机械设计基础实验指导书.docx

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机械设计基础实验指导书

机械原理实验指导书

机电工程系

2010年2月

目录

1概述·····························································3

1.1机械原理实验的目的和任务·······································3

1.2对学生实验的要求···············································3

2实验·····························································3

2.1机构运动简图测绘···············································3

2.2带传动实验·························7

2.3齿轮齿形范成实验···········································10

1概述

1.1机械原理实验的目的和任务

机械原理是高等学校工程机械类各专业的一门主干技术基础课，机械原理实验是机械原理课程教学中重要的实践环节，在学习本课程中，使学生能够掌握一般的实验原理、技能和方法，能够更好的理解本课程的教学内容。

1.2对学生实验的要求

1、学生在实验课前必须认真预习本指导书，并复习教材中的有关内容，为实验课做好充分准备，

2、要求学生亲自动手进行实验，记下实验数据，并认真完成实验报告，交教师批阅。

2实验

2.1机构运动简图测绘

1.实验目的

（1）掌握按实际机械的结构画出机构运动简图的方法；

（2）熟悉机构自由度的计算及机构运动是否确定的判别方法。

2.设备和用具

（1）牛头刨床机构；

（2）正弦机构；

（3）棘轮间歇机构；（4）可调整行程曲柄滑块机构；

（5）导槽机构；（6）十字沟槽联轴器。

此处自备三角板、铅笔、橡皮、草稿纸等。

3.测绘方法和步骤

测绘指定的几个机构的运动简图或机构示意图（至少应有一幅机构简图），测绘方法和步骤如下：

（1）确定各机构的构件数用手驱动被测绘的机构，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。

（2）确定各运动副的种类及代表符号，熟悉常用运动副的符号表示方法，根据两联接构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各运动副的种类。

（3）绘制机构的运动简图

1）画出机构的运动简图草图选择好投影面从原动件开始，循着运动传递的路线即构件联接的顺序，按GB138-74所规定的机构示意图的代表符号，在草稿纸上标出各运动副的位置与运动有关的尺

a）b）

图1实物——简图示例

寸，转动副之间用直线连接即代表该构件，一般不考虑构件本身的形状和大小。

例如图la所示的实物，

其简图可绘成图1b所示的形式。

用数字1，2，3，……分别标注各构件，用A，B，C……分别标注各运动副。

2）完成机械运动简图取定长度比例尺μl：

μl=构件的实际长度（m）/图上长度（mm）

按比例在实验报告上将草图整理成正式的机械运动简图。

（4）绘制机构示意图方法同前，但不需要按比例。

4.计算机构的自由度并判定机构是否具有确定的运动

机构自田度F的计算公式为：

F=3n-2PL-PH

按机构具有确定相对运动的条件：

原动件的数目=机构的自由度F，判定机构是否具有确定的运动。

5.思考题

（1）一个正确的机构运动筒图能说明哪些内容?

（2）绘制机构运动简图时原动件的位置为什么可以任意给定?

会不会影响简图的正确性?

（3）机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助?

机械设计基础实验报告

实验名称机构运动简图的测绘和分析

成绩__________日期__________指导教师____________

1.测绘和分析

必须注明是机构运动简图还是机构示意图。

对机构运动简图，还需要写上所用比例尺。

1）机构名称：

牛头刨床机构

F===

原动件数目

运动是否确定

2）机构名称：

可调行程曲柄滑块机构

F===

原动件数目

运动是否确定

3）机构名称：

导槽机构

F===

原动件数目

运动是否确定

4）机构名称：

桃轮机构

F===

原动件数目

运动是否确定

5）机构名称：

正弦机构

F===

原动件数目

运动是否确定

6）机构名称：

棘轮机构

F===

原动件数目

运动是否确定

2.思考题讨论

带传动弹性滑动测定

一实验问题的提出

由于皮带的弹性模量较低，在带传动过程中会产生弹性滑动，导致带的瞬时传动比不是常量。

另外，当带的工作载荷超过带与带轮之间的最大摩擦力时，带与带轮间会产生打滑，带传动这时不能正常工作而失效。

二实验目的

观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。

测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率。

了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。

三实验台的构造和工作原理

由于弹性滑动率ξ的值与打滑现象的出现以及带传动的效率η都与带传递的载荷的大小有密切关系，本实验用灯泡做负载，实验台由主机和测量系统两大部分组成如下图所示。

主机

主机是一个装有平带的传动装置。

主电机是直流电动机装在滑座上，可沿滑座滑动，电机轴上装有主动轮，通过平带带动从动轮，从动轮装在直流发电机的轴上。

在直流发电机的输出电路上，并联了八个灯泡，每个40瓦，作为带传动的砸在装置。

砝码通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力。

，开启灯泡，以改变发电机的负载电阻，随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，带的受力增大，两边的拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。

