《机械基础实验II》

1、 机械基础实验II实验指导书佛山科学技术学院机电工程系实验一 带传动特性实验一、目的和要求 1、观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递载荷之间的关系； 2、比较预紧力大小对带传动承载能力的影响； 3、比较分析平带、V带和圆带传动的承载能力； 4、测定弹性滑动率和带传动效率与所传递的载荷之间的关系，绘制带传动滑动曲线和效率曲线； 5、了解带传动实验台的工作原理与转矩、转速的测量方法。二、实验内容1、测定一种以上传动带在不同初拉力和负载下的滑动率和效率，绘出带传动的滑动曲线和效率曲线；2、了解带传动的弹性滑动和打滑现象以及与带传动承载能力的关系。三、仪器、设备和材料1、CQPC型带传动实

2、验台；2、计算机。四、实验原理带在传动过程中，由于带松紧两边弹性变形不等而引起的带轮间的滑动称为弹性滑动，它是带传动中不可避免的现象，而且随着传递功率的增减而变化。当传递的圆周力逐渐增大，超过带与带轮间的摩擦力时，带将沿着轮面发生显著的滑动即产生打滑。打滑将使带磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传递失效，故打滑应予避免。 通过实验可以获得滑动的定量关系。在规定的初拉力条件下，逐次改变负载，、和、值也将随之改变。这样可测出不同负载下的滑动率及效率，即可获得带传动的滑动曲线-Fe和效率曲线-Fe。1、效率的测定根据效率的定义，其值为：式中：T1 、T2分别为带传动输入和输出转矩（Nm）； n1、

3、n2分别为主动带轮和从动带轮的转速（r/min）。2、滑动率的确定根据滑动率的定义，其值为：式中：d1、d2分别为主动带轮和从动带轮的计算直径（mm）。3、有效圆周力的确定有效圆周力可按下式计算： F=2T2/d2 (N)在给定初拉力的条件下，测量T1、T2、n1、n2即可获得上述定量关系。皮带实验台简介（一）主要技术参数 直流伺服电动机：功率355W，调速范围501500rpm，精度1r/m；预紧力最大值：3.5kgf；转矩力测杆力臂长：L1=L2=120mm（L1、L2电机转子轴心至力传感器中心的距离）；测力杆刚度系数：K1=K2=0.24N/格；带轮直径：平带轮与圆带轮d1=d2=120

4、mm，V带轮d1 =120mm d2=120mm；压力传感器：精度1%，量程050N；直流发电机：功率355W，加载范围0320W（40W8）;外形尺寸：8004001000mm;总重量：110kg（二）实验台主要结构及工作原理 1. 电动机移动底板 2. 砝码及砝码架 3. 力传感器 4. 转矩力测杆 5. 电动机6. 试验带 7. 光电测速装置 8. 发电机 9. 负载灯泡组 10. 机座 11. 操纵面板 图3-1 CQP-C带传动实验台主要结构图 1、实验台主要结构：该实验台主要由两个直流电机组成，其中一个为主动电机5，另一个为从动电机8，作发电机使用，其电枢绕组两端接上灯泡负载9，主

5、动电机固定在一个以水平方向移动的底板1上，与发电机由一根试验带6 连接。移动底板1的一端通过钢丝绳与砝码架2相连，通过增减砝码架上的砝码，可拉紧皮带6，并确定带传动的初拉力。电机锭子未固定可转动，其外壳上装有转矩力测杆4，支点压在压力传感器3上通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。两电机后端装有光电测速装置7和测速转盘，所测转速在面板上各自的数码管上显示。 实验台内装数据采集箱一个，内设单片机，承担数据采集、数据处理、自动显示等功能。能实时显示带传动过程中主动轮转速，转矩和从动轮的转速、转矩值。如通过微机接口外接 PC 机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线P2 及效率曲线 P2 及

6、相关数据。面板的布置如图3-2 所示。图3-2 带传动实验台面板布置图电源开关 2. 电动机转速调节 3. 电动机转速显示 4. 发电机转速显示 5. 加载显示6. 卸载按钮 7. 加载按钮 8. 发电机转矩力显示 9. 电动机转矩力显示 2、实验台工作原理 （1）转矩的测定两台电机的定子外壳是支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。当电机启动和发电机加负载后，由于定子和转子间磁场的相互作用，电动机的外壳（定子）将向转子回转的反向（逆时针）翻转，而发电动机的外壳将向转子回转的同向（顺时针）翻转。两电机外壳上均固定有测力杆4，把电机外壳翻转时产生的转矩力传递给传感器3，如图3-1所

7、示。主、从动带轮转矩力可直接在面板上的数码管窗口上读取，并可传到计算机中进行计算分析。 主动带轮上的转矩 T1=F1K1L1 N.m 从动带轮上的转矩 T2=F2K2L2 N.m 式中： F1、F2电机转矩力（面板窗口显示读取）； K1、K2转矩力测杆刚性系数（本实验台K1=K2=0.24N/格）； L1、L2力臂长，即电机转子中心至力传感器轴心矩离（本实验台L1=L2=120mm）。（2）转速的测量两电机后端装有光电测速装置和测速转盘，主轴转动时，可在实验台面板数码管窗口上直接读出主轴转速（即带轮转速），并可传到计算机中进行计算分析。 （3）加载原理发电机的输出电路中并联有8个40W灯泡，组

8、成实验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面上的加载按钮控制，也可用实验台面板上触摸按钮控制，使发电机激磁电压加大，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变。 （4）带传动滑动率的测定主、从动带轮转速n1、n2可从实验台面板窗口或带传动实验分析界面窗口上读出。由于带传动存在弹性滑动，使v 2v1，其速度降低程度用滑动率表示： 当d1=d2时： 式中：d1、d2 主、从动带轮基准直径；v1、v2 主、从动带论的圆周速度； n1、n2 主、从动带轮的转速。 （5）带传动的效率的测定 式中：主、从动带轮上的功率； T1、T2主、从动带轮上的转矩； n1、n2主

