《機械基礎(chǔ)實驗II》

1、 機械基礎(chǔ)實驗II實驗指導書佛山科學技術(shù)學院機電工程系實驗一 帶傳動特性實驗一、目的和要求 1、觀察帶傳動中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象以及它們與帶傳遞載荷之間的關(guān)系； 2、比較預緊力大小對帶傳動承載能力的影響； 3、比較分析平帶、V帶和圓帶傳動的承載能力； 4、測定彈性滑動率和帶傳動效率與所傳遞的載荷之間的關(guān)系，繪制帶傳動滑動曲線和效率曲線； 5、了解帶傳動實驗臺的工作原理與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的測量方法。二、實驗內(nèi)容1、測定一種以上傳動帶在不同初拉力和負載下的滑動率和效率，繪出帶傳動的滑動曲線和效率曲線；2、了解帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象以及與帶傳動承載能力的關(guān)系。三、儀器、設(shè)備和材料1、CQPC型帶傳動實

2、驗臺；2、計算機。四、實驗原理帶在傳動過程中，由于帶松緊兩邊彈性變形不等而引起的帶輪間的滑動稱為彈性滑動，它是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象，而且隨著傳遞功率的增減而變化。當傳遞的圓周力逐漸增大，超過帶與帶輪間的摩擦力時，帶將沿著輪面發(fā)生顯著的滑動即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至使傳遞失效，故打滑應予避免。 通過實驗可以獲得滑動的定量關(guān)系。在規(guī)定的初拉力條件下，逐次改變負載，、和、值也將隨之改變。這樣可測出不同負載下的滑動率及效率，即可獲得帶傳動的滑動曲線-Fe和效率曲線-Fe。1、效率的測定根據(jù)效率的定義，其值為：式中：T1 、T2分別為帶傳動輸入和輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）； n1、

3、n2分別為主動帶輪和從動帶輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。2、滑動率的確定根據(jù)滑動率的定義，其值為：式中：d1、d2分別為主動帶輪和從動帶輪的計算直徑（mm）。3、有效圓周力的確定有效圓周力可按下式計算： F=2T2/d2 (N)在給定初拉力的條件下，測量T1、T2、n1、n2即可獲得上述定量關(guān)系。皮帶實驗臺簡介（一）主要技術(shù)參數(shù) 直流伺服電動機：功率355W，調(diào)速范圍501500rpm，精度1r/m；預緊力最大值：3.5kgf；轉(zhuǎn)矩力測桿力臂長：L1=L2=120mm（L1、L2電機轉(zhuǎn)子軸心至力傳感器中心的距離）；測力桿剛度系數(shù)：K1=K2=0.24N/格；帶輪直徑：平帶輪與圓帶輪d1=d2=120

4、mm，V帶輪d1 =120mm d2=120mm；壓力傳感器：精度1%，量程050N；直流發(fā)電機：功率355W，加載范圍0320W（40W8）;外形尺寸：8004001000mm;總重量：110kg（二）實驗臺主要結(jié)構(gòu)及工作原理 1. 電動機移動底板 2. 砝碼及砝碼架 3. 力傳感器 4. 轉(zhuǎn)矩力測桿 5. 電動機6. 試驗帶 7. 光電測速裝置 8. 發(fā)電機 9. 負載燈泡組 10. 機座 11. 操縱面板 圖3-1 CQP-C帶傳動實驗臺主要結(jié)構(gòu)圖 1、實驗臺主要結(jié)構(gòu)：該實驗臺主要由兩個直流電機組成，其中一個為主動電機5，另一個為從動電機8，作發(fā)電機使用，其電樞繞組兩端接上燈泡負載9，主

5、動電機固定在一個以水平方向移動的底板1上，與發(fā)電機由一根試驗帶6 連接。移動底板1的一端通過鋼絲繩與砝碼架2相連，通過增減砝碼架上的砝碼，可拉緊皮帶6，并確定帶傳動的初拉力。電機錠子未固定可轉(zhuǎn)動，其外殼上裝有轉(zhuǎn)矩力測桿4，支點壓在壓力傳感器3上通過計算即可得到電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩。兩電機后端裝有光電測速裝置7和測速轉(zhuǎn)盤，所測轉(zhuǎn)速在面板上各自的數(shù)碼管上顯示。 實驗臺內(nèi)裝數(shù)據(jù)采集箱一個，內(nèi)設(shè)單片機，承擔數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、自動顯示等功能。能實時顯示帶傳動過程中主動輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和從動輪的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩值。如通過微機接口外接 PC 機，這時就可自動顯示并能打印輸出帶傳動的滑動曲線P2 及效率曲線 P2 及

6、相關(guān)數(shù)據(jù)。面板的布置如圖3-2 所示。圖3-2 帶傳動實驗臺面板布置圖電源開關(guān) 2. 電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 3. 電動機轉(zhuǎn)速顯示 4. 發(fā)電機轉(zhuǎn)速顯示 5. 加載顯示6. 卸載按鈕 7. 加載按鈕 8. 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩力顯示 9. 電動機轉(zhuǎn)矩力顯示 2、實驗臺工作原理 （1）轉(zhuǎn)矩的測定兩臺電機的定子外殼是支承在支座的滾動軸承中，并可繞與轉(zhuǎn)子相重合的軸線擺動。當電機啟動和發(fā)電機加負載后，由于定子和轉(zhuǎn)子間磁場的相互作用，電動機的外殼（定子）將向轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)的反向（逆時針）翻轉(zhuǎn)，而發(fā)電動機的外殼將向轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)的同向（順時針）翻轉(zhuǎn)。兩電機外殼上均固定有測力桿4，把電機外殼翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力傳遞給傳感器3，如圖3-1所

7、示。主、從動帶輪轉(zhuǎn)矩力可直接在面板上的數(shù)碼管窗口上讀取，并可傳到計算機中進行計算分析。 主動帶輪上的轉(zhuǎn)矩 T1=F1K1L1 N.m 從動帶輪上的轉(zhuǎn)矩 T2=F2K2L2 N.m 式中： F1、F2電機轉(zhuǎn)矩力（面板窗口顯示讀取）； K1、K2轉(zhuǎn)矩力測桿剛性系數(shù)（本實驗臺K1=K2=0.24N/格）； L1、L2力臂長，即電機轉(zhuǎn)子中心至力傳感器軸心矩離（本實驗臺L1=L2=120mm）。（2）轉(zhuǎn)速的測量兩電機后端裝有光電測速裝置和測速轉(zhuǎn)盤，主軸轉(zhuǎn)動時，可在實驗臺面板數(shù)碼管窗口上直接讀出主軸轉(zhuǎn)速（即帶輪轉(zhuǎn)速），并可傳到計算機中進行計算分析。 （3）加載原理發(fā)電機的輸出電路中并聯(lián)有8個40W燈泡，組

