胶凝材料学试验
水泥性质（验证性实验）
一、实验意义和目的
水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。鉴于水泥在工程中的广泛利用，掌握各种水泥的性质具有重要意义。本实验方法适用于通用硅酸盐水泥。
本实验的目的，使学生了解通用硅酸盐水泥的国家标准（GB175－2007），学会水泥品质检验的操作方法及强度试件的制作，掌握水泥品质各技术指标的实际工程意义。
二、实验原理
水泥的性质包括细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性和水泥胶砂强度等方面。
标准稠度用水量是1克水泥达到标准稠度状态时的加水量。
体积安定性不良是指在水泥已经硬化后，产生不均匀体积变化的现象。体积安定性不良，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多。或由于熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多造成的。国家标准规定，用沸煮法检验水泥的安定性。沸煮法起加速氧化钙熟化的作用，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良。而游离氧化镁在蒸压下才加速熟化，石膏的危害则需长期在常温水中才能发现，两者均不便于快速检验。所以，国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0％，水泥中的三氧化硫含量不超过3.5％，以控制水泥的体积安定性。
水泥的强度是水泥的重要指标。根据国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175－2007）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671－1999）的规定，水泥和标准砂按照1：3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成试件，在标准温度（20±1℃）的水中养护，测定3d和28d的强度。根据测定结果，将硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、 62.5R等六个等级；普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。
三、试验内容：
提供一份矿渣硅酸盐水泥，要求同学对其标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性、强度和细度进行检验，根据试验结果判断所检项目是否符合国家标准。
四、实验装置
标准稠度测定仪、水泥净浆搅拌机、湿汽养护箱、沸煮箱、胶砂振实台、抗折强度试验机、抗压试验机、抗压夹具、天平等。
图1水泥标准稠度测定仪 图2 沸煮箱
图3水泥净浆搅拌机 图4水泥胶砂振实台
图5抗折强度试验机 图6抗压试验机
五、实验方法和步骤
（一）标准稠度用水量试验（不变水量法）
1、标准稠度用水量可用调整水量和不变水量两种方法的任一种测定，如发生争议时以调整水量方法为准。
2、试验前须检查：仪器的金属棒应能自由滑动;试锥降至模顶面位置时指针应对准标尺零点;搅拌机应运转正常。
3、水泥净浆拌和前，搅拌锅和搅拌叶片先用湿棉布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5-10秒内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将搅拌锅放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，接着高速搅拌120s停机。采用不变水量方法时拌和水量用 142.5ml水，水量精确至0.5ml。
4、拌和结束后，立即将拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆，抹平后迅速放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面拧紧螺丝，然后突然放松，让试锥自由沉入净浆中，到试锥停止下沉时记录试锥下沉深度。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
５、用不变水量方法测量时，根据测得的试锥下沉深度S (mm)按下式(或仪器上对应标尺) 计算得到标准稠度用水量P(%)。P=33.4－0.185S
