机械设计实验指导书范本.docx

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1、机 械 设 计实 验 指 导 书（机械设计及其自动化专业用）编写：梁华琪班级：学号：姓名：安徽建筑工业学院机电系机械实验室2007 年 9 月编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共34页第 1 页 共 34 页目 录实验一 螺栓联接实验2实验二 带传动实验6实验三 机械传动性能综合实验9实验四 蜗杆传动效率测试实验14实验五 动压轴承实验18实验六 摩擦磨损试验22实验七 轴系结构分析与设计实验31实验八 链与万向节传动系统实验35实验九 减速器结构分析实验37编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，

2、学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页 共34页第 2 页 共 34 页实验一 螺栓联接实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验目的一、实验目的现代各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。本实验通过对螺栓的受力进行测试和分析要求达到下述目的。1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。2、计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。3、验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。4、通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓

3、联接强度的各项措施。二、实验项目二、实验项目LZS 螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目：1、（空心）螺栓联接静、动态实验。（空心螺栓+刚性垫片+无锥塞）2、改变螺栓刚度的联接静、动态实验。（空心螺栓、实心螺栓）3、改变垫片刚度的静、动态实验。（刚性垫片、弹性垫片）4、改变被连接件刚度的静、动态实验。（有锥塞、无锥塞）三、实验设备及仪器三、实验设备及仪器该实验需 LZS 螺栓联接综合实验台一台，CQYDJ4 静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验设备及仪器。1、螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图 1 所示。1）螺栓部分包括 M16 空心螺栓、大螺母、组合垫片和 M8 小螺杆组成。空心螺栓贴

4、有测拉力和扭矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时，所受预紧拉力和扭矩。空心螺栓的内孔中装有 M8 小螺杆，拧紧或松开其上的手柄杆，即可改变空心螺栓的实际受载截面积，以达到改变联接件刚度的目的。组合垫片设计成刚性和弹性两用的结构，用以改变被联接件系统的刚度。2）被联接件部分由上板、下板和八角环、锥塞组成，八角环上贴有一组应变片，测量被联接件受力的大小，中部有锥形孔，插入或拨出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。3）加载部分由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦

5、作舟页码：第3页 共34页第 3 页 共 34 页载荷的大小，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。图 1 螺栓联接实验台的结构1、电动机 2、蜗杆3、凸轮4、蜗轮5、下板6、扭力插座7、锥塞8、拉力插座9、弹簧10、空心螺杆11、千分表12、螺母13、组合垫片(一面刚性一面弹性)14、八角环压力插座15、八角环16、挺杆压力插座17、M8 螺杆18、挺杆19、手轮20 上板4）主要技术参数、螺栓材料为 40Cr、弹性模量 E=206000 N/mm2，螺栓杆外直径 D1=16mm，螺栓杆内直径 D2=8mm，变形计算长

6、度 L=160mm。、八角环材料为 40Cr，弹性模量 E=206000 N/mm2。L=105mm。、挺杆材料为 40Cr、弹性模量 E=206000 N/mm2，挺杆直径 D=14mm，变形计算长度编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共34页第 4 页 共 34 页L=88mm。2、LSD-A 型静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式。实验台各被测件的应变量用 CQYDJ4 型静动态测量仪测量，通过标定或计算即可换算出各部分的大小。该仪器的工作原理方框图请参看 CQYDJ4 型静动态测量仪使用说明书。CQ

7、YDJ4 型静动态测量仪是利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪，应变测量的转换元件应变片是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固的贴在被测物件上，当被测件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在被测件上的应变片也相应变化，应变片的电阻值也随着发生了R 的变化，这样就把机械量转换成电量（电阻值）的变化。用灵敏的电阻测量仪电桥，测出电阻值的变化R/R，就可换算出相应的应变，并可直接在测量仪的液晶 128X64 点阵的大显示屏读出应变值。通过 A/D 板该仪器可向计算机发送被测点应变值，供计算机处理。LZS 螺栓联接综合实验台各测点均采用箔式电阻应变片，其阻

