体的重量和减少箱体的加工面积？

4、减速箱的附件如钓钩、定位销钉、启盖螺钉、油标、油塞、观察孔和通气器（孔）等各起何作用？其结构如何？应如何合理布置？

5、轴的热膨胀如何进行补偿？

6、轴承是如何进行润滑的？

7、如箱座的结合面上有油沟，下箱座应取贼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？加工方法不同油沟的形状有何以异同？

8、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？

9、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、构造和安位置如何？

10、大齿轮顶圆距箱底壁间为什么要留一定距离？这个距离如何确定？

“减速器拆装”实验报告(返回导航）

减速器名称及型号                     

学生姓名               班级                    实验日期   

 指导教师                评语

二

  一                            一、将测得的数据填入下表

单位 mm

名   称

符号

数据

名   称

符号

数据

中心距

 

af

 

箱座下凸缘宽度

R1

 

as

 

箱盖上筋板厚度

m1

 

中心高

H

 

箱座下筋板厚度

m

 

箱盖上凸缘厚度

h

 

大齿轮顶圆与箱体壁间距

Δ1

 

箱座下凸缘厚度

h1

 

大齿轮顶圆与箱体底壁间距

Δ

 

箱盖上凸缘宽度

R

 

轴承内端面与箱内壁距离

Δ2

 

 

 二、测绘减速器中高速轴及轴承部件的结构草图，并标注配合尺寸 。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、设滑动轴承为脂润滑，该轴为齿轮轴，请将各密封零件补充在下图中，并将图补充完整。

 

四、绘制齿轮高速轴两侧上下箱连接螺栓凸台结构的外观三视图的草图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

五、对所拆装的减速器，指出哪些地方设计不合理，为什么？如何改进设计？ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验三、 液体动压润滑轴承(返回导航）

一、实验目的

1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。

2、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。

3、观察载荷和转速改变时油膜压力的变化的情况。

4、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况，绘制轴向油膜压力曲线。

5、了解径向滑动轴承的摩檫系数f的测量方法,绘制摩擦特性曲线。

二、实验台结构与技术参数

1、实验台的主要结构如图所示 

     1、三角带 2、直流电机   3、主轴箱  4、主轴   5、主轴瓦   6、油压表（8只）、

            7、螺旋加载器   8、测力弹簧片  9、测力计（百分表）

2、结构特点

实验台主轴4、由两个高精度的单列向心球轴承支承。

直流电机2通过三角带1传动给主轴4，主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的主轴瓦5，由无机调速器来实现主轴的无机变速，轴的转速由装在面板上的左数码管显示。

主轴瓦外圆上方被加载装置压住，通过螺旋加载器的加载杆即可实现对轴瓦加载，加载大小由载荷传感器传出，由装在面板上的右数码管显示。

主轴瓦上装有测力杆，通过百分表9可测出测力弹簧片变形Δ值。

主轴瓦前端装有7只油压表，测量在轴瓦全长1/2处（即中间位置）的径向压力，在轴瓦全长1/4处（距后端）装有1只油压表（即第8只），测量该处的径向压力，第8只油压表与前端装有的第4只油压表都安装在主轴瓦的同一条母线上。

3、主要技术参数

实验主轴瓦  内直径（即主轴直径）d=70mm、   有效长度（宽度）B=125mm、      材料 ZQSn6-6-3

加载范围    0～1000 N      调速范围n=3～500 rpm

百分表精度  0.01mm  量程0～10mm   油压表精度  2.5级   量程0～0.6MPa

测力杆上测力点与轴承中心距离L=120mm

测力弹簧片特性系数k=0.098N/格（百分表每格）

3、控制面板（如图）

1、转速显示  2、压力显示  3、油膜指示  4、电源开关  5、压力调零

6、转速调节  7、测量键    8、存储键    9查看键     10复位键

 

在单片机的程序控制下，可完成“复位”“测量”“查看”“存储”4种测试功能，通电后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算转速。通电后或检测过程中，发现测速显示不正常或需要重新启动测速时，可按“复位”键。当需要储存记忆所测到的转速时，可按“存储”键，一共可储存10个数据。如果需查看数据，可按“查看”键，按照后存先取的原则进行。如需继续测量，按“测量”键即可。

