【实用】实验实习指导书

实验 实习 指导书 2001 年，初步建立起一套适合我校实际的系列化实践教学基础文件体系。 这一体系包括实践教学大纲、实践教学课程目录库、实践教学课程指导书、实训（验）项目报告和实训（验）项目卡等一系列实践教学文件，并统一格式 、规范内容，按专业汇编成 17 册。 经过三年的实际运行，于 2003 年在原有基础上，结合近年来实践教学改革成果，对以上文件进行更新，重新汇编成册，进一步明确了实践教学各环节的要求，使每项实践教学任务落在实处。 由于 各 专业 实践 指导书 内容 过于 庞大 ， 无法 逐一 显示 ，现 列举 机械设计 基础 课程 的 实验 指导书 作一 说明 。 1机械设计基础课程 实验指导书 系别班级： 姓 名： 指导教师： 兰州工业高等专科学校机械系机械设计教研室 2目 录 实验一 拉伸实验 实验二 弹性模量 E 的测定 实验三 扭转实验 实验四 弯曲实验 0 实验五 疲劳实验 17 实验六 机构测绘 8 实验七 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定 0 实验八 齿轮齿廓范成实验 3 实验九 回转构件的静平衡 4 实验十 回转构件的动平衡实验 6 实验十一 带传动实验 7 实验十二 齿轮传动效率实验 0 实验十三 减速器拆装实验 - 32 附录 30 型万能材料试验机 3 3实验一 拉伸实验 一、目的 1、 测定低碳钢的屈服极限 s 强度极限 b，延伸率 和面积收缩率 。 2、 测定铸铁的强度极限 b。 3、 比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性能的特点 。 二 、设备 1、万能材料试验机。 2、游标卡尺。 三、原理及装置 1、试件：材料的机械性质 s、 b， 和是由拉伸试验来确定的，为此首先介绍拉伸试件的形状、尺寸。 试件可以加工成矩形截面和圆形截面两种。圆形截面如图 3 - 1 所示。试件中段用于测量拉伸变形，其长度 为“标距”。两端较粗的部分用来装入试验机的夹头传递拉力。试件两端的形状和尺寸，可视试验机的夹头而定，圆形、阶梯形、螺纹均为经常采用的形式，不论什么形状，其两头粗的部分和中间细的部分之间圆弧过渡要加工合理，且中间细的部分的长度要比“标距”略长一些。由于 试件的形状和尺寸对试验结果具有一定的影响，故应该有一个统一的规定，金属拉力试验法（ 76 ） 就是我国的标准，这是加工拉力试件的依据。 图 2 - 1 实 件 形 状 图2 、 试验时，利用试验机的自动绘图器，可绘出低碳钢的拉伸图（图 3 - 2 ） 和铸铁的拉伸图（图 3 - 3 ）。不论那种材料的拉伸图，横坐标所表示的拉伸变形 L 包括了几个方面的变形。首先是试件标距部分和两端夹持部分的变形，然后是机器本身的弹性变形和试件在夹头中的滑动。尤其是试件开始受力时，两端在夹头中的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段 是曲线。对于低碳钢拉伸图所言，屈服阶段（ B - C ） 常呈锯齿形，上屈服点比较稳定，故工程上均以 B 点对应的载荷作为材料屈服时的载荷 确定屈服载荷 须注意观察读数表盘上测力的转动情况，一般规定测力指针回转后所指示的最小载荷为屈服载荷 3 、 变形与断裂：试件拉伸达到最大载荷 前，在标距范围内的变形是均匀的，从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面迅速减小，继续拉伸，所需要的载荷也随之变小，直至 E 点断裂为止，试件断裂后的左右两个面各成凹凸状态。最初在对试件加载时测力指针随载荷的增加向前转动， 同时它又推动从动指针前进，当到达最大载荷 测力指针（又称为主动指针）开始后退，而从动指针则停留在最大载荷的刻度线上，帮助我们记忆最大载荷 4C E L P L S L P L S L - 2 低碳钢拉伸图 图 2 - 3 铸铁拉伸图 4 、铸铁的受力破坏：铸铁试件在承受拉力时变形很小，达到最大载荷时突然断裂破坏，没有屈服阶段和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。 四、低碳钢试件的试验步骤 1 、 试件：用游标卡尺量取试件“标距”两端和中间部分这三个截面的直径，切 记在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各量一次取其平均值，所测量的三个平均值中用最小的值计算截面积 A ， 三位有效数字。