螺栓联接实验指导书_机械设计实验指导书2012-9.doc

机械设计实验指导书徐双满 洪建平 编 王青温 审机械工程实验教学中心2011年 2月螺栓联接实验指导书一实验目的1掌握测试受轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形曲线（即变形协调图）。2掌握求联接件（螺栓）刚度c1、被联接件刚度c2、相对刚度c1/c1+c2。3了解试验预紧力和相对刚度对应力幅的影响，以考察对螺栓疲劳的影响。二实验设备图11为螺栓联接实验机结构组成示意图，手轮1相当于螺母，与螺栓杆2相连。套筒3相当于被联接件，拧紧手轮1就可将联接副预紧，并且联接件受拉力作用，被联接件受压力作用。在螺栓杆和套筒上均贴有电阻应变片，用电阻应变仪测量它们的应变来求受力和变形量。测力环4是用来间接的指示轴向工作载荷的。拧紧加载手轮（螺母）6使拉杆5产生轴向拉力，经过测力环4将轴向力作用到螺杆上。测力环上的百分表读数正比于轴向载荷的大小。螺栓联接实验机的主要实验参数如下:1)螺栓材料为45号钢，弹性模量e1=2.06105n/mm2，螺栓杆直径d=10mm，有效变形计算长度l1=130mm。2）套筒材料为45号钢，弹性模量e2=2.06105n/mm2，两件套筒外径分别为d=31和32，内径为d1=27.5mm，有效变形计算长度l2=130mm.。2仪器1）yj-26型数字电阻应变仪。图11螺栓联接实验机结构图。1-预紧手轮；2-螺栓杆；3-被连接件；4-测力环；5-拉杆；6-加载手轮6 5 4 3 2 1dd1dl 2）yj-26型数字电阻应变仪。3）pr10-26型预调平衡箱。图4 lbx-84型实验机结构图1-加载手轮 2-拉杆 3-测力计百分表 4-测力环 5-套筒6- 电阻应变片 7-螺栓 8-背紧手轮 9-予紧手轮三实验原理1力与变形协调关系fdnbmmnf0d0qpfqpq图4力变形协调图在螺栓联接中，当联接副受轴向载荷后，螺栓受拉力，产生拉伸变形；被联接件受压力，产生压缩变形，根据螺栓（联接件）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43所示。当联接副受工作载荷后，螺栓因受轴向工作载荷f作用，其拉力由预紧力p增加到总拉力q，被联接件的压紧力qp减少到剩余预紧力qp，这时，螺栓伸长变形的增量1，等于被联接件压缩变形的恢复2，即1=2=，也就是说变形的关系是协调的。因此，又称为变形协调图。知道了力和变形的大小便可计算出连接副的刚度的大小，即力与变形之比q/称为刚度。c1=q1/为螺栓刚度；c2=q2/2为被联接件刚度。c1/c1+c2称为螺栓的相对强度。在力-变形图上，刚度表现为图线的斜率。为了提高螺栓的疲劳强度，通常采用降低c或增加c2的方法以降低载荷的变化值f。2主要公式螺栓联接的受力和变形，采用在试件上贴电阻应变片，并配接电阻应变仪加以测量，通常应变仪测量的数值为微应变，其可以表示为式: （4-1） 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： ()故螺栓拉力为: (3)被联接件（套筒）压力为： (4)螺栓伸长变形为： (5)套筒压缩变形为： (6)轴向工作载荷可由测力环中百分表读数测出： (47)式中：k测力环刚度，单位为：公斤/格；s百分表读数指针格数；3.测试系统说明1）测试系统原理示意图如图4-4所示，图中r1、r1,为贴在螺栓或套筒上的电阻应变片，即受力应变片；r2、r2，为温度补偿片，贴在与螺栓材料相同的零件上；r1、r1，、r2、r，2共同组成外测量半桥，z3、z4为应变仪的内半桥电阻，与r1、r2组成一个全桥。放大器检波( )a/d结果显示r1r1r2r2z4uz3r0ab图4.