平面机构运动简图的测绘和分析.docx
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平面机构运动简图的测绘和分析
实验一平面机构运动简图的测绘和分析
一．目的
1．初步掌握实际机构或机构模型的机构运动简图的测绘方法；2．应用机构自由度计算方法及机构运动条件分析平面机构运动的确定性。
二．设备和工具
1．各种机构实物或模型；
2．钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器等；
3．铅笔、橡皮、草稿纸（自备）。
三．原理从运动学的观点看，机构运动特性与原动件的运动规律、构件的数目、运动副的数目、种类、相对位置有关。
因此，可以撇开构件的实际外形和运动副的具体结构，而用简单的线条和规定的符号（见教材）代表构件和运动副。
并按比例定出各运动副的相对位置，绘制出机构运动简图，以此来说明实际机构的运动特性。
四．步骤1．了解被测机构或机构模型，并记录其编号。
2．确定构件数目。
将被测的机构或机构摸型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动传递的路线仔细观察机构运动。
分清机构中哪些构件是活动构件、哪些是固定构件，从而确定机构中的原动件、从动件、机架及其数目。
3．判定各运动副的类型和数目。
仔细观察各构件间的接触情况及相对运动的特点，判定各运动副是低副还是高副，并准确数出其数目。
4．绘制机构示意图。
选定最能清楚地表达各构件相互运动关系的面为视图平面，选定原动件的位置，按构件联接的顺序，用简单的线条和规定的符号在草稿纸上徒手绘出机构示意图，然后在各构件旁标注数字1、2、3、
在各运动副旁标注字母A、B、C、。
并确定机构类型。
5．绘制机构运动简图。
仔细测量与机构运动有关的尺寸（如转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等），按选定的比例尺卩|绘出机构运动简图。
卩|=构件实际尺寸（m）/构件图示尺寸（mm）
6．分析机构运动的确定性。
计算机构的自由度数，并将结果与实际机构的原动件数相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。
五.思考题
1•一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？
2.绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定？
会不会影响运动简图的正确性？
3.机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？
六.实验报告
实验名称
日期
班级「
姓名
学号
成绩
1.测绘结果及分析
编号
机构名称
比例尺（m/mm）
机构运动简图
机构运动的确疋性
F=3n-2Pl-Ph
=3X（）-2X（）-（）
原动件数：
运动是否确定：
编号
机构名称
比例尺（m/mm）
机构运动简图
机构运动的确疋性
F=3n-2Pl-Ph
=3X（）-2X（）-（）
原动件数：
运动是否确定：
编号
机构名称
比例尺（m/mm）
机构运动简图
机构运动的确疋性
F=3n-2Pl-Ph
=3X（）-2X（）-（）
原动件数：
运动是否确定：
编号
机构名称
比例尺（m/mm）
机构运动简图
机构运动的确疋性
F=3n-2Pl-Ph
=3X（）-2X（）-（）
原动件数：
运动是否确定：
2．思考题解答
实验二渐开线齿廓的范成
1.目的
1•掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理；
2•通过用齿条刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及避免
根切的方法；
3•分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
2.设备和工具
1•渐开线齿廓范成仪，图1所示；
2•$258圆绘图纸一张、圆规、三角板、剪刀、铅笔、橡皮、计算器等（自
备）。
1.图纸托盘；2.滑架；3.机架；4.齿条刀具；5.调节螺钉;
6.定位螺钉；7.刀架；8.锁紧螺钉；9.压环
.原理
范成法（又称包络法或称展成法）的基本原理是一对齿轮或一个齿轮与齿条啮合时，一个齿轮的齿廓是另一个齿轮齿廓的包络线。
因此，若将其中一个齿轮或齿条制成刀具，使刀具与轮坯的运动关系与一对齿轮（或齿轮与齿条）啮合一样（由齿轮加工机床保证），并加上必要的切削运动与进给运动，就可以
在轮坯上连续切出所有的轮齿。
当齿条刀具中线与轮坯分度圆相切（即刀具调节到刻度“0”位置）时，便
能切制出标准齿轮。
当齿条刀具离开轮坯中心移动时，切制出正变位齿轮。
当齿条刀具靠近轮坯中心移动时，切制出负变位齿轮。
四•步骤
1•测量图纸托盘直径（即为轮坯分度圆直径d）。
2•在齿条刀具上量取齿距p（相邻两齿同侧齿廓对应点之间的距离）。
3.计算模数m和齿数z
m=p/n（取标准模数）；z=d/m（取整数）
4.在纸坯上画出四个圆：
分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db（其公
式参见教科书）。
5.将纸坯装在范成仪上，调整刀具对准刻度上的“0”位置，范成标准齿
轮1个齿（如图2所示）,注意观察有否根切。
图2
6.
