機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗

機械原理與機械設(shè)計實驗指導書青島大學機械根底實驗教學中心前言機械原理課程作為機械類專業(yè)的一門主干技術(shù)根底課，在培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力的全局中承當著培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)方案創(chuàng)新設(shè)計能力的任務(wù)；機械設(shè)計課程是以一般通用零件的設(shè)計為核心的設(shè)計性課程，是論述零部件的根本設(shè)計理論與方法的技術(shù)根底課。機械原理和機械設(shè)計課程在機械設(shè)計系列課程體系中占有十分重要的地位?！稒C械原理機械設(shè)計實驗指導書》是結(jié)合“機械原理”、“機械設(shè)計”課程的具體要求并根據(jù)山東省“高等學校根底課實驗教學示范中心建設(shè)標準”的要求進行編寫的，其主要目的是培養(yǎng)學生掌握典型機械的實驗方法，獲得實驗技能的根本訓練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本書注重了根本實驗、提高型實驗、研究創(chuàng)新型三種不同類型實驗編寫。學生做實驗由淺到深、由簡到繁的學習過程，使學生能系統(tǒng)的掌握本門課程的理論與實踐知識。高等學校的實驗室是進行教學和科研的重要基地，是積累科學優(yōu)勢的根底。沒有實驗手段就不可能出科研成果，就沒有科學的進步和開展，任何新知識、新科技、新創(chuàng)造、新成果都離不開實驗。通過實驗可以培養(yǎng)學生的動手能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題的能力。以適應(yīng)當前社會新知識、新技術(shù)快速開展的需要。本書可作為高等工科學校機械類專業(yè)的實驗教材也可供非機類專業(yè)可供參考。由于水平所限和編寫的時間倉促，貽誤之處懇切希望廣闊讀者指正。目錄第一篇機械原理實驗第一章實驗一機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析……………………3第二章實驗二齒輪范成實驗……………………6第三章實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)測定…………………11第四章實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡實驗………………15第五章實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗………………20第二篇機械設(shè)計實驗第六章實驗六帶傳動實驗………………………27第七章實驗七滑動軸承實驗……………………36第八章實驗八軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗………………44第九章實驗九減速器裝拆實驗…………………54第一篇機械原理實驗第一章實驗一機械運動簡圖的測繪和分析一、實驗?zāi)康摹?〕學會根據(jù)各類機械實物或模型，繪制機械運動簡圖；〔2〕分析和驗證機構(gòu)自由度，進一步理解機構(gòu)自由度的概念，掌握機構(gòu)自由度的計算方法；〔3〕加深對機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的了解。二、實驗設(shè)備和工具〔1〕各類典型機構(gòu)的實物〔如：牛頭刨床、縫紉機頭等〕；〔2〕各類典型機構(gòu)的模型〔如：攪拌機、碎石機等〕；〔3〕鋼皮尺、內(nèi)外卡鉗、量角器〔根據(jù)需要選用〕；〔4〕三角板、鉛筆、橡皮、草紙〔自備〕；〔5〕“機構(gòu)運動簡圖的繪制”電教片及放像機。三、原理和方法1．原理由于機構(gòu)運動與機構(gòu)中所有構(gòu)件的數(shù)目和構(gòu)件所組成的運動副的數(shù)目、類型、相對位置有關(guān)，因此，在繪制機構(gòu)運動簡圖時，可以撇開構(gòu)件的形狀和運動副的具體構(gòu)造，而用一些簡略的符號〔見教科書或機械設(shè)計手冊中有關(guān)“常用機構(gòu)和運動副簡圖符號”的規(guī)定〕來代替構(gòu)件和運動副，并按一定的比例尺表示運動副的相對位置，以此說明機構(gòu)的運動特征。常用符號例如如表1-1所示。2．方法〔1〕測繪時使被測繪的機構(gòu)緩慢運動，從原動構(gòu)件開始仔細觀察機構(gòu)的運動，分清各個運動單元，從而確定機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目?！?〕根據(jù)相互連接的兩構(gòu)件間的接觸情況及相對運動的特點，確定各個運動副的種類。〔3〕在草稿紙上徒手按規(guī)定的符號及構(gòu)件的連接次序，從原動構(gòu)件開始，逐步畫出機構(gòu)運動簡圖的草圖。用數(shù)字1、2、3、……分別標注各構(gòu)件，用拉丁字母A、B、C……分別標注各運動副?！?〕測量與機構(gòu)運動有關(guān)的尺寸，即轉(zhuǎn)動副間的中心距和移動副導路的方向等，選定原動件的位置，并按一定的比例尺畫成正式的機構(gòu)運動簡圖。四、步驟和要求〔1〕繪制指定的幾種機器或結(jié)構(gòu)模型的機構(gòu)運動簡圖，其中至少有一種需按確定的比例尺繪制。其余的可憑目測，使圖與實物大致成比例，這種不按比例尺繪制的簡圖通常稱為機構(gòu)示意圖?！?〕計算機構(gòu)自由度數(shù)，并將結(jié)果與實際機構(gòu)的自由度相對照，觀察計算結(jié)果與實際是否相符?！?〕對上述機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析〔高副低代、分類桿組、確定機構(gòu)級別等〕。五、思考題〔1〕一個正確的“機構(gòu)運動簡圖”應(yīng)能說明那些內(nèi)容？〔2〕繪制機構(gòu)運動簡圖時，原動件的位置為什么可以任意選定？會不會影響簡圖的正確性？〔3〕機構(gòu)自由度的計算對測繪機構(gòu)運動簡圖有何幫助？表1-1名稱符號低副轉(zhuǎn)動副移動副螺旋副高副凸輪副齒輪副構(gòu)件活動構(gòu)件機架實驗一機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析報告學生姓名學號組別實驗日期成績指導教師測繪和分析計算編號機構(gòu)名稱自由度級別編號機構(gòu)名稱自由度級別第二章實驗二齒輪范成實驗一、實驗?zāi)康摹?〕掌握用范成法加工漸開線齒輪的根本原理；〔2〕了解漸開線齒輪產(chǎn)生根切現(xiàn)象的原因和防止根切的方法；〔3〕了解比擬標準齒輪和變位齒輪的異同點。二、實驗儀器和用具〔1〕齒輪范成儀〔2〕圓規(guī)〔3〕三角尺〔4〕剪刀〔5〕鉛筆〔6〕繪圖紙〔直徑φ280〕〔除齒輪范成儀外，其余均由學員自備〕三、實驗原理和方法運用一對齒輪在嚙合時其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理加工輪齒的方法稱為范成法，加工時其中一輪為刀具，另一輪為輪坯，它們保持固定的速比相對轉(zhuǎn)動，完全和一對真正的齒輪在傳動一樣。