仪器工作时，如果轴瓦和轴之间无油膜，则很可能烧坏轴瓦，为此设计了保护电路，如无油膜，油膜指示灯亮。

三、实验原理

1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油摸的形成过程和现象

利用油膜指示灯显示油膜是否形成，油膜指示灯工作原理如图。当轴不转动时，轴与轴瓦接触电路导通看到油膜指示灯很亮；当轴在很低转速下转动时，轴将润滑油带入轴与轴瓦之间，使轴与轴瓦之间电阻增大，油膜指示灯变暗。随着轴转速逐渐提高，油膜指示灯会出现忽亮忽暗，此时轴与轴瓦之间处于混合摩擦状态，即忽而形成很薄油膜，忽而油膜破坏。轴的转速继续提高，达到一定值时，轴和轴瓦之间形成的油膜厚度加大，轴和轴瓦完全被油膜隔开，轴和瓦之间电阻很大，指示灯不亮了。

2、轴与轴瓦之间润滑油膜压力的测量

在轴瓦中间的一个径向平面内以顶部中间为对称沿圆周钻有7个孔，每个孔沿圆周相隔20°，每个孔连接一个压力表，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，根据这些数据可绘制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（即第4只和第8只压力表），可以测量这一轴向剖面沿轴向两个点的油膜压力。

3、摩擦系数f的测量

径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数λ（λ=ηn/p）值的改变而改变（η-润滑油的动力粘度Pa.S,我们采用的润滑油的η=0。34Pa.S ，n-轴的转速，p-压力，p=w/（Bd），w-施加在轴瓦上的载荷，B-轴瓦宽度，d-轴的直径），如图所示。

在边界摩擦时，f随λ值的增大而变化很小，进入混合摩擦后，λ值的改变引起f急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随λ值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F•d/2，它能使空套在轴上的轴瓦随着轴转动，由于在轴瓦的外表面上固定一个测力杆，测力杆一端与轴瓦连接，另一端与弹簧片接触。当轴瓦随着轴转动时，测力杆另一端位移使与其接触的弹簧片发生变形，弹簧片的变形量Δ可由百分表9测出。弹簧片的变形对轴瓦随着轴的转动产生一个阻力矩来平衡摩擦力矩。当阻力矩等于摩擦力矩时，轴瓦的转动和弹簧片的变形都相对静止了（即平衡）。

根据力矩平衡条件得到：F•d/2=LQ。  L-测力杆上测力点与轴承中心距离，Q-作用在测力点的反力Q=k•Δ。

设作用在轴瓦上的外载荷为w，则：f=F/w=2LQ/（wd）= 2L k•Δ/（wd）。

四、实验内容

1、观察测试在载荷为500N和1000N条件下（载荷同学也可以自己选定），开始形成不稳定油膜（即混合摩擦）的转速，开始形成稳定油膜（即液体摩擦）的转速。

2、测试在载荷为1000N、转速为500 rpm条件下（载荷和转速同学也可以自己选定），在轴承中间截面上油膜径向压力分布情况，待各压力表的压力值稳定后，由左至右依次记录压力表的压力值，根据所测量的7个压力值按一定比例绘制出油膜径向压力分布曲线和承载曲线，如图所示。此图的具体画法是：沿着圆周表面由左至右依次画出角度分别为30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°的等分油压表1、2、3、4、5、6、7、的位置。通过这些点与圆心O连线，在各连线的延长线上，将压力表测出的压力值以一定的比例（建议比例为0.1MPa=5mm）画出压力线1-1’、2-2’、3-3’、…… 7-7’。将1’、2’、……7’各点连接成光滑曲线，此曲线就是所测的油膜径向压力分布曲线。

为了确定轴承的承载量，用Pisinφi(i=1,2……7)求得向量1-1’、2-2’、…… 7-7’在载荷方向（既y轴方向）的投影值。角度φi与sinφi的数值见下表：

φ

30°

50°

70°

90°

110°

130°

150°

sinφ

0.500

0.7660

0.9397

1.00

0.9397

0.7660

0.500

然后将Pisinφi这些平行于y轴的向量移到直径0´´´～8´´´上。为了清楚起见，应将直径0´´´～8´´´画到油膜径向压力分布曲线的下方（如图）。在直径0´´´～8´´´上先画出压力表位置的投影点1´´´、2´´´……7´´´，然后通过这些点画出上述相应的各点压力在载荷方向的分量（Pisinφi），即1´´、2´´……7´´等点,将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为承载曲线。

在直径0´´´～8´´´上做一个矩形，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么矩形的另一个边长为平均载荷P平均。上述曲线应绘在方格纸上，可采用数方格的方法或采用积分仪积分的方法求其面积。