注：当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量方法测定。
6、重新确定加水量500×P(%)再搅拌一锅水泥净浆，测定下沉深度S，S为30±1mm时的净浆为标准稠度水泥净浆。
（二）凝结时间的测定
1测定前，将圆模放在玻璃板上，在内侧稍稍涂上一层机油，调整凝结时间测定仪使试针接触玻璃板时，指针对准标尺零点。
2称取水泥试样500g，以标准稠度用水量按测定标准稠度时制备净浆的方法，制成标准稠度净浆，立即一次装入圆模，振动数次后刮平，然后放入湿汽养护箱内。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。
3凝结时间的测定：试件在湿汽养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从养护箱中取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝 1～2s后突然放松，试针垂直自由沉入净浆，观察试针停止下沉时指针读数。当试针沉至距底板3～5mm时，即为水泥达到初凝状态；翻转试件，大面朝上，换成环状试针，当下沉不超过0.5mm时为水泥达到终凝状态（不留下痕迹）。由加水泥全部加入水中至初凝状态、终凝状态的时间分别为该水泥的初凝时间和终凝时间，用小时(h)和分钟(min)来表示。测定时应注意，在最初测定的操作时应轻轻扶持金属棒，使其徐徐下降以防试针撞弯，但结果以自由下落为准，在整个测试过程中试针贯入的位置至少要距圆模内壁10mm。临近初凝时，每隔5min测定一次，临近终凝时每隔15min测定一次，到达初凝时应立即重复测一次,当两次结论相同时才能确定到达初凝状态,到达终凝时,需要在试体另外两个不同点测试,结论相同时才能确定到达终凝状态。每次测定不得让试针落入原针孔，每次测试完毕须将试针擦净并将圆模放回养护箱内，整个测定过程中要防止圆模受振。
（三）安定性的测定
1、若采用饼法，一个试样需准备两块约100mm×100mm的玻璃板。每个试样需成型两个试件。凡与水泥净浆接触的玻璃板都要稍稍涂上一层油。
2、制备标准稠度水泥净浆。
3、试饼的成型方法
将制好的净浆取出一部分分成两等分，使之成球形，放在预先准备好的玻璃板上，轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动，做成直径70～80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，接着将试饼放入湿气养护箱内养护24±2h。
4、从养护箱内取出试件，脱去玻璃板 ，当为饼法时先检查试饼是否完整(如已开裂翘曲要检查原因，确证无外因时，该试饼已属不合格不必沸煮)，在试饼无缺陷的情况将试饼放在沸煮箱的篦板上。
5、沸煮
调整好沸煮箱内水位，保证整个沸煮过程都能没过试件，不需中途加水；然后在30±5min内加热至沸腾并保持3h±5min。
6、结果判别
沸煮结束，即放掉箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。若为试饼，目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。
（四）水泥胶砂强度试验
水泥胶砂强度实验包括试件成型，脱模养护和强度测定三部分内容。
1. 试件成型
(1)将试模擦净，四周模板与底座的接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。
(2)试验采用中国ISO标准砂，中国ISO标准砂可以单级分包装，也可以各级预配合以1350±5g量的塑料袋混合包装。
每锅胶砂可成型三条试体。矿渣硅酸盐水泥每锅胶砂按质量比水泥：标准砂：水=1：3：0.5，用天平称取水泥450±2g、中国ISO标准砂1350±5g，量水器量取225±lmL水。
(3)把水加入搅拌锅，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。然后立即开动搅拌机，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将砂加入。把机器转至高速再拌30s。停拌90s，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂，刮入锅中间。在高速下继续搅拌60s后，停机取下搅拌锅。各个搅拌阶段，时间误差应在±ls内。将粘在叶片上的胶砂刮下。
