1、书书书高等职业技术教育辅导教材机械设计基础实验指导及报告书主编李雪英张文华主审杨静云江西高校出版社书书书图书在版编目(C I P)数据机械设计基础实验指导及报告书/李雪英，张文华主编 南昌:江西高校出版社，2010 3ISBN 978 7 81132 866 0.机 .李 张 .机械设计 实验 高等学校 教学参考资料.TH122 33中国版本图书馆 CIP 数据核字(2010)第 045178 号出 版 发 行社址邮 政 编 码总编室电话销 售 电 话网址印刷照排经销开本印张字数版次印数书号定价江西高校出版社江西省南昌市洪都北大道 96 号330046(0791)8504319(0791)85
2、91695www juacp com江西教育印务实业有限公司江西太元科技有限公司照排部各地新华书店787mm 1092mm1/162 550 千字2010 年 3 月第 1 版第 1 次印刷1 5000 册ISBN 978 7 81132 866 016 00 元版权所有侵权必究前言机械设计基础实验指导及报告书 是根据本院机械设计基础 课程的教学要求、结合本校机械设计基础实验室的实际情况编写并与教材配套使用的实验实训指导书。指导书根据高校职业教育的特点，从注重学生动手及分析问题的能力培养要求出发来安排实验实训及考核，以期实现机械设计基础课程的能力目标。每个实验实训考核由实验预习报告、现场操作考
3、核和分析报告评价三部分组成，所占比例为 3 4 3，考核分别为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。本指导书由李雪英副教授、张文华副教授编写，由杨静云副教授审核。由于编者水平有限、疏漏错误之处在所难免，恳请使用本指导书的教师和同学批评指正。编者2009 年 6 月目录实验守则/1实验一拉伸实验/2拉伸实验报告/10实验二平面机构运动简图测绘实验/12平面机构运动简图测绘实验报告/15实验三渐开线齿廓的范成原理实验/17渐开线齿廓的范成原理实验报告/21实验四渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定/23渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定报告/27实验五减速器的拆装实验/减速器的拆装实验报告/3 22 8书书书
4、实验守则一、要按指定的时间进行实验，准时进入实验室，不得迟到、早退。二、每次实验前，要仔细阅读实验指导书，基本了解实验内容、目的、实验步骤及机器和仪器的主要原理与使用方法等。三、以小组为单位进行实验。小组长负责管理使用的设备，并组织分工和统一指挥。四、要爱护实验室的一切设备，非指定使用的机器设备不得乱动，以免发生危险或损坏事故。五、在实验过程中，如机器或仪器发生故障应立即向实验指导老师报告，进行检查以便及时排除故障，保证实验的正常进行。六、实验结束后，要清理机器、仪器工具。如有损坏，应及时向实验指导老师报告，听候处理。七、要保持实验室的清洁和安静，养成良好的科学作风。八、实验完毕后，要认真做好
5、实验报告，并对思考题进行讨论。1实验守则实验一拉伸实验拉伸实验是检验材料机械性能的最基本的实验。一、实验目的1 了解实验设备 万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用时的注意事项;2 测定低碳钢的屈服极限(流动极限)s，强度极限 b、伸长率、断面收缩率;3 测定铸铁的强度极限 b;4 观察以上两种材料在拉伸过程中的各种现象，并利用自动绘图装置绘制拉伸图(PL 曲线);5 比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的机械性质。二、实验设备和量具1 量具:游标卡尺、钢尺、分规。2 设备:万能材料试验机。图 1 1液压式万能材料试验机外形图下面将万能材料试验机的构造、工作原理及操作规
