二OO八年十月
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实验一 机械传动性能综合测试实验
一、实验目的
1.通过测试常见机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）在传递运动与动力过程中的参数曲线(速度曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等),加深对常见机械传动性能的认识和理解；
2. 通过测试由常见机械传动组成的不同传动系统的参数曲线，掌握机械传动合理布置的基本要求；
3. 通过实验认识智能化机械传动性能综合测试实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法, 培养进行设计性实验与创新性实验的能力。
二、实验设备
本实验在“JCY机械传动性能综合测试实验台”上进行。本实验台采用模块化结构，由不同种类的机械传动装置、联轴器、变频电机、加载装置和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行设计性实验、综合性实验或创新性实验。
机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图2-1所示。
1 2 3 2 4 2 3 2 5 6 8 7 图2-1实验台的结构布局
1-变频调速电机 2-联轴器 3-转矩转速传感器 4-试件 5-加载与制动装置 6-工控机 7-电器控制柜 8-台座
实验台组成部件的主要技术参数如表2-1所示。
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表2-1主要技术参数
序号 1 2 组 成 部 件 变频调速电机 ZJ型转矩转速传感器 550W 技 术 参 数 备 注 Ⅰ.规格 10N.m ; 输出讯号幅度不小于100mV Ⅱ.规格 50N.m; 输出讯号幅度不小于100mV 直齿圆柱齿轮减速器 i=5 摆线针轮减速器 蜗杆减速器 i=10 V型带传动 齿形带传动 Pb=9.525 Zb=80 套筒滚子链传动 Z1=17 Z2=25 额定转矩: 50 N.m 激磁电流: 2A 允许滑差功率: 1.1Kw 3 机械传动装置(试件) 1台 1台 WPA50-1/10 O型带3根 1根 08A型3根 4 5 磁粉制动器 工控机 为了提高实验设备的精度，实验台采用两个扭矩测量卡进行采样。测量精度达到±0.2%FS，能满足教学实验与科研生产试验的实际需要。
机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计，所有电机程控起停，转速程控调节，负载程控调节，用扭矩测量卡替代扭矩测量仪，整台设备能够自动进行数据采集处理，自动输出实验结果，是高度智能化的产品。其控制系统主界面如图2-2所示。
图2 -2实验台控制系统主界面
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机械传动性能综合测试实验台的工作原理如图2-3所示。 变频 电机 转速调节
ZJ扭矩 传感器 机械传动 装置（试ZJ扭矩 传感器 负载 扭矩测量卡 扭矩测量卡 负载调节 工控机 图2-3 实验台的工作原理
三、实验原理
运用“JCY机械传动性能综合测试实验台”能完成多类实验项目（表2-2），可根据专业特点和实验教学改革需要指定实验内容。
表2-2
类型编号 A 实验项目名称 典型机械传动装置性能测试实验 被测试件 在带传动、链传动、齿轮传动、摆线针轮传动（新增）、蜗杆传动等中选择 由典型机械传动装置按设计思路组合 项目适用对象 专科 本科 备 注 B 组合传动系统布置优化实验 本科
无论选择哪类实验, 其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试, 来分析机械传动的性能特点；
实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数, 如转速n (r/min)、扭矩M (N.m)、功率N(K.w)。并按照以下关系自动绘制参数曲线：
传功比
I=n1/n2
扭矩 M=9550 N/n (Nm)
传功效率 η=N2/N1= M1 n2/ M2 n1
根据参数曲线（图2-4所示）可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分
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析。
图2-4 参数曲线（示例）
四、实验步骤
参考图2-5所示实验步骤，用鼠标和键盘进行实验操作。 确定实验 实验A 类型与内容 实验B 准 备阶 段安装被测装置 调试测试设备 测 试阶设置实验参数 转速n 扭矩M 段 功率N 效率η 采集实验数据 传动比 i 分实验结果分析 参数曲线 析阶 段
实验报告
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1. 准备阶段
图5 实验步骤 （1）认真阅读《实验指导书》； （2）确定实验类型与实验内容；
选择实验A(典型机械传动装置性能测试实验) 时, 可从V带传动、同步带传动、套筒滚子链传动、圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器中，选择1-2种进行传动性能测试实验;
选择实验B（组合传动系统布置优化实验）时, 则要确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。如表2-3所示。
表2-3