(4)胶砂制备后立即进行成型。将空试模和模套固定在振实台上，用一适当勺子直接从搅拌锅中将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里约放300g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，接着振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走套模，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90°的角度架在试模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢移向另一端，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的状况将试体表面抹平。
(5)在试模上作好标记后，立即放入湿汽养护箱或雾室进行养护。
2. 脱模与养护
(1)养护到规定脱模时间取出脱模。脱模前，用防水墨或颜料笔对试体进行编号。两个龄期以上的试体，编号时应将同一试模中的三条试件分在两个以上的龄期内。
(2)脱模应非常小心。对于24h龄期的，应在破型前20min内脱模。对于24h以上龄期的，应在成型后20～24h之间脱模。硬化较慢的水泥允许延期脱模，但须记录脱模时间。
(3)试件脱模后立即水平或垂直放入水槽中养护，养护水温度为20±1℃，试件之间应留有间隙，养护期间试件之间或试体上表面的水深不得小于5mm。每个养护池只养护同类型的水泥试件。
3. 强度测定
不同龄期的试件，应在下列时间里(从水泥加水搅拌开始算起)内进行强度测定。
—24h±15min；
—48h±30min；
—72h±15min；
—7d±2h；
—28d±8h。
3.1 抗折强度测定
(1)每龄期取出三条试件先做抗折强度测定。测定前须擦去试件表面的水分和砂粒。清除夹具上圆柱表面粘着的杂物。试件放入抗折夹具内，应使试件侧面与夹具接触。
（2）启动仪器分别对三条试件进行试验。
(3)抗折强度测定时的加荷速度为50N/s±10N/s。
(4)以一组三个试件测定值的算术平均值作为抗折强度的试验结果(精确至 0.lMPa)。当三个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。
3.2 抗压强度测定
(1)抗折强度测定后的两个断块应立即进行抗压强度测定。抗压强度测定须用抗压夹具进行，使试件受压面积为40mm×40mm。测定前应清除试件受压面与加压板间的砂粒或杂物。测定时以试件的侧面作为受压面。
(2)整个加荷过程中以2400N/s±200N/s的速率均匀加荷直至破坏。
(3)抗压按下式计算(计算至0.1MPa)
式中 Rc——单个试件抗压强度，MPa；
Fc——破坏时的最大荷载，N；
A——受压部分面积，即40mm×40mm=1600mm2。
(4)以一组三个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值作为抗压强度的试验结果(精确至0.1MPa)。如六个测定值中有一个超出六个平均值士10%，应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为试验结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数±10%的，则此组结果作废。
（六）细度测定：（负压筛法）
筛析试验前应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000-6000Pa范围内。
用80微米筛析试验时，称取试样25g,(精确0.01 g)置于洁净的负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻敲击筛盖，使试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物。计算筛余百分数，结果精确至0.1%
五、实验数据记录与处理
水泥品种及标号：_______ 生产厂及出厂日期：_______
试验室温度：___________ 湿度：_________
（一）水泥标准稠度用水量测定（固定用水量）
（二）水泥安定性检验
（三）水泥胶砂强度检验
六、实验结果分析与讨论
１.根据试验数据及国家标准，判定所检水泥为什么强度等级？所检项目是否符合标准？