8、值为 120，灵敏系数k=2.20，各测点均为两片应变片，按半桥测量要求粘贴组成如图 2 所示半桥电路（即测量桥的两桥臂），图中 A、B、C 三点分别应为连接线中的三色细导线，其黄色线（即 B 点）为两应变片之公共点。3、计算机专用多媒体软件及其他配套器具1）需要计算机的配置为带 RS232 口主板；2）实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺栓静态联接实验和动态联接实验的数据结果处理、整理，并打印出所需的实测曲线和理论曲线图，待实验结束后进行分析。3）专用扭力扳手 0-200Nm 一把，量程为 0-1mm 的千分表两个。四、实验方法及步骤以出厂设定（实验台八角环上未装两锥塞，松开空心螺栓上的 M

9、8 小螺杆手柄，组合垫片换成刚性的。的空心螺栓联接静动态实验为例说明实验方法和步骤（一）螺栓联接静态实验方法与步骤1）用静动态测量仪配套的 4 根信号数据线的插头端将实验台各测点插座连接好，各测点的布置为：电机侧八角环的上方为螺栓拉力，下方为螺栓扭力。手轮侧八角环的上方为八角环压力，下方为挺杆压力。然后再将数据线分别接于测量仪背面 CH1、CH2、CH3、CH4 各通道的 A、B、C 接线端子上。用配套的串口线接测量仪背面的 9 芯 RS232 插座，另一头连接计算机上的 RS232 串口。2）打开测量仪电源开关，启动计算机，进入软件封面，单击“静态螺栓实验”，进入图 2 半桥电路编号：时间：

10、2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页 共34页第 5 页 共 34 页静态螺栓实验主界面。单击“串口测试”菜单，用以检查通讯是否正常，通讯正常方可进行以下实验步骤。3）进入静态螺栓主界面，单击“实验项目选择”菜单，选“空心螺杆”项，（默认值）。4）转动实验台手轮，挺杆下降，使弹簧下座接触下板面，卸掉弹簧施加给空心螺栓的轴向载荷。将用以测量被联接件与联接件（螺栓）变形量的两块千分表，分别安装在表架上，使表的测杆触头分别与上板面和螺栓顶端面少许（0.5mm）接触。5）手拧大螺母至恰好与垫片接触。螺栓不应有松动的感觉，分别将两千分表调零

11、。单击“校零”键，软件对上一步骤采集的数据进行清零处理。用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为 3040Nm 时，取下扳手，完成螺栓预紧。6）将千分表测量的螺栓拉变形值和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。a)单击“预紧”键进行螺栓预紧后，预紧工况的数据采集和处理。同时生成预紧时的理论曲线。b)如果预紧正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。c)用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度（15mm），压缩弹簧对空心螺栓轴向加载，力的大小可通过上升高度控制，塞入15mm 的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。d)

12、单击“加载”键进行轴向加载工况的数据采集和处理，同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。e)如果加载正确，单击标定键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。f)单击实验报告键，生成实验报告。（二）螺栓联接动态实验1）螺栓联接的静态实验结束返回封面，单击“动态螺栓”进入动态螺栓实验界面。2）重复静态实验方法与步骤中的 1-12 步。你已经做了静态实验，则此处不必重做。3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态”键，使电动机运转。进行动态工况的采集和处理。同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。4）单击实验报告键，生成实验报告。5）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。五、注意事项五、注意事项

13、1、电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）；2、进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故，并可减少实验台振动和噪声。六、实验报告编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页 共34页第 6 页 共 34 页1、数据记录（自拟）2、螺栓联接静、动特性应力分布曲线图（力与变形曲线）3、结果分析。实验二 带传动实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验台目的：1、掌握测定皮带传动滑差率和效率及绘制实测曲线。2、学生可利用计算机在软件界面说明文件的指导下，独立自主