为避免根切，范成正变位齿轮。
2）计算并在轮坯上画出分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db（公式参见教科书或实验报告），其中分度圆d、基圆db与标准齿轮相同。
3）将纸坯装在范成仪上，移动刀具离开轮坯中心，移动量（变位量）为
minmo
4）范成正变位齿轮1-2个齿（如图3），注意观察此时有否根切。
图3
五.思考题
何不同?
2.用同一把齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮时，定性比较下述几何参数和尺寸的变化：
m、：
•、da、d、df、db、s、e和p。
3.根切现象是如何产生的？
避免根切可采取哪些措施？
六.实验报告
实验名称
日期
班级
姓名
学号
成绩;
1.
齿条刀具的基本参数
m=
=一工，ha=1,c=!
：
:
2.
被加工齿轮基本参数
m=
d=,z=
3.
实验结果比较
项目
标准齿轮（mm）
正变位齿轮（mm）
分度圆直径d
齿顶圆直径da
齿根圆直径df
基圆直径db
齿距p
分度圆齿厚s
分度圆齿槽宽e
变位系数监山
七．思考题解答
实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定
一.目的
1•掌握用游标卡尺测定正常齿制渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。
培
养学生解决这一生产实际问题的动手能力。
2•巩固齿轮各部分尺寸的计算公式及有关参数之间的关系。
二.设备和工具
1•待测齿轮两个：
齿数为奇数和偶数的齿轮各一个。
2.量具：
游标卡尺。
3.附表：
标准直齿圆柱齿轮的跨齿数k及公法线长度W（m=1mm,、；=20）。
4•计算器和笔（自备）。
三•原理
1.测定模数m
如图1所示，当卡脚在被测齿轮上跨k个齿时，其公法线长度为
Wk=（k-1）Pb+Sb,
同理，若跨K+1个齿时，其公法线长度应为
Wk+1=kPb+Sb
Wk+1-Wk=Pb
:
-=20,
2.测定变位系数x
与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了变化，两者之差就是公法线长度的增量，它等于2xmsin:
-o
设Wk为被测齿轮跨k个齿的公法线长度，Wk为同样m、z和：
•的标准齿轮。
跨k个齿的公法线长度（查附表或教科书），则Wk_Wk=2xmsin.-：
;
Wk-Wk
x=
2msin:
-
四•步骤
1.数出齿数z（奇数、偶数齿轮各做一个，并记下编号）。
2•量取齿顶圆直径da,齿根圆直径df（各量三次，取平均值）
偶数：
直接测量，如图2所示。
奇数：
间接测量，如图3所示。
da=D+2H1
df=D+2H2
5.计算变位系数x（Wk为平均值，W'为标准值）：
Wk-Wk
x=
2msin:
6•判断是否为变位齿轮
当x>0时，为正变位齿轮；当x<0时，为负变位齿轮；当x=0时，为
标准齿轮。
因为考虑测量值的误差，故x01时定为是变位齿轮，否着为标准齿轮。
五.思考题
1•测量公法线长度时，把卡尺的量足放在渐开线齿廓的不同位置上，对所测得的公法线长度有无影响？
为什么？
2.齿轮的哪些误差会影响本实验的测量精度？
3.两个齿轮的参数测定后，怎样判断它们能否正确啮合？
如能，又怎样判断它们的传动类型？
六.实验报告
实验名称
日期
班级
姓名
学号
成绩
测定结果
数据
项目
齿轮编号：
z-
齿轮编号：
z-
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
da
df
跨齿数k
Wk
W<+1
Pb=Wk+1-Wk
cc
m
Pb
m一一
兀cos。
Pb
m一一
兀cos。
W'k
x
Wk-WkH
x==
2msina
Wk—Wk"
x==
2msin。
结论
七．思考题解答
实验四机构的结构及特性分析
一．目的
1．通过分析机器的组成，掌握机构在机器中的功用及相互之间的运动配合。
2．掌握从实际机器结构中测绘机构运动简图的技能。
3．加深理解常用机构的特性和应用，初步培养对机器进行机构综合分析的能力。
二．设备和工具
1．牛头刨床、缝纫机；
2．钢板尺、游标卡尺、内卡钳、外卡钳等；
3．铅笔、橡皮、草稿纸等（自备）。
三．任务