当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑，当负载继续增加时则完全打滑。

测量系统

测量系统电转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。

（1）光电测速装置

在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔，在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。

带轮转动时，就可在数码管上直接读出带轮的转速。

（2）扭矩测量装置

主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2均通过电机外壳来测定。

电动机和发电机的外壳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。

当电动机启动和发电机加载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。

即：

主动轮上的扭矩T1=Q1K1L1（Nmm）

从动轮上的扭矩T2=Q2K2L2（Nmm）

式中Q1，Q2-------测力计上百分表的读数

k1，k2-------测力计标定值

L1，L2-------测力计的力臂，均等于120mm

带传动的效率η=从动轮的功率/主动轮的功率=T1N1/T2N2

我们只要测得不同负载下主动轮的转速和从动轮转速以及主动轮的扭矩T1和从动轮的转矩T2，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率ξ（ξ=V1-V2/V1×100%，在两个带轮的直径相同时ξ=n1-n2/n1×100%）以及效率η之值。

以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的η和ξ为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线

四实验步骤

1.接通电源前，检查调速旋钮是否处于零位置

2.接通电源，实验台的指示灯亮，检查百分表，使百分表指针调零

3.加砝码3Kg，使带具有初拉力。

4.慢慢地沿顺时针方向旋转调速按钮，使电机从开始运转逐渐加速到n1=1000转/分，记录n2,Q1，Q2一组数据。

5.打开一个灯泡（即加载），记录一组n1，n2,Q1，Q2一组数据,注意此时n1和n2之间的差值，也就是带的弹性滑动现象。

6.逐渐增加负载（每次打开一个40瓦的灯泡），重复第4步，直到ξ≥3%左右，若再打开灯泡，则n1，和n2差值迅速增大。

7.绘出弹性滑动和效率曲线,并讨论实验曲线的变化规律，分析其中的原理。

五注意事项

1.实验台为开始传动，实验人员必须注意安全，皮带转动方向严禁站人。

2.调节调速旋钮时，不要突然使速度增大或减小，以免产生较大冲击力，以防损坏测力计。

实验条件

（1）带的种类：

，截面积A=20*2=40mm2

（2）带的初拉力：

2F0=N

（3）张紧方式：

自动张紧

（4）测力杆长度L1=L2=120mm，带轮直径D1=D2=120mm，，测力计标定值K1=K2

（5）包角α1=α2=180o

测量数据记录表

参数数据

序号

n1

n2

ξ

Q1

Q2

η

1

2

3

4

5

6

7

8

五．思考题

1.带传动的弹性滑动与带的初始张紧力有什么关系？

2.带传动的弹性滑动与带上的有效工作拉力有什么关系？

3.带传动为什么会发生打滑失效？

4.针对带传动的打滑失效可采用哪些技术措施予以改进？

2.2渐开线齿廓范成实验-----齿轮范成仪切齿

1.实验目的

（1）掌握用范成法切制渐开线齿轮的原理，观察用齿条（刀具）绘制齿廓曲线的过程；

（2）了解标准齿轮Z

（3）比较标准齿轮与变位齿轮的齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚。

2.实验设备和工具

（1）三角尺；

（2）齿轮范成仪；

（3）圆规；（4）绘图纸（280mmx150mm）；

（5）剪刀；（6）两种不同颜色的铅笔或圆珠笔。

3.齿轮范成仪的技术规范

（1）齿条刀具的参数：

模数m=25mm；压力角α=20°；齿顶高系数ha*=1;径向间隙系数C*=0.25；

（2）被加工齿轮的参数：

分度圆直径d=200mm，齿数z＝d/m=8；

（3）仪器的最大移距量：

xm=-5mm~+20mm。

4.齿轮范成仪的工作原理与构造

范成法是利用一对齿轮（或齿轮与齿轮）互相啮合时其共轭齿廓为包络线的原理来切齿的。

本实验所用的齿轮范成仪是模仿齿轮与齿条的啮合过程来设计的，刀具模型为一齿条（相当于齿条插刀），齿轮模型则为相当于被切削齿轮的半圆盘．其结构如图2所示。

半圆盘l可绕其固定的轴心o转动，在半圆盘1边缘刻有代表分度圆的凹槽，槽内绕有钢丝3，两端分别固定在半圆盘1及纵拖板5上的a,b和c,d处，纵拖板5可在机架8上沿水平方向左右移动，并通过钢丝3带动半因盘1亦相应地向左或向右转动，这与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动过程相同。

