机械设计基础·机械制造基础实验指导书.doc

机械设计基础机械制造基础实验指导书 国家技能型紧缺人才培养项目21世纪高等职业教育通用教材机械设计基础机械制造基础实验指导书(两年制)主编刘志毅吴萍主审杨秀文林剑明上海交通大学出版社内容提要本书是根据教育部两年制高等职业教育数控技术应用专业领域技能型紧缺人才培养指导方案规划的系列实验用书之一,与上海交通大学出版社组织编写的机械设计基础(两年制)和机械制造基础(两年制)教材配套。 全书分为三部分:绪论;上篇机械设计基础实验,包含工程力学基本实验、机械设计基本实验和机械设计基础实验报告,参考学时数为2228学时;下篇机械制造基础实验,包含机械制造基础基本实验和机械制造基础实验报告,参考学时数为2030学时。 本书除可作为两年制高等职业教育数控技术应用专业实验用书外,也可作为机电类、近机类相关专业的实验用书。 书名机械设计基础机械制造基础实验指导书(两年制)作者刘志毅吴萍出版社上海交通大学出版社ISBN7-313-04259-0TH.11021世纪高等职业教育通用教材编审委员会主任名单(以姓氏笔画为序)编审委员会顾问叶春生詹平华编审委员会名誉主任李进李宗尧编审委员会主任闵光太潘立本编审委员会常务副主任东鲁红编审委员会副主任孔宪思王俊堂王继东白玉江冯拾松匡亦珍朱懿心吴惠荣李光陈礼赵祥大洪申我饶文涛秦士嘉黄斌董刚薛志信序发展高等职业教育,是实施科教兴国战略、贯彻高等教育法与职业教育法、实现中国教育改革与发展纲要及其实施意见所确定的目标和任务的重要环节;也是建立健全职业教育体系、调整高等教育结构的重要举措。 近年来,年轻的高等职业教育以自己鲜明的特色,独树一帜,打破了高等教育界传统大学一统天下的局面,在适应现代社会人才的多样化需求、实施高等教育大众化等方面,做出了重大贡献。 从而在世界范围内日益受到重视,得到迅速发展。 我国改革开放不久,从1980年开始,在一些经济发展较快的中心城市就先后开办了一批职业大学。 1985年,中共中央、国务院在关于教育体制改革的决定中提出,要建立从初级到高级的职业教育体系,并与普通教育相沟通。 1996年中华人民共和国职业教育法的颁布,从法律上规定了高等职业教育的地位和作用。 目前,我国高等职业教育的发展与改革正面临着很好的形势和机遇:职业大学、高等专科学校和成人高校正在积极发展专科层次的高等职业教育;部分民办高校也在试办高等职业教育;一些本科院校也建立了高等职业技术学院,为发展本科层次的高等职业教育进行探索。 国家学位委员会1997年会议决定,设立工程硕士、医疗专业硕士、教育专业硕士等学位,并指出,上述学位与工程学硕士、医学科学硕士、教育学硕士等学位是不同类型的同一层次。 这就为培养更高层次的一线岗位人才开了先河。 高等职业教育本身具有鲜明的职业特征,这就要求我们在改革课程体系的基础上,认真研究和改革课程教学内容及教学方法,努力加强教材建设。 但迄今为止,符合职业特点和需求的教材却还不多。 由泰州职业技术学院、上海第二工业大学、金陵职业大学、扬州职业大学、彭城职业大学、沙洲职业工学院、上海交通高等职业技术学校、上海交通大学技术学院、内蒙古科技大学高等职业技术学院、上海汽车工业总公司职工大学、立信会计高等专科学校、江阴职工大学、江南学院、常州技术师范学院、苏州职业大学、锡山职业教育中心、上海商业职业技术学院、潍坊学院、上海工程技术大学等百余所院校长期从事高等职业教育、有丰富教学经验的资深教师共同编写的21世纪高等职业教育通用教材,将由上海交通大学出版社等陆续向读者朋友推出,这是一件值得庆贺的大好事,在此,我们表示衷心1的祝贺。 并向参加编写的全体教师表示敬意。 高职教育的教材面广量大,花色品种甚多,是一项浩繁而艰巨的工程,除了高职院校和出版社的继续努力外,还要靠国家教育部和省(市)教委加强领导,并设立高等职业教育教材基金,以资助教材编写工作,促进高职教育的发展和改革。 高职教育以培养一线人才岗位与岗位群能力为中心,理论教学与实践训练并重,两者密切结合。 我们在这方面的改革实践还不充分。 