测试系统连接原理图 2）测量前应对电桥调平衡，即在电阻应变片未受力的情况下，其阻值未发生改变，电桥的输出信号值为零。当螺栓和被联接件受力时，则贴在其上的电阻应变片r1、r1的电阻值将发生变化，即电桥的信号输出与受力件的变形成正比，经放大器将其电压信号放大和检波后，经a/d换成与模拟量对应的数字量，显示器显示出螺栓或套筒的微应变量值，经计算后可得到联接副的联接件与被连接件的力和变形的数值。四实验步骤用lb-84实验机步骤）在指导老师的指导下，按上图4所示的线路连接原理图，将连线接好。）将lbx-84实验机的螺栓联接处于卸载状态，测力环应处于不受力状态，且把百分表小指针调为零。）打开应变仪电源，后面板开关打到半桥处。）按下“基0”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为0000。）按下“标定”开关，调节“灵敏度”电位器，使显示为-5000，并反复调平衡（零点）和定标（）。电桥调平衡：使加载及预紧手轮处于松弛状态，按下应变仪测量铵钮，调节对应的电位器的电阻值，使应变仪的输出值为零。加预紧力：参照lbx-84实验机结构原理说明，松开手轮6，松开背紧手轮8，拧紧手轮9，使应变仪指示为500，背紧1，松开手轮9，则完成预紧。6).施加轴向载荷：顺时针旋转手轮6，通过测力环对螺栓连接副施加轴向工作载荷，最大工作载荷应控制为百分表不超过40小格，在此范围内使百分表分别为10、15、20、25、30、35、40小格进行加载实验。通过切换开关分别记录螺栓、套筒的微应变量数值并记录。8).测试完毕后，卸去轴向工作载荷，卸除预紧力。2用lb-87实验机进行实验1).将yj-18应变仪与pr10-18预调箱联系好。2).将被测应变片引线a1 bc(螺栓)、a2 bc（套筒）分别于预调箱的1路、2路的a、b、c 连接好，lb-87实验机的两个手轮松开，即螺栓处于无载状态。3).测试系统调零：按下yj-18应变仪电源开关，分别按下“10”、“1”开关，在连接副未受力的情况下，将预调箱切换开关分别打到1路和2路，调节对应的“电阻平衡”电位器，使应变仪显示的数值为零，则仪器调零结束。4).加预紧力：转手轮1，并将电阻箱切换开关到1路，按螺栓的应变值为500左右进行预紧。分别将切换开关进行切换到1、2路，记录下应变仪显示的微应变值。加轴向载荷：拧动手轮6，依次按百分表10、15、20、25、30、35、40小格进行加载，分别测量螺栓、套筒的微应变值。5).卸载：松开手轮6，测力环百分表读数为零，卸载完毕。6).卸预紧力：松开预紧手轮1。五实验注意事项1给各油杯及螺母端面加润滑油。2螺栓最大应变值800，应避免螺栓过载，最小应变值1 400，应避免施加轴向工作载荷后联接开缝，建议预紧力选在螺栓应变值500左右。3.特别提醒：在计算受力和变形数值应将微变值应值处以2。六思考题1求相对刚度c1/c1+c2，并与教材介绍的数值对比分析。2.考察联接件刚度不同时，对螺栓应力幅的影响，将两个套筒在预紧力相同的f图线画在同一坐标中进行分析比较。螺栓联接实验报告姓名： 学号： 实验日期： 年 月 日实验地点： 一 、实验目的二 、实验手段及测试线路简图三、实验记录及计算结果1. 实验数据表予紧次数1加载次数12345678测力读数（格）010152025303540工作载荷f（n）螺栓1f总（n）1c1（n/mm）平均c1套桶312f总（n）2c2（n/mm）平均c2予紧次数2加载次数12345678测力读数（格）010152025303540工作载荷f（n）螺栓1f总（n）1c1（n/mm）平均c1套桶312f总（n）2c2（n/mm）平均c22.绘制变形协调图f为纵坐标，为横坐标，用方格坐标纸绘制f-图线。3.思考题1.