1、0607修改新能源汽车1111机械设计基础实验指导书实验一 机构运动简图的测绘及分析一、实验目的：1、 掌握机构运动简图测绘的基本方法；2、 巩固机构自由度的计算。并验证机构具有确定运动的条件；3、 通过对机构进行结构分析，了解结构的组成原理二、设备和工具机器和机构模型 量具 铅笔 橡皮和草稿纸三、实验原理 机构运动与机构中的构件的数目、构件组成运动副的形式以及各运动副的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动副的具体结构无关，因此，在工程上对机构进行结构分析、运动分析和力分析时可以用机构运动简图来进行。 机构运动简图既简单有能正确地反映一部机器的运动特征，因此，正确地测量和绘制机构运动简图是机
2、械设计的重要组成部分、四、实验方法与步骤1、观察机构的运动，弄清构件的数目缓慢移动被测的及其或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相连接的两构件是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，从而弄清楚组成机构的构件数目。2、判别运动副类型 一般，从原动件开始，遵循运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动性质。由此确定机构中运动副的类型、数目3、合理选择视图一般选择与机构的多数构件运动平面平行的平面作为投影面。必要时也可以就机构的不同部分选择两个或者两个以上的投影面，然后展开到一张图面上。或者把主运动简图上难于表示清楚的部分，另绘一张局部简图。对于齿轮机构则可选择与运动平
3、面相垂直的平面作为投影面。总之，以简单清楚的把机构的运动情况表示出来为原则。4、画出机构运动简图的草图，计算机构的自由度。将原动件转到某一位置（即可看清多数活动构件和运动副的位置）。在草稿纸上按照规定的符号，目测尺寸使实物与图形大致成比例，徒手画出机构运动简图的草图，然后计算机构的自由度，并将草图与实物对照，观察是否和实物相符合。5、画正式的机构运动简图。确定尺寸比例尺，认真测量机构各运动副之间的相对位置参数，在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按照选定的比例尺l(构件的真实长度与图示长度的比值，单位为m/mm或mm/mm)画出正式的机构运动简图。注 ：对于某些不便直接测定的机构尺寸，可首
4、先分析其机构的性质，采用间接测量的办法。机构运动简图的测绘及分析实验报告专业班级_姓 名_ 日期_ 学 号_ 指导老师_ 成绩_一、实验目的二、实验设备三、实验数据记录及结果机构一：机构运动简图（l= m/mm）机构自由度的计算机构二：机构运动简图（l= m/mm）机构自由度的计算机构三：机构运动简图（l= m/mm）机构自由度的计算四、思考题1、机构运动简图能反映实际机构的哪些内容？2、绘制机构运动简图的过程中应注意些什么问题？五、心得与建议实验二 渐开线齿廓的范成实验一、实验目的：1、掌握用范成法加工渐开线齿廓的基本原理，观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；2、了解渐开线齿轮根切现象和齿
5、顶变尖现象的原因及用变位修正来避免发生根切的方法；3、分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同。二、实验设备和用具：1、齿轮范成仪；2、自备：220圆形绘图纸一张（圆心要标记清楚），削尖的HB铅笔、橡皮、圆规（带延伸杆）、三角尺、剪刀、计算器、透明胶带纸。三、实验原理：范成法是利用一对齿轮（或齿条与齿轮）相互啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理为加工轮齿的方法。刀具有渐开线齿轮（齿条）的外形，它与被切削齿轮坯的相对运动，完全与一对齿轮（或齿条与齿轮）的啮合过程一样，显然这样切制得到的轮齿齿廓就是刀具的刀刃在各个位置时的包络线。图 4-1 齿轮范成仪示意图本范成仪所用的两把刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为
6、m=20和m=8，=20，ha*=1，c*=0.25。仪器构造简图如图2报示。圆盘2代表齿轮加工机床的工作台；固定在它上面的圆形纸代表被加工齿轮的轮坯，它们可以绕机架5上的轴线O转动。齿条3代表切齿刀具，安装在滑块4上，移动滑板时，齿轮齿条使圆盘2与滑板4作纯滚动。齿条刀具3可以相对于圆盘作径向移动，当齿条刀具中线与轮坯分度圆之间移距为xm时（由滑板4上的刻度指标），分度圆则跟与刀具中线相平行的刀具切线相切并作纯滚动，具按移距的大小和方向切制出正变位或负变位齿轮的齿廓。四、实验步骤：1、被加工齿轮的模数m=20，z=8和m=8，z=20，各变位系数分别为x1=0，x2=+0.53，分别计算其分
7、度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆直径*，填入实验报告表内。2、将220圆形图纸分成三等分，即圆心角各为120，并轻轻画出各自的角平分线；再画出分度圆、基圆及各自的齿顶圆和齿根圆，其参数及尺寸应分别标注清楚。以上步骤应在实验课前完成。3、取m=20的齿条刀具模型和220的圆形图纸，安装在齿轮范成仪上。将刀具滑板4先移支中间，使x1=0区间进入被切削范围。为确保“轮坯”中心与圆盘中心对准，必须使其角平分线与范成仪上的径向线对准，并使刀具中线与“轮坯”分度圆相切具垂直于角平分线；使刀具顶线与“轮坯”齿要圆相切。来回移动刀架滑板，直到满足以上要求，再拧紧蝶形螺母，通过压板压紧“轮坯”，固定紧齿条刀具。移动滑
8、板，使刀具某一侧刃线通过“轮坯”中心，画出“轮坯”上的这条径向线。再将滑板移到左边位置，准备进行“切削”。、每当把滑板向右推动一个较小的距离时，在代表轮坯的圆形图纸上，用铅笔笔尖始终紧贴着刀具轮廓描下刀刃的位置，表示齿条插刀切削一次的刀刃痕迹。应控制使其间距匀称。表示等速范成。重复描绘；直到形成2-3个完整齿形为止。仔细观察齿廓的形成过程，可清楚地看到被切到的部分成为齿槽，留下的部分即为直线刀刃范成包络而成的渐开线轮齿。当刀具侧刃与事先画好的轮坯径向线共线时，表示轮齿的渐开线齿廓已全部切成，观察这条径向线内的轮齿根部有无被切去的部分。5、将滑板退回到左边位置，松开压板1、将“轮坯”转到正变位齿
