流體動壓潤滑演示儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流體動壓潤滑演示儀，包括動環(huán)、靜環(huán)、裝有硅油的油箱、電機以及傳動裝置，所述的動環(huán)與靜環(huán)設置在所述的油箱內，所述的靜環(huán)設置在動環(huán)的上方，且所述的動環(huán)與靜環(huán)油密封；所述的動環(huán)的中心通過平鍵連接有主軸，所述的主軸通過所述的傳動裝置與所述的電機的電機軸傳動連接；轉動時，所述的動環(huán)與靜環(huán)之間形成油膜；所述的靜環(huán)的下表面上沿圓周方向間隔均設有楔形突起，所述的靜環(huán)的下表面與動環(huán)的上表面配合形成油膜的楔形間隙；所述的靜環(huán)的上表面上設置有通孔，所述的通孔連通油壓顯示管和楔形間隙，所述的油壓顯示管的上端與外界環(huán)境相通。
【專利說明】流體動壓潤滑演示儀
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種流體動壓潤滑演示儀，屬于演示教具。
【背景技術】
[0002] 工程機械在惡劣的工況條件下工作，承受大的載荷及頻繁的沖擊，常發(fā)生故障，這 時就需要我們減少各個機構間的摩擦，而減少兩個摩擦副間的摩擦和磨損最有效的方法， 是在摩擦副間引入潤滑劑形成潤滑膜，由潤滑膜承受部分或全部載荷，使摩擦副運轉平穩(wěn)， 提高設備效率和壽命。可見研究潤滑在工程上意義重大。流體動力潤滑在各種潤滑中是最 有效的，它的摩擦系數(shù)和磨損都非常小，而且油膜對表面有良好的保護、清洗、冷卻、防銹作 用，能使機械穩(wěn)定運轉。將流體動力潤滑運用于各種汽輪機、燃氣輪機、齒輪箱等動力傳輸 系統(tǒng)中，發(fā)揮其承載能力大、功耗小、耐沖擊、抗振性好、運轉精度高等特點，能夠有效提高 機械運行效率和使用壽命。
[0003] 因此對于學習機械專業(yè)的學生來說，正確理解流體滑動軸承的工作原理非常重 要。但是目前的大學課程機械設計中對于流體滑動軸承原理學習僅僅只是書本上一些生硬 抽象的文字和圖表描述，讓人難以理解，而且印象不深，并不能有效掌握實質內容。
【發(fā)明內容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有教學教具對動壓潤滑原理學習過程中學生理解困難、不夠直觀課堂 效率低等缺點，本發(fā)明提供一種結構簡單、布局合理、穩(wěn)定變速、生動形象的流體動壓潤滑 演示儀。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案是：
[0006] 流體動壓潤滑演示儀，包括動環(huán)、靜環(huán)、裝有硅油的油箱、電機以及傳動裝置，所述 的動環(huán)與靜環(huán)設置在所述的油箱內，所述的靜環(huán)設置在動環(huán)的上方，且所述的動環(huán)與靜環(huán) 油密封；所述的動環(huán)的中心通過平鍵連接有主軸，所述的主軸通過所述的傳動裝置與所述 的電機的電機軸傳動連接；靜止時，所述的靜環(huán)與動環(huán)觸接；轉動時，所述的動環(huán)與靜環(huán)之 間形成油膜；其特征在于：所述的靜環(huán)的下表面上沿圓周方向間隔均設有楔形突起，所述 的靜環(huán)的下表面與動環(huán)的上表面配合形成油膜的楔形間隙；所述的靜環(huán)的上表面上設置 有通孔，所述的通孔連通油壓顯示管和楔形間隙，所述的油壓顯示管的上端與外界環(huán)境相 通；
[0007] 所述的動環(huán)與靜環(huán)之間設置有外加電路，所述的外加電路包括電源、導線和燈帶， 所述的電源的負極通過導線與動環(huán)連接，所述的電源的正極與燈帶連接，所述的燈帶通過 導線與靜環(huán)連接；
[0008] 所述的主軸的上端固設在所述的動環(huán)上，所述的主軸的下端設置在一底盤上，所 述的底盤固設在第一固定架上，所述的第一固定架外套設有一六棱柱展示架，所述的六棱 柱展示架與第一固定架之間可相對轉動，所述的六棱柱展示架的六個側面上分別設置有展 示板。