由于液体动压润滑轴承的润滑油由轴承两端端泻，端泻对油膜轴向压力存在一定影响，这个影响一般按影响系数考虑，影响系数Φ在理论上Φ=0.7。实际影响系数Φ´=W/(P平均Bd)。

3、测试载荷为1000N、转速为500 rpm条件下，在第4只和第8只压力表所在轴向剖面上的轴向油膜压力分布情况（与第2项内容同时完成）。

课堂理论上已经讨论过，液体动压润滑轴承的轴向油膜压力分布是以中间点为对称点按抛物线规律分布的。由于液体动压润滑轴承的润滑油由轴承两端端泻，所以两端油膜压力等于0，根据第4只和第8只压力表的压力数值就可知道中间点、距两端1/4处两点的压力值。根据这5个点的压力，以轴承宽度B为横坐标，压力为纵坐标，按一定比例在各个对应处表示各点压力，用光滑曲线连接各点即为轴向油膜压力分布曲线。（如图）

4、测试液体动压润滑轴承的摩擦系数f,并绘制轴承摩擦特性曲线（f—λ曲线）。

五、实验步骤

1、开机前的准备：

（1）面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低）。

（2）加载螺旋杆旋至与负载传感器脱离接触。

（3）将百分表测杆与弹簧片接触并将百分表调零。

（4）通电后，面板上两组数码管亮，调节调零旋钮使负载数码管清零。

2、观察测试润滑油膜形成情况

（1）将转速调至10 rpm左右，加载至500N（或同学自己选定），慢慢逐渐增加转速，注意观察油膜指示灯亮度变化，若出现忽明忽暗，即进入混合摩擦状态，记录此时转速，继续增加转速，注意观察油膜指示灯亮度变化，直到油膜指示灯灭，即进入液体摩擦状态，记录此时转速。

（2）先卸掉载荷，后将转速调至0 rpm。

（3）将转速调至10 rpm左右，加载至1000N（或同学自己选定），重复上述操作。

3、测试轴承中间截面上油膜径向压力分布情况和轴向油膜压力分布情况

（1）将转速调至500 rpm左右，加载至1000N（或同学自己选定）。

（2）待各压力表指针稳定后，依次记录1～8只压力表的压力值，记录转速。

（3）先卸掉载荷，后将转速调至0 rpm。

4、测试液体动压润滑轴承的摩擦系数f

（1）将转速调至10 rpm左右，加载至800N（或同学自己选定），慢慢逐渐增加转速。

（2）注意观察油膜指示灯亮度变化，在没有形成液体润滑前每次增加10～20转，梢停一下，记录转速和弹簧片的变形量Δ。

（3）慢慢逐渐增加转速，重复（2）项操作，直到形成液体润滑后每次增加50～100转，梢停一下，记录转速和弹簧片的变形量Δ。转速增加到500rpm时停止。

（4）先卸掉载荷，后将转速调至0 rpm。

（5）关闭电源，停机。

六、注意事项

1、启动前必须先观看油箱润滑油指示窗，检查油箱内润滑油量是否满足要求。

2、必须空载、低速启动。

3、在混合摩擦区工作的时间应尽量短，以减少轴承磨损。

4、停车时必须先卸载，然后停车，以减少轴承磨损。

七、预习报告内容

1、简述油膜压力曲线和摩擦系数测试原理。

2、简述实验步骤。

八、思考题

1、那些因素影响液体动压润滑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，油膜压力的变化趋势如何？

3、轴承摩擦特性曲线（f—λ）说明什么问题？

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“液体动压润滑轴承”实验报告(返回导航）

学生姓名               班级                    实验日期   

 指导教师                评语

一、观察液体动压滑动轴承的液体摩擦现象

加载载荷

N

开始形成不稳定油膜的转速

rpm

开始形成稳定油膜的转速

rpm

 

 

 

 

 

 

二、油膜压力分布的测定

1、记录表

压力表（由左→右）

1

2

3

4

5

6

7

8

压力表读数

MPa

 

 

 

 

 

 

 

 

实验条件

载荷w=            N

转速n=          rpm

2、根据上表做轴向油膜压力分布曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、根据上表做径向油膜压力分布曲线及径向投影油膜压力分布曲线（承载曲线）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4、计算实际影响系数Φ´=W/(P平均Bd)的值

 

 

 

5、比较理论影响系数Φ值与实际影响系数Φ´值是否一致

 

 

 