编 号 实验内容B1 实验内容B2 实验内容B3 实验内容B4 实验内容B5 实验内容B6 实验内容B7 实验内容B8 组合布置方案a V带传动-齿轮减速器 同步带传动-齿轮减速器 链传动-齿轮减速器 带传动-蜗杆减速器 链传动-蜗杆减速器 V带传动-链传动 V带传动-摆线针轮减速器 链传动-摆线针轮减速器 组合布置方案b 齿轮减速器-V带传动 齿轮减速器-同步带传动 齿轮减速器-链传动 蜗杆减速器-带传动 蜗杆减速器-链传动 链传动- V带传动 摆线针轮减速器- V带传动 摆线针轮减速器-链传动 （3）布置、安装被测机械传动装置（系统）。注意选用合适的调整垫块，确保传动轴之间的同轴线要求；在搭接好实验装置后，用手驱动电机轴、如果装置运转自如、即可接通电源、开启电源进入实验操作。否则、重调各连接轴的中心高、同轴度，以免损坏转矩转速传感器。 （4）按要求对测试设备进行参数设置和调零，以保证测量精度。 参数设置
a） 打开工控机、双击桌面的快捷方式“Test”进入软件运行界面。 b） 按下控制台电源按钮、控制台上选择自动、按下主电机按钮。 c） 下拉菜单C设置部分
在报警参数对话框内第一报警参数、第二报警参数不必理睬，定时记录数
据可设置为零或大于10Min、意思为采用手动记录数据、不用定时记录数据。采样周期为1000ms即可。
在可供显示的参数对话框内，可供显示的参数已经打勾，故此对话框可不理睬（可供显示的参数也就是显示面板上所能显示的参数）。
在设置扭矩传感器常数框内，用户根据输入端扭矩传感器和输出端扭矩传感器铭牌上的标识、正确填写对话框内系数、扭矩量程和齿数，框内的小电机转速和扭矩零点可暂不填入。
C设置部分的配置流量传感器串口参数与设定压力温度等传感器参数两对话框，如果本实验台不能做压力、温度、流量等方面的测试,则可不理睬。注意存盘！ d) 下拉菜单A分析部分
在绘制曲线的对话框内:Y轴坐标名称可任意选择一种、二种…或全选,但局限
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于可供显示的那几种试验参数。其余X轴坐标名称先设置为t、曲线拟合法先设置为折线法, x、y坐标值先设置为自动，待正式测试时根据需要再作适当调整。准确完成以上步骤、参数设置即完成。
调零
a） 点击主界面下拉菜单中的T试验部分，起动输入端扭矩传感器和输出端扭 矩传感器上部的小电机，此时显示面板上n1和n2应分别显示小电机的转速、M1和M2应分别显示传感器扭矩量程（M1一般为10±3Nm、M2一般为50±10Nm）。然后点动电机控制操作面板上的电机转速调节框、调节主电机转速，如果此时小电机和主轴旋转方向相反、转速叠加，说明小电机旋转方向正确、可进行下一步骤。如果此时显示面板上n1和n2数值减小（可能n1数值减小、可能n2数值减小、也可能n1n2数值均减小）则要重新调整小电机旋向、直至两小电机转速均与主轴转速叠加为止。
b） 小电机旋向正确后、将主轴转速回调至零，然后再次点击下拉菜单C设置 部分选择T、系统再次弹出‘设置扭矩转速传感器参数’对话框，此时只需分别按下输入端和输出端调零框右边一钥匙状按钮、便可自动调零，存盘后返回主界面、调零结束。注意存盘，关闭小电机。
2.测试阶段
（1）打开实验台电源总开关和工控机电源开关；
（2）点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；
（3）键入实验教学信息标：实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、实验日期等；
（4）点击“设置”，确定实验测试参数：转速n1、n2 扭矩M1、M2等；
（5）点击“分析”，确定实验分析所需项目：曲线选项、绘制曲线、打印表格等； （6）启动主电机，进入“试验”。使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可；
（7） 从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果； （8） 打印实验结果；
（9） 结束测试。注意逐步卸载，关闭电源开关。
3.分析阶段
（1） 对实验结果进行分析；对于实验A和实验C，重点分析机械传动装置传递运动的平稳性和传递动力的效率。对于实验B, 重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。
（2） 整理实验报告；实验报告的内容主要为：测试数据（表）、参数曲线；对实验结果的分析；实验中的新发现、新设想或新建议。
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机械设计综合实验台配套软件说明书
概 述
欢迎您使用机械传动实验台配套软件！这是本公司为机械传动实验台专门编写的软件，本软件用BORLAND C++BUILDER5编写，主要由下拉菜单、显示面板、电机控制操作面板、数据操作面板、被试件参数数据库、测试记录数据库六大部分构成，其优点是，贴近用户、使用方便、功能强大、操作简单。
通过该说明书，您可以：
一、全面了解本软件的功能 二、解决使用中遇到的问题 系统导航:快速入门
操作指南:电机控制操作面板，数据操作面板，下拉菜单
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快速入门及注意事项:
1、运行软件: 双击桌面的快捷方式2、界面总览
就能进入该软件运行环境了。
以上就是软件的运行界面，主要由
下拉菜单 显示面板
电机控制操作面板
数据操作面板
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被测参数数据库
测试记录数据库
六部分组成，其中电机控制操作面板主要用于控制试验台架，下拉菜单中可以设置各种参数，显示面板用于显示试验数据，测试记录数据库，用于存放并显示临时测试数据，被测参数数据库,用来存放被测参数, 数据操作面板主要用来操作两个数据库中的数据。
一、数据操作面板主要由数据导航控件组成，其作用主要是对被测参数数
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据库和测试记录数据库中的数据进行操作。其中:
数据导航控件: 这些按钮的作用依次是,前进一个记录、插入一个记录、前进至最后一个记录 、删除当前记录、编辑记录、确认编辑有效、放弃编辑、添加一个记录。
二、电机控制操作面板由电机转速调节框、被测件参数装入按钮，测 试参数自动采样按钮、停止采样按钮、手动采样按钮、主电机电源开关按钮、电机负载调节框及负载满度调节滑竿构成。