为了观察“标距”范围内伸长的变化情况，用划线机每隔 10一根圆周线，将标距长度分为十格。 2、 试验机：由低碳钢的强度极限 o，估记最大载荷，并由此值选择合适的测力度盘。然后依照调整机器零点的三个步骤调准“零”点，并使从动指针靠拢。同时装好自动绘图仪上的纸和笔。 3、 装与检查：先将试件安装在上夹头内，再移动下夹头（对 来讲，开动升降电机，使活动台上下移动，依次调整 上下夹头之间的距离），使上下夹头能适当装入试件，然后把下夹头夹紧。试件安装就绪后，开动试验机，预加载荷（预加载荷对应的应力不能超过低碳钢的比例极限），再卸载回“零”点，以检查试验机是否工作正常。 4、 试验：开动试验机使之缓慢匀速加载，在加载过程中要注意观察测力指针的转动，自动绘图器的情况和相应的试件变化现象。当指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷 件断裂后停车，由从动指针读出最大载荷 验完毕后取下断裂后的两截试件，在断口处对齐并尽量靠近，用游标卡尺测量拉断后的标距长 量两断口处的直 径 在每一断口处沿相互垂直位置测量两次，取其平均值，最后取两个平均值中的小者，计算横截面 五、铸铁试件的试验步骤 1、 试件：用游标卡尺测量试件中间截面两个相互垂直方向的直径，取其平均值，计算截面 2、 试验机（同前）。 3、 安装与检查（同前）。 4、 开动机器，使自动绘图器工作，直至试件拉伸断裂为止。停车、记录最大载荷 下试件和绘好的拉伸曲线图，将试验机复原。 六 、 记录表格 记录表格可自行设计，下面的格式仅供参考，把试验数据用表格记录下来。 5表 2 直径 0d （ 最小横截面0 截面 截面 截面 材料 标距 0L 平均 平均 平均 低碳钢 铸铁 表 2 料 屈服载荷 最大载荷 0P （ 表 2后处直径 1d （ 断后标距长度 1L （ （ 1） （ 2） 平 均 断后处最小横截面 1A （ 2 七、试验结果的处理 1、 根据屈服载荷 最大载荷 算屈服极限 s 和强度极限 b。 2、 根据试件前、后、标距长度及横截面积计算延伸率 和面积收缩率。 s = b 低碳 = b 铸铁 = = %100001 = %10000 八、思考题 比较低碳钢和铸铁拉伸时的机械性质。 实验二 弹性模量 E 的测定 一、实验目的： 1、 观察在比例极限以内，力和变形的正比关系。验证弹性变形正比定律。 2、 测定低碳钢 弹性模量 E。 3、 学会使用蝶式引伸仪。 二、设备 1、 万能材料试验机 2、 蝶式引伸仪 3、原理 测定钢材的弹性模量时，一般采用在比例极限内的拉伸试验。已知虎克定律的关系 6式为： 为了验证力和变形的线性关系，一般均采用增量法逐级加载，也就是分几次来逐级加载，而不是一次就将载荷加至最终数值。如各次增加相同的拉力 应的引伸仪测出的伸深长增加深也大致相等，这样就验证了虎克定律的正确性。 设试件截面面积为 伸仪标距为 各次长度增加量的平均值为，则由虎克定律的关系式即可计算出弹性模量： 试验时为了夹牢试件和消除试件与机构之间的空隙，必须加一定的“初载荷”。并且开始时引伸仪机构间也存在有空 隙，同时其刀刃往往在试件表面上有微小的滑动。这些都会影响读数的准确性，所以应将引伸仪放好后再加初载荷。小于初载荷的数据不与考虑，自初载荷始逐级加载，测量其伸长。 在实验前要拟定“加载方案”，拟定加载方案时一般根据以下几点来考虑： 1、 由于在此例极限内进行试验，故最终应力值不能超过比例极限，但也不宜低于它的一半。 2、 最终载荷值要与试验机测力范围相适应。 3、 最终变形要与仪器量程相适应。 4、 至少应有 5 6 级加载，第一级可作为初载荷，每级加载要使仪器的刻度值有明显的变化。 三、蝶式引伸仪的使用 1、 结构及原理 蝶式引伸仪主要由三 部分组成：感受变形部分、传递部分、指示部分。 感受变形部分 主要由一对上刀口和下刀口组成，并直接与试棒接触。上刀口可在标杆中上下移动，在选择位置上固定，下刀口可绕自身转动 ,上下刀口之间的纵向距离就是试件的标准长度，横向距离就是试件的直径变化范围，上下刀口横向移动是通过套在导杆内弹簧在导向套内的移动实现。 传递部分 把变形传递到量表是通过装在左、右主体内的两活动下刀口来实现的，活动下刀口的一端是 60尖角，另一端设有一顶尖。他们分别被支承在旋入左、右主体的螺轴锥尖上，形成一等臂杠杆。引伸仪工作时，传递部分 的任务是将试件标距范围内的变形量传递到配用表上，通过指针的转动直观反映出来。 指示部分 引伸仪配用两只量表。