在肯定现已编写的高职教材所取得的成绩的同时,有关学校和教师要结合各校的实际情况和实训计划,加以灵活运用,并随着教学改革的深入,进行必要的充实、修改,使之日臻完善。 阳春三月,莺歌燕舞,百花齐放,愿我国高等职业教育及其教材建设如春天里的花园,群芳争妍,为我国的经济建设和社会发展作出应有的贡献!叶春生2前言本书是根据教育部两年制高等职业教育数控技术应用专业领域技能型紧缺人才培养指导方案中机械设计基础和机械制造基础课程教学基本要求编写的实验用书。 本指导书与上海交通大学出版社组织编写的机械设计基础和机械制造基础教材配套,以现代教育理念为主导,以实际应用为目的,以理论必需、够用为度,合理整合教材内容。 不但适合于两年制数控技术应用专业的学生使用,也可供高职院校机电类或近机类专业学生使用。 本教材参考学时数为4258学时,各专业可根据需要进行取舍。 本书的编写原则是:着重实验设备和仪器使用、实验原理和方法的介绍。 教学目标是:在实验教学中培养学生的测试技能、创新意识和创新能力,力求提高学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力,使学生通过实验获得实际操作的基本技能和对实验结果进行分析的能力。 本书由内蒙古科技大学高职院刘志毅主编绪论和上篇,江苏泰州职业技术学院吴萍主编下篇,由广东松山职业技术学院杨秀文、广东机电职业技术学院林剑明主审。 因编者水平有限,错漏之处在所难免,恳请广大读者批评指正。 目录绪论1?上篇机械设计基础实验指导书第1章工程力学基本实验7?实验1低碳钢及铸铁拉伸实验7?实验2低碳钢及铸铁压缩实验12?实验3低碳钢及铸铁扭转实验14?实验4直梁弯曲正应力测定实验18?第2章机械设计基本实验26?实验5平面机构运动简图的绘制26?实验6齿轮范成实验27?实验7渐开线圆柱齿轮参数测定30?实验8带传动滑动率和效率的测定34?实验9轴系结构测绘37?实验10螺栓组连接实验39?实验11回转构件的静平衡43?第3章机械设计基础实验报告49?实验1低碳钢及铸铁拉伸实验报告49?实验2低碳钢及铸铁压缩实验报告51?实验3低碳钢及铸铁扭转实验报告53?实验4直梁弯曲正应力测定实验报告55?实验5平面机构运动简图的绘制实验报告57?实验6齿轮范成实验报告59?实验7渐开线圆柱齿轮参数测定实验报告61?实验8带传动滑动率和效率的测定实验报告63?实验9轴系结构测绘实验报告65?实验10螺栓组连接实验报告67?实验11回转构件的静平衡实验报告69?1下篇机械制造基础实验指导书第1章机械制造基础基本实验73?实验1机械性能实验73?实验1-1冲击试验73?实验1-2硬度试验76?实验2碳钢热处理及金相组织的观察82?实验2-1碳钢的热处理实验82?实验2-2金相组织的观察84?实验3钢铁材料的火花鉴别88?实验4车刀角度的测量93?实验5尺寸测量100?实验5-1用内径百分表测量孔的内径100?实验5-2用立式光学计测量轴的外径102?实验6形位误差的测量105?实验6-1机床平导轨的直线度误差的测量105?实验6-2轴的圆度、圆柱度误差的测量107?实验6-3孔的轴线对基准平面的平行度误差的测量110?实验6-4箱体的槽面对中心平面的对称度误差的测量111?实验6-5端面圆跳动和径向全跳动的测量113?实验7用光切显微镜测量表面粗糙度114?实验8螺纹的测量117?实验8-1用三针法测量外螺纹中径117?实验8-2用螺纹千分尺测量外螺纹中径119?实验9齿轮的测量120?实验9-1齿轮径向圆跳动的测量120?实验9-2齿轮齿厚偏差的测量122?实验9-3齿轮公法线长度的测量125?第2章机械制造基础实验报告129?实验1机械性能试验129?实验1-1冲击试验实验报告129?实验1-2硬度试验实验报告131?实验2碳钢热处理及金相组织的观察133?实验2-1碳钢的热处理实验报告133?实验2-2金相组织的观察实验报告135?实验3钢铁材料的火花鉴别实验报告137?2实验4车刀角度的测量实验报告139?实验5尺寸测量141?实验5-1用内径百分表测量孔的内径实验报告141?实验5-2用立式光学计测量轴的外径实验报告143?