机械设计实验指导书（部分）要点 - 图文

机械设计实验指导书

中国海洋大学工程学院 机械原理及设计实验室

编者：杨新华

学 生 实 验 守 则

一、 实验前要认真预习，明确实验内容、原理、目的、步骤和注意

事项；课外实验研究项目，实验前应拟定实验方案，并经实验室管理人员审查同意方可实施；

二、 学生在教师的指导下自主进行实验，要严格遵守仪器设备操作

规程，节约使用实验材料和水、电、气，如实记录实验现象、数据和结果，认真分析，独立完成实验报告；

三、 爱护仪器设备及其他设施、物品，不得擅自动用与实验无关的

仪器设备和物品；不准擅自将实验室的物品带出室外；损坏或遗失仪器设备及其他设施、物品，应按学校有关规定进行赔偿； 四、 实验完毕后，要及时关闭电源、水源、气源，清理卫生，将仪

器设备和实验物品复位，经指导老师检查合格后方可离开； 五、 注意安全，熟悉安全设施和事故处理措施，实验过程中发现异

常情况要及时报告；发生危险时，应立即关闭电源、水源、气源，并迅速撤离；规范处理实验废液、废气和固体废弃物； 六、 遵守纪律，必须按规定或预约时间参加实验，不得迟到、早退、

旷课；保持实验室安静，不准大声喧哗、嬉闹，不准从事与实验无关的活动；保持实验室清洁，不准吸烟，不准随地吐痰、乱扔杂物。

目 录

实验三、带传动特性实验 ················································· 9 实验五、液体动压轴承特性实验 ······································ 17 实验六、典型机械结构展示及拆装与测绘 ·························· 20 实验七、轴系结构创新设计实验 ······································ 24

附录：实验中所用设备介绍

附录2. DCSⅡ型带传动测试系统 ······································· 40 附录4. ZCS-Ⅱ型液体动压滑动轴承实验系统 ······················ 54 附录5、JK-ABC型创意组合式轴系结构设计实验箱 ·············· 59

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实验三、带传动特性实验

一、实验目的

1、观察带传动弹性滑动与打滑现象；

2、了解带的初拉力、带速等参数的改变对带传动能力的影响；

3、掌握摆动式电机的转矩、扭矩、转速差及带传动效率的基本测量方法。

二、实验内容

测定不同初拉力下实验带的弹性滑动曲线（ε-F曲线）和效率曲线（η-F曲线）。

三、实验仪器

DCSⅡ型带传动测试系统（具体结构见附录2）

四、实验步骤

1．人工记录操作方法 (l)设置初拉力

不同型号传动带需在不同初拉力 FO 的条件下进行试验，也可对同一型号传动带采用不同的初拉力，测试不同初拉力对传动性能的影响。为了改变初拉力FO，只需改变砝码的重量。

(2)接通电源

在接通电源前首先将电机调速旋钮粗调电位器逆时针转到底，使开关“断开”，细调电位器旋钮逆时针旋到底，揿电源开关接通电源，按一下“清零”键，此时主、被动电机转速显示为“0”。力矩显示为“.”，实验系统处于“自动校零” 状态。校零结束后，力矩显示为“0”再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”并慢慢向高速方向旋转，电机由起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数，其上的数字即为当时的电机转速。当主动电机转速达到预定转速 (本实验建议预定转速为1200～1300 转/分左右)时，停止转速调节，此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上。

(3)加载

在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速，(此时,只需使用细调电位器进行转速调节) 使其仍保持在预定工作转速内, 待显示基本稳定(一般 LED 显示器跳动2～3次即可达到稳定值)记下主、被动轮的转矩及转速值。

再按“加载”键一次，第二个加载指示灯亮，再调整主动转速(用细调电位

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器), 仍保持预定转速，待显示稳定后再次记下主、被动轮的转矩及转速。

第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮, 同前次操作记录下主、被动轮的转矩、转速。

重复上述操作，直至7个加载指示灯亮，记录下八组数据。根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线ε－T2 及效率曲线η－T2 。

在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断”状态，然后将细调电位器逆时针转到底，再按“清零”键。显示指示灯全部熄灭，机构处于关断状态，等待下次实验或关闭电源。

