多功能流体动压润滑演示仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能流体动压润滑演示仪，包括动环、静环、装有硅油的油箱、电机以及传动装置，所述的动环与静环设置在所述的油箱内，所述的静环设置在动环的上方，且所述的动环与静环油密封；所述的动环的中心通过平键连接有主轴，所述的主轴通过所述的传动装置与所述的电机的电机轴传动连接；静止时，所述的静环与动环触接；转动时，所述的动环与静环之间形成油膜；所述的动环与静环之间设置有外加电路，所述的外加电路包括电源、导线和灯带，所述的电源的负极通过导线与动环连接，所述的电源的正极与灯带连接，所述的灯带通过导线与静环连接。
【专利说明】多功能流体动压润滑演示仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多功能流体动压润滑演示仪，属于演示教具。
【背景技术】
[0002] 工程机械在恶劣的工况条件下工作，承受大的载荷及频繁的冲击，常发生故障，这 时就需要我们减少各个机构间的摩擦，而减少两个摩擦副间的摩擦和磨损最有效的方法， 是在摩擦副间引入润滑剂形成润滑膜，由润滑膜承受部分或全部载荷，使摩擦副运转平稳， 提高设备效率和寿命。可见研究润滑在工程上意义重大。流体动力润滑在各种润滑中是最 有效的，它的摩擦系数和磨损都非常小，而且油膜对表面有良好的保护、清洗、冷却、防锈作 用，能使机械稳定运转。将流体动力润滑运用于各种汽轮机、燃气轮机、齿轮箱等动力传输 系统中，发挥其承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等特点，能够有效提高 机械运行效率和使用寿命。
[0003] 因此对于学习机械专业的学生来说，正确理解流体滑动轴承的工作原理非常重 要。但是目前的大学课程机械设计中对于流体滑动轴承原理学习仅仅只是书本上一些生硬 抽象的文字和图表描述，让人难以理解，而且印象不深，并不能有效掌握实质内容。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有教学教具对动压润滑原理学习过程中学生理解困难、不够直观课堂 效率低等缺点，本发明提供一种结构简单、布局合理、稳定变速、生动形象的流体动压润滑 演示仪。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] 多功能流体动压润滑演示仪，包括动环、静环、装有硅油的油箱、电机以及传动装 置，所述的动环与静环设置在所述的油箱内，所述的静环设置在动环的上方，且所述的动 环与静环油密封；所述的动环的中心通过平键连接有主轴，所述的主轴通过所述的传动装 置与所述的电机的电机轴传动连接；静止时，所述的静环与动环触接；转动时，所述的动环 与静环之间形成油膜；其特征在于：所述的静环的下表面上沿圆周方向间隔均设有楔形突 起，所述的静环的下表面与动环的上表面配合形成油膜的楔形间隙；所述的静环的上表面 上设置有通孔，所述的通孔连通油压显示管和楔形间隙，所述的油压显示管的上端与外界 环境相通；
[0007] 所述的动环与静环之间设置有外加电路，所述的外加电路包括电源、导线和灯带， 所述的电源的负极通过导线与动环连接，所述的电源的正极与灯带连接，所述的灯带通过 导线与静环连接；
[0008] 所述的主轴的上端固设在所述的动环上，所述的主轴的下端设置在一底盘上，所 述的底盘固设在第一固定架上，所述的第一固定架外套设有一六棱柱展示架，所述的六棱 柱展示架与第一固定架之间可相对转动，所述的六棱柱展示架的六个侧面上分别设置有展 示板。
[0009] 进一步，所述的主轴的下端通过轴承座与所述的底盘螺栓连接，所述的主轴通过 第一轴承、第二轴承分别与油箱、箱体螺栓连接，所述的油箱固设在所述的箱体的上端面。 [0010] 进一步，所述的油箱内的上部螺栓连接有第二固定架，所述的静环的上表面的中 心设置有一中心轴，所述的中心轴通过轴承座设置在所述的第二固定架上的通孔内。
[0011] 进一步，所述的传动装置包括第一同步带轮、第二同步带轮和套设在第一同步带 轮和第二同步带轮之间的皮带轮，所述的第一同步带轮通过销键配合安装在所述的电机的 电机轴上，所述的第二同步带轮通过销键配合安装在所述的主轴上，在电机的作用下，第一 同步带轮带动皮带轮运动，继而带动第二同步带轮运动，第二同步带轮带动所述的动环转 动。
[0012] 进一步，所述的中心轴的上端螺纹连接有一砝码盘。
[0013] 进一步，所述的油箱内设置有加热器，所述的加热器与一温度控制仪控制连接，所 述的温度控制仪设置在所述的箱体侧面，所述的温度控制仪上设置有温度显示屏和温度控 制开关。
