1、机械原理和机械设计机械原理与机械设计实验指导和实验报告内蒙古工业大学机械学院机械设计实验室实验九 螺栓联接综合实验一、实验目的现在各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。本实验通过对螺栓的受力进行测试和分析要求达到下述目的。1、了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。2、计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。3、验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。4、通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。二、实验项目LZS螺栓联接综合
2、实验台可进行下列实验项目：1、基本螺栓联接静动态实验。2、增加螺栓刚度的静动态实验。3、增加被联接件刚度的静动态实验。4、改用弹性垫片的静动态实验。三、实验设备及仪器该实验需LZS螺栓联接综合实验台一台， LSDA静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验设备及仪器。1、螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图 l 所示。l）联接部分包括 M16 空心螺栓、大螺母、垫片组组成。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，所受预紧拉力和扭矩。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。垫片组由刚性和弹性两种垫片组
3、成。2）被联接件部分由上板、下板和八角环组成，八角环上贴有应变片，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八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。3）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、电动机 2、蜗杆 3、凸轮 4、蜗轮 5、下板 6、扭力插座 7、锥塞 8、拉力插座 9、弹簧 10、空心螺杆 11、千分表 12、螺母 13、刚性垫片（弹性垫片） 14、八角环压力插座 15、八角环 16、挺杆压力插座 17、
4、 MS 螺杆 18、挺杆 19、手轮图1 螺栓联接实验台的结构与工作原理2、LSDA型静动态测量仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式。实验台各被测件的应变量用LSDA型静动态测量仪测量，通过标定或计算即可换算出各部分的大小。LSDA型静动态测量仪是利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪，应变测量的转换元件。应变片是用极细的金属电阻丝绕成或用金属箔片印刷腐蚀而成，用粘剂将应变片牢固的贴在被测物件上，当被测件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在被测件上的应变片也相应变化，应变片的电阻值也随着发生了R的变化，这样就把机械量转换成电量（电阻值）的变化。用灵敏的电阻测量仪电桥，测出电阻值
5、的变化R/R，就可换算出相应的应变，并可直接在测量仪的数码管读出应变值。通过A/D板该仪器可向计算机发送被测点应变值，供计算机处理。LZS螺栓联接综合实验台各测点均采用箔式电阻应变片，其阻值为120，灵敏系数 k=2.20，各测点均为两片应变片，按测量要求粘贴组成如图 2 所示半桥（即测量桥的两桥臂），图中A、B、C三点分别应为连接线中的三色细导线，其黄色线（即 B 点）为两应变片之公共点。、计算机专用多媒体软件及其他配套器具l）需要计算机的配置为带RS232口主板、128M内存、40G硬盘、Celeronl.3G的CPU、光驱48X、17 纯平显示器。2）实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺
6、栓静态联接实验和动态联接实验的数据结果处理、整理，并打印出所需的实测曲线和理论曲线图，待实验结束后进行分析。3）专用扭力扳手0200Nm一把，量程为01mm 的千分表两个。四、实验方法及步骤（以螺栓联接静态实验为例说明实验方法和步骤）（一）实验台及仪器预调与连接1）实验台：取出八角环上两锥塞，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
7、的插头将各点插座连接好，各测点的布置为：电机侧八角环的上方为螺栓拉力，下方为螺栓扭力。手轮侧八角环的上方为八角环压力，下方为挺杆压力。然后再将各测点输出线分别接于测量仪背面1、2、3、4各通道的A、B、C接线端子上，注意黄色线接B端子（中点）。3）计算机：用配套的串口数据线接仪器背面的9芯插座，另一头连接计算机上的RS232 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静态螺栓实验界面后，单击“空载调零”键后，对“应变测量值”框中数据清零，如串口数据线连接无误，则该输入框中，会有数据显示并跳动。4）调节静动态测量仪：通过测量仪上的选择开关，分别切换至各对应点，调节对应的“电阻平衡