实验6形位误差的测量145?实验6-1机床平导轨的直线度误差的测量实验报告145?实验6-2轴的圆度、圆柱度误差的测量实验报告147?实验6-3孔的轴线对基准平面的平行度误差的测量实验报告149?实验6-4箱体的槽面对中心平面的对称度误差的测量实验报告151?实验6-5端面圆跳动和径向全跳动的测量实验报告153?实验7用光切显微镜测量表面粗糙度实验报告155?实验8螺纹的测量157?实验8-1用三针法测量外螺纹中径实验报告157?实验8-2用螺纹千分尺测量外螺纹中径实验报告159?实验9齿轮的测量161?实验9-1齿轮径向圆跳动的测量实验报告161?实验9-2齿轮齿厚偏差的测量实验报告163?实验9-3齿轮公法线长度的测量实验报告165?参考文献167?3绪论实验教学的地位和作用现代教育理念已从知识型和智能型教育走向素质教育和创新教育,人们逐步认识到理论教学和实验教学具有同等重要的地位和作用。 实验教学中最重要的是让学生自己动手操作。 它是认识世界的重要源头,学生通过实验可以牢固地确立实验先于理论、理论源于实践的科学世界观;可以在实践中运用知识、创造知识和发展知识。 实验教学是理论知识与实践活动、间接经验与直接经验、抽象思维与形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。 要在实验教学中培养学生的创新能力,就要重视实验教学方法,使实验课程成为学生有效的学习和掌握科学技术与科学理论的方法和途径。 学生通过一定量的、有水平的实验和有计划的实验操作技能训练,可以扩大知识面,增强实验设计能力和实际操作能力,提高分析和解决问题的能力,培养科研协作精神,综合素质得到全面提高。 工程力学实验是学习金属材料力学和机械零件设计必不可少的基础实验内容。 其教学目的是使学生验证并掌握常用金属材料和金属构件的主要力学性能,以便在进行机械设计时能够正确地选择材料和确定机械结构。 机械设计实验是机械技术基础课程的重要实践环节。 其教学目标是使学生认知常用机械零件与机械装置的组成和结构,掌握绘制实际机构运动简图的技能,掌握对简单参数测试的手段,加深对基本理论的理解和验证;培养学生的测试技能,提高学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力,获得实际操作的基本技能和对实验结果进行分析的能力。 机械制造基础实验是学习机械制造基础知识必不可少的基础实验内容。 其教学内容主要是验证常用金属材料的主要力学性能、介绍金属材料的热处理方法以及金相组织、金属材料鉴别方法、刀具几何角度的测量方法、机械零件互换性与技术测量的方法,以便在进行机械制造时能够正确地选择材料、确定机械加工方法。 其教学目标是使学生认知常用机械零件的制造原理,掌握所用机械仪器设备的结构和工作原理,通过对简单参数测试的手段,加深对基本理论的理解和验证;培养学生的测试技能,提高学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力,获得实际操作的基本技能和对实验结果进行分析的能力。 在实践中培养学生的创新意识和创新能力尤为重要,开设具有创造性的实验对培养学生创新意识和创新素质有很大帮助,在培养学生的全部教育中起着重要作用。 在实验教学中要强调独立动手能力和运用实验方法研究机械设施能力的培养,培养学生理论联系实际,独立分析、解决实际问题的能力与实事求是、严谨的工作作风及爱护国家财产的良好品德。 实验中尽量采用先进的测试方法和数据处理方式,逐步创造启发式和开放式实验条件,使1学生能自选和自行设计实验项目,提高实验能力,以适应培养跨世纪人才的需要。 实验须知为了使实验能顺利进行,达到预期的目的,应注意下列事项:1.必须做好实验前的准备工作 (1)按各次实验的预习要求,认真预习实验教材,复习有关理论知识,明确实验目的,掌握实验原理、实验的步骤和方法。 (2)对实验中所用的机器、仪器、试验装置等,应熟悉其工作原理和操作注意事项。 (3)必须清楚地知道本次实验需记录的数据和数据处理方法,事前准备好记录表格。 (4)除实验教材中规定的实验方案外,学生也可根据实验目的、实验原理,自己设计实验方案。 (5)实验小组成员要明确分工,对自己担负的实验工作做到胸中有数,完全负责。 2.严格遵守实验室的规章制度 (1)要按预先排定好的实验时间准时进入实验室,保持实验室整洁、安静。 (2)未经教师同意,不得动用实验室内的机器、仪器等一切设施。 (3)做实验时,应严格按操作规程操作机器、仪器。 如发生故障,应立即报告,不能擅自处理。 (4)实验结束后,应将所用机器、仪器擦拭干净,并恢复到正常状态。 3.认真做好实验 (1)认真接受教师对预习情况的抽查、质疑,仔细倾听教师讲解实验内容。 (2)实验时,要严肃认真、相互配合,仔细地按照实验步骤、方法逐步进行。 (3)实验过程中,要密切注意观察实验现象,并记录下全部所需采集的实验数据。 (4)实验小组成员要及时轮换,每个学生都应自己动手,完成所有的实验内容。 (5)学生如有自己的实验方案,在完成规定的实验项目后,经教师同意方可进行。 (6)实验原始记录需交教师审阅签字,若不符合要求,应重新做完。 课程实验与实验报告的基本内容课程实验一般分为六个部分。 即:实验目的,实验设备(装置仪器、量具或工具)和试样,实验原理,实验步骤和方法,问题及思考,完成实验报告。 本教材中,每个实验都较系统地介绍了这六部分的内容和要求以及相互联系。 在做实验前,指导教师都应熟知全部内容和准备工作,以便在规定的时间内顺利地指导学生做好每个实验。 实验报告的基本内容一般分为四个部分。 即:实验目的、实验设备和器具、实验数据记录与处理、实验结果分析与思考。 2实验报告是学生对所做实验的综合报告。 通过对实验报告的书写,能培养学生准确有效地用文字和图像表达实验结果的能力。 因此,要求学生在动手完成实验的基础上,用准确的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法、所使用的设备和仪器的名称、型号、精度与量程、数据记录与处理、实验结果、问题思考与讨论等内容,独立地写出实验报告,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。 3上篇机械设计基础实验指导书第1章工程力学基本实验实验1低碳钢及铸铁拉伸实验1.实验目的 (1)测定低碳钢在拉伸时的屈服点s、抗拉强度b、断后伸长率和断面收缩率。 (2)观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化、缩颈及断裂),并绘制拉伸曲线图(F-L曲线)。 (3)测定铸铁的抗拉强度b,并观察拉伸过程,与低碳钢拉伸实验结果进行比较。 2.实验设备与试样实验设备与试样有万能材料试验机,试样分划机或冲点机,游标卡尺,低碳钢及铸铁拉伸试样。 1)油压摆式万能试验机简介能够做拉伸、压缩、剪切、弯曲等多种实验。 一般由施力和测力两大部分组成,其构造原理如图1-1所示。 (1)施力部分在机器底座15上,装有两个固定立柱14,它支承着固定横头5和工作油缸3。 开动油泵电动机带动油泵21工作,将油液从油箱经送油管和送油阀19送入工作油缸3,从而推动工作活塞 2、上横头 1、活动立柱4和活动台8上升。 若将拉伸试样11两端装夹在上夹头10和下夹头12中,因下夹头不动,当活动台上升时试样就承受拉力。 装夹拉伸试样时,可用下夹头电动机16或手摇装置传动底座中的蜗轮,使螺柱13升降至适当高度。 压缩试样放置在活动台上、下垫板7之间,当活动台上升到与上垫板接触时,试样就承受压力。 输油管路中的送油阀用来控制进入工作油缸中的进油量,以调节对试样的施力速度。 施力时回油阀32置于关闭位置。 回油阀打开时,则可将工作油缸中的油液泄回油箱,活动台由于自重而下降,回到原始位置。 (2)测力部分试样所受的力是由工作油缸3中的油压推动工作活塞2产生的。 将测力油缸36用测力油管和工作油缸3连通,此油压便推动测力活塞37向下移动,使拉杆33推动摆锤35绕支点29转动而抬起,同时摆锤上的推杆27便推动齿杆23,使齿轮和指针24旋转。 