9、、从动带轮的转速。 （6）带传动的弹性滑动曲线和效率曲线的测定改变带传动的负载，其T1、T2、n1、n2也都在改变，这样就可算得一系列的、值，以P2为横坐标，分别以、为纵坐标，可绘制出弹性滑动曲线和效率曲线，如图3-3所示。A0图3-3 带传动弹性滑动曲线和效率曲线图中横坐标上A0点为临界点，A0点以左为弹性滑动区，即带传动的正常工作区段，在该区域内，随着载荷的增加，弹性滑差率和效率逐渐增加；当载荷继续增加到超过临界点A0时，弹性滑差率急剧上升，效率急剧下降，带传动进入打滑区段，不能正常工作，应当避免。六、实验步骤1、选定试验带（本实验提供了V带、平带、圆带3种试验带），先将选定的试验带及相应

10、带轮安装在电机上。2、将实验台数据串口与计算机串口相连。3、确定带的初拉力2F0 值，根据初拉力大小决定砝码重量。4、检查调速旋钮，将其逆时针旋转到底，确保初始状态为速度最小处。5、接通实验台电源，电源指示灯亮；调整测力杆，使其处于平衡状态。6、打开计算机，单击“带传动”图标，进入带传动封面，单击左键，进入带传动实验说明界面，再单击“实验”键，弹出“开始接收数据”提示框，单击“确定”，进入带传动实验分析面。7、按实验实际情况调整界面参数。再按顺时针方向慢慢地旋转电动机转速调节旋钮，使电动机逐渐加速到1000r/m左右，待带传动运动平稳后（需数分钟），记录带轮转速n1、n2和电机转矩力T1、T2

11、一组数据。8、在带传动实验分析下方单击“运动模拟”键；再击“加载”键，每间隔510秒钟，即数据稳定后，单击“稳定测试”键，逐组记录数据n1、n2及T1、T2，注意n1与n2间的差值，观察实验台上带传动的弹性滑动现象。9、再击“加载”键，继续增加负载，直到3%左右，带传动进入打滑区，若再继续增加负载，n1与n2之差迅速增大，带传动出现明显打滑现象。同时，分别在实验台及实验分析界面的运动模拟窗口观察带传动的打滑现象。10、如果实验效果不理想，可单击“重做实验”，即可从第7步起重做实验。11、单击“实测曲线”键，显示绘制的带传动滑动曲线和效率曲线；如果需要可单击“打印”键，打印机即可自动打印带传动弹

12、性滑动曲线和效率曲线。12、按面板卸载按钮，关闭全部灯泡，将电机调速旋钮逆时针旋到底，关闭实验台电源，然后通过砝码的增减调整初拉力，再重复做一次实验。13、按面板卸载按钮，关闭全部灯泡；将电机调速旋钮逆时针旋到底，关闭实验台电源，拆下初选带及带轮，分别装上另一种带轮及带，加砝码，再重复做一次实验。14、关闭实验台电源，取下砝码；在实验分析界面上单击“退出系统”，返回WINDOWS界面。15、整理实验数据，如果未自动打印实验曲线，则需要手工绘制带传动弹性滑动曲线和效率曲线。七、实验注意事项1、实验前应反复推动电动机移动底板，使其运动灵活。2、带及带轮应保持清洁，不得粘油。如果不清洁，可用汽油或酒

13、精清洗，再用干抹布擦干。3、在启动实验台电源开关之前，必须做到：（1）将面板上转速调节旋钮逆时针旋到止位，以避免电动机突然高速运动产生冲击损坏传感器；（2）应在砝码架上加上一定的砝码，使带张紧；（3）应卸去发电机所有的负载。4、实验时，先将电动机转速逐渐调至1000rpm，稳定运转数分钟，使带的传动性能稳定。5、采集数据时，一定要等转速窗口数据稳定后进行，两次采集间隔510秒钟。6、当带加载至打滑时，运转时间不能过长，以防带过度磨损。7、若出现平带飞出的情况，可将带调头后装上带轮，再进行实验。若带调头后仍出现飞出情况，则需将电机支座固定螺钉拧松，将两电机的轴线调整平行后再拧紧螺钉，装带实验。八

14、、思考题 1、带传动的弹性滑动和打滑有何不同？产生的原因是什么？各有何后果？ 2、比较不同预紧力作用下，带的弹性滑动曲线及效率曲线各有何不同？ 3、比较两种不同预紧力时V带传动的承载能力，说明原因。 4、比较V带与平带或V带与圆带传动的承载能力，综合分析影响带传动承载能力的因素。 九、实验报告要求（一）写出传动带实验参数1、试验带种类及预紧力：2、带轮基准直径：d1=d2= mm3、测力杆力臂长：L1=L2= mm4、测力杆刚性系数：K1=K2= N/格5、包角：1=2= （二）实验数据记录表 （1）试验带的实验数据及实验曲线（带的类型： ）第一次预紧： 预紧力 2F01= N加载n1n2nF

15、1F2T1T2123第二次预紧： 预紧力 2F02= N加载n1n2nF1F2T1T2123弹性滑动曲线和效率曲线第一次预紧 2F01= N第二次预紧2F02= N（2）任选另一试验带的弹性滑动曲线和效率曲线（带的类型： ） 2F0= NV带 平带圆带回答思考题实验二 轴系结构设计与分析实验一、目的和要求1、熟悉和掌握轴的结构设计和轴承组合设计的基本要求和设计方法；2、了解轴的加工工艺和轴上零件的装配工艺；3、分析并了解润滑及密封装置的类型和机构特点。二、实验内容1、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计；2、绘制轴系结构装配图。三、仪器、设备和材料1、模块化轴段和轴上零件；2、活动扳手、内外卡钳