齿条刀具6通过两只销钉固定在横拖板4上，横拖板4装在纵拖板5的径向导槽内，旋转螺秆7可使横拖板4带着齿条6沿垂直方向相对于半圆盘1的中心O作径向移动，用以调节齿条分度线与半圆盘中心之间的距离。

当齿条分度线与被切齿轮分度圆相切时，齿条分度线与节线重合，便能切制出标准齿轮。

这时均匀地移动纵拖板5，将刀刃各个位置的投影线用铅笔描绘在轮坯纸上，便能清楚地观察到齿轮的范成过程。

图2齿轮范成仪结构筒图

1.半圆盘2.压环3.钢丝4.横拖板

5.纵拖板6.齿条刀具7.螺杆8.机架

若旋转螺杆8改变齿条分度线与半圆盘l中心o的距离，使齿条中线与刀具节线分离，如图2所示，此时齿条分度线与被切齿轮分度圆分离xm，但刀具节线仍与被切齿轮分度圆相切，这样便能切制出变位齿轮。

这时均匀地移动纵拖板5，将刀刃每个位置的投影线用铅笔描绘在轮坯纸上，便更能清楚地观察到变位齿轮的范成过程。

5.实验步骤

（1）根据刀具参数α、m、ha*、C*和被加工齿轮分度圆半径r，求出被加工齿轮的rb、rf和ra。

（2）计算不发生根切时的最小变位系数xmin＝（17-z）／17，然后取定变位系数x（x>xmin），得变位齿轮的移距数值xm。

计算变位齿轮的节圆半径r’、齿根圆半径rf’和齿顶圆半径ra’。

（3）在同一张图纸上分别以rb、r、rf，ra、rf’、ra’和r’为半径画七个同心半圆，最后将图纸剪成半径比ra’大3~5mm的半圆纸坯，作为被加工齿轮的轮坯。

（4）将半圆纸坯放在范成仪的半圆盘1上，使二者圆心重合，然后用压板2压住，并用两只螺钉夹紧，对准两销孔放上有机玻璃材料的齿条刀具6。

（5）范成标准齿轮

1）旋转螺杆7使横拖板4垂直移动，调整刀具分度线与纸坯的分度圆相切；

2）将纵拖板5推至左（或右）极限位置，然后将纵拖板5均匀地向右（或左）移动，每移动一微小距离用蓝铅笔（或蓝圆珠笔）在纸坯上描下齿条刀刃位置的投影线（相当于切去齿坯间的材料），直至形成2~3个完整的轮齿为止；

3）用标准渐开线样板检验所绘得的渐开线齿廓，观蔡有无根报切现象。

（6）范成正变位齿轮

1）调整螺杆7使横拖板4垂直移动，调整刀具分度线与齿坯的分度圆分离xm值；

2）将纵拖板5推至左（或右）极限位置，然后将纵拖板5均匀地向右（或左）移动，每移动一微小距离用红铅笔（或红圆珠笔）在纸坯上描下齿条刀刃位置的投影线，直至形成2~3个完整的轮齿为止；

3）检验变位齿轮的齿廓；观察还有没有根切观象。

（7）观察不同颜色绘出的齿廓，比较渐开线是否相同，注意齿顶圆齿厚与齿根圆齿厚的变化情况。

6.思考题

（1）通过实验，说明你所观察到的根切现象是怎样的情形?

是由于什么原因引起的?

如何避免根切？

（2）比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮与变位齿轮的几何参数m、α、r、rb、ha、hf、rf、ra、s、sb、sa及sf哪些变了？

哪些没变?

为什么?

（3）齿廓曲线是否全是渐开线?

根切现象发生在基圆内还是基圆外?

机械设计基础实验报告

实验名称渐开线齿廓范成实验——齿轮范成仪范成

成绩_________日期_________指导教师__________

1.实验原始数据

参数

m（mm）

α

ha*

c*

d（mm）

数值

25

20°

1

0.25

200

2.齿轮参数计算

项目

公式

标准齿轮

变位齿轮

齿数

z=d/m

变位系数

x=xmin＝（17-z）／17

基圆半径

rb=rcosα

齿顶圆半径

ra=r+（ha*+x）m

齿根圆半径

rf=r-（ha*+c*-x）m

周节

p=πm

基节

Pb=pcosα

分度圆齿厚

s=（（π/2）+2xtanα）m

分度圆齿间

e=（（π/2）-2xtanα）m

3.思考题讨论