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机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 电工学与电子学 1 课程实验指导书 1 电工学与电子学 2 课程实验指导书 10 工程材料 课程实验指导书 21 材料力学 课程实验指导书 23 工程测试与信息处理 课程实验指导书 36 机械设计 课程实验指导书 42 先进制造技术 课程实验指导书 51 CAD CAM 技术 课程实验指导书 54 单片机原理与应用 课程实验指导书 83 公差配合与技术测量 课程实验指导书 90 机电一体化系统设计 课程实验指导书 94 机械原理 课程实验指导书 101 可编程控制器 课程实验指导书 119 数控机床编程与使用 课程实验指导书 122 数控机床故障诊断与维修 课程实验指导书 130 数控原理与机床 课程实验指导书 137 液压传动 课程实验指导书 139 自动化制造系统 课程实验指导书 146 电工学与电子学电工学与电子学 1 1 课程实验指导书 课程实验指导书 课程名称 电工学与电子学 1 课程编号 2800011 学时分配 总学时 38 其中 理论学时 30 实验学时 8 适用专业 交通运输 实验一 直流电路 2 学时 一 实验类型 验证性实验 二 实验目的 1 掌握电工仪器 仪表的使用方法 准确的按电路图连接电路 2 验证基尔霍夫定律 叠加原理及戴维宁定理 3 加深对基尔霍夫定律 叠加原理及戴维宁定理的理解 4 掌握有源线性两端网络的参数的测定方法 三 实验内容 验证基尔霍夫定律 叠加原理及戴维宁定理 四 仪器设备 直流稳压电源 2 台 万用表 1 只 毫安表 3 只 五 注意事项 1 注意安全 爱护仪器 2 严禁电源短路 六 实验步骤 1 连接电路 用万用表测试实验所用各电阻阻值 按图连接电路 经教师检查无误 方可通电 实验 电路参数 Us1 6V Us2 12V R1 100 R2 200 R3 300 图 1 1 直流实验电路 2 基尔霍夫定律实验 1 KCL 的验证 调节稳压电源 使 Us1 6V Us2 12V 测出 I1 I2 I3记入表 1 1 中 2 KVL 的验证 用万用表测出 UR1 UR2 UR3 记入表 1 2 中 并根据各电压 极性判断各电流的方向 表 1 1 表 1 2 I1 mA I2 mA I3 mA UR1 V UR2 V UR3 V 计算 值 计算 值 测量 值 测量 值 3 叠加原理实验 1 分别让 Us1 Us2单独作用测出 I3 UR3记入表 1 3 中 2 让 Us1 Us2共同作用测出 I3 UR3记入表 1 3 中 表 1 3 计算值测量值 I3 mA UR3 V I3 mA UR3 V Us1单独作用 Us2单独作用 Us1与 Us2共同作用 4 戴维宁定理实验 1 将 R3去掉 测出有源二端网络的开路电压 U0c填表 1 4 其中 Ues Uoc 2 除源后测出无源二端网络的等效电阻 3 将 Ues R0 R3组成回路 测出 I3填表 1 4 表 1 4 I3 mA Ues V R0 计算值测量值 七 课外作业 实验报告 实验二 日光灯电路及功率因数的提高 2 2 学时学时 一 实验类型 验证性实验 二 实验目的 1 加深理解并掌握交流串 并联电路中 电压电流的相量关系 2 掌握日光灯的安装方法 3 理解改善功率因数的意义并掌握其方法 三 实验内容 1 日光灯线路的连接与测量 2 并联电路 电路功率因数的改善 四 仪器设备 交流电流表 3 只 万用表 1 只 功率表 1 只 五 注意事项 1 实验用交流市电 220V 务必注意用电和人身安全 2 该换电路时要切断电源 3 正确使用功率表 六 实验步骤 1 日光灯电路的连接与测量 图 2 1 日光灯实验电路 按图连接电路 经教师检查后接通 220V 电源 打开开关 S 观察功率表及电流表 的指示值记入表 2 1 用万用表分别测量出 U U1 U2的数值记入表 2 1 表 2 1 测 量 值计 算 值 P W I A U V U1 V U2 V cos 2 并联电路 电路功率因数的改善 合上开关 S 分别将 1 f 2 f 3 f 的电容接入电路中 将有关测量数据记入表 2 2 表 2 2 电容量测 量 值计 算 值 C f P W U V I A IL A IC A I A cos 1 2 3 七 课外作业 实验报告 实验三 三相交流电路 2 2 学时学时 一 实验类型 演示性实验 二 实验目的 1 掌握三相负载的星形 三角形连接方法 2 掌握三相电路中线电压与相电压 线电流与相电流的关系 3 充分理解三相四线制供电系统中中线的作用 4 增强进行强电 380V 220V 实验的能力 三 实验内容 1 三相负载的星形连接 2 三相负载的三角形连接 四 仪器设备 交流电流表 4 只 万用表 1 只 五 注意事项 1 本实验所用电压为 380V 220V 特别注意安全 2 换接线路时必须切断电源 3 必须严格遵守先接线后通电 先断电后拆线的实验操作原则 六 实验步骤 1 三相负载的星形连接 图 3 1 三相负载星形连接电路 按图连接电路 经教师检查无误 方可通电实验 当合上开关 S1为三相对称负载 打开开关 S1为三相不对称负载 合上开关 S2为有中线 打开开关 S2为无中线 观察 各电流表指示值记入表 3 1 用万用表测出各线电压及相电压的数值记入表 3 1 表 3 1 负载中线 UAUBUCUABUBCUCAIAIBICIN 有 对称 无 有 不对 称 无 2 三相负载的三角形连接 图 3 2 三相负载的三角形连接 按图连接电路 经教师检查无误 方可通电实验 将开关 