可按不同的精度要求选用分度为 的千分表。 由图上可以看出，当蝶式引伸仪上下刀口紧卡在试件上时，由试件受力所产生的轴向位移，使活动下刀口绕中点转动，由于杠杆比为 1： 1，使量表直接反映出轴向位移数值来。 7 下 刀 口试 件定 位 螺 栓底 板右 主 体量 表加 紧 夹上 刀 口左 主 体碟式引伸仪结构简图 2、 操作步骤 根据使用和实际需要，决定标距和选用量表。 刀口的位置，使上下刀口距离等于标距 值。 、松开紧固螺钉调整量表位置，使上下刀口底面与板上定位螺钉接触，顶尖与量表测量杆平面接触，测量拉伸变形时，量表起始位置应在指针正向行程 以上，然后固定好量表，转动量表圈罩使指针指“ 0”。注意，紧固量表时，要保证量表测量杆能上下活动自如不被卡住，如系重复使用，则不需要每次实验都要调整量表位置。 手握蝶式引伸仪，压缩弹簧，使两刀口分开，夹持在试件上如果夹力不够，可调整连接板簧帽。 如增加上刀口夹紧力时，需要在标杆上使用夹紧架，其位置应尽量靠近上刀口处，夹紧力也可以通过簧帽调整。 试件在 标距范围内的伸长量取两表数值的平均值进行计算（试件读数常会不一致，但相差不太大，如相差太大则应检查引伸仪安装是否合适。 3、注意事项： 引伸仪系精密仪器，使用时必须小心，轻拿轻放。 引伸仪的下刀口是两锥体支撑，出厂时已调好，不得随便调整。 安装时，要轻轻夹持在试件上，以防刀口崩口，影响使用。 引伸仪在被测试件的变形超过最大量程时，必须卸下停止使用，以免损坏仪器。 当使用螺帽调整夹紧力时，使用后必须把螺帽退回原始位置。 四、实验步骤 1、测量试件截面尺寸，计算截面面积，拟订加载方案。在标距 长度范围内，测量试件两端及中间三个截面的直径，取三处平均直径 d 计算截面面积 2、准备试验机 、复习试验机操作规程 、根据最终载荷的大小，选择测力度盘和相应的摆锤，调整指针，对准零点。 83、安装试件和引伸仪 、将试件安装在试验机夹头上。 、了解引伸仪的操作规程，小心正确的安装引伸仪使其刀刃位于试件对称平面内，调整千分表罩圈指“零”。 4、进行试验 用慢速逐渐加载至初载荷，记下引伸仪的 读数，缓慢的逐次等量加载。每增加一次载荷，记录一次引伸仪读数，随时估算引伸仪先后两次读数值的差值，借以判断工作是 否正确，继续加载至最终数值为止。 可再卸载至初载荷以内，轮换操作重复进行以上试验。 5、结束工作 、轻轻取下引伸仪，放入仪器盒中。卸载后、取出试件。 、请教师检查实验记录 。 、将试验机一切机构复原，清理设备。 五、实验结果整理 1、 试件尺寸 = = = 2数据计算： ） 平均平均 21(21 =d 实验记录 载 荷 引伸仪读数 单位 310量 表 量 表 总载荷 增量)( 读数 1A 增量 1A 读数 2A 增量 2A 六、思考题： 1、用逐级加载法求出弹性模量 E 与一次加载到最终值所求出弹性摸量是否相同？ 2、为什么测定弹性模量时截面面积取三处的平均值，而在拉伸实验时截面面积取试件三处之中最小值？ 实验三 扭转实验 一、 扭转试验机 9试验机采用直流电动机无级调速机械传动加载，可以正反两个方向施加扭矩进行扭转试验，用电子自动平衡随动系统测取扭 转。最大载荷扭矩是 100 mK g ，有四个测力度盘，分别是： 010 mK g 、 020 、 050 、 0100 ；扭转速度为 个范围；试件最长可达 650 构造原理 ：本试验机由加载机构，测力针、自动绘图器组成。加载机构由 6 个滚球轴承支持在机座的导轨上，它可以左右自由滑动，加载时，由直流电机带动减速箱减速，夹头转动对试件施加扭矩，转速由电表指出。在测力计内有杠杆测力系统，通过刻度盘指出试件所受扭矩的大小。自动绘图器由绘图笔和滚筒等组成，绘图笔的移动量表示扭转的大小，绘图滚筒的转动表示试件加力端夹头的绝对转角，其转动量正比于试件的转角。 二、操作步骤 1、检查试验机夹头的形式是否与试件相配合，将速度范围置于 0 360 ，调速电位器置于零位。 2、根据所需最大扭转的转动量程选择旋扭，选取相应的测力度盘，按下电源开关接通电源，转动调零旋扭，使指针对准零点。 3、装好自动 绘图器的笔和纸，挂好传动齿轮，打开绘图开关。 4、安装试件，先将试件的一端插入夹头，调整加载机构作水平移动，使试件另一端插入夹头，然后夹紧。 5、加载，按下加载开关，逐级增加调速电位器的刻度值，操纵直流电动机转动，对试件施加扭矩。 6、实验完毕、停车，取下试件，将机器复原并清理现场。 三、注意事项： 1、施加扭矩后，禁止再 转动量旋钮。 2、使用 V 型夹板夹持试件时，必须尽量夹紧，以免实验过程中试件打滑。 