同時刀具還沿著輪坯的軸向作往復(fù)切削運動。這樣所加工出的齒輪的齒廓就是刀具刀刃在各個位置的包絡(luò)線。雖然在實際加工時，無法看到刀刃形成包絡(luò)線的過程，但我們可以設(shè)法通過齒輪范成儀來反復(fù)演示輪坯與刀具間的對滾切削過程。將刀具刀刃在“切削”時曾占有的各個位置用鉛筆線記錄在繪圖紙上，這樣我們就能清楚的觀察到齒輪范成的過程。實驗所用的刀具是齒條刀具，該刀具的齒廓用,模數(shù)m=25，齒頂高系數(shù)，徑向間隙系數(shù)。被加工齒輪的齒數(shù)z=8，分度圓直徑，最大變位量+205，本實驗所用范成儀的結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：半圓盤1可以繞其固定的中心O轉(zhuǎn)動，在半圓盤的周緣刻有凹槽，槽內(nèi)繞有鋼絲2，兩根分別固定在半圓盤及縱拖板3上的a、b和c、d處?？v拖板3那么可在機架4上沿水平方向左右移動，形成齒條與齒輪的嚙合運動。做實驗時，將畫好的齒頂圓、分度圓、基圓與齒根圓的齒坯圖紙安裝在半圓盤1上。對準中心由壓環(huán)7壓住，并放在齒條〔刀具〕6的下面。旋轉(zhuǎn)螺桿8使橫拖板5前后移動，以調(diào)整刀具6〔齒條〕中線使與齒輪坯的分度圓相切〔在實驗中也可以調(diào)整刀具的齒頂線，使與齒輪的齒根圓相切〕。首先將齒輪坯和刀具推到右方的極限位置，并在圖紙上用削尖的鉛筆描出齒條刀具的齒形，這就相當于刀具在此位置切削一次留下的刀痕。再將齒條刀具由左向右方推過很小一段距離，此時壓緊在圖2-1圓盤上的圖紙將隨之轉(zhuǎn)過一定的角度，并用鉛筆描出刀具的輪廓形狀，就這樣斷續(xù)移動齒條刀具，認真描出刀具在各個位置上的齒形，直到繪出2~3個齒形為止，此為標準齒輪齒廓曲線。圖2-1假設(shè)需描繪正移距變位齒廓時，只需調(diào)整螺桿8后刀具遠離齒坯中心，直到刀具齒頂線與變位齒輪的齒根圓相切為止。即可作正移距變位齒輪的齒廓曲線。反之，如將齒條刀具6調(diào)近輪坯中心那么可相應(yīng)地描出負移距變位齒輪的齒廓曲線。四、實驗步驟要求繪制一個標準齒輪〔x=0〕和一個變位齒輪〔x≠0〕。1．繪制標準漸開線齒輪〔x=0〕〔1〕計算出齒輪分度圓直徑d，基圓直徑db和齒頂圓直徑da；〔2〕在圖紙上繪出齒輪的分度圓、基圓和齒頂圓，并將其裝在圓盤上；〔3〕調(diào)整齒條刀具的位置，使齒條刀具的中線與初切齒輪的分度圓相切，描繪出2~3齒；〔4〕測量分度圓齒厚s及齒間e，并與計算結(jié)果加以比擬。2．繪制變位齒輪〔x>0〕〔1〕算出變位系數(shù)x和變位量xm,x的選擇應(yīng)使齒輪沒有根切現(xiàn)象；〔2〕計算出齒輪的分度圓直徑d，基圓直徑db和齒頂圓直徑da；〔3〕在圖紙上繪出分度圓、基圓、齒頂圓并將其裝夾在圓盤上；〔4〕調(diào)整齒條刀具的位置，使齒條刀具的中線離開被切齒輪的分度圓，并相距xm的距離，繪出2~3個齒。〔5〕測量分度圓齒厚s及齒間e，并與計算結(jié)果比擬。3．繪制x<0的變位齒輪〔選作〕五、思考題〔1〕齒條刀具的齒頂高和齒根高為什么都等于？〔2〕用范成法加工齒輪時，輪廓曲線是如何形成的？〔3〕試比擬標準齒輪與變位齒輪的齒形有什么不同，并分析其原因。實驗二齒輪范成實驗報告學生姓名學號組別實驗日期成績指導教師一、切削刀具的主要參數(shù)模數(shù)m=齒頂高系數(shù)齒形角=徑向間隙系數(shù)二、計算數(shù)據(jù)a、標準齒輪序號項目公式及計算數(shù)值1分度圓直徑2基圓直徑3齒頂圓直徑4分度圓齒厚b、變位齒輪序號項目公式及計算數(shù)值1變位系數(shù)=2齒條刀變位量3分度圓直徑4基圓直徑5齒頂圓直徑=6分度圓齒厚x>0的變位齒輪和標準齒輪在齒輪參數(shù)上的比擬序號項目異同變動結(jié)果1齒頂圓的直徑da2模數(shù)m3齒根圓的直徑df4分度圓直徑d5分度圓上的齒厚s6分度圓上的齒槽寬e7分度圓上的周節(jié)p8刀具齒形角三、齒輪范成圖〔附圖〕四、心得和體會注：“異同”一欄填“異”或“同”字即可；“變動結(jié)果”欄填“增”、“減”、“相同”即可；“增”即表示變位齒輪上的尺寸比標準齒輪上尺寸增大〔其余類推〕。第三章實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定一、實驗?zāi)康摹?〕掌握應(yīng)用游標卡尺測定漸開線直齒圓柱齒輪根本參數(shù)的方法；〔2〕通過測量和計算，熟練掌握有關(guān)齒輪各幾何參數(shù)之間的相互關(guān)系和漸開線性質(zhì)的知識。二、實驗設(shè)備和工具〔1〕齒輪一對〔齒數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)各一個〕；〔2〕游標卡尺〔游標讀數(shù)值不大于㎜〕；〔3〕漸開線函數(shù)表〔自備〕；〔4〕計算工具〔自備〕。三、原理和方法單個漸開線直齒圓柱齒輪的根本參數(shù)有：齒數(shù)z、模數(shù)m、齒頂高系數(shù)、分度圓壓力角、變位系數(shù)x；一對漸開線直齒圓柱齒輪嚙合的根本參數(shù)有：嚙合角′、頂隙系數(shù)、中心距a。本實驗是用游標卡尺來測量輪齒，并通過計算得出一對直齒圓柱齒輪的根本參數(shù)。其原理和方法如下：圖3-11．確定齒輪的模數(shù)m和壓力角圖3-1標準直齒圓柱齒輪公法線長度的計算如下：如圖3-1所示，假設(shè)卡尺跨n個齒，其公法線長度為同理,假設(shè)卡尺跨n+1個齒,其公法線長度那么應(yīng)為所以〔3-1〕又因所以〔3-2〕式中為齒輪基圓周節(jié)，它由測量得到的公法線長和代入〔3-1〕求得?？赡苁?5也可能是20，故分別用15和20代入式〔3-2〕算出兩個模數(shù)，取其模數(shù)最接近標準值的一組m和，即為所求齒輪的模數(shù)和壓力角。為了使卡尺的兩個卡角能保證與齒廓的漸開線局部相切，所需的跨齒數(shù)n按下式計算〔3-3〕或直接由下表查出z12～1819～2728～3637～4546～5455～6364～72n12345672．確定齒輪的變位系數(shù)x根據(jù)基圓的齒厚公式：得(3-4)式中可由以上公法線長度公式求得，即：(3-5)將式(3-5)代入(3-4)即可求出變位系數(shù)x.。3．確定齒輪的齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)根據(jù)齒輪齒根高的計算公式：〔3-6〕又〔3-7〕式〔3-6〕中齒根圓直徑可用游標卡尺測定，因此可求出齒根高。在式〔3-7〕中僅和未知，由于不同齒制的和均為標準值，故分別用正常齒制=1，=0.8,=0.3兩組標準值代入，符合式〔3-6〕的一組即為所求的值。4．確定一對互相嚙合的齒輪的嚙合角′和中心距a一對互相嚙合的齒輪，用上述方法分別確定其模數(shù)m、壓力角和變位系數(shù)、后，可用下式計算嚙合角和中心距a：〔3-8〕〔3-9〕實驗時，可用游標卡尺直接測定這對齒輪的中心距a′，測定方法如圖3-2所示。