指针旋转的角度与油压成正比,亦即与试样的受力成正比,因此在测力度盘22上便可由指针读出试样受力的大小。 如果摆锤的重量不同,则指针旋转同一角度所需的油压也不同,说明指针虽在同一位置,但所示力的大小与摆锤的重量有关。 一般试验机有三种重锤,由小到大称为A、B、C,其中A是固定的,B和C是活动的,用来配置成测力度盘上所示的A(低档)、A+B7图1-1油压摆式万能试验机原理图1-上横头;2-工作活塞;3-工作油缸;4-活动立柱;5-固定横头;6-上垫板;7-下垫板;8-活动台;9-弯曲支座;10-上夹头;11-拉伸试样;12-下夹头;13-螺柱;14-固定立柱;15-底座;16-下夹头电动机;17-送油管;18-回油管;19-送油阀;20-拉绳;21-油泵;22-测力度盘;23-齿杆;24-指针;25-绘图笔;26-滚筒;27-推杆;28-平衡砣;29-支点;30-摆杆;31-测力油管;32-回油阀;33-拉杆;34-油箱;35-摆锤;36-测力油缸;37-测力活塞（中档)、A+B+C(高档)三种量程。 试验机上一般都有自动绘图装置,当活动台上升时,可由一端固定在活动台上的拉绳绕过滑轮带动滚筒转动,在滚筒的圆周方向画出变形坐标L;同时测力指针的转轴通过齿轮带动齿杆沿滚筒的轴向移动画出力坐标F,固定在齿杆上的笔尖便在滚筒圆柱面的坐标纸上定性地自动绘出F-L关系曲线。 2)拉伸试样GB639786金属拉伸试样统一规定了各种标准试样,如图1-2所示的圆形截面试样是最常用的一种。 试样原始标距L0,原始横截面面积S0,原始直径d0。 试样按原始标距L0长短不同,又分为短试样(L0=5d0)和长试样(L0=10d0)。 应该注意的是只有长度相同的试样,其实验结果才有可比性。 图1-2圆形截面拉伸试样试样加工要求:头部形状和尺寸应与试验机的夹具结构匹配,其夹持部分的长度不小于楔形夹具长度的3/4;其平行长度L c不小于L0+d0,至头部的过渡必须和缓,过渡圆弧半径r的8大小、试样尺寸加工的允许偏差以及试样加工表面的粗糙度,都应符合国标的规定。 3.实验原理1)低碳钢拉伸低碳钢的常用力学性能指标有屈服点s、抗拉强度b、断后伸长率和断面收缩率,它们都由拉伸试验测定。 拉伸时低碳钢试样的变形分为弹性、屈服、强化和局部缩颈变形(直至断裂)四个阶段。 利用试验机的自动绘图装置可绘出低碳钢的拉伸曲线图(F-L曲线),见图1-3。 铸铁的拉伸曲线见图1-4。 图1-3低碳钢拉伸曲线图1-4铸铁拉伸曲线应当指出,自动绘图装置所绘出的伸长L是整个试样的伸长,而不只是标距部分的伸长,并且包括试验机本身的弹性变形和试样头部在夹板中的滑动等。 试样开始受力时,头部在夹板中的滑动较大,绘出的拉伸图的最初一段是曲线,因此应由弹性直线段的延长线与伸长轴L的交点作为拉伸图的坐标原点O,过O点作力轴F。 图1-5测定屈服阶段力值的拉伸曲线 (1)屈服点s的测定低碳钢的屈服阶段,由于材料的不同或试验机的类型不同,可以显示不同的屈服图形(图1-5)。 当有上屈服点su和下屈服点s L时,只测定sL,并都用符号s标明。 指针首次停止转动,并保持一段时间不动(图1-5(a),呈现屈服平台),此时读出的恒定9力值即为屈服力F s。 指针首次回到一定值,随后便慢慢向前转动(图1-5(b),图形首次下降之后无波动,即屈服阶段只呈现一个下降峰),读出指针首次回转的最小力值即为下屈服力F sL。 指针首次回转后,在一定力值范围内来回摆动数次(图1-5(c),图形首次下降之后呈锯齿状,即屈服阶段呈现多个下降峰)。 由于首次回转的最小力值受摆锤下落的惯性作用,使力值下降较多,此现象称为初始瞬时效应,故规定取不计初始瞬时效应的最小力值,即第一次回转之后的最小力值,记录为下屈服力F sL。 将所测得的力值除以试样原始横截面面积S0,即由公式s=F s/S0或st=F sL/S0,计算屈服点或下屈服点,作为s。 应该注意:材料进入屈服之前直至屈服阶段过后,绝不允许改变拉伸速率;由于试样夹持打滑引起指针跳动、停止或回转,都应重做实验。 (2)抗拉强度b的测定过了屈服阶段后继续施力,将试样拉至断裂。 