【正文】 因此較普通電機(jī)有很大區(qū)別(見(jiàn)圖23)。該主軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)需滿足無(wú)極調(diào)速、低速大轉(zhuǎn)矩及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能快速啟停等要求。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、靜壓加載系統(tǒng)、軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)、油膜壓力測(cè)試系統(tǒng)、油溫測(cè)試系統(tǒng)、摩擦因素測(cè)試系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成。再將求出的pm值代入式2—2即可求出K。 圖2—2(a)為實(shí)測(cè)上軸瓦上均布測(cè)點(diǎn)1～7位置處的油膜壓力形成的周向油膜壓力分布曲線；圖(b)為過(guò)這7個(gè)分點(diǎn)分別弓l垂線段l一1”、2—2”、…、7—7”，使之分別等于圖(a)中的油膜壓力值的垂直分量后連成的光滑曲線，該曲線被稱為動(dòng)壓油膜的承載分量曲線；圖(c)為軸向油膜壓力分布曲線。(b)]，求軸承的端泄影響系數(shù)K。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于基本型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下： (1)軸承中間平面上周向油膜壓力分布曲線圖[見(jiàn)圖22(a)]和軸向油膜壓力分布曲線圖[(見(jiàn)圖22(c)]。 (3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的周向油膜壓力分布及軸向油膜壓力分布，掌握滑動(dòng)軸承中流體動(dòng)壓油膜形成的機(jī)理及滑動(dòng)軸承承載機(jī)理。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)掌握實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理，了解滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式、軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載方法以及軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)主軸的驅(qū)動(dòng)方式及調(diào)速的原理。 滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)是分析滑動(dòng)軸承承載機(jī)理的基本實(shí)驗(yàn)，它是分析與研究軸承的潤(rùn)滑特性以及進(jìn)行滑動(dòng)軸承創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的重要實(shí)踐基礎(chǔ)。對(duì)處于工況參數(shù)隨時(shí)間變化下工作的非穩(wěn)態(tài)滑動(dòng)軸承，軸心的軌跡將形成一條軸心軌跡圖。其中e=OO1，稱為偏心距；φ為偏位角(軸承中心0與軸頸中心0l連線與外載荷F作用線間的夾角)。 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承其工作原理是通過(guò)軸頸旋轉(zhuǎn)，借助流體粘性將潤(rùn)滑油帶入軸頸與軸瓦配合表面的收斂楔形間隙內(nèi)，由于潤(rùn)滑油由大端入口至小端出口的流動(dòng)過(guò)程中必須滿足流體流動(dòng)連續(xù)性條件，從而潤(rùn)滑油在間隙內(nèi)就自然形成周向油膜壓力(見(jiàn)圖21)，在油膜壓力作用下，軸頸由圖21(a)所示的位置被推向圖21(b)所示的位置?；瑒?dòng)軸承中的潤(rùn)滑油若能形成一定的油膜厚度而將作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承與軸頸表面分開(kāi)，則運(yùn)動(dòng)副表面就不發(fā)生接觸，從而降低摩擦、減少磨損，延長(zhǎng)軸承的使用壽命。第二章 滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 滑動(dòng)軸承基本性能實(shí)驗(yàn)一、概述 滑動(dòng)軸承用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，是一種在機(jī)械中被廣泛應(yīng)用的重要零部件。服從實(shí)驗(yàn)人員的安排，認(rèn)真領(lǐng)會(huì)機(jī)械零件的構(gòu)造原理。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室必須保持安靜，不得大聲喧嘩，以免影響其他同學(xué)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的觀摩，學(xué)生可以對(duì)照書(shū)本所學(xué)的基本內(nèi)容，初步領(lǐng)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)的一些常用零部件的基本設(shè)計(jì)與應(yīng)用原理，從而達(dá)到舉一反三的教學(xué)目的，對(duì)其所學(xué)的課本理論知識(shí)進(jìn)一步鞏固和深化。三、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介機(jī)械零件陳列觀摩，共包括：(1)螺紋聯(lián)接與應(yīng)用(2)鍵、花鍵、銷(xiāo)、鉚、焊、鉸接(3)帶傳動(dòng)(4)鏈傳動(dòng)(5)齒輪傳動(dòng)(6)蝸桿傳動(dòng)(7)滑動(dòng)軸承與潤(rùn)滑密封(8)滾動(dòng)軸承與裝置設(shè)計(jì)(9)軸的分析與設(shè)計(jì)(10)聯(lián)軸器與離合器。了解常用機(jī)械零件的實(shí)際使用情況。機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心 雷代明2017年3月第一部分 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一 機(jī)械零件認(rèn)知與分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜こＳ玫臋C(jī)械零件的基本結(jié)構(gòu)，以便對(duì)所學(xué)理論知識(shí)產(chǎn)生一定的感性認(rèn)識(shí)。