三、测试液体动压润滑轴承的摩擦系数f,并绘制轴承摩擦特性曲线（f—λ曲线）

1测试记录

轴的转速rpm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

弹簧片的变形量Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

轴承的摩擦系数f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

轴承的特性系数λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验条件

载荷W=          N

润滑油η=0。34Pa.S

k=0.098N/格

2、绘制轴承摩擦特性曲线（f—λ曲线）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

四、简答思考题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验四、 皮带传动测试(返回导航）

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、实验台的结构和工作原理

1、实验台的结构

该实验台主要由两个直流电机组成，其中一个为主动电机，另一个为从动电机，作发电机使用，发电机以灯泡为负载。（如图）共有8只灯泡，（40瓦7只，25瓦1只）作为带传动的加载装置。通过改变并联灯泡的数量和40瓦与25瓦灯泡交替使用，改变带传动的负载。电动电机固定在一个可以水平方向自由移动的底板上，通过平皮带与发电机相连，将动力传递给发电机。平皮带的拉紧力可通过砝码架上的砝码来调节。电动机和发电机的定子（即壳体）未固定可以转动，但在其外壳上装有测力杆，测力杆的另一端压在弹簧片上，弹簧片变形而对外壳产生一个相反力矩阻碍外壳的转动，直到相反力矩等于转动力矩，壳体的转动与弹簧片变形相对静止，此时电机的转动力矩等于弹簧片产生的阻力矩。弹簧片的变形量可由百分表测出。

两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，所测得的转速在面板上由各自的数码管显示。

2、主要技术参数：

电动机调速范围50～1500 rpm

发电机负载0～305 W（40W灯泡7只25W灯泡1只）

皮带最大初拉力值为 3 kg

测力杆支点至电机中心的距离（即力臂长度） L1=L2=120 mm

皮带轮直径D1=D2=120 mm

测力弹簧片特性系数k1= k2=0.24N/格（百分表每格）

百分表精度为0.01 mm    测量范围为0～10 mm

3、控制面板（如图）

调速电源能输出电动机和发电机励磁电压，还能输出电动机所需的工作电压，调解面板上“调速”旋钮，即可改变电动机的转速，通过皮带的作用，也就同时改变了

发电机的转速，发电机由8只灯泡做负载，通过改变面板上A～H的开关状态即可以

1、电源开关 2、转速调节 3、电动机转速调节 4、发电机转速调节

5、发电机负载（灯泡）6、测量键7、存储键8、查看键9、复位键

改变发电机的负载量。有两组数码管，分别显示电动机和发电机的转速。在单片机的程序控制下，可分别完成“复位”、“查看”和“存储”功能，以及完成“测量”功能。通电后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算转速。通电后或检测过程中，发现测速显示不正常或需要重新启动测速时，可按“复位”键。当需要储存记忆所测到的转速时，可按“存储”键，一共可储存10个数据。如果需查看数据，可按“查看”键，按照后存先取的原则进行。如需继续测量，按“测量”键即可。

三、实验原理

在直流发电机的输出电路上，并联了8个灯泡，（40瓦7只，25瓦1只）作为带传动的加载装置。

砝码通过钢丝绳、固定滑轮拉紧电动机座，从而使皮带张紧，并保证一定初拉力。开启灯泡，以改变发电机的负载，改变电动机输出功率，随着开启灯泡的瓦数增多，发电机的负载增大，皮带的受力也增大，皮带两边的拉力差也增大，皮带的弹性滑动也逐步增加。当皮带所传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，皮带开始打滑，当负载继续增加时皮带则出现完全打滑。

主动轮（电动机皮带轮）的扭矩T1和从动轮（发电机皮带轮）的扭矩T2均通过电机外壳上的测力杆来测定。电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕转子的轴线转动。当电动机启动并带动发电机转动，发电机承载后，电动机和发电机的壳体将绕其转子转动，它们的转动力矩可分别通过固定在其外壳上的测力杆使弹簧片发生变形后产生的反力而形成的力矩来平衡。所以：

主动轮（电动机皮带轮）的扭矩T1=Δ1k1L1     （N-mm）

从动轮（发电机皮带轮）的扭矩T2=Δ2k2L2     （N-mm）

              式中Δ1、Δ2分别为电动机和发电机各测力计上百分表的读数。

皮带传动的效率η=（从动轮的功率N 1）/（主动轮的功率N 2）=（T2n2）/（T1n1）

              式中n1、n2分别为电动机和发电机各自转速。

我们只要测出不同载荷下主动轮的转速n1和从动轮的转速n2以及主动轮（电动机皮带轮）的扭矩T1和从动轮（发电机皮带轮）的扭矩T2就可算出在不同的有效拉力

下的弹性滑动率ε值和皮带传动效率η值。

ε=[（V1-V2）/ V1]100%

当两个带轮的直径相同时：

ε=[（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之值为纵座标，就可以画出皮带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，如图所示。