1、电机转速调节框:
通过调节此框内数值可改变变频器频率，进而调节电机转速，变频器最高频率由变频器设置。
2、被测参数装入按钮:
根据被试件参数数据库表格中的“实验编号”，装入与编号相符的实验数据，并在下面表格中显示。
3、测试参数自动采样按钮:
试验台开始运行后，由计算机自动进行采样并记录下采样点的各参数，按下此按钮后，用户对数据的采样无须干预。
4、停止采样按钮:
按下此按钮，计算机停止对试验数据进行采样。
5、手动采样按钮:
如果用户选择手动采样方式，那么在整个试验期间，用户必须在认为需要采集数据的时刻按下此按钮，计算机会将该时刻采集的试验数据填入下面表格中显示并等待用户进行下一个采样点的采样。
6、主电机电源开关:
按下此按钮可以打开关闭主电机电源，并且通过图象显示当前电机电源状态。（由于此开关影响继电器寿命，故现为虚设，主电机电源开关现设置于工作台控制面板上。）
7、电机负载调节框:
控制此调节框，计算机将控制电机负载的大小（磁粉制动器）。调节框数值为0-100可调，负载满度由后面的满度调节滑竿控制。
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三、下拉菜单由文件，设置，试验，分析四部分组成。
1、文件菜单:
文件主菜单内包括退出系统菜单项，选择此菜单项将退出本软件系统。
2、设置菜单:
设置主菜“选择测试参器参数”，“配置
定压力温度等传感器参数”菜单项。
单内包括“基本试验常数”，数”，“设定转矩转速传感流量传感器串口参数”，“设
a.选择“基本试验常数”菜单项，将弹出设置报警参数窗口
用户可根据实际情况进行参数的选择填写，其中要注意的是“定时记录数据”框内数据为计算机对试验数据采样的时间，单位为分钟，本实验台测试时以手动数据采样为佳，故一般“定时记录数据”框内数据设置为0或大于10。采样周期为计算机自动采样时连续采集两个采样点时间隔的时间，定为1000ms即可。其余第一报警参数，第二报警参数框可不予理睬。
b.“选择测试参数”被选中时，系统弹出“选择试验时应显示的测试参数”对话框
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用户可以根据自己的需要选择显示的参数，开始测试时计算机将根据用户的选择来显示相应的数据。本实验台如无压力、温度、流量测试项目的话，可供显示的试验参数共8项，对话框内打勾之处即是。
c.选择“设定转矩转速传感器参数”时，系统弹出“设置扭矩转速传感器参数”对话框
用户应根据输入端扭矩传感器和输出端扭矩传感器铭牌上的标识正确填写对话框内系数，扭矩量程和齿数。
注意:填写小电机转速时，用户必须启动传感器上小电机，此时测试台架主轴应处于静止状态，按下小电机转速旁一齿轮图标按钮，计算机将自动检测小电机转速，并填入该框内。当主轴转速低于100转/分钟时必须启动传感器上小电机，且小电机转向必须同主轴相反！机械台架每次重新安装后都需要进行扭矩的调零，但是没必要每次测试都进行调零。 调零时要注意，输入和输出一定要分开调零。调零分为精细调零和普通调零，当进行精细调零时，要先断开负载和连轴器，然后主轴开始转动，进行输入调零，接下来接好 连轴器，主轴转动，进行输出调零。当进行普通调零时则没有这么麻烦，无须断开连轴器，直接开动小电
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机进行调零就可以了。但小电机转动方向必须与主轴转动方向相反，处于零点状态时用户只需按下调零框右边一钥匙状按钮，便可自动调零。
d.选择“配置流量传感器串口参数”时，将会弹出“配置设备串行口”对话框
根据实际情况，本实验台测试时，无需理睬此对话框
e.选择“设定压力温度等传感器参数”，将弹出“传感器常数”对话框
用户可根据传感器的使用说明进行正确配置并调节零点。如实验台没有压力、温度测试内容，则可不理睬此对话框。
3、试验菜单:
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试验主菜单内包括“主电机电源”，“输入端小电机p正转电源”，“输入端小电机p反转电源”，“输出端小电机p正转电源”，“输出端小电机p反转电源”，“开始采样”，“停止采样”，“记录数据”，“覆盖当前记录”菜单项。
a.主电机电源，功能相当于电机控制操作面板上的主电机电源按钮。 b.输入端输出端小电机正反转电源，此四个菜单项可分别控制输入端输出端传感器上小电机的正反转，以保证测试时小电机转向同主轴转向相反。
c.开始采样，功能相当与电机控制操作面板上的开始采样按钮。 d.停止采样，功能相当与电机控制操作面板上的停止采样按钮。 e.记录数据，功能相当与电机控制操作面板上的手动记录数据。 f.覆盖当前记录，此菜单项将新的记录替换当前记录。
4、分析菜单:
分析主菜单内包括“设置曲线选项”，“绘制曲线”，“打印试验表格”
菜单项。
a. 打开绘制曲线选项，系统会弹出“绘制曲线选项”对话框
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用户根据自己的需要选择要绘制曲线的参数项，其中，标记采样点的作用是在曲线图上用小圆点标记出数据的采样点，曲线拟合算法为用数学方法将曲线进行预处理，以便试验数据的分析。
b. 绘制曲线选项，即根据用户的选择绘制出整个试验采样数据的曲线图。 C．打印。
机械传动性能综合测试实验实验报告
专业班级___________ 姓 名__________学 号____________
日 期___________指导老师____________ 成绩__________
一、实验目的
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二、实验原理与实验设备
三、实验数据记录及结果
四、思考题
1、拟定传动方案时，应考虑哪些问题？
2、实验中你采用了哪些机械传动？其性能如何？
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五、心得与建议
实验二 螺栓联接综合实验
一、实验目的