8、”电位器，使数码管为“0”，进行测点的电阻平衡。（二）实验方法与步骤 1、螺栓联接的静态实验 l）用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为3040N时，取下扳手，完成螺栓预紧。2）进入静态螺栓界面，将附录表中给定的标定系数由键盘输入到相应的“参数给定”框中。将千分表测量的螺栓拉变形和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。 3）单击“预紧测试”键，对预紧的数据进行采集和处理。4）用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度，对螺栓轴向加载，加载高度16mm 。高度值可通过塞入中16mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。5）单击“
9、加载测试”键进行轴向加载的数据采集和处理。6）单击“实测曲线”键，做出螺栓联接对受力和变形的实测综合变形图。7）单击“理论曲线”键，做出螺栓联接的受力和变形的理论曲线图形。8）单击“打印”键，打印实测曲线图形和理论曲线图形。9）完成上述操作后，静态螺栓联接实验结束，单击“返回”键，可返回主界面。 2、螺栓联接动态实验1）螺栓联接的静态实验结束返回主界面后，单击“动态螺栓”键进入动态螺栓实验界面。 2）重复静态实验方法与步骤中的34步。3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态测试”键，使电动机运转 30 秒钟左右。进行动态加载工况的采集和处理。4）单击“测试曲线”键，做出工作载荷
10、变化时螺栓拉力和八角环压力变化实际波形图。5）单击“理论曲线”键，做出工作载荷变化时螺栓拉力和八角环压力及工作载荷变化的理论波形图。6）单击“打印”键，打印实测波形图和理论波形图。7）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。五、实验项目LZS螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目，每个实验项目都需对实验台进行调整和相应标定系数的输入工作：l、螺栓联接静动态实验：l）实验台要求：取出八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆，装上刚性垫片。2）标定系数：使用附录表中的空心螺栓项的给定数据。2、增加螺栓刚度的静动态实验：1）实验台要求：取出八角环上两锥塞，拧紧空心螺杆上的M8小螺杆，装上刚性垫片。2）
11、标出系数：使用附录表中实心螺栓给定数据。 3、增加被连接件刚度的静动态实验：l）实验台要求：插上八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆，装上刚性垫片。2）标定系数：使用附录表中的锥塞项给定的数据。4、改用弹性垫片的静动态实验：l）实验台要求：取出八角环上两锥塞，松开空心螺杆上的M8小螺杆，装上弹性垫片。2）标定系数：使用附录表中的弹性垫片项给定的数据。六、注意事项1、电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）。2、进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故，并可减少实验台振动和噪声。“螺栓联接综合实验”实验报告实验日期： 年 月 日班级
12、： 姓名： 指导教师： 绘制螺栓静态综合性能曲线思考题1、简述怎样改变螺栓的刚度及被联接件的刚度？2、怎样对实验螺栓施加静载荷？3、怎样对实验螺栓施加动载荷？ 实验十 带传动实验一、实验目的1、掌握PCB型皮带传动实验台工作原理和实验方法，学习其结构；2、掌握滑动曲线和效率曲线和绘制法；3、观察初拉力F0对传动能力的影响；4、利用计算机的人机交互性能，使学生可在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的动手能力。二、实验内容 1、带传动滑动曲线和效率曲线的自动测量绘制：使学生了解带传动的弹性滑动和打滑对传动效率的影响。2、带传动运动模拟：该实验装置配置的计算机软件，在输入实测主、
13、从动带轮的转数后，可清楚观察带传动的弹性滑动和打滑现象。3、通过实际测量的参数，绘制滑动曲线和效率曲线。三、实验步骤1、打开计算机，单击“皮带传动”图标，进入皮带传动的封面。单击左键，进入皮带传动实验说明界面。 2、在皮带传动实验说明界面下方单击“实验”键，进入皮带传动实验分析界面。 3、启动实验台的电动机，待皮带传动运转平稳后，可进行皮带传动实验。 4、在皮带传动实验分析界面下方单击“运动模拟”键，观察皮带传动的运动和弹性滑动及打滑现象。单击“稳定测试”键，稳定记录实时显示的皮带传动的实测结果。单击“实测曲线”键，显示皮带传动滑动曲线和效率曲线。 5、要打印皮带传动滑动曲线和效率曲线。在该界
14、面下方单击“打印”键，打印机自动打印出带传动滑动曲线和效率曲线。 6、实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。四、实验操作注意事项：1、通电前的准备A、面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最底）位置；B、加上一定的法码使皮带张紧；C、断开发电机所有负载。2、通电后，电动机和发电机转速显示的四位数码管亮。3、调节调速旋钮，使电动机和发电机有一定的转速，测速电路可同时测出它们的转速。“带传动”实验报告实验日期： 年 月 日班级： 姓名： 指导教师： 实验记录：序 号n1n2T1T2123456789101112131415161绘制效率、滑动率曲线初拉力为2公斤时测量曲线初拉力为3公斤时测量曲
15、线2讨论增大和减小初拉力的利弊实验十一 滑动轴承实验一、实验目的本实验台用于机械设计中液体动压滑动轴承实验，主要利用它来观察滑动轴承的结构，测量其径向油膜压力分布和轴向油膜压力分布，测定其摩擦特征曲线。二、实验台结构简介与工作原理 1、该实验台主要结构见下图所示：1操纵面板 2电机 3三角带 4轴向油压表接头 5螺旋加载杆6百分表测力计装置 7径向油压表（7只） 8传感器支承板9主轴 10主轴瓦 11主轴箱图1 滑动轴承试验台结构图2、结构特点 该试验台主轴9由两个高精度的单列向心球轴承支承。 直流电机2通过三角带3传动主轴9，主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的主轴瓦10，由装在底座里的