S 打开为对称负载角接 此时三个相电流相等 即 Iab Ibc Ica Ica由电流表测量 当开关 S 合上时 为三相不 对称负载角接 其中 Iab Ibc仍等于原来的数值 故不必另行测量 而 Ica的数值却变化 了 仔细观察测量各电压 电流值记入表 3 2 表 3 2 负载UABUBCUCAIAIBICIabIbcIca 对称 不对 称 七 课外作业 实验报告 实验四 三相异步电动机的继电接触器控制 2 2 学时学时 一 实验类型 综合性实验 二 实验目的 1 熟悉复合按钮 交流接触器 热继电器的构造 掌握其工作原理及接线方法 2 熟悉三相异步电动机铭牌上主要数据的意义 3 掌握异步电动机直接启动控制电路的连接方法及控制原理 4 增强进行强电 380V 实验的能力 三 实验内容 1 电动机的起停点动控制 2 电动机的起停长动控制 四 仪器设备 三相异步电动机 1 台 万用表 1 只 五 注意事项 1 本实验所用电压为 380V 220V 特别注意安全 2 实验中出现异常情况 应立即切断电源 报告指导教师处理 3 接线要牢靠 整齐 清楚 安全可靠 4 操作要胆大 心细 谨慎 通电后不准用手触及各类电器及电动机 六 实验步骤 1 准备工作 熟悉接触器 按钮 热继电器的结构 将其型号 规格记于实验报告 用万用表检查接触器和按钮等的常闭 常开触点是否闭合或断开 检查接触器线圈的额定电压是否与电源电压相等 用手拨动按钮 接触器等电器的可动部件 查看其是否灵活 2 电动机的起停长动控制 按图接线 接线时可先连接主电路 然后按先接串联电路 后接并联电路的 次序连接控制电路 线路接好必须经教师检查 确认无误后方可通电操作 按起 动按钮 SBst 电动机开始运转 按停止按钮 SBstp 电动机停止运转 完成起停长动 控制 3 电动机的起停点动控制 切断电源 拆去自锁触头的连接线 经教师检查无误后 通电操作 按下起动按 钮 SBst 电动机开始运转 松开 SBst 电动机停止运转 实现点动控制 七 课外作业 实验报告 电工学与电子学 2 课程实验指导书 课程名称 电工学与电子学 2 课程编号 2800012 学时分配 总学时 32 其中 理论学时 24 实验学时 8 适用专业 交通运输 实验一 单管交流放大电路 2 学时 一 实验类型 验证性实验 二 实验目的 1 学习单管放大电路的连接 2 初步掌握示波器 毫伏表 信号发射器的使用 3 掌握单级放大电路静态工作点及动态工作情况的测试方法 4 观察并理解 RL的变化对 An 的影响 5 观察并理解静态工作点对放大电路工作性能的影响 三 实验内容 1 连接单管交流放大器 2 静态研究 3 动态研究 4 观察静态工作点的位置与波形失真的关系 四 仪器设备 示波器 1 台 毫伏表 1 台 低频信号发生器 1 台 数字万用表 1 只 五 注意事项 1 各电子仪器的接地端及电路的接地端应连在一起 2 正确使用示波器 毫伏表及信号发生器 六 实验步骤 1 连接单管交流放大电路 按图连接单管交流放大电路 经教师检查无误 方可通电实验 各仪器置于待用 状态 毫伏表调零 示波器调出扫描线 信号发生器输出波形为 正弦波 频率调 节到 1000Hz 上 使输出为零 R 1 千欧 Rb1 30 千欧 RW 470 千欧 Rb2 10 千欧 Rc 2 千欧 Re 510 欧 RL 3 千欧 RL 5 1 千欧 C1 10 微法 C2 10 微法 Ce 100 微法 Ucc 12V 图 5 1 单管交流放大电路 2 静态研究 调整和测试静态工作点 调整 RW使 Ue 2V 然后测出 Ube Uce 并计算出 Ic 填表 5 1 表表 5 1 Ue VUbe VUce VIc mA 2 3 动态研究 1 在 RL 的情况下 将信号发生器调到 f 1000Hz 幅值为 5mV 接到放大 电路的输入端 观察ui与u0的波形 并比较其相位 2 保持ui 5mV f 1000Hz 不变 用毫伏表测量出 RL分别为 3K 5 1K 时的输出电压u0的数值填表 5 2 计算电压放大倍数 表 5 2 RL K Ui mV U0 mV Au 5 5 15 35 4 观察静态工作点的位置与波形失真的关系 输入信号仍是 Ui 5mV f 1000Hz 负载电阻亦不变 此时放大电路的输出信号 是不失真的正弦波 然后保持输入电压和负载电阻不变 将 1 RW 的阻值调整到最大 观察输出波形是否出现失真 描绘其波形并判断失 真的性质 填好表 5 3 2 RW 的阻值调整到最小 观察输出波形是否出现失真 描绘其波形并判断失 真的性质 填好表 5 3 表 5 3 RR1值的变化增大 RW最大 减小 RW最小 U0的波形 失真性质 七 课外作业 实验报告 实验二 运算放大器的应用 学时 一 实验类型 验证性实验 二 实验目的 1 掌握集成运放的基本特性及使用方法 2 利用集成运放组成比例器 加法器和减法器 测试并掌握其输入 输出关系 3 掌握电压比较器的测试及工作原理 三 实验内容 1 运算放大器的线性应用 2 运算放大器的非线性应用 四 仪器设备 示波器 1 台 信号发生器 1 台 万用表 1 只 五 注意事项 1 切忌正负电源极性接反 2 改换电路时必须关断电源 六 实验步骤 1 运算放大器的线性应用 参数 R1 10K 参数 R1 10K R2 10K R2 10K RF 100K RF 100K 图 6 1 反相比例运算电路 图 6 2 同相比例运算电路 参数 R1 10K R2 20K 参数 R1 20K R2 20K R3 30K R4 3K R3 200K RF 100K RF 10K 图 6 3 加法运算电路 图 6 4 减法运算电路 准备工作 先将 C D 两组电源调出 12V 输出 