[0009] 進一步，所述的主軸的下端通過軸承座與所述的底盤螺栓連接，所述的主軸通過 第一軸承、第二軸承分別與油箱、箱體螺栓連接，所述的油箱固設在所述的箱體的上端面。 [0010] 進一步，所述的油箱內的上部螺栓連接有第二固定架，所述的靜環(huán)的上表面的中 心設置有一中心軸，所述的中心軸通過軸承座設置在所述的第二固定架上的通孔內。
[0011] 進一步，所述的傳動裝置包括第一同步帶輪、第二同步帶輪和套設在第一同步帶 輪和第二同步帶輪之間的皮帶輪，所述的第一同步帶輪通過銷鍵配合安裝在所述的電機的 電機軸上，所述的第二同步帶輪通過銷鍵配合安裝在所述的主軸上，在電機的作用下，第一 同步帶輪帶動皮帶輪運動，繼而帶動第二同步帶輪運動，第二同步帶輪帶動所述的動環(huán)轉 動。
[0012] 進一步，所述的中心軸的上端螺紋連接有一砝碼盤。
[0013] 進一步，所述的油箱內設置有加熱器，所述的加熱器與一溫度控制儀控制連接，所 述的溫度控制儀設置在所述的箱體側面，所述的溫度控制儀上設置有溫度顯示屏和溫度控 制開關。
[0014] 進一步，所述的電機通過電機固定座固設在所述的箱體內，所述的電機的電機軸 與一轉速變速箱控制連接，所述的轉速變速箱為有級調節(jié)，且嵌在所述的箱體的側面，所述 的轉速變速箱上設置有調速旋鈕。
[0015] 進一步，所述的油箱內設置有溫度傳感器，所述的溫度傳感器與報警器控制連接， 所述的報警器設置在所述的箱體的側面。
[0016] 進一步，所述的第一固定架外固設有第一圓環(huán)，所述的第一圓環(huán)外嵌套第二圓環(huán)， 所述的第二圓環(huán)固設在所述的六棱柱展示架上，且所述的第一圓環(huán)和第二圓環(huán)可相對轉 動；所述的第一圓環(huán)與第二圓環(huán)之間設置有滾珠軸承。
[0017] 本發(fā)明油箱選用六邊形亞克力板制作，它透光性能好、顏色純正、美觀平整、兼顧 白天夜晚兩種效果、使用壽命長、不影響使用等特點。采用六邊形設計也是為了能從多個方 面觀察到實驗現(xiàn)象，更加直觀與清晰。
[0018] 本發(fā)明第一同步帶輪和第二同步帶輪均采用了圓柱同步帶輪傳動，這樣的系統(tǒng)運 行起來更加平滑穩(wěn)定，不會發(fā)出嘈聲，且使材料容易買到，方便今后的批量生產(chǎn)。
[0019] 本發(fā)明選用了 300r/S的電機，再配置調速裝置，形成多級有級變速，雙同步帶輪 傳動，使主軸轉動穩(wěn)定。
[0020] 本發(fā)明靜環(huán)采用abs塑料，具有抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電 氣性能優(yōu)良等優(yōu)點。采用塑料結構，也可以減輕裝置重量，方便產(chǎn)生的油壓可以頂起靜環(huán)， 使外電路燈泡熄滅。
[0021] 本發(fā)明動環(huán)通過銷鍵與底盤連接固定，使動環(huán)在轉動時更加平穩(wěn)，不會晃動。
[0022] 本發(fā)明靜止時，靜環(huán)與動環(huán)表面接觸，當動環(huán)轉動時，會把油帶入楔形間隙，即產(chǎn) 生一定的動壓承載能力，會把靜環(huán)頂起來，使上下環(huán)脫離接觸造成外加電路的斷路使小燈 泡熄滅。所述的砝碼盤可以自由添加額外外載荷，如果提高轉速，依舊可以觀察到燈泡熄 滅。所述溫度控制儀能在0°到110°之間任意調節(jié)油溫，轉動旋鈕到指定溫度，加熱器會 立刻對油加熱，并可以定性判斷油溫對實驗現(xiàn)象的影響。所述轉速變速箱可以有級調節(jié)動 環(huán)轉速，轉速的調節(jié)范圍為〇?300轉每分鐘，同時同步帶輪轉速也發(fā)生變化，隨即主軸轉 速也發(fā)生變化，此時可以非常直觀的觀察到油壓顯示管內液體的升降，可以定性判斷轉速 對實驗現(xiàn)象的影響。
[0023] 本裝置必須嚴格滿足流體動壓潤滑形成的三個必要條件：
[0024] 1)動環(huán)與靜環(huán)兩表面之間有相對的運動（滾動或滑動）；
[0025] 2)動環(huán)與靜環(huán)兩表面之間有楔形間隙，潤滑油從大口進入，小口流出；
[0026] 3)動環(huán)與靜環(huán)兩表面之間潤滑劑有一定的粘度。
[0027] 動壓潤滑的形成大致經(jīng)過三個過程：
[0028] (1)靜環(huán)在靜止時由于自重而與動環(huán)接觸，兩者間存在楔形間隙；