分析常用機(jī)械零件的基本構(gòu)造及制造原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)觀察，掌握常用的機(jī)械零件的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合。共10個(gè)陳列柜，羅列了機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容中大多數(shù)常用的基本零件與標(biāo)準(zhǔn)件，并對(duì)相應(yīng)的零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和基本受力分析，聯(lián)接和安裝的基本方法的說(shuō)明，有些常用的零件還給出了簡(jiǎn)單的應(yīng)用舉例。四、實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生必須帶上課本，以便于與書(shū)本內(nèi)容進(jìn)行對(duì)照觀察。不得私自打開(kāi)陳列柜，不得用手觸摸各種機(jī)械零件模型。五、思考題常用螺紋聯(lián)接的方法有哪些?說(shuō)明無(wú)鍵聯(lián)結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)．在帶傳動(dòng)中，帶張緊的方法有哪些?軸上零件軸向常用的定位方法有哪些?舉例說(shuō)明。根據(jù)軸承的工作原理，滑動(dòng)軸承屬于滑動(dòng)摩擦類型。 根據(jù)流體潤(rùn)滑形成原理的不同，潤(rùn)滑油膜分為流體靜壓潤(rùn)滑(外部供壓式)及流體動(dòng)壓潤(rùn)滑(內(nèi)部自生式)，本章討論流體動(dòng)壓軸承實(shí)驗(yàn)。當(dāng)動(dòng)壓油膜的壓力p在載荷F方向分力的合力與載荷F平衡時(shí)，軸頸中心處于某一相應(yīng)穩(wěn)定的平衡位置O1，O1位置的坐標(biāo)為O1(e，φ)。 隨著軸承載荷、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油種類等參數(shù)的變化以及軸承幾何參數(shù)(如寬徑比、相對(duì)間隙)的不同，軸頸中心的位置也隨之發(fā)生變化。 為了保證形成完全的液體摩擦狀態(tài)‘對(duì)于實(shí)際的工程表面，最小油膜厚度必須滿足下列條件： (2—1)式中，S為安全系數(shù)，通常取S≥2；Rzl、Rz2盈分別為軸頸和軸瓦孔表面粗糙度的十點(diǎn)高度。 根據(jù)要求不同，滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)分為基本型、綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型三種類型。 (2)掌握實(shí)驗(yàn)臺(tái)所采用的測(cè)試用傳感器的工作原理。 (4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握工況參數(shù)和軸承參數(shù)的變化對(duì)滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑性能及承載能力的影響。 (2)周向油膜壓力分布曲線圖的承載分量的曲線圖[見(jiàn)圖2—2。 考慮有限寬軸承在寬度B方向的端泄對(duì)油膜承載量的影響，其影響系數(shù)K可由下式求出： (2—2)式中，F(xiàn)為軸承外載荷，N；B為軸承有效工作寬度，mm；d為軸頸直徑，mm；pm為根據(jù)油膜壓力承載分量的曲線圖求出的動(dòng)壓油膜的平均壓力，如圖2—2(b)所示。 根據(jù)承載分量曲線和直徑所圍成的圖形面積等于平均壓力pm與直徑圍成的矩形面積相等的條件，通過(guò)數(shù)方格數(shù)的方法即可求出pm大小。四、實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)裝置采用西南交通大學(xué)研制的zHS20系列滑動(dòng)軸承綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 1．主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及電機(jī)選擇 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主軸支承在實(shí)驗(yàn)臺(tái)箱體上的一對(duì)滾動(dòng)軸承上。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有交流異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流(直流)伺服電動(dòng)機(jī)等類型。它可使臨界轉(zhuǎn)差率大于1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，伺服電機(jī)具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。所以用交流伺服驅(qū)動(dòng)取替?zhèn)鹘y(tǒng)交流調(diào)速、直流和步進(jìn)調(diào)速驅(qū)動(dòng)，以便使系統(tǒng)性能達(dá)到一個(gè)全新的控制水平，從而獲得更寬的調(diào)速范圍和更大的低速扭矩。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證，因此，交流伺服具有極高的控制精度。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象；普通交流電機(jī)由變頻器進(jìn)行調(diào)速，在低頻時(shí)的力矩小；直流電機(jī)在低速的控制極不穩(wěn)定。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可以克服機(jī)械的剛性不足缺點(diǎn)，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析功能(FI叮)。 (3)矩頻特性好。／rain)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速1 000 t．