首先使該對齒輪做無齒側(cè)間隙嚙合，然后分別測量齒輪的孔徑、及尺寸b，由此得圖3-2〔3-10〕圖3-2四、步驟和要求〔1〕直接數(shù)齒輪的齒數(shù)z；〔2〕由式〔3-3〕計算或查表得測量時卡尺的跨齒數(shù)n；〔3〕測量公法線長度和及齒根圓直徑、中心距a′、讀數(shù)精確到。注意每個尺寸應(yīng)測量三次，記入實驗報告附表，取其平均值作為測量結(jié)果；〔4〕逐個計算齒輪的參數(shù)，記入實驗報告附表。最后將計算的中心距與實測的中心距進行比擬。五、思考題〔1〕通過兩個齒輪的參數(shù)測定，試判別該對齒輪能否互相嚙合。如能，那么進一步判別它們的傳動類型是什么？〔2〕在測量齒根圓直徑時，對齒數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)的齒輪在測量方法上有什么不同？〔3〕測量齒輪公法線長度是根據(jù)漸開線的什么性質(zhì)？實驗三漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定實驗報告學生姓名學號組別實驗日期成績指導教師參數(shù)測定與計算齒輪編號測量數(shù)據(jù)齒數(shù)z跨齒數(shù)n測量次數(shù)123平均值123平均值n齒公法線n+1齒公法線孔徑尺寸b中心距a′計算數(shù)據(jù)基圓周節(jié)模數(shù)m壓力角齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)基圓齒厚分度圓直徑d變位系數(shù)x嚙合角′中心距a中心距的相對誤差第四章實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡實驗一、實驗?zāi)康姆€(wěn)固回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡的根本原理，掌握補償式動平衡機的根本原理和操作方法。二、設(shè)備和工具〔1〕框架式動平衡機及其附件、試件；〔2〕平衡重量、螺釘、螺母和橡皮泥；〔3〕游標卡尺、磁力千分表架及百分表；〔4〕扳手、螺絲刀。三、實驗原理和方法由回轉(zhuǎn)構(gòu)件動平衡原理可知，任一回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動不平衡都可以認為是分別處于兩個任選平面T′和T"內(nèi)，回轉(zhuǎn)半徑分別為r0′和r0"的兩個不平衡重量G0′和G0"所產(chǎn)生，如圖4-1所示。因此進行動平衡實驗時，便可以不管被平衡構(gòu)件的實際不平衡重量所在位置及其大小如何，只需要根據(jù)構(gòu)件實際外形的許可，選擇兩回轉(zhuǎn)平面作為校正平面T′和T"，且把不平衡重量看作處于該兩平衡平面中的G0′和G0"，然后針對r0′G0′和r0"G0"進行平衡就可以到達目的。圖4-1本實驗采用框架式機械動平衡試驗機，如圖4-2所示。下面介紹其工作原理，主要說明雙面校正使回轉(zhuǎn)件到達這一根本概念的具體應(yīng)用，及其利用補償重徑積法測定兩平衡校正平面中的不平衡重徑積的根本方法。圖示框架1經(jīng)彈簧2與固定的底座3相聯(lián)，它只能繞OX軸線擺動，構(gòu)成一個震動系統(tǒng)?？蚣苌涎b有主軸4，由固定在底座上的電動機14通過傳動帶和帶盤12驅(qū)動。主軸4上裝有螺旋齒輪6，它和齒輪5齒數(shù)相等且互相嚙合。齒輪6還可沿主軸4移動，移動的最大距離和它的軸向?qū)挾认嗟?，比齒輪5的節(jié)圓周長要長，因此調(diào)節(jié)手輪18使齒輪6從左極限位置移到右極限位置時，齒輪5以及和它相固定的軸9能隨之回轉(zhuǎn)一周以上。借此調(diào)整9與主軸4的相對轉(zhuǎn)角c，即調(diào)節(jié)補償重量位置的指示角，c的大小由指針15指示。圓盤7固定在軸9上，通過調(diào)節(jié)手輪17可以使圓盤8沿軸9上下移動，以調(diào)節(jié)補償力偶大小的兩圓盤間的距離Lc，Lc的大小由指針16指示。圖4-1圖4-2被平衡的回轉(zhuǎn)件10放在兩個滾動支承13上，通過撓性聯(lián)軸器11由主軸4帶動。此時試件不平衡重量可以看成在兩平衡校正平面T′和T上兩個不平衡重量G0和G0所產(chǎn)生。平衡時可先令平衡平面T通過擺架的振擺軸線OX，如圖4-2所示。當回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動后，T面上的不平衡重量G0的離心力P0對軸線OX的力矩為零，不引起框架的振動；而平衡校正平面T0上的G0′的離心力P0′對振擺軸線OX形成力矩M0，使框架發(fā)生振動，其大小為圖4-2M0=P0′Lcos為了測量出T′面上的不平衡重量大小和相位，加上一補償重徑積Gcrc使產(chǎn)生一個補償力矩，即在圓盤7和8上各裝一個平衡重量Gc，其重心都與軸線相距rc，但相位差為1800，當馬達旋轉(zhuǎn)后，其主軸4帶動齒輪6、5，因而圓盤7、8也旋轉(zhuǎn)，這時Gc的離心力Pc就構(gòu)成一力偶矩PcLc，它對于軸線OX的分量為Mc也影響框架的振動，其大小為按合力矩定理，框架繞軸振動時所受的合力矩為：式中Mc的轉(zhuǎn)向從圖示軸OX的箭頭處向O點看為順時針方向，故按力學規(guī)定取負值。如M=0，那么框架靜止不動。此時，或滿足上式的條件應(yīng)為：〔4-1〕〔4-2〕〔4-1〕〔4-2〕在平衡機的補償位置中，Gc、rc是的，試件的兩平衡校正平面是預(yù)先選定的，因而兩平衡校正平面的距離L也是的，因此〔4-1〕式可以寫成：G0′r0′=ALc〔4-3〕其中測量另一個平衡校正平面T"上的不平衡重徑積，只需將試件調(diào)頭使平面T′通過OX軸，測量方法與上述相同。為了便于觀察和提高測量精度，在框架1上裝有重塊19，移動19，即改變整個振動系統(tǒng)的自振頻率使框架接近共振狀態(tài)，即振幅放大。通過調(diào)節(jié)手輪17和18，使框架靜止不動，讀出Lc和c的數(shù)值。由公式〔4-3〕既可計算不平衡重徑積的大小，中選定加平衡重量的回轉(zhuǎn)半徑rp′后平衡重量Gp′的大小為：其相位可以這樣來確定：停車后，使指針15轉(zhuǎn)到圖中與OX軸垂直的虛線位置，此時Gp′的位置就在平面T′內(nèi)回轉(zhuǎn)中心的鉛直上方。四、實驗步驟〔1〕記錄Lc的零點及本實驗的系數(shù)A?！睞數(shù)值標注在馬達上〕?！?〕起動電動機使試件回轉(zhuǎn)，注意試件一端的聯(lián)軸節(jié)應(yīng)與皮帶輪順著轉(zhuǎn)動方向靠好，防止起動沖擊?！?〕移動重塊19，使框架振幅最大〔此步驟實驗前已調(diào)整完畢〕?！?〕加補償力矩，先調(diào)節(jié)手輪17，使Lc有一些讀數(shù)，這時框架振動，然后調(diào)節(jié)手輪18，觀察指針20，由于試件與圓盤轉(zhuǎn)速相等，故M0與Mc變化頻率相等，當調(diào)節(jié)c=0+1800時，Mc與M0相同，兩力矩正向疊加，框架振幅最大，當調(diào)節(jié)到c=0時，兩力矩反向疊加，框架振幅最小，這時不平衡重量的相位已經(jīng)根本找到，再繼續(xù)調(diào)節(jié)手輪17即改變Lc，如此反復(fù)調(diào)整數(shù)次直到指針20不動，此時框架振動消失?！?