14、地进行实验，培养学生的实际动手能力。二、实验内容：1、皮带传动滑动曲线和效率曲线的测量绘制：该实验装置采用压力传感器和 A/D 卡采集主动带轮和从动带轮的驱动力矩力和阻力矩力，采用光电传感器和 A/D 板采集主、从动带轮的转速。最后输入计算机进行处理分析，作出实测滑动曲线和效率曲线。使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。2、皮带传动运动弹性滑动和打滑现象动画模拟：该实验装置配置的计算机多媒体软件，在输入实测主、从动带轮的转速后，通过数模计算作出带传动运动模拟，可清楚观察带传动的弹性滑动和打滑现象动画图象。三、实验设备1、实验台简介：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤

15、为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共34页第 7 页 共 34 页图 1 皮带传动实验台主要结构图1、电机移动底板2、砝码和砝码架3、力传感器4、转矩力测杆5、主动电动机6、平皮带7、光电测速装置8、发电机9、灯泡组10、机座机壳11、操纵面板（1）主要结构及工作原理该实验传动系统，由皮带 6 和一个装有主动带轮的直流伺服电动机组件，另一个装有从动带轮的直流伺服发电机组件构成。（2）、主动轮电机 5 为特制两端带滚动轴承座的直流伺服电机，滚动轴承座固定在一个滑动的底板 1 上，电机外壳（定子）未固定可相对其两端滚动轴承座转动。滑动的底板能相对机座 10 在水平方向

16、滑动。（3）、砝码架和砝码 2 与滑动底板通过绳和滑轮相连，用于张紧皮带；加上或减少法码，即可增加或减少皮带初拉力。从动轮电机 8 也为特制两端带滚动轴承座的直流伺服发电机，电机外壳（定子）未固定可相对其两端滚动轴承座转动，轴承座固定在机座机壳上。（4）、发电机和灯泡 9，以及实验台内的电子加载电路组成实验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面的加载按钮控制，也可用面板上触摸按钮（加载按钮和卸载按钮）进行手动控制和显示。（5）、可转动两电机的外壳上装有测力杆 4，把电机外壳转动时产生的转矩力传递给传感器。主、从动皮带轮扭矩力可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。（6

17、）、两电机后端装有光电测速装置和测速转盘 7，测速方式为红外线光电测速；主、从动皮带轮转速可直接在面板各自的数码管上读取，并传到计算机中进行处理分析。（7）、直流电动机的调速电源，采用先进的脉冲宽度调制的调速电源；2、主要技术参数直流电机功率为355W主电机调速范围501500rpm皮带初拉力值为23.5kg.f杠杆测力臂长度L1=L2=120mm（L1L2电动机、发电机中心至传感器中心的距离）皮带轮直径D1=D2=120mm压力传感器精度为 1%测量范围为 050N测速范围：50 转/分1500 转/分灯泡额定功率：共 320W（8 个 40W）3、电气装置工作原理该仪器电气测量控制由三个部

18、分组成：（1）、电机调速部分：该部分采用专用的由脉宽调制（PWM）原理设计的直流电机调速电源，调节面板上的调速旋钮对电动机进行调速。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共34页第 8 页 共 34 页（2）、仪器控制直流电源及传感器放大电路部分：该电路板由直流电源及传感器放大电路组成，直流电源主要向显示控制板和 4 组传感器放大电路供电,和将 4 个传感器的测量信号放大到规定幅度供显示控制板采样测量。（3）、显示测量控制部分：该部分由单片机、A/D 转换、加载控制电路和 RS-232 接口组成。A/D 转换控制电路负

19、责转速测量和 4 路传感器信号采样，采集的各参数除送面板进行显示外。经由 RS-232 接口送上位机（电脑）进行数据分柝处理。加载控制电路主要用于计算机对负荷灯泡组加载，也可通过面板上的触摸按钮对灯泡组进行手工加载和卸载。实验台可脱机(电脑)，用手工对各采集的实验数据进行记录处理。四、实验步骤：1、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。2、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、启动实验台的电动机，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动实验。在实验台的操作面板上开动总电源，均匀按动调速按钮，同时按动加载按钮置零，待