现代各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静、动态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。本实验通过对螺栓的受力进行测试和分析要求达到下述目的。
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，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。
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二、实验项目
LZS螺栓联接综合实验台可进行下列实验项目： 1、（空心）螺栓联接静、动态实验。（空心螺栓+刚性垫片+无锥塞） 2、改变螺栓刚度的联接静、动态实验。（空心螺栓、实心螺栓） 3、改变垫片刚度的静、动态实验。（刚性垫片、弹性垫片） 4、改变被连接件刚度的静、动态实验。（有锥塞、无锥塞） 三、实验设备及仪器
该实验需LZS螺栓联接综合实验台一台，CQYDJ－4静动态测量仪一台，计算机及专用软件等实验设备及仪器。
1、 螺栓联接实验台的结构与工作原理。如图1所示。
1）螺栓部分包括M16空心螺栓、大螺母、组合垫片和M8小螺杆组成。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小螺杆，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。组合垫片设计成刚性和弹性两用的结构，用以改变被联接件系统的刚度。
2）被联接件部分由上板、下板和八角环、锥塞组成，八角环上贴有一组应变片，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、 LSD-A型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CQYDJ－4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。该仪器的工作原理方框图请参看CQYDJ－4型静动态测量仪使用说明书。
CQYDJ－4型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——应变片是用极细的金属电阻丝绕成或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，并可直接在测量仪的液晶128X64点阵的大显示屏读出应变值。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。
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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、组合垫片(一面刚性一面弹性) 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 20上板
图1
LZS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，按半桥测量要求粘贴组成如图4所示半桥电路（即测量桥的两桥臂），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。
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RS232口主板、128M内存、40G硬盘、Celeron1.3G、光驱48X、17”纯平显示器。
2） 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。
3） 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
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以出厂设定（实验台八角环上未装两锥塞，松开空心螺栓上的M8小螺杆手柄，组合垫片换成刚性的。）的空心螺栓联接静动态实验为例说明实验方法和步骤
（一）螺栓联接静态实验方法与步骤 1）用静动态测量仪配套的4根信号数据线的插头端将实验台各测点插座连接好，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。然后再将数据线分别接于测量仪背面CH1、CH2、CH3、CH4各通道的A、B、C接线端子上。用配套的串口线接测量仪背面的9芯RS232插座，另一头连接计算机上的RS232串口（见图3）。
2）打开测量仪电源开关，启动计算机，进入软件封面，单击“静态螺栓实验”，进入静态螺栓实验主界面。单击“串口测试”菜单，用以检查通讯是否正常，通讯正常方可进行以下实验步骤。
3）进入静态螺栓主界面，单击“实验项目选择”菜单，选 “空心螺杆”项，（默认值）。
4）转动实验台手轮，挺杆下降，使弹簧下座接触下板面，卸掉弹簧施加给空心螺栓的轴向载荷。将用以测量被联接件与联接件（螺栓）变形量的两块千分表，分别安装在表架上，使表的测杆触头分别与上板面和螺栓顶端面少许（0.5mm）接触。
5）手拧大螺母至恰好与垫片接触。螺栓不应有松动的感觉，分别将两千分表调零。
单击“校零”键，软件对上一步骤采集的数据进行清零处理。
6）用扭力矩扳手预紧被试螺栓，当扳手力矩为30～40Nm时，取下扳手，完成螺栓预紧。
7） 将千分表测量的螺栓拉变形值和八角环压变形值输入到相应的“千分表值输入”框中。
a)单击“预紧”键进行螺栓预紧后，预紧工况的数据采集和处理。同时生成预紧时的理论曲线。
b)如果预紧正确，单击\"标定\"键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。 c)用手将实验台上手轮逆时钟（面对手轮）旋转，使挺杆上升至一定高度（≤15mm），压缩弹簧对空心螺栓轴向加载，力的大小可通过上升高度控制，塞入φ15mm的测量棒确定，然后将千分表测到的变形值再次输入到相应的“千分表值输入”框中。