[0014] 进一步，所述的电机通过电机固定座固设在所述的箱体内，所述的电机的电机轴 与一转速变速箱控制连接，所述的转速变速箱为有级调节，且嵌在所述的箱体的侧面，所述 的转速变速箱上设置有调速旋钮。
[0015] 进一步，所述的油箱内设置有温度传感器，所述的温度传感器与报警器控制连接， 所述的报警器设置在所述的箱体的侧面。
[0016] 进一步，所述的第一固定架外固设有第一圆环，所述的第一圆环外嵌套第二圆环， 所述的第二圆环固设在所述的六棱柱展示架上，且所述的第一圆环和第二圆环可相对转 动；所述的第一圆环与第二圆环之间设置有滚珠轴承。
[0017] 本发明油箱选用六边形亚克力板制作，它透光性能好、颜色纯正、美观平整、兼顾 白天夜晚两种效果、使用寿命长、不影响使用等特点。采用六边形设计也是为了能从多个方 面观察到实验现象，更加直观与清晰。
[0018] 本发明第一同步带轮和第二同步带轮均采用了圆柱同步带轮传动，这样的系统运 行起来更加平滑稳定，不会发出嘈声，且使材料容易买到，方便今后的批量生产。
[0019] 本发明选用了 300r/S的电机，再配置调速装置，形成多级有级变速，双同步带轮 传动，使主轴转动稳定。
[0020] 本发明静环采用abs塑料，具有抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电 气性能优良等优点。采用塑料结构，也可以减轻装置重量，方便产生的油压可以顶起静环， 使外电路灯泡熄灭。
[0021] 本发明动环通过销键与底盘连接固定，使动环在转动时更加平稳，不会晃动。
[0022] 本发明静止时，静环与动环表面接触，当动环转动时，会把油带入楔形间隙，即产 生一定的动压承载能力，会把静环顶起来，使上下环脱离接触造成外加电路的断路使小灯 泡熄灭。所述的砝码盘可以自由添加额外外载荷，如果提高转速，依旧可以观察到灯泡熄 灭。所述温度控制仪能在0°到110°之间任意调节油温，转动旋钮到指定温度，加热器会 立刻对油加热，并可以定性判断油温对实验现象的影响。所述转速变速箱可以有级调节动 环转速，转速的调节范围为〇?300转每分钟，同时同步带轮转速也发生变化，随即主轴转 速也发生变化，此时可以非常直观的观察到油压显示管内液体的升降，可以定性判断转速 对实验现象的影响。
[0023] 本装置必须严格满足流体动压润滑形成的三个必要条件：
[0024] 1)动环与静环两表面之间有相对的运动（滚动或滑动）；
[0025] 2)动环与静环两表面之间有楔形间隙，润滑油从大口进入，小口流出；
[0026] 3)动环与静环两表面之间润滑剂有一定的粘度。
[0027] 动压润滑的形成大致经过三个过程：
[0028] (1)静环在静止时由于自重而与动环接触，两者间存在楔形间隙；
[0029] (2)当动环开始旋转时，由于油的粘性和金属表面的附着力，油层随着动环一起旋 转。油层经过楔形间隙时，由于油分子受到挤压以及其本身的动能，对静环产生压力，将静 环向上抬起；
[0030] (3)当动环达到一定速度时，油对静环的压力足够大，上下两环表面完全被油膜隔 开，从而形成了流体动压润滑。
[0031] 动环可转动，静环只可上下移动，不能转动。动环开始转动时，两盘形成相对运动， 楔形油膜间隙形成，油膜（从大口到小口）各点的压力大小反应到油压显示管的高低上，连 接各管液柱最高点可近似形成一条油压曲线。分别通过控制动环转速以及控制油的温度， 可定性分析压力流的速度和油的粘稠系数与油压曲线的关系。
[0032] 当动环静止时，上下两环接触；当动环具有一定的速度时，会产生一定的轴向推 力，使静环向上运动，从而使上下环分离。在该种情况下，静环的位移量比较小，难以直接观 察两环是否分开，本发明采用LED灯带亮暗来形象表示上下环的分合。
[0033] 本发明的有益效果体现在：
[0034] 1、该演示仪可以直观呈现出油压曲线，让学生自己探究流体动力润滑性能与温 度，转速以及油膜倾角之间的关系，在动手操作中发现问题，解决问题，这样的实验教学更 具有趣味性，而且使学生更加直观生动的理解流体滑动轴承的工作原理和工程运用，有效 地提高了课堂效率。
[0035] 2、能调节动环转速，油的温度，定性分析动压载荷与哪些因素有关，且结构简单合 理，布局合理，可稳定整个仪器，现象明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是本发明整体结构示意图。
[0037] 图2是图1中I处的放大图。
[0038] 图3是静环的结构示意图。
[0039] 图4是静环与油压显示管的俯视图。