求相对刚度c1/c1+c2，与规范数值对比分析。2.考察联接件刚度不同时，对螺栓应力幅的影响。机械传动系统综合实验一 、工程应用与实验问题提出常见的机械传动方式有带传动、链传动、齿轮传动等。传动部件是机械系统的重要组成部分，是机械设计课程教学的重点内容。机械传动系统的设计与综合运用，涉及了零件加工、装配等工艺方面的问题较多，实践性较强。通过实验可以熟悉和掌握传动系统组成结构设计的基本方法，不仅可以加深课堂上所学知识的理解与记忆，还可以培养同学的工程实践技能，为后面的课程设计训练打好基础。二 、实验目的21 了解带传动、链传动、齿轮传动的构成及其应用特点，认识其组成元件； 22 了解不同类型及其在工程实际中的应用；23 了解几种常见传动设计、组成、制作、安装与校准方法。24 能将几种传动形式组合，并完成安装调试工作。25 掌握齿轮传动系统中的多轴、混轴传动系统设计、安装及校准方法。三 、实验设备主要应用的设备为jcyc创意组合机械系统综合实验系统，关于实验系统做如下说明；图1. jcyc创意组合机械系统综合实验系统工作面传动系统存储面板存储单元控制板31 系统的主要组成jcy-c机械驱动系统如图1所示，此系统包括一个活动的工作站，用于装配机械系统的的标准工作台板，存储面板，储存组件的存储单元。工作台板包含四块金属板，每一个工作台板都设计有用于装配组件的狭槽和孔，工作站还包括一个电动机控制单元。32 存储面板组件：轴面板1、轴面板2、带面板、链面板；齿轮面板1、齿轮面板2、不合格件面板、机构面板；这些面板装配在工作台的头顶上方架子上。图2 .存储零件面板 33 组件存储单元（抽屉）抽屉存储单元中含有以下类别的物品：测量仪器、垫片和按键；带、链；装配器具、紧固标准件。系统主要安装部件及测量与校正零件：常转速电机、齿轮电机、电机支座、带式制动器、转速计；支撑座制动器、数字转速表及常用工具图3.常用安装部件及工具四 、实验选题与要求41 单一传动系统类实验题目：实验题目序号实验题目名称内容及要求实验题目（一）v带传动系统实验设计v带传动组成方案，并进行搭接、校准，计算传动比，调整负载大小并观察传动比的变化，找出v带工作过程中滑差率的影响因素，并填写实验报告。实验题目（二）（选作）链传动系统实验设计链传动组成方案，了解链传动的构成、认识组成元件；掌握单排滚子链的结构极其安装的、校准方法；调整负载大小并观察运转情况，思考与其它传动形式进行对比，并填写实验报告。实验题目（三）直齿圆柱齿轮传动系统设计直齿圆柱齿轮传动系统传动组成方案，并进行搭接、校准，计算传动比等操作，掌握齿侧间隙的确定及测量方法，并填写实验报告。42 传动系统综合运用类实验题目：实验题目序号实验题目名称内容及要求实验题目（四）多轴、混合轴齿轮传动系统实验了解多轴、混合轴齿轮传动系统的功能及其应用；确定传动方案，输出轴转向、转速、力矩、传动比的计算，能正确选择、使用联轴器，填写实验报告。实验题目（五）齿轮传动与v带传动组合实验将两种传动方案分别搭接成：v带传动（高速）齿轮（低速）、齿轮传动（高速）v带（低速）；分析传动方案的合理性，观测传动系统的运转情况，并给出初步的结论。实验题目（六）链传动、齿轮传动、v带传动综合运用实验实验者可将三种传动形式自主的通过设计组合，成为传动功能完整的机械系统。43实验要求：同学在规定的学时内，从实验题目中选择至少2项以上，同学自主完成设计并塔接；根据实验项目的要求，制定实验初步方案，在实验台所提供的硬件系统中，选择零配件，并完成系统制作与校准等内容要求。五 、实验过程与步骤51 v带传动系统实验过程要点511 主要组成零部件及必要工具：电机、电机支撑座、水平仪、百分表与磁性表座、直尺、转速表等。