9、轮区间，按步骤3的要求的调整、定位。但刀具应靠近“轮坯”中心x2m，刀具顶线与齿根圆相切，这时与“轮坯”分度圆相切的是与刀具中线平行的另一条“刀具节线”。重复上一步骤，绘制出正变位齿轮的轮廓。6、与上一步骤类似，但使齿条刀具远离“轮坯”中心x3m，绘制负变位齿轮的齿廓。观察比较标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的齿形变化和其齿厚、齿槽宽、周节、齿顶厚、基圆齿厚、齿顶圆直径、齿根圆直径有无变化，相对变化的特点以及根切现象、齿顶变尖现象。渐开线齿轮的范成实验报告专业班级_姓 名_ 日期_ 学 号_ 指导老师_ 成绩_（一）齿条刀的基本参数：模 数m 压 力 角 齿顶高系数h 径向间隙系数c （二）范
10、成齿轮的计算数据：项目标准齿轮1计算m=8正变位齿轮计算标准齿轮2m=20计算公式Z208XddddPS(三)范成齿廓图一张齿廓图要求至少有两个以上完整的齿廓曲线。（四）仔细观察齿轮图，比较标准齿廓与变位齿廓的异同点：标准齿轮正变位齿轮x=+0.53标准齿轮齿数ZZ=8Z=20模数mM=20M=8分度圆压力角a齿顶圆直径d分度圆直径d齿根圆齿厚S分度圆齿间距e周节p齿圆齿厚S齿顶圆齿厚S公法线长度W注：正变位齿廓与标准齿廓进行比较时，只说明变化特点，填写“增大”或“减少”或“不变”即可，不要求具体数字。 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
11、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
12、.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
13、感器的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 ZASn663 载荷传感器： 精度 0.1% 量程 200 摩擦传感器： 精度 0.1% 量程 05 油膜压力传感器： 精度 0.01% 量程0600kPa 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
14、主轴调速范围： n=3500rpm 试验台重量： 52kg3、操纵面板布置及说明：(见图二) 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
15、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
16、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。
17、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V10% 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通过数模作出液体动压轴承油
18、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
19、击此键，进入实验参数设置。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
20、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
21、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
22、。通电后，旋转调速旋钮使主轴在100200rpm运行。此时油膜指示灯应熄灭。稳定运行34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70100内选择一定值
23、，并在整个过程中，保持这一定值至结束实验。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、心得与建议实验四 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，
24、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。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，CQYDJ4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。
25、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，
26、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CQYDJ4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CQYDJ4型静动态测量仪使用说明书。CQYDJ4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
27、化，应变片的电阻值也随着发生了R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R/R，就可换算出相应的应变，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。1）.an _、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1LZS螺栓联接综合实验台各测点均
28、采用箔式电阻应变片，其阻值为120，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
29、表两个四、实验方法及步骤以出厂设定（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