d)单击“加载”键进行轴向加载工况的数据采集和处理，同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。
e)如果加载正确，单击\"标定\"键进行参数标定，此时标定系数被自动修正。 f)单击\"实验报告\"键，生成实验报告。 2螺栓联接动态实验`
1）螺栓联接的静态实验结束返回封面，单击“动态螺栓”进入动态螺栓实验界面。
2）重复静态实验方法与步骤中的1-12步。.如果你已经做了静态实验，则此处不必重做
3）取下实验台右侧手轮，开启实验台电动机开关，单击“动态”键，使电动机运转。进行动态工况的采集和处理。同时生成理论曲线与实际测量的曲线图。
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4）单击\"实验报告\"键，生成实验报告。
5）完成上述操作后，动态螺栓联接实验结束。 五、注意事项
1、 电机的接线必须正确，电机的旋转方向为逆时钟（面向手轮正面）
2、 进行动态实验，开启电机电源开关时必须注意把手轮卸下来，避免电机转动时发生安全事故，并可减少实验台振动和噪声。
CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪使用说明
一、仪器概述
CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的动、静态应力分析。配接压力、接力、扭矩、位移和温度传感器，对上述物理量进行测试。因此该仪器在材料研究、机械制造、水利工程、铁路运输、土木建筑及船舶制造等行业得到了广泛应用。
该系列静、动态电阻应变仪采用全数字化智能设计（见图2），本机控制模式时采用LCD液晶128X64点阵的大显示屏显示，显示当前测点序号及测得绝对应变值和相对应变值，同时具备灵敏系数数字设定，桥路单点、多点自动平衡及自动扫描测试等功能；计算机外控模式时，可通过连接计算机与相应软件组成多点静、动态电阻应变测量分析系统，完成从采集存档时生成测试报告等一系列功能，轻松实现虚拟仪器测试。
图2 CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪系统示意图
CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪是该应变仪中适合高校实验室实验及小型工程测试的机型。该机型主机自带四路独立的应变测量回路，采用仪器后部接线方式，接线方法兼容常规模拟式静、动态电阻应变仪，使用方便可靠。
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二、 性能特点
★全数字化智能设计，操作简单，测量功能丰富，能方便连接微机实现虚拟仪器测试。
★可测量全桥、半桥、1/4桥；1/4桥测量方式设公共补偿接线端子。 ★每通道测量采用独立的高精度数据放大器、24位A/D高精度转换器（四路），测量准确可靠，减少了切换变化对测试结果的影响，提高了动态测试的速度。
★接线时在仪器后部接插，可采用焊片或线叉，真正做到“轻松接线”。 ★接线方式与传统模拟式静、动态电阻应变仪基本相同，减少您在静、动态电阻应变仪升级换代中的不便。
★接线端子采用优选进口器件，经久耐用，接触电阻变化极小。 ★极优性能价格比，适合各大专院校力学实验室模拟应变仪升级换代。 三、主要技术指标
□测量范围：0~±30000με
□ 零点不平衡：±10000με □基本误差：±0.2%F.S. ±2
□灵敏度系数设定范围：2.00—2.55 个字
□自动扫描速度：1点/1秒 桥
□测量方式：1/4桥、半桥、全
□零点漂移：±2με/24小时；±0.5με/℃；□桥压：DC2.5V □分辨率：1με
□测数：4点（独立）
□显示：LCD—128X64 显示测点序号、6位测量应变值 □电源：AC220V（±20%），50Hz
□功耗：约10W
□外形尺寸（mm）：320×220×148 (宽×深×高)；深度含仪器把手 四、面板功能按键说明
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图2仪器前面板
4.1前面板功能按键定义见图2 （从左→右）如下： · 校时键：按该键后对本仪器时间进行校时。
· K值键：按该键后进入应变片灵敏系数修改状态。灵敏系数设置完毕后自动保持，下次开机时仍生效。
· 设置键：暂无操作功能。 · 保存键：暂无操作功能。
· 背光键：按该键后背光熄灭，再按该键背光亮。 · 静测键：按该键进入静态电阻应变测量状态。 · 动测键：按该键进入动态电阻应变测量状态。 · 校零键：按该键进入通道自动校零。
· C E 键：按该键清除错误输入或退出该功能操作。
· 联机键：静态应变数据采集分析系统（计算机程控）联机、退出手动测量操作
· 确定键：按该键确定该功能操作 · 键：上、下项目选择移动键 · 0-9键：为数字键
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图3仪器后面板
五、使用及维护 5.1、准备工作
1） 根据测试要求，可使用1/4桥、半桥或全桥测量方式。
2 ）建议尽可能采用半桥或全桥测量，以提高测试灵敏度及实现测量点之间的温度补偿。
3） CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪与AC220V50Hz电源相连接。 5.2、接线
1） 电桥接线端子与测量桥原理对应关系如图2所示。A、B、C、D、D1、D2为测量电桥的接线端，全桥测试时不使用D1、D2接线端。
图4
A、B、C、D、D1、D2为测量电桥的接线端，全桥测试时不使用D1、D2接线端。 2） 组桥方法
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CQYJ－4型动、静态应变仪在LZS螺栓联接综合实验台应变测试中的接线方法如下：
图5：半桥测试接法
为方便用户，出厂时已配好短接线。
1/4桥和全桥的接线、组桥方法祥见CQYDJ－4型静、动态电阻应变仪使用说明
书。
六、设置灵敏度系数
为适应用户在一次测试中可能使用不同灵敏系数应变片的情况，该仪器的灵敏系数设置方法有测试前设定和在测试状态设定两种方法均可。