然后关断电源 再进行电路连接 1 反相比例运算电路 按原理图 6 1 连接 2 同相比例运算电路 按原理图 6 2 连接 3 反相求和运算电路 按原理图 6 3 连接 4 减法运算电路 按原理图 6 4 连接 电路连接完毕 经教师检查无误 通电实验 测试数据分别填表 6 1 表 6 2 表 6 3 表 6 1 比例运算 U0 V Ui V 计算值测量值 反相比例运算0 5 同相比例运算0 5 表 6 2 反相求和 u0 0 U0 v Ui1 v Ui2 V Ui3 V 计算值测量值 321 表 6 3 减法运算 U0 v Ui1 v Ui2 V 计算值测量值 0 50 5 2 运算放大器的非线性应用 a b 图 6 5 过零比较器电路 按图连接电路 将测试数据填表 6 4 并画出电压传输特性 反相输入同相输入 Ui V 1 0 50 51 1 0 50 51 U0 V ui o a b 七 课外作业 UiUi 实验报告 实验三 单相整流 滤波和稳压电路 学时 一 实验类型 演示性实验 二 实验目的 1 掌握单相整流 滤波和稳压电路的连接与测试方法 2 加深理解整流 滤波和稳压电路的作用和特性 3 进一步理解电路时间常数 RC 的物理意义 三 实验内容 1 整流电路的连接与测试 2 滤波电路的连接与测试 3 稳压电路的连接与测试 四 仪器设备 示波器 1 台 万用表 1 只 五 注意事项 1 注意安全 实验电压 220V 2 正确使用示波器 3 分清变压器的初 次级绕组 4 注意二极管及电容的极性注意安全 爱护仪器 六 实验步骤 1 整流电路测试 0 u0 0 图 7 1 整流滤波电路 按图连接整流电路 经教师检查无误 通电实验 测出u2 u0的数值 填表 7 1 观察并画出u2 u0的波形图 u2 0 t 表 7 1 2 滤波电路测试 将滤波电容接于桥式整流电路之后 用示波器观察滤波后输出电压的波形 分别 更换电容与负载电阻 测出u0的数值填表 7 2 表 7 2 C F 3333470470 RL K 1212 U0 V 3 稳压电路测试 R 300 RL 2K Dz 2CW53 C 220 f 图 7 2 基本稳压电路 图 7 3 三端集成稳压电路 U0 V U2 V 计算 值 测量值 半波整流 桥式整流 半波 u0 桥式 t t 1 基本稳压管稳压电路 按图 7 2 连接电路 注意稳压管的极性 必须反接于电路中 分别将输入电压调 整为 8V 10V 12V 时 测量出相应的输出电压值记入表 7 3 表 7 3 输入电压 V 81012 输出电压 V 2 三端集成稳压电路 按图 7 3 连接电路 注意电容的极性及三端集成稳压器管脚的连接是否正确 分 别将输入电压调整为 7V 8V 10V 12V 15V 18V 20V 时 测量出相应的输出电 压值记入表 7 4 表 7 4 输入电压 V 781012151820 输出电压 V 七 课外作业 实验报告 实验四 集成门电路及其应用 2 学时 一 实验类型 综合性实验 二 实验目的 1 掌握集成门电路的逻辑功能及测试方法 2 用与非门组成 RS 触发器 3 掌握并测试 RS 触发器的逻辑功能 三 实验内容 1 门电路逻辑功能的测试 2 双稳态电路的组成与测试 四 仪器设备 万用表 1 只 集成门电路 6 只 五 注意事项 1 使用集成电路时 电源的数值与极性不得弄错 2 插拔集成块时务必关闭电源 六 实验步骤 1 门电路逻辑功能的测试 图 8 1 与门逻辑功能测试 图 8 2 或门逻辑功能测试 图 8 3 非门逻辑功能测试 图 8 4 与非门逻辑功能测试 按图 8 1 图 8 2 图 8 3 图 8 4 及示教板电路进行连接 经教师检查无误 接通电源 依次把各门电路的输入端按表格中的要求输入不同的电平 将相应的输出 端电平记入表 8 1 8 4 注意 输入端开路为高电平 1 输入端接地为低电平 0 表 8 1 与门 表 8 2 或门 ABFABF 0000 0101 1010 1111 表 8 3 非门 表 8 4 与非门 AFABF 000 101 10 11 2 双稳态电路的组成与测试 图 8 5 双稳态电路 按图 8 5 组成双稳态电路 R 和 S 分别输入高 低电平 测试输出端电平 将结 果填表 8 5 表 8 5 S RQ Q 0 0 0 1 1 0 1 1 七 课外作业 实验报告 工程材料 课程实验指导书 课程名称 工程材料 课程号 2805050 学时分配 总学时 48 学时 其中 理论学时 44 学时 实验学时 4 学时 适用专业 机械设计制造及自动化专业本科 指导教师 陈北强 一 一 铁碳合金平衡组织观察 铁碳合金平衡组织观察 2 2 学时 学时 1 实验类型 验证性 2 实验目的 1 观察 认识铁碳合金平衡状态下的相和组织形貌 并予以识别 2 分析铁碳合金的成分 含碳量 组织和性能的关系 3 预习要求 实验前应认真预习本次实验内容 明确实验目的 弄清实验的基本原理 了解实验所 用仪器 设备的工作原理及使用方法 以及初步掌握实验的方法和步骤 4 仪器设备及使用原理 1 金相显微镜 10 台 2 各种铁碳合金试样若干 3 金相图谱一册或金相图片若干幅 金相显微镜的使用原理详见实验教材 5 实验内容及实验步骤 实验内容 了解金相显微试样的制备过程和方法 了解金相显微镜的构造 工作原理和使用方法 了解利用金相显微镜观察金相显微组织的原理 观察 认识铁碳合金平衡状态下的相 和组织形貌 并予以识别 分析铁碳合金的成分 含碳量 组织与性能之间的关系 实验步骤 1 全班学生分成若干小组轮换进行 两人一台金相显微镜 观察本实验所规定的 试样 2 对本次实验所有试样进行认真地观察 在观察过程中对照金相图谱或图片 确 定每个试样的材料名称和牌号 