当D1=D2=L1=L2=120 mm时F=2Δ2k2 。

四、实验内容

1、测试在皮带初拉力为2.5 kg、电动机转速为1000 rpm时不同负载条件下的弹性滑动率ε和效率η之值。

2、测试在皮带初拉力为3 kg、电动机转速为1000 rpm时不同负载条件下的弹性滑动率ε和效率η之值。

3、绘出在不同皮带初拉力下皮带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。

五、实验步骤

1、通电前的准备

（1）将面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低位置）。

（2）加上一定的砝码使皮带具有初拉力。

（3）断开发电机所有负载。

2、接通电源，检查测力计的测力杆是否处于平衡状态，若不平衡则调整到平衡。

3、检查电动机和发电机转速显示数码管是否显示。

4、慢慢地调节调速旋钮，使电动机转速逐渐加到1000 rpm左右。

5、打开一个灯泡（通过40瓦和25瓦交替使用，每次使加上或减掉的载荷可以为15、25、40、瓦）。加载时注意n1和n2之间的差值，即观察皮带的弹性滑动现象。

6、再打开一个灯泡（即增加一个载荷），重复第5项操作，直到ε≥3%时，表示皮带传动开始进入打滑区，记录n1、n2、Δ1、Δ2、载荷（灯泡总瓦数）数据。继续再打开一个灯泡（即增加一个载荷），则n1和n2之间的差值迅速增大，表示皮带传动进入打滑区。

7、通过关闭一个40瓦灯泡同时打开一个25瓦灯泡或关闭25瓦灯泡来减少一个载荷（15或25瓦），记录n1、n2、Δ1、Δ2、载荷（灯泡总瓦数）数据。

8、再关闭一个40瓦灯泡同时打开一个25瓦灯泡或关闭25瓦灯泡来减少一个载荷（15或25瓦）。重复第7项操作，直到载荷为0时止，记录最后一组数据。

9、将面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低位置），关机。

六、注意事项

1、启动前必须加上一定的砝码使皮带具有初拉力。

2、发电机的负载必须为零（空载）启动，慢慢地调节调速旋钮，使电动机转速逐渐加到要求的转速。

3、实验过程是在一定的转速下，载荷加到打滑区（测出最大载荷），通过减少载荷（15或25瓦）的方式使载荷由大到小，测试皮带传动效率曲线。

4、停车时必须先卸掉载荷，将转速调零，然后停车。

七、预习报告内容

1、简述实验台扭矩的测量原理。

2、简述实验台皮带传动效率η的测量原理。皮带有效拉力F等于什么？

3、简述实验台加载原理。

4、简述实验步骤。

八、思考题

1、分析皮带传动效率曲线，说明传动效率变化规律。

2、比较不同初拉力的皮带传动效率曲线和弹性滑动曲线，试说明皮带传动效率曲线和弹性滑动曲线与初拉力的关系，是不是初拉力越大越好？

3、分析皮带弹性滑动曲线，说明弹性滑动率随载荷变化规律。

 

 

 

 

“皮带传动测试”实验报告(返回导航）

学生姓名               班级                    实验日期   

   指导教师                评语

一、将测得的数据填入下表 

1、                                        电动机转速n1≈1000  rpm

载荷（灯泡瓦数）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电动机转速n1 rpm、

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

发电机转速n2 rpm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电动机百分表读数Δ1格

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

发电机百分表读数Δ2格

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

皮带弹性滑动率ε%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

皮带传动效率η%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

有效拉力F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验条件

皮带初拉力=2.5 kg

k1= k2=0.24N/格

L1=L2=120 mm

2、                                         电动机转速n1≈1000  rpm

载荷（灯泡瓦数）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电动机转速n1 rpm、

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

发电机转速n2 rpm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电动机百分表读数Δ1格

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

发电机百分表读数Δ2格

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

皮带弹性滑动率ε%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

皮带传动效率η%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

有效拉力F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验条件

皮带初拉力=2.5 kg

k1= k2=0.24N/格

L1=L2=120 mm

二、绘制皮带初拉力为2.5kg时，不同载荷下弹性滑动曲线和效率曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、绘制皮带初拉力为3kg时，不同载荷下弹性滑动曲线和效率曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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