为便于记录数据，在实验台的面板上还设置了“保持”键，每次加载数据基本稳定后，按“保持”键可使转矩、转速稳定在当时的显示值不变。按任意键，可脱离“保持”状态。

2.实验台与计算机接口

在 DCS-H 型带传动实验台后板上设有RS232串行接口，可通过所附的通讯线直接和计算机相联，组成带传动实验系统, 操作步骤为：

(1)将随机携带的通讯线一端接到实验机构 RS232 插座，另一端接到计算机串行输出口(串行口1号或串行口2号均可，但无论连线或拆线，都应先关闭计算机和实验机构电源，以免烧坏接口元件)。

(2)打开计算机，运行带传动实验系统，首先选择端口，然后用鼠标点击采集 “数据采集”菜单，等待数据输入。

(3)将实验台粗调速电位器逆时针转到底, 使开关断开, 细调电位器也逆时针旋到底。打开实验机构电源，按“清零”键，几秒钟后数码管显示“0”，自动校零完成。

(4)顺时针转动粗调电位器，开关接通并使主动轮转速稳定在工作转速(一般取200—1300rpm 左右), 按下“加载”键再调整主动轮转速(用细调电位器)，使其仍保持在工作转速范围内，待转速稳定(一般需2-3个显示周期)后，再按“加载”键，以此往复，直至实验机构面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888”, 表明所采数据已全部送至计算机。

(5)当实验机构全部显“8888”时，计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、被动轮的转速和转矩。此时应将电机粗、细调速电位器逆时针转到底，使“开关”断开。

(6)移动鼠标，选择“数据分析”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。如果在此次采集过程中采集的数据有问题，或者采不到数据, 请点击串口选择下拉菜单, 选择较高级的机型，或者选择另一端口。

(7)移动鼠标至“打印”功能, 打印机将打印实验曲线和数据。

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(8)实验过程中如需调出本次数据, 只须将鼠标点击“数据采集”功能，同时按下实验台上的“送数”键，数据即被送至计算机，可用上述6、7 项操作进行显示和打印。

(9)一次实验结束后如需继续实验, 应“关断”粗调速电位器, 将细调电位器逆时针旋到底, 并按下实验机构的“清零”键, 进行“自动校零”。同时将计算机屏幕中的“数据采集”菜单选中,重复上述第4-7项即可。

(10)实验结束后, 将实验台电机调速电位器开关关断，关闭实验机构的电源，用鼠标点击“退出”。退出后应及时关闭计算机。

五、实验报告要求

1、实验目的 2、预习作业

1）本实验中如何根据砝码的质量来确定带初拉力F0（张紧力）的大小？ 2）本实验设备上，如何通过改变电阻的大小给带传动加载的？ 3、实验结果

1）实验结果记录

表1 第一种初拉力的实验结果 初拉力F0 = 序号 主动轮转速 n1（r/min） 包角 α= 测量参数 从动轮转速 n2（r/min） 主动轮扭矩 T1（N.m） 从动轮扭矩 T2（N.m） 效率 η（%） 计算参数 滑差率ε 有效圆周力 F（N） 1 2 3 4 5 6 7 8

表2 第二种初拉力的实验结果

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初拉力F0 = 序号 主动轮转速 n1（r/min） 包角 α= 测量参数 从动轮转速 n2（r/min） 主动轮扭矩 T1（N.m） 从动轮扭矩 T2（N.m） 效率 η（%） 计算参数 滑差率ε 有效圆周力 F（N） 1 2 3 4 5 6 7 8

2）在方格纸上作出滑动曲线（ε-F曲线）和效率曲线（η-F曲线）。 3）实验数据分析。 4、小结与心得体会

六、思考题

1、实验过程中“加载”与对带轮加砝码各指什么含义，有何区别？ 2、试分析滑动曲线、效率曲线与有效拉力的关系。 3、影响带传动能力的因素有哪些？

4、试分析不同初拉力（张紧力）对带传动承载能力的影响？

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实验五、液体动压轴承特性实验

一、实验目的

1、测出液体动压轴承油膜压力周向分布曲线。 2、滑动轴承摩擦特征曲线的测定。

3、加深对液体润滑状态与各参数η、n、p 之间关系的理解

二、实验内容

1、绘制动压轴承中油膜压力分布曲线与承载量曲线。 2、绘制液体润滑滑动轴承摩擦特性曲线

三、实验仪器

ZCS-Ⅱ型液体动压滑动轴承实验系统(具体结构见附录4)