〕停車、讀出Lc，c的數(shù)值，計算不平衡重徑積的大小?！?〕再根據(jù)你所確定的不平衡重量，試件校正后再開車，觀察平衡效果〔此時Lc必須調(diào)到零值的初始位置〕。五、思考題〔1〕動平衡試驗法適合哪些類型的試件？試件經(jīng)過動平衡后是否滿足靜平衡要求？〔2〕為什么動平衡要在垂直于軸線的兩端平衡面上分別進行平衡？〔3〕當試件的一個平面已被平衡后欲平衡第二個平面時，是否仍一定要使第一個平面通過框架的振擺軸線？為什么？實驗四回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動平衡實驗報告學生姓名學號組別實驗日期成績指導教師一、數(shù)據(jù)的記錄與計算項目單位數(shù)量已知GcrcLr0測定Lc計算G0觀察c二、答復(fù)思考題第五章實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗一、實驗?zāi)康摹?〕加深學生對機構(gòu)組成原理的認識，進一步了解機構(gòu)組成及其運動特性；〔2〕訓練學生的工程實踐動手能力；〔3〕培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計能力。二、實驗設(shè)備及工具〔1〕機構(gòu)運動創(chuàng)新方案實驗臺〔共8臺〕；〔2〕可供在實驗臺上實現(xiàn)各種設(shè)計方案的各種零件及組件；〔3〕六角扳手、活動扳手、卷尺等。三、實驗原理任何機構(gòu)都是由自由度為零的假設(shè)干桿組依次連接到原動件〔或已經(jīng)形成的簡單機構(gòu)〕和機架上的方法所組成。學生根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)要求，完成機構(gòu)系統(tǒng)方案，初步設(shè)計后，利用該裝置提供的零件或組件，在實驗臺上實現(xiàn)自己的設(shè)計方案，并用減速電機驅(qū)動運行，以檢驗方案的合理性與可行性。四、桿組的概念、正確拆分桿組及拼裝機構(gòu)1．桿組的概念任何機構(gòu)中都包含原動件、機架和從動件系統(tǒng)三局部。由于機架的自由度為零，一般每個原動件的自由度為1，而平面機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的原動件數(shù)目與機構(gòu)的自由度數(shù)目相等，所以，從動件系統(tǒng)的自由度必然為零。機構(gòu)的從動件一般還可以進一步分解成假設(shè)干個不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合，這種組合成為根本桿組。圖5-1對于只含低副的平面機構(gòu)，假設(shè)桿組中有n個活動構(gòu)件、pL個低副，因桿組自由度為零，故有圖5-1或為保證n和pL均為整數(shù)，n只能取2，4，6，…等偶數(shù)。根據(jù)n的取值不同，桿組可分為以下情況?！?〕兩個構(gòu)件和三個低副構(gòu)成的桿組稱Ⅱ級組，如圖5-1所示?！?〕四個構(gòu)件和六個低副組成的桿組稱Ⅲ級組，如圖5-2所示。圖5-22．機構(gòu)的組成原理圖5-2任何平面機構(gòu)均可以用假設(shè)干個根本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上去的方法來組成。這是本實驗的根本原理。3．正確拆分桿組〔1〕先去掉機構(gòu)中的局部自由度和虛約束，有時還要將高副加以低代；〔2〕計算機構(gòu)的自由度，確定原動件；〔3〕從遠離原動件的一端先試拆分Ⅱ級桿組，假設(shè)拆不出Ⅱ級組時，再試拆Ⅲ級組，即由最低級別向高一級桿組依次拆分，最后剩下原動件和機架。五、實驗步驟〔1〕根據(jù)實驗設(shè)備及工具的內(nèi)容介紹，熟悉實驗設(shè)備的硬件組成及零件的功用；〔2〕自擬機構(gòu)運動方案或選擇實驗指導書中提供的運動方案為拼裝實驗內(nèi)容；〔3〕將所選定的機構(gòu)運動方案根據(jù)機構(gòu)組成原理按桿組進行正確拆分，并用圖示之；〔4〕拼裝機構(gòu)運動方案，從舉例中選擇一個。六、舉例說明1．自動車床送料機構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：圖5-3所示，自動車床送料機構(gòu)由平底直動從動件盤狀凸輪機構(gòu)與連桿機構(gòu)組成。當凸輪轉(zhuǎn)動時，推動桿5往復(fù)移動，通過連桿4與擺桿3及滑塊2帶動從動件1〔推料桿〕作周期性往復(fù)直線運動。l1l1圖5-32．鑄錠送料機構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：如圖5-4所示，滑塊為主動件，通過連桿2驅(qū)動雙搖桿ABCD，將從加熱爐出料的鑄錠〔工件〕送到下一工序。圖5-4工作特點：圖中實線位置為加熱爐鑄錠進入裝料器4中，裝料器4即為雙搖桿機構(gòu)ABCD中的連桿BC，當機構(gòu)運動到虛線位置時，裝料器4翻轉(zhuǎn)180把鑄錠卸放到下一工序的位置。例如：加熱爐出料設(shè)備、加工機械的上料設(shè)備等。圖5-43．轉(zhuǎn)動導桿與凸輪放大升程機構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：圖5-5所示，曲柄1為主動件，凸輪3和導桿2固聯(lián)。圖5-5A工作特點：當曲柄1從圖示位置順時針轉(zhuǎn)過90時，導桿和凸輪一起轉(zhuǎn)過180圖5-5A4．沖壓送料機構(gòu)圖5-6結(jié)構(gòu)說明：圖5-6所示，1—2—3—4—5—9組成導桿搖桿滑塊沖壓機構(gòu)，由1—8—7—6—9組成齒輪凸輪送料機構(gòu)。沖壓機構(gòu)是在導桿機構(gòu)的根底上，串聯(lián)一個搖桿滑塊機構(gòu)組合而成的。圖5-6工作特點：導桿機構(gòu)按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計，它和搖桿滑塊機構(gòu)組合可到達工作段幾近于勻速的要求。適中選擇導路位置，可使工作段壓力角較小。按機構(gòu)運動循環(huán)圖確定凸輪工作角和從動件運動規(guī)律，那么機構(gòu)可在預(yù)定時間將工件送至待加工位置.。5．插床的插削機構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：圖5-7所示，在ABC擺動導桿機構(gòu)的擺桿BC反向延長的D點上加二級桿組連桿4和滑塊5，成為六桿機構(gòu)。在滑塊5固接插刀，該機構(gòu)可作為插床的插削機構(gòu)。圖5-7工作特點：主動曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動，滑塊5在垂直AC的導路上往復(fù)移動，具有較大急回特性。改變ED連桿的長度，滑塊5可獲得不同的運動規(guī)律。圖5-76．