２.水泥的标准稠度用水量是不是检验水泥的必要指标？测定它的目的何在？
第二篇：2 机械设计实验指导书 Microsoft Word 文档
实验二、皮带传动实验
一、实验目的
1、观察带传动中主动轮和被动轮上的弹性滑动和打滑现象。
2、了解初拉力，确定三角带传动的滑动曲线和效率曲线。
3、了解实验机的工作原理与测试方法。
二、实验设备及工作原理：
1、电动支承罩 2、主动盘 3、滑轮 4、配重 5、滚珠导轨道 6、带有磁钢的圆盘 7、舌簧罩 8、调压器 9、测力臂 11、拉力机 12、三角带 13、发电机支承罩 14、带有光轴的测速盘 15、机身 16、电气箱 17、电源入口 18、砝码 19、被动盘
图2-1是皮带传动带套装在主动轮上和从动轮19上，主动轮装在电动机1的转子轴上，从动轮19装在发电机13的转子上。利用砝码15使带产生的初拉力。砝码的重力经过导向滑轮3拖动电动机支座沿滚动导轨水平移动以实现传动带的张紧，保持不变的初拉力，并通过改变发电机负载电阻中的电流就可以对带传动施加不同的负载。
试验台主要参数
（1） 带的型号O型，带的断面积47 mm2
（2） 带轮直径D1 = D2 = 95 mm
（3） 测力杆力臂长度L1 = L2 = 500 mm
（4） 张紧形式：自动张紧
（5） 包角：180。
1、工作原理
电动机与发电机均由一对滚动轴承支撑而被悬架起来，这样便可方便地测定电机的工作转矩。因为电磁力矩作用在转子和定子之间，大小相等而方向相反，对电机来说，它对转子作用，带动带轮工作，表现为工作转矩，同时作用于定子使机壳翻转。对于发电机来说，同样有一电磁力矩使机壳翻转，这个翻转力矩分别通过9、10测力杆传到重锤式测力计20、11，根据重锤式测力计的读数W1和W2和测力杆力臂长L1，L2，便可求得主动轮与被动轮的传动力矩。
为电动机输出转矩，
为发电机对电动机产生的阻转矩。当平衡时W2不作功，电动机输出的功率一部分用于皮带轴承等损耗，绝大部分通过发电机负载盘转化为焦耳—楞次热。其度量为ie，其中i为定子绕组与负载是电阻回路的电流，e定子绕组产生的电动势。发热功率P = ie，是由机械功率P2转换而来，P2是转子角速度与转矩的乘积，已知转子输出的转矩为L2W2从而有：
其中n2为发电机转子每分钟转速，采用米、公斤、秒制计算，单位为瓦特。
由上可知，若使i = 0，则发电机转子不受阻转矩作用，电动机空载运行，逐步增大i值，则阻转矩逐渐加大，ie增大，直至皮带打滑。故在一定转速下调节i可使e得到调节从而调节发电机负载盘中的电流从而达到加载的目的。
2、扭矩和效率的测量
主动轮上的扭矩 M1=9.8L1W1 （N.mm）
从动轮上的扭矩 M2=9.8L2W2 （N.mm）
式中W1、W2测力计读数 （kg）
L1、L2测力杆力臂长 （mm）
传动有效拉力 
(kg)
式中D1为主动轮直径
根据两轮上功率，即可求得带传动效率
式中P1、P2为主动轮从动轮功率 （KW）
为主动轮从动轮转速 （r.p.m）
3、转速差测量及滑动系数
转速差 
滑动系数 
为了测量滑动系数，必须测出两轮的转速差△n。闪光仪是为闪光灯泡，它是仪器的主要零件。当有关路线接通一次，它闪光一次，它与普通炽热灯泡不同之处在于炽热灯泡通电后须等钨丝烧成白炽才发光，反之，断电后要等钨丝冷却，亮度才完全消失。而闪光灯泡则有电流通过即发光，电流切断，立即停止发光。图2-2中2为胶本盘，装在电动机轴上，与主动轮的转速相同，胶本盘的外圆上嵌有一铜皮，盘的上方有两个触头，当铜皮接通两个触头时，闪光电路接通闪光泡闪光。因而，主动轮每转一周，闪光一次，图中2-3为另一胶本盘，它与从动轮装在同一轴上，盘上画有一个粗箭头，当闪光泡闪光时照亮箭头，光灭时相对黑暗。由于轮的转速每分钟一千转以上，故亮暗间隔时间甚短，人眼的视觉暂留，可连续看到灯亮时箭头的位置。因此，如果两轮转速相同，则每次闪光，箭头象在相同位置，看上去似乎不动，如果从动轮转速稍慢，即当主动轮上铜皮再次转到接通位置时，从动轮上的箭头倒退了一个θ角度，这个θ角就是在主动轮每一转的时间内与从动轮转角的差数，把这个差数累积到一分钟，就是两轮每分钟的转速差，因此测量△n就很方便。只要测出一分钟内的箭头所转过的圈数既是△n（转/分），或者让两次箭头位置相差一整周，计量出所经过的时间△t（秒），则便是△n的值。
4、转速
的测量
为了精确地得到主动轮转速，采用光电元件和频率计（测速仪）来测量，其原理是利用安装在被测电动机轴端的遮光片，每转切断光电传感器的光路一次，输出一脉冲信号，每分钟信号数由频率计进行记数，即可以读出N和测量时间t（秒），求出。
(转/分)
三、实验步骤