四、实验步骤

1、实验机构操作

在开机做实验之前必须首先完成以下几点操作，否则容易影响设备的使用寿命和精度。

1）在开电机转速之前请确认载荷为空，即要求先开转速再加载

2）在一次实验结束后马上又要重新开始实验时请用轴瓦上端的螺栓旋入顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中要重新复位（这很重要！！），这样确保下次实验数据准确。

3）由于油膜形成需要一小段时间，所以在开机实验或在变化载荷或转速后请待其稳定后（一般等待个5~10s即可）再采集数据。

4）在长期使用过程中请确保实验油的足量、清洁；油量不足和不干净都会影响实验数据的精度。

2、系统软件操作

1）在使用软件前请确保实验台与计算机通讯正常 2）油膜压力仿真与测试实验

进入主窗体1，首先选择通讯口COM1或者COM2，在开始加载和电机转速之前必须先点击

以让软件载入实验台的初始状态，保证后面实验结果

的准确性（该步骤不可缺少，否则数据结果不可预测）。在确定机构工作稳定后点击按键

将数据采集进来（总共12个数据，它们是7个油膜压力值，

1个外加载荷值，1个转速值和1个计算摩擦力矩的压力值）。当数据采集完成

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后就可进行油膜压力分析，点击 作出测得的7个压力值曲线；点击

作出理论压力曲线，可对两者进行比较。同时也可手动改变7点压力

值的大小或载荷、转速值再观察曲线的变化。点击按键 果值显示在结果显示框中。

3）摩擦特性仿真与测试

进入主窗体2，同样首先选择通讯口COM1或COM2。在摩擦特性实验中

会将相应的结

同样有实测实验和仿真实验两部分。在实验模式 中选择进入相应

操作状态。“实测实验”模式将从实验台采集进的数据发送到软件数据显示列表中，点击

作出摩擦系数实测曲线。（为保证曲线准确合理，建议多次

采集）在曲线显示窗口，纵坐标显示的均为摩擦系数，横坐标由操作模式决定

，若选择速度固定则以载荷值为横坐标，反之则以速度为横坐标。

软件提供了在不需要实验台的情况下通过变化参数来观察摩擦系数曲线所受影响情况。此时在实验模式中选择“理论模拟”，进入仿真模拟实验。可以固定载荷变化转速或者固定转速变化载荷来观察曲线变化，同时点击数据列表中的任一组数据均可计算出该组参数对应的摩擦系数值、偏心率和平均压力等结果

4）使用帮助说明

在菜单第三项中有各实验项目中关键点的扼要说明，有助于实验者了解操作原理。点击两个主窗体底部的按钮条上的帮助帮助说明。

按钮可调出更详细

五、实验报告要求

1、实验目的 2、预习作业

1）本实验中外载荷加在哪个零件上，载荷施加在什么方向？

2）启动时，为什么要空载低速启动？停车时，为什么必须先卸载再停车？ 3、实验结果

1）实验结果记录（可打印输出）。

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2）实验数据分析。 4、小结与心得体会

六、思考题

1、为什么油膜压力曲线会随转速的改变而改变? 2、为什么摩擦系数会随转速的改变而改变?

F?23、若已知轴承直径间隙Δ=0.07mm，承载量系数Cp?，试绘制Cf?Cp曲

2??B线？

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实验六、典型机械结构展示及拆装与测绘

一、实验目的

1．熟悉典型机械的基本结构，了解常用典型机械的用途及特点。 2．了解典型机械各组成零件的结构及功用，并分析其结构工艺性。 3．了解轴上零件的定位和固定、齿轮和轴承的润滑、密封以及典型机械附属零件的作用、构造和安装位置熟悉典型机械的拆装和调整过程；

4．学习典型机械的基本参数测定方法。

二、实验内容

（以减速器为例说明,如图6－1） 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。

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图6－1 单级圆柱齿轮减速器

1.箱体；

2.轴承； 3.放油螺塞；4.齿轮；5.油标； 6.轴；7.垫片；8.端盖；9.螺钉； 10.定位销；

11、12.螺栓； 13.观察孔盖； 14.螺钉； 15.箱盖； 16.齿轮轴 17.轴承； 18. 垫片； 19.端盖； 20.螺钉 21. 端盖； 22. 螺钉； 23. 垫片； 24.螺帽；