16、、钢板尺、游标卡尺、铅笔、三角板等；四、实验步骤1、根据实验题号的要求（见表4-1），构思轴系结构方案；1) 根据齿轮受力特点选择滚动轴承型号；2) 确定轴承组合的轴向固定方式（两端固定或一端固定另一端游动，正装或反装）；3) 根据齿轮圆周速度（高、中、低），确定轴承的润滑方式（脂润滑、油润滑）及甩油、挡油措施；4) 选择端盖形式（凸缘式、嵌入式），并考虑透盖处的密封方式（毡圈、皮碗油封、油沟）；5) 确定轴上零件的定位、固定与拆装、轴承间隙及轴系位置的调整等问题；6) 绘制轴系结构方案示意图。2、根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件，按照装配工艺要求顺序装到轴上，完成轴系结构设计； 3、

17、检查轴系结构设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。4、绘制轴系结构草图；5、测量轴系主要装配尺寸和零件的主要结构尺寸（轴承座只测绘轴向宽度），并做好记录；6、根据装配草图和测量数据，按适当的比例完成轴系结构设计装配图（注明必要尺寸，如支承跨距、主要配合尺寸，齿顶圆直径和宽度等）；7、拆卸，将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所借工具。 表4-1 轴系结构设计实验题号及内容实验表格 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606070606085 2中高 3大直齿轮中低 4重中 5小斜齿轮轻中606070606085 6中高 7大斜齿轮中中 8 重低 9小锥齿轮轻低锥

18、齿轮与轴分开308285 10中高锥齿轮轴 11蜗 杆轻低发热量小L 12重中发热量大五、实验注意事项1、零件全部采用铝合金制作，在选用时不得任意敲打、锤挫，以免伤害零件表面影响今后的使用。2、爱惜零件，不得丢失，每箱零件只能单独装箱存放不得与其他箱内零件混杂在一起，不利于下次实验。3、实验箱配备零件明细表，实验完成后放回箱中。 六、实验报告要求1、实验目的；2、轴系部件设计实验方案（实验题号；已知条件；轴系结构方案示意图）；3、轴系结构装配图；4、轴系结构设计说明（如轴承型号选择、轴承组合设计安装及调整、轴及轴上零件的定位固定方式及其特点；轴承游隙的调整方法；端盖的选择、轴承的润滑与密封方式

19、等）；5、体会与建议。实验三 形位误差测量用合像水平仪测量导轨直线度误差一、目的和要求1、掌握用合像水平仪测量直线度误差的方法及数据处理方法；2、加深对直线度误差定义的理解。二、实验内容用合像水平仪测量导轨直线度误差并作数据处理。三、仪器、设备和材料1、合像水平仪 合像水平仪是一种测量微小角度变化量的量仪，常用于检测导轨在给定平面内直线度误差。其外形如图8-1所示。本实验所用的合像水平仪，其主要技术性能指标如下表所示：分度值测量范围2（相当于i=0.01mm/m） 0- 10mm/m四、测量原理 图8-1 合像水平仪 直线度误差通常按与理想要素比较的原则进行测量。用准直光线、水平面或高精度平板

20、的平面构成一条模拟理想直线，然后把被测实际线上各被测点与模拟理想直线上相应的点相比较，以确定实际线各点的偏差值，最后通过数据处理求出直线度误差。合像水平仪测量导轨在给定平面的直线度误差，是通过测量导轨表面相邻两点间的微小角度变化，通过换算得到两测点的高度差，最后用作图或计算法求出导轨表面的直线度误差。合像水平仪的结构如图8-2a所示，它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2，水准器8，两个棱镜7，测量系统9、10、11、12以及放大镜6组成。使用时将合像水平仪放在桥板上相对不动，再将桥板放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平面基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间

21、位置，气泡边缘通过合像棱镜7所产生的影像，在放大镜6中观察将出现如图8-2b所示的情况。但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图8-2c所示。此时可转动微测螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置；则图8-2c中两影像的错移量消失而恢复成光滑的半圆头(图8-2b)。测微螺杆移动量S，导致水准器的转角（图8-2d）与被测表面相邻两点的实际高度差h有确切的对应关系，即h=001L*(m)。式中 001合像水平仪的分度值(mmm) L桥板节距(mm)角度读数值(用格数来计算)五、实验步骤1、把水平仪分别放置在实际被测直线的两端

22、，调整被测导轨的位置，使水平仪在两端的示值相差不大，以使实际被测直线大致位于水平的位置。2、根据导轨被测表面的总长，确定相邻两测点之间的距离（节距），并选择相应跨距的桥板，在导轨被测面上标出均匀布置的各个测点的位置。3、将水平仪安放在桥板上，把桥板依次放在各测点（节距）的位置。每放一个节距后，若两气泡像错开，则旋动微分筒9合像，使放大镜中出现如图8-2b所示的情况，此时即可进行读数。先在放大镜11处读数，它是反映螺杆10的旋转圈数，读数（格）的百位在此处读得。在读微分筒9上的读数，它是螺杆10旋转一圈（100格）的细分读数，即读数（格）的十位与个位在此处读得。4、顺测（从始点至终点）、逆测（从

23、终点至始点）各一次，取各测点两次读数的平均值为该测点的终读值。5、对测得的数据进行数据处理，求解直线度误差值。六、数据处理实例例：用合像水平仪测量一导轨的直线度误差。仪器的分度值为0.01mm/m，选用的桥板节距L=200mm，测量直线度记录数据见附表。若被测平面的直线度公差等级为5级，试按最小包容区域法作图评定该平面的直线度误差是否合格？测点序号i012345678仪器读 数ai(格)顺测298300290301302306299296逆测296298288299300306297296平均297299289300301306198296简化读数 ai= ai-a00+2-8+3+4+9+1