找出其组织形态的特征 并进行对比分析 3 绘出所观察试样的显微组织示意图 4 金相显微镜的使用和操作详见实验教材 二 二 钢的热处理工艺与分析实验 钢的热处理工艺与分析实验 2 2 学时 学时 1 实验类型 验证性 2 实验目的 1 了解钢的淬火 正火的工艺过程 2 进一步认识加热温度与冷却介质 冷却速度 对钢的组织和性能的影响 3 进一步理解淬透性的概念及其影响因素 3 预习要求 实验前应认真预习本次实验内容 明确实验目的 弄清实验的基本原理 了解实验所 用仪器 设备的工作原理及使用方法 以及初步掌握实验的方法和步骤 4 仪器设备及使用原理 箱式电炉二台 水盆 桶 一个 布 洛氏硬度计个一台 热处理工具 夹钳 挂钩 箱式电炉的使用原理详见实验教材 5 实验内容及实验步骤 实验内容 了解钢的淬火和正火工艺过程 了解加热温度与冷却介质对钢的淬火和正火的影响 识别碳钢热处理后典型组织的形态和特征 实验步骤 1 将各种钢的式样打上标记 以示区别 2 实验前测试各种钢的硬度并做记录 3 学生拟定出各种钢的淬火加热温度和时间 4 按实验教师的要求和实验教材的操作方法严格进行操作 并将热处理实验进行 数据记录 说明 若时间不充裕 热处理后的显微组织观察可省略或放到实验一进行 材料力学 课程实验指导书 课程名称 材料力学课程号 2800160 学时分配总学时 60 其中 理论学时 56 实验学时 4 适用专业 机械设计制造及其自动化专业 指导教师 倪秀英等 一 实验项目名称 1 学时 低碳钢和铸铁的拉伸实验 1 实验类型 演示性试验 2 实验目的 1 验证胡克定律 测定低碳钢的弹性常数 弹性模量 E 2 测定低碳钢拉伸时的强度性能指标 屈服应力和抗拉强度 s b 3 测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标 伸长率和断面收缩率 4 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标 抗拉强度 b 5 绘制低碳钢和灰铸铁的拉伸图 比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破 坏形式 3 预习要求 了解试验原理和试验步骤 4 仪器设备及使用原理 一 仪器设备 1 万能试验机 2 引伸仪 3 游标卡尺 二 实验原理 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 实验时 先把试样安装在万能试验机上 再在试样的中部装上引伸仪 并将指针调 整到 0 用于测量试样中部长度 引伸仪两刀刃间的距离 内的微小变形 开动万能 0 l 试验机 预加一定的初载荷 可取 同时读取引伸仪的初读数 kN4 为了验证载荷与变形之间成正比的关系 在弹性范围内 根据求出的最大弹A P 性载荷不超过 采用等量逐级加载方法 每次递加同样大小的载荷增量kN14 可选 在引伸仪上读取相应的变形量 若每次的变形增量大致相等 F kN2 F 则说明载荷与变形成正比关系 即验证了胡克定律 弹性模量可按下式算出E 0 0 lA lF E 式中 为载荷增量 为试样的横截面面积 为引伸仪的标距 即引伸仪两刀刃F A 0 l 间的距离 为在载荷坛量下由引伸仪测出的试样变形增量平均值 0 l F 2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 弹性模量测定完后 将载荷卸去 取下引伸仪 调整好万能试验机的自动绘图装置 再次缓慢加载直至试样拉断 以测出低碳钢在拉伸时的力学性能 1 强度性能指标 屈服应力 屈服点 试样在拉伸过程中载荷不增加而试样仍能继续产生变 s 形时的载荷 即屈服载荷 除以原始横截面面积所得的应力值 即 s FA A Fs s 抗拉强度 试样在拉断前所承受的最大载荷除以原始横截面面积所得的 b b FA 应力值 即 A Fb b 低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料 在均匀缓慢的加载过程中 当万能试验机 测力盘上的主动指针发生回转时所指示的最小载荷 下屈服载荷 即为屈服载荷 试样超过屈服载荷后 再继续缓慢加载直至试样被拉断 万能试验机的从动指针所 指示的最大载荷即为极限载荷 当载荷达到最大载荷后 主动指针将缓慢退回 此时可以看到 在试样的某一部位 局部变形加快 出现颈缩现象 随后试样很快被拉断 2 塑性性能指标 伸长率 拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比 即 100 1 l ll 式中 为试样的原始标距 为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离 l 1 l 试样的塑性变形集中产生在颈缩处 并向两边逐渐减小 因此 断口的位置不同 标距 部分的塑性伸长也不同 若断口在试样的中部 发生严重塑性变形的颈缩段全部l 在标距长度内 标距长度就有较大的塑性伸长量 若断口距标距端很近 则发生严重 塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内 另一部分在标距长度外 在这种情况下 标距长度的塑性伸长量就小 因此 断口的位置对所测得的伸长率有影响 为了避免 这种影响 国家标准 GB228 87 对 的测定作了如下规定 1 l 试验前 将试样的标距分成十等分 若断口到邻近标距端的距离大于 则可直3 l 接测量标距两端点之间的距离作为 若断口到邻近标距端的距离小于或等于 则 1 l3 l 应采用移位法 亦称为补偿法或断口移中法 测定 在长段上从断口点起 