曲柄滑塊機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)的組合圖5-8結(jié)構(gòu)說明：圖5-8所示機構(gòu)由偏置曲柄滑塊與齒輪齒條機構(gòu)串聯(lián)組合而成。其中下齒條為固定齒條，上齒條作往復(fù)移動。圖5-8工作特點：此組合機構(gòu)最重要的特點是上齒條的行程比齒輪3的鉸接中心點C的行程大一倍。此外，由于齒輪中心C的軌跡對于點A偏置，所以上齒條和往復(fù)運動有急回特性。當主動件曲柄1轉(zhuǎn)動時，通過連桿2推動齒輪3與上、下齒條嚙合傳動。下齒條5固定，上齒條4作往復(fù)移動，齒條移動行程H=4R〔R為齒輪3的半徑〕，故采用此種機構(gòu)可實現(xiàn)行程放大。七、思考題〔1〕何為機構(gòu)創(chuàng)新方案？〔2〕你設(shè)計或選擇機構(gòu)系統(tǒng)方案在實驗臺上組裝后是否合理？〔3〕你設(shè)計的方案可用幾種形式來組裝，最后能否到達設(shè)計要求？實驗五機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗報告學生姓名學號組別實驗日期成績指導教師一、繪制實際拼裝的機構(gòu)運動方案簡圖，并在簡圖中標注實際測得構(gòu)件尺寸。二、簡要說明機構(gòu)桿組拆組過程，并畫出所拆桿組簡圖。三、答復(fù)思考題第二篇機械設(shè)計實驗第六章實驗六帶傳動實驗一、實驗?zāi)康谋緦嶒炁溆袑Ｓ枚嗝襟w軟件，學生可利用計算機在軟件界面說明文件的指導下，獨立的進行實驗，培養(yǎng)學生的實際動手能力。〔1〕觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象以及它們與帶傳遞的載荷之間的關(guān)系；〔2〕測定彈性滑動率和帶傳動效率與所傳遞的載荷之間的關(guān)系，繪制帶傳動彈性滑動曲線和效率曲線；〔3〕了解帶傳動實驗臺的工作原理與扭矩、轉(zhuǎn)速的測量方法。二、實驗臺簡介皮帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。圖6-1皮帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)圖1、電機移動底板2、法碼3、傳感器4、彈性測力桿5、主動電動機6、平皮帶7、光電測速裝置8、發(fā)電機9、電子加載10、機殼11、操縱面板1．主要結(jié)構(gòu)及工作原理本實驗臺可進行皮帶傳動滑差率和效率曲線的測定。其電動機為直流無級調(diào)速，采用先進的調(diào)速電路，測速方式為紅外線光電測速；皮帶輪轉(zhuǎn)速和扭矩可直接在面板上準確讀取，也可輸出到計算機中進行測試分析?！?〕該實驗傳動系統(tǒng)由主動直流伺服電動機5裝在滑座上，可沿滑座滑動，電機軸上裝有主動輪，通過平皮帶帶動從動輪，從動輪裝在直流伺服發(fā)電機8的軸上。在發(fā)電機的輸出電路上，并聯(lián)了八個燈泡〔每個燈泡40瓦〕，作為帶傳動的加載裝置〔可手動或計算機加載控制〕。砝碼2通過鋼絲繩、定滑輪拉緊滑座，從而使帶張緊，并保證一定的初拉力。開啟燈泡，以改變發(fā)電機的負載電阻增大，帶的受力增大，兩邊拉力差也增大，帶的彈性滑動逐步增加。當帶傳遞的載荷剛好到達所能傳遞的最大有效圓周力時帶開始打滑，當負載繼續(xù)增加時那么完全打滑?！?〕測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)由光電測速裝置和測扭矩裝置兩局部組成。A、兩電機后端裝有紅外線光電測速裝置和測速轉(zhuǎn)盤7，主、從動皮帶輪轉(zhuǎn)速可直接在計算機上或在面板各自的數(shù)碼管上讀取，并傳到計算機中進行處理分析。B、主動輪的扭矩T1和從動輪扭矩T2均通過電機外殼來測定。電動機5和發(fā)電機8的外殼支撐在支座的滾動軸承中，并可繞與轉(zhuǎn)子相重合的軸線擺動。當電動機啟動和發(fā)電機負載后，由于定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，電動機的外殼將向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反向傾倒，發(fā)電機的外殼將向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同向傾倒，它們的傾倒力矩可分別通過固定在定子外殼上的測力計所得的力矩來平衡。B型實驗臺可直接在面板11各自的數(shù)碼管上讀取，并傳到計算機中進行處理分析；A型實驗臺可在各自的測力計讀數(shù)并通過扭矩公式進行計算。主動輪上扭矩：T1=Q1K1L1〔N·從動輪上扭矩：T2=Q2K2L2〔N·傳動的有效拉力：F=2T1/D1〔N〕〔3〕式中Q1、Q2——測力計上百分表的讀數(shù)K1、K2——測力計標定值〔〕L1、L2——測力計的力臂(L1=L2=120mm〕帶傳動的效率：η=〔T2·n2〕/〔T1·n1〕·100%〔4〕彈性滑動率：ε=〔n1–n2〕/n1·100%〔5〕2．主要技術(shù)參數(shù)直流電動機功率：355W發(fā)電機額定功率：355W調(diào)速范圍：50～1500rpm最大負載轉(zhuǎn)速下降率：≤5%初拉力最大值為：3杠桿測力臂長度：L1=L2=120mm〔L1、L2—電動機中心至測力桿支點的長度〕皮帶輪直徑：D1=D2=120mm測力計標定值：K1=K2百分表精度為：測量范圍為：0～10mm實驗臺總重量：453．電氣裝置工作原理皮帶傳動實驗臺面板布置圖如圖6-2所示。3451267圖6-2皮帶傳動實驗臺面板布置圖1、電流開關(guān)2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)3、電動機轉(zhuǎn)速顯示4、發(fā)電機轉(zhuǎn)速顯示5、發(fā)電機負載6、加載按鈕7、減載按鈕該儀器的轉(zhuǎn)速控制由兩局部組成：一局部為由脈沖寬度調(diào)制原理所設(shè)計的直流電機調(diào)速電源；另一局部為電動機和發(fā)電機各自的轉(zhuǎn)速測量電路及顯示電路以及各自的紅外線傳感器電路?！?〕調(diào)速電源能輸出電動機和發(fā)電機勵磁電壓，還能輸出電動機所需的電樞電壓，調(diào)節(jié)板面上“調(diào)速”旋鈕，即可獲得不同的電樞電壓，也就改變了電動機的轉(zhuǎn)速，通過皮帶的作用，也就同時改變了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機輸出不同的功率。發(fā)電機的電樞端最多可并接八個40W燈泡用為負載，改變面板上A~H的開關(guān)狀態(tài)，即可改變發(fā)電機的負載量?！?〕轉(zhuǎn)速測量及顯示電路有左、右兩組LED數(shù)碼管，分別顯示電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。在單片機的程序控制下，可分別完成“復(fù)位”、“查看”和“存儲”功能，以及同時完成“測量”功能。