20、皮带转速平稳后，在皮带传动实验界面上单击“稳定测试”，对带传动的主动轮、从动轮的转速，以及主动轮、从动轮的转矩，进行第一个工况的数据采集和处理，并在皮带传动实验界面的虚拟仪表上显示。4、在实验台的操作面板上按动加载按钮12次，待皮带转速平稳后，在皮带传动实验界面上再次单击“稳定测试”，进行第二个工况的数据采集和处理。如此类推，直至皮带打滑，结束测试。5、在皮带传动实验界面上单击“实测曲线”，在皮带传动实验界面上作出带传动的实测滑差效率曲线图。6、若实验结果不够理想，在皮带传动实实验界面上单击“重做实验”，即可从第3步开始重做一次实验。7、在皮带传动实验分析界面下方单击“运动模拟”键，观察皮带传

21、动的运动和弹性滑动及打滑现象。8、如果要打印皮带传动滑动曲线和效率曲线。在该界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出皮带传动滑动曲线和效率曲线。9、如果实验结束，单击“退出”，返回 Windows 界面。五、实验操作注意事项：1、启动电源开关前，需将面板上的调速旋钮逆时针旋到底（转速最低位置）。以避免电机高速运动带来的冲击损坏传感器。在法码架上加上一定的法码使皮带张紧，以确保实验安全。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页 共34页第 9 页 共 34 页2、实验台的 R232 连接线与计算机接口，不允许带电插拔。以免损

22、坏电电脑。3、做实验测试前，先开机将皮带转速调至 1000 转/分以上，运转 10 分钟以上。使实验台皮带预热性能稳定。4、在实验中采集数据时，一定要等数据采集窗口的数据稳定后再进行采集，每采集一次，时间间隔 5-10 秒钟。5、当皮带加载至打滑时，运转时间不能过长，防止损坏皮带。6、在皮带万一飞出的情况下，一般可将皮带调头，再装上进行实验。在皮带调头，实验仍不能进行的情况下，则需将电机支座固定螺钉松动，适当调整两个带轮的轴线的平行后，再拧紧螺钉。再做实验。六、实验报告1、数据记录功率（N）滑 差 率（）效率（）2、作出 N-、N-曲线图。3、结果分析。实验四 蜗杆传动效率测试实验实验学时：2

23、实验类型：验证性实验要求：必开编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共34页第 10 页 共 34 页一、实验目的1、了解蜗杆传动实验台结构及其工作原理；2、通过本实验加深理解蜗杆传动效率与转速和载荷的关系；3、通过对不同头数蜗杆传动装置的实验，进一步了解蜗杆头数对传动性能的影响；4、掌握转矩、转速、功率、效率的测量方法。二、实验台结构及其工作原理蜗杆传动效率测试实验台结构如图 1 所示：图 1 蜗杆传动效率测试实验台结构简图1、底座2、传感器3、电机4、轴承支架5、联轴器6、磁粉制动器7、蜗杆传动减速器实验台的动力

24、自一台直流调速电机 3，电机的转轴由一对固定在底座 1 上的轴承支架 4托起，因而电机的定子连同外壳可以绕转轴摆动。转子的轴头通过联轴器 5 与蜗杆减速器 7的蜗杆轴相连，直接驱动蜗杆轴转动。电机机壳上装有测矩杠杆，通过输入测矩传感器 2，可测出电机工作时的输出转矩（即蜗杆减速器的输入转矩）。被测减速器 7 为一级蜗杆减速器，其箱体固定在实验台底座上，蜗杆减速器为蜗杆下置式，传动比 i=15（或 i=30），其动力输出轴（蜗轮轴）上装有磁粉制动器 6，改变制动器输入电流的大小即改变负载制动力矩的大小。实验台面板上布置或装有电机转速调节旋钮和加载按钮，以及转速和加载显示器件等，电机转速、输入及输

25、出力矩等信号通过单片机数据采集系统输入上位机数据处理后即可显示并打印出实验结果和曲线。实验台原理框图如图 2所示：电机转速电机转矩输出转矩单片机测控系统转速、加载显示微机数据处理系统电机转速调节编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第11页 共34页第 11 页 共 34 页图 2 蜗杆传动效率测试实验台原理框图实验测试的内容与方法：1、当蜗杆传动系统工作在一定转速时，改变输出负载的大小，测定蜗杆传动系统输入功率 P1和相应的输出功率 P2，从而得出其传动效率21pP。功率是通过测定其转矩获得的。2、当蜗杆传动系统工作在一定负