从拉伸图上最高点(d点)确定试验过程中的最大力F b(图1-3),或直接从测力度盘上读取最大力F b,由公式b=F b/S0计算抗拉强度。 (3)伸长率和断面收缩率的测定试样拉断后,通过测量试样拉断后的标距L1和缩颈处的最小直径d1,计算缩颈处的最小横断面积S1,由公式=(L1-L0)/L0100%和=(S0-S1)/S0100%即可计算得伸长率和断面收缩率。 实验表明:缩颈出现之前,试样标距范围内的伸长沿试样长度分布均匀;缩颈出现之后,试样的变形集中在缩颈区域。 当断口不在标距中央1/3区域时,应采用移位法将断口移至试样中部来测量,可获得较准确的实验结果。 因此,L1的测法与断口位置有关。 直接法:当断口到最邻近标距端点的距离大于L0/3时,直接测量标距两端点间的距离。 移位法:当断口到最邻近标距端点的距离小于或等于L0/3时,用移位法按下列情况之一测量。 若断口靠近某一刻线(图1-6(a),则以该刻线为起点,在长段上取等于短段的格数得B点,再取其余格数的一半得C点,并设想将BC段长度移至短段A点外侧,则得L1=AB+2BC图1-6用移位法测量L1若断口位于某格正中位置(图1-6(b),则以断口为中心,在长段上取等于短段的格数得B点,再取其余格数的一半得C点,此时C点也正好位于某格(左、右刻线为C 1、C2)中点,并设想01将BC段长度移至短段A点外侧,则有L1=AC1+BC2或L1=AC2+BC12)铸铁拉伸铸铁试样拉伸时,没有屈服和缩颈现象,在变形极小时就达到最大力而突然发生断裂(图1-4)。 由被动指针读出最大力F b,由公式b=F b/S0计算抗拉强度。 4.实验步骤和方法1)低碳钢拉伸 (1)试样准备为便于观察试样标距范围内伸长沿轴向的分布情况和测量拉断后的标距L1,在试样平行长度L C内涂上快干着色涂料,然后用专门的试样分划机,在标距L0范围内每隔10mm(对长试样)或5mm(对短试样)刻划一根圆周线,或用冲点机标记,将标距L0分成10格。 因直径d0沿试样长度不均匀,故用游标卡尺在标距的两端及中间三个横截面、处,在互相垂直的两个直径方向上各测量一次,记入第3章表3-1,算出各自的平均直径,取其中最小的一个作为原始直径d0,计算试样的最小原始截面S0,S0取三位有效数字。 (2)实验机准备根据低碳钢的抗拉强度b和试样原始横截面面积S0,由公式F b=b S0估算试样的最大拉力F b。 依估算的F b,选择合适的测力度盘,并配置相应的摆锤,调好回油阀。 试验机调零依照三个步骤进行(见图1-1):第一步开动油泵电动机后,打开送油阀19,待活动台8上升1cm以上,将送油阀关闭。 第二步调节平衡砣28,使摆杆30到达铅垂位置。 第三步转动水平齿杆23,使主动指针对准零点,并拨动被动指针与主动指针靠拢。 调整自动绘图器,选取适当的放大比例,并将笔尖压在记录纸上,使滚筒转动一周时笔尖画出的线与坐标纸的L轴相互平行。 否则要重新调整记录纸。 (3)安装试样安装拉伸试样时,须调整下夹头位置,使上、下夹头之间距离与试样长度相适应。 安装时先将试样一端装夹在试验机的上夹头内,然后升降下夹头至适当高度,夹紧试样下端。 (4)检查及试机请教师检查以上步骤完成情况,认可后在比例极限内施加压力10kN,然后卸力至接近零点,以检查试验机工作是否正常。 (5)施力测读按下自动绘图器的笔,缓慢均匀施力。 注意观察测力指针的转动及自动绘图情况。 当测力指针停止转动或回转时,表明材料开始屈服,参照图1-5所示的几种屈服图形,确定屈服力F s(或下屈服力F sL),记入表3-2。 过了屈服阶段后,可用较快的速度施力,直至试样断裂为止。 在强化阶段最高点d附近,测力指针转动极慢,这时可观察绘图笔尖的移动,并观察试样的缩颈现象。 试样断裂后立即停机,由被动指针读出最大力F b,记入表3-2。 取下试样,试验机回油,取下拉伸图。 根据断口位置采用直接法或移位法测量拉断后的标距L1,并在缩颈最小处两个互相垂直的方向上测量其直径,取其平均值为d1,计算缩颈处最小横断面面积S1。 将数据填入11表3-3。 (6)结束工作请教师检查实验记录。 将试验机的一切机构复原,清理实验现场。 