实验指导书—机械设计

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1、机械设计实验指导书苏志部张雯娟编机械设计制造及其自动化7 三明学院物理与机电工程学院机械教研室2011 年实验一动静态螺栓联接实验一、实验目的(1) 掌握静态螺栓的静态载荷与变形的测量分析方法。(2) 掌握动态螺栓的静态载荷与变形的测量分析方法。(3) 掌握螺栓和被联接件的受力和应变的测试分析和理论分析方法。二、实验原理本实验需配置LDJ-B螺栓联接综合实验台一台，LDJ-B静动态测量仪一台, 计算机及专用软件等实验设备及仪器。图1螺栓联接实验台的结构螺栓联接实验台的结构如图1所示。联接部分包括M16空心螺栓、大螺母、垫片组成。空心螺栓贴有测拉力和扭 矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时，所受

2、预拉力和扭矩。空心螺栓的内 孔中装有M8螺栓，拧紧或松开其上的手柄杆，即可改变空心螺栓的实际受载截 面积，以达到改变联接件刚度的目的。被联件部分由上板、下板和圆环组成，圆环上贴有应变片，测量被联接件受 力的大小，中部有锥形孔，插入或拨出锥塞即可改变圆环的受力，以改变被联接 件系统的刚度。实验台采用双顶杆四导杆加载装置，加载平稳，避免过大偏载的产生，测试 结果稳定可靠。加载部分由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所 加工作载荷的大小，蜗杆一端有一皮带轮与电机相联，另一端装有手轮，启动电 机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。1. 力与变形协调关

3、系在螺栓联接中，螺栓受拉力，产生拉伸变形；被联结件受压力，产生压缩变 形。根据螺栓和被联接件预紧力相等，可把二者的力和变形图线画在一个坐标系 中，如图3所示。当螺栓受轴向工作载荷F作用时，其拉力由预紧力Qp增加到 总拉力Q。被联接件的压紧力QP减少到剩余预紧力Q P。这时，螺栓伸长变形 的增量从1，等于被联接件压缩变形的恢复”2，即从厂从2二从，也就是说 变形的关系是协调的。因此图3又称变形协调图。图3螺栓联接变形协调图QC = Qic = Q2力与变形之比九称为刚度。1入1为螺栓刚度；彳九2为被联接件刚度。C1C1 + C2称为螺栓的性对刚度。在力一变形图上，刚度表现为图线的斜率。为了提高螺

4、栓的疲劳强度，通常采用降低Ci或增加C2的方法以降低载荷的变化值AF。2. 主要公式螺栓联接的受力和变形，可用贴在试件上的电阻应变片，配以电阻应变仪加 以测量。通常应变仪测量的是微应变圧二XX10 -6，应变片的接线按半桥接到应 变仪上。材料在弹性限度内，应力与应变的关系为：二Ee= Eex10-6故螺栓拉力为：F =c A = Ee x 10-6 x 21 1 1 -被联接件（套筒）压力为：二 E陆 X 10 -6 X D 2 一 D 2 ）2 4 1螺栓伸长变形为:尢=e L = |LX8 x 10 -6 x L11111套筒压缩变形为：X = e L = |LX x 10 -6 x L2

5、 2 2 2 2轴向工作载荷由测力环中百分表读数测出:F = KS式中：K 测力环刚度，N/百分表1格;S 百分表读数，小格数。三、实验步骤（一）认真阅读实验指导书。（二）做好实验台及仪器预调与连接工作。（1）实验台取出圆环上两锥塞，松开空心螺栓上的M8小螺杆，装上刚性 垫片，转动手轮，使挺杆降下，处于卸载位置。将两块千分表分别安装在表架上, 使表头分别与上板面（靠外侧）和螺栓顶面接触，用以测量联接件（螺栓）与被联 接件的变形量。手拧大螺母至恰好与垫片接触。（预紧初始值）螺栓不应有松动的 感觉，分别将两千分表调零。（2）测量仪。配套的4根输出线的插头将各点插座连接好，分别与实验台 相对应接口联

6、接好。（3）计算机。用配套的并口数据线接仪器背面的5芯插座.另一头连接计算 机上的PCI-8310采集卡串口。启动计算机，按软件使用说明书要求的步骤操作 进入实验台螺栓实验界面后。单击“开始实验”键后，对“应变测量值”框中数 据清零，如串口数据线连接无误.则该输人框中，会有数据显示并跳动。（三）静态螺栓实验：1）标定后，自动回复主界面，点击“实验选择”选择实验项目。2）点击“开始实验”，将各仪表复位。3）预紧螺杆为第二次预紧值。4）将千分表值填入“变形值输入”，点击“预紧采集”。5）将凸轮摇至最高点，将千分表读数填入“变形值输入”，点击“加载采集”。6）点击“实测图”得出实测曲线，点击“理论图

7、”，得出理论曲线。7）点击“数据保存”，完成实验。（四）整理实验报告（附表1）测点项目、螺栓（拉）螺栓（扭）双圆环（压）挺杆（压）标定系数卩%卩扭环卩杆应变值（憾）加载前加载后杆力（N）加载前QPQP加载后QF千分表读 数（5 ）51525152F实验二带传动实验一、实验目的1、观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关 系。2、测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传效率之间的关系，绘制带传动的 弹性滑动曲线和效率曲线。3、了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。二、实验原理由于弹性滑动率之值与打滑现象的出现，以及带传动的效率n都与带传递 的载荷的大小有密切关系。电动