3、机器运转时，操作者不得擅自离开，听见异声或发生任何故障应立即停车。 扭转杆是基本变形之一，而扭转试验是测金属材料机械性能的一个基本实验。 扭转试件的中间工作部分应做成薄壁管为最理想，可以得到近似均匀分布的纯剪切，但因加工精度成本高而采用实心圆或截面，根据 属扭转试验的标准件为圆形截面，标距部分直径 d= 10距长 000 = ，亦可采用 00 = 的短试件。 扭转试验时，试件内一点处于纯剪切应力状态，横截面上的剪应力值等于 45斜截面上的主应力值，其一为拉应力 =1s ，另一为压应力 =2s ，这样，扭转试验时，破坏形式能表达出金属材料是正应力拉断还是切应力剪断。 四、扭转实验的目的 1、 观察低碳钢，铸铁材料的扭转变形和破坏现象。 2、 测定低碳钢的扭转变形屈服极限 扭转强度极限 及铸铁的扭转强度极限 五、原理 10塑性材料的 的扭转图（ 图所示。如低碳钢扭转时具有可分辨的屈服台阶，相应于该处的扭转剪应力值称之为扭转屈服点或扭转屈服极限，以 示，在屈服台阶的起始 A 点，对应于横截面上周边最大剪应力刚达到材料的剪切屈服点，由于剪应力达到屈服点的材料逐步向心伸展，而反映在 到 B 点趋于平坦同时也进入屈服阶段的末期，以 B 点扭距值 定为 0M 按全截面理论屈服，屈服点的近似计算式为： t 式中 163p= 是试件抗扭距截面模量，在继续扭转变形时材料进一步强化，达到 时，试件开始被剪断相应于 C 点的最大扭矩为 M 与类似，得强度极限的计算式。 MM bM 图 t 低碳钢试件受扭破坏时，断口与横截面一致且较平整，是剪切破坏形式；铸铁试件的扭转图（ T）如图所示，在很小的扭角下试件就会断裂，相应于断裂时的最大扭转 T，强度极限的计算公式为： M=t 式中 试件的抗扭矩截面模量。 铸铁试件受扭破坏的断口是在 向呈旋转面，该截面即为最大主应力 1s 所在， 11因而是拉断破坏形式，比较这两种材料的断口，可以得出这样的结果：低碳钢抗拉能力大于抗剪能力，而铸铁抗剪能力大于抗拉能力。 六、方法及步骤 1、测量试件直径（与拉伸试验同）； 2、将试件一端装于试验机与摆锤相连的夹头中，调整示力盘至零点； 3、夹紧另一端，调好自动绘图装置，开始对试件逐渐均匀地施加扭转外力偶距，读下屈服点负荷，然后点动，直至试件破坏为止，记下最大负荷。 将机器恢复原位，并把工具、试件放回原 处。 七、实验记录及计算结果 项目材料 直径d0(抗扭模量Wp(m ) 屈服扭矩 ) 屈服应力 )( 2破坏扭距 )( b 破坏应力 )( 2破坏后截面形状图 低碳钢 铸铁 八、思考题 根据低碳钢和铸铁的拉伸、压缩和扭转三种试验结果，分析总结两种材料的力学机械性质。 实验四 弯曲实验 一、实验目的 1、 了解电测技术 ，练习静态电阻应仪的接线、平衡、测读。 2、 测定纯弯曲时截面的应力分布规律，验证纯弯曲正应力公式。 二、实验设备 1、纯弯曲梁实验器 2、静态电阻应变仪 三、试件 在欲测梁试件的纯弯曲段上贴有五个测量电阻片，见图示 5 把五个电阻片从上到下，依次编号为，也就是说在中性轴上贴的哪一片号码为。 12 、原理 梁受弯曲时中截面上各点的弯曲正应力的理论值为： = = =0 = =式中： 中截面对中性轴 Z 的抗弯截面模量； 中截面对中性轴 Z 的惯性矩。 现在电测法测量跨中截面、五个点的应力，加载过程中用电阻应变仪测出其应变 、 、 、 、 由单向应力的弹性变形定律算出截面上各点的应力。 = = = = = 式中 E 钢梁的弹性模量 ,可取 E=210 10 9 N/； 将测出的应力与理论计算值相比较。 五、实验步骤 131、 预习静态电阻应变仪与调平衡箱的使用说明； 2、 将已帖好的测量片和补偿片的引出导线接在预调平衡箱接线柱上 ,按电阻应变仪多点测量时的实验步骤做好测量前的准备工作； 3、 加载至最大载荷 ,然后卸载 ,检查应变仪是否处于正常状态； 4、 正式测量 ,逐级加法码 ,在应变仪上分别读出五个点的应变大小并记录、卸载； 5、 使仪器恢复到正常状态。 六、注意事项 1、试验时必须 要遵守应变仪的操作规程和使用注意事项； 2、加载时要缓慢； 3、试验前准备好一份本次实验的记录表格 ,在实验过程中填数据。 