1、机械设计实验指导书适用专业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 山东英才学院机械制造及自动化工程学院二 O 一四 年 七 月山东英才学院Shandong Yingcai University- 1 -实验一 机械零件认知实验一、实验目的和要求1初步了解机械设计课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及应用。2了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。3了解各种传动的特点及应用。4增强对各种零部的结构及机器的感性认识。二、实验原理观看陈列柜、听讲解。三、主要仪器设备及材料机械零件设计陈列教学柜。 （共 18 柜）各种通用机械零件实物四、试验方法与步骤（一）螺纹
2、联接螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要求是保证联接强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容：1螺纹的种类2螺纹联接的基本类型3螺纹联接的防松4提高螺纹联接强度的措施（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标（GB）成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺栓与螺钉；能了解各种标准化零件的结构特点，使用情况；了解各类零件有那些标准代号，以提高学生们对标准化意识。1螺栓；2 螺钉；3螺母；4垫圈；5挡圈。（三）键、花键及销联接1键联接；2花键联接；3销联接。（四）机械传动- 2 -1螺旋传动；2带传动
3、：类型、张紧装置和初拉力的控制。3链传动：类型、张紧4齿轮传动：齿轮传动及失效形式、齿轮与蜗杆结构(五)轴系零、部件1轴承：滑动轴承和滚动轴承的类型、典型滚动轴承的组合设计、轴承的润滑与密封。2轴：轴的类型及轴上零件的应用、轴的典型结构及轴上零件的固定方法。3. 联轴器和离合器：固定刚式联轴器、可移式刚式联轴器、弹性联轴器、安全联轴器、牙嵌式离合器、摩擦式离合器。（六）弹簧弹簧的类型及结构、弹簧的变形。主要应用于：1控制机构的运动；2减振和缓冲；3储存及输出能量；4测量力的大小。(七)润滑剂及密封1润滑剂；2密封。(八)机座及箱体轴承座孔、支撑肋板或凸壁式箱体、轴承座凸台、凸缘的厚度。五、实验
4、数据记录、处理及结果分析见附页：实验报告六、讨论、心得通过对机械零件陈列柜和一些通用机械零件实物的观察，对机械设计基础课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及应用有了更直观的深入了解。- 3 -机械零件认知实验报告1. 哪些是可拆联接、哪些是不可拆联接，各有什么特点？2. 带传动正常运转的条件是什么？3. 齿轮失效形式有哪几种？各常发生在哪种场合？4. 轴的结构设计应满足哪些基本条件？- 4 -实验二 螺栓联接综 合实验一、实验目的现代各类机械工程中广泛应用螺栓组机构进行联接。如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态性能参数是工程技术人员面临的一个重要课题。本实验通过对一螺栓组及单个螺栓的受力
5、分析，要求达到下述目的：（一）螺栓组试验（1）了解托架螺栓组受翻转力矩引起的载荷对各螺栓拉力的分布情况。（2）根据拉力分布情况确定托架底板旋转轴线的位置。（3）将实验结果与螺栓组受力分布的理论计算结果相比较。（二）单个螺栓静载试验了解受预紧轴向载荷螺栓联接中，零件相对刚度的变化对螺栓所受总拉力的影响。二、实验设备及仪器LSC型螺栓试验台、砝码、工具。三、实验原理(一)螺栓组试验台结构与工作原理螺栓组试验台的结构如：图 2.1 所示。图中 1 为托架，在实际使用中多为水平放置，为了避免由于自重产生力矩的影响，在本试验台上设计为垂直放置。托架以一组螺栓 3 联接于支架 2 上。加力杠杆组 4 包含
6、两组杠杆,其臂长比均为 1:10，则总杠杆比为 1:100，可使加载砝码 6 产生的力放大到 100 倍后压在托架支承点图 2.1 螺栓组试验台上螺栓组的受力与应变转换为粘贴在各螺栓中部应变片 8 的伸长量，用变化仪来测量。应变片在螺栓上相隔 180粘贴两片，输出串接，以补偿螺栓受力弯曲引起的测量误差。引线由孔 7 中接出。- 5 -加载后，托架螺栓组受到一横向力及力矩，与接合面上的摩擦阻力相平衡。而力矩则使托架有翻转趋势，使得各个螺栓受到大小不等的外界作用力。根据螺栓变形协调条件，各螺栓所受拉力 F（或拉伸变形）与其中心线到托架底版翻转轴线的距离 L 成正比。即：12L（1）式中，F1，F2