三、实验仪器

各种类型的减速器，如： 1．单级圆柱齿轮减速器；

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2．两级三轴线圆柱齿轮减速器； 3．两级圆锥—圆柱齿轮减速器； 4．单级蜗杆减速器

5．工具：活板手二把；呆板手二把；拉马一只；锒头一把；内外卡钳各一把；游标卡尺一把；钢皮尺一把。

四、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：如何保证箱体支承具有足够的刚度？轴承座两侧的上下箱体联接螺栓应如何布置？支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、观察孔和通气孔等各起何作用？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) 测量实验报告中表格中所列的有关尺寸。

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。

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。

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。

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3. 爱护工具及设备,仔细拆装使箱体外的油漆少受损坏。

五、实验报告要求

1、实验目的

2、有关尺寸测量记录

名称 大齿轮顶园（蜗轮外圆）与箱体内壁距离 齿轮端面（蜗轮端面）与箱体内壁距离 轴承安装位置与箱体内壁距离 齿轮传动的齿侧间隙 中心距 （圆锥齿轮为锥距） 高速级 低速级 高速级小齿轮 齿轮齿数 高速级大齿轮 低速级小齿轮 低速级大齿轮 齿轮传动比 大齿轮外径 齿轮法面模数 中心高 高速级 低速级 高速级 低速级 高速级 低速级 符号 减速器形式及尺寸 齿轮减速器 蜗轮减速器 Δ Δ1 Δ2 j a1 （R1） a2 Z1 Z2 Z3 Z4 i1 i2 Da2 Da4 mn mq H 3、画出减速器传动示意图。

4、绘制高速轴及其支承部件的结构草图（按比例绘制）。

六、思考题

1、轴承座孔两侧的凸台为什么比箱体与箱座的联接凸缘高？ 2、箱盖上的吊耳与箱座的吊钩有何不同？

3、箱盖与箱体的联接凸缘宽度及底座凸缘宽度的确定，受何种因素影响？ 4、如何调整齿轮（蜗轮）的啮合状态？如何调整轴承间隙？

5、轴承用何种方式润滑？轴承端盖的形式与结构与轴承的润滑方式有何关系？

6、试分析通气孔、定位销、起盖螺钉、油标、放油螺塞的作用。 7、你所拆卸的减速器，结构上是否有不合理的地方？

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实验七、轴系结构创新设计实验

一、实验目的

1、 熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系； 2、 熟悉并掌握轴、轴上零件的定位与固定方法；

3、 了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。

二、实验内容

1、 选择实验题号

2、 进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。

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。

三、实验仪器

1、组合式轴系结构设计与分析实验箱。

箱内提供可组成圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系和蜗杆轴系三类轴系结构模型的成套零件。

2、测量及绘图工具：300㎜钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。

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）绘制轴系结构方案示意图 4、 组装轴系部件

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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，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（如支承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸），填写标题栏和明细表。

注意事项：

1、实验零件铝合金制作，在选用时，不得任意敲打、锤锉，以免伤害零件表面，影响今后使用。

2、爱惜零件，不得丢失，每箱零件只能单独装箱存放，不得与其他箱内零件混杂在一起。

3、每套实验箱配备有说明书和装配图，图纸需爱惜使用，不得弄脏、损坏和丢失，实验完成后将说明书存放试验箱中。

五、实验报告要求

1、实验目的。

2．画出所选题号轴系的结构简图。

3、要求正确、清晰地完成实验步骤的第8项（轴系装配图）。

4、轴系结构分析（简要说明轴上零件定位固定，滚动轴承安装、调整、润滑与密封等问题）

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附录2 DCS－II型 带传动测试系统

一、 实验系统的组成

1、系统组成

附图2－1 实验系统组成框图

如附图2－1所示，实验系统主要包括如下部分： (1)带传动机构 (2)主、从动轮转矩传感器

(3)主、从动轮转速传感器 (4)电测箱（与带传动机构装为一体） (5)个人电脑 (6)打印机 2．主要技术参数

(l)直流电机功率： 2台×5OW (2)主动电机调速范围： O～1800 rpm (3)额定转矩： T=

(5)电源： 220V AC/5OHz

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(4)实验台尺寸： 长×宽×高 =600×280×300㎜