8、成實驗臺加載系統(tǒng)，該加載系統(tǒng)可通過計算機軟件主界面上的加載按鈕控制，也可用實驗臺面板上觸摸按鈕控制，使發(fā)電機激磁電壓加大，電樞電流增大，隨之電磁轉(zhuǎn)矩也增大，即發(fā)電機的負載轉(zhuǎn)矩增大，實現(xiàn)了負載的改變。 （4）帶傳動滑動率的測定主、從動帶輪轉(zhuǎn)速n1、n2可從實驗臺面板窗口或帶傳動實驗分析界面窗口上讀出。由于帶傳動存在彈性滑動，使v 2v1，其速度降低程度用滑動率表示： 當d1=d2時： 式中：d1、d2 主、從動帶輪基準直徑；v1、v2 主、從動帶論的圓周速度； n1、n2 主、從動帶輪的轉(zhuǎn)速。 （5）帶傳動的效率的測定 式中：主、從動帶輪上的功率； T1、T2主、從動帶輪上的轉(zhuǎn)矩； n1、n2主

9、、從動帶輪的轉(zhuǎn)速。 （6）帶傳動的彈性滑動曲線和效率曲線的測定改變帶傳動的負載，其T1、T2、n1、n2也都在改變，這樣就可算得一系列的、值，以P2為橫坐標，分別以、為縱坐標，可繪制出彈性滑動曲線和效率曲線，如圖3-3所示。A0圖3-3 帶傳動彈性滑動曲線和效率曲線圖中橫坐標上A0點為臨界點，A0點以左為彈性滑動區(qū)，即帶傳動的正常工作區(qū)段，在該區(qū)域內(nèi)，隨著載荷的增加，彈性滑差率和效率逐漸增加；當載荷繼續(xù)增加到超過臨界點A0時，彈性滑差率急劇上升，效率急劇下降，帶傳動進入打滑區(qū)段，不能正常工作，應當避免。六、實驗步驟1、選定試驗帶（本實驗提供了V帶、平帶、圓帶3種試驗帶），先將選定的試驗帶及相應

10、帶輪安裝在電機上。2、將實驗臺數(shù)據(jù)串口與計算機串口相連。3、確定帶的初拉力2F0 值，根據(jù)初拉力大小決定砝碼重量。4、檢查調(diào)速旋鈕，將其逆時針旋轉(zhuǎn)到底，確保初始狀態(tài)為速度最小處。5、接通實驗臺電源，電源指示燈亮；調(diào)整測力桿，使其處于平衡狀態(tài)。6、打開計算機，單擊“帶傳動”圖標，進入帶傳動封面，單擊左鍵，進入帶傳動實驗說明界面，再單擊“實驗”鍵，彈出“開始接收數(shù)據(jù)”提示框，單擊“確定”，進入帶傳動實驗分析面。7、按實驗實際情況調(diào)整界面參數(shù)。再按順時針方向慢慢地旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕，使電動機逐漸加速到1000r/m左右，待帶傳動運動平穩(wěn)后（需數(shù)分鐘），記錄帶輪轉(zhuǎn)速n1、n2和電機轉(zhuǎn)矩力T1、T2

11、一組數(shù)據(jù)。8、在帶傳動實驗分析下方單擊“運動模擬”鍵；再擊“加載”鍵，每間隔510秒鐘，即數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，單擊“穩(wěn)定測試”鍵，逐組記錄數(shù)據(jù)n1、n2及T1、T2，注意n1與n2間的差值，觀察實驗臺上帶傳動的彈性滑動現(xiàn)象。9、再擊“加載”鍵，繼續(xù)增加負載，直到3%左右，帶傳動進入打滑區(qū)，若再繼續(xù)增加負載，n1與n2之差迅速增大，帶傳動出現(xiàn)明顯打滑現(xiàn)象。同時，分別在實驗臺及實驗分析界面的運動模擬窗口觀察帶傳動的打滑現(xiàn)象。10、如果實驗效果不理想，可單擊“重做實驗”，即可從第7步起重做實驗。11、單擊“實測曲線”鍵，顯示繪制的帶傳動滑動曲線和效率曲線；如果需要可單擊“打印”鍵，打印機即可自動打印帶傳動彈

12、性滑動曲線和效率曲線。12、按面板卸載按鈕，關(guān)閉全部燈泡，將電機調(diào)速旋鈕逆時針旋到底，關(guān)閉實驗臺電源，然后通過砝碼的增減調(diào)整初拉力，再重復做一次實驗。13、按面板卸載按鈕，關(guān)閉全部燈泡；將電機調(diào)速旋鈕逆時針旋到底，關(guān)閉實驗臺電源，拆下初選帶及帶輪，分別裝上另一種帶輪及帶，加砝碼，再重復做一次實驗。14、關(guān)閉實驗臺電源，取下砝碼；在實驗分析界面上單擊“退出系統(tǒng)”，返回WINDOWS界面。15、整理實驗數(shù)據(jù)，如果未自動打印實驗曲線，則需要手工繪制帶傳動彈性滑動曲線和效率曲線。七、實驗注意事項1、實驗前應反復推動電動機移動底板，使其運動靈活。2、帶及帶輪應保持清潔，不得粘油。如果不清潔，可用汽油或酒

13、精清洗，再用干抹布擦干。3、在啟動實驗臺電源開關(guān)之前，必須做到：（1）將面板上轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋到止位，以避免電動機突然高速運動產(chǎn)生沖擊損壞傳感器；（2）應在砝碼架上加上一定的砝碼，使帶張緊；（3）應卸去發(fā)電機所有的負載。4、實驗時，先將電動機轉(zhuǎn)速逐漸調(diào)至1000rpm，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，使帶的傳動性能穩(wěn)定。5、采集數(shù)據(jù)時，一定要等轉(zhuǎn)速窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行，兩次采集間隔510秒鐘。6、當帶加載至打滑時，運轉(zhuǎn)時間不能過長，以防帶過度磨損。7、若出現(xiàn)平帶飛出的情況，可將帶調(diào)頭后裝上帶輪，再進行實驗。若帶調(diào)頭后仍出現(xiàn)飛出情況，則需將電機支座固定螺釘擰松，將兩電機的軸線調(diào)整平行后再擰緊螺釘，裝帶實驗。八

14、、思考題 1、帶傳動的彈性滑動和打滑有何不同？產(chǎn)生的原因是什么？各有何后果？ 2、比較不同預緊力作用下，帶的彈性滑動曲線及效率曲線各有何不同？ 3、比較兩種不同預緊力時V帶傳動的承載能力，說明原因。 4、比較V帶與平帶或V帶與圓帶傳動的承載能力，綜合分析影響帶傳動承載能力的因素。 九、實驗報告要求（一）寫出傳動帶實驗參數(shù)1、試驗帶種類及預緊力：2、帶輪基準直徑：d1=d2= mm3、測力桿力臂長：L1=L2= mm4、測力桿剛性系數(shù)：K1=K2= N/格5、包角：1=2= （二）實驗數(shù)據(jù)記錄表 （1）試驗帶的實驗數(shù)據(jù)及實驗曲線（帶的類型： ）第一次預緊： 預緊力 2F01= N加載n1n2nF