6、程介绍如下:在材料力学实验中，最常用的机器是万能材料试验机。它可以做拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验，故习惯上称它为万能材料试验机，简称为全能机。全能机有多种类型。这里仅2机械设计基础实验指导及报告书对常用的两种类型介绍如下:(1)WE10 型液压摆式万能材料试验机WE10 型液压摆式万能材料试验机的外形如图 1 1 所示，它的构造原理示意图如图 1 2 所示。图 1 2液压摆式万能材料试验机原理示意图1)加力部分在试验机的底座上，装有两根固定立柱，立柱支撑着固定横梁及工作油缸。当开动油泵电动机后，电动机带动油泵，将油箱里的油，经送油阀送至工作油缸，推动其工作活塞，使上横梁、活动立柱和活动平台向上
7、移动。如将拉伸样装于上夹头和下夹头内，当活动平台向上移动时，因下夹头不动，而上夹头随着平台向上移动，则试样受到拉伸;如将试样装于平台的承压座内，平台上升时，则试样受到压缩。做拉伸实验时，为了适应不同长度的试样，可开动下夹头的电动机使之带动蜗杆、蜗杆带动蜗轮、蜗轮再带动丝杆，可控制下夹头上、下移动，调整适当的拉伸空间。2)测力部分装在试验机上的试样受力后，它受力大小，可在测力盘上直接读出。试样受了载荷的作用，工作油缸内的油就具有一定的压力。这压力的大小与试样所受载荷的大小成比例。而测力油管将工作油缸与测力油缸联通，则测力油缸就受到与工作油缸相等的油压。此油压推动测力活塞，带动测力拉杆，使摆杆和摆
8、锤绕支点转动。试样受力愈大，摆的转角也愈大。摆杆转动时，它上面的推杆便推动水平齿条，从而使齿轮带动测力指针旋转，这样便可从测力度盘上读出试样受力的大小。摆锤的重量可以调换，一般试验机可以更换3实验一拉伸实验三种锤重，故测力度盘上也相应有三种刻度，这三种刻度对应着机器的三种不同的量程。WE10 型万能试验机有 0 20kN、0 60kN、0 100kN 三种测量量程。3)操作步骤加载前，测力指针应指在度盘的“零”点，否则必须加以调整。调整时，先开动油泵电动机，将活动平台升起 3 5mm 左右，然后稍旋动摆杆上的平衡铊，使摆杆保持铅直位置，再转动水平齿条使指针对准“零”点。之所以先升起活动平台才调
9、整零点，是由于上横梁、活动立柱和活动平台等有相当大的质量，要有一定的油压才能将它升起，但是这部分油压并未用来给试样加载，不应反映到试样载荷的读数中去。选择量程，装上相应的锤重。再一次按方法，校准“零”点。调好回油缓冲器的旋钮，使之与所选的量程相同。安装试样。压缩试样必须放置垫板。拉伸试样则须调整下夹头位置，使拉伸区间与试样长短适应。注意:试样夹紧后，绝对不允许再调整下夹头，否则会造成烧毁下夹头电动机的严重事故。调整好自动绘图仪的传动装置和笔、纸等。检查送油、回油阀，一定要注意它们均应在关闭位置。开动油泵电动机，缓缓打开送油阀，用慢速均匀加载。实验完毕，立即停车取下试样。这时关闭送油阀，缓慢打开
10、回油阀，使油液泄回油箱，于是活动平台到原始位置。最后将一切机构复原，并清理机器。4)注意事项开车前和停车后，送油阀、回油阀一定要在关闭位置。加载、卸载和回油均应缓慢进行。加载时要求测力指针匀速平稳地走动，应严防送油阀开得过大，测力指针走动太快，致使试样受到冲击作用。拉伸试样夹住后，不得再调整下夹头的位置，以使带动下夹头升降的电动机烧坏。机器运转时，操纵者必须集中注意力，中途不得离开，以免发生安全事故。试验时，不得触动摆锤，以免影响试验读数。在使用机器的过程中，如果听到异声或发生任何故障应立即停车(切断电源)，进行检查和修复。三、实验原理1 为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向受拉直到断
11、裂，在拉伸过程中以及试样断裂后，测读出必要的特征数据(如;PS、Pb、L1、dl)经过计算，便可得到表示材料力学性能的四大指标:s、b、。2 铸铁属脆性材料，轴向拉伸时，在变形很小的情况下就断裂，故一般测定其抗拉强4机械设计基础实验指导及报告书度极限 b。四、实验试样试样的各部分名称如图 1 3 所示。图 1 3圆形截面试件夹持部分用来装入试验机夹具中以便夹紧试样，过渡部分用来保证标距部分能均匀受力，这两部分的形状和尺寸，决定于试样的截面形状和尺寸以及机器夹具类型。标距 l0是待试部分，也是试样的主体，其长度通常简称为标距，也称为计算长度。试样的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大。为了能正确地