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3、实验台机械结构，附图2－2

附图2－2 实验台机械结构

1.砝码；2.滑轮；3.牵引绳；4.拉簧；5.浮动支座；6.主动直流电动机；7.主动带轮； 8.力传感器； 9.传动带；10.固定支架；11.从动带轮；12.从动直流发电机；13.标定杆；14.电测箱

4、电测系统

电测系统装在实验台电测箱内，如附图2－2所示。附设单片机，承担数据采集、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。能实时显示带传动过程中主动轮转速，转矩和从动轮的转速、转矩值。如通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线 —T2 及传递效率曲线η—T2及相关数据。

电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板，面板的布置如附图2－3所示。

附图2－3

在电测箱背面备有微机 RS232 接口、主、被动轮转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如附图2－4所示。

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附图2－4

1、电源插座； 2、被动力矩放大倍数调节； 3、主动力矩放大倍数调节； 4、被动力矩调零； 5、主动力矩调零； 6、RS-232 接口

二、 实验原理

1、初拉力的调节

本实验台，如附图2－2所示，由两台直流电机组成，左边是主动直流电动机6，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的从动直流发电机12。原动机机座设计成浮动结构(滚动滑槽)，以便于测定电机的工作转矩。直流发电机12的支承架固定在机架上，主动直流电动机6的支承架则可沿机架上的导轨移动，上下导轨之间置有钢球，以减少摩擦力的影响。在主动直流电动机6的一侧连着砝码1，皮带的初拉力通过牵引钢丝绳3、定滑轮2作用于浮动支承架5上。改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力FO。

2、调速、加载原理

对原动机6，由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压实现无级调速。本实验台中设计了粗调和细调两个电位器, 可精确的调节主动电机的转速值。

直流发动机12的输出电压通过面板的“加载”按键控制电子开关，逐渐接通并联的负载电阻（本设备采用电烙铁的内芯电阻），使发电机的输出功率逐渐增加，也即改变了带传动的功率大小，使主动直流电动机的负载功率逐级增加。每按一下“加载” 按键，即并上一个负载电阻，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变（原理见附图2－5）。

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附图2－5直流发电机加载示意图

3、转矩测量

如前所示（参见附图2－1）实验台上的两台电机均设计为悬挂支承，当传递载荷时，传动力矩分别通过固定在电机定子外壳上的杠杆受到转子力矩的反方向力矩测得。该转矩通过杠杆及拉钩作用于拉力传感器上而产生支反力，使定子处于平衡状态。所以得到以下结论。

主动轮上的转矩为 T1=L1·F1（Nm） 从动轮上的转矩为 T2=L2·F2（Nm）

F1、F2分别为拉力传感器上所受的力，由传感器转换为正比于所受力的电压信号，再经过A/D转换将模拟量变换为数字量，并送往单片微机中，经过计算得到T1、T2，分别由实验台LED显示器显示测量值。

4、转速测量

两台电机的转速，分别由安装在实验台两电机带轮背后环形槽中的红外交电传感器上测出。带轮上开有光栅槽，由交电传感器将其角位移信号转换为电脉冲输入单片计算机中计数，计算得到两电机的动态转速值，并由实验台上的LED显示器显示上来也可通过微机接口送往PC机进一步处理。（参见附图2－6）

附图2－6

5．利用实验装置的四路数字显示信息，在不同负载的情况下，手工抄录主动轮转速、主动轮转矩、被动轮转速、被动轮转矩，然后根据此数据计算并绘出弹性滑动曲线和传动效率曲线。

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6．利用 RS232 串行线，将实验装置与PC机直接连通。随带传动负载逐级增加，计算机能根据专用软件自动进行数据处理与分析，并输出滑动曲线、效率曲线和所有实验数据。