15、1F2T1T2123第二次預緊： 預緊力 2F02= N加載n1n2nF1F2T1T2123彈性滑動曲線和效率曲線第一次預緊 2F01= N第二次預緊2F02= N（2）任選另一試驗帶的彈性滑動曲線和效率曲線（帶的類型： ） 2F0= NV帶 平帶圓帶回答思考題實驗二 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析實驗一、目的和要求1、熟悉和掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承組合設(shè)計的基本要求和設(shè)計方法；2、了解軸的加工工藝和軸上零件的裝配工藝；3、分析并了解潤滑及密封裝置的類型和機構(gòu)特點。二、實驗內(nèi)容1、進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與滾動軸承組合設(shè)計；2、繪制軸系結(jié)構(gòu)裝配圖。三、儀器、設(shè)備和材料1、模塊化軸段和軸上零件；2、活動扳手、內(nèi)外卡鉗

16、、鋼板尺、游標卡尺、鉛筆、三角板等；四、實驗步驟1、根據(jù)實驗題號的要求（見表4-1），構(gòu)思軸系結(jié)構(gòu)方案；1) 根據(jù)齒輪受力特點選擇滾動軸承型號；2) 確定軸承組合的軸向固定方式（兩端固定或一端固定另一端游動，正裝或反裝）；3) 根據(jù)齒輪圓周速度（高、中、低），確定軸承的潤滑方式（脂潤滑、油潤滑）及甩油、擋油措施；4) 選擇端蓋形式（凸緣式、嵌入式），并考慮透蓋處的密封方式（氈圈、皮碗油封、油溝）；5) 確定軸上零件的定位、固定與拆裝、軸承間隙及軸系位置的調(diào)整等問題；6) 繪制軸系結(jié)構(gòu)方案示意圖。2、根據(jù)軸系結(jié)構(gòu)方案，從實驗箱中選取合適零件，按照裝配工藝要求順序裝到軸上，完成軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3、

17、檢查軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，并對不合理的結(jié)構(gòu)進行修改。4、繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖；5、測量軸系主要裝配尺寸和零件的主要結(jié)構(gòu)尺寸（軸承座只測繪軸向?qū)挾龋?，并做好記錄?、根據(jù)裝配草圖和測量數(shù)據(jù)，按適當?shù)谋壤瓿奢S系結(jié)構(gòu)設(shè)計裝配圖（注明必要尺寸，如支承跨距、主要配合尺寸，齒頂圓直徑和寬度等）；7、拆卸，將所有零件放入實驗箱內(nèi)的規(guī)定位置，交還所借工具。 表4-1 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗題號及內(nèi)容實驗表格 已 知 條 件齒輪類型載荷轉(zhuǎn)速其他條件示 意 圖 1小直齒輪輕低606070606085 2中高 3大直齒輪中低 4重中 5小斜齒輪輕中606070606085 6中高 7大斜齒輪中中 8 重低 9小錐齒輪輕低錐

18、齒輪與軸分開308285 10中高錐齒輪軸 11蝸 桿輕低發(fā)熱量小L 12重中發(fā)熱量大五、實驗注意事項1、零件全部采用鋁合金制作，在選用時不得任意敲打、錘挫，以免傷害零件表面影響今后的使用。2、愛惜零件，不得丟失，每箱零件只能單獨裝箱存放不得與其他箱內(nèi)零件混雜在一起，不利于下次實驗。3、實驗箱配備零件明細表，實驗完成后放回箱中。 六、實驗報告要求1、實驗目的；2、軸系部件設(shè)計實驗方案（實驗題號；已知條件；軸系結(jié)構(gòu)方案示意圖）；3、軸系結(jié)構(gòu)裝配圖；4、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計說明（如軸承型號選擇、軸承組合設(shè)計安裝及調(diào)整、軸及軸上零件的定位固定方式及其特點；軸承游隙的調(diào)整方法；端蓋的選擇、軸承的潤滑與密封方式

19、等）；5、體會與建議。實驗三 形位誤差測量用合像水平儀測量導軌直線度誤差一、目的和要求1、掌握用合像水平儀測量直線度誤差的方法及數(shù)據(jù)處理方法；2、加深對直線度誤差定義的理解。二、實驗內(nèi)容用合像水平儀測量導軌直線度誤差并作數(shù)據(jù)處理。三、儀器、設(shè)備和材料1、合像水平儀 合像水平儀是一種測量微小角度變化量的量儀，常用于檢測導軌在給定平面內(nèi)直線度誤差。其外形如圖8-1所示。本實驗所用的合像水平儀，其主要技術(shù)性能指標如下表所示：分度值測量范圍2（相當于i=0.01mm/m） 0- 10mm/m四、測量原理 圖8-1 合像水平儀 直線度誤差通常按與理想要素比較的原則進行測量。用準直光線、水平面或高精度平板

20、的平面構(gòu)成一條模擬理想直線，然后把被測實際線上各被測點與模擬理想直線上相應的點相比較，以確定實際線各點的偏差值，最后通過數(shù)據(jù)處理求出直線度誤差。合像水平儀測量導軌在給定平面的直線度誤差，是通過測量導軌表面相鄰兩點間的微小角度變化，通過換算得到兩測點的高度差，最后用作圖或計算法求出導軌表面的直線度誤差。合像水平儀的結(jié)構(gòu)如圖8-2a所示，它由底板1和殼體4組成外殼基體，其內(nèi)部則由杠桿2，水準器8，兩個棱鏡7，測量系統(tǒng)9、10、11、12以及放大鏡6組成。使用時將合像水平儀放在橋板上相對不動，再將橋板放于被測表面上。如果被測表面無直線度誤差，并與自然水平面基準平行，此時水準器的氣泡則位于兩棱鏡的中間

21、位置，氣泡邊緣通過合像棱鏡7所產(chǎn)生的影像，在放大鏡6中觀察將出現(xiàn)如圖8-2b所示的情況。但在實際測量中，由于被測表面安放位置不理想和被測表面本身不直，導致氣泡移動，其視場情況將如圖8-2c所示。此時可轉(zhuǎn)動微測螺桿10，使水準器轉(zhuǎn)動一角度，從而使氣泡返回棱鏡組7的中間位置；則圖8-2c中兩影像的錯移量消失而恢復成光滑的半圓頭(圖8-2b)。測微螺桿移動量S，導致水準器的轉(zhuǎn)角（圖8-2d）與被測表面相鄰兩點的實際高度差h有確切的對應關(guān)系，即h=001L*(m)。式中 001合像水平儀的分度值(mmm) L橋板節(jié)距(mm)角度讀數(shù)值(用格數(shù)來計算)五、實驗步驟1、把水平儀分別放置在實際被測直線的兩端

22、，調(diào)整被測導軌的位置，使水平儀在兩端的示值相差不大，以使實際被測直線大致位于水平的位置。2、根據(jù)導軌被測表面的總長，確定相鄰兩測點之間的距離（節(jié)距），并選擇相應跨距的橋板，在導軌被測面上標出均勻布置的各個測點的位置。3、將水平儀安放在橋板上，把橋板依次放在各測點（節(jié)距）的位置。每放一個節(jié)距后，若兩氣泡像錯開，則旋動微分筒9合像，使放大鏡中出現(xiàn)如圖8-2b所示的情況，此時即可進行讀數(shù)。先在放大鏡11處讀數(shù)，它是反映螺桿10的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，讀數(shù)（格）的百位在此處讀得。在讀微分筒9上的讀數(shù)，它是螺桿10旋轉(zhuǎn)一圈（100格）的細分讀數(shù)，即讀數(shù)（格）的十位與個位在此處讀得。4、順測（從始點至終點）、逆測（從