24、-1累积值（格）00+2-6-3+1+10+11+10表中a值可任取，但要便于读数的简化。 F=0.0120011=22m按国家标准GBll84-80，直线度5级公差值为25m。误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。七、注意事项1、桥板每次移动时，应使桥板的支承在前后位置上首尾衔接，并且水平仪不得相对于桥板产生位移。2、逆测时，桥板切勿调头。3、为减少对准误差对测量结果的影响，在观察放大镜6进行调整时，眼睛须正朝下看，即让视线落到两气泡像的接触面上。4、温度变化对水准器的位置影响很大，使用时必须和热隔离，以免产生其它误差。八、思考题1、评定直线度误差时，为什么取两条包容线之间的坐标距离

25、?能否取两条包容线之间的垂直距离?2、导轨的分段数如何选定?是多好还是少好?九、实验报告要求1、仪器名称、分度值、测量范围；2、被测件名称、长度；分为 段 点；3、桥板跨距；4、测量数据；5、数据处理；6、合格性判断；7、回答思考题。实验四 表面粗糙度测量用表面粗糙度测试仪测量表面粗糙度一、目的和要求1、了解表面粗糙度测试仪测量表面粗糙度的原理；2、掌握表面粗糙度测试仪测量表面粗糙度的方法；3、理解表面粗糙度评定参数Ra 、Rz的实际含义。二、实验内容用表面粗糙度测试仪测量零件的表面粗糙度并作评定。三、仪器、设备和材料1、表面粗糙度测试仪本实验选用JB1C表面粗糙度测试仪，其结构如图91所示。

26、该仪器主要由主机、测量头、记录器等组成。此仪器可测量平面、外圆柱面和内圆柱面(内径大于6mm)的表面粗糙度。其主要技术性能指标如下表所示：评定参数测量范围取样长度Ra 、RzRa 0.0810m0.25、0.8、2.5图91 表面粗糙度测试仪1-主机；2-显示屏；3-保护罩；4-薄膜按键；5-测量头；6-支承部件；7-电缆；8-复位键；9-测量准备拨动开关；10-探头插座；11外接电源插头；12-打印纸支架 四、测量原理表面粗糙度测试仪的工作原理如图92所示。当传感器的探针沿工件表面匀速滑行时，工件表面的微观不平度使探针上下移动。传感器把探针的运动转变成电信号，经过一系列的电子线路，最后经过微

27、处理机运算，就可以直接从显示屏上读出表面粗糙度Ra 、Rz的值，并可打印出工件表面轮廓的放大图和测量数据。传感器扫描驱动器放 大 器滤 波12位 A/D微处理机运算显 示打印机钻石探针图9-2 表面粗糙度测试仪工作原理图五、实验步骤(参看图92及图93)Ra（m）Rz（m）取样长度l（mm）21010502.50.12.00.5100.80.020.10.10.50.251、打开电源，按动复位键，使整机复零。2、将测量准备开关拨至“准备”档，使用粗糙度比较样块，粗略估计工件的粗糙度范围，预定公差范围值，同时根据下表确定取样长度，预选行程长度Lt。3、将测量准备开关拨至“测量”档，按动启动键，仪

28、器开始进行测量。用手拿住测量头，使传感器触针与工件表面接触。4、按显示选择键，读出参数Ra、Rz的值。5、按走纸键，驱动打印纸。6、按图形打印键，该仪器自动选择放大倍率，并校正最佳打印记录位置，打印出测量数据，并描绘出粗糙度图形。六、实验注意事项1、仪器测量时，不能按复位键(RESTE)，不能拨动测量准备开关，否则仪器将把全部数据归零。2、仪器测量时，触针与工件表面应保持良好接触，不得有歪斜现象出现。七、思考题1、针描实际轮廓的真实性与触针尖端的半径、几何形状、测量力等有何关系? 八、实验报告要求1、仪器名称、测量范围；2、被测工件要求的表面粗糙度Ra= 、Rz= ；3、测量方式；4、测量结果

29、；5、记录图形及数据处理；6、合格性判断；7、回答思考题。实验五 螺纹测量用小型工具显微镜测量螺纹主要参数一、目的和要求1、了解工具显微镜的测量原理及结构特点；2、掌握用工具显微镜测量外螺纹主要参数的方法。二、实验内容用小型工具显微镜测量外螺纹的主要参数。三、仪器、设备和材料1、小型工具显微镜 小型工具显微镜是以影像法为测量原理的通用测量仪器，主要用于长度和角度测量。横、纵千分尺组成直角坐标系统，可测量螺纹、样板、内、外直径等。本实验所用的小型工具显微镜，其主要技术性能指标如下表所示。分度值测量范围物镜放大倍 数总放大倍 数长度角度纵向横向角度0.01mm10-75mm(加量块)025mm00

30、-3600330其外形和结构如图101所示四、测量原理 影像法测量外螺纹是在工具显微镜上，利用光线投射将被测螺纹牙形轮廓放大投射成像于目镜头中，来测量螺纹的大径、小径、中径、螺距和牙形半角。 图10-2为小型工具显微镜的光学系统简图。由主光源1发出的光经聚光镜2、滤色片3、可调光阑4、反射镜5、透镜6和玻璃工作台7向上照亮被测螺纹件，穿过螺纹牙槽，经物镜8、反射棱镜10，投射到目镜9中，出现螺纹牙廓的放大影像。图10-3a为仪器的目镜头外形图。它由玻璃分划板1、中央目镜2、角度读数目镜3和手轮4等组成。目镜头的结构原理如图10-3b所示，从中央目镜可观察到被测工件的轮廓影像和分划板的米字刻线(