七、实验结果整理 1、试件数据 00 =200=30 b=8弹性模量 E=106 / 2 抗弯曲截面模量 WZ= 惯性矩 JZ=2 2、实验记录 载荷 (N) 应变读数 单位 :格 (10增量片 增量片 增量片 增量片 增量片 载荷读数 P 载荷增量 p 读数A 增量 A 读数B 增量 B 读数C 增量 C 读数D 增量 D 读数E 增量 E P 平均 = A 平均 = B 平均 = C 平均 = D平均 = E 平均 = 3、 数据计算 实验结果： 增量片 = A = = = 增量片 = B = 14 = = 增量片 = C = = = 增量片 = D = = = 增量片 = E = = = 理论计算值： 截面弯距 = 21 点的应力 =s 点的应力 =点的应力 =s 点的应力 =s 点的应力 =s 比较实验结果和理论计算值： 测点编号 理论值理 实验值实 误差百分数 （ 理 实 ） / 理 100% 15附： 电阻应变仪工作原理与结构 一、 工作原理 态电阻应变仪的原理方框图，如图所示 5信 号 发 生 器稳 压 电 源A / D Z 转 换 器检 波 解 条电 桥 盒 放 大 器数 码 显 示被 测 信 号 2 2 0 v 5 0 H 25 型电阻应变仪原理图 1、 应变测量 将电阻应变仪片贴在试件上，当试件受外力作 用产生变形时，应变产生相应变形，其阻值也随之变化。在一定范围内，其电阻相对变化量 R/R 与试件长度变化量成线性关系，即： = .（ 1） 式中 K 为电阻应变仪片灵敏系数。 由（ 1） 可知，为了测得应变，只需求出 R 即可。为此，我们通常将电阻应变片（或电阻应变片和精密线绕电阻）组成测量电桥。如图 5示。 E R 1 R 4 3U 图 5电桥原理图 16其中： E 为供桥电压， U 为输出电压。根据电桥理论： )()(43214231= 当电桥中的测量变片产生增量 R 时， = 4321 电桥的输出电压： +=+= . = 由上可知，对电压 U 进行测量，即可求得应变值。 2、 仪器结构： 前面板示意如图 5面板示意如图 5 4 6 8 2 3灵 感 系 统基 零 测 量 电 压 平 衡开 关 粗 细 基 零 平 衡Y J - 2 5 图 525 静态电阻应变议前面板 标 定电 桥 盒 转 换 器灵 敏 度预 调 箱出 厂 编 号 制 造 日 期电 源 2 2 0 图 525 静态电阻应变议后面板 二、使用方法 171、本仪器在下列条件下可以使用： （ 1）环境温度 0+40，温度变化速率不大于 1 相对湿度在 80%以下。 （ 2）周围无腐蚀性气体及强磁场干扰。 （ 3）电源电压：交流 50 20V。 （ 4）仪器预热时间为半小时，连续工作时间 4 小时。 2、准备工作： （ 1）测量片和温度补偿片的阻值应尽量选用一致，这样便于平衡。补偿片应贴在与试件相同的材料上， 与测量片保持同样的温度，应变片对地绝缘电阻应为 500 M 以上。测量片和补偿片不受强光曝晒，高温辐射和空气剧烈流动的影响。 （ 2）测量片和补偿片上所用的连接导线长度的线径相同。导线对地绝缘电阻应为500 M 以上。测量片和补偿片导线最好采用屏蔽电缆，测量时导线不能移动。 （ 3）根据实际情况，选择不同测量方式。 全桥测量：分别取下 1 和 5、 3 和 7、。 4 和 8 之间的连接片。在桥盒外接上二只塑料壳密封的双精密无感线绕电阻，阻值 120 2，仪器桥盒接线法如图 5 51 2 3 46 7 8R 5R 6R 1 R 2R 3 R 4图 5 全桥测量图 多点测量可接 25 型预调平衡箱，将预调平衡箱连接线插头，插入仪器的插座上，后面板上的开关打到预调箱挡，使用方法参照 25 型预调平衡箱说明。 3、仪器的使用 （ 1）接通电源，按下电源开关。 （ 2）按下 “基零“开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为 0000。 （ 3）再按上“测量” 开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为 0000，这时，将“粗”“细“开关应置于”细“，若调零无法调到 0000 时，则 按下”粗“。 （ 4）调整灵敏系数盘，使指示 K 值指于“ 18（ 5）将后面板开关打置“标定“挡，调节”灵敏度“电位器，使指定值显示为 ：必须使用电桥盒）。然后打置“电桥盒” 挡。 （ 6）反复几次调平衡（零点）和标定值读数（ 。 （ 7）测量过程中，为了提高测试精度，若测试条件允许，每个一段时间核对一下平衡和标定值读数（在无载荷的情况下）。 （ 8）再次按下“测量”开关，仪器即可开始测量。 （ 9）使用不同灵敏系数应变片，将灵敏系数盘的 刻度值调到相同的数值上。 4、非线性误差的修正 单片测量时，应变值 2000时，其电桥的理论误差已超过本仪器 测量精度，此时可根据式（ 2）计算并修正。 