7、安装螺栓处由于托架所受力矩而引起的力（N） ；L1，L2 是从托架翻转轴线到相应螺栓中心线间的距离（mm） ；本试验台中第 2、4、7、9 号螺栓下标为 1；第 1、5、6、10 号螺栓下标为2；第 3、8 号螺栓距托架翻转轴线距离为零（L=0 ） 。根据静力平衡条件得 M = Qho = 10iiiLF（2）M = Qho =22F1L1+22 F2L2(Nmm) （3）式中，Q托架受力点所受的力（ N）h0托架受力点到接合面的距离（mm） ，见图 2.2。本实验中取 Q=3500N；h 0=210mm；L 1=30 mm；L 2=60 mm。则第 2、4、7、9 号螺栓的工作载荷为：F1
8、= 12()oQh)(N（4）第 1、5、6、10 号螺栓的工作载荷为：F2 = （5）21()oQhL（二）螺栓预紧力的确定本实验是在加载后不允许联接接合面分开的情况下来预紧和加载的。联接在预紧力的作用下，其接合面产生挤压应力为：- 6 -p= （6） AZQo悬臂梁在载荷 Q 力的作用下，在接合面上不出现间隙，则最小压应力为： 0 （7）AZoWho图 2.2 螺栓组的布置式中，Qi单个螺栓预紧力（N ） ；Z螺栓个数，Z=10；A接合面面积，A=a(b-c) (mm) 2；W接合面抗弯截面模量，W = ( mm3) 2()abc（8）上式中，a=160 mm； b=105 mm；c =5
9、5mm。因此，Q 0 （9）Zaho6为保证一定安全性，取螺栓预紧力为：Q0 = （1.251.5） ZaQho6（10）再分析螺栓的总拉力。- 7 -在翻转轴线以左的各螺栓（4、5、9、10 号螺栓）被拉紧，轴向拉力增大，其总拉力为Qi = Q0 + Fi + FLC（11）或Qi = (Qi + Fo ) LFC（12）在翻转轴线以右的各螺栓（1、2、6、7 号螺栓）被放松，轴向拉力减小，总拉力为：Qi = Qo F1 FLC（13）或Fi = （QoQ i） LFC（14）式中 螺栓的相对刚度；FLCCL螺栓刚度；CF被联接件刚度；螺栓上所受到的力是通过测量应变值而计算得到的，根据虎克定
10、律= （15） E式中，应变量；应力（Mpa） ；E材料的弹性模量，对于钢材，取 E=2.06X105 Mpa，则螺栓预紧后的应变量为 o = = 2O4Qd（16） - 8 -螺栓受载后总应变量为i = OKd024E（17）或 Qi = iid42（18）式中，d被测处螺栓直径（mm） ；K系数，K = 2E()4dN因此，可得到螺栓上的工作压力在翻转轴线以左的各螺栓（4、5、9、10 号螺栓）的工作拉力 Fi = K （ i O） LFC（19）在翻转轴线以右的各螺栓（1、2、6、7 号螺栓）的工作拉力为：Fi = K （ O i） LFC（20）（三）单螺栓试验台结构及工作原理图 2.
11、3 单个螺栓试验台单螺栓试验台部件的结构如图 2.3 所示。旋动调整螺帽 1，通过支持螺杆 2 与加载杠杆8，即可使吊耳 3 受拉力载荷，吊耳 3 下有垫片 4，改变垫片材料可以得到螺栓联接的不同- 9 -相对刚度。吊耳 3 通过被试验单螺栓 5、紧固螺母 6 与机座 7 相联接。电机 9 的轴上装有偏心轮 10，当电机轴旋转时由于偏心轮转动，通过杠杆使吊耳和被试验单螺栓上产生一个动态拉力。吊耳 3 与被试验单螺栓 5 上都贴有应变片,用于测量其应变大小。调节丝杆 12可以改变小溜板的位置，从而改变动拉力的幅值。四、实验方法及步骤(一)实验台操作方法及步骤1螺栓组试验1)、在实验台螺栓组各螺栓
12、不加任何预紧力的状态下，将各螺栓对应的半桥电路引线（110 号线）按要求接入所选用的应变仪相应接口中，并按应变仪使用说明书进行预热（一般为三分钟）并调平衡。 （参见附录）2)、由式（10）计算每个螺栓所需的预紧力 Q0，并由公式（ 17）计算出螺栓的预紧应变量 0。3)、按公式（4） ， （5）计算每个螺栓的工作拉力 Fi，将结果填入表（4）中。4)、逐个拧紧螺栓组中的螺母，使每个螺栓具有预紧应变量 0 ，注意应使每个螺栓的预紧应变量 0 尽量一致。5)、对螺栓组联接进行加载，加载 3500N，其中砝码连同挂钩的重量为 3.754kg。停歇 2 分钟后卸去载荷，然后再加上载荷，在应变仪上读出每个螺栓的应变量 i，填入表中，反复做 3 次，取 3 次测量值的平均值为实验结果。6)、画出实测的螺栓应力分布图。7)、用机械设计中的计算理论计算出螺栓组联接的应变图，与实验结果进行对比分析。2单个螺栓静载实验1)、旋转调节丝杆 12 摇手移动小溜板至最外侧位置。2)、如图 2.4，旋转紧固螺母 6，预紧被试螺栓 5，预紧应变为 1500 0 。