26、载时，改变输出的转速大小，测定蜗杆传动系统输入功率 P1和相应的输出功率 P2，亦可得到其传动效率21pP。3、改用不同头数的蜗杆减速器进行实验，加深蜗杆头数对传动性能的影响的理解。三、实验操作步骤1、准备工作1)将实验台与微机的串口连接线连好。2)用手转动联轴器，要求转动灵活。3)控制面板上的电源开关放到“关”的位置，调速旋钮旋在最低点。2、进行实验1)启动微机，进入实验软件主界面，并根据实验台上的配置选择单头或双头蜗杆减速器。2)接通电源，打开电源开关，数码管亮。3)缓慢顺时针旋转调节电机调速旋钮，电机启动，使转速达 1000 转/分左右。4)待转速稳定后，可按动加载按钮加载,(第 1 档

27、加载系统已默认)。5)点击软件主界面“数据采集”按钮，电机转速、电机转矩、负载力矩等实验数据发送到实验界面。6)点击软件主界面“数据分析”按钮，实验结果以及实验曲线即在相应窗口显示，点击“保存”。7)将载荷设定在某一定值，从小到大（反之亦可）调节输入转速，中间采集数据 8 次，点击软件主界面，分析实验结果以及相应的实验曲线（2T、1n）。8)停机，关闭电源开关。更换蜗杆减速器，重复 37 项。9)根据实验软件界面提供的蜗杆减速器参数以及实验条件，进行蜗杆传动效率的理论值计算，与实测值进行比较，并进行误差分析。例一、单头1z=1=543 d=34mm1n=800r/min 时:当量摩擦角3 43

28、v编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第12页 共34页第 12 页 共 34 页例二、双头1z=2=1119d=34mm1n=400r/min 时：当量摩擦角4 46v四、实验数据记录与处理1、实验台参数：电机调速范围=转/分电机测力杠杆臂长=_m蜗杆减速器传动比 i=磁粉制动器输出扭矩 T2=_（N.m）2、实验数据处理：蜗杆减速器传动效率：21pp式中：1）P1蜗杆传动输入功率（即电机输出功率）1 119550TnP（kW）T1蜗杆转矩（即电机输出扭矩）111TLG（N.m）L1电机测力杠杆臂长（m）G1电机测力传感器

29、测得力值（N）n1蜗杆转速（即电机的转速）（rpm）2）P2蜗杆传动输出功率2229550T nP（kW）T2蜗杆传动输出转矩（即磁粉制动器输出扭矩）（N.m）n2蜗轮转速12nni（rpm）五、思考题1、蜗杆减速器的传动效率与哪些因素有关？2、蜗杆头数影响传动效率的原因是什么？六、实验报告1、数据记录a、转速恒定数据tantan5.71660.960.9660.25%tan()tan(5.71663.716)效率vtantan11.310.960.9670.6%tan()tan(11.314.766)效率v编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，

30、学海无涯苦作舟页码：第13页 共34页第 13 页 共 34 页数据编号转速输入力矩输出力矩效率12345678b、输出力矩恒定数据数据编号转速输入力矩输出力矩效率123456782、绘制曲线（-T2、-n2）3、数据分析结果：（1）转速恒定最大效率；（2）载荷恒定最大效率。实验五 动压轴承实验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、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、观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第14页 共34页第 14 页 共 34 页3

31、、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。4、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。5、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氲幕嬷品椒二实验内容：1、液体动压轴承油膜压力周向分布的测试分析：该实验装置采用压力传感器、采集该轴承周向上七个点位置的油膜压力。2、输入计算机通过计算作出该轴承油膜压力周向分布图。3、通过分析其分布规律，了解影响油膜压力分布的因素。4、液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析：该实验装置配置的计算机软件通过数模作出液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真曲线。5、与实测曲线进行比较分析。6、液体动压轴承摩擦特征曲线的测定：该实验装置通过压