实验五 疲劳实验 一、目的： 1、 了解纯弯曲疲劳试验机。 2、 介绍测定金属材料持久极限的方法。 二、设备： 1、纯弯曲式疲劳试验机 试验机的构造示意图如图（ a）所示，试件 4 的两端加紧在两个滚筒 2 内，滚筒 2卧杆置于两个滚珠轴承 1 上，两个滚筒与试件连成一个整体，利于电动机 7 通过弹性联轴器 5 使这个连接起来的体系转动。 1 2 3 4 3 2 1 6 7M M a x( a )( b ) 通过拉杆 9 将横杆 10 挂在滚珠轴承 3 上，横杆中央装有砝码盘 11，可放置砝码 12，滚珠轴承 3 套在滚筒 2 上，这样试件将发生纯弯曲。在砝码盘放置一数值砝码。试件截面上最大应力为 = 为定值（图 b），使机器转动至试件断裂，滚筒 2 立即下垂，压住自动停车电钮 8，使电动机停止转动。机器工作时运转次数（即应力重复次数）可 19由转数计数器 6 读出（须将读数放大 100 倍）。 我们用若干圆形截面的试件做实验，使它在旋转时受到纯弯曲（即对称循环）。试件在旋转一周时，其截面上除圆心外，任意一点处的弯曲正应力都经历了从 最大拉应力到最大压应力，再回到最大拉应力，这样一个应力循环，若以拉应力为正，压应力为负，则最大拉应力为应力循环的最大应力 最大压应力为应力循环中的最大应力 在这里 - 对称循环的交变应力下，应力变化的程度最厉害，故材料在对称循环的交变应力下的耐疲劳比在非对称循环的交变应力下的耐疲劳强度低，所以通常都以对称循环的交变应力下的耐疲劳作为材料交变应力下的强度指标。 2、疲劳极限的测定 一般疲劳试验需要 6尺寸相同的一组按 规定加工成的标准试件，要求表面粗糙度 R m，将这一组试件编号，先取第一号试件放在疲劳试验机上，施加在试件上的负荷是恒定的。在实验过程中试件不断的旋转，因而试件表面任一点处的应力都在最大和最小弯曲应力值之间周而复始的变化。 在对称循环下进行试验，依次改变每根试件循环应力的最大值 为了减少试验次数，对于钢材来说，使第一根试件的循环应力的最大值均等于其强度极限的 60%，该应力是超过持久极限的，故经过一定次数的循环，试件即行断裂，记录试件断裂时的循环次数，然后进行第二根试件的试验，使它的应力比 第一根试件的应力减少2 4 2g ,同样循环至破坏为止。 对其余试件，依次类推地进行试验，以求得与各个应力对应的破坏循环次数。（记下载荷和由试验机的自动记录器上读出的试件断前所受的应力循环次数，简称寿命“ 。 试验指出，对于钢材试件，若在一定应力作用下经 107 次（有色金属 107 108）循环后不破坏时，即可认为该试件在 此应力作用下继续循环也不会破坏，现在假定第六根试件在应力 6 的应力 7 作用下，经 10 7 次循环没有断裂，而第七根试件在小于 6 的应力 7 作用下，经 10 7 次循环没有断裂，那么，必须再取第八根试件，使它的应力等于 6 和 7 的平均值 8 ；若试件在 8 的作用 下，经 107 次循环仍没有断裂，而 8 与 6 相差不大于 1 2g ,试验即可停止， 8 就相当于材料的持久极限；若试件在应力 8 作用下，发生断裂，而 8 与 7 相差不大于 1 2g ，试件也可停止， 7 就相当于材料的持久极限。 疲劳试验的结果常常用图形来表示，以应力 坏循环次数 N 的对数 横坐标，根据所得实验数据作图，水平 直线的纵坐标即为材料的持久极限。 本次试验所需时间太长，故一般只能做表演试验。 实验 六 机构测绘 一 、实验目的 1 、学会根据各种机械实物或模型，绘制机构简图。 2 、分析和验证机构自由度；掌握正确的自由度计算方法。 二 、设备和工具 201 、各类典型机械的模型。 2 、钢皮尺、卡尺、量角器等 ( 根据需要选用 ) 。 3 、三角板、铅笔、橡皮、草稿纸等 ( 自备 ) 。 三 、原理和方法 1 、原理 机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关。因此，在绘制机构运动简图时，可以撇 开机构的形状和运动副的具体结构，而用一些简单的、规定的符号来代替构件和运动副。并按一定比例作出机构简图。以此表示机构的运动特性。表 1 - 1 为常用符号示例。 2 、方法 (1) 测绘时，使被测绘的机构缓慢地运动。从原动构件开始详细观察机构的运动。分清各个运动单元。从而确定组成机构的构件数目。 (2) 确定各个运动副的种类。 表 1 - 1 名 称 型 号低副高副构件运动副移动副螺旋副凸轮副齿轮副机架活动构件可根据相互连接构件间的接触情况及相对运动特点来确定各运动副的种类。 (3) 绘制机构示意草图 机构结构简图。 在草图上徒手按规定 的符号及构件的连接次序。从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字 l 、 2 、 3 分别标注构件。用英文字母 A 、 B 、 C 、 D 分别标注回 21转副。 (4) 绘制正规的机构运动简图。 仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副导路的方向等。标记在草图上，然后选定原动件一个位置。并按一定的比例尺画出正式的机构运动简图。 比例尺 L = ( )( )四 、要求 l 、对指定的几种机器或机构模型绘制机构运动简图。至少有一种需按比例尺绘制。其余可凭目测，使图与实物大致成比 例。 ( 不按比例绘制简图称为机构示意图 ) 2 、计算机构自由度，并将结果与实际机构的自由度相对照。观察计算结果与实际是否相符合。 五、 思考题 1 、机构运动简图有哪些用途 ? 2 、一个“正确的机构运动简图”应能说明什么内容 ? 3 、为什么在绘制机构运动简图时，原动件可以任意选定位置 ? 会不会影响简图正确性 ? 4 、当机构的自由度大于或小于主动件数时，将出现什么情况 ? 实验七 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定 一、 实验目的 l 、掌握应用公法线千分尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法 。 2 、通过测量和计算，熟练掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系和渐开线性质的知识。 二 、设备及工具 l 、齿轮一对。 2 、游标卡尺（ 0 150一把或公法线千分尺 (0 2 5 2 5 5 0 50 75一把 ) 。 3 、计算工具及渐开线函数表自备。 三、 原理和方法 单个渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数 Z 、模数 m ，齿顶高系数 h a *，顶隙系数 C *分度圆压力角，变位系数 x ，齿顶高降低系数。 一对渐开 线直齿圆柱齿轮啮合的基本参数有：啮合角，中心距 a ，分度圆分离数 y 。 1 、确定齿轮的模数 m 和压力角。 标准直齿圆柱齿轮公法线长度计算如下：如图 7 1 所示。 22dd fp b p b S b p W K + 1图 7 - 1 若卡尺跨 K 个齿，其公法线长度为： W K =(K 1)P b +S b 同理，若卡尺跨 K 十 1 个齿，其公法线长度则应为： W K+1 =KP b +S b 所以 W k+1 - W K =P b (1) 又因 P b = = 所以 m= K +1 = (2) 式中 P b 为齿轮基圆周节，它由测量得到 W k+l 和 W k 代入 (l) 求得。可能是 l 5 和 20 代入 (2) 式算出两个模数。取其模数最接近标准的一组 m和 a ，即为所求的模数和压力角。 为了使卡尺的两个脚能保证与齿廓的渐开线部分相切，所需的跨齿数 K 按下式计算圆整确定。 K ( 180)Z 十 (3) 也可查机械零件手册确定。 2 、确定齿轮的变位系数 X 。 S b = ( /2+ )+2 X= a ）（ + (4) 其中 S b =W k+1 - KP b (5) (5) 代入 (4) 即可求得变位系数 X 。 3 、确定齿顶高系数 h a * 和顶隙系数 C * 。 (1) 齿根圆测量 当齿数为偶数时，可以直接用游标卡尺测量相对齿槽的距离，则此距离为齿根圆 d f 23当齿数为奇数时，先测得齿轮内孔孔径 d k ，再测量出孔径边沿到齿槽的距离 M ，由下式计算所得齿根圆 d f 。如图 7 - 2 。 d f =d k +2 M r fd k 1 d - 2 图 7 - 3 （ 2 ）确定齿顶高系数 和顶隙系 数 C * h f = （ d f ） /2 （ 6 ） 又因 h f =m （ + C * - X ） （ 7 ） 其中 h f 为测量 d f 后计算所得。 h =1 和 C *= = C *=别计算出的两个值。比较 h f 和 h 看用 =1 、 C *= = C *=算所得 h f 与 h f 那一个相接近，则 、 C *为那一组值。 