[0029] (2)當動環(huán)開始旋轉時，由于油的粘性和金屬表面的附著力，油層隨著動環(huán)一起旋 轉。油層經(jīng)過楔形間隙時，由于油分子受到擠壓以及其本身的動能，對靜環(huán)產(chǎn)生壓力，將靜 環(huán)向上抬起；
[0030] (3)當動環(huán)達到一定速度時，油對靜環(huán)的壓力足夠大，上下兩環(huán)表面完全被油膜隔 開，從而形成了流體動壓潤滑。
[0031] 動環(huán)可轉動，靜環(huán)只可上下移動，不能轉動。動環(huán)開始轉動時，兩盤形成相對運動， 楔形油膜間隙形成，油膜（從大口到小口）各點的壓力大小反應到油壓顯示管的高低上，連 接各管液柱最高點可近似形成一條油壓曲線。分別通過控制動環(huán)轉速以及控制油的溫度， 可定性分析壓力流的速度和油的粘稠系數(shù)與油壓曲線的關系。
[0032] 當動環(huán)靜止時，上下兩環(huán)接觸；當動環(huán)具有一定的速度時，會產(chǎn)生一定的軸向推 力，使靜環(huán)向上運動，從而使上下環(huán)分離。在該種情況下，靜環(huán)的位移量比較小，難以直接觀 察兩環(huán)是否分開，本發(fā)明采用LED燈帶亮暗來形象表示上下環(huán)的分合。
[0033] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0034] 1、該演示儀可以直觀呈現(xiàn)出油壓曲線，讓學生自己探究流體動力潤滑性能與溫 度，轉速以及油膜傾角之間的關系，在動手操作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這樣的實驗教學更 具有趣味性，而且使學生更加直觀生動的理解流體滑動軸承的工作原理和工程運用，有效 地提高了課堂效率。
[0035] 2、能調節(jié)動環(huán)轉速，油的溫度，定性分析動壓載荷與哪些因素有關，且結構簡單合 理，布局合理，可穩(wěn)定整個儀器，現(xiàn)象明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明整體結構示意圖。
[0037] 圖2是圖1中I處的放大圖。
[0038] 圖3是靜環(huán)的結構示意圖。
[0039] 圖4是靜環(huán)與油壓顯示管的俯視圖。
[0040] 圖5是六棱柱展示架俯視圖。
[0041] 圖6是箱體側面示意圖。
【具體實施方式】
[0042] 參照圖1至圖6,流體動壓潤滑演示儀，包括動環(huán)1、靜環(huán)2、裝有硅油的油箱3、電 機14以及傳動裝置，所述的動環(huán)1與靜環(huán)2設置在所述的油箱3內，所述的靜環(huán)2設置在 動環(huán)1的上方，且所述的動環(huán)1與靜環(huán)2油密封；所述的動環(huán)1的中心通過平鍵8連接有主 軸18,所述的主軸18通過所述的傳動裝置與所述的電機14的電機軸傳動連接；靜止時，所 述的靜環(huán)與動環(huán)觸接；轉動時，所述的動環(huán)與靜環(huán)之間形成油膜；所述的靜環(huán)的下表面上 沿圓周方向間隔均設有楔形突起21，所述的靜環(huán)2的下表面與動環(huán)1的上表面配合形成油 膜的楔形間隙；所述的靜環(huán)2的上表面上設置有通孔，所述的通孔連通油壓顯示管4和楔形 間隙，所述的油壓顯示管4的上端與外界環(huán)境相通；
[0043] 所述的動環(huán)1與靜環(huán)2之間設置有外加電路，所述的外加電路包括電源、導線和燈 帶，所述的電源的負極通過導線與動環(huán)1連接，所述的電源的正極與燈帶連接，所述的燈帶 通過導線與靜環(huán)2連接；
[0044] 所述的主軸18的上端固設在所述的動環(huán)1上，所述的主軸18的下端設置在一底 盤19上，所述的底盤19固設在第一固定架上，所述的第一固定架外套設有一六棱柱展示架 15,所述的六棱柱展示架15與第一固定架之間可相對轉動，所述的六棱柱展示架15的六個 側面上分別設置有展示板。
[0045] 進一步，所述的主軸18的下端通過軸承座與所述的底盤螺栓連接，所述的主軸通 過第一軸承、第二軸承9分別與油箱3、箱體20螺栓連接，所述的油箱3固設在所述的箱體 20的上端面。