通電后，該電路自動開始工作，個位右下方的小數(shù)點亮，即表示電路正在檢測并計算電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。通電后或檢測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)測速顯示不正?；蛐枰匦聠訙y速時，可按“復(fù)位”鍵。當需要存儲記憶所測到的轉(zhuǎn)速時，可按“存儲”鍵，一共可存儲記憶最后存儲的10個數(shù)據(jù)。如果按“查看”鍵，即可查看前一次存儲的數(shù)據(jù)，再按可再繼續(xù)向前查看。在“存儲”和“查看”操作后，如需繼續(xù)測量，可按“測量”鍵，這樣就可以同時測量電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。三、實驗內(nèi)容〔1〕皮帶傳動滑動曲線和效率曲線的測量繪制：該實驗裝置采用壓力傳感器和A/D采集并轉(zhuǎn)換成主動帶輪和從動帶輪的驅(qū)動力矩和阻力矩數(shù)據(jù)，采用角位移傳感器和A/D板采集并轉(zhuǎn)換成主、從動帶輪的轉(zhuǎn)數(shù)。最后輸入計算機進行處理作出滑動曲線和效率曲線。使學生了解帶傳動的彈性滑動和打滑對傳動效率的影響?！?〕皮帶傳動運動模擬：該實驗裝置配置的計算機軟件，在輸入實測主、從動帶輪的轉(zhuǎn)數(shù)后，通過模計算作出帶傳動運動模擬，可清楚觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象。四、軟件界面操作說明1．皮帶傳動實驗臺軟件封面皮帶傳動實驗臺軟件封面如圖6-3所示。圖6-3軟件封面2．皮帶傳動實驗說明界面在封面上非文字區(qū)單擊左鍵，即可進入皮帶傳動實驗說明界面，如圖6-4所示。圖6-4說明界面[實驗]：單擊此鍵，進入皮帶傳動實驗分析界面。[關(guān)閉音樂]：單擊此鍵，音樂關(guān)閉，同時[關(guān)閉音樂]變?yōu)閇翻開音樂]；反之，單擊[翻開音樂]，音樂翻開，[翻開音樂]變?yōu)閇關(guān)閉音樂]。[說明]：單擊此鍵，彈出皮帶傳動實驗說明框。[返回]：單擊此鍵，返回皮帶傳動實驗臺軟件封面。[退出]：單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回WINDOWS界面。3．皮帶傳動實驗分析界面皮帶傳動實驗分析界面如圖6-5所示，各控制鍵說明如下：圖6-5實驗分析界面[運動模擬]：單擊此健，可以清楚觀察皮帶傳動的運動和彈性滑動及打滑現(xiàn)象。[穩(wěn)定測試]：單擊此鍵，穩(wěn)定記錄顯示皮帶傳動的實測結(jié)果。[實測曲線]：單擊此鍵，顯示皮帶傳動的滑動曲線和效率曲線。[關(guān)閉音樂]：單擊此鍵，音樂關(guān)閉，同時[關(guān)閉音樂]變?yōu)閇翻開音樂]；反之，單擊音樂翻開，同時[翻開音樂]變?yōu)閇關(guān)閉音樂]。[說明]：單擊此鍵，彈出皮帶傳動實驗說明框。[打印]：單擊此鍵，彈出打印對話筐，將皮帶傳動滑動曲線和效率曲線打印出來或保存為文件。[返回]：單擊此鍵，返回皮帶傳動實驗說明界面。[退出]：單擊此鍵，結(jié)束程序的運行，返回WINDOWS界面。五、實驗步驟1．B型實驗臺〔1〕翻開計算機，單擊“皮帶傳動”圖標，進入皮帶傳動的封面。單擊左鍵，進入皮帶傳動實驗說明界面；〔2〕在皮帶傳動實驗說明界面下方單擊“實驗”鍵，進入皮帶傳動實驗分析界面；〔3〕啟動實驗臺的電動機，待皮帶傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，可進行皮帶傳動實驗；〔4〕在皮帶傳動實驗分析界面下方單擊“運動模擬”鍵，觀察皮帶傳動的運動和彈性滑動及打滑現(xiàn)象；〔5〕單擊“加載”鍵，可對燈泡組加載，每加載一次可增加5%的燈泡組負荷功率。每采集一次數(shù)據(jù)，時間間隔5-10秒鐘；〔6〕數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，單擊“穩(wěn)定測試”鍵，穩(wěn)定記錄顯示皮帶傳動的實測數(shù)據(jù)；〔7〕重復(fù)實驗步驟5和6直至皮帶打滑，結(jié)束測試；〔8〕如果實驗效果不夠理想，可單擊“重做實驗”即可從第五步開始重做實驗；〔9〕單擊“實測曲線”鍵，顯示皮帶傳動滑動曲線和效率曲線；〔10〕如果要打印皮帶傳動滑動曲線和效率曲線。在該界面下方單擊“打印”鍵，即可打印出該曲線圖；〔11〕如果實驗結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。2．A型實驗臺：〔1〕接通電源，實驗臺的指示燈亮，檢查一下測力計的測力桿是否處于平衡狀態(tài)，假設(shè)不平衡那么調(diào)整到平衡?！?〕加砝碼3kg，使皮帶具有初拉力?！?〕慢慢地沿順時針方向旋轉(zhuǎn)按扭，使電機從開始運轉(zhuǎn)加速到n=1000轉(zhuǎn)/分左右，在沒加負載的情況下，記錄n、Q、Q一組數(shù)據(jù)?！?〕翻開一個燈泡〔即加載40W〕記錄n、n、Q、Q一組數(shù)據(jù)，注意此時n和n之間的差值，即觀察帶的彈性滑動現(xiàn)象。〔5〕逐漸增加負載〔即每次翻開一個40瓦的燈泡〕，重復(fù)第4步，直到ε≧3%左右，即圓2上的A點，帶傳動開始進入打滑狀態(tài)。假設(shè)再翻開燈泡增加載荷，那么n和n之差值迅速增大?！?〕添寫實驗報告中的各項數(shù)據(jù)，繪制彈性滑動曲線和效率曲線圖。六、實驗操作考前須知〔1〕通電前的準備a.面板上調(diào)速旋鈕逆時針旋到底〔轉(zhuǎn)速最底〕位置，連接地線。b.加上一定的法碼使皮帶張緊。〔或3kg〕c.斷開發(fā)電機所有負載?！?〕通電后，電動機和發(fā)電機轉(zhuǎn)速顯示的四位數(shù)碼管亮?！?〕調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕，使電動機和發(fā)電機有一定的轉(zhuǎn)速，測速電路可同時測出它們的轉(zhuǎn)速。實驗六帶傳動實驗報告實驗名稱實驗日期成績姓名班級學號一．實驗設(shè)備與實驗條件實驗機型號：實驗條件：帶類型及型號：帶輪直徑：測力桿臂長：實驗數(shù)據(jù)記錄與處理序名號稱Q〔N〕Q〔N〕n〔rpm〕n〔rpm〕△n〔rpm〕TN﹒mmTN﹒mmF〔N〕η〔%〕ε〔%〕1234567891011121314151617181920繪制效率曲線和滑動曲線η〔%〕ε〔%〕0F四．分析思考題1．帶傳動的效率與哪些因素有關(guān)？為什么？帶傳動的滑動系數(shù)與哪些因素有關(guān)？為什么？引起彈性滑動的原因是什么？能否防止彈性滑動？〔能、不能〕引起打滑的原因是什么？防止打滑的措施是什么？第七章實驗七滑動軸承實驗一、實驗?zāi)康脑搶嶒炁_用于機械設(shè)計中液體動壓滑動軸承實驗。主要用來觀察滑動軸承的結(jié)構(gòu)、測量其徑向油膜壓力分布、測定其摩擦特性曲線。使用該實驗系統(tǒng)可以方便地完成以下實驗：〔1〕觀察滑動軸承的動壓油膜形成過程與現(xiàn)象。〔2〕滑動軸承油膜壓力周向與軸向分布的測試分析。〔ZCS—Ⅱ型包括仿真分析〕〔3〕測定和繪制滑動軸承周向與軸向油膜壓力分布曲線。