23、終點至始點）各一次，取各測點兩次讀數(shù)的平均值為該測點的終讀值。5、對測得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，求解直線度誤差值。六、數(shù)據(jù)處理實例例：用合像水平儀測量一導軌的直線度誤差。儀器的分度值為0.01mm/m，選用的橋板節(jié)距L=200mm，測量直線度記錄數(shù)據(jù)見附表。若被測平面的直線度公差等級為5級，試按最小包容區(qū)域法作圖評定該平面的直線度誤差是否合格？測點序號i012345678儀器讀 數(shù)ai(格)順測298300290301302306299296逆測296298288299300306297296平均297299289300301306198296簡化讀數(shù) ai= ai-a00+2-8+3+4+9+1

24、-1累積值（格）00+2-6-3+1+10+11+10表中a值可任取，但要便于讀數(shù)的簡化。 F=0.0120011=22m按國家標準GBll84-80，直線度5級公差值為25m。誤差值小于公差值，所以被測工件直線度誤差合格。七、注意事項1、橋板每次移動時，應使橋板的支承在前后位置上首尾銜接，并且水平儀不得相對于橋板產(chǎn)生位移。2、逆測時，橋板切勿調(diào)頭。3、為減少對準誤差對測量結(jié)果的影響，在觀察放大鏡6進行調(diào)整時，眼睛須正朝下看，即讓視線落到兩氣泡像的接觸面上。4、溫度變化對水準器的位置影響很大，使用時必須和熱隔離，以免產(chǎn)生其它誤差。八、思考題1、評定直線度誤差時，為什么取兩條包容線之間的坐標距離

25、?能否取兩條包容線之間的垂直距離?2、導軌的分段數(shù)如何選定?是多好還是少好?九、實驗報告要求1、儀器名稱、分度值、測量范圍；2、被測件名稱、長度；分為 段 點；3、橋板跨距；4、測量數(shù)據(jù)；5、數(shù)據(jù)處理；6、合格性判斷；7、回答思考題。實驗四 表面粗糙度測量用表面粗糙度測試儀測量表面粗糙度一、目的和要求1、了解表面粗糙度測試儀測量表面粗糙度的原理；2、掌握表面粗糙度測試儀測量表面粗糙度的方法；3、理解表面粗糙度評定參數(shù)Ra 、Rz的實際含義。二、實驗內(nèi)容用表面粗糙度測試儀測量零件的表面粗糙度并作評定。三、儀器、設(shè)備和材料1、表面粗糙度測試儀本實驗選用JB1C表面粗糙度測試儀，其結(jié)構(gòu)如圖91所示。

26、該儀器主要由主機、測量頭、記錄器等組成。此儀器可測量平面、外圓柱面和內(nèi)圓柱面(內(nèi)徑大于6mm)的表面粗糙度。其主要技術(shù)性能指標如下表所示：評定參數(shù)測量范圍取樣長度Ra 、RzRa 0.0810m0.25、0.8、2.5圖91 表面粗糙度測試儀1-主機；2-顯示屏；3-保護罩；4-薄膜按鍵；5-測量頭；6-支承部件；7-電纜；8-復位鍵；9-測量準備撥動開關(guān)；10-探頭插座；11外接電源插頭；12-打印紙支架 四、測量原理表面粗糙度測試儀的工作原理如圖92所示。當傳感器的探針沿工件表面勻速滑行時，工件表面的微觀不平度使探針上下移動。傳感器把探針的運動轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過一系列的電子線路，最后經(jīng)過微

27、處理機運算，就可以直接從顯示屏上讀出表面粗糙度Ra 、Rz的值，并可打印出工件表面輪廓的放大圖和測量數(shù)據(jù)。傳感器掃描驅(qū)動器放 大 器濾 波12位 A/D微處理機運算顯 示打印機鉆石探針圖9-2 表面粗糙度測試儀工作原理圖五、實驗步驟(參看圖92及圖93)Ra（m）Rz（m）取樣長度l（mm）21010502.50.12.00.5100.80.020.10.10.50.251、打開電源，按動復位鍵，使整機復零。2、將測量準備開關(guān)撥至“準備”檔，使用粗糙度比較樣塊，粗略估計工件的粗糙度范圍，預定公差范圍值，同時根據(jù)下表確定取樣長度，預選行程長度Lt。3、將測量準備開關(guān)撥至“測量”檔，按動啟動鍵，儀

28、器開始進行測量。用手拿住測量頭，使傳感器觸針與工件表面接觸。4、按顯示選擇鍵，讀出參數(shù)Ra、Rz的值。5、按走紙鍵，驅(qū)動打印紙。6、按圖形打印鍵，該儀器自動選擇放大倍率，并校正最佳打印記錄位置，打印出測量數(shù)據(jù)，并描繪出粗糙度圖形。六、實驗注意事項1、儀器測量時，不能按復位鍵(RESTE)，不能撥動測量準備開關(guān)，否則儀器將把全部數(shù)據(jù)歸零。2、儀器測量時，觸針與工件表面應保持良好接觸，不得有歪斜現(xiàn)象出現(xiàn)。七、思考題1、針描實際輪廓的真實性與觸針尖端的半徑、幾何形狀、測量力等有何關(guān)系? 八、實驗報告要求1、儀器名稱、測量范圍；2、被測工件要求的表面粗糙度Ra= 、Rz= ；3、測量方式；4、測量結(jié)果

29、；5、記錄圖形及數(shù)據(jù)處理；6、合格性判斷；7、回答思考題。實驗五 螺紋測量用小型工具顯微鏡測量螺紋主要參數(shù)一、目的和要求1、了解工具顯微鏡的測量原理及結(jié)構(gòu)特點；2、掌握用工具顯微鏡測量外螺紋主要參數(shù)的方法。二、實驗內(nèi)容用小型工具顯微鏡測量外螺紋的主要參數(shù)。三、儀器、設(shè)備和材料1、小型工具顯微鏡 小型工具顯微鏡是以影像法為測量原理的通用測量儀器，主要用于長度和角度測量。橫、縱千分尺組成直角坐標系統(tǒng)，可測量螺紋、樣板、內(nèi)、外直徑等。本實驗所用的小型工具顯微鏡，其主要技術(shù)性能指標如下表所示。分度值測量范圍物鏡放大倍 數(shù)總放大倍 數(shù)長度角度縱向橫向角度0.01mm10-75mm(加量塊)025mm00

30、-3600330其外形和結(jié)構(gòu)如圖101所示四、測量原理 影像法測量外螺紋是在工具顯微鏡上，利用光線投射將被測螺紋牙形輪廓放大投射成像于目鏡頭中，來測量螺紋的大徑、小徑、中徑、螺距和牙形半角。 圖10-2為小型工具顯微鏡的光學系統(tǒng)簡圖。由主光源1發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡2、濾色片3、可調(diào)光闌4、反射鏡5、透鏡6和玻璃工作臺7向上照亮被測螺紋件，穿過螺紋牙槽，經(jīng)物鏡8、反射棱鏡10，投射到目鏡9中，出現(xiàn)螺紋牙廓的放大影像。圖10-3a為儀器的目鏡頭外形圖。它由玻璃分劃板1、中央目鏡2、角度讀數(shù)目鏡3和手輪4等組成。目鏡頭的結(jié)構(gòu)原理如圖10-3b所示，從中央目鏡可觀察到被測工件的輪廓影像和分劃板的米字刻線(