1、利用电机壳上测力杆一端的配重调整到测力杆处于平衡，TY的盘子旋至0位置。
2、三角带包角180。，并施加适当的张紧力F。张紧力的大小对带传动的工作使用寿命影响很大，张紧力不足则摩擦力不足，带传动可能出现打滑。反之，张紧力过大，则又易使带的寿命降低。因此砝码重以2.8kg为宜。
张紧力
S— 皮带初拉力（砝码重3倍）
F— 0型带断面积 为47mm2
3、做实验前应放松拉力计的锁紧螺钉，并要调整表面使之对零。将测力计拉钩套住两测力杆端头小孔，使当测力杆稍向下压时表针既有反应。
4、熟悉操作台面板（见图2-3）
将电缆线引入前确保调压器针TY指向0处。
QA按下后绿灯亮说明电源正常，再按停键TA看是否有效按QA。此时风扇的声音应能听见，K1闭合一下（on），看B2示值，若不为0应旋动W1使B2示值减小到零，K1在断开（off）。按下K0键（on），再旋TY的盘子顺时针方向看随B5示值增加电动机平稳的启动。一般B5示值为180—220V均可做实验同时光轴亮。再将K1合上（on）逐步旋转W1，使B2示值慢慢增大注意加载效应逐步增加负载，一般做出10组数据，每改变一次负载，记录两测力计的读数W1、W2；记录主动轮转速并填在实验表格内，整理实验数据。在坐标纸上做出滑动曲线和效率曲线。
5、关机次序
（1）W1旋小B2显示值至0，K1置off。
（2）TY盘逆时针旋至0，B2减至0电动机停机。
（3）TA按下。
四、思考题
1、带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因是什么？
2、带传动的效率与哪些因素有关？
3、带传动滑动系数与哪些因素有关？为什么？
实验四、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、按油压分布曲线求轴承油腊的承载能力。
二、实验机简介
实验台结构如图4-1所示，它包括以下几部分：
1、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，及由杆件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，带动侵于油中的油滚9，将润滑油均匀的涂在轴的表面上，由轴把油带入轴与轴瓦之间的楔形间隙中，形成压力油膜。
5、测摩擦力装置
轴转动时，对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩F×d/2使构件3翻转。由固定在构件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与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4-2为摩擦状态指示电路，当轴不转时轴与轴瓦之间时接触的，电流通过灯泡，电路接通，可看到灯泡很亮。
当电机启动时，由于转速很低轴与轴瓦之间处于干摩擦状态，摩擦力矩较大，随着轴转速的增加轴把油带入轴与轴瓦之间，形成部分油膜，使金属接触面积减小，这时电阻增大，电流减小，因此灯泡亮度减弱。
当在增加轴转速时灯泡就不亮了，由于轴与轴瓦加工精度的影响，表面有微观不平的尖峰时有接触，因此电流很小，不足以点亮灯泡。
当轴转速足够高时，轴与轴瓦之间形成了完全油膜表面分开电路中断，处于液体摩擦状态指示灯熄灭。
三、实验机参数
1、轴的直径 d = 70mm
2、轴瓦长度 l = 70mm
3、支点1到轴瓦中心的距离L = 400mm
4、支点1处作用力Q = 百分表读数×K（N） K= 0.03 （铁片弹性系数）
5、加载系统作用在轴瓦上的初始载荷P1= 500N
6、加载系统杠杆比 i = 75
四、各量的测量方法
1、载荷P
如果砝码重为P2则作用在轴瓦上的载荷P = P1+ i P2 (每块为1kg)
2、摩擦系数f
由力矩平衡得 F×d/2 = L×Q
F = 2LQ/d
则 F = F/P = 2LQ/dp
3、油膜中间截面处压力分布由压力表读出。
4、转速n
用转速表或转速数字显示在轴端测量。
五、使用方法及注意事项
1、启动：接通电源，将调速旋扭置“0”，按启动扭（绿色），绿灯亮。旋转调速旋扭，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、为保持轴与轴瓦的精度，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。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、测量摩擦系数f