〔4〕了解滑動軸承的摩擦系數(shù)的測量方法和摩擦特性曲線的繪制方法?！?〕了解滑動軸承實驗其他重要參數(shù)的測定。二、實驗系統(tǒng)與工作原理1．實驗系統(tǒng)組成軸承實驗系統(tǒng)如圖7-1所示。ZCS-ZCS-Ⅰ軸承實驗臺7路徑向油壓表工作載荷傳感器摩擦力矩傳感器主軸轉(zhuǎn)速傳感器XC-Ⅰ軸承實驗儀工作載荷顯示摩擦力矩顯示主軸轉(zhuǎn)速顯示7-1滑動軸承實驗系統(tǒng)框圖軸承實驗系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：〔1〕ZCS—Ⅰ液體動壓軸承實驗臺的機械結(jié)構(gòu)?！?〕油壓表—共7個，用于測量軸瓦上徑向油膜壓力分布值?！?〕工作載荷傳感器—為應(yīng)變力傳感器、測量外加載荷值。〔4〕摩擦力矩傳感器—為應(yīng)變力傳感器、測量在油膜粘力作用下軸與軸瓦間產(chǎn)生磨擦力矩。〔5〕轉(zhuǎn)速傳感器—為霍爾磁電式傳感器、測量主軸轉(zhuǎn)速。〔6〕液體動壓軸承實驗儀—以單片微機為主體、完成對工作載荷傳感器，磨擦力矩〔7〕傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器信號采集，處理并將結(jié)果由LED數(shù)碼管顯示出來。如果是ZCS—Ⅱ型實驗臺，上圖的顯示結(jié)果可由數(shù)據(jù)采集器—計算機—CRT顯示器顯示。2．工作原理實驗臺結(jié)構(gòu)如圖7-2所示，該實驗臺主軸7由兩高精度的單列向心球軸承支撐。直流電機1通過三角帶2傳動到主軸7，主軸順時針轉(zhuǎn)動，主軸上裝有精密加工的軸瓦5由裝在底座上的無機調(diào)速器12實現(xiàn)主軸的無機變化，軸的轉(zhuǎn)速由裝在試驗臺上的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測出并顯示。主軸瓦5外圓被加載裝置〔末畫〕壓住，旋轉(zhuǎn)加載桿即可方便地對軸瓦加載，加載力大小由工作載荷傳感器6測出，由測試儀面板上顯示。主軸瓦上還裝有測力桿L，在主軸回轉(zhuǎn)過程中，主軸與主軸瓦之間的摩擦力矩由摩擦力矩傳感器測出，并在測試儀面板上顯示，由此算出摩擦系數(shù)。主軸瓦前端裝有7只測量徑向壓力的油壓表4，油的進口在軸瓦的1/2處。由油壓表可讀出軸與軸瓦之間徑向平面內(nèi)相應(yīng)點的油膜壓力，由此可繪制出徑向油膜壓力分布曲線。1—直流電機2—三角帶3—摩擦力矩傳感器4—油壓表5—主軸瓦6—工作載荷傳感器7—主軸9—油槽10—底座12—無級調(diào)速器圖7-2實驗臺結(jié)構(gòu)示意圖3．主要技術(shù)參數(shù)軸瓦內(nèi)直徑：d=70mm長度L=125mm加載傳感器量程：W=0~2000N〔200kg〕壓力傳感器量程：0~1MPa油壓表量程0~1MPa軸調(diào)速范圍：0~500rpm摩擦力傳感器量程：50N直流電機功率：400W4．XC—Ⅰ液體動壓軸承實驗儀XC—Ⅰ液體動壓軸承實驗儀正面圖如圖7-3所示。XC—Ⅰ液體動壓軸承實驗儀轉(zhuǎn)速〔r/m〕工作載荷〔N〕摩擦力矩〔Nm〕清零清零電源電源*復(fù)位鍵在軸承實驗儀后面圖7-3軸承實驗儀正面圖實驗儀箱體內(nèi)附設(shè)有單片機、承當檢測、數(shù)據(jù)處理、信息記憶、自動數(shù)字顯示及傳遞等功能。5．實驗操作步驟實驗操作需知：〔1〕在開電機轉(zhuǎn)速之前請確認為空載，即要求先開轉(zhuǎn)速在加載?！?〕在一次實驗結(jié)束后馬上又要重新開始實驗時請用軸瓦上端的螺栓旋入頂起軸瓦將油膜先放干凈，確保下次實驗數(shù)據(jù)準確?！?〕由于油膜形成需要一小段時間，所以在開機實驗或在變化載荷或轉(zhuǎn)速后請待其穩(wěn)定后再采集數(shù)據(jù)。ZCS—Ⅰ型實驗臺操作步驟：〔1〕在松開螺旋加載桿的狀態(tài)下，啟動電機并慢慢將主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整到300轉(zhuǎn)/分左右?！?〕慢慢轉(zhuǎn)動螺旋加載桿，同時觀察實驗儀面板上的工作載荷顯示窗口，一般應(yīng)加載1500N左右?！?〕待各壓力表的壓力值穩(wěn)定后，由左至右依次記錄各壓力表的壓力值〔7塊表〕?！?〕當載荷不變，逐級降低轉(zhuǎn)速〔250、200、150、100、80、60、40、30、20r/min〕，每改變一級轉(zhuǎn)速記錄一次各點壓力值。也可轉(zhuǎn)速不變，逐級降低載荷?！?〕測量摩擦系數(shù)，如圖7-2所示，在軸瓦中心引出一摩擦力矩傳感器3，用以測量軸承工作時的摩擦力矩，進而換算得摩擦系數(shù)值。徑向滑動軸承的摩擦系數(shù)隨軸承的特性系數(shù)λ=ηn/p值而改變。〔如圖7-4所示〕η—油的動力黏度n—軸的轉(zhuǎn)速p—壓力p=W/BdW—軸上的載荷圖7-4B—軸瓦的寬度〔B=125mm〕圖7-4d—軸的直徑〔d=70mm〕在邊界摩擦時，f隨ηn/p的增大而變化很小〔由于n值很小，建議用手慢慢轉(zhuǎn)動軸〕，進入混合摩擦后ηn/p的改變引起f的急劇變化，在剛形成液體摩擦時f到達最小值，此后，隨ηn/p的增大油膜厚度亦隨之增大，因而f亦有所增大。如圖7-5所示，摩擦系數(shù)f之值可通過測量軸承的摩擦力矩而得到，軸轉(zhuǎn)動時，軸對軸瓦產(chǎn)生周向摩擦力F，其摩擦力矩為F·d/2，它供軸瓦5翻轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)力矩通過固定在實驗臺底座的摩擦力矩傳感器測出并經(jīng)過以下計算可得摩擦系數(shù)f之值。根據(jù)力矩平衡條件得：F·d/2=LQ∑F=F1+F2+F3+F4+…摩擦力之和Q—作用在摩擦力矩傳感器上的反作用力L—測力桿的長度〔L=120mm〕W—工作載荷在實驗儀上讀出?==圖7-5軸徑圓周外表摩擦力分析f—摩擦系數(shù)圖7-5軸徑圓周外表摩擦力分析LQ—由摩擦力矩傳感器測得，在實驗儀上讀出。〔6〕關(guān)機，待實驗數(shù)據(jù)記錄完畢后，先松開螺旋加載桿，并旋動調(diào)整電位器使電機轉(zhuǎn)速為零，關(guān)閉實驗臺及實驗儀電源?！?〕繪制周向油膜壓力分布曲線與承載曲線①根據(jù)測出的各壓力值按一定比例繪制出油壓分布曲線與承載曲線，其具體畫法是：沿著圓周外表從左到右畫出角度分別為30、50、70、90、110、130、150等分別得出油孔點1、2、3、4、5、6、7的位置。通過這些點與圓心O連線，在各連線的延長線上壓力表〔比例：0.1MP=5mm〕測出的壓力值畫出壓力線1—1'，2—2'，3—3'，……，7—7'。將1'，2'，3'，……，7'各點連成光滑曲線。②為了確定軸承的承載量，用P1sinΦ1〔Ⅰ=1、2、…7〕求得向量1—1'，2—2'，3—3'，……，7—7'在載荷方向〔即y軸的投影值。角度Φ1與sinΦ1的數(shù)值見下表〕Φ130507090110130150sinΦ10．5000．7660．93971．000．93970．7660．500然后將P1sinΦ1這些平行于y軸的向量移到直徑0—8上。