31、圖10-3c)。從角度讀數(shù)目鏡中，可以觀察到分劃板上003600的度值刻線和角度固定游標分劃板上060的分值刻線(圖10-3d)。轉(zhuǎn)動手輪4可使刻有米字刻線和度值刻線的分劃板轉(zhuǎn)動，它轉(zhuǎn)過的角度，可從角度讀數(shù)目鏡中讀出。當該目鏡中固定游標的零刻線與度值刻線的零位對準時，則米字刻線中間虛線AA正好垂直于儀器工作臺的縱向移動方向。五、實驗步驟(參看圖10-1)1、安裝工件擦凈儀器及被測螺紋，將工件小心地安裝在兩頂尖之間，擰緊頂尖的緊固螺釘。同時，檢查工作臺圓周刻度是否對準零位。2、接通電源通過變壓器接通電源。3、調(diào)整儀器 (1)調(diào)整燈絲 用調(diào)焦筒(儀器專用附件)調(diào)節(jié)主光源1(圖3-2)，旋轉(zhuǎn)主光源外

32、罩上的三個調(diào)節(jié)螺釘，直至燈絲位于光軸中央成像清晰，則表示燈絲已位于光軸上并在聚光鏡2的焦點上。(2)調(diào)整光闌 根據(jù)被測螺紋尺寸，從儀器說明書中，查出適宜的光闌直徑，然后調(diào)好光闌的大小。光闌大小一般可根據(jù)下表選擇。 螺紋中徑d2(mm)101214161820253040光柵孔徑(mm)螺紋牙形角3007.77.36.96.66.36.15.75.34.9螺紋牙形角6009.69.08.68.27.97.67.16.76.0(3)調(diào)整焦距 調(diào)整目鏡1上的調(diào)節(jié)環(huán)，使米字刻線和度值、分值刻線清晰。旋轉(zhuǎn)手輪17，使支臂15慢慢升降，以調(diào)整儀器的焦距，使被測輪廓影像清晰(若要求嚴格，可用專用的調(diào)焦棒在兩

33、頂尖中心線的水平面內(nèi)調(diào)焦)。 (4)調(diào)整立柱傾斜由于投射到顯微鏡中的輪廓是螺紋軸向截面的輪廓，因此，這樣測量中徑d2及半角時，就會引起誤差。故測量時，應轉(zhuǎn)動傾斜螺桿上的手輪12，將立柱順著螺旋線方向傾斜一個螺旋升角 ，該升角按公式計算， 式中P螺紋螺距(mm)；d2螺紋中徑公稱值(mm)；，n螺紋線數(shù)。 4、測量外螺紋各參數(shù) 測量螺紋時；旋轉(zhuǎn)縱、橫千分尺帶動工作臺及被測螺紋移動，旋轉(zhuǎn)目鏡頭左下方的手輪2(圖103)，使圓形分劃板1上的米字線轉(zhuǎn)動，用米字線的中間虛線瞄準螺紋影像的有關(guān)牙側(cè)。然后，從角度讀數(shù)目鏡和千分尺上讀取該牙側(cè)的坐標值，經(jīng)過計算即可求得螺紋各參效值。瞄準影像的方式有二(圖10-

34、4)：圖a是移虛線與影象邊緣重合，使虛線寬度的一半在影像內(nèi)，一半在影像外，這叫壓線法，用于測量長度。圖b是移虛線與影像邊緣精確平行，憑狹窄光縫的均勻性瞄準，這叫對線法，用于角度測量。(1)測量中徑 螺紋中徑d2是指螺紋截成牙凸和牙凹寬度相等并和螺紋軸線同心的假想圓柱面直徑。對于單線螺紋，它的中徑也等于在軸截面內(nèi)，沿著與軸線垂直的方向量得的兩個相對牙形側(cè)面間的距離。測量時，轉(zhuǎn)動縱向千分尺11和橫向千分尺7(圖10-1)，以移動工作臺；轉(zhuǎn)動手輪4（圖10-3），使中央目鏡中的A-A虛線與螺紋投影牙形的一側(cè)重合（圖10-5），記下橫向千分尺的第一次讀數(shù)。然后將顯微鏡立柱反向傾斜一個螺旋角，轉(zhuǎn)動橫向千

35、分尺，橫向移動工作臺（縱向不能移動），使A-A虛線與對面牙形輪廓重合（圖10-5），記下橫向千分尺第二次讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差，即為螺紋的實際中徑。為消除螺紋安裝誤差的影響，需測出d2左和d2右，取兩者的平均值作為實際中徑：(2)測量牙形半角螺紋牙形半角是指在螺紋牙形上，牙側(cè)與螺紋軸線的垂線間的夾角。測量時，轉(zhuǎn)動縱向和橫向千分尺并調(diào)節(jié)目鏡頭手輪4，使中央目鏡中的A-A虛線與螺紋投影牙形的某一側(cè)面平行并保持均勻的縫隙（圖10-6）。此時，角度讀數(shù)目鏡中顯示的讀數(shù)，即為該牙側(cè)的半角數(shù)值。在角度讀數(shù)目鏡中，當角度讀數(shù)為000時，則表示A-A虛線垂直于工作臺縱向軸線（圖10-7a），當A-A虛線與被測螺紋

36、牙形邊對準時，如圖10-7b所示，得該半角的數(shù)值為：同理，當A-A虛線與被測螺紋牙形另一邊對準時，如圖10-7c所示，則得另一半角的數(shù)值為：為了消除被測螺紋的安裝誤差的影響，需分別測出()、()、()、()，并按下述方式處理： ， 將它們與牙形半角公稱值比較，則得牙形半角偏差為：， ，為了使輪廓影像清晰，測量牙形半角時，同樣要使立柱傾斜一個螺紋升角。(3)測量螺距螺距P是指相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。測量時，轉(zhuǎn)動縱向和橫向千分尺，以移動工作臺，利用中央目鏡中的A-A虛線與螺紋投影牙形的一側(cè)重合，記下縱向千分尺第一次讀數(shù)。然后，移動縱向工作臺（橫向不能移動），是牙形縱向移動幾個螺距的

37、長度，以同側(cè)牙形與中央目鏡中的A-A虛線重合，記下縱向千分尺第二次讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差，即為n個螺距的實際長度（圖10-8）。為了消除被測螺紋安裝誤差的影響，同樣要測量出和。然后，取它們的平均值作為螺紋n個螺距的實際尺寸：n個螺距的累積偏差為：5、按圖樣給定的技術(shù)要求，判斷被測螺紋件的適用性。六、注意事項1、小心安裝工件，防止跌落損壞玻璃工作臺；2、嚴禁用手觸摸光學鏡頭表面；3、注意千分尺的讀數(shù)范圍，不可將千分尺自螺母中旋出。七、思考題1、用影像法測量螺紋時，工具顯微鏡的立柱為什么要傾斜一個螺紋升角？2、在工具顯微鏡上測量外螺紋的主要幾何參數(shù)時，為什么要在牙廓影像左、右側(cè)面分別測取數(shù)據(jù)，然后取它