12、比较材料的机械性质，国家对试样尺寸作了标准化规定。拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样系按公式 l0=KA槡0计算而得。式中 l0为标距，A0为标距部分原始截面积，系数 K 通常为 5 65 和 11 3(前者称为短试样，后者称为长试样)。据此，短、长圆形试样的标距长度 l0分别等于 5d0、10d0。非比例试样的标距与其原横截面间无上述一定的关系。根据国家标准(GB/T 2282002)将比例试样尺寸列表如表 1 1:表 1 1比例式样尺寸试样标距长度 L0(mm)横截面积 A0(mm)圆形试样直径表示伸长率的符号比例长11 3A槡010d0短5 65A槡05d0任意的任意的105表
13、中 d0表示试样标距部分的原始直径，10，5分别表示标距长度 L0为 d0的 10 倍或5 倍的试样伸长率。常用试样的形状尺寸、表面粗糙度等可查国家标准 GB/T 2282002 中的附录一、二。五、实验方法及步骤1 低碳钢试样的拉伸实验(1)测定试样的截面尺寸 圆试样测定其直径 d0的方法是:在试样标距长度的两端和中间三处予以测量，每处在两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，然后取这三个平均数的最小值作为 d0;矩形试样测三个截面的宽度 b 与厚度 a，求出相应的三个 A0，取最小的值作为 A0。A0的计算精确度:当 A0100mm2时 A0取小数点后面一位，当 A0100mm2时
14、A0取整数。所需位数以后的数字按四舍五入处理。(2)试样标距长度 l0除了要根据圆试样的直径 d0或矩形试样的截面积 A0来确定外，还应将其化整到 5mm 或 10mm 的倍数。小于 1 5mm 的数值舍去之;等于或大于5实验一拉伸实验2 5mm但小于7 5mm 者化整为5mm;等于或大于7 5mm 者进为10mm。在标距长度的两端各打一小标点，此二点的位置，应做到使其联线平行于试样的轴线。两标点之间用分划器等分 10 格或 20 格，并刻出分格线，以便观察变形分布情况，测定延伸率。(3)根据低碳钢的强度极限，估计加在试样上的最大载荷，据此选择适当的机器量程(也称载荷级)。每台全能机都有几个载
15、荷级，其刻度范围均自零至该级载荷的最大值。由于机器测力部分本身精确度的限制，每级载荷的刻度范围只有一部分是有效的。有效部分的规律如下:下限不小于该载荷级最大值的 10%，且不小于整机最大载荷的 4%。上限不大于该载荷级最大值的 90%。实验时应保证全部待测载荷均在此范围之内。就本次实验来说，也就是须保证屈服载荷 Ps和极限载荷 Pb均在该范围之内。假使机器有两个载荷级都能满足要求，则应取较小的载荷级以提高载荷测读精度。选定好机器量程，挂好相应摆锤之后就可按一般程序调整试验机，安装试样，并试车一次，即预加少量载荷然后卸载，至零点附近。试车的目的是检查包括自动绘图装置在内的试验机工作是否正常。(4
16、)试车正常后，正式实验即可开始。用慢速加载，使试样的变形匀速增长。国家标准规定的拉伸速度是:屈服前，应力增加速度为 10Nmm2s1(即 1kgfmm2s1)，屈服后，试验机活动夹头在负荷下的移动速度不大于 0 5l0/min。在试样匀速变形的过程中，测力盘上的指针起初也是匀速前进的，但是，当指针停止前进或来回摆时就表明试样进入屈服阶段，读出此时的最小载荷Ps。借助于试验机上自动绘出的载荷变形曲线可以帮助我们更好的判断屈服阶段的到达。对于 A3钢来说，屈服时的曲线如图 1 4(a)所示，其中 Ps上叫做上屈服载荷，与锯齿状曲线段最低点相应的最小载荷 Ps下叫下屈服载荷。由于上屈服载荷随试样过度部分的不同而有很大差异，而下屈服载荷则基本一致，因此一般规定以下屈服载荷来计算屈服极限 s=Ps/A0，Ps下/A0。有些材料，屈服时的 P L 曲线基本上是一个平台的曲线而不是呈现出锯齿形状，如图 1 4(b)所示。屈服阶段终了以后，要使试样继续变形，就必须加大载荷。这时载荷变形曲线将开始上升。材料进入强化阶段。如果在这一阶段的某一点处进行卸载，则可以在自动绘图仪上得到一条卸载曲线，实验表明，它
