机械设计实验指导书张幼琴雷东亮编沈阳建筑大学交通与机械工程学院机械电子工程实验教学中心二00六年八月前言一． 实验课的目的实验课目的在于：验证、巩固和加深课堂讲授的理论，培养学生掌握一些有关的最基本的实验方法，操作技能和测量能力，培养同学分析和解决实际问题的能力。
二． 实验课的要求1．要求每个学生在实验课之前进行预习实验指导书和课堂上讲授的有关内容，实验后分析实验结果，写成正规的实验报告。
2．上实验课时，要求保持良好的秩序，严肃认真地做好实验内容。
3．上实验课时，要求每个学生严格遵守实验室一切制度，爱护室内一切设备和器具，不得损坏。
三． 本课程所做的实验项目如下实验一.滑动轴承实验实验二. 轴系结构设计与分析实验实验三. 创新产品加工实验实验四. 减速器结构分析实验2实验一 滑动轴承实验一、实验目的１、观察滑动轴承的液体摩擦现象。
２、了解摩擦系数与比压及滑动速度之间的关系。
３、按油压分布曲线求油膜的承载能力。
二、实验机简介实验机结构如图1所示，它包括以下几部分：图1—1 滑动轴承实验机3１、轴与轴瓦轴８材料为45钢，轴颈经表面淬火、磨光，通过滚动轴承安装在支座上。
轴瓦7材料为锡青铜。
在轴瓦的中间截面处，沿半圆周均布七个小孔，分别与压力表相连。
２、加载系统由砝码17，通过由杆件12、13、14、15、16组成的杠杆系统，及由杠杆3、10、11组成的平行四边形机构，将载荷加到轴瓦上。
３、传动系统由直流电动机，通过三角带传动，驱动轴逆时针转动，直流电动机用硅整流电源实现无级调速。
４、供油方法轴转动时，将润滑油均匀的涂在轴的表面上，有轴带入轴与瓦之间的楔形间隙中，形成压力油膜。
５、测摩擦力的装置轴转动时，对轴瓦产生轴向摩擦力Ｆ，其摩擦力矩Ｆ·ｄ／２使构件３翻转，有固定在构件３上的百分表２测出弹簧片在百分表处的变形量，作用在支点１处的反力Ｑ于弹簧片的变形成正比，可根据变形测出反力Ｑ，进而可推算出摩擦力Ｆ。
６、摩擦状态指示装置图1—2 摩擦状态指示灯电路图2为摩擦状态指示电路，将轴与轴瓦串联在指示灯电路中，当轴与轴瓦之间被润滑油完全分开，即处于液体摩擦状态时，指示灯熄灭，当轴与瓦之间为非 液体摩擦状态时，指示灯亮或闪动。
三、实验机参数1、轴颈直径d=70mm；2、轴瓦宽度L=70mm；3、支点1到轴瓦中心的距离L=400mm；44、支点1处作用Q=百分表读数×K(N)；5、弹簧版刚度K=0.02N/百分表1小格；6、杠杆系统作用在轴瓦上的初始载荷P1=500N；7、加载系统杠杆比为i=75；8、砝码；每块质量1kg,共8块；主轴转速0—600r/mm。
四、各量的测量方法1、载荷P如果砝码重为P；则作用在轴瓦上的载荷P=P1+iP2=500+75P2P—作用在轴瓦上的载荷P2=砝码重力，N。
2、摩擦系数f的测试如图一所示，当轴颈沿逆时针回转时，轴瓦内表面受到摩擦力F的作用，摩擦力矩F·d/2将使轴瓦向逆时针方向翻转，而联在轴瓦上的弹簧板，其左端受到支反力Q的作用，其反力矩QL将与摩擦力矩相平衡，即F·d/2=QL则摩擦力为 F=2QL/d摩擦系数为 f=F/P=2QL/Pd3、油膜中间界面处在压力分布由压力表读出。
五、使用方法及注意事项1、启动：接通电源，将调整旋钮置“0”，按启动钮（绿色），绿灯亮，旋转调速旋钮，则可启动电机。
2、百分表对“0”使弹簧片4与支杆1脱开，转动百分表刻度盘，使“0”对准指针。
3、为保持轴瓦精度，实验机应在卸载下启动或停止。
4、禁止用力按砝码盘，以保护加载刃口。
六、实验步骤1、观察滑动轴承的液体摩擦现象，启动电机，加二至三块砝码，逐渐升速，再逐渐减速，观察摩擦状态指示灯及百分表指针变化情况。
2、擦系数fa)、百分表调“0”。
b)、将实验机升到最高转速，依次记录不加码及加1—8块砝码时百分表读数，在8块砝码载荷下，慢慢降低转速，注意观察摩擦状态的过渡，记录下由液体摩擦状态开始进入混合摩擦状态、在进入边界摩擦以及快要停止时的各个转速及百分表读数。