38、們的平均值作為測量結(jié)果？八、實驗報告要求1、儀器名稱、型號、橫縱坐標讀數(shù)的分度值、角度讀數(shù)的分度值；2、被測工件的名稱、螺紋升角；3、被測螺紋件的被測參數(shù)（大徑、小徑、中徑、螺距、半角）的公稱值，以及上述被測參數(shù)的允許偏差值。4、測量結(jié)果讀 數(shù)計 算第一次第二次大徑 小徑 中徑螺距半角()()()()5、合格性判斷合格性結(jié)論大徑小徑中徑螺距半角6、回答思考題實驗六 機械零件幾何精度的綜合測量實驗一、目的和要求1、熟練掌握立式光學計、工具顯微鏡、表面粗糙度測試儀、電容測微儀等常用檢測設(shè)備的使用方法和使用范圍；2、了解各種幾何量的檢測技術(shù)，學會對一般復雜零件進行精度檢測。二、實驗內(nèi)容根據(jù)提供的零件

39、和設(shè)備，選擇一種零件和適當?shù)臏y試方法，進行該零件幾何精度的綜合測量。三、儀器、設(shè)備和材料1、立式光學計；2、小型工具顯微鏡；3、表面粗糙度測試儀；4、電容測微儀；5、齒輪跳動檢查儀；6、齒輪周節(jié)檢查儀；7、齒輪基節(jié)檢查儀；8、光切法顯微鏡。四、實驗要求和方法1、在實驗室提供的被測零件中選擇一種典型零件（如軸類零件、齒輪類零件）作為被測對象；2、根據(jù)該零件圖上標注的公差項目和其他技術(shù)要求，列出精度檢測項目一覽表；3、設(shè)計具體的實驗內(nèi)容，確定相應的測量方法及相應的計量器具和量規(guī)；4、對被測零件按表逐項進行檢測。每個零件的檢測應包含該零件重要部位的線性尺寸、形狀和位置誤差檢測、表面粗糙度輪廓測量等。

40、5、根據(jù)檢測結(jié)果對被測零件的合格性做出判斷。6、對同一檢測項目可用不同設(shè)備和不同手段進行檢測的，應選擇最佳方案，并說明理由。以下為軸類零件（圖11-1）和齒輪類零件的圖樣（圖11-2）。圖11-1 輸入軸模數(shù)m3.5齒數(shù)Z18標準壓力角200精度等級8-8-7 GB/T10095.1-2001齒距累計總公差Fp0.053單個齒距的極限偏差+fpt+0.017公稱公法線長度及其極限偏差（跨3齒） 圖11-2 盤形齒輪五、實驗報告要求1、被測零件主要檢測項目表序號檢測項目（線性尺寸，粗糙度，螺紋參數(shù)等）檢測方法使用的儀器設(shè)備及量具量儀等檢測結(jié)論（是否符合圖紙要求）123 2、判斷被測工件是否合格，

41、并說明理由。實驗七 車刀角度的測量一、目的和要求1、熟悉車刀切削部分的構(gòu)造，掌握車刀標注角度的參考平面、參考系及車刀各標注角度的定義；2、了解量角器和量角臺的結(jié)構(gòu)原理，學會使用量角器和量角臺測量車刀各標注角度；3、繪制車刀標注角度圖，并標注出測量得到的各標注角度數(shù)值。二、測量原理與實驗方法 車刀標注角度可以用角度樣板、萬能量角器以及各種車刀量角臺等進行測量。其測量的基本原理是：按照車刀標注角度的定義，在刀刃的選定點，用量角器的尺面或量角臺的指針平面(或側(cè)面、或底面)，與構(gòu)成被測角度的面或線緊密貼合(或相平行、或相垂直)，把要測量的角度測量出來。由于量角器和量角臺的結(jié)構(gòu)不同，其測量方法也不同。(

42、一)量角器和量角臺的結(jié)構(gòu) 1萬能量角器圖11 萬能量角器1尺體 2游標尺 3制動頭 4尺座5、11定位螺釘6、9卡塊 7、10制動螺釘8直角尺 12直尺 13基尺 萬能量角器是一種通用的角度測量工具，如圖11所示。直角尺8或直尺12根據(jù)需要，用定位螺釘5或11、卡塊6或9、制動螺釘7或10裝在尺座4上，松開制動螺釘7或10，直角尺8或直尺12可以在卡塊6或9內(nèi)平行移動，當將直角尺8或直尺12調(diào)整到適當?shù)奈恢脮r，再用制動螺釘7或10將其鎖緊。測量角度時，松開制動頭3，尺體1連同基尺13可以沿尺座4上的半圓形滑軌轉(zhuǎn)動，把基尺13與構(gòu)成被測量角度的面或線緊密貼合(或相平行、或相垂直)，然后將制動頭3

43、鎖緊，從游標尺2的刻度線上，便可以讀出所要測量的角度數(shù)值。 2車刀量角度臺 車刀量角度臺是測量車刀標注角度的專用量角儀，它有很多種型式，其中有能測量車刀正交平面參考系的基本角度，又能測量車刀法平面參考系的基本角度的一種車刀量角臺，如圖12所示。圖形底盤2的周邊刻有從0起向順、逆時針兩個方向各100的刻度，其上的工作臺5小軸7轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度，由固連于工作臺5上的工作臺指針6指示出來。工作臺5上的定位塊4和導條3固定在一起，能在工作臺5的滑槽內(nèi)平行滑動。圖12車刀量角臺1支腳 2底盤 3導條 4定位塊 5工作臺 6工作臺指針7小軸 8螺釘軸 9大指針 10銷軸 11螺釘 12大刻度盤13滑體 1

44、4小指針 15小刻度盤 16小螺釘 17旋鈕 18彎板 19大螺帽 20立柱 立柱20固定安裝在底盤2上，它是一根矩形螺紋絲杠，旋轉(zhuǎn)絲杠上的大螺帽19，可以使滑體13沿立柱(絲杠)20的鍵槽上、下滑動?；w13上用小螺釘16固定裝上一個小刻度盤15，在小刻度盤15的外面，用旋鈕17將彎板18的一端鎖緊在滑體13上。當松開旋鈕17時，彎板18以旋鈕17為軸，可以向順、逆時針兩個方向轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動的角度用固連于彎板18上的小指針14在小刻度盤15上指示出來。在彎板18的另一端，用兩個螺釘11固定裝上一個扇形大刻度盤12，其上用特制的螺釘軸8裝上一個大指針9。大指針9可以繞螺釘軸8向順、逆時針兩個方向