取长度O 基本上等于短段格数的一段 得到点 再由点起 取等于长段剩余格数 偶数 BB 的一半得到点 见图 1 1 a 或取剩余格数 奇数 减 1 与加 1 的一半分别得C 到点与点 见图 1 1 b 移位后的 分别为 或C 1 C 1 lBCOBAOl2 1 11 BCBCOBAOl 测量时 两段在断口处应紧密对接 尽量使两段的轴线在一条直线上 若在断口处 形成缝隙 则此缝隙应计入 内 1 l 如果断口在标距以外 或者虽在标距之内 但距标距端点的距离小于 则试验d2 无效 AOBDC l 1 l 1 a AOBDC l 1 l 1 C1 b 图 1 1 测的移位法 1 l 断面收缩率 拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截 面面积的百分比 即 100 1 A AA 式中 为试样的原始横截面面积 为拉断后的试样在断口处的最小横截面面积 A 1 A 3 测定灰铸铁拉伸时强度性能指标测定灰铸铁拉伸时强度性能指标 灰铸铁在拉伸过程中 当变形很小时就会断裂 万能试验机的指针所指示的最大载荷除以 b F 原始横截面面积所得的应力值即为抗拉强度 即A b A Fb b 5 实验内容及实验步骤 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 1 测量试样的尺寸 2 先将低碳钢的拉伸试样安装在万能试验机上 再把引伸仪安装在试样的中部 并将指针调零 3 按等量逐级加载法均匀缓慢加载 读取引伸仪的读数 2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 1 将试样打上标距点 并刻画上间隔为或的分格线 mm10mm5 2 在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近 分别用游标卡尺在相互 垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径 取三者中的最小值作为计算 直径 3 把试样安装在万能试验机的上 下夹头之间 估算试样的最大载荷 选择相 应的测力盘 配置好相应的摆锤 调整测力指针 使之对准 0 点 将从动指针与之 靠拢 同时调整好自动绘图装置 4 开动万能试验机 匀速缓慢加载 观察试样的屈服现象和颈缩现象 直至试 样被拉断为止 并分别记录下主动指针回转时的最小载荷和从动指针所停留位置的 s F 最大载荷 b F 5 取下拉断后的试样 将断口吻合压紧 用游标卡尺量取断口处的最小直径和 两标点之间的距离 3 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标 1 测量试样的尺寸 2 把试样安装在万能试验机的上 下夹头之间 估算试样的最大载荷 选择相 应的测力盘 配置好相应的摆锤 调整测力指针 使之对准 0 点 将从动指针与之 靠拢 同时调整好自动绘图装置 3 开动万能试验机 匀速缓慢加载直至试样被拉断为止 记录下从动指针所停 留位置的最大载荷 b F 6 实验数据的记录与计算 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 表表 1 1 测定低碳钢的弹性模量试验的数据记录与计算测定低碳钢的弹性模量试验的数据记录与计算 试样尺寸 直径 dmm 引伸仪参数 标距 放大倍数 0 lmm m 变形 格 载荷 kN 第 一 次第 二 次 读数F增量F 引伸仪读数 n增量n 引伸仪读数 n增量n 增量均值 F增量均值 格 n增量均值 格 n 试样在引伸仪标距内伸长的平均值 mnl 0 mm 弹性模量 0 2 000 4ldlFlAlFE GPa 2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 表表 1 2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算 试 样 尺 寸实 验 数 据 实验前 标 距 lmm 直 径 dmm 实验后 屈 服 载 荷 s FkN 最 大 载 荷 b FkN 屈 服 应 力 AF ss MPa 抗 拉 强 度 AF bb MPa 标 距 1 lmm 最小直径 1 dmm 伸 长 率 100 1 lll 断面收缩率 100 1 AAA 拉断后的试样草图试 样 的 拉 伸 图 3 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标 表表 1 3 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算 试 样 尺 寸实 验 数 据 实验前 直 径 dmm 最 大 载 荷 b FkN 抗 拉 强 度 AF bb MPa 拉断后的试样草图试 样 的 拉 伸 图 4 拉伸试验结果的计算精确度拉伸试验结果的计算精确度 1 强度性能指标 屈服应力和抗拉强度 的计算精度要求为 即 s b MPa5 0 凡 的数值舍去 而 的数值化为 的数MPa 25 0 MPa25 0 MPa75 0 MPa5 0MPa75 0 值者则进为 MPa1 2 塑性性能指标 伸长率和断面收缩率 的计算精度要求为 即 凡 5 0 的数值舍去 而 的数值化为 的数值则进为 25 0 25 0 75 0 5 0 75 0 1 7 注意事项 1 实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程 严禁开 快速 档加载 开动万能试验机后 操作者不得离开工作岗位 实验中如发生故障应立即停机 2 引伸仪系精密仪器 使用时须谨慎小心 