新机械设计基础实验指导书文档格式.docx

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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。

二、实验设备和用具

1、机构动图：

（1）牛头刨床机构；

（2）曲柄滑块机构；

（3）抽水唧筒机构；

（4）缝纫机下针机构；

（5）正弦机构或偏心轮机构。

2、自备三角尺、圆规、铅笔、稿纸等。

三、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，其中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）先在草稿纸按GB138-74所规定的机构示意图的代表符号画出草图，选择好投影面和长度比例尺μl;

μl=构件的实际长度（m）/图上长度（mm）

a）b）

图1-1实物——简图示例

从原动件开始，循着运动传递的路线即构件联接的顺序，在草稿纸上标出各运动副的位置与运动有关的尺寸．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1-1a所示的实物，其简图可绘成图1-1b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）按一定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，但不需按比例。

四、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。

五、思考题

1、一个正确的机构运动筒图能说明哪些内容?

2、绘制运动简图时，原动件的位置为什么可以任意?

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?

附录：

常用运动副、构件的表示法（选自GB4460）

实验报告

1、测绘和分析

必须注明是机构运动简图还是机构示意图，对机构简图，还需写上所用比例尺。

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：

曲柄滑块机构

3）机构名称：

抽水唧筒机构

4）机构名称：

缝纫机下针机构

5）机构名称：

正弦机构

或偏心轮机构

2、思考题

实验二、渐开线齿廓范成实验

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<

Zmin时产生根切的现象及用移距修正法避免根切的方法，以建立变位齿轮的概念；

二、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。

三、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;

径向间隙系政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。

四、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圈盘．其结构如图2-1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．用以调节齿条中线与半圆盘中心之间的距离。

当齿条中线与被切齿轮分度圆相切时，齿条中线与节线重合，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。

若旋转螺杆8，改变齿条中线与半圆盘l中心o的距离，使齿条中线与刀具节线分离，如图2-1所示，此时齿条中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。

图2-1齿轮范成仪结构简图

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

五、实验步骤

1、根据刀具参数α，m，ha*，C*和被加工齿轮的分度圆半径r，求出被加工齿轮的基圆半径rb，齿根圆半经rf和齿顶园半径ra。

2、计算出不发生根切现象时的最小变位系数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。

计算变位齿轮的基圆半径r’，齿根圆半径rf和齿顶圆半径ra。

3、在一张图纸上分别以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，调整刀具中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，每移动一微小距离再用蓝铅笔（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或观察刀具的齿顶线是否超过极限啮合点N，以判别有无根切。

6、范成正变位齿轮

（1）调整螺杆7使横拖板4垂直移动，调整刀具中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、比较不同颜色绘出的齿廓，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。

六、思考题

l、通过实验，说明你所观察到的根切现象是怎样的?

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政：

m，α，r，rb，ha，hf，rf，ra，s，sb，sa，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?

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

实验三、带传动实验

一、实验目的

1、了解带传动实验台的结构和工作原理；

2、观察带传动中的弹性滑动和打滑现象及其与传动能力的关系。

通过实验，实测出平型带的滑动曲线和效率曲线；

3、掌握转矩、转速的基本测量方法。

二、实验台的结构和工作原理

本实验台由主动、从动、负载、操纵控制及测试仪表等五部分组成，如图3-1所示。

图3-1实验台的基本结构图

1、主动部分包括355W直流电动机和其主轴上的主动带轮及带预紧装置。

电动机及其主动带轮一起安装在可左右直线移动的滑动支架上，在砝码的重力作用下经导向滑轮，可使电动机向左移动，从而使传动带被张紧而产生预拉力。

2、从动部分包括355W直流发电机和其主轴上的从动带轮，发电机的输出与负载部分相连。

3、负载部分是由几只40W灯泡组成的专用负载箱，灯泡分级并联，以改变负载大小。

4、操纵控制部分包括线路板、调速电位器、指示灯等，用来控制电动机的启动、停止和变速。

5、测试仪表包括电动机及发电机的转速、转矩测试装置和仪表。

本实验台的电动机和发电机均为悬挂式安装，电机定子可绕轴线摆动，在定子上装有测力杆，支点压在弹簧片上，而固定在弹簧片上的百分表可将弹片受力时的变形测出（百分表与弹簧片及支架组成弹性测力装置），通过计算即可得到电动机和发电机的转矩。

当电动机和发电机工作时，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机定子将有向转子旋转的相反方向转动的趋势，发电机定子将有向转子旋转的相同方向转动的趋势，它们的转矩分别通过固定在定子外壳上的测力杆测出。

两电机后端装有光电传感器和同步测速转盘，带轮转动时，转速在数码管上显示。

主动轮上的转矩

（N*mm）

从动轮上的转矩

式中Q1、Q2—百分表的读数

K1、K2—测力装置标定值，K1=K2=0.213N/格

L1、L2—测力杆力臂长度，L1=L2=120mm

带传动的滑动系数：

本实验台：

D1=D2=120mm，所以

带传动的传动效率：

式中P1、P2——主动轮、从动轮的功率（KW）

n1、n2——主动轮、从动轮的转速（r/min）

随着负载的改变，M1、M2、△n=n1-n2值也改变，这样可获得一组ε和η的值，从而绘制出滑动曲线和效率曲线。

三、实验步骤

1、调节调速旋钮使电机转速处于零状态，并断开发电机所有负载；

2、加砝码，使传动带具有初拉力；

3、检查测力杆是否处于平衡状态；

4、接通电源，启动电机，顺时针方慢慢旋转调速旋钮，使电机转速逐渐加速到n1=1000转/分左右，记录n1、n2和Q1、Q2一组数据；

5、打开一个灯泡，即加载，记录一组n1、n2和Q1、Q2的数据；

6、逐级增加负载（即打开灯泡2个、3个…），依次记录数据。

直到n1—n2>

30转/分，因为此时ε>

3%，带传动已进入打滑区工作。

若再打开灯泡，则n1和n2的差值迅速增大。

7、增加初拉力，重复上述实验步骤。

两者对比，可发现带传动功率提高，滑动系数降低；

8、实验结束，关掉设备开关，切断电源，取下砝码。

四、思考题

结合带传动滑动曲线和效率曲线解释打滑现象。

1、实验数据

序号

初拉力

n1

ε（%）

M1

M2

η

负载

2、带传动的滑动曲线和效率曲线