7.校零与标定 (1)校零

为提高实验系统的实验准确度和稳定性，以及方便实验操作。本实验台具有“自动校零”功能, 能清除系统的零点漂移而带来的实验误差。操作者在平时的实验过程中, 无需进行于动检零操作。若因种种原因而使系统零点产生较大偏移时, 则可按下述方法进行手动校正：

a.接通实验台电源, 并使实验台处于“自动校零”状态。

b.松开实验台背面调零电位器的锁紧螺母, 同时使用万用表接入实验台面板上的主、被动转矩输出端。调整调零电位器, 使得输出电压在lV左右。

c.调零结束后，再锁紧调零电位器的锁紧螺母即可。 (2)标定

为提高实验数据的精度及可靠性，实验台在出厂时都是经过标定的。标定方法如下:

a.接通实验台电源, 使实验台进入“自动校零”状态(方法同前), 然后调节调速旋钮,使电机稳定在某一低速状态(一般可取n=300 转/分左右)。按“加载” 键一次, 第一个加载指示灯亮, 实验台进入“标定”状态。

b.记录下“标定”状态时主、被动电机转矩的显示值T10和T20。选定某一重量的标准砝码, 挂在实验台的标定杆(标定时临时装上)。调节力矩放大倍数调节电位器，使得力矩显示值 Ti 符合下式：

Ti=m×L×g+ Tio (N.m)

式中 m——砝码质量 (kg)

L——砝码悬挂点到电机中心距离 (m) g——重力加速度 (m/s2)

Tio——挂砝码前的力矩显示值。

例如 m=0.4kg；L=0.10m；Tio=0.06N.m；则Ti=0.452N.m 标定结束后，应锁紧力矩放大倍数电位器的锁紧螺母。 注意：巳“校零”与 “标定”的设备，无须重复。

三、系统软件应用说明

整个软件界面由标题栏、菜单栏、采集数据显示区、计算结果显示区、曲线显示区、误差分析结果显示区、剩余标准差S相关指数R*R 结果显示区, 七部分组成。整个软件的功能是由菜单栏的下拉菜单完成的, 整个菜单栏包括串口

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选择、数据采集、采用模拟数据、数据分析、数据拟合、打印、帮助、退出。下面分别对每一菜单功能进行说明：

▉串口选择

串口1:在进行数据采集之前必须做这一步, 用户可根据实际硬件的搭接情况进行选择, 其中串口1在本软件指定的位置为:3F8H(十六进制) 。

串口2:同串口1的菜单说明, 只不过串口2 在本软件中指定的位置为2F8H(十六进制) 。

▉数据采集

在进行串口选择操作后, 即可进行数据采集操作, 在正确采集数据操作后,在采集数据显示区可以看到所采集的数据,它包括主动轮转速N1(r/m)、从动轮转速 N2(r/m)、主动轮转矩 Tl(N.m)、被动轮转矩T2(N.m) 。如果在采集过程中, 出现采集不到数据, 或者采集数据有错误, 请重复数据采集这一步, 或者重新进行串口选择操作。

有关数据采集的实验台的使用说明请参看“帮助”下拉菜单的“实验台使用说明”中有关实验操作部分.

▉采用模拟数据

设置该项功能的目的在于,如果现场没有带传动实验台,无法进行现场采集操作,那么就可以点击该菜单,系统将自动采用软件出品时所采集的一组数据,在采集数据显示区可以看到所采用的模拟数据,用该组数据,用户可以进行数据分析、数据拟合、打印等一系列操作。即可以在无实验台的情况下进行软件演示。

▉数据分析

数据分析的功能在于:将采集的数据(主动轮转速 Nl(r/m)、从动轮转速 N2(r/m)、主动轮转矩Tl(N.m) 、被动轮转矩 T2(N.m))进行效率,滑差率的计算，并在曲线显示区显示效率η—T2、滑差率ε—T2 的曲线。如果没有进行数据采集操作或采用模拟数据操作,系统会提示要求进行数据采集操作,没有数据,系统将不会进行数据分析操作。

▉数据拟合

在这一菜单下,有“效率曲线最小二乘法拟合”、“效率曲线指数拟合”、“滑差率曲线最小二乘法拟合”、“滑差率曲线指数拟合”四个下拉菜单，在“效率曲线最小二乘法拟合”和“滑差率曲线最小二乘法拟合” 下又分别设有有子菜单：“二次拟合飞” 、“三次拟合飞” 、“四次拟合” 、“高次拟合”。在“高次拟合”中，可以输入的拟合次数为5到8次,如果输入拟合次数高于8次，系统将不会进行该次数的拟合操作。选择相应的拟合次数后，系统将会进行相应的拟合操作,同时在曲线显示区将会分别显示出效率曲线和滑差率曲线的拟合效果,用户可以选择相应的拟合方式进行拟合，以达到偏差最小、相关系数最