使用方法如下：
在测试前按下K值键，就进入到灵敏系数设定状态，修改完成后，按确定键确定后退出。
在测试状态按下K值键，就进入到灵敏系数设定状态，同上。 本应变仪的灵敏系数设定范围为2.00—2.55，出厂时设为K=2.20。 系统将根据用户设定的该点灵敏系数自动进行折算。这方便了用户使用不同K值应变片的情况。
七、测量
7.1在进入静态测量状态下仪器预热5分钟后（给电阻应变片即传感器），即可进行测试。按校零键应变仪器可进行所有测点的桥路自动平衡。此时，通道显示从01依次递增到4，LCD液晶显示屏显示。同时校零指示灯在LCD液晶显示屏显示。
7.2 进入动态测量状态时，进行测量，在LCD液晶显示屏显示相应动态测量
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状态，同时通过RS232通讯口向上位机传送测量数据。校零同上。通讯格式见附件：
7.3如通道出现短路状况，静态应变仪在LCD液晶显示屏显示该通道“桥压短路”字样，同时报警，通道短路消除，静态应变仪自动复该通道测量。 使用注意事项
★接线时如采用线叉，请旋紧螺丝以防止接触电阻变化。
★长距离多点测量时，应选择线径、线长一致的导线连接测量片和补偿片。同时导线应采用绞合方式，以减少导线的分布电容。
★仪器应尽量放置在远离磁场源的地方。
★应变片不得置于阳光爆晒下；同时测量时应避免高温辐射和空气剧烈流动的影响。
★应选用对地绝缘阻抗大于500MΩ的应变片和测试电缆。 ★测量过程中不得移动测量导线。 八、维护
▲本仪器属于精密测量仪器，应置于清洁、干燥及无腐蚀性气体的环境中。 ▲移动搬运时应防止剧烈振动、冲击、碰撞和路跌落，放置地点应平稳。 ▲非专业人员不得拆装仪表，以免发生不必要的损坏。
▲禁止用水和强溶剂（如苯、硝基类油）擦拭仪器机壳和面板。
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螺栓联接综合实验实验报告
专业班级___________ 姓 名__________学 号____________
日 期___________指导老师____________ 成绩__________
一、实验目的
二、实验原理与实验设备
三、实验数据记录及结果
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四、思考题
1、为什么紧螺栓联接受轴向载荷时螺栓的总拉力不等于预紧力加外载荷？
2、影响螺栓相对刚度系数值的因素有哪一些？
五、心得与建议
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实验三 液体动压轴承实验
一、实验台应用目的：
滑动轴承多媒体仿真、测试分析实验台用于机械设计液体动压轴承实验，主要利用它来观察滑动轴承的结构，测量及仿真其径向油膜压力分布和轴向油膜压力分布，测定及仿真其摩擦特征曲线。
该试验台机构简单﹑重量轻﹑体积小﹑外形美观大方测量直观准确，运行稳定可靠。利用计算机对滑动轴承的径向油膜压力分布和摩擦特征曲线进行实测和仿真，将实际和理论有机地结合起来。利用计算机的人机交互性能，使学生可在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的动手能力。
二、实验台简介：
本产品是在HS-A型基础改型设计推出的新一代基础实验台，主要结构（见图1）：
图1 滑动轴承试验台外形图
1. 操纵面板 2.电机 3.三角带 4.轴向油压传感器5.外加载荷感器 6.螺旋加
载杆 7.摩擦力传感器测力装置
8.径向油压传感器（7只） 9.传感器支撑板 10.主轴 11.主轴瓦 12.主轴箱
1、结构特点
该实验台主轴9由两个高度精密的单列向心球轴承支撑。 直流电机2通过三角带3带动主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的主轴瓦10。由装在底座里的直流电机调速器实现主轴的无级变速，主轴的转速由装在面板1上的数码管直接读出。 主轴瓦外园上方有加载装置（未画），旋转螺旋加载杆6即可对主轴瓦加载，加载大小由.外载荷传感器5传出，在面板上显示。
主轴瓦上装有测力杆，通过测力计装置可由摩擦传感器7读出摩擦力值在面板上显示。
主轴瓦前端装有7只测径向压力的油膜压力传感器8， 7只油膜压力传感器的
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油压测量点位于轴瓦全长的1/2截面处。
在轴瓦全长1/4处还装有一个测轴向油膜压力传感器4。 实验中如需要拆下主轴瓦观察，需按下列步骤进行。
a． 旋出负载传感器接头 b． 用内六角扳手将传感器支撑板8上的两个内六角螺钉卸下，拿出传感支撑板即可将主轴瓦卸下。 2、主要技术参数：
试验主轴瓦： 内直径d=60㎜ 有效长度B=110㎜
光泽度▽7
材料 ZASn6—6—3
载荷传感器： 精度 0.1% 量程 200㎏ 摩擦传感器： 精度 0.1%
量程 0—5㎏
油膜压力传感器： 精度 0.01%
量程0~600kPa
测力杆上的测力点与轴承中心距离 L=125㎜
直流伺服电机： 功率355w 转速n=1500r/min 主轴调速范围： n=3~500rpm 试验台重量： 52kg
3、操纵面板布置及说明：(见图二)
(KPa) 图二 实验台面板布置
1—序号数码管： 显示径向、轴向油膜压力传感器顺序号，其中1-7号为
7只径向传感器序号，8号 为轴向传感器序号。
2—序号显示触摸按钮：按动此键可在1、3数码管显示油膜压力传感器顺序
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号和相应的油膜压力传感器采集的实时数据，注：此键可用于观察和手动纪录各油膜压力传感器采集的数据。
3—油膜压力数码管：径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据(KPa)。 4—主轴转速数码管：主轴转速传感器采集的实时数据。 5—摩擦力数码管： 摩擦力传感器采集的实时数据(kg)。 6—外加载荷数码管：外加载荷传感器采集的实时数据(kg)。 7—无油膜指示灯： 用于指示轴瓦与轴向无油膜状态。 8—主轴调速旋钮： 用于调整主轴转速。
