轴系结构设计与组装实验
一、实验目的
熟悉和掌握轴的结构设计和轴承组合设计的基本要求和设计方法
二、实验设备
1. 模块化轴段（可组装成不同结构形状的阶梯轴）；
2. 轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套
筒、圆螺母、止动垫片、轴端挡圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等;
3. 工具：活扳手、游标卡尺、胀钳。
三、实验准备
1. 从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号； 2. 根据实验方案规定的设计条件确定需要哪些轴上零件； 3. 绘出轴系结构设计装配草图，并注意以下几点：
（1）设计应满足轴的结构设计、轴承组合设计的基本要求，如轴上零件的固定、装拆、轴承间隙的调整、密封、轴的结构工艺性等；（暂不考虑润滑问题）
（2）标出每段轴的直径和长度，其余零件的尺寸可不标注。 各项准备工作应在实验室完成。
四、实验步骤
1. 利用模块化轴段组装阶梯轴，该轴应与装配草图中轴的结构尺寸一致或尽
可能相近；
2. 根据轴系结构设计装配草图，选择相应的零件实物，按装配工艺要求顺序
装到轴上，完成轴系结构设计；
3. 检查轴系结构设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。合理的轴系结
构应满足下述要求：
（1）轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良好; （2）轴上零件固定(轴向，周向)可靠;
（3）轴承固定方式应符合给定的设计条件，轴承间隙调整方便; （4）锥齿轮轴系的位置应能作轴向调整。
1
因实验条件的，本实验忽略过盈配合的松紧程度、轴肩过渡圆角及润滑问题。
4. 测绘各零件的实际结构尺寸（底板不测绘，轴承座只测量轴向宽度）； 5. 将实验零件放回箱内，排列整齐，工具放回原处；
6. 按比例完成轴系结构设计装配图（只标出各段轴的直径和长度即可，公差
配合及其余尺寸不注，零件序号、标题栏可省略）
五、学时安排
完成本实验需2~4学时。
附表3-1 轴系结构设计实验方案
方案序方案号 轴系布置简图 轴承固定方式 设计条件 轴承代号 l=(mm) 传动件 齿轮 带轮 联轴器 A A 类型 号 01 单级 齿轮 减速 02 器输 入轴 03 1-1 1-2 两端各单向固定 6206 95 两端各单向固定 轴承正装 两端各单向固定 7206C 95 A B 1-3 轴承正装 30206 95 A B 04 二级 齿轮 减速 05 器输 入轴 06 2-1 两端各单向固定 6206 145 B A 2-2 两端各单向固定 轴承正装 两端各单向固定 7206C 145 B B 2-3 轴承正装 一端固定、另一端30206 145 B B 07 蜗杆减速器输入轴 3-1 30206 6206 7206 6206 30206 游动 一端固定、另一端 C A 08 3-2 游动 一端固定、另一端 C A 09 3-3 C B 2
游动 N206 二级 10 齿轮 减速 器中 间轴 11 4-1 两端各单向固定 轴承正装 两端各单向固定 7206 135 B.C 4-2 轴承正装 30206 135 B.C 12 5-1 两端各单向固定 6204 80 D A 高速 13 5-2 5-3 两端各单向固定 轴承正装 两端各单向固定 轴承正装 两端各单向固定 轴承反装 7204 80 E A 级圆 锥齿 轮传 动 14 30204 80 D A 15 5-4 30204 80 D A
附表3-2 传动件结构及相关尺寸
齿轮 A B C A 带轮 B A 联轴器 B C Φ32 Φ34 Φ24.5 Φ20 Φ34 Φ22 1:10 50 45 42 28 28 38
38 Φ22 39 1:10 Φ27.7
3
机械设计课程实验报告
实验名称 班级 实验日期 月 日 实验三 轴系结构分析实验 组别 成绩 学生姓名 教师签名 一、实验目的
二、实验内容 轴系类型： 模型编号：
三、实验结果
1. 轴系装配图（另附）
2. 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)
4
实验三 轴系实验（二） 轴系组装与分析实验
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. 熟悉并掌握轴及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、实验设备
1. 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。如300mm钢板尺、游标卡、内外卡钳、铅笔、三角板等。
三、实验内容