32、力传感器采集和 A/D 板转换轴承的摩擦力矩。7、轴承的工作载荷用输入计算机得出摩擦系数的特征曲线。使学生了解影响摩擦系数的因素。8、液体动压轴承位置模拟：通过建模与仿真显示轴承在不同载荷作用下不同转速下的最小油膜厚度和偏位角。三、实验台的构造与工作原理1、实验台的传动装置由直流电动机 1 通过三角带 2 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 3500rpm，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，经表现淬火、磨光，由滚动轴承支承在箱体 10 上，轴的上半部浸泡在润滑油中，本实验台夏季采

33、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 ZcuSnSbSZn5(即旧牌号 ZQSn6-6-3)。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传感器 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传感器(即 4 号和 8 号压力传感器)。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

34、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。本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第15页 共34页第 15 页 共 34 页传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出。4、摩擦系数 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=n/p 值的改变而改变（油的动力粘度，n轴的转速，p-压力，p=W/Bd，W轴上的载荷，W=轴瓦自重+外加载荷。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=70

35、mm）。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 之值可通过公式得到。55.0)30/2(pnf相对间隙；pn/轴承特性系数；随轴承长径比而变化的系数，对于 l/d=1 时，等于。5、摩擦状态指示装置当轴不转动，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，轴与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，

36、油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。四、实验方法与步骤1、测取绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线图。1)启动电机，将轴的转速调整到一定值（可取 200rpm 左右），注意观察从轴开始运转至 200rpm 时灯泡亮度的变化情况，待灯泡完全熄灭，此时已处于完全液体润滑状态；2)用加载装置分几次加载（但且莫加载超过 1000N 即 100kg）。3)待各压力传感器的压力值稳定后，由左至右依次记录各压力传感器的压力值。系统参数转速（r/min）负载（Kg）最小油膜厚度偏位角测量值123456784)卸载、关机。5)根据测出的各压力传感器的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线，此图的具体画法是：沿着圆周

37、表面从左到右画出角度分别为 30、50、70、90、110、130、150分别得出油孔点 l、2、3、4、5、6、7 的位置。通过这些点与圆心 O 连线，在各连线编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第16页 共34页第 16 页 共 34 页的延长线上，将压力传感器（比例：0.1MP5mm）测出的压力值画出压力线 l-l、2-2、3-37-7。将 1、27各点连成光滑曲线，此曲线就是所测轴承的一个径向截面的油膜径向压力分布曲线。为了确定轴承的承载量，用 Pi 表示向量 1-1、2-2、7-7的压力值。在投影直径 0-8上先画

38、出轴承表面上油孔位置的投影点 127，然后通过这些点画出上述相应的各点压力 Pi，即 1、2、7等点，（其长度 1-1l-l，2-22-2，等等）将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为在载荷方向的压力分布。在投影直径 0-8上做一个矩形，采用方格纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么，矩形的边长 P 平均乘以轴瓦宽度 B 再乘以轴的直径 d 便是该轴承油膜的承载量。但必须考虑端部泄漏造成的压力损失，故最后的油膜承载量为：qP 平均Bd式中：P 平均：径向单位平均压力；B：轴瓦宽度 110mm；d：轴的直径 60mm；为湍泄系数，取 0.7。2、测量摩擦系数 f 与绘制摩擦特性曲线1）启动电机，

39、逐渐使电机升速，在转速达到 250300 转时，旋动螺杆，逐渐加载到700N（70kg），稳定转速后减速。2）依次记录转速 2502 转，负载为 70kg 时的摩擦力。3）卸载，减速，停机。4）根据记录的转速和摩擦力的值计算整理 f 与 值，按一定比例绘制摩擦特性曲线。pn/f五、有关参数的说明参见机械设计，西北工业大学机械原理及机械零件教研组编，人民教育出版社，19791、相对间隙：=(D-d)/d=/r计算如下：dn1500050000，D-d=0.0007d+0.008=0.05=(D-d)/d=0.05/60=0.00082、轴承的承载系数)/(2dlpCPP 负载，单位（N），由实测