c)、加二或三块砝码，依次记录转速0、100、200、300、400、500、600r/mm时的百分表读数，再依次降速，记录百分表读数。
53、测油膜压力分布将实验机调到最高转速，加6至8块砝码在形成完全液体摩擦状态时，记录各压力表指示的数值。
4、卸载、减速、停机、实验结束。
七、实验纪录将测试数据记录在以下各表。
侧f的记录表八、数据处理1、摩擦系数滑动轴承的摩擦系数f是润滑油粘度μ，轴的转速n，轴承比压P的函数，μn/P的值称为滑动轴承的特性系数。
其最小值是液体摩擦和非液体摩擦的区分点。
μ——粘度（P2·S）n——转速（r/mm）P——比压，P=P/dL(KN/cm2)计算出不同比压及转速下的摩擦系数f，在坐标纸上，以μn/P为横坐标，f为纵坐标绘制f——μn/P曲线。
2、油膜的承载能力a、绘制油压分布曲线根据侧得的油膜压力，以一定的比例在坐标纸上绘制由膜压力分布曲线（见图3）将半圆周分为8等份，定出7块表的孔为1，2，3……7，由圆心O过1，2，……7诸点引射线，沿径向画出向量1-1’,2-2’,……7-7’,其大小等于相应各点的压力值（比例自选），用曲线板将1’,2’,……7’诸点联成圆滑曲线。
该曲线就是轴承中间截面处有膜压力分布曲线。
6图1—3 油压分布曲线b、求油膜承载能力根据油压分布曲线，在坐标纸上绘制油膜承载能力曲线（见图4）将图3的1，2，……7个点在0—X轴上的投影定为1〞，2〞，……7〞。
在图4上用与图3相同的比例尺，画出直径线0—3在其上绘出1〞，2〞，……7〞各点，其位置与图3完全相同，在直径线0-8的垂直方向上，画出压力向量1〞-1’，2〞-2’，……7〞-7’使其分别等于图3图1—4 无限宽滑动轴承承载能力中的1—1′，2—2′，……7″—7′。
将1′2′……7′连成圆滑曲线。
用数格法计算出曲线所围的面积。
以0—8为底边作一矩形，使面积与曲线所围成面积相等。
其高P m即为轴瓦中间截面处的Y向平均比压。
将P m乘以轴承宽度和轴直径，即可得到不考虑端泄的有限宽轴承的油膜承载能力。
但是，由于端泄的影响，在轴承两端处比压为零。
如果轴与轴瓦沿轴向间隙相等，则其比压沿轴向呈抛物线分布（见图5）图1—5 有限宽滑动轴承承载能力可以证明，抛物线下面积与矩形面积之比K=2/3，K为轴承沿轴向比压分布不均匀系数。
则：油膜承载能力P′=K·P m·dL3、实验误差由砝码杠杆系统加到轴瓦上的载荷P秘测出油膜承载能力P′，理论上应该相等，实际上不可能相等，其误差的百分比为78%100PP P P ′−=Δ 应对造成误差的因素进行分析。
9实验二 轴系结构设计与分析实验一、 实验目的1、 熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法。
2、 能够结合创新设计进行相应的轴系结构设计，并能够进行结构的分析与评价。
3、熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要术和装配关系。
4、熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。
5、了解轴承的类型、布置、安装及调试方法，以及润滑和密封方式。
二、 实验设备1、 组合式轴系结构设计分析实验箱。
实验箱提供能进行减速器圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。
2、 测量及绘图工具300mm 钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。
三、 实验内容与要求1、指导教师根据表1选择性安排每组的实验内容（实验题号），或者自选画出草图，经教师同意后进行实验。