1. 指导教师根据教学要求给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系或蜗杆分析）；
2. 分析并测绘轴系部件，画出轴系部件；
四、实验步骤
1. 明确实验内容，复习轴的结构设计及轴承组合设计等内容； 2. 观察与分析轴承的结构特点； 3. 绘制轴系装配示意图或结构草图；
4. 测量轴系主要装配尺寸(如支承跨距)和零件主要结构尺寸(支座不用测量)； 5. 装配轴系部件恢复原状，整理工具，实验结束； 6. 根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配图； 7. 编写实验报告。
5
实验四 减速器拆装实验
一、实验目的
1. 了解减速器的结构特点、密封、润滑及调整方法。 2. 了解减速器附件的结构及作用。
3. 了解典型减速器的装拆、配合及运转关系，加强设计分析能力。
二、设备与工具
1. 两级斜齿圆柱齿轮减速器。 2. 两级圆锥—圆柱齿轮减速器。 3. 单级圆柱齿轮减速器。 4. 蜗轮蜗杆减速器。（选做）
5. 工具:活扳手、卡钳、钢板尺、红铅油、保险丝等。
三、实验步骤及方法
1. 将减速器箱盖和箱体间的联接螺栓拆下，取下定位销和箱盖。 2. 转动主动轴，了解各部分的传动关系。 3. 测定减速器的主要参数。 4. 计算有关参数。 5. 装配减速器
6
机械设计课程实验报告
实验名称 班级 实验日期
实验四 减速器拆装实验 月 日 组别 成绩 学生姓名 教师签名 一、减速器类型:
二、按比例绘制减速器传动简图
三、根据传动布置方案、轴承类型、润滑方式和密封结构等对减速器特性进行简
单分析
四、分析减速器附件有哪些？并说明它们的功能。
7
实验五 机械传动性能综合测试实验
一、实验目的
1. 通过测试常见机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）在传递运动与动力过程中的参数曲线(速度曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等)，加深对常见机械传动性能的认识和理解。 2. 通过测试由常见机械传动组成的不同传动系统的参数曲线，掌握机械传动合理布置的基本要求；
3. 通过实验认识机械传动性能综合测试实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养进行设计性实验与创新性实验的能力。
二、实验设备
本实验在长沙佳讯教学设备有限公司的JXJCZ-A机械传动方案优化综合检测实验台上进行。本实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。
机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图5-1所示。
1 2 3 2 4 2 3 2 5 6 8 7 1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件 5-加载与制动装置 6-工控机 7-电器控制柜 8-台座 图5-1实验台的结构布局 实验台组成部件的主要技术参数如表5-1所示。
8
表5-1 实验台组成部件的主要技术参数
序号 1 2 组 成 部 件 变频调速电机 ZJ型转矩转速传感器 550W Ⅰ. 规格 10N·m ; 输出讯号幅度不小于100mV Ⅱ. 规格 50N·m; 输出讯号幅度不小于100mV 技 术 参 数 备 注 3 直齿圆柱齿轮减速器 i=5 摆线针轮减速器 机械传动装置（试件） 蜗杆减速器 i=10 V型带传动 齿形带传动 Pb=9.525 zb =80 套筒滚子链传动 z1=17 z2=25 额定转矩: 50 N.m 激磁电流: 2A 允许滑差功率: 1.1kw 1台 1台 WPA50-1/10 Z型带3根 1根 08A型3根 4 5
磁粉制动器 工控机 为了提高实验设备的精度，实验台采用两个扭矩测量卡进行采样。测量精度达到±0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。
机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。其控制系统主界面如图5-2所示。
9
图5-2 实验台控制系统主界面
机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图5-3所示。
变频 电机 ZJ扭矩 传感器 扭矩测量卡 转速调节 机械传动 装置（试件） 扭矩测量卡 ZJ扭矩 传感器 负载 负载调节 工控机 图5-3 实验台的工作原理
三、实验原理
运用“机械传动性能综合测试实验台”能完成多类实验项目（如表5-2所示），教师可根据专业特点和实验教学改革需要指定，也可以让学生自主选择或设计实验类型与实验内容。
表5-2 本实验台能够完成的实验项目