2)铸铁拉伸铸铁拉伸实验的步骤与低碳钢大致相同。 试样的原始直径d0的测量值记入表3-1。 试样被拉断停机后,由被动指针读出最大力F b,记入表3-2,断口尺寸测量后记入表3-3。 3)力学性能测定数值的修约根据GB22887金属拉伸试验方法和GB731487金属压缩试验方法,实验报告给出的力学性能测定数值应按下表的规定进行修约。 数值修约的规则,按照GB817087数值修约规则执行。 力学性能测定数值的修约规定性能指标数值范围修约到屈服点s/MPa抗拉强度b/MPa抗压强度bc/MPa断后伸长率/%断面收缩率/%200K2001000?1000j1000j104104254254151015100.510.515.思考题 (1)简述万能试验机“调零”的步骤。 (2)如何选择测力度盘和摆锤? (3)低碳钢的屈服点如何测定? (4)拉断后的标距如何测量? (5)由拉伸实验得知,低碳钢与铸铁的力学性能有何不同?6.完成实验报告按实验报告内容认真填写,上交指导教师。 实验2低碳钢及铸铁压缩实验1.实验目的 (1)测定低碳钢压缩时的屈服力F sc,了解低碳钢的受压性能。 (2)测定铸铁的抗压强度bc,观察低碳钢和铸铁压缩时的变形及破坏现象,并进行力学性能比较。 212.实验设备与试样实验设备与试样有万能材料试验机,游标卡尺,低碳钢及铸铁压缩试样(见图1-7)。 图1-7圆柱体压缩试样3.实验原理做压缩试验时,自动绘图器可以绘出低碳钢压缩曲线(图1-8)和铸铁压缩曲线(图1-9)。 图1-8低碳钢压缩曲线图1-9铸铁压缩曲线1)低碳钢压缩低碳钢试样压缩时(如图1-8所示),在缓慢均匀施力下,等速转动的测力指针在一小段时间内转动减慢或停顿时所对应的力即为屈服力F sc。 但测力指针转动速度的减慢并不十分明显,常需借助压缩图来判断F sc到达的时刻,以图形开始出现变形增长较快的非线性小段为标志。 由于压缩不像拉伸那样有易于观察的屈服阶段,故测定F sc时需细心观察。 低碳钢的屈服点s在压缩和拉伸时大致相同,因而低碳钢的s通常由拉伸试验测定。 低碳钢压缩屈服后,继续变形所需压力随试样横截面面积的增大和材料强化而迅速增加,其压缩曲线继续上升,试样最后可压成饼状而不破裂,所以低碳钢压缩没有最大力及抗压强度。 2)铸铁压缩铸铁试样压缩时(如图1-9所示)最后被压成鼓形,沿着与轴线约成45的斜截面破裂。 此时主动指针迅速反转,由被动指针读出破坏时的最大力F bc,由公式bc=F bc/S0计算铸铁的抗压强度。 314.实验步骤和方法低碳钢与铸铁实验步骤大体相同。 (1)用游标卡尺在试样中部相互垂直的两个方向上测量直径,取其算术平均值作为原始直径d0,计算原始横截面面积S0,并将有关数据填入表3-5。 (2)估算试验所需最大力,据此选择合适的测力度盘,并配置相应的摆锤。 调好回油阀,试验机“调零”。 (3)将压缩试样放在试验机球形下垫板的中心处。 注意:用铸铁试样实验时,在试样周围应加防护罩,压缩过程中不要靠近观察,以免试样破裂时碎片飞出伤人。 (4)打开送油阀,使试样随活动台上升。 当试样接近上垫板时,减慢活动台上升的速度,以免急剧施力,影响实验结果。 (5)记录实验结果测量试验后的试件尺寸,记入表3-6。 低碳钢试样愈压愈扁,可以产生很大的塑性变形而不破坏,故压成鼓形即可停机,所施压力不得超过测力度盘量程范围的80%,重点观察其变形现象。 记录数据屈服力F sc,记入表3-7。 铸铁试样施力至破裂为止。 停机后由被动指针读出最大力F bc,记入表3-7;计算bc=F bc/S0,记入表3-8。 卸力后取下试样观察其变形及破坏形式。 5.思考题 (1)低碳钢试样压缩后为何成鼓形? (2)铸铁拉伸和压缩的破坏现象有何不同?试分析其破坏原因? (3)比较低碳钢和铸铁在受压时的力学性能。 6.完成实验报告按实验报告内容认真填写,上交指导教师。 实验3低碳钢及铸铁扭转实验1.实验目的 (1)测定碳钢的切变模量G,验证扭转胡克定律。 (2)测定低碳钢的扭转屈服点s,抗扭强度b。 (3)测察铸铁的抗扭强度b。 (4)观察低碳钢与铸铁扭转时的变形情况,比较其破坏现象。 