512 选择主动带轮从动带轮并测量带轮直径d1、 d2；计算传动比；5.1.3塔接v带传动系统，进行试运转实验，调整制动力的大小，改变v带张紧力.1.4 测试弹性滑动与打滑对转速输出的影响。5.1.5搭接过程要测试轴及带轮的径向跳动，轴的水平度；制动器安装在从动轴上，安装结果示意图如图5.1.6 安装完毕进行检查，经指导老师确认后作好开机准备。5.1.7 开机并做相关的测试，记录数据。加载情况主动带轮直径d1主动轮转速n1从动带轮直径d2从动轮转速n2理论传动比i实际传动比i轻载重载过载图5.链传动5.2 链传动系统实验过程要点5.2.1选择传动中的链轮，测量主动、从动链轮齿数，计算传动比，系统为减速传动；5.2.2安装并校准单排滚子链传动硬件系统，检查轴的安装精度，安装简易传动输出制动器；安装结果参考图示加载情况主动轮齿数z1、节距p1从动轮齿数z2、节距p2中心距a轻载z1=p1=z2=p2=过载5.3 单级齿轮传动过程要点从实验台硬件系统中确定一种单级齿轮传动方式，可以是单级锥齿轮、斜齿轮、直齿轮传动中的任意一种形式，转速输出结果为减速传动，测量齿轮主要的特征参数，对于齿侧间隙的测量可采用简易方法，即用保险丝放入两齿轮啮合处，用游标卡尺测量其厚度，并做好数据记录。齿轮特征参数小齿轮大齿轮齿数z， 模数 mz1= m1=z1= m2=分度圆直径d标准中心距a5.4 多轴传动系统实验过程要点根据实验台所提供的硬件条件，设计三轴以上的多轴齿轮传动系统，此系统的传动方式完全由同学自主设计并塔接完成，要求转速输出为减速传动，总传动比不小于10，可包括直齿轮传动（平行轴传动）、斜齿轮传动（相交轴传动），合理分配传动比，画出设计传动方案机构简图，做必要的数据记录。传动轴数总传动比输入轴转速输出轴转速输入轴转向输出轴转向5.5 传动组合实验实验过程要点v带传动、齿轮传动、链传动都是机械传动系统中经常应用的传动方式，由于有各自应用特点，实际中经常出现两种甚至两种以上的组合传动方式，如：利用v带传动能够减少传动系统的冲击和振动，以及过载自保护功能；齿轮传动能够传递较大扭矩及高的传动效率；链传动不仅能减少传动冲击而且能够实现大中心距的平行轴传动。 同学可以自主拟订传动组合方案，可以是任意两种传动形式的组合，也可以三种传动形式的组合，总的传动比选择在10-15之间为宜。搭接制作时选择v带传动为高速级，各级传动安装精度的调整。画出传动系统组成方案简图，分析传动的平稳性的影响因素。六.回答问题6.1解释v带传动的弹性滑动和打滑概念，如何减轻和避免弹性滑动和过载打滑现象？6.2解释一般将v带传动作为高速级传动？6.3齿轮传动的齿侧间隙的作用及对齿轮传动性能的影响？机械传动系统综合实验报告课程名称： 姓名： 实验日期： 实验地点： 成绩： 一 、实验目的二 、实验手段与实验内容（实验题目、设计方案及说明）2.1实验仪器与工具：2.2所选实验题目：3设计方案与说明：三 、实验结果3.1 v带传动主要实验参数记录加载情况主动带轮直径d1从动带轮直径d2理论传动比i轻载重载过载3.2 v带传动组成零件功能表序号零件名称数量功能作用备注3.3 链传动主要实验参数记录3.4加载情况主动轮齿数z1、节距p1从动轮齿数z2、节距p2中心距a轻载z1=p1=z2=p2=过载3.4 链传动组成零件功能表序号零件名称数量功能作用备注3.5 齿轮传动主要实验参数记录齿轮特征参数小齿轮大齿轮齿数z， 模数 mz1= m1=z1= m2=分度圆直径d标准中心距a齿测间隙3.6 齿轮传动组成零件功能表序号零件名称数量功能作用备注3.7多轴齿轮传动主要实验参数记录传动轴数总传动比输入轴转速输出轴转速输入轴转向输出轴转向3.8多轴齿轮传动组成零件功能表序号零件名称数量功能作用备注3.9混合传动主要实验结果根据自主拟订的传动组合方案，在完成搭接制作后，给出总的传动比，以表格的形式列出零件功能表。