40、得出；:粘度系数，单位（N*S/m2）；角速度，单位（rad/s）。3、最小油膜厚度：h min=r编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第17页 共34页第 17 页 共 34 页4、偏位角轴承和轴径的连心线与外载荷方向形成的夹角。计算如下（查轴承手册表）：x(1)=0.025对应于 pwj(1)=84.2287x(2)=0.05对应于 pwj(2)=80.241x(3)=0.075对应于 pwj(3)=75.7417x(4)=0.1对应于 pwj(4)=71.6417x(5)=0.2对应于 pwj(5)=58.4916x(

41、6)=0.3对应于 pwj(6)=50.0453x(7)=0.4对应于 pwj(7)=44.8064x(8)=0.5对应于 pwj(8)=41.7523x(9)=0.6对应于 pwj(9)=38.3694x(10)=0.7对应于 pwj(10)=34.8923x(11)=0.8对应于 pwj(11)=30.1785x(12)=0.9对应于 pwj(12)=25.4885x(13)=0.925对应于 pwj(13)=22.4756x(14)=0.95对应于 pwj(14)=19.6205x(15)=0.975对应于 pwj(15)=12.6375编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤

42、为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第18页 共34页第 18 页 共 34 页实验六 摩擦磨损试验实验学时：2实验类型：验证性实验要求：必开一、实验目的1、了解滚动、滑动或滑滚复合运动的摩擦形式；2、了解金属材料的摩擦磨损性能3、熟悉 MMW-1 实验机的使用二、实验设备MMW-1 实验机、磨擦片数个三、试验机结构简述图 1 实验机工作原理图立式万能摩擦磨损试验机是由主轴驱动系统、各种摩擦副专用夹具、油盒与加热器、摩擦力矩测定系统、摩擦副下副盘升降系统、弹簧式微机施力系统、操纵面板系统（它包括各个主参数数显、设定控制、报警等单元）、以及试验机减震垫铁等部分组成。它们都安装

43、编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第19页 共34页第 19 页 共 34 页在以焊接机座为主体的机架中，机座的右上部有工作台面和拉板滑道，工作时可将工作台面拉出，置放台式双笔 250mm 高精度快速记录仪。通过摩擦力矩传感器和两组双组铂热电阻，可自动记录试验过程，摩擦力矩时间和温度时间曲线，该记录仪精度可达0.25%，灵敏度 5mv/cm，记录笔速 1000mm/s，记录仪采用折叠式记录纸，走纸速度分 12 档，有 19量程和 14 量程供测定摩擦力矩和温度选用。机座的右上方是试验机面板操纵系统，左上方是主轴驱动系统和油

44、盒、摩擦副、各种一次传感仪器等，机座的左下部是试验机弹簧式施立系统和微机自动加荷系统，右下部是工具箱，试验机的吊装工具就放在其内，机座的前后及左侧有门，打开时能清楚看到内部机构，以便进行调试检修。1、主轴及驱动系统主轴（1）是由松下交流伺服电机 MHMA102A1 和交流伺服调速系统 MHDA103A1A 驱动，该系统电机的额定力矩为 5N.m，无级调速，高速时精度为 1%。该交流伺服电机功率为1kW，在主轴（1）和交流伺服电机（2）上部分别装有特制的从动和主动圆弧齿形带轮（3）、（4），通过圆弧齿同步带（5）把交流伺服电机 MHMA102A1 的功率传递到主轴上。这种圆弧齿同步带的优点是准确

45、同步、不打滑、无需润滑、无污染、传动噪音小、效率高、节能、传递负荷大、使用寿命长等特点，它可代替链传动、齿轮传动、三角带和梯形齿同步带。为了使主轴（1）具有更低的运动速度，本试验机还附有一套 20：1 减速装置，它是由梯形齿同步带（6）、（7）和两对减速齿轮（8、9、10、11）及一对径向球轴承（12）组成的，主轴（1）上部装有一套径向球轴承（13），在其下部装有一对背靠背径向止推轴承（14），以承受最高可达 2000N 的轴向试验力。本主轴传动系统可以在 0.052000r/min 运转，无级变速比高达 1：40000。本系统在低转速下仍具有较高的传动力矩，它完全改变了可控硅无级变速系统在低