4 、 确定一对互相啮合齿轮的啮合角 和中心距 a a = （ 8 ） 其中 a 为实际中心距， 为啮合角， a 为标准齿轮的标准中心距 a= 21 m （ Z 1+Z 2 ），为标准压力角 （ 15 或 20 ）。 若让一对齿轮作无侧隙啮合， a 可以直接测量 m 值及孔径 d d 到（如图 7 - 3 ）。 a =B+ 21 （ 则啮合角 可由公式（ 8）求得。 245、分度圆分离系数 y 和齿顶高缩短系数 y= )11 + aa （ 9） 也可以通过公式 a 得。 将 y 带入公式 =x1+得齿顶高缩短系数。 四 、实验步骤 1、 数出被测齿轮的齿数 z； 2、 根据公式（ 3）计算出跨齿数 k； 3、 用卡尺测量 、 、 B、 M，读数精确至 意每个尺寸应测量三次，算出算术平均值。并填写实验报告册。 4、 根据所测得实验数据计算被测齿轮各参数，填入实验报告册。 五 、思考题 1、 分析计算所得的齿轮各参数，确定该对齿轮能否互相啮合，若能，判断其传动类型？ 2、 测量齿轮公法线长度是根据渐开线的什么性质？ 实验八 齿轮齿廓范成实 验 一 、实验目的 1、掌握用范成法加工齿轮渐开线齿轮的基本原理； 2、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法； 3、 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。 二 、设备及工具 1、 齿轮范成仪； 2、 绘图纸（ 3 号一张），圆规、三角尺、小剪刀、铅笔等。 三 、原理和方法 范成法也称展成法或包络线法，是目前齿轮加工中应用最普遍的方法。范成法的基本原理是各种齿轮传动中，一个齿轮轮齿的齿廓是与其相啮合的齿轮齿廓互为包络线。因此，如把其中齿轮 1 做成加工轮坯 2 的刀具，又使刀具 1、轮坯 2 的运动分别与齿轮传动中齿轮 1、 2 的运动相 同（通过调整切齿机床的传动系统，使 1/ 2=1），就可在轮坯 2 上切出所需的齿廓。改变刀具与轮坯的传动比，就可以用同一模数，同一压力角的刀具加工出不同齿数的齿轮。 为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯，在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯相对滚时，刀刃在图纸上所印出各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。通常采用齿轮范成仪来再现上述加工中刀刃在相对轮坯每个位置形成的包络线。 本实验中采用仪器简图如图 8盘圆周上有钢丝槽，槽中有两根钢丝，钢丝一端固定在拖板上，另一端固定在圆盘上， 反向绕成。齿条刀具用碟形螺母固定于拖板上，当推动拖板移动时，由钢丝带动圆盘旋转，从而切制出齿轮轮齿。 25 345图 8 刀盘 2 齿条刀具 3 螺母 4 托板 5 机架 仪器参数 m=10 =20， ， C*= 被加工齿轮分度圆直径 d=200X= =0 四、步骤和要求 1、 根据已知刀具参数和被加工齿轮的分度圆直径，计算被加工齿轮的基圆，标准 齿轮顶圆，齿根圆，变位齿轮齿顶圆，齿根圆。 2、上述计算所得正变位 齿轮齿顶圆直径在 3 号图纸上画一个圆，（圆边留 3 右）剪成圆片。然后分成 120三等份，在三等份上分别画出标准齿轮，正变位齿轮和负变位齿轮的顶圆、根圆、分度圆、基圆。此纸片作为实验用的“轮坯”。 3、把“轮坯”的圆心和仪器中心对准后，安装在仪器上。 4、调节刀具中线，使其与被加工齿轮分度圆相切。刀具处于切制标准齿轮的安装位置上。 5、“切制”时，先把刀具移向一端，使刀具齿廓退出轮坯中标准齿轮的齿顶圆。然后每当刀具向另一端移动 2离时，描下刀刃在图纸“轮坯”上形状，直到形成两个完整的齿轮为止。此时 应注意“轮坯”上形状，直到形成两个完整的轮齿为止。此时应注意轮坯上轮齿形成的过程。 6、重新装图纸轮坯在另一个 120范围内，调整刀具使正变位即刀具齿顶线对准被加工齿轮齿根圆。重复做一次，同理再转动图纸轮坯在剩下的 120范围内，调整到负变位，重复再做一遍。 7、观察“切制”出三种齿轮轮齿，是否有根切现象。比较三者齿形特点。 五、思考题 1、 录得到的标准齿轮轮齿和变位齿轮齿廓形状是否相同，为什么？ 2、 通过实验，你所观察到的根切现象发生在基圆以内，还是以外，是由什么原因引起的？应如何避免产生？ 3、 三种齿轮轮齿有何特点 ？ 实验九 回转构件的静平衡 一 、实验目的 261、 巩固回转构件静平衡的基本概念； 2、 掌握一种常用的回转构件静平衡实验法。 二 、设备及工具 1、