8、机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并 可绕与转子相重合的轴线摆动，当电动机启动和发电机负载后，由于定子磁场和 转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，发电机的外壳将 向转子旋转的反向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。即:=Q K L (N mm)1 1 1 =Q K L (N mm)2 2 2 2 测力计上百分表的读数测力计算定值测力计的力臂L =L1 2从动轮的功率N2主动轮的功率N1只要测得不同负载下主动轮的转速N和从动轮的转速N以及主动轮的扭矩1 2下T和从动轮的扭矩下T，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率以及1 2效率n

9、之值。以有效拉力f为横坐标，分别以不同载荷下的和n之值为纵坐标, 就可以画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。主动轮上的扭矩T1从动轮上的扭矩T 式中Q、1K、1L、1Q2K2L2=120mm带传动的效率nTN 1 2TN2 1三、实验步骤1. 设备安装。将各设备安装好，并注意各个设备之间的同轴度，以避免产生不必要的弯矩，从而保证测量精度。为改变传感器的工作条件，降低 安装要求，通常采用柔性联轴器。安装完毕后，正式实验前一般应开机 试运转几分钟至半小时，考核设备可靠程度，发现异常振动和噪声等应 立即停机予以排除。2. 按要求接好磁粉制动器和稳流电源的电源线。3. 按要求接好传感器和转矩转速仪之间

10、的信号线，并接好转矩转速仪电源。4. 对扭矩测试卡进行初始参数设置。5. 开启转矩转速传感器的背包电动机并进行调零（注意：背包电动机的转 向一定要与主轴的转向相同）。6. 启动主电动机进行测量。测量从空载开始，依次调整磁粉制动器的加载 电流增加负载，直至满载荷。依次记录在不同载荷下的输入、输出转速, 力矩和功率。若输出轴的转速低于600r/min时应开启背包电动机，背包 电动机的转向应与输出轴的转向相反，此时，测得的输出轴的转速应该 减去背包电动机的转速。7. 测试完毕，打印实验结果，注意逐步卸载，关闭主电动机和各测试仪器。8. 根据测试记录，计算出带传动的传动效率，并绘制出测试对象的效率曲

11、线。9. 整理实验报告，实验报告的内容主要为：1）测试数据（表）参数曲线；2）对实验结果的分析；四、思考题1. 带传动效率和哪些因素有关？为什么？2. 带传动中的弹性滑动和打滑有什么区别？它们对带传动各有什么影响？实验三直齿圆柱齿轮减速器传动实验一、实验目的：1. 了解实验台的结构和工作原理2. 了解圆柱齿轮减速机机械效率、输入输出功率，掌握测试方法二、实验原理：机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图2所示。图2实验台的工作原理机械传动中，输入功率应等于输出功率与机械内部损耗功率之和。即(1)式中，Pi为输入功率；Po为输出功率；Pf为机械内部损耗功率。则机械效率耳(2)由力学知识可知，对于

12、机械传动若设其传动力矩为M，角速度为w，则对应 的功率为2兀n兀nP = Mw =-M =M(3)6030式中，-为传达机械的转速（r/min）所以，传动效率耳可改写为M -耳二(4)M -i i式中，Mi、Mo分别为传动机械输入、输出扭矩；-i、-o分别为传动机械输入、 输出转速。因此，我们若利用仪器测出被测试对象的输入转矩和转速以及输 出转矩和转速，就可以通过式（4）计算出传动效率。三、实验步骤:1. 设备安装。按图将各设备安装好，并注意各个设备之间的同轴度，以避免产 生不必要的弯矩，从而保证测量精度。为改变传感器的工作条件，降低安装 要求，通常采用柔性联轴器。安装完毕后，正式实验前一般应

13、开机试运转几 分钟至半小时，考核设备可靠程度，发现异常振动和噪声等应立即停机予以 排除。2. 按要求接好磁粉制动器和稳流电源的电源线。3. 按要求接好传感器和转矩转速仪之间的信号线，并接好转矩转速仪电源。4. 对扭矩测试卡进行初始参数设置。5. 开启转矩转速传感器的背包电动机并进行调零（注意：背包电动机的转向一 定要与主轴的转向相同）。6. 启动主电动机进行测量。测量从空载开始，依次调整磁粉制动器的加载电流 增加负载，直至满载荷。依次记录在不同载荷下的输入、输出转速，力矩和 功率。若输出轴的转速低于600r/min时应开启背包电动机，背包电动机的 转向应与输出轴的转向相反，此时，测得的输出轴的

14、转速应该减去背包电动 机的转速。7. 测试完毕，打印实验结果，注意逐步卸载，关闭主电动机和各测试仪器。8. 根据测试记录，计算出齿轮减速器的传动效率，并绘制出测试对象的效率曲 线。9. 整理实验报告，实验报告的内容主要为：3）测试数据（表）参数曲线；4）对实验结果的分析；四、思考题1. 哪些因素影响齿轮的传动效率？2. 提咼齿轮传动效率的措施有哪些？实验四 动压滑动轴承压力实验一、实验目的：(1)观察径向滑动轴承液体动压润滑的形成过程和摩擦状态；(3) 观察径向滑动轴承轴向油膜压力分布情况；(4) 了解径向滑动轴承的摩擦系数测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法；(5) 观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况或油膜厚度。二、实验原理：实验台传动装置结构如下图所示，直流电动机1上装有一个小带轮，主轴4 上装有一个大带轮，通过V带2驱动主轴沿顺时针方向转动，由无级调速器实现 直流电机的无级调速。实验台主轴转速范围为0-350r/min。在主轴大带轮侧面 装有一个红外线测速装置，轴的转速由实验台前面板上的转速数码管直接读出。实验台传动装置结构主轴瓦上装有测力杆，通过测力压力传感器检测压力，经过单片机数据处理 可直接得到摩擦力矩值。摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。轴转动时，轴对轴瓦产 生周向摩擦力F,其摩擦