[0046] 進一步，所述的油箱3內的上部螺栓連接有第二固定架7,所述的靜環(huán)2的上表面 的中心設置有一中心軸5,所述的中心軸5通過軸承座設置在所述的第二固定架7上的通孔 內。
[0047] 進一步，所述的傳動裝置包括第一同步帶輪11、第二同步帶輪13和套設在第一同 步帶輪11和第二同步帶輪13之間的皮帶輪12,所述的第一同步帶輪11通過銷鍵配合安裝 在所述的電機14的電機軸上，所述的第二同步帶輪13通過銷鍵配合安裝在所述的主軸18 上，在電機14的作用下，第一齒11輪帶動皮帶輪12運動，繼而帶動第二同步帶輪13運動， 第二同步帶輪13帶動所述的動環(huán)1轉動。
[0048] 進一步，所述的中心軸5的上端螺紋連接有一砝碼盤6。
[0049] 進一步，所述的油箱3內設置有加熱器，所述的加熱器與一溫度控制儀202控制連 接，所述的溫度控制儀202設置在所述的箱體20側面，所述的溫度控制儀202上設置有溫 度顯不屏203和溫度控制開關。
[0050] 進一步，所述的電機14通過電機固定座10固設在所述的箱體20內，所述的電機 14的電機軸與一轉速變速箱201控制連接，所述的轉速變速箱201為有級調節(jié)，且嵌在所述 的箱體20的側面，所述的轉速變速箱201上設置有調速旋鈕。
[0051] 進一步，所述的油箱內設置有溫度傳感器，所述的溫度傳感器與報警器204控制 連接，所述的報警器204設置在所述的箱體的側面。
[0052] 進一步，所述的第一固定架外固設有第一圓環(huán)16,所述的第一圓環(huán)16外嵌套第二 圓環(huán)17,所述的第二圓環(huán)17固設在所述的六棱柱展示架15上，且所述的第一圓環(huán)16和第 二圓環(huán)17可相對轉動；所述的第一圓環(huán)16與第二圓環(huán)17之間設置有滾珠軸承。
[0053] 本發(fā)明油箱3選用六邊形亞克力板制作，它透光性能好、顏色純正、美觀平整、兼 顧白天夜晚兩種效果、使用壽命長、不影響使用等特點。采用六邊形設計也是為了能從多個 方面觀察到實驗現(xiàn)象，更加直觀與清晰。
[0054] 本發(fā)明第一同步帶輪11和第二同步帶輪13均采用了圓柱同步帶輪傳動，這樣的 系統(tǒng)運行起來更加平滑穩(wěn)定，不會發(fā)出嘈聲，且使材料容易買到，方便今后的批量生產(chǎn)。
[0055] 本發(fā)明選用了 300r/S的電機14,再配置調速裝置，形成多級有級變速，雙同步帶 輪傳動，使主軸轉動穩(wěn)定。
[0056] 本發(fā)明靜環(huán)2采用abs塑料，具有抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電 氣性能優(yōu)良等優(yōu)點。采用塑料結構，也可以減輕裝置重量，方便產(chǎn)生的油壓可以頂起靜環(huán)， 使外電路燈泡熄滅。
[0057] 本發(fā)明動環(huán)1通過銷鍵與底盤19連接固定，使動環(huán)1在轉動時更加平穩(wěn)，不會晃 動。
[0058] 本發(fā)明靜止時，靜環(huán)2與動環(huán)1表面接觸，當動環(huán)轉動時，會把油帶入楔形間隙， 即產(chǎn)生一定的動壓承載能力，會把靜環(huán)頂起來，使上下環(huán)脫離接觸造成外加電路的斷路使 小燈泡熄滅。所述的砝碼盤可以自由添加額外外載荷，如果提高轉速，依舊可以觀察到燈泡 熄滅。所述溫度控制儀能在〇°到110°之間任意調節(jié)油溫，轉動旋鈕到指定溫度，加熱器 會立刻對油加熱，并可以定性判斷油溫對實驗現(xiàn)象的影響。所述轉速變速箱可以有級調節(jié) 動環(huán)轉速，轉速的調節(jié)范圍為〇?300轉每分鐘，同時同步帶輪轉速也發(fā)生變化，隨即主軸 轉速也發(fā)生變化，此時可以非常直觀的觀察到油壓顯示管內液體的升降，可以定性判斷轉 速對實驗現(xiàn)象的影響。