画出传动系统组成方案机构简图，分析传动的平稳性的影响因素。四 、回答问题1解释v带传动的弹性滑动和打滑概念，如何减轻和避免弹性滑动和过载打滑现象？2解释一般将v带传动作为高速级传动？3齿轮传动的齿侧间隙的作用及对齿轮传动性能的影响？轴系结构设计与分析实验指导书一、 工程应用与问题的提出轴系结构是机械系统的重要组成部分，也是机械设计课程教学的重点内容。由于轴系结构设计涉及的加工工艺、装配工艺方面的问题较多，实践性较强。为提高教学质量，强化轴系结构设计能力的训练，开展轴系结构设计实验是很有必要的。任何回转机械大多都有轴系结构，轴系结构设计在机械设计中很重要，如何根据轴的回转要求、决定轴系组成及支撑解决方案;根据功能要求决定轴系的总体组成结构；轴上零件的轴向定位、周向定位设计，是机械设计的重要环节。为了设计出合理的的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构。图1轴的结构设计示意图通过实验可以熟悉和掌握轴的结构和轴承组合结构设计的基本要求，不仅加深对课堂上所学知识的理解与记忆，还可以对同学进行技法训练，培养工程实践技能，为后面的综合课程设计训练打好基础，还可以培养同学的创新意识。上图1所示为一典型的轴系组成结构示意图例。二实验目的1深入了解及认识轴系部件的结构形式，熟悉零件的结构形状、工艺、作用；2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；3对所设计的组成方案，进行组装与测绘等操作的动手技能的训练。三实验设备与工具1组合式轴系结构设计分析实验箱实验箱所提供的零件，能进行圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计，实验箱内有齿轮类、轴类、套筒类、端盖类、支座类、轴承类及连接件等8类100多个零件，见表1、表2。表1：轴系轴上主要零件零件编号零件名称件数零件编号零件名称件数1直齿抡轴用支座（油用）2件2直齿抡轴用支座（脂用）2件3蜗杆轴用支座1件4锥轮轴用支座1件5锥齿轮轴用套环2件6蜗杆用套环1件7组装底座2件8大直齿轮1件9大斜齿轮1件10小直齿轮1件11小斜齿轮1件12小锥齿轮1件13大直齿轮用轴1件14小直齿轮用轴1件15两端固定式蜗杆1件16固游式用蜗杆1件17锥齿轮用轴1件18锥齿轮轴1件19大凸缘式透盖1件20大凸缘式闷盖1件21凸缘式透盖（脂用）1件22凸缘式闷盖（脂用）1件23凸缘式透盖（油用）4件24凸缘式闷盖（油用）1件25凸缘式透盖（迷宫）1件26迷宫式轴套1件27嵌入式透盖2件28嵌入式闷盖1件29联轴器a1件30联轴器b1件31无骨架油封压盖1件32套筒24件33调整垫片16件34档油环4件35调整环2件轴端压板6件37甩油环6件表1：轴系轴上主要国标件零件编号零件名称件数零件编号零件名称件数1轴承302062件2轴承62062件3键8*354件4轴承n2061件5键6*354件6圆螺母m30*1.52件7圆螺母止动圈302件8骨架油封2件9轴用弹性卡圈301件10无骨架油封2件11m8*154件12m8*256件13m6*2510件14m4*104件154垫圈4件16档圈钳1件17羊毛毡圈302件186件2.测量及工具：300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板、活扳手、小橡胶锤等。四实验要求及方法1了解轴系系统的组成熟悉轴向、周向定位的常见方法，对照实物研究零件的各部位名称与功能特点。2设计方案及操作每名同学从所给出的4项轴系功能题目中选择不少于2项，并完成零件的选择、组成方案的初步设计、修改与优化、组装、必要的测绘等操作。根据所给硬件及设计方案，现场作出设计草案；提出轴系组成方案，组合出合理的轴系部件。