9—电源开关： 此按钮为带自锁的电源按钮。
三、电气控制工作原理
该仪器电气测量控制由三个部分组成：
1、电机调速部分：该部分采用专用的由脉宽调制（PWM）原理设计的直流电机调速电源，调节面板上的调速旋钮进行调速。
2、直流电源及传感器放大电路部分：该电路板由直流电源及传感器放大电路组成，直流电源主要向显示控制板和10组传感器放大电路将10个传感器的测量信号放大到规定幅度供显示控制板采样测量。
3、显示测量控制部分：该部分由单片机、A/D转换和RS-232接口组成。单片机负责转速测量和10路传感器信号采样，经采集的参数送面板进行显示。另外各采集的信号经RS-232接口送上位机（电脑）进行数据处理。油膜压力可通过面板上的触摸按钮选择不同的油膜压力信号，该项可脱机（不需电脑）运行，手工对各采集的信号进行处理。
仪器工作时，如果轴瓦和轴之间无油膜，则很可能烧坏轴瓦，为此人为设计了轴瓦保护电路，如无油膜，油膜指示灯亮。正常工作时油膜指示灯灭。
仪器的负载调节控制有三部分组成：一部分为负载传感器，另一部分为电源和负载信号放大电路，第三部分为负载A/D转换及显示电路。传感器为柱式传感器，在轴向布置了二个应变片来测量负载。负载信号通过测量电路转换为与之成比例的电压信号，然后通过线性放大器放大到最大有1伏以上。最后该信号送至A/D转换及显示电路，按一定的要求直接显示负载值。
2、电气装置技术性能：
直流伺服电动机： 功率N=355w 电动机调速范围 ：n=0 ~1500转/分
工作条件： 环境温度：-10℃~+50℃ 相对温度:： ≤80%
电源： 交流２２０V±10% 50Hz 工作场所： 无强烈电磁干扰和腐蚀气体
四、实验内容：
液体动压轴承油膜压力周向分布的测试分析：该实验装置采用压力传感器、A/D板采集该轴承周向上七个点位置的油膜压力，并输入计算机通过曲线拟合作出该轴承油膜压力周向分布图。通过分析其分布规律，了解影响油膜压力分布的因素。
液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析：该实验装置配置的计算机软件
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通过数模作出液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真曲线，与实测曲线进行比较分析。
液体动压轴承摩擦特征曲线的测定：该实验装置通过压力传感器和A/D板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的工作载荷用输入计算机得出摩擦系数的特征曲线。使学生了解影响摩擦系数的因素。
液体动压轴承运动模拟：通过建模，作出轴承在不同载荷作用下，轴承偏心变化的运动模拟。
五、软件界面操作说明：
1）封面（图二）
图2
在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。 2）滑动轴承实验教学界面（图3）
图3
[实验指导]： 单击此键，进入实验指导书。
[进入油膜压力分析]：单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。 [进入摩擦特性分析]：单击此键，进入连续摩擦特性分析。 [实验参数设置]： 单击此键，进入实验参数设置。
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[退出]： 单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。 3）滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面（图4）
图4
[稳定测试]： 单击此键，单击此键，稳定测试。 [历史文档再现]：单击此键，进行历史文档再现。
[打印]： 单击此键，打印油膜压力的实测与仿真曲线。 [手动测试]： 单击此键，进入油膜压力手动分析实验界面。 [返回主界面]： 单击此键，返回主界面。
4）滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面（图5）
图5
[稳定测试]：单击此键，开始稳定测试。 [历史文档]：单击此键，进入历史文档再现。
[手动测试]：单击此键，输入各参数值，即可进行摩擦特性的手动测试35
[打印]：单击此键，打印摩擦特性连续实验的实测与仿真曲线。 [返回]：单击此键，返回滑动轴承实验教学界面。
六、实验步骤：
在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。
在滑动轴承实验教学界面上单击[进入油膜压力分析]键，进入油膜压力分析。
启动实验台的电动机。在做滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，待转速达到一定值后，测定滑动轴承各点的压力值。在做滑动轴承摩擦特征仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，使转速政党情况下在375-2转/分钟变化，测定滑动轴承所受的摩擦力矩。
在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承各测试数据。测试完后，将给出实测仿真八个压力传感器位置点的压力值。实测仿真曲线自动绘出，同时弹出[另存为]对话框，提示保存。单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。
在滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承各测试数据。测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测仿真曲线图，单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后，将滑动轴承摩擦特性仿破例曲线图和实测曲线呼打印出来。