為清楚起見，將直徑0—8平移到〔圖五〕的下部，在直徑0—8上先畫出軸承外表上油孔位置的投影點1、2…8，然后通過這些點畫出上述相應(yīng)的各點壓力在載荷方向的分量，即1″、2″、3″、…7″等點將各點平滑連接起來，所形成的曲線即為在載荷方向的壓力分布。圖7-6油膜壓力分布ZCS—Ⅱ型實驗臺系統(tǒng)軟件操作步驟：1．油膜壓力仿真與測試實驗用ZCS—Ⅱ型實驗臺時，首先進入主窗體1，選擇通訊口COM1或者COM2，確定機構(gòu)工作穩(wěn)定后點擊按鍵│數(shù)據(jù)采集│將數(shù)據(jù)采集進來〔總共12個數(shù)據(jù)，7個油膜壓力值，1個外加載荷值，1個轉(zhuǎn)速值和1個計算摩擦力矩的壓力值〕。當數(shù)據(jù)采集完成后就可以進行油膜壓力分析了，點擊│實測曲線│作出測得的7個壓力值曲線；點擊│理論曲線│作出理論壓力曲線，可對兩者進行比擬。同時也可手動改變7點壓力值的大小或載荷、轉(zhuǎn)速值再觀察曲線的變化。點擊按鍵│結(jié)果顯示│會將相應(yīng)的結(jié)果值顯示在結(jié)果顯示框中。2．摩擦特性仿真與測試進入主窗體2，同樣首先選擇通訊口COM1或COM2。在摩擦特性實驗中同樣有實測實驗和仿真實驗兩局部。在實驗?zāi)Ｊ僵Α牙碚撃M│或│○實測實驗│中選擇相應(yīng)操作狀態(tài)?！皩崪y實驗”模式將從實驗臺采集進的數(shù)據(jù)發(fā)送到軟件數(shù)據(jù)顯示列表中，點擊│實測曲線│作出摩擦系數(shù)實測曲線。〔屢次采集〕在曲線顯示窗口，縱坐標顯示的均為摩擦系數(shù)，橫坐標由操作模式?jīng)Q定│○載荷固定│或│⊙速度固定│，假設(shè)選擇速度固定那么以載荷值為橫坐標，反之那么以速度為橫坐標。實驗七滑動軸承實驗報告實驗名稱實驗日期成績姓名班級學號一．實驗設(shè)備與實驗條件1．實驗機型號2．實驗條件實驗軸承直徑：=實驗軸承長度：=潤滑油牌號：二．實驗數(shù)據(jù)記錄序號n〔r/min〕W〔N〕壓力表值/MPa備注123456781234567891011121314151617181920三．實驗數(shù)據(jù)處理1．軸承周向油膜壓力曲線與承載曲線軸承周向油膜壓力曲線與承載曲線2．軸承摩擦特性曲線序號n〔r/min〕W〔N〕p〔N/mm〕η〔Pa·s〕λ=ηn/pf=2LQ/Wd123456789101112131415n為主軸轉(zhuǎn)速；W為工作載荷；p壓力；η油的動力粘度；λ摩擦特性系數(shù)；f摩擦系數(shù)3．繪制摩擦特性曲線圖摩擦特性曲線四．心得與建議第八章實驗八軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗一、實驗?zāi)康摹?〕熟悉并掌握軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計中有關(guān)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承組合設(shè)計的根本方法。〔2〕了解軸的加工工藝和軸上零件的裝配工藝。二、實驗設(shè)備1．組合式軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計分析實驗箱實驗箱提供能進行減速器圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系及蝸桿軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗的全套零件。2．測量及繪圖工具300㎜鋼板尺、游標卡尺、內(nèi)外卡鉗、鉛筆、三角板等〔自備〕。三、實驗內(nèi)容與要求1．指導老師根據(jù)表8-1選擇性安排每組的實驗內(nèi)容〔實驗題號〕表8-1實驗內(nèi)容實驗題號已知條件齒輪類型載荷轉(zhuǎn)速其他條件示意圖1小直齒輪輕低2中高3大直齒輪中低4重中5小斜齒輪輕中6中高7大斜齒輪中中8重低9小錐齒輪輕低錐齒輪軸10中高錐齒輪與軸分開11蝸桿輕低發(fā)熱量小12重中發(fā)熱量大2．進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與滾動軸承裝置的組合設(shè)計每組學生根據(jù)實驗題號〔如：1、3、5、8等〕的要求，進行軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決軸承類型選擇、軸上零件的固定和拆裝、軸承間隙的調(diào)整、潤滑與密封等問題。3．繪制軸承裝置結(jié)構(gòu)裝配圖。4．每人編寫實驗報告一份。四、實驗步驟〔1〕明確實驗內(nèi)容，理解設(shè)計要求；〔2〕復(fù)習有關(guān)軸承裝置設(shè)計的內(nèi)容與方法〔參看教材有關(guān)章節(jié)〕；〔3〕構(gòu)思軸系結(jié)構(gòu)方案①根據(jù)齒輪類型選擇滾動軸承型號；②確定支承軸向固定方式〔兩端固定：一端固定、一端游動〕；③根據(jù)齒輪圓周速度〔高、中、低〕確定軸承潤滑方式〔脂潤滑、油潤滑〕；④選擇端蓋形式〔凸緣式、嵌入式〕并考慮透蓋處密封方式〔氈圈、皮碗、油溝〕；⑤考慮軸上零件的定位與固定，軸承間隙調(diào)整等問題；⑥繪制軸系結(jié)構(gòu)方案示意圖。4．組裝軸系部件根據(jù)軸系結(jié)構(gòu)方案，從實驗箱中選取適宜零件并組裝成軸系部件，檢查所設(shè)計組裝的軸系結(jié)構(gòu)是否正確。5．繪制軸承裝置結(jié)構(gòu)草圖。6．測量零件結(jié)構(gòu)尺寸〔箱體零件不用測量〕，并作好記錄。7．將所有零件放入實驗箱內(nèi)的規(guī)定位置，交還所借工具。8．根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖及測量數(shù)據(jù)，在3號圖紙上用1：1比例繪制軸系結(jié)構(gòu)裝配圖，要求裝配關(guān)系表達正確，注明必要尺寸〔如支承跨距、齒輪直徑與寬度、主要配合尺寸〕，填寫標題欄和明細表。9．寫出實驗報告。序號類別零件代號零件名稱件數(shù)序號類別零件代號零件名稱件數(shù)1234齒輪類ZJ-01-01直齒輪121-04-06透蓋1-01-02斜齒輪122-04-07透蓋1-01-03錐齒輪123支座ZJ-05-01支座2-01-04蝸桿124-05-02套杯1567軸類ZJ-02-01軸125套杯類-05-03套杯1-02-02錐齒輪軸126-05-04套杯1-02-03軸：27-05-05套杯189101112131415套筒類ZJ-03-01擋油環(huán)228軸軸承2052-03-02軸套129承軸承72052-03-03軸套130聯(lián)接件類4-03-04軸套131GB31-76螺栓M8×181-03-05調(diào)整環(huán)232螺栓M8×304-03-06隔套133GB810-76小圓螺母N181-03-07定位套134GB97-761-03-08隔套13511617181920端蓋類ZJ-04-01悶蓋136GB1096-79鍵8×7×321-04-02透蓋137GB1096-79鍵8×7×201-04-03悶