[0040] 图5是六棱柱展示架俯视图。
[0041] 图6是箱体侧面示意图。
【具体实施方式】
[0042] 参照图1至图6,多功能流体动压润滑演示仪，包括动环1、静环2、装有硅油的油 箱3、电机14以及传动装置，所述的动环1与静环2设置在所述的油箱3内，所述的静环2 设置在动环1的上方，且所述的动环1与静环2油密封；所述的动环1的中心通过平键8连 接有主轴18,所述的主轴18通过所述的传动装置与所述的电机14的电机轴传动连接；静 止时，所述的静环与动环触接；转动时，所述的动环与静环之间形成油膜；所述的静环的下 表面上沿圆周方向间隔均设有楔形突起21，所述的静环2的下表面与动环1的上表面配合 形成油膜的楔形间隙；所述的静环2的上表面上设置有通孔，所述的通孔连通油压显示管4 和楔形间隙，所述的油压显示管4的上端与外界环境相通；
[0043] 所述的动环1与静环2之间设置有外加电路，所述的外加电路包括电源、导线和灯 带，所述的电源的负极通过导线与动环1连接，所述的电源的正极与灯带连接，所述的灯带 通过导线与静环2连接；
[0044] 所述的主轴18的上端固设在所述的动环1上，所述的主轴18的下端设置在一底 盘19上，所述的底盘19固设在第一固定架上，所述的第一固定架外套设有一六棱柱展示架 15,所述的六棱柱展示架15与第一固定架之间可相对转动，所述的六棱柱展示架15的六个 侧面上分别设置有展示板。
[0045] 进一步，所述的主轴18的下端通过轴承座与所述的底盘螺栓连接，所述的主轴通 过第一轴承、第二轴承9分别与油箱3、箱体20螺栓连接，所述的油箱3固设在所述的箱体 20的上端面。
[0046] 进一步，所述的油箱3内的上部螺栓连接有第二固定架7,所述的静环2的上表面 的中心设置有一中心轴5,所述的中心轴5通过轴承座设置在所述的第二固定架7上的通孔 内。
[0047] 进一步，所述的传动装置包括第一同步带轮11、第二同步带轮13和套设在第一同 步带轮11和第二同步带轮13之间的皮带轮12,所述的第一同步带轮11通过销键配合安装 在所述的电机14的电机轴上，所述的第二同步带轮13通过销键配合安装在所述的主轴18 上，在电机14的作用下，第一齿11轮带动皮带轮12运动，继而带动第二同步带轮13运动， 第二同步带轮13带动所述的动环1转动。
[0048] 进一步，所述的中心轴5的上端螺纹连接有一砝码盘6。
[0049] 进一步，所述的油箱3内设置有加热器，所述的加热器与一温度控制仪202控制连 接，所述的温度控制仪202设置在所述的箱体20侧面，所述的温度控制仪202上设置有温 度显不屏203和温度控制开关。
[0050] 进一步，所述的电机14通过电机固定座10固设在所述的箱体20内，所述的电机 14的电机轴与一转速变速箱201控制连接，所述的转速变速箱201为有级调节，且嵌在所述 的箱体20的侧面，所述的转速变速箱201上设置有调速旋钮。
[0051] 进一步，所述的油箱内设置有温度传感器，所述的温度传感器与报警器204控制 连接，所述的报警器204设置在所述的箱体的侧面。
[0052] 进一步，所述的第一固定架外固设有第一圆环16,所述的第一圆环16外嵌套第二 圆环17,所述的第二圆环17固设在所述的六棱柱展示架15上，且所述的第一圆环16和第 二圆环17可相对转动；所述的第一圆环16与第二圆环17之间设置有滚珠轴承。
[0053] 本发明油箱3选用六边形亚克力板制作，它透光性能好、颜色纯正、美观平整、兼 顾白天夜晚两种效果、使用寿命长、不影响使用等特点。采用六边形设计也是为了能从多个 方面观察到实验现象，更加直观与清晰。
[0054] 本发明第一同步带轮11和第二同步带轮13均采用了圆柱同步带轮传动，这样的 系统运行起来更加平滑稳定，不会发出嘈声，且使材料容易买到，方便今后的批量生产。
[0055] 本发明选用了 300r/S的电机14,再配置调速装置，形成多级有级变速，双同步带 轮传动，使主轴转动稳定。
[0056] 本发明静环2采用abs塑料，具有抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电 气性能优良等优点。采用塑料结构，也可以减轻装置重量，方便产生的油压可以顶起静环， 使外电路灯泡熄灭。
[0057] 本发明动环1通过销键与底盘19连接固定，使动环1在转动时更加平稳，不会晃 动。