如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。
七、实验操作注意事项：
初次使用时，需仔细参阅本产品的说明书，特别是注意事项。 开机前的准备：
用汽油将主轴油箱清理干净，加入N68（40#）机油至圆形油标中线以上。 面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低），加载螺旋杆旋至与外加载荷传感器脱离接触。
通电后，旋转调速旋钮使主轴在100～200rpm运行。此时油膜指示灯应熄灭。稳定运行3～4分钟后。
即可按实验指导书的要求操作。 注意事项：
1．由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，使用的的润滑油必须是经过
过滤的清洁机油，使用过程中 严禁灰尘与金属屑进入油内。
2．外加载荷传感器所加负载不允许超过120kg，以免损坏负载传感器元件。 3．机油牌号的选择可根据具体环境，温度，在10#~40#内选择。
4．为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装有无油膜报警指示灯，
正常工作时指示灯是熄灭的， 严禁在指示灯亮时主轴高速运转。
5．做摩擦特征曲线实验，应从较高转速（300转/分）降速往下做。加载的
外载荷在70~100㎏内选择一
定值，并在整个过程中，保持这一定值至结束实验。
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液体动压轴承实验实验报告
专业班级___________ 姓 名__________学 号____________
日 期___________指导老师____________ 成绩__________
一、实验目的
二、实验原理与实验设备
三、实验数据记录及结果
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四、思考题
1、载荷和转速的变化对油膜压力影响如何？
2、载荷对最小油膜厚度的影响如何？
五、心得与建议
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实验四 轴承结构设计实验
一、实验目的
熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法。 二、实验设备
1、组合式轴系结构设计分析实验箱。 实验箱提供能进行减速器圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。 2、测量及绘图工具
300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。 三、实验内容与要求
1、指导教师根据下表选择性安排每组的实验内容(实验题号)
实验题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 蜗杆 12
重 中 发热量大 小锥齿轮 已 知 条 件 齿轮类型 小直齿轮 大直齿轮 小斜齿轮 大斜齿轮 载荷 轻 中 中 重 轻 中 中 重 轻 中 轻 转速 低 高 低 中 中 高 中 低 低 高 低 其他条件 锥齿轮轴 锥齿轮与轴分开 发热量小 示意图
2、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计
每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择，轴上零件定位固定轴承安装与调节、润滑及密封等问题。 3、绘制轴系结构装配图 4、每人编写实验报告一份 四、实验步骤
1、明确实验内容，理解设计要求;
2、复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法(参看数材有关章节); 3、构思轴系结构方案
(1)根据齿轮类型选择滚动轴承型号;
(2)确定支承轴向固定方式(两端固定:一端固定、一端游动);
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(3)根据齿轮圆周速度(高、中、低)确定轴承润滑方式(脂润滑、油润滑);
(4)选择端盖形式(凸缘式、嵌入式)并考虑透盖处密封方式(毡圈、皮碗、油沟); (5)考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题; (6)绘制轴系结构方案示意图 4、组装轴系部件 根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组装成轴系部件、检查所设计组装的轴系结构是否正确。 5、绘制轴系结构草图。
6、测量零件结构尺寸(支座不用测量)，并作好记录。
7、将所有零件放入实验箱内的规定位置，交还所借工具。
8、根据结构草图及测量数据，在3号图纸上用1:1比例绘制轴系结构装配图，要求装配关系表示正确，注明必要尺寸(如交承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸)，填写标题栏和明细表。 9、写出实验报告。 五、思考题
1．为什么轴通常要做成中间大两头小的阶梯形状？
2．该轴系固定方式是“两端固定”还是“一端固定，一端游动”？试具体说明理由。轴的受热伸长问题是如何考虑处理的？
3．轴承和轴上零件在轴上的轴向位置是如何固定的？轴系中是否采用了卡圈、挡圈、锁紧螺母、紧定螺钉、压板或定位套简等零件，它们的作用是什么？
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轴承结构设计实验实验报告
实验者: __________同组者: ____________
班 级: __________ 日 期: ____________
一、实验目的
二、实验内容 实验题号 已知条件
三、实验结果
1、轴系结构装配图(附3号图)
2、轴系结构设计说明(说明轴上零件的定位固定，滚动轴承的安装、调整、润滑与密封方法)
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