31、图10-3c)。从角度读数目镜中，可以观察到分划板上003600的度值刻线和角度固定游标分划板上060的分值刻线(图10-3d)。转动手轮4可使刻有米字刻线和度值刻线的分划板转动，它转过的角度，可从角度读数目镜中读出。当该目镜中固定游标的零刻线与度值刻线的零位对准时，则米字刻线中间虚线AA正好垂直于仪器工作台的纵向移动方向。五、实验步骤(参看图10-1)1、安装工件擦净仪器及被测螺纹，将工件小心地安装在两顶尖之间，拧紧顶尖的紧固螺钉。同时，检查工作台圆周刻度是否对准零位。2、接通电源通过变压器接通电源。3、调整仪器 (1)调整灯丝 用调焦筒(仪器专用附件)调节主光源1(图3-2)，旋转主光源外

32、罩上的三个调节螺钉，直至灯丝位于光轴中央成像清晰，则表示灯丝已位于光轴上并在聚光镜2的焦点上。(2)调整光阑 根据被测螺纹尺寸，从仪器说明书中，查出适宜的光阑直径，然后调好光阑的大小。光阑大小一般可根据下表选择。 螺纹中径d2(mm)101214161820253040光栅孔径(mm)螺纹牙形角3007.77.36.96.66.36.15.75.34.9螺纹牙形角6009.69.08.68.27.97.67.16.76.0(3)调整焦距 调整目镜1上的调节环，使米字刻线和度值、分值刻线清晰。旋转手轮17，使支臂15慢慢升降，以调整仪器的焦距，使被测轮廓影像清晰(若要求严格，可用专用的调焦棒在两

33、顶尖中心线的水平面内调焦)。 (4)调整立柱倾斜由于投射到显微镜中的轮廓是螺纹轴向截面的轮廓，因此，这样测量中径d2及半角时，就会引起误差。故测量时，应转动倾斜螺杆上的手轮12，将立柱顺着螺旋线方向倾斜一个螺旋升角 ，该升角按公式计算， 式中P螺纹螺距(mm)；d2螺纹中径公称值(mm)；，n螺纹线数。 4、测量外螺纹各参数 测量螺纹时；旋转纵、横千分尺带动工作台及被测螺纹移动，旋转目镜头左下方的手轮2(图103)，使圆形分划板1上的米字线转动，用米字线的中间虚线瞄准螺纹影像的有关牙侧。然后，从角度读数目镜和千分尺上读取该牙侧的坐标值，经过计算即可求得螺纹各参效值。瞄准影像的方式有二(图10-

34、4)：图a是移虚线与影象边缘重合，使虚线宽度的一半在影像内，一半在影像外，这叫压线法，用于测量长度。图b是移虚线与影像边缘精确平行，凭狭窄光缝的均匀性瞄准，这叫对线法，用于角度测量。(1)测量中径 螺纹中径d2是指螺纹截成牙凸和牙凹宽度相等并和螺纹轴线同心的假想圆柱面直径。对于单线螺纹，它的中径也等于在轴截面内，沿着与轴线垂直的方向量得的两个相对牙形侧面间的距离。测量时，转动纵向千分尺11和横向千分尺7(图10-1)，以移动工作台；转动手轮4（图10-3），使中央目镜中的A-A虚线与螺纹投影牙形的一侧重合（图10-5），记下横向千分尺的第一次读数。然后将显微镜立柱反向倾斜一个螺旋角，转动横向千

35、分尺，横向移动工作台（纵向不能移动），使A-A虚线与对面牙形轮廓重合（图10-5），记下横向千分尺第二次读数。两次读数之差，即为螺纹的实际中径。为消除螺纹安装误差的影响，需测出d2左和d2右，取两者的平均值作为实际中径：(2)测量牙形半角螺纹牙形半角是指在螺纹牙形上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。测量时，转动纵向和横向千分尺并调节目镜头手轮4，使中央目镜中的A-A虚线与螺纹投影牙形的某一侧面平行并保持均匀的缝隙（图10-6）。此时，角度读数目镜中显示的读数，即为该牙侧的半角数值。在角度读数目镜中，当角度读数为000时，则表示A-A虚线垂直于工作台纵向轴线（图10-7a），当A-A虚线与被测螺纹

36、牙形边对准时，如图10-7b所示，得该半角的数值为：同理，当A-A虚线与被测螺纹牙形另一边对准时，如图10-7c所示，则得另一半角的数值为：为了消除被测螺纹的安装误差的影响，需分别测出()、()、()、()，并按下述方式处理： ， 将它们与牙形半角公称值比较，则得牙形半角偏差为：， ，为了使轮廓影像清晰，测量牙形半角时，同样要使立柱倾斜一个螺纹升角。(3)测量螺距螺距P是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。测量时，转动纵向和横向千分尺，以移动工作台，利用中央目镜中的A-A虚线与螺纹投影牙形的一侧重合，记下纵向千分尺第一次读数。然后，移动纵向工作台（横向不能移动），是牙形纵向移动几个螺距的

37、长度，以同侧牙形与中央目镜中的A-A虚线重合，记下纵向千分尺第二次读数。两次读数之差，即为n个螺距的实际长度（图10-8）。为了消除被测螺纹安装误差的影响，同样要测量出和。然后，取它们的平均值作为螺纹n个螺距的实际尺寸：n个螺距的累积偏差为：5、按图样给定的技术要求，判断被测螺纹件的适用性。六、注意事项1、小心安装工件，防止跌落损坏玻璃工作台；2、严禁用手触摸光学镜头表面；3、注意千分尺的读数范围，不可将千分尺自螺母中旋出。七、思考题1、用影像法测量螺纹时，工具显微镜的立柱为什么要倾斜一个螺纹升角？2、在工具显微镜上测量外螺纹的主要几何参数时，为什么要在牙廓影像左、右侧面分别测取数据，然后取它