16、无级调速器实现主轴的无级变速，轴的转速由装在面板1上的左数码管直接读出。 主轴瓦外圆地被加载装置（未画）压住，旋转加载杆5即可对轴瓦加载，加载大小由负载传感器传出，由面板上右数码管显示。主轴瓦上装有测力杆，通过测力计装置可由百分表6读出摩擦力值。 主轴瓦前端装有7只测径向压力的油压表7，油的进口在轴瓦的处。 在轴瓦全长的处装有一个测轴向油压表的接头需要时可用内六角板手将堵油塞旋出，再装上备用的轴向油压表。 实验中如需拆下主轴瓦观察，需按下列步骤进行。a 旋出负载传感器电气扦头。b. 用内六角扳手将传感器支承板8上的两个内六角螺钉卸下，拿出传器支承板即可将主轴瓦卸下。三、主要技术参数 试验轴瓦
17、内直径d=70mm 有效长度B=125mm 光泽度7， 材料 ZQSn663 加载范围 0100kg 百分表精度 0.01 量程010mm 油压表精度2.5 量程00.6MPa 测力杆上测力点与轴承中心距离L=120mm 测力计标定值 k=2.0 电机功率355W 调速范围：3500rpm试验台重量：52kg 四、使用步骤1、开机前的准备：初次使用时，需仔细参阅本产品的说明书，特别是注意事项。A、用汽油将油箱清理干净，加入N68（40）机油至圆形油标中线。B、面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低）加载螺旋杆旋至与负载传感器脱离接触。2、通电后，面板上两组数码管亮（左转速，右负载），调节调零旋钮
18、使负载数码管清零。3、旋转调速旋钮使电机在100200转分运行。此时油膜指示灯应熄灭。稳定运行34分钟后。4、即可按实验指导书的要求操作。五、注意事项1、使用的机油必须通过过滤才能使用，使用过程中严禁灰尘及金属屑混入油内。2、由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，润滑油进入轴和轴瓦间隙后，不易流失，在做摩擦系数测定时，油压表的压力不易回零，为了使表迅速回零。需人为把轴瓦抬起，使油流出。3、所加负载不允许超过120kg，以免损坏负载传感器元件。4、机油牌号的选择可根据具体、环境、温度，在20#40#内选择。5、为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装有无油膜报警指示灯，正常工作时指示灯熄灭，严
19、禁在指示灯亮时主轴高速运转。滑动轴承实验指导书一、实验目的1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。2、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。3、观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。4、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。5、了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法。 二、实验台的构造与工作原理 实验台的构造如图3所示。 1、实验台的传动装置 由直流电动机1通过V带传动2驱动轴沿顺时针（面对实验台面板）方向转动，由无级调速器实现轴4的无级调速。本实验台轴的转速范围3500转分，轴的转速由数码管直接读出。1.直流电机 2.V带传动 3
20、.箱体 4.轴 5.轴瓦6.压力表 7.加载装置 8.弹簧片 9.测力计（百分表）图3 实验台结构原理图2、轴与轴瓦间的油膜压力测量装置 轴的材料为45号钢，经表面淬火、磨光，由滚动轴承支承在箱体3上，轴的下半部浸泡在润滑油中，本实验台采用的润滑油的牌号为N68（即旧牌号的40号机械油），该油在20时的动力粘度为0.34PaS。轴瓦的材料为铸锡铅青铜，牌号为ZCuSn5Pb5Zn5（即旧牌号和ZQSn663）。在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20，每个小孔联接一个压力表，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。沿轴瓦的一个轴向剖面装有
21、两个压力表，用来观察有限长滑动轴承沿轴向的油膜压力情况。3加载装置油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。转速的改变方法于前所述。本实验台采用螺旋加载（见图1），转动螺旋即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验的操纵板上读出（取中间值）。这种加载方式的主要优点是结构简单、可靠，使用方便，载荷的大小可任意调节。 4摩擦系数f测量装置径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性，系数值的改变而改变（油的动力粘度，n轴的转速，p压力，W轴上的载荷，B轴瓦的宽度，d轴的直径，本实验台
22、B=125mm，d=70mm）如图4所示。图4 在边界摩擦时，f随n/p的增大而变化很小（由于n值很小，建议用手慢慢转动轴），进入混合摩擦后，n/p的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随n/p的增大油膜厚度亦随之增大，因而f亦有所增大。 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，其摩擦力矩为Fd/2，它供轴瓦5翻转，其翻转力矩通过固定在弹簧片上的百分表9测出弹簧片的变形量，并经过以下计算就可得到摩擦系数f之值。根据力矩平衡条件得： L-测力杆的长度（本实验台L=120mm），Q-作用在A处的反力。 设作用在轴上的外载荷W，则：而