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大的拟合效果。在进行拟合操作以后，可以使用计算机键盘上的方向键来移动光标,查看横坐标位置的滑差率和效率数值；

▉打印

点击该菜单可以进行打印操作, 打印的结果是采集的数据和曲线显示区显示的曲线。

▉帮助

该菜单下有下拉菜单：“带传动系统软件说明书” 、“实验系统说明书”、“关于”三项。其中带传动系统软件说明书指的本使用说明书，实验系统说明书指的是带传动实验台的使用说明书，关于里有一些版本的信息。

▉退出

点击该菜单可以退出本系统。

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附录4 ZCS-Ⅱ型液体动压滑动轴承实验系统

一、实验系统组成

轴承实验台的系统框图如附图4－1所示，它由以下设备组成： 轴承实验台 转速传感器 力矩传感器 压力传感器 力 传感器 数据采集器 计 算 机 CRT显示器 打 印 附图4－1轴承实验台系统框图

[1] 轴承实验台——轴承实验台的机械结构

[2] 压力传感器——共7个，用于测量轴瓦上油膜压力分布值 [3] 力传感器——共1个， 测量外加载荷值 [4] 转速传感器——测量主轴转速 [5] 力矩传感器——传感器测量摩擦力矩 [6] 单片机 [7] PC机 [8] 打印机

二、轴承实验台结构与工作原理

滑动轴承实验台部分的结构简如附图4－2。

1、电机 2、皮带

3、摩擦力传感器 4、压力传感器：

测量轴承表面油膜压力，共7个F1~F7，

5、轴瓦

6、加载传感器： 测量外加载荷值 7、主轴 8、油槽

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附图4－2 滑动轴承部分简

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9、底座 10、面板

11、调速旋钮：控制电机转速并由转速传感器测出转速大小

实验台所用轴瓦5是包角为180的半瓦，置于轴7上部，轴的下部浸在油池中。当主轴转动时，将油带入轴和轴瓦之间的收敛楔形间隙内，形成动压油膜。轴的转速用调速旋钮11控制。通过压力传感器4测量轴和轴瓦间径向油膜压力。滑动轴承摩檫力与摩檫系数是通过摩擦力传感器3测得。

测量滑动轴承摩擦系数的结构如附图4－3所示。

由于轴瓦和测力杠杆连成一体，当主轴转动时，轴瓦在摩擦力矩和弹簧力的支反力矩的作用下处于平衡状态，摩擦力矩：

T1?Ffd/2式中：

（1）

Ff——轴与轴瓦间的摩擦力，（N）

d——主轴直径（mm）

弹簧支承反力矩：

T2?RL （2）

式中：R——弹簧支反力，由摩擦力传感器3测得

L——测力杠杆的臂长， 根据力平衡条件：

T1?T2 （3）

即：

Ffd/2?RL摩擦力为：

（4）

附图4－3 测量摩擦系数的结构示意图

2RLFf?d （5）

求出摩擦力后，根据作用在轴瓦上的径向载荷Fr，可以用下式求出摩擦系数f:

f?

FfFr （6）

作用在轴瓦上的载荷是通过加载装置（图上未标明，数值由加载传感器6测得），它包括加载系统和轴瓦的自重, 固有：

Fr?G?W （7）

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式中: G——加载重量（N）

W——轴瓦自重（N），由实验台结构决定。 单位压力可由下式计算得到： p?Fr （8） dB式中: B——轴瓦宽度（mm）

三、实验系统主要技术参数

[1] 实验轴瓦： 内径d=70mm 宽度B=125mm [2] 加载范围： 0～1000 N （100kg） [3] 摩擦力传感器量程： 50 N [4] 压力传感器量程： 0～1.0 MPa [5] 加载传感器量程： 0～2000 N [6] 直流电机功率： 355 W [7] 主轴调速范围： 2～500 rpm