实验结果应绘制a4幅面的结构图，重要轴向尺寸的标注，各零件的功用说明表。3.结果检查（1）轴上各零件能否装到指定位置；（2）轴上零件的轴向、周向是否可靠定位；（3）轴承游隙是否需要调整，如何调整。（4）轴系能否实现工作的回转运动，运动是否灵活。（5）轴系沿轴线方向位置是否固定，若固定原因是什么。4编写实验报告 实验报告幅面为a4纸，应包括以下内容：实验目的、实验内容、所选题目、设计草案、实验结果（结构图a4纸，定位零件组成说明）、回答思考题。5实验题目题目1：轴上传动件为斜齿轮，轴端半联轴器；题目2：轴上传动件为大直齿轮，轴端半联轴器；题目3：轴上传动件为小直齿轮，轴端半联轴器； 题目4：轴上传动件为大斜齿轮，轴端半联轴器；五、实验步骤1 熟悉所有组成零件，明确实验内容，理解设计要求；2 复习有关轴系的结构设计与轴承组合设计的内容与方法；3 构思轴系结构方案；4 组装轴系部件；根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组成轴系部件、检查所设计组装的轴系结构是否正确。5 绘制轴系结构草图。测量零件结构尺寸，作好记录。6 优化与修改设计方案。7 结果检查并按比例绘制结构装配图。8 填写实验报告，回答问题。六思考题1 滚动轴承一般采用什么润滑方式进行润滑？2 轴上的两个键槽或多个键槽为什么常常设计成加工在一条直线上。轴系结构设计实验报告课程名称： 姓名： 实验日期： 实验地点： 成绩： 一 、实验目的二 、实验手段与实验内容（实验题目、设计方案及说明）三 、实验结果1 轴系组成结构图另附a4幅面结构组成装配关系图2 轴系结构分析（组成零件功能表）序号零件名称数量功能作用备注四 、回答问题1.滚动轴承一般采用什么润滑方式进行润滑？2.轴上的两个键槽或多个键槽为什么常常设计成加工在一条直线上。减速器结构分析实验一 概述减速器是一种普遍通用的机械设备，其组成包括了传统零件设计（直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆等），支撑件设计（轴、轴承等），箱体设计及密封等。机械工程专业的本科生在学习机械原理、机械设计、机械cad等课程过程中，以减速器为对象进行结构分析，是培养学生首次独立完成设计与思考任务的良好参照设备。由于学生对齿轮结构、加工过程、安装形式不熟悉；对轴的结构、加工过程、选材、热处理不熟悉；对箱体结构、铸造（焊接）过程不熟悉；对轴承型号选择、密封形式选择、联接件选择与安装没有经验。所以让学生亲自动手进行减速器实物拆装很有必要。通过减速器拆装实验，可以使学生对减速器各个零件有直观认识，进一步了解和掌握各零部件的结构意义、加工工艺、安装方法。尤其是运动件与运动件之间的安装要求、运动件与固定件之间的安装要求、轴承的拆装等，通过拆装实验，都可以起到事半功倍的作用。二实验目的1了解齿轮减速器的总体布置特点；2了解齿轮减速器各零件的用途、结构特点、并进行结构工艺性分析；3了解齿轮减速器装拆过程，以及为保证技术性能的调整测试方法；4了解齿轮和轴承的润滑方法；5了解齿轮减速器各部分尺寸的大致比例关系。三减速器结构类型1二级展开式圆柱齿轮减速器（图1 ）图1 二级展开式圆柱齿轮减速器2同轴式二级圆柱齿轮减速器（图2）3分流式二级圆柱齿轮减速器（图3 ）四.测量及拆装工具1活动扳手；3游标卡尺、钢板尺、卡钳、保险丝；木锤。五实验步骤及内容1实验步骤（1）根据减速器的标牌，了解并记录减速器的主要技术性能指标；（2）观察减速器的外部结构特点及用途，并记录下长、宽、高等外廓尺寸，中心距及中心高等主要特征尺寸，地脚螺栓孔直径和位置尺寸等等；（3）卸下全部联接螺栓，用扳手旋起盖螺钉，然后由两人轻轻取下箱盖，仔细观察箱盖及箱体的