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机械基础实验
常熟理工学院机械工程学院
机械设计教研室
2012.2
实验一 平面机构运动简图的测绘
一．目的
1． 初步掌握实际机构或机构模型的机构运动简图的测绘方法；
2． 应用机构自由度计算方法及机构运动条件分析平面机构运动的确定性。
二．设备和工具
1． 各种机构实物或模型；
2． 钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器等； 3． 铅笔、橡皮、草稿纸（自备）。 三．原理
从运动学的观点看，机构运动特性与原动件的运动规律、构件的数目、运动副的数目、种类、相对位置有关。因此，可以撇开构件的实际外形和运动副的具体结构，而用简单的线条和规定的符号（见教材）代表构件和运动副。并按比例定出各运动副的相对位置，绘制出机构运动简图，以此来说明实际机构的运动特性。
四．步骤
1．了解被测机构或机构模型，并记录其编号。
2． 确定构件数目。将被测的机构或机构摸型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动传递的路线仔细观察机构运动。分清机构中哪些构件是活动构件、哪些是固定构件，从而确定机构中的原动件、从动件、机架及其数目。
3． 判定各运动副的类型和数目。仔细观察各构件间的接触情况及相对运动的特点，判定各运动副是低副还是高副，并准确数出其数目。
4． 绘制机构示意图。选定最能清楚地表达各构件相互运动关系的面为视图平面，选定原动件的位置，按构件联接的顺序，用简单的线条和规定的符号在草稿纸上徒手绘出机构示意图，然后在各构件旁标注数字1、2、3、------，
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在各运动副旁标注字母A、B、C、------。并确定机构类型。
5． 绘制机构运动简图。仔细测量与机构运动有关的尺寸（如转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等），按选定的比例尺μι绘出机构运动简图。
μι= 构件实际尺寸(m)/ 构件图示尺寸(mm)
6． 分析机构运动的确定性。计算机构的自由度数，并将结果与实际机构的原动件数相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。
五．思考题
1．一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？
2． 绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定？会不会影响运动简图的正确性？
3． 机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？
实验二
螺纹连接变形实验
一、实验目的
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，观察螺栓变应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。 二、实验项目
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.增加被连接件刚度的静动态实验。 三、实验设备及仪器
LZS螺栓联接综合实验台一台；LSD-A静动态测量仪一台；计算机及专用软件等实验设备及仪器。
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1.螺栓联接实验台的结构与工作原理如图1-1所示。
1）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。
2.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LSD-A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。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ΔR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，测出电阻值的变化ΔR/R，就可换算出相应的应变ε，并
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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。
图1-1 螺栓联接综合实验台
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、M8螺杆 18、挺杆 19、手轮
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120Ω，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3-2所示半桥，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。
图1-2仪器电路结构示意图
3.计算机专用多媒体软件及其他配套器具
1） 需要计算机的配置为带ISA槽主板、128M内存、40G硬盘、Celeron1.3G、光驱48X、17”纯平显示器。 2） 配套A/D板为PC6360转换卡。
3） 实验台专用多媒体软件，该软件可进行螺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。
4） 专用扭力扳手0-200Nm一把，量程为0-1mm的千分表两个。 四、实验方法及步骤
1.实验台及仪器预调与连接
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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A/D板接口。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”电位器，使数码管为“0”，进行测点的电阻平衡。
2.实验方法与步骤 （1）螺栓联接的静态实验
1） 用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为30～40N时，取下扳手，完成螺栓预紧。
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机械基础实验指导书