2.实验设备与试样实验设备与试样有扭转试验机(见图1-10),扭转角仪(见图1-11)及百分表,游标卡尺,低碳钢及铸铁扭转试样(见图1-12)。 41图1-10K-50扭转试验机1-绘图笔夹;2-自动绘图器;3-测力度盘及指针;4-变速箱;5-测角度盘;6-测角指示杆;7-变速杆;8-手摇柄;9-电动机;10-电动机开关;11-绘图滚筒;12-加载夹头;13-测力夹头;14-传动主轴;15-水平导轴;16-摆杆;17-调距手柄;18-摆锤图1-11扭转角仪原理图图1-12扭转试样(括弧内为长试样尺寸)3.实验原理1)切变模量G的测定圆轴扭转时,在材料的比例极限内扭矩T与扭转角有如下关系:=TL eGI p式中:L e为扭转试样的计算标距;51Ip=d40/32;d0为试样直径。 扭转角可由扭角仪测出,=/b,如图1-11所示。 扭转测定切变模量G,常用图解法或逐级施力法。 本实验采用后者,即在弹性范围内,用不少于5级的等扭矩增量T对试样施力,记录每级扭矩T i和相应的扭转角i(i=i/b),从而得到每级扭矩增量T i下的扭转角增量i(i=i/b),由下式可得到切变模量G:G i=TL ei Ip及G=1nni=1G i=bTL enIpni=11i式中:百分表读数(mm);b扭转角仪臂长;n施力级数。 2)扭转强度指标的测定 (1)扭转屈服点s的测定采用图解法(靠试验记录的扭转曲线)或指针法(靠测力度盘及指针)测定。 当扭转角增加而扭矩不增加时的扭矩为T s。 按公式s=T s/W T计算扭转屈服点。 其中W T=d30/16,d0为试样的直径。 (2)抗扭强度b的测定从扭矩曲线或试验机扭矩度盘上读出试样扭断前的最大扭矩(即副指针所指示的读数)T b。 按公式b=T b/W T计算抗扭强度。 上述扭转试验要求在屈服前扭转速度为6/min30/min,屈服后不大于360/min。 (3)对低碳钢扭转屈服点s和抗扭强度b的修正对于低碳钢等高塑性材料,按照上述公式计算的s、b较真实应力高,这是由圆轴受扭横截面上切应力分布的规律造成的。 图1-13低碳钢圆轴在不同扭矩下的切应力分布图(a)T=T p(b)T p 进一步增大T,则截面上的屈服区域自外向内扩展,如图1-13(b)所示。 随着T的继续增大,最终可使整个截面进入屈服,如图1-13(c)所示,此时扭矩为T s。 由静力学关系可推出s=T sAdA=3T s4W T上式是对低碳钢等塑性材料s的修正公式。 同理,对其抗扭强度也有b=3T b4W T61对于铸铁等脆性材料,实验表明没有明显的塑性变形,其T-关系曲线可近似按线性处理,不需进行上述修正,即b=T b/W T。 低碳钢、铸铁试样受扭时,其T-关系曲线如图1-14(a)、(b)所示。 图1-14低碳钢、铸铁试样受扭时的T-关系曲线(a)低碳钢试样;(b)铸铁试样4.实验步骤和方法1)切变模量G的测定 (1)测量试样平均直径d0测量方法同实验1,测得数据填入表3-9。 (2)将扭转角仪的两环固定在试样标距的两端截面上,并安装百分表。 (3)施加初据矩T0T0一般为预计最大扭矩的1/10。 在施加初扭矩时百分表指针应有相应指示。 然后轻轻旋转百分表表盘,使指针在初扭矩下指零。 将数据填入表3-10。 (4)确定施力增量应使试样在施力示程中始终处于弹性变形范围,可取T max=0.8s W T或T max=0.4s W T式中:s或s屈服点;W T=d30/16截面系数。 对于低碳钢,一般应使测量过程中试样最大应力不超过100MPa,同时应使最大读数在百分表的量程以内。 将施力分为5级,每级增量为T=T max-T05各级扭矩为T1=T0+T,T2=T0+2T,?,T5=T0+5T将T max和T数据填入表3-10。 (5)施力测读按上述扭矩逐级施力,测量三次,所得实验数据填入表3-11。 计算得到G值,应修约至100MPa,并填入表3-12。 (6)验证扭转胡克定律由圆轴扭转变形公式=T Le/GI p可知,T与存在正比关系。 若每次施力增量T相同,则其扭转角增量亦基本相同,这样就验证了扭转胡