／min僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。液壓系統(tǒng)框圖如圖2—4所示。變頻恒壓供油系統(tǒng)主要由油泵、變頻器、壓力傳感器組成，如圖2—5所示。由于在各種轉(zhuǎn)速下形成的油膜壓力和端泄情況有一定的差別，通過(guò)變頻恒壓系統(tǒng)能真正地實(shí)現(xiàn)在各種轉(zhuǎn)速下的加載壓力保持不變。注：由于實(shí)際需要，本書(shū)保留了一些非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制單位，l kgf= N。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速后，在軸承內(nèi)形成動(dòng)壓油膜，通過(guò)壓力變送器測(cè)出油膜壓力值，并在計(jì)算機(jī)上顯示周向油膜壓力分布曲線(見(jiàn)圖2—2)。 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用壓阻式壓力變送器，它由壓力敏感部件與壓力變送器部件組成。 擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理：以擴(kuò)散硅材料制成的膜片作為彈性敏感元件，其硅晶片上通過(guò)微機(jī)加工工藝構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，如圖2—6所示，圖中，表示恒流源，R表示電橋阻值，U表示激勵(lì)電壓，Vo表示電橋輸出電壓。兩個(gè)電阻位于膜片的壓縮區(qū)，另兩個(gè)位于位伸區(qū)，并聯(lián)成惠斯通全橋形式，以使輸出信號(hào)最大。 因壓力傳感器是一個(gè)在硅晶片上通過(guò)加工工藝構(gòu)成的一個(gè)惠斯通電橋，該電橋橋阻的變化與作用在其上的外部作用力大小成正比例關(guān)系。信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換處理電路將惠斯通電橋產(chǎn)生的電壓信號(hào)線性放大處理后，將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA DC的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)變送輸出構(gòu)成壓力變送器。 ①穩(wěn)定性高。 ②溫度系數(shù)小。 ③適應(yīng)性強(qiáng)。④安裝維護(hù)方便。表2—1壓力變送器的性能參數(shù)表量 程O(píng)～1．2Mpa允許過(guò)載200％供電電壓24 VDC，范圍電源：12~30 VDC輸出信號(hào)4～20mADC(二線制)精 度177。5．滑動(dòng)軸承控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的8個(gè)油膜壓力傳感器、液壓加載傳感器、測(cè)摩擦因數(shù)用的拉壓負(fù)荷傳感器以及油溫傳感器采集的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器，以RS485總線方式傳送到計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理軟件系統(tǒng)，直接在屏幕上顯示出來(lái)，或由打印機(jī)打印輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 油壓加載系統(tǒng)的壓力是由實(shí)驗(yàn)人員在電腦上設(shè)置加載壓力p0與液壓加載壓力傳感器的反饋值進(jìn)行比較，再通過(guò)PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，將動(dòng)態(tài)地改變變頻器的輸出頻率，使其液壓加載壓力保持恒定。五、實(shí)驗(yàn)裝置的操作步驟及方法 (1)網(wǎng)上預(yù)習(xí)“滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)”課件。 (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)操縱面板(見(jiàn)圖2—8)，按圖示按鈕功能使總電源、油壓系統(tǒng)及主軸系統(tǒng)處于接通位置，這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。說(shuō)明：無(wú)論做何種實(shí)驗(yàn)，均應(yīng)先啟動(dòng)液壓系統(tǒng)電機(jī)，后啟動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（伺服電機(jī)），確保主軸旋轉(zhuǎn)前有充足的供油。導(dǎo)老師”等，點(diǎn)擊[返回]。選擇“徑向滑動(dòng)軸承油墨壓力分布曲線”菜單，開(kāi)始本章實(shí)驗(yàn)1“滑動(dòng)軸承基本性能（基本型）”（見(jiàn)圖211）。 ④點(diǎn)擊“靜壓加載”數(shù)字框，彈出鍵盤(pán)，設(shè)置加載壓力(建議用戶o=0．1～0．15 MPa)。 ⑥油壓升起后，點(diǎn)擊“當(dāng)前轉(zhuǎn)速”數(shù)字框，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速(建議用n=200～500r／min)。 ⑧曲線穩(wěn)定后，點(diǎn)擊[暫停采樣]，再點(diǎn)擊[打印]按鈕打印當(dāng)前窗口。 停止系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，務(wù)必先關(guān)閉主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(按“軸停止”鍵)，等主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再卸載軸承靜壓載荷(調(diào)“靜壓加載”鍵)，最后關(guān)閉液壓系統(tǒng)電機(jī)，以減輕軸瓦磨損。 停止油壓系統(tǒng)：選擇[油泵控制]菜單下的“停止”即可。第三章 機(jī)械傳動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 單級(jí)機(jī)械傳動(dòng)裝置性能參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)掌握轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)功率、傳