四、滑动轴承中油膜压力分布曲线与承载量曲线的绘制原理

启动电机，控制主轴转速，当轴承中形成压力油膜后，采集油膜压力传感器的数值并记录，根据数值按一定比例绘制油压分布曲线，如附图4－4所示。

具体画法是（若有计算机软件自动绘制的，可省略）：

沿圆周表面从左向右画出角度分别为：22.5，45，67.5，90，112.5，135，157.5等分，得出压力传感器1，2，3，4，5，6，7的位置，通过这些点与圆心连线，在它们的延长线上画出压力向量1-1′，2-2′，3-3′，4-4′，5-5′，6-6′，7-7′，其大小与对应的压力传感器采集的读数成正比。把压力向量末端1′，2′,3′，4′，5′，6′，7′等点连成一光滑的曲线，该曲线便是位于轴承中间断面的油

附图4－4径向压力分布与承载量曲线

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膜压力分布曲线。

为了确定轴承的承载量，用pisin?i(i?1,2,?,7)求出压力分布向量1-1′，2-2′，3-3′，4-4′，5-5′，6-6′，7-7′在载荷方向上（y轴）的投影值。

然后，将pisin?i(i?1,2,?,7)这些平行于轴的向量移到直径0～8上，为清楚起见，在下方作出如附图4－4。

在直径0～8上作一矩形，采用方格坐标纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，则该矩形的边长 Pav即为轴承中该截面上的油膜中平均压力。

滑动轴承处于流体摩擦状态工作时，其油膜承载量与外载荷相平衡，轴承内油膜的承载量可用下式求出：

Fr??PavBd （9）

??Fr （10） PavBd式中，Fr——外加轴向载荷；

?——轴承端泄对承载能力的影响系数；

Pav——轴承的径向平均单位压力。

润滑油的端泄对轴承内的压力分布及轴承的承载能力影响较大，通过实验可以观察其影响，具体方法如下。

轴瓦中心截面上的油膜平均单位压力：

Pav?i?7i?1?pisin?i?7p1sin?1?p2sin?2???p7sin?7 （11）

7轴承端泄对轴承能力的影响系数，由公式（11）求出。

在实验台配套的软件中可以分别作出油膜实际压力分布曲线和理论分布曲线，比较两者间的差异。

五、轴承摩擦特性曲线绘制原理

滑动轴承的摩擦特性曲线见附图4－5 。参数η为润滑油的动力粘度，润滑油粘度受到压力与温度的影响，由于实验过程时间短，润滑油的温度变化不大，润滑油的压力一般低于

20MPa,因此可认为油的粘度是一个近似常数。n为轴的转速，是实验中可调参数。

附图4－5 轴承摩擦特性曲线

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轴承中的摩擦系数f和平均比压p可通过式（6）、式（8）计算得到。

在实验中，通过调节轴的转速，从而改变?n/p，求出各种转速所对应的摩擦力矩和摩擦系数，即可画出??f曲线。

六、轴承实验台软件

本软件界面有两个主窗体：

主窗体1：油膜压力仿真与测试 （见 附图4－6） 主窗体2：摩擦特性仿真与测试 （见 附图4－7）

注：图中数据仅为参考值，不代表实验数据

（附图4－6）

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（附图4－7）

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附录5 JK-ABC型创意组合式轴系结构设计实验箱

实验箱的基本零件共有68种125件，另配有标准件7类166件，可提供轴系装配方案31种。

一、轴系结构示意图

部分轴系结构示意图 实验 表格 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 已 知 条 件 齿轮类型 小直齿轮 大直齿轮 小斜齿轮 大斜齿轮 小锥齿轮 载荷 轻 中 中 重 轻 中 中 重 轻 中 轻 转速 低 高 低 中 中 高 中 低 低 高 低 其他条件 锥齿轮轴 锥齿轮与 轴分开 发热量小 70 82 30 示 意 图 60 60 70 6 60 6760 70 667 11 蜗 杆 12 重 中 发热量大 L 二、 轴系结构装配图图例

附图5－1双支点两端固定

附图5－1双支点两端固定、圆锥滚子轴承反装

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附图5－2双支点两端固定、圆锥滚子轴承正装

附图5－3双支点两端固定、深沟球轴承

附图5－4双支点两端固定、圆锥滚子轴承正装

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xti3.html