不要用手触动指针和杠杆 安装时不 能卡得太松 以防实验中脱落摔坏 也不能卡得太紧 以防刀刃损伤造成测量误差 3 加载时速度要均匀缓慢 防止冲击 8 思考题 1 低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同 2 测定材料的力学性能有何实用价值 3 你认为产生试验结果误差的因素有哪些 应如何避免或减小其影响 二 实验项目名称 1 学时 低碳钢和铸铁的压缩实验 1 实验类型 演示性试验 2 实验目的 1 测定低碳钢压缩时的强度性能指标 屈服应力 s 2 测定灰铸铁压缩时的强度性能指标 抗压强度 bc 3 绘制低碳钢和灰铸铁的压缩图 比较低碳钢与灰铸铁在压缩时的变形特点和破坏 形式 3 预习要求 了解试验原理和试验步骤 4 仪器设备及使用原理 一 仪器设备 1 万能试验机 2 游标卡尺 二 实验原理 1 测定低碳钢压缩时的强度性能指标测定低碳钢压缩时的强度性能指标 低碳钢在压缩过程中 当应力小于屈服应力时 其变形情况与拉伸时基本相同 当 达到屈服应力后 试样产生塑性变形 随着压力的继续增加 试样的横截面面积不断 变大直至被压扁 故只能测其屈服载荷 屈服应力为 s F A Fs s 式中 为试样的原始横载面面积 A 2 测定灰铸铁压缩时的强度性能指标测定灰铸铁压缩时的强度性能指标 灰铸铁在压缩过程中 当试样的变形很小时即发生破坏 故只能测其破坏时的最大 载荷 抗压强度为 bc F A F bc bc 5 实验内容及实验步骤 1 检查试样两端面的光洁度和平行度 并涂上润滑油 用游标卡尺在试样的中间 截面相互垂直的方向上各测量一次直径 取其平均值作为计算直径 2 估算试样的最大载荷 选择相应的测力盘 配置好相应的摆锤 调整测力指针 使之对准 0 将从动指针与之靠拢 同时调整好自动绘图装置 3 检查球形承垫与承垫是否符合要求 4 将试样放进万能试验机的上 下承垫之间 并检查对中情况 5 开动万能试验机 均匀缓慢加载 注意读取低碳钢的屈服载荷和灰铸铁的最 s F 大载荷 并注意观察试样的变形现象 b F 6 实验数据的记录与计算 表表 2 1 1 测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算 材 料 试样直径 mm d 实 验 数 据 实验后的 试样草图 试样的压缩图 低 碳 钢 屈服载荷 s FkN 屈服应力 A Fs s MPa 灰 铸 铁 最大载荷 bc FkN 抗压强度 A Fbc bc MPa 7 思考题 1 比较低碳钢和灰铸铁在拉伸与压缩时所测得的和的数值有何差别 s b 2 仔细观察灰铸铁的破坏形式并分析破坏原因 三 实验项目名称 1 学时 低碳钢和铸铁的扭转实验 1 实验类型 演示性试验 2 实验目的 1 验证剪切胡克定律 测定低碳钢的弹性常数 切变模量 G 2 测定低碳钢扭转时的强度性能指标 扭转屈服应力和抗扭强度 s b 3 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标 抗扭强度 b 4 绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图 比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式 3 预习要求 了解试验原理和试验步骤 4 仪器设备及使用原理 一 仪器设备 1 扭转试验机 2 扭角仪 3 游标卡尺 二 实验原理 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 为了验证剪切胡克定律 在弹性范围内 采用等量逐级加载法 试验装置如图 3 1 所示 将试样安装在扭角仪上 每次增加同样的扭矩 若扭转角也基本相等 T 即验证了剪切胡克定律 Fl a b 图 3 1 扭角仪 根据扭矩增量的平均值 测得的扭转角增量的平均值 由此可得到切变模量T p I Tl G 式中 为试样的标距 为试样在标距内横截面的极惯性矩 为试样的直l32 d4 p Id 径 若载荷增量的平均值为 则扭矩增量的平均值为 若测量点的位移增F aFT 量平均值为 则扭转角增量的平均值为 将这些关系式代入上式 即得 b 4 32 d ablF G 式中 为载荷力臂 为测量力臂 ab 2 测定低碳钢扭转时的强度性能指标测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下 其上任意一点处于纯剪切应力状态 随着外力偶矩的增 加 测矩盘上的指针会出现停顿 这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩 低碳钢的扭转屈服应力为 es M p es s 4 3 W M 式中 为试样在标距内的抗扭截面系数 16 3 p dW 在测出屈服扭矩后 改用电动加载 直到试样被扭断为止 测矩盘上的从动指针 s T 所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩 低碳钢的抗扭强度为 eb M p eb b 4 3 W M 对上述两公式的来源说明如下 低碳钢试样在扭转变形过程中 利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的 图如图 1 6 所示 当达到图中点时 与成正比的关系开始破坏 这时 e MA e M 试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力 如能测得此时相应的外力偶矩 s ep M 如图 1 7a 所示 则扭转屈服应力为 p ep s W M 