机械设计综合实验指导书
及实验报告
班级 学号 姓名
机械基础实验中心 雷代明
2017年3月 第一部分 机械设计
实验一 机械零件认知与分析实验
一、实验目的
1、熟悉常用的机械零件的基本结构，以便对所学理论知识产生一定的感性认识。 2、分析常用机械零件的基本构造及制造原理。 3、了解常用机械零件的实际使用情况。
二、实验内容
通过观察，掌握常用的机械零件的基本结构及应用场合。
三、实验简介
机械零件陈列观摩，共包括： (1)螺纹联接与应用
(2)键、花键、销、铆、焊、铰接 (3)带传动 (4)链传动 (5)齿轮传动 (6)蜗杆传动
(7)滑动轴承与润滑密封 (8)滚动轴承与装置设计 (9)轴的分析与设计 (10)联轴器与离合器。
共10个陈列柜，罗列了机械设计内容中大多数常用的基本零件与标准件，并对相应的零件进行了结构和基本受力分析，联接和安装的基本方法的说明，有些常用的零件还给出了简单的应用举例。
通过本实验的观摩，学生可以对照书本所学的基本内容，初步领会机械设计的一些常用零部件的基本设计与应用原理，从而达到举一反三的教学目的，对其所学的课本理论知识进一步巩固和深化。
四、实验要求
1、学生必须带上课本，以便于与书本内容进行对照观察。
2、进入实验室必须保持安静，不得大声喧哗，以免影响其他同学。 3、不得私自打开陈列柜，不得用手触摸各种机械零件模型。 4、服从实验人员的安排，认真领会机械零件的构造原理。 五、思考题
1、常用螺纹联接的方法有哪些? 2、说明无键联结的优缺点．
3、在带传动中，带张紧的方法有哪些?
4、轴上零件轴向常用的定位方法有哪些?举例说明。
第二章 滑动轴承实验
实验二 滑动轴承基本性能实验
一、概述
滑动轴承用于支承转动零件，是一种在机械中被广泛应用的重要零部件。根据轴承的工作原理，滑动轴承属于滑动摩擦类型。滑动轴承中的润滑油若能形成一定的油膜厚度而将作相对转动的轴承与轴颈表面分开，则运动副表面就不发生接触，从而降低摩擦、减少磨损，延长轴承的使用寿命。
根据流体润滑形成原理的不同，润滑油膜分为流体静压润滑(外部供压式)及流体动压润滑(内部自生式)，本章讨论流体动压轴承实验。
流体动压润滑轴承其工作原理是通过轴颈旋转，借助流体粘性将润滑油带入轴颈与轴瓦配合表面的收敛楔形间隙内，由于润滑油由大端入口至小端出口的流动过程中必须满足流体流动连续性条件，从而润滑油在间隙内就自然形成周向油膜压力(见图2-1)，在油膜压力作用下，轴颈由图2-1(a)所示的位置被推向图2-1(b)所示的位置。
当动压油膜的压力p在载荷F方向分力的合力与载荷F平衡时，轴颈中心处于某一相应稳定的平衡位置O1，O1位置的坐标为O1(e，φ)。其中e=OO1，称为偏心距；φ为偏位角(轴承中心0与轴颈中心0l连线与外载荷F作用线间的夹角)。
随着轴承载荷、转速、润滑油种类等参数的变化以及轴承几何参数(如宽径比、相对间隙)的不同，轴颈中心的位置也随之发生变化。对处于工况参数随时间变化下工作的非
稳态滑动轴承，轴心的轨迹将形成一条轴心轨迹图。
为了保证形成完全的液体摩擦状态‘对于实际的工程表面，最小油膜厚度必须满足下列条件：
hmin?S(RZ1?RZ2) (2—1)
式中，S为安全系数，通常取S≥2；Rzl、Rz2盈分别为轴颈和轴瓦孔表面粗糙度的十点高度。
滑动轴承实验是分析滑动轴承承载机理的基本实验，它是分析与研究轴承的润滑特性以及进行滑动轴承创新性设计的重要实践基础。
根据要求不同，滑动轴承实验分为基本型、综合设计型和研究创新型三种类型。
二、实验目的
(1)掌握实验装置的结构原理，了解滑动轴承的润滑方式、轴承实验台的加载方法以及轴承实验台主轴的驱动方式及调速的原理。
(2)掌握实验台所采用的测试用传感器的工作原理。
(3)通过实验测试的周向油膜压力分布及轴向油膜压力分布，掌握滑动轴承中流体动压油膜形成的机理及滑动轴承承载机理。
(4)通过实验掌握工况参数和轴承参数的变化对滑动轴承润滑性能及承载能力的影响。
三、实验内容
对于基本型实验，实验内容如下：
(1)轴承中间平面上周向油膜压力分布曲线图[见图2-2(a)]和轴向油膜压力分布曲线图[(见图2-2(c)]。
(2)周向油膜压力分布曲线图的承载分量的曲线图[见图2—2。(b)]，求轴承的端泄影响系数K。
考虑有限宽轴承在宽度B方向的端泄对油膜承载量的影响，其影响系数K可由下式求出：
K?F (2—2) pmBd式中，F为轴承外载荷，N；B为轴承有效工作宽度，mm；d为轴颈直径，mm；pm为根据油膜压力承载分量的曲线图求出的动压油膜的平均压力，如图2—2(b)所示。
图2—2(a)为实测上轴瓦上均布测点1～7位置处的油膜压力形成的周向油膜压力分布曲线；图(b)为过这7个分点分别弓l垂线段l一1”、2—2”、…、7—7”，使之分别等于图(a)中的油膜压力值的垂直分量后连成的光滑曲线，该曲线被称为动压油膜的承载分量曲线；图(c)为轴向油膜压力分布曲线。
根据承载分量曲线和直径所围成的图形面积等于平均压力pm与直径围成的矩形面积相等的条件，通过数方格数的方法即可求出pm大小。再将求出的pm值代入式2—2即可求出K。
四、实验装置
实验装置采用西南交通大学研制的zHS20系列滑动轴承综合实验台。该实验台主要由主轴驱动系统、静压加载系统、轴承润滑系统、油膜压力测试系统、油温测试系统、摩擦因素测试系统以及数据采集与处理系统等组成。 1．主轴驱动系统及电机选择
实验台的主轴支承在实验台箱体上的一对滚动轴承上。该主轴的驱动电机需满足无极调速、低速大转矩及实验过程中能快速启停等要求。
驱动电机主要有交流异步电动机、直流电动机、步进电机、交流(直流)伺服电动机等类型。
交流伺服电动机的工作原理与普通交流异步电动机相似，但交流伺服电动机的转子电阻比异步电机的大得多，其转矩特性(转矩T与转差率S的关系)也因此较普通电机有很大区别(见图2-3)。。它可使临界转差率大于1，这样不仅使转矩特性更接近于线性，而且具有较大的起动转矩，因此，伺服电机具有起动快、灵敏度高的特点。
目前，基于稀土永磁体的交流永磁伺服驱动系统，能提供最高水平的动态响应和扭矩密度。所以用交流伺服驱动取替传统交流调速、直流和步进调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的控制水平，从而获得更宽的调速范围和更大的低速扭矩。因此，本实验台选用了交流伺服电动机，其优点归纳如下： (1)控制精度高。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证，因此，交流伺服具有极高的控制精度。
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