1．分析组成牛头刨床、缝纫机中各机构的功用及运动特性。
2．测量牛头刨床、缝纫机中指定的机构，并按一定比例尺绘出机构运动简图。
3．分析并写出指定机器的传动路线。
四．步骤
1．开动机器，从原动件开始，仔细分析机器中各机构的运动状况，并判断各机构的类型及功用。
2．用量具测量教师指定的几个机构的构件尺寸，并按比例绘制机构运动简图。
并计算机构的自由度，判定其运动的确定性。
3．写出机器的传动路线。
4．对牛头刨床中的机构进行结构和运动特性分析。
1）导杆机构
（1）根据机架长度、曲柄长度及滑枕导路中心至曲柄中心的距离计算滑枕的最大行程。
（2）根据几何尺寸计算行程数比系数，并与实测值比较，判定其运动特性。
2）棘轮机构和螺旋机构
（1）根据摇杆摆角计算棘轮的最大转角。
（2）计算滑枕往复一次时工作台横向进给量。
五．思考题
1.根据所了解的机器，总结出组成机器的三个基本部分及其相互关系。
2.为什么用导杆机构作为牛头刨床实现切削运动的机构？
还可以采用什么机构？
3.通过分析机器，总结一下机器中最常用机构和零件有哪些？
六•实验报告
实验名称
日期
班级
姓名
学号
成绩
1•机构及其在机器中的功用
1）组成牛头刨床的各机构
编号
机构名称
功用
A
B
C
D
E
F
2）组成缝纫机的各机构
编号
机构名称
功用
G
H
R
J
K
L
2•绘制教师指定的各机构运动简图
编号
名称
编号
名称
编号
名称
编号
名称
编号
名称
编号
名称
3•牛头刨主要参数
名称
数值
滑枕取大仃程
滑枕最小行程
滑枕每分钟往复次数
滑枕往复一次工作台横向进给量
4.写出牛头刨传动路线
七.思考题解答
实验五轴系结构设计
目的
本方法;
2•培养学生的工程实践能力、动手能力和设计能力。
二•设备及工具
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、三角板三.实验内容（每组选择下列任务之一）
实验
题号
1
2
齿轮类型
小直齿轮
载荷
—轻一
中
已知条件其他条件~~r
转速
—低一
高
示意图
大直齿轮
5
6
7
8
9
10
11
12
小斜齿轮
大斜齿轮
小锥齿轮
蜗杆
轻中中重轻
中
高
申
低
低
锥齿轮轴
锥齿轮与
轴分开
发热量小
发热量大
*
70
[3
60
60
70
70
30
四•实验步骤
1.选择设计任务，（两人一组）根据设计任务拟定装配方案。
1）根据齿轮类型选择滚动轴承代号；
2）确定支承的轴向固定方式（两端固定、一端固定一端游动）:
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）确定轴上零件的轴向和周向定位与固定，轴承间隙调整等问题，并满足零件的装拆及工艺要求；
2.根据装配方案，选取合适的零件，按装配顺序装配轴系部件。
3.根据装配结果，绘制轴系部件装配图。
4.实验完毕，拆卸全部零件，并按原位置放好。
五.思考题
1.在你的设计中，如何实现齿轮的固定及定位？
2.本设计中采用哪种轴承？
为什么？
3.在你的设计中，轴承如何润滑及采用什么密封方法？
六.实验报告
实验名称
日期
班级
姓名
学号
成绩
1.结果
设计任务
方案比较及确疋
2．轴系装配图（另纸A4）
七．思考题解答
实验六减速器的拆装和结构分析
一．目的
1．熟悉减速器的基本构造，了解各零件的结构、装配关系及功用。
2．了解轴系零部件的调整、润滑和密封。
二．设备和工具1．单级圆柱齿轮减速器。
2．钢板尺、百分表、游标卡尺、板手、卷尺、铅丝。
三．步骤1．观察减速器的外形，它有哪些箱体附件，它们的安装位置及功用，测出外廓尺寸、中心距、中心高。
2．测定轴承的轴向间隙。
固定好百分表，用手把轴推至一端，然后再推轴至另一端，此时百分表所指示的值就是轴向间隙的大小。
3．拧下箱盖和底座联接螺栓，拧下端盖螺钉，拔出定位销，拧动启盖螺钉，打开箱盖。
4．数出齿轮齿数，计算传动比。
5．测定齿轮副的侧隙。
将一段铅丝插入轮齿间，转动齿轮碾压铅丝，铅丝变形后的厚度即是齿轮副侧隙的大小，用游标卡尺测量其值。
6．取出轴系部件，边拆卸边观察轴上零件的定位、固定方式、结构以及轴承的类型、润滑、密封方式、支座的支承形式。
7．绘出轴系部件图。
两根轴中画一根即可。
8．将减速器按原样装配好。
四．思考题1．窥视孔、油标、油塞、吊环螺钉、定位销、启盖螺钉、通气器等附件起什么作用？