a、百分表调“0”
b、将实验机升到最高转速，依次记录不加砝码及加一至八块砝码时百分表读数，在记下依次减去砝码的百分表读数。
c、加一至三块砝码，依次记录转速为100、200、300、400、500、600转/分时的百分表读数。
3、测油膜压力分布
将实验机调到最高转速，加六至八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。
实验记录表
七、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q的函数μn/q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——黏度（pa.s）
n——转速（r/min）
q——比压q = 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 /q为横坐标，f为纵坐标，绘制f —μn /q曲线。
2、求油膜的承载能力
a、绘制油压分布曲线
根据测得的油膜压力，以一定的比例在坐标纸上绘制油膜压力分布曲线。（见图4-3）将半圆周分为8等份，定出7块压力表的孔位1、2、……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/诸点连成圆滑曲线。该曲线就是轴承中间截面处油膜压力分布曲线。
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4-4）。将图4-3的1、2、……7各点在O —X轴上的投影定为1//，2//，……7//。
在图4-4上用与图4-3相同的比例尺，画出直径线0—8，在其上绘出1//，2//，……7//各点，其位置与图4-3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4-3中的1—1/ ，2—2/，……7—7/将1/，2/，……7/ 连成圆滑曲线。
用数据法计算出曲线所围的面积。以0—8线为底边作一矩形，使其面积与曲线所围的面积相等。其高qm即为轴瓦中间截面处的Y向平均比压。
将qm乘以轴承长度l和轴的直径d，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4-5）。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/ = kqmdl
3、计算误差
由砝码杠杆系统加到轴瓦上的载荷P 与测出的油膜承载能力P/，理论上应该相等，实际上不可能相等，其误差的百分比为
应对造成误差的因素进行分析。
八、思考题：
1、试述滑动轴承与滚动轴承相比有哪些独特的优点？
2、常用轴瓦材料有哪些？轴瓦材料除应满足摩擦系数小和磨损少外还应满足什么要求？轴承润滑的目的是什么？
轴系结构分析和拼装实验Ⅱ
一、实验目的：
1、掌握轴系结构测绘的方法；
2、了解轴系各零部件的结构形状、功能、工艺性要求和尺寸装配关系；
3、掌握轴系各零部件的安装、固定和调整方法；
4、掌握轴系结构设计的方法和要求；
5、培养学生的工程实践能力、动手能力和设计要求。
二、实验内容
任选一个轴系，进行结构分析和测绘。轴系可以选用事物或模型，但必须包括轴、轴承、轴上零件、键、套筒、轴承端盖、密封件及机座等零部件。
三、实验原理
进行轴的结构设计时，通常首先按扭转强度初步计算出轴端直径，然后在此基础上全面考虑轴上零件的布置、定位、固定、装拆、调整等要求，以及减少轴的应力集中，保证轴的结构工艺等因素，以便经济合理的确定轴的结构。
1、轴上零件的布置
轴上零件应布置合理，使轴受力均匀，提高轴的强度。
2、轴上零件的定位和布置
轴的结构设计应保证零件在轴上有确定的位置，既要求定位准确，轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的；轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧钉螺顶以及过盈配合来实现的。
3、上零件的装拆和调整
为了使轴上零件的装拆方便，并能进行位置及间隙的调整，常把轴做成两端细中间粗的阶梯轴，为装拆方便而设置的轴肩高度一般可取为1-3㎜，安装滚动轴承处的轴肩高度应低于轴承内圈的厚度，以便于拆卸轴承。轴承游隙的调整，常用调整垫片的厚度来实现。
4、轴应具有良好的制造工艺性
轴的形状和尺寸应满足加工、装拆方便的要求。轴的结构越简单，工艺性越好。
5、轴上零件的润滑