[0059] 本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護 范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術 人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1. 流體動壓潤滑演示儀，包括動環(huán)、靜環(huán)、裝有硅油的油箱、電機以及傳動裝置，所述的 動環(huán)與靜環(huán)設置在所述的油箱內，所述的靜環(huán)設置在動環(huán)的上方，且所述的動環(huán)與靜環(huán)油 密封；所述的動環(huán)的中心通過平鍵連接有主軸，所述的主軸通過所述的傳動裝置與所述的 電機的電機軸傳動連接；靜止時，所述的靜環(huán)與動環(huán)觸接；轉動時，所述的動環(huán)與靜環(huán)之間 形成油膜；其特征在于：所述的靜環(huán)的下表面上沿圓周方向間隔均設有楔形突起，所述的 靜環(huán)的下表面與動環(huán)的上表面配合形成油膜的楔形間隙；所述的靜環(huán)的上表面上設置有通 孔，所述的通孔連通油壓顯示管和楔形間隙，所述的油壓顯示管的上端與外界環(huán)境相通； 所述的動環(huán)與靜環(huán)之間設置有外加電路，所述的外加電路包括電源、導線和燈帶，所述 的電源的負極通過導線與動環(huán)連接，所述的電源的正極與燈帶連接，所述的燈帶通過導線 與靜環(huán)連接； 所述的主軸的上端固設在所述的動環(huán)上，所述的主軸的下端設置在一底盤上，所述的 底盤固設在第一固定架上，所述的第一固定架外套設有一六棱柱展示架，所述的六棱柱展 示架與第一固定架之間可相對轉動，所述的六棱柱展示架的六個側面上分別設置有展示 板。
2. 如權利要求1所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的主軸的下端通過軸 承座與所述的底盤螺栓連接，所述的主軸通過第一軸承、第二軸承分別與油箱、箱體螺栓連 接，所述的油箱固設在所述的箱體的上端面。
3. 如權利要求2所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的油箱內的上部螺栓 連接有第二固定架，所述的靜環(huán)的上表面的中心設置有一中心軸，所述的中心軸通過軸承 座設置在所述的第二固定架上的通孔內。
4. 如權利要求3所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的傳動裝置包括第一 同步帶輪、第二同步帶輪和套設在第一同步帶輪和第二同步帶輪之間的皮帶輪，所述的第 一同步帶輪通過銷鍵配合安裝在所述的電機的電機軸上，所述的第二同步帶輪通過銷鍵配 合安裝在所述的主軸上，在電機的作用下，第一同步帶輪帶動皮帶輪運動，繼而帶動第二同 步帶輪運動，第二同步帶輪帶動所述的動環(huán)轉動。
5. 如權利要求4所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的中心軸的上端螺紋 連接有一砝碼盤。
6. 如權利要求5所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的油箱內設置有加熱 器，所述的加熱器與一溫度控制儀控制連接，所述的溫度控制儀設置在所述的箱體側面，所 述的溫度控制儀上設置有溫度顯示屏和溫度控制開關。
7. 如權利要求6所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的電機通過電機固定 座固設在所述的箱體內，所述的電機的電機軸與一轉速變速箱控制連接，所述的轉速變速 箱為有級調節(jié)，且嵌在所述的箱體的側面，所述的轉速變速箱上設置有調速旋鈕。
8. 如權利要求7所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的油箱內設置有溫度 傳感器，所述的溫度傳感器與報警器控制連接，所述的報警器設置在所述的箱體的側面。
9. 如權利要求8所述的流體動壓潤滑演示儀，其特征在于：所述的第一固定架外固設 有第一圓環(huán)，所述的第一圓環(huán)外嵌套第二圓環(huán)，所述的第二圓環(huán)固設在所述的六棱柱展示 架上，且所述的第一圓環(huán)和第二圓環(huán)可相對轉動；所述的第一圓環(huán)與第二圓環(huán)之間設置有 滾珠軸承。
【文檔編號】G09B25/02GK104064097SQ201410193606
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權日:2014年5月8日
【發(fā)明者】謝日時, 侯政華, 丁城橋, 毛曉雯, 徐曉 申請人:浙江工業(yè)大學