23、Q=K（K一测力计的刚度系数N格，见实验台上的说明）。 一百分表读数（百分表的读数-格数） 5摩擦状态指示装置 指示装置的原理如图5所示。当轴不转动时，可看到灯泡很亮；当轴在很低的转速下转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于此时的油膜厚很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰高峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。 图5三、实验方法与步骤1、准备工作在弹簧片8的端部安装百分表（测力计），使其触头具有一定的压力值。2、绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线1）启动电
24、机，将轴的转速调整到一定值（可取200转分左右），注意观察从轴开始运转至200转/分时灯泡亮度的变化情况，待灯泡完全熄灭，此时已处于完全液体润滑状态；2）用加载装置加载（约400N）；3）待各压力表的压力值稳定后，由左至右依次记录各压力表的压力值；4）卸载、关机；5）根据测出的各压力表的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线与承载曲线，如图6的上图所示。此图的具体画法是：沿着圆周表面从左到右画出角度分别为30、50、70、90、110、130、150、等分别得出油图6孔点1、2、3、4、5、6、7的位置。通过这些点与圆心O连线，在各连线的延长线上，将压力表（比例：0.1MP=5mm）测出的压力值画
25、出压力线11、22、3377。将1、27各点连成光滑曲线，此曲线就是所测轴承的一个径向截面的油膜径向压力分布曲线。为了确定轴承的承载量，用Pisini、（i=1，27）求得向量11、22、77在载荷方向（即y轴的投影值。角度i与sini的数值见下表：i30507090110130150sini0.500.76600.93971.000.93970.76600.5000然后将Pisini这些平行于y轴的向量移到直径08上。为清楚起见，将直径08平移到图34的下部，在直径-上先画出轴承表面上油孔位置的投影点、，然后通过这些点画出上述相应的各点压力在载荷方向的分量，即、等点，将各点光滑连接起来，所形
26、成的曲线即为在载荷方向的压力分布。 在直径-上做一个矩形，采用方格纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么矩形的边长P平均B d ，式中q：轴承内油膜承载量；W：外载荷；：端泄对承载能力影响系数，一般取0.7；P平均：径向平均单位压力；B：轴瓦宽度；“滑动轴承”实验报告实验日期： 年 月 日班级： 姓名： 指导教师： 一、实验目的：二、实验数据数据一 各压力表压力值（MPa）（轴转速n=200r/min 加载F=200N）压力表1压力表2压力表3压力表4压力表5压力表6压力表7数据二 各压力表压力值（MPa）（轴转速n=200r/min 加载F=400N）压力表1压力表2压力表3压力表4压力表
27、5压力表6压力表7数据三 各压力表压力值（MPa）（轴转速n=200r/min 加载F=600N）压力表1压力表2压力表3压力表4压力表5压力表6压力表7数据四 各压力表压力值（MPa）（轴转速n=400r/min 加载F=400N）压力表1压力表2压力表3压力表4压力表5压力表6压力表7数据五 各压力表压力值（MPa）（ 轴转速n=600r/min 加载F=400N）压力表1压力表2压力表3压力表4压力表5压力表6压力表7三、绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线实验十二 轴组结构实验一、实验目的1、熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法； 2、熟悉并掌握轴、轴上零
28、件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系； 3、熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；4、了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。实验题号已知条件齿轮类型载荷转速其他条件示意图1小直齿轮轻低2中高3大直齿轮中低4重中5小斜齿轮轻中6中高7大斜齿轮中中8重低9小锥齿轮轻低一体10中高分开11蜗 杆轻低室温12重中高温二、实验设备 1、组合式轴系结构设计分析实验箱。 实验箱提供能进行减速器圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。 2、测量及绘图工具 300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。三、实验内容与要求1、 指导教师根据上表选择性安排每组的实验内容（实验题号） ； 2、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计； 每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择，轴上零件定位固定轴承安装与调节、润滑及密封等问题。 3、绘制轴系结构装配图； 4、每人编写实验报告一份。四、实验步骤 1、明确实验内容，理解设计要求；2、复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法（参看教材有关章节）；3、构思轴系结构方案 （1）根据齿轮类型选择滚动轴承型号； （2）确定支承轴向固定方式