[0058] 本发明静止时，静环2与动环1表面接触，当动环转动时，会把油带入楔形间隙， 即产生一定的动压承载能力，会把静环顶起来，使上下环脱离接触造成外加电路的断路使 小灯泡熄灭。所述的砝码盘可以自由添加额外外载荷，如果提高转速，依旧可以观察到灯泡 熄灭。所述温度控制仪能在〇°到110°之间任意调节油温，转动旋钮到指定温度，加热器 会立刻对油加热，并可以定性判断油温对实验现象的影响。所述转速变速箱可以有级调节 动环转速，转速的调节范围为〇?300转每分钟，同时同步带轮转速也发生变化，随即主轴 转速也发生变化，此时可以非常直观的观察到油压显示管内液体的升降，可以定性判断转 速对实验现象的影响。
[0059] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护 范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术 人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1. 多功能流体动压润滑演示仪，包括动环、静环、装有硅油的油箱、电机以及传动装置， 所述的动环与静环设置在所述的油箱内，所述的静环设置在动环的上方，且所述的动环与 静环油密封；所述的动环的中心通过平键连接有主轴，所述的主轴通过所述的传动装置与 所述的电机的电机轴传动连接；静止时，所述的静环与动环触接；转动时，所述的动环与静 环之间形成油膜；其特征在于：所述的动环与静环之间设置有外加电路，所述的外加电路 包括电源、导线和灯带，所述的电源的负极通过导线与动环连接，所述的电源的正极与灯带 连接，所述的灯带通过导线与静环连接； 所述的主轴的上端固设在所述的动环上，所述的主轴的下端设置在一底盘上，所述的 底盘固设在第一固定架上，所述的第一固定架外套设有一六棱柱展示架，所述的六棱柱展 示架与第一固定架之间可相对转动，所述的六棱柱展示架的六个侧面上分别设置有展示 板。
2. 如权利要求1所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的主轴的下端 通过轴承座与所述的底盘螺栓连接，所述的主轴通过第一轴承、第二轴承分别与油箱、箱体 螺栓连接，所述的油箱固设在所述的箱体的上端面。
3. 如权利要求2所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的油箱内的上 部螺栓连接有第二固定架，所述的静环的上表面的中心设置有一中心轴，所述的中心轴通 过轴承座设置在所述的第二固定架上的通孔内。
4. 如权利要求3所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的传动装置包 括第一同步带轮、第二同步带轮和套设在第一同步带轮和第二同步带轮之间的皮带轮，所 述的第一同步带轮通过销键配合安装在所述的电机的电机轴上，所述的第二同步带轮通过 销键配合安装在所述的主轴上，在电机的作用下，第一同步带轮带动皮带轮运动，继而带动 第二同步带轮运动，第二同步带轮带动所述的动环转动。
5. 如权利要求4所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的中心轴的上 端螺纹连接有一砝码盘。
6. 如权利要求5所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的油箱内设置 有加热器，所述的加热器与一温度控制仪控制连接，所述的温度控制仪设置在所述的箱体 侧面，所述的温度控制仪上设置有温度显示屏和温度控制开关。
7. 如权利要求6所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的电机通过电 机固定座固设在所述的箱体内，所述的电机的电机轴与一转速变速箱控制连接，所述的转 速变速箱为有级调节，且嵌在所述的箱体的侧面，所述的转速变速箱上设置有调速旋钮。
8. 如权利要求7所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的油箱内设置 有温度传感器，所述的温度传感器与报警器控制连接，所述的报警器设置在所述的箱体的 侧面。
9. 如权利要求8所述的多功能流体动压润滑演示仪，其特征在于：所述的第一固定架 外固设有第一圆环，所述的第一圆环外嵌套第二圆环，所述的第二圆环固设在所述的六棱 柱展示架上，且所述的第一圆环和第二圆环可相对转动；所述的第一圆环与第二圆环之间 设置有滚珠轴承。
【文档编号】G09B25/02GK104064098SQ201410194251
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】谢日时, 侯政华, 丁城桥, 毛晓雯, 徐晓 申请人:浙江工业大学