滚动轴承的润滑可根据速度因数dn值选择是油润滑还是脂润滑，不同的润滑方式采用的密封方式不同。
四、实验要求
1、对所选轴系进行结构分析
对所选轴系实物（或模型）进行具体的结构分析。首先，对轴系的总体结构进行分析，明确轴系的工作要求，了解轴上各部分结构的作用、轴上各零件的用途。在此基础上分析轴上零件的受力和传力路线。了解轴承类型和布置方式、轴上零件以及轴系的定位和固定方法。其次，还应熟悉轴上零件的装拆和调整、公差和配合、润滑和密封等内容。
2、绘制一张轴系结构装配图
首先，按正确的拆装顺序和拆卸方法把轴上零件的拆卸下来；其次，对轴系进行测绘，将测量各零件所得的尺寸，对照实物（或模型）按适当比例画出其轴系机构装配图。对于因拆卸困难或需专用量具等原因而难以测量的有关尺寸，允许按照实物（或模型）的相对大小和结构关系进行估算，标准件应参考有关标准确定尺寸。对支承轴承的箱体部分只要求画出与轴承和端盖相配的局部结构。
所绘制的轴系结构装配图要求结构合理、装配关系清楚、绘图正确（按制图要求并符合有关规定）、标注必要的尺寸（如齿轮直径和宽度、轴承间距和主要零件的配合尺寸等），应编写明细表和标题栏。
五、实验设备及工具
1、轴系实物或模型
2、测量用具：游标卡尺，内、外卡钳，钢尺等及装拆工具一套。
3、学生自带用具：圆规、三角板、铅笔、橡皮和方格纸等。
实验八、电风扇摇头机构的拆装与结构分析
一、概述
电风扇的运动一般有扇叶转动及风扇摇头两个运动，通过这两个运动的合成，使得凉风能均匀地送向各方。
扇叶转动运动是由电机直接带动扇叶旋转。
风扇摇头运动是通过蜗杆传动，齿轮传动及平面连杆机构带动的。
下面主要对风扇的摇头运动进行分析。这个运动如下（图8—1）：从图中可看出，电机可绕支点D摆动，电机轴上装有蜗杆Z1，将运动传到蜗杆Z2；Z2通过离合器（图中未画出）可使Z2与齿轮Z3的运动脱离或接合；当离合器合上时，Z2、Z3一起绕E转动，Z3与齿轮Z4啮合传动，Z4绕C转动。因为在齿轮Z4的端面B点处安装销轴，则Z4的旋转中心C与此偏心销B组成能回转360。的杆件BC，由B连出杆AB，并通过铰链A与机架相连，这样A、B、C、D组成一个平面四杆机构，可使CD杆（包括电机及传动系统）摆动，使风扇“摇头”。
离合器的结构可以有几种类型，图8—2中给出两种示意图。
本实验的目的是：了解电风扇摇头机构的传动原理及结构，增加对所学过的齿轮传动，蜗杆传动及平面连杆机构的感性认识，提高观察和分析机械结构的能力。
二、实验要求
1、通过观察、分析电风扇的传动原理及结构，了解蜗杆传动，齿轮传动，连杆机构，轴系，离合器等机械零部件的具体结构。
2、绘制传动机构简图，进行连杆机构的自由度计算及各传动环节的速比计算。
3、齿轮、蜗轮参数测定及几何尺寸计算。
三、实验设备
电风扇摇头机构部件。
实验用工具及量具：零件盘，螺丝刀，尖嘴钳，活动扳手，钢板尺，卡尺等。绘图工具自备。
四、实验步骤
1、实验准备。阅读实验指导书，参照实物进行运动分析，将工具及零件盘放在合适位置。观察风扇机械结构，拟定拆卸顺序。
2、进行风扇摇头机构的拆卸。对照传动原理图（图8—1）分析了解结构以及各零件是如何在轴上固定及定位的，注意观察离合器的结构特点。
3、测量各参数，并将测得的数据填入实验报告表格内。需测定的参数有：蜗杆、蜗轮、齿轮的齿数Z1、Z2、Z3、Z4和齿顶圆直径da1、da2、da3、da4；连杆机构中个杆件长度lAB、lCD、lAD。
4、绘制小齿轮Z3的轴系结构图，大齿轮Z4与偏心固定销的结构图，离合器的结构图，传动机构的传动简图等（大致依比例）。
5、依拆卸的相反顺序进行安装，恢复原样。
6、注意拆卸时要避免螺钉、垫圈、滚珠等易滚落的小零件的丢失，对壳体等也要尽量避免磕碰，不要用蛮力敲打零件，以免损坏丢失。若有损坏丢失者应及时向指导教师报告。装配前要对零件进行擦洗，在转动处涂脂润滑。
五、思考题
1、风扇摇头机构是哪一类型的平面连杆机构（曲柄摇杆，双曲柄，双摇杆）？为什么？各杆之间的尺寸关系如何？
2、哪个杆是主动件？能转多少度？这个角度与风扇“摇头”的摆角是什么关系？
3、哪个杆能转360。，在四杆机构中叫什么？
4、蜗杆轴Z1，蜗轮Z2，齿轮Z3，齿轮Z4各是什么材料？为什么？
5、轴承采用了什么轴承，有什么特点？轴承及传动件采用了哪种润滑方式，为什么？
6、若知道电机的转速及功率，你能估算出各级传递的功率及转矩吗？
7、你对风扇摇头机构有什么改进设想吗？（原理、材料、结构、使用、维修等诸方面）
8、将图13—1的传动原理图进一步简化为平面四杆机构的传动简图。
9、此机构有“急回”特性吗 ？若有，急回系数是多少？若没有，其原因是什么？