经过点后 横截面上出现了一个环状的塑性区 如图 1 7b 所示 若材料的塑性A 很好 且当塑性区扩展到接近中心时 横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服 应力 此时的切应力分布可简化成图 1 7c 所示的情况 对应的扭矩为 s T O Me A B C Mep Mes Meb 图 3 2 低碳钢的扭转图 s T s T s T a b c 图 3 3 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布 a b c p TT sp TTT s TT sps 3 d 2 0 2 s d 2 0 ss 3 4 12 d2d2 W d T 由于 因此 由上式可以得到 ess MT p es s 4 3 W M 无论从测矩盘上指针前进的情况 还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看 点A 的位置不易精确判定 而点的位置则较为明显 因此 一般均根据由点测定的BB 来求扭转切应力 当然这种计算方法也有缺陷 只有当实际的应力分布与图 1 7c es M s 完全相符合时才是正确的 对塑性较小的材料差异是比较大的 从图 1 6 可以看出 当外力偶矩超过后 扭转角增加很快 而外力偶矩增加很小 近似于一条 es M e MBC 直线 因此 可认为横截面上的切应力分布如图 1 7c 所示 只是切应力值比大 根 s 据测定的试样在断裂时的外力偶矩 可求得抗扭强度为 eb M p eb b 4 3 W M 3 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标测定灰铸铁扭转时的强度性能指标 对于灰铸铁试样 只需测出其承受的最大外力偶矩 方法同 2 抗扭强度为 eb M p eb b W M 由上述扭转破坏的试样可以看出 低碳钢试样的断口与轴线垂直 表明破坏是由切 应力引起的 而灰铸铁试样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成角 表明破坏是由拉 45 应力引起的 5 实验内容及实验步骤 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 1 调整好扭角仪上的百分表 使指针对准 0 2 采用等量逐级加载法 每加一块砝码 记录一次百分表的读数 3 卸载 整理仪器 2 测定低碳钢扭转时的强度性能指标测定低碳钢扭转时的强度性能指标 1 测量试样的直径 方法与拉伸试验相同 2 将试样安装到扭转试验机上 选择合适的测矩盘和相应的摆锤 调整好测矩 盘的指针 使之对准 0 并将从动指针与之靠拢 同时调整好自动绘图装置 3 用手摇柄均匀缓慢加载 注意观察测矩盘上的指针 若指针停止转动 则表 明整个材料发生屈服 记录下此时的外力偶矩 es M 4 改用电动快速加载 直至试样被扭断为止 关闭扭转试验机 由从动指针读 取最大外力偶矩 eb M 3 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标测定灰铸铁扭转时的强度性能指标 1 测量试样的直径 方法与拉伸试验相同 2 将试样安装到扭转试验机上 选择合适的测矩盘和相应的摆锤 调整好测矩 盘的指针 使之对准 0 并将从动指针与之靠拢 同时调整好自动绘图装置 3 用手摇柄均匀缓慢加载 直至试样被扭断为止 关闭扭转试验机 由从动指 针读取最大外力偶矩 eb M 6 实验数据记录与计算 1 1 测定低碳钢的弹性常数测定低碳钢的弹性常数 表表 3 1 1 测定低碳钢的切变模量试验的数据记录与计算测定低碳钢的切变模量试验的数据记录与计算 试样尺寸 标 距 直 径 lmm dmm 扭角仪参数 载荷力臂 测量臂长 amm bmm 位移 mm 载荷 kN 第 一 次第 二 次 读数F增量F 百分表读数 增量 百分表读数 增量 增量均值 F增量均值 增量均值 切变模量 4 32dablFGGPa 2 测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标 表表 3 2 2 测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标试验的数据记录与计算测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标试验的数据记录与计算 材料低 碳 钢灰 铸 铁 试样 尺寸 直 径 dmm直 径 dmm 实验 后的 试样 草图 实验 数据 屈 服 扭 矩 s TmN 最 大 扭 矩 b TmN 扭转屈服应力 pss 75 0 WT MPa 抗 扭 强 度 pbb 75 0 WT MPa 最大扭矩 b TmN 抗扭强度 pbb WT MPa 试样 的扭 转图 7 思考题 1 比较低碳钢与灰铸铁试样的扭转破坏断口 并分析它们的破坏原因 2 根据拉伸 压缩和扭转三种试验结果 比较低碳钢与灰铸铁的力学性能及破坏 形式 并分析原因 四 实验项目名称 1 学时 矩形截面梁的纯弯曲实验矩形截面梁的纯弯曲实验 1 实验类型 验证性试验 2 实验目的 1 熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法 2 测量矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律 3 比较正应力的实验测量值与理论计算值的差别 3 预习要求 了解试验原理和试验步骤 4 仪器设备及使用原理 一 仪器设备 1 多用电测实验台 2 YJ28A