38、们的平均值作为测量结果？八、实验报告要求1、仪器名称、型号、横纵坐标读数的分度值、角度读数的分度值；2、被测工件的名称、螺纹升角；3、被测螺纹件的被测参数（大径、小径、中径、螺距、半角）的公称值，以及上述被测参数的允许偏差值。4、测量结果读 数计 算第一次第二次大径 小径 中径螺距半角()()()()5、合格性判断合格性结论大径小径中径螺距半角6、回答思考题实验六 机械零件几何精度的综合测量实验一、目的和要求1、熟练掌握立式光学计、工具显微镜、表面粗糙度测试仪、电容测微仪等常用检测设备的使用方法和使用范围；2、了解各种几何量的检测技术，学会对一般复杂零件进行精度检测。二、实验内容根据提供的零件

39、和设备，选择一种零件和适当的测试方法，进行该零件几何精度的综合测量。三、仪器、设备和材料1、立式光学计；2、小型工具显微镜；3、表面粗糙度测试仪；4、电容测微仪；5、齿轮跳动检查仪；6、齿轮周节检查仪；7、齿轮基节检查仪；8、光切法显微镜。四、实验要求和方法1、在实验室提供的被测零件中选择一种典型零件（如轴类零件、齿轮类零件）作为被测对象；2、根据该零件图上标注的公差项目和其他技术要求，列出精度检测项目一览表；3、设计具体的实验内容，确定相应的测量方法及相应的计量器具和量规；4、对被测零件按表逐项进行检测。每个零件的检测应包含该零件重要部位的线性尺寸、形状和位置误差检测、表面粗糙度轮廓测量等。

40、5、根据检测结果对被测零件的合格性做出判断。6、对同一检测项目可用不同设备和不同手段进行检测的，应选择最佳方案，并说明理由。以下为轴类零件（图11-1）和齿轮类零件的图样（图11-2）。图11-1 输入轴模数m3.5齿数Z18标准压力角200精度等级8-8-7 GB/T10095.1-2001齿距累计总公差Fp0.053单个齿距的极限偏差+fpt+0.017公称公法线长度及其极限偏差（跨3齿） 图11-2 盘形齿轮五、实验报告要求1、被测零件主要检测项目表序号检测项目（线性尺寸，粗糙度，螺纹参数等）检测方法使用的仪器设备及量具量仪等检测结论（是否符合图纸要求）123 2、判断被测工件是否合格，

41、并说明理由。实验七 车刀角度的测量一、目的和要求1、熟悉车刀切削部分的构造，掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀各标注角度的定义；2、了解量角器和量角台的结构原理，学会使用量角器和量角台测量车刀各标注角度；3、绘制车刀标注角度图，并标注出测量得到的各标注角度数值。二、测量原理与实验方法 车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器以及各种车刀量角台等进行测量。其测量的基本原理是：按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量角器的尺面或量角台的指针平面(或侧面、或底面)，与构成被测角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，把要测量的角度测量出来。由于量角器和量角台的结构不同，其测量方法也不同。(

42、一)量角器和量角台的结构 1万能量角器图11 万能量角器1尺体 2游标尺 3制动头 4尺座5、11定位螺钉6、9卡块 7、10制动螺钉8直角尺 12直尺 13基尺 万能量角器是一种通用的角度测量工具，如图11所示。直角尺8或直尺12根据需要，用定位螺钉5或11、卡块6或9、制动螺钉7或10装在尺座4上，松开制动螺钉7或10，直角尺8或直尺12可以在卡块6或9内平行移动，当将直角尺8或直尺12调整到适当的位置时，再用制动螺钉7或10将其锁紧。测量角度时，松开制动头3，尺体1连同基尺13可以沿尺座4上的半圆形滑轨转动，把基尺13与构成被测量角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，然后将制动头3

43、锁紧，从游标尺2的刻度线上，便可以读出所要测量的角度数值。 2车刀量角度台 车刀量角度台是测量车刀标注角度的专用量角仪，它有很多种型式，其中有能测量车刀正交平面参考系的基本角度，又能测量车刀法平面参考系的基本角度的一种车刀量角台，如图12所示。图形底盘2的周边刻有从0起向顺、逆时针两个方向各100的刻度，其上的工作台5小轴7转动，转动的角度，由固连于工作台5上的工作台指针6指示出来。工作台5上的定位块4和导条3固定在一起，能在工作台5的滑槽内平行滑动。图12车刀量角台1支脚 2底盘 3导条 4定位块 5工作台 6工作台指针7小轴 8螺钉轴 9大指针 10销轴 11螺钉 12大刻度盘13滑体 1

44、4小指针 15小刻度盘 16小螺钉 17旋钮 18弯板 19大螺帽 20立柱 立柱20固定安装在底盘2上，它是一根矩形螺纹丝杠，旋转丝杠上的大螺帽19，可以使滑体13沿立柱(丝杠)20的键槽上、下滑动。滑体13上用小螺钉16固定装上一个小刻度盘15，在小刻度盘15的外面，用旋钮17将弯板18的一端锁紧在滑体13上。当松开旋钮17时，弯板18以旋钮17为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯板18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来。在弯板18的另一端，用两个螺钉11固定装上一个扇形大刻度盘12，其上用特制的螺钉轴8装上一个大指针9。大指针9可以绕螺钉轴8向顺、逆时针两个方向