45、轉(zhuǎn)動，并在大刻度盤12上指示出轉(zhuǎn)動的角度。兩個銷軸10可以限制大指針9的極限位置。 當工作臺指針6、大指針和小指針都處在O時，大指針9的前面和側(cè)面b垂直于工作臺的平面，而大指針9的底面c平行于工作臺5的平面。測量車刀角度時，就是根據(jù)被測量的的需要，轉(zhuǎn)動工作臺5，同時調(diào)整放在工作臺5上的車刀位置，再旋轉(zhuǎn)大螺帽19，使滑體13帶動大指針9上升或下降而處于適當?shù)奈恢茫缓笥么笾羔?的前面(或側(cè)面h、或底面c)，與構(gòu)成被測角度的面或線緊密貼合，從大刻度盤12上讀出大指針9指示的被測角度數(shù)值。以外圓車刀標注為例，說明用萬能量角器、車刀量角臺測量車刀標注角度的方法。 1用萬能量角器測量車刀標注角度 （1）

46、主偏角的測量將萬能量角器裝成如圖13所示的樣子，使車刀左側(cè)面(主刀刃一側(cè))緊密地貼合在直尺(或換成直角尺)的尺面上，讓基尺和主刀刃在基面上的投影相平行，則游標尺零線所指示的角度數(shù)值。（2）副偏角的測量 測完主偏角之后，保持車刀和直尺的相對位置，讓基尺和副刀刃在表面上的投影相平行，則游標尺零線所指示的角度數(shù)值，就是副偏角的數(shù)值(見圖14)。圖14 用萬能量角器測量車刀副偏角圖13 用萬能量角器測量車刀主偏角(3)刃傾角的測量 將萬能量角器裝成如圖15所示的樣子，把車刀底面緊密地貼合在直尺尺面上，調(diào)整車刀的位置，使基尺處在切削平面(Ps)內(nèi)，并和主刀刃緊密貼合，則游標尺零線所指示的角度數(shù)值，就是刃

47、傾角的數(shù)值。(4)前角的測量 將萬能量角器裝成如圖16所示的樣子，把車刀底面緊密地貼合在直尺尺面上，調(diào)整車刀的位置，使基尺處在正交平面(Po)內(nèi)，并通過主刀刃上的選定點，和前刀面緊密貼合，則游標尺零線所指示的角度數(shù)值，就是正交面前角的數(shù)值。圖15 用萬能量角器測量車刀刃傾角 (5)后角的測量 將萬能量角器裝成如圖l一7所示的樣子，把車刀底面緊密地貼合在直角尺(或換成直尺)的尺面上，調(diào)整車刀的位置，使基尺處在正交平面(Po)內(nèi)，并通過主刀刃上的選定點和后刀面緊密貼合，則游標尺零線所指示的角度，就是正交平面后角的數(shù)值。 用萬能量角器測量車刀標注角度，其角度數(shù)值的精確度可能達到分，但由于基尺、直角尺

48、和直尺的尺面較窄，定位不準，再加上是用眼睛觀察來判斷尺面是否在基面、切削平面和正交平面內(nèi)，因此可能造成較大的測量誤差。圖17 用萬能量角器測量車刀前角圖16 用萬能量角器測量車刀前角2用車刀量角臺測量車刀標注角度 (1)校準車刀量角臺的原始位置 用車刀量角臺測量車刀標注角度之前，必須先把車刀量角臺的大指針、小指針和工作臺指針全部調(diào)整到零位，然后把車刀按圖18所示平放在工作臺上，我們稱這種狀態(tài)下的車刀量角臺位置為測量車刀標注角度的原始位置。 (2)主偏角的測量 從圖18所示的原始位置起，按順時針方向轉(zhuǎn)動工作臺(工作臺平面相當于Pr)，讓主刀刃和大指針前面緊密貼合，如圖19所示，則工作指針在底盤上

49、所指示的刻度數(shù)值，就是主偏角K，的數(shù)值。(3)刃傾角的測量 測完主偏角之后，使大指針底面c和主刀刃緊密貼合(大指針前面相當于Ps)，如圖110所示，則大指針在大刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是刃傾角k數(shù)值。指針在0左邊為+，指針在0右邊為一。 (4)前角的測量必須在測量完主偏角，和刃傾角的數(shù)值后進行，可從圖110所示，測完刃傾角的位置起按逆時針方向使工作臺轉(zhuǎn)動90，這時主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指針前面(相當于Po)，然后讓大指針底面c落在通過主刀刃上選定點的前刀面上(緊密貼合)，如圖111所示，則大指針在大刻盤上所指示的刻度數(shù)值，就是正交平面前角的數(shù)值。指針在0右邊時為，指針在O左邊時為

50、。 (5)后角測量 在測量前角之后，向右平行移動車刀，(這時定位塊可能要移到車刀的左邊，但仍要保證車刀側(cè)面與定位塊側(cè)面靠緊)，使大指針側(cè)面b和通過主刀刃上選定點的后刀面緊密貼合，如圖112所示，則大指針在大刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是正交平面后角的數(shù)值。指針在0左邊為，指針在0右邊。 (6)副偏角的測量 參照測量主偏角的方法，轉(zhuǎn)動工作臺，使副刀刃和大指針前面緊密貼合，如圖1一13所示，則工作臺指針在底盤上所指示的刻度數(shù)值，就是副偏角數(shù)值。 (7)副后角的測量 可參照測量后角的方法進行測量。 (8)法平面的法前角和法后角的測量測量車刀法平面的和必須在測量完主偏角和刃傾角之后才能進行。先在原測量

51、主偏角的位置逆時針方向轉(zhuǎn)動工作臺90，然后將滑體(連同小刻度盤和小指針)和彎板(連同大刻度和大指針)上升到適當位置，使彎板轉(zhuǎn)動一個刃傾角數(shù)值，這個數(shù)值由固連于彎板上的小指針在小刻度盤上指示出來(逆時針方向轉(zhuǎn)動為+，順時針方向轉(zhuǎn)動-)，如圖114所示，然后再按如前所述測量主剖面前角和后角的方法(參照圖111和圖112)便可測量出車刀法平面前角和后角的數(shù)值。圖1-13 用車刀量角臺測量車刀副偏角 圖1-14 用車刀量角臺測量車刀法剖面角和后角 (9)背平面前角后角的測量 可參照正交平面前后角的測量方法進行。 (10)假定工作面前角后角的測量 也可參照正交平面前后角的測量方法進行。實驗八 車削力的測

52、定及經(jīng)驗公式的建立一、目的與要求1了解車削測力儀的工作原理及測力方法。 2掌握切削深度a。、進給量f等對車削力的影響規(guī)律。 3通過實驗數(shù)據(jù)的處理，建立主車削力Fz的經(jīng)驗公式。二、測量原理與實驗方法 測量切削力的主要工具之一是測力儀。測力儀的種類很多，有機械式的測力儀、油壓式測力儀和電測力儀。目前使用較多的是電測力儀。電測力儀又有電阻應變式、電感式、電容式和壓電式等，其中以電阻應變式及壓電式使用的較多，本實驗使用的是電阻應變式的雙平行八角環(huán)車削測力儀(QB07型)。 測力儀必須具備如下性能要求 1必須有足夠的剛度。剛度是指單位變形所需的作用力。要求達到108Nm(10kgf)。 2必須有較高的固