表1 实验内容 已 知 条 件 实验题号 齿轮类型载荷转速其它条件示 意 图1 轻 低2 小直齿轮 中 高3 中 低4 大直齿轮 重 中5 轻 中6 小斜齿轮 中 高7 中 中8 大斜齿轮重 低 9 轻 低 锥齿轮轴 10 小锥齿轮 中 高 锥齿轮与轴分开 11 轻 低 发热量小 12蜗 杆 重中发热量大2、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计的组装，解决轴承类型选择、轴上零件固定、轴承安装与调节、润滑及密封等问题。
对于根据创新设计需要的轴系结构的组合设计，在完成轴系结构的组装后，要分析轴上零件的固定与调整、润滑与密封问题是否满足要求；要分析轴承的选择是否适宜，要在经济性、成本等方面进行分析。
3、绘制轴系结构装配图。
4、每人编写实验报告一份。
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）确定轴承的轴向固方式（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，观察与分析轴承的结构特点，轴承间隙调整等问题；（6）绘制轴系结构方案示意图。
4、组装轴糸部件。
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、测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距）。
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，要求装配关系表示正确，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。
9、将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所用工具。
10、编写出实验报告。
表2 实 验 箱 内 零 件 明 细 表1011序 号 类别 零 件 名 称 件救 序 号 类别 零 件 名 称 件救 1 小直齿轮 1 31 蜗杆用套环12 小斜齿轮 1 32 直齿轮轴用支座（油用） 23 大直齿轮 1 33 直齿轮轴用支座（脂用） 24 大斜齿轮 1 34 锥齿轮轴用支座 15 齿 轮 类 小锥齿轮 1 35 支 座 类蜗杆轴用支座 1 6 大直齿轮用轴 1 36 轴承62062 7 小直齿轮用轴 1 37 轴承7206AC 2 8 锥齿轮用轴 1 38 轴承30206 2 9 锥齿轮轴 1 39 轴承轴承N2062 10 固游式用蜗杆 1 40 健8*35 4 11 轴 类 两端固定用蜗杆 1 41 健6*20 4 12 联轴器A 1 42 圆螺母M30*1.5 2 13 联轴器 联轴器B1 43 圆螺母止动圈ø302 14 凸缘式闷盖（脂用） 1 44 骨架油封ø30*ø45*10 2 15 凸缘式透盖（脂用） 1 45 无骨架油封ø30*ø55*12 116 大凸缘式闷盖 1 46 无骨架油封压盖 1 17 凸缘式闷盖（油用） 1 47 轴用弹性卡环ø30 2 18 凸缘式透盖（油用） 4 48 羊毛毡圈ø30 2 19 大凸缘式透盖 1 49 M8*15 4 20 嵌入式闷盖 1 50 M8*25 6 21 嵌入式透盖2 51 M6*25 10 22 凸缘式透盖（迷宫） 1 52 M6*35 4 23 轴 承 端 盖 类迷宫式轴套153 M4*10 4 24 甩油环（金属标准件） 6 54 φ6垫圈 10 25 档油环（金属标准件） 4 55 φ4垫圈 4 26 套筒（金属标准件） 24 56 联 接 件 及 其 它组装底座 2 27 调整环（金属标准件） 257 双头板手12*141 28 调整片垫 16 58 双头板手10*12 1 29 轴 套 类轴端压板4 59 档圈钳 1 30其他 锥齿轮轴用套环 260工县3寸起子1附轴系结构参考图图1 脂润滑小圆锥齿轮轴系结构图图2 油润滑小圆锥齿轮轴系结构图12图3 油润滑圆柱齿轮轴系结构图图4 脂润滑圆柱齿轮轴系结构图13图5 脂润滑、嵌入式轴承端盖圆柱齿轮轴系结构图图6 蜗杆轴系结构图14实验三创新产品加工实验一、 实验目的1、掌握机械设计的一般方法。