45、转动，并在大刻度盘12上指示出转动的角度。两个销轴10可以限制大指针9的极限位置。 当工作台指针6、大指针和小指针都处在O时，大指针9的前面和侧面b垂直于工作台的平面，而大指针9的底面c平行于工作台5的平面。测量车刀角度时，就是根据被测量的的需要，转动工作台5，同时调整放在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺帽19，使滑体13带动大指针9上升或下降而处于适当的位置，然后用大指针9的前面(或侧面h、或底面c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘12上读出大指针9指示的被测角度数值。以外圆车刀标注为例，说明用万能量角器、车刀量角台测量车刀标注角度的方法。 1用万能量角器测量车刀标注角度 （1）

46、主偏角的测量将万能量角器装成如图13所示的样子，使车刀左侧面(主刀刃一侧)紧密地贴合在直尺(或换成直角尺)的尺面上，让基尺和主刀刃在基面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值。（2）副偏角的测量 测完主偏角之后，保持车刀和直尺的相对位置，让基尺和副刀刃在表面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是副偏角的数值(见图14)。图14 用万能量角器测量车刀副偏角图13 用万能量角器测量车刀主偏角(3)刃倾角的测量 将万能量角器装成如图15所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在切削平面(Ps)内，并和主刀刃紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是刃

47、倾角的数值。(4)前角的测量 将万能量角器装成如图16所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在正交平面(Po)内，并通过主刀刃上的选定点，和前刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是正交面前角的数值。图15 用万能量角器测量车刀刃倾角 (5)后角的测量 将万能量角器装成如图l一7所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直角尺(或换成直尺)的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在正交平面(Po)内，并通过主刀刃上的选定点和后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是正交平面后角的数值。 用万能量角器测量车刀标注角度，其角度数值的精确度可能达到分，但由于基尺、直角尺

48、和直尺的尺面较窄，定位不准，再加上是用眼睛观察来判断尺面是否在基面、切削平面和正交平面内，因此可能造成较大的测量误差。图17 用万能量角器测量车刀前角图16 用万能量角器测量车刀前角2用车刀量角台测量车刀标注角度 (1)校准车刀量角台的原始位置 用车刀量角台测量车刀标注角度之前，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位，然后把车刀按图18所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置。 (2)主偏角的测量 从图18所示的原始位置起，按顺时针方向转动工作台(工作台平面相当于Pr)，让主刀刃和大指针前面紧密贴合，如图19所示，则工作指针在底盘上

49、所指示的刻度数值，就是主偏角K，的数值。(3)刃倾角的测量 测完主偏角之后，使大指针底面c和主刀刃紧密贴合(大指针前面相当于Ps)，如图110所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角k数值。指针在0左边为+，指针在0右边为一。 (4)前角的测量必须在测量完主偏角，和刃倾角的数值后进行，可从图110所示，测完刃倾角的位置起按逆时针方向使工作台转动90，这时主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面(相当于Po)，然后让大指针底面c落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴合)，如图111所示，则大指针在大刻盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角的数值。指针在0右边时为，指针在O左边时为

50、。 (5)后角测量 在测量前角之后，向右平行移动车刀，(这时定位块可能要移到车刀的左边，但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧)，使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图112所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后角的数值。指针在0左边为，指针在0右边。 (6)副偏角的测量 参照测量主偏角的方法，转动工作台，使副刀刃和大指针前面紧密贴合，如图1一13所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角数值。 (7)副后角的测量 可参照测量后角的方法进行测量。 (8)法平面的法前角和法后角的测量测量车刀法平面的和必须在测量完主偏角和刃倾角之后才能进行。先在原测量

51、主偏角的位置逆时针方向转动工作台90，然后将滑体(连同小刻度盘和小指针)和弯板(连同大刻度和大指针)上升到适当位置，使弯板转动一个刃倾角数值，这个数值由固连于弯板上的小指针在小刻度盘上指示出来(逆时针方向转动为+，顺时针方向转动-)，如图114所示，然后再按如前所述测量主剖面前角和后角的方法(参照图111和图112)便可测量出车刀法平面前角和后角的数值。图1-13 用车刀量角台测量车刀副偏角 图1-14 用车刀量角台测量车刀法剖面角和后角 (9)背平面前角后角的测量 可参照正交平面前后角的测量方法进行。 (10)假定工作面前角后角的测量 也可参照正交平面前后角的测量方法进行。实验八 车削力的测

52、定及经验公式的建立一、目的与要求1了解车削测力仪的工作原理及测力方法。 2掌握切削深度a。、进给量f等对车削力的影响规律。 3通过实验数据的处理，建立主车削力Fz的经验公式。二、测量原理与实验方法 测量切削力的主要工具之一是测力仪。测力仪的种类很多，有机械式的测力仪、油压式测力仪和电测力仪。目前使用较多的是电测力仪。电测力仪又有电阻应变式、电感式、电容式和压电式等，其中以电阻应变式及压电式使用的较多，本实验使用的是电阻应变式的双平行八角环车削测力仪(QB07型)。 测力仪必须具备如下性能要求 1必须有足够的刚度。刚度是指单位变形所需的作用力。要求达到108Nm(10kgf)。 2必须有较高的固

53、有频率(自振频率)。要求大于所测力变化频率的45倍。 3应有足够的灵敏度。灵敏度是指单位作用力下测力仪的输出。要求能测出切削力变化的1%。灵敏度单位：电阻应变式用微应变表示，即/N(或kgf)。 4各分力间的相互干扰较小。要求干扰小于34%。 5测力仪的输出应不受力作用点位置变化的影响。 6测力仪的输出应有较好的线性及较小的滞后现象。非线性度应小于3%，滞后应小于2%。 (一)电阻应变式测力仪的工作原理 图21为几种不同结构形式的八角环形电阻应变式车削测力仪。 本实验使用的是卧式双环结构测力仪。 就电阻应变式测力仪而言，尽管种类繁多，结构各异，但其工作原理是一样的，即在测力仪弹性元件的适当位置