53、有頻率(自振頻率)。要求大于所測力變化頻率的45倍。 3應有足夠的靈敏度。靈敏度是指單位作用力下測力儀的輸出。要求能測出切削力變化的1%。靈敏度單位：電阻應變式用微應變表示，即/N(或kgf)。 4各分力間的相互干擾較小。要求干擾小于34%。 5測力儀的輸出應不受力作用點位置變化的影響。 6測力儀的輸出應有較好的線性及較小的滯后現(xiàn)象。非線性度應小于3%，滯后應小于2%。 (一)電阻應變式測力儀的工作原理 圖21為幾種不同結(jié)構(gòu)形式的八角環(huán)形電阻應變式車削測力儀。 本實驗使用的是臥式雙環(huán)結(jié)構(gòu)測力儀。 就電阻應變式測力儀而言，盡管種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但其工作原理是一樣的，即在測力儀彈性元件的適當位置

54、粘貼著具有一定電阻值R的電阻應變片，并將其聯(lián)成電橋。切削時，彈性元件受力變形，于是緊粘在其上的電阻應變片也隨之變形，電阻值R發(fā)生了變化(RR)。當應變片受拉伸變形時，長度相應變化(+)電阻絲直徑變細，電阻增大(R+R)，當應變片受壓縮變形時，長度也相應發(fā)生變化(-)，電阻絲直徑變粗，電阻減小(R一R)，從而電橋有電壓(或電流)輸出。應變片長度變化令與電阻值變化的關(guān)系在一定范圍內(nèi)近似線性。由此可以從測得的值求出相應的值。全稱為應變。則，而微應變，但由于電阻應變片的電阻變化很小，所以一般還必須經(jīng)過電阻應變儀放大，然后讀數(shù)，再根據(jù)標定曲線的換算，就能求得切削力數(shù)值。圖2-2 a為由電阻應變片所組成的

55、電橋，R1、R2、R3、R4分別為四個電橋橋臂的電阻。當A、C端加以一定的橋壓時，則B、D端的輸出電壓由下式求得 （2-1）由式（2-1）可知，當時，電橋輸出電壓，即電橋處于平衡，這就是在進行切削實驗前必須進行的電橋平衡的調(diào)節(jié)工作。在切削力作用下，應變片電阻發(fā)生變化，破壞了電橋的平衡。若、分別產(chǎn)生、的電阻變化，則由式（2-1）電橋的輸出電壓為 （2-2） 由式(22)可以看到電橋的一個重要性質(zhì)：當電橋相鄰兩臂有符號相同的電阻變化時，電橋輸出電壓為兩橋電阻變化相減的結(jié)果；當電橋相對兩臂有符號相同的電阻變化時，電橋輸出電壓為兩橋臂電阻變化相加的結(jié)果。因此，在測力儀接橋時，為使電橋有較大的輸出，則應

56、使電橋相鄰兩臂有符號相反的電阻變化，而相對兩臂有符號相同的電阻變化。這就是測力儀布片與接橋原則。 測力儀常用的電橋有等臂全橋(電橋由四個工作臂組成，=R）及半橋(電橋由兩個工作臂加上兩個固定電阻組成，=R），如圖22所示。由式(2_-2)，兩種電橋的輸出電壓為全橋： （2-3）半橋： （2-4）比較式(23)與(24)可知，當；時，全橋的輸出為半橋的兩倍，也即全橋的靈敏度為半橋的兩倍。因此，為提高測力儀靈敏度，即電橋有較大的輸出，應盡可能采用等臂全橋的測量電路。 圖2-1b所示的測力儀，其彈性元件由上、下兩個八角扁環(huán)組成，環(huán)的表面貼有20片電阻應變片，聯(lián)成三個電橋，分別用于測量車削時的三個分力

57、、。 用于測量Fz力的電阻應變片共有四片、(也可貼八片)組成全橋(圖23)，在Fz力的作用下，上環(huán)產(chǎn)生拉伸變形，于是、受壓，電阻減?。ǎ幌颅h(huán)產(chǎn)生壓縮變形，于是、受拉，電阻增大（），由于電橋相鄰兩臂有符號相反的電阻變化，而相對兩臂有符號相同的電阻變化，符合上述布片與接橋原則，而且是全橋電路，故有較大的輸出電壓。 用于測量Fy力的電阻應變片共八片、，每臂由兩片串聯(lián)組成全橋(圖23)，在力的作用下，上、下兩環(huán)都產(chǎn)生壓縮變形，于是、受拉，電阻增大(各為+R)；、受壓，電阻減小(各為一R)。同理，符合上述布片與接橋原則。 用于測量Fx力的電阻應變片共八片、，每臂由兩片串聯(lián)組成全橋(圖23)，在力的作用

58、下，上、下兩環(huán)皆受切向力，于是、受拉，電阻增大(各為+R)；、。受壓，電阻減小(各為一R)。同理，也符合上述布片與接橋原則。 測力儀的布片與接橋，還應考慮盡可能的消除三個分力間的相互干擾(相間干擾)，即每一個電橋的輸出電壓僅與被測的切削分力有關(guān)，而其他兩切削分力的作用不引起電橋輸出電壓的變化。為此，在布片與接橋時，還應使被測切削分力以外的其他兩分力作用時，對被測切削分力的電阻應變片所產(chǎn)生的電阻變化，在電橋中相互抵消，即所謂電補償方法。 如測量Fz力的電橋輸出在Fy力的作用下、皆受拉伸變形，電阻增大，各為+R2且數(shù)值相等，代人上式，括號內(nèi)數(shù)值之和為零，所以力的作用對Fz力的電橋不產(chǎn)生輸出，即Fy

59、力對被測的Fz力沒有干擾。在Fx力的作用下，、皆為+Rz；、受壓，電阻減小，、皆為Rz。代入上式，括號內(nèi)數(shù)值之和也為零，所以Fy力的作用對Fz力的電橋也不產(chǎn)生輸出，即Fx力對被測的Fz力沒有干擾。由此可知Fy和Fx力對Fz力無干擾。同理，也可以證明Fz和Fx力對Fy力無干擾，F(xiàn)z和Fy對Fx力也無干擾。 消除分力間相互干擾的方法，也可以使用補償器或通過標定公式消除。(二)電阻應變式測力儀常用的放大與記錄儀器 1電阻應變儀 由于電橋的輸出電壓很小，因此需用應變儀來放大電橋的輸出信號，電阻應變儀的型號很多，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記錄儀器 電阻應變儀的輸出信號，尚需由記錄儀器記錄。電阻應變儀配套使用的記錄儀器有光線示波器(SC16型等)及數(shù)字電壓表(PZ8、PZ26型等)。 根據(jù)上述原理，切削力的測量系統(tǒng)框圖如圖24所示。 (三)測力儀的靜態(tài)標定原理 測力儀的標定，本實驗可以不做，但標定常數(shù)或標定公式應預先做好給出。標定原理如下： 電阻應變儀是用于測量彈性元件受力后所產(chǎn)生的應變量，單位為微應變()(如YD一21型應變儀可以直接讀得)。當配用示波器進行記錄時，讀數(shù)為光點的位移距離，單位為毫米(ram)，可以通過應變儀的電標定，將其換算成單位。但仍不是切削力的單位，所以標定的目的就是要畫出N(或kgf)一關(guān)系曲線，即