类型编号 实验项目名称 被测试件 在带传动、链传动、齿轮传动、摆线针轮传动（新增）、蜗杆传动等中选择 由典型机械传动装置按设计思路组合 新开发研制的机械传动装置 项目适用对象 备 注 A 典型机械传动装置性能测试实验 本科 B 组合传动系统布置优化实验 新型机械传动性能测试实验 本科 部分被测试件由教师提供,或另购拓展性实验设备 被测试件由教师提供,或另购拓展性实验设备 C
研究生 无论选择哪类实验，其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试，来分析机械传动的性能特点；
利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数，如转速n (r/min)、扭矩M (N.m)、功率N(kw)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：
10
传功比 i = n1/n2
扭矩 M = 9550 N/n (Nm) 传功效率 η = N2/N1 = M1 n2 / M2 n1
根据参数曲线（图5-4所示）可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。
图5-4 参数曲线（示例）
四、实验步骤
参考图5-5所示实验步骤，用鼠标和键盘进行实验操作。 1. 准备阶段
（1） 认真阅读《实验指导书》和《实验台使用说明书》； （2）确定实验类型与实验内容；
选择实验A(典型机械传动装置性能测试实验) 时, 可从V带传动、同步带传动、套筒滚子链传动、圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器中，选择1-2种进行传动性能测试实验；
选择实验B（组合传动系统布置优化实验）时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。如表5-3所示。
11
表5-3可选组合布置方案
编 号 实验内容B1 实验内容B2 实验内容B3 实验内容B4 实验内容B5 实验内容B6 实验内容B7 实验内容B8 组合布置方案a V带传动-齿轮减速器 同步带传动-齿轮减速器 链传动-齿轮减速器 带传动-蜗杆减速器 链传动-蜗杆减速器 V带传动-链传动 V带传动-摆线针轮减速器 链传动-摆线针轮减速器 组合布置方案b 齿轮减速器-V带传动 齿轮减速器-同步带传动 齿轮减速器-链传动 蜗杆减速器-带传动 蜗杆减速器-链传动 链传动- V带传动 摆线针轮减速器- V带传动 摆线针轮减速器-链传动
确定实验 类型与内容 实验A 实验B 实验C 准备阶段安装被测装置 选择实验C(新型机械传动性能测试实验) 时, 首先要了解被测机械的功能与结构特点。
（3）布置、安装被测机械传动装置（系统）。注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴线要求；
12
调试测试设备 测试阶段设置实验参数 转速n扭矩M 功率N效率η 传动比i 采集实验数据 分析阶段实验结果分析 参数曲线 实验报告 图5-5 实验步骤
（4）按《实验台使用说明书》要求对测试设备进行调零，以保证测量精度。 2.测试阶段
（1）打开实验台电源总开关和工控机电源开关；
（2）点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容； （3）键入实验教学信息标：实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、实验日期等；
（4）点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩M1、M2等； （5）点击“分析”，确定实验分析所需项目：曲线选项、绘制曲线、打印表格等；
（6）启动主电机，进入“试验”。使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可；
（7）从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果； （8）打印实验结果；
（9）结束测试。注意逐步卸载，关闭电源开关。 3.分析阶段
（1）对实验结果进行分析；对于实验A和实验C，重点分析机械传动装置传递运动的平稳性和传递动力的效率。对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。
（2）整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。
13
机械设计课程实验报告
实验名称 班级 实验日期 实验五 机械传动性能综合测试实验 月 日 组别 成绩 学生姓名 教师签名
一、实验类型和实验内容：
二、实验传动简图
三、实验数据和参数曲线
四、实验结果分析
14