P10R 型静态电阻应变仪 3 SDX I 型载荷显示仪 4 游标卡尺 二 实验原理 实验装置如图 4 1 所示 矩形截面梁采用低碳钢制成 在梁承发生纯弯曲变形梁 段的侧面上 沿与轴线平行的不同高度的线段 22 11 00 11 22 线位于中性层上 线位于梁的上表面 线位于梁的下表面 和00 22 22 11 和各距线等距 其距离分别用和表示 上粘贴有五个应变11 22 22 00 1 y 2 y 片作为工作片 另外在梁的右支点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片 将五个工作片和温度补偿片的引线以半桥形式分别接入电阻应变仪后面板上的五 个通道中 组成五个电桥 其中工作片的引线接在每个电桥的和端 温度补偿片AB 接在电桥的和端 当梁在载荷作用下发生弯曲变形时 工作片的电阻值将随着BC 梁的变形而发生变化 通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值 根据 实 胡克定律 可计算出相应的应力值 实实 E 式中 为梁材料的弹性模量 E 梁在纯弯曲变形时 横截面上的正应力理论计算公式为 z I yM 理 式中 为横截面上的弯矩 为梁的横截面对中性轴的惯性矩 为2 FaM 12 3 bhIz y 中性轴到欲求应力点的距离 0 F 1 aa 2 1 2 0 1 2 1 2 b h 图 4 1 矩形截面梁的纯弯曲 5 实验内容及实验步骤 1 测量矩形截面梁的各个尺寸 预热电阻应变仪和载荷显示仪 2 将各种仪器连接好 各应变片按半桥接法接到电阻应变仪的所选通道上 3 逐一调节各通道的电桥平衡 4 摇动多用电测实验台的加载机构 采用等量逐级加载 可取 每增加kN1 F 一级载荷 分别读出各电阻应变片的应变值 5 记录实验数据 6 整理仪器 结束实验 6 实验数据的记录与计算 实验数据的记录与计算见表 4 1 7 注意事项 1 加载时要缓慢 防止冲击 2 读取应变值时 应保持载荷稳定 3 各引线的接线柱必须拧紧 测量过程中不要触动引线 以免引起测量误差 表表 4 1 矩形截面梁纯弯曲实验的数据记录与计算矩形截面梁纯弯曲实验的数据记录与计算 试样尺寸及材料参数 mm mm mm mm4 GPa a b h z I E 测点应变 载荷 kN 22 mm y 11 mm y 00 mm y 11 mm y 22 mm y 读数增量 读 数 增 量 读 数 增 量 读 数 增 量 读 数 增 量 读 数 增 量 kN F 2 1 0 1 2 MPa E 实 MPa z I yM 理 误差 工程测试与信息处理 课程实验指导书 一 实验设备简介一 实验设备简介 CSY2001B 型传感器及检测技术实验实训装置 传感器与检测技术 综合实验台为 完全模块式结构 分主机和实验模块两部分 主机由实验工作台 传感器综合系统 高稳定交 直流信号源 温控电加热源 旋转源 精密位移机构 由进口精密导轨组 成 以确保纯直线性位移 振动机构 仪表显示 电动气压源 数据采集处理和通 信系统 RS232 接口 实验软件等组成 基本型 9 个和增强型 12 个实验模块中均包 含一种或一类传感器及实验所需的电路和执行机构 可按实验要求灵活组合 仪器性 能稳定可靠 方便实用 1 1 主机实验工作台主机实验工作台 1 传感器 半导体应变计 金属箔式应变计 压电加速度传感器 磁电式传感器 激 光光栅传感器 增强型配置 2 高稳定度交 直流信号源 直流信号源 2V 10V 分五档 12V 24V 最大 输出电流 1 5A 慢启动激光电源 CCD 电源 交流信号源 音频 0 4KHZ 10KHZ 0oLV 功率输出 1 5A 180o 电压输出 低频 1 30HZ 功率输出 输出电流 1 5A 3 精密温控电加热源 热电偶时间比例控制 加热温度 400oC 精度 1 4 振动与位移机构 两组悬臂梁结构 位移范围 25 振动频率 1 30HZ 供传感 器动 静态实验之用 5 气压源 电动气泵气压输出 12KP 连续可调 手动气囊加压 6 测速电机装置 二组 速度 0 2400RPM 连续可调 7 显示仪表 3 1 2 位 LED 数字显示电压 频率表 电压表 DC 0 2V 0 20V 两挡 频率表 5 2KHZ 0 2 20KHZ 两挡 数字式温度表 50 400 气压表 0 40KP 8 数据采集计算机通信与实验软件 12 位 A D 数据采集 采样频率可由实验者调控 RS232 串口传输 运行于 Windows 环境下的实验软件 友好的显示界面 可进行实验项 目选择与编辑 数据采集 特性曲线的分析 比较 数据保存 作图 打印 方便实 用 9 实验台主机尺寸 750 230 250 2 2 实验模块实验模块 1 实验公共电路模块 提供所有实验中所需的电桥 差动放大器 低通滤波器 电荷 放大器 移项器 相敏检波器等 6 个公用电路 2 应变式传感器实验模块 包含电阻应变及压力传感器 金属箔式标准商用称重传 感器 带温度补偿 双平行悬臂梁结构金属箔式 半导体应变 MPX 扩散硅压阻式传 感器 放大电路 3 电感式传感器实验模块 差动变压器 螺管式传感器 进口高精度位移导轨 放大 电路 4 电容式传感器实验模块 同轴式差动电容组成的双 T 电桥检测电路 进口精密位移 导轨 5 光电传感器实验模块 光纤位移传感器与光电耦合器 光敏电阻及信号变换电路 进口精密位移导轨 电机旋转装置 6 霍尔传感器实验模块 霍尔传感器 梯度磁场 变换电路及进口高精度位移导轨 7 温度传感器实验模块 提供 7 种温度传感器及变换电路 可控温电加热炉 8 电涡流传感器实验模块 电涡流探头 变换电路及进口精密位移导轨 9 湿敏气敏传感器实验模块