54、粘贴着具有一定电阻值R的电阻应变片，并将其联成电桥。切削时，弹性元件受力变形，于是紧粘在其上的电阻应变片也随之变形，电阻值R发生了变化(RR)。当应变片受拉伸变形时，长度相应变化(+)电阻丝直径变细，电阻增大(R+R)，当应变片受压缩变形时，长度也相应发生变化(-)，电阻丝直径变粗，电阻减小(R一R)，从而电桥有电压(或电流)输出。应变片长度变化令与电阻值变化的关系在一定范围内近似线性。由此可以从测得的值求出相应的值。全称为应变。则，而微应变，但由于电阻应变片的电阻变化很小，所以一般还必须经过电阻应变仪放大，然后读数，再根据标定曲线的换算，就能求得切削力数值。图2-2 a为由电阻应变片所组成的

55、电桥，R1、R2、R3、R4分别为四个电桥桥臂的电阻。当A、C端加以一定的桥压时，则B、D端的输出电压由下式求得 （2-1）由式（2-1）可知，当时，电桥输出电压，即电桥处于平衡，这就是在进行切削实验前必须进行的电桥平衡的调节工作。在切削力作用下，应变片电阻发生变化，破坏了电桥的平衡。若、分别产生、的电阻变化，则由式（2-1）电桥的输出电压为 （2-2） 由式(22)可以看到电桥的一个重要性质：当电桥相邻两臂有符号相同的电阻变化时，电桥输出电压为两桥电阻变化相减的结果；当电桥相对两臂有符号相同的电阻变化时，电桥输出电压为两桥臂电阻变化相加的结果。因此，在测力仪接桥时，为使电桥有较大的输出，则应

56、使电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化。这就是测力仪布片与接桥原则。 测力仪常用的电桥有等臂全桥(电桥由四个工作臂组成，=R）及半桥(电桥由两个工作臂加上两个固定电阻组成，=R），如图22所示。由式(2_-2)，两种电桥的输出电压为全桥： （2-3）半桥： （2-4）比较式(23)与(24)可知，当；时，全桥的输出为半桥的两倍，也即全桥的灵敏度为半桥的两倍。因此，为提高测力仪灵敏度，即电桥有较大的输出，应尽可能采用等臂全桥的测量电路。 图2-1b所示的测力仪，其弹性元件由上、下两个八角扁环组成，环的表面贴有20片电阻应变片，联成三个电桥，分别用于测量车削时的三个分力

57、、。 用于测量Fz力的电阻应变片共有四片、(也可贴八片)组成全桥(图23)，在Fz力的作用下，上环产生拉伸变形，于是、受压，电阻减小（）；下环产生压缩变形，于是、受拉，电阻增大（），由于电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化，符合上述布片与接桥原则，而且是全桥电路，故有较大的输出电压。 用于测量Fy力的电阻应变片共八片、，每臂由两片串联组成全桥(图23)，在力的作用下，上、下两环都产生压缩变形，于是、受拉，电阻增大(各为+R)；、受压，电阻减小(各为一R)。同理，符合上述布片与接桥原则。 用于测量Fx力的电阻应变片共八片、，每臂由两片串联组成全桥(图23)，在力的作用

58、下，上、下两环皆受切向力，于是、受拉，电阻增大(各为+R)；、。受压，电阻减小(各为一R)。同理，也符合上述布片与接桥原则。 测力仪的布片与接桥，还应考虑尽可能的消除三个分力间的相互干扰(相间干扰)，即每一个电桥的输出电压仅与被测的切削分力有关，而其他两切削分力的作用不引起电桥输出电压的变化。为此，在布片与接桥时，还应使被测切削分力以外的其他两分力作用时，对被测切削分力的电阻应变片所产生的电阻变化，在电桥中相互抵消，即所谓电补偿方法。 如测量Fz力的电桥输出在Fy力的作用下、皆受拉伸变形，电阻增大，各为+R2且数值相等，代人上式，括号内数值之和为零，所以力的作用对Fz力的电桥不产生输出，即Fy

59、力对被测的Fz力没有干扰。在Fx力的作用下，、皆为+Rz；、受压，电阻减小，、皆为Rz。代入上式，括号内数值之和也为零，所以Fy力的作用对Fz力的电桥也不产生输出，即Fx力对被测的Fz力没有干扰。由此可知Fy和Fx力对Fz力无干扰。同理，也可以证明Fz和Fx力对Fy力无干扰，Fz和Fy对Fx力也无干扰。 消除分力间相互干扰的方法，也可以使用补偿器或通过标定公式消除。(二)电阻应变式测力仪常用的放大与记录仪器 1电阻应变仪 由于电桥的输出电压很小，因此需用应变仪来放大电桥的输出信号，电阻应变仪的型号很多，常用的有YJD一1型、YJ一5型、Y6D一2型、Y6D一3A型、Y8DB一5型、YD一21型

60、等。2记录仪器 电阻应变仪的输出信号，尚需由记录仪器记录。电阻应变仪配套使用的记录仪器有光线示波器(SC16型等)及数字电压表(PZ8、PZ26型等)。 根据上述原理，切削力的测量系统框图如图24所示。 (三)测力仪的静态标定原理 测力仪的标定，本实验可以不做，但标定常数或标定公式应预先做好给出。标定原理如下： 电阻应变仪是用于测量弹性元件受力后所产生的应变量，单位为微应变()(如YD一21型应变仪可以直接读得)。当配用示波器进行记录时，读数为光点的位移距离，单位为毫米(ram)，可以通过应变仪的电标定，将其换算成单位。但仍不是切削力的单位，所以标定的目的就是要画出N(或kgf)一关系曲线，即