46、转速下传动力矩成倍递减的缺点。在本试验机中，转速数显测试的精度可达0.021r/min。主轴（1）下端有 M301.5 外螺纹，用来安装摩擦副保护罩和测定磨损量的特殊附件。2、下导向主轴与下摩擦副副盘及摩擦力矩传感系统下导向主轴（26）、副盘（27）、直线球轴承（28）、两个径向球轴承（29）、试验力传感器（30）、摩擦力矩传感器（31）、止推球轴承（32）、背紧螺母（33）、滚花螺钉（34），在更换夹头与装卸各种摩擦副时必须操作（33）与（34），直线球轴承（28）可使下导向主轴（26）上下运动摩擦力小、轻便灵活，它可使在施加试验力时具有最高的灵敏度，轴承（29）可使传递摩擦力矩时数显准确可

47、靠。本试验机附件标准力矩盘和专用标准牛顿砝码，可定期标定摩擦力矩，试验力的定期传递标定是由专用工具和标准牛顿砝码检定，以确保本试验力与摩擦力矩按计量法规定传递精度准确可靠。3、弹簧式微机施力系统试验机试验力的施加是通过弹簧式施力机构与微机控制步进电机系统自动进行，步进电编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第20页 共34页第 20 页 共 34 页机（36）通过一对径向止推轴承（37）、（38）传递一对减速比为 80：1 的蜗杆（39）、蜗轮（40）运动副。蜗轮（40）固定着一根丝杠（41），由一对径向止推滚子轴承（42）使

48、下螺母施力板上下移动（有两根固定立柱作导向）压缩施力弹簧（43），通过上施力板、荷重传感器（30）把试验力施加到不同的摩擦副上产生接触压力，并按要求进行试验。操纵试验力控制按钮，通过微机控制自动加载系统可实现一定速率加载。行程限位开关可在试验结束自动卸载后起限位停机作用。加载速率可根据不同的试验要求改变规格，但必须在订货时注明。4、试验机控制面板系统试验机的控制箱在机座上方右侧。打开控制箱上的门后可看到每个电气抽屉都有划道，旋出固定螺钉，可将电气抽屉向后拉出，进行维护和保养，试验机的控制面板可实现对试验力、摩擦力矩、转速、试验周期、时间、温度等参数进行预置、测量、控制、报警和显示操作。试验机的

49、操作面板有八个操作单元组成：试验力测控显示单元及摩擦力矩测控显示单元；转速测控显示单元及试验转数测控显示单元；试验力控制测控显示单元及时间测控显示单元；温度控制系统测控显示单元及整机电源与各主参数报警测控显示单元。四、实验步骤试验机通过调整专用减震垫铁完成水平安装后，即可接通电源。启动操作顺序如下：1、实验机的安装应在设有稳压电源和具有良好排风条件的实验室进行，其外接电源为单向 220 伏、50Hz 交流电源，该试验机的主轴不可逆转，既从上到下看主轴为顺时针旋转。2、实验机应可靠接地，目测检查各电器单元完整良好，接线无松动、脱落，即可接通电源。3、按下电源启动开关，试验机各测控显示单元的显示器

50、均应显亮，预热 15 分钟后，调整试验力、摩擦力矩测控显示单元零点。4、按下主轴“启动”键，调节“调速”旋钮，使主轴低速空运转，检查主轴旋转和转向是否正确。5、当试验机的报警显示单元有报警信号出现时，试验机的主轴不能启动，此时应按下相应测控显示单元的“复位”或“清零”按键，解除报警状态后，主轴才能启动。6、试验力单元的操作6.1 试验机试验力工作范围：01000N6.2 当试验力超过最大试验力的 2%4%时，试验机将自动保护停车，报警灯亮，并自动开始卸载。按下试验力测控显示单元的复位键，可解除报警状态。6.3 调零旋钮调整的最佳位置应使试验力显示（+）或（-）号。每次试验前或更换不同的摩擦副后