应安排在什么位置？
2．板手空间应如何考虑，留多大为好？
3．箱体剖分面采用什么方法密封？
五•实验报告
实验名称
日期
班级
姓名
学号
成绩
1•绘制轴系示意图（徒手，大致按比例）
2•编制减速器零件明细表
序号
零件名称
规格
数量
材料
「备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3•测定结果
项目
数据
中心距a（mm）
齿数Z
Zi=Z2=
传动比d
ii2=
齿顶圆直径da（mm）
da1=da2=
齿宽b（mm）
bi=b2=
齿轮的基本参数
m（mn）=P=
轴承型号
轴：
il轴：
润滑方式
齿轮：
轴承：
模数m及螺旋角-的计算:
4•装配要求数据
项目
测量值（mm）
GB要求值（mm）
是否符GB要求
側隙大小jn
轴承轴向间隙
（主动轴或从动轴）
六．思考题解答
实验七机械零件的结构及原理分析
一、实验目的
1、掌握各种通用机械零件的分类及其结构；
2、结合实例加深理解通用机械零件的基本类型、工作原理及其应用；
3、了解通用机械零件的正确使用和维护。
二、实验设备
1、机械设计陈列柜；
2、各种通用机械零件实物。
三、实验内容
1、联接：
键联接、花键联接、销联接、螺纹联接的类型、螺纹紧固件、螺纹联接的预紧和防松。
2、带传动和链传动：
带传动和链传动的类型、带的张紧装置和初拉力的控制。
3、齿冷传动：
齿轮传动及失效形式、齿轮与蜗杆结构。
4、轴：
轴的类型及轴上零件的应用、轴的典型结构及轴上零件的固定方法。
5、轴承：
滑动轴承和滚动轴承的类型、典型滚动轴承的组合设计、轴承的润滑与密封。
6、联轴器和离合器：
固定刚式联轴器、可移式刚式联轴器、弹性联轴器、安全联轴器、牙嵌式离合器、摩擦式离合器。
7、弹簧：
弹簧的类型及结构、弹簧的变形。
8、机座及箱体：
轴承座孔、支撑肋板或凸壁式箱体、轴承座凸台、凸缘的厚度。
四、实验报告
实验名称：
各类通用机械零件的观察
班级姓名实验日期
一、哪些是可拆联接、哪些是不可拆联接，各有什么特点？
、带传动正常运行的条件是什么?
三、齿轮的失效形式有几种？
各常发生在哪种场合?
四、轴的结构设计应满足哪些基本条件？
实验八常用的机构观察与运动分析
、实验目的
4、掌握平面运动副的分类及其表示方法；
5、结合实例加深理解平面连杆机构的基本类型、判别及其演化；
6、熟悉凸轮机构的分类、间歇机构的工作原理、螺旋机构的结构特点;
7、熟悉齿轮传动机构的类型及其特点。
、实验设备及工具
3、机械原理陈列柜；
4、各种机构实物模型
三、实验内容
1、平面运动副类型及其常用符号
转动副
（2）移动副,
如图2所示。
FT
JU;
图2移动副
（a）全为活动构件时
（b）构件1为机架
（a）全为活动构件时
（b）构件1为机架时
（a）全为活动构件时
（b）构件1为机架时
图3高副
2、平面连杆机构的基本类型
1）全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图4所示。
铰链
和双摇杆机构（如图4d）
图4变更机架后机构的演化
2）将4个构件以转动副和移动副连接成的平面四杆机构为移副四杆机构。
单移副四杆机构有以下四种类型：
滑快机构、导杆机构、摇块机构和定块机构（如图5所示）。
3、凸轮机构的组成及应用
凸轮机构应用广泛，类型很多，通常按如下方法分类:
1）按凸轮的形状分为:
（1）盘形凸轮；
（2）移动凸轮；（3）圆柱凸轮
平底从动件如图9c、f所示。
AiffltA
cde
图9从动件末端形状
4、间歇机构的工作原理
常见的间歇运动机构有：
棘轮机构、槽轮机构等。
1）棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架组成（如图
2）槽轮机构主要由带圆销的主动拨盘，带径向槽的从动槽轮和机架组成（如图11所
示）
5、螺旋机构
螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成（如图12所示）
图12螺旋机构
6、齿轮机构
齿轮机构由主动齿轮、从动齿轮和机架组成。
图13齿轮机构的主要类型
齿轮传动的类型很多，按照两齿轮的轴线位置、齿向和啮合情况的不同，齿轮传动可
以分类如下：
直齿传动
外啮合（图a）
内啮合（图b）
厂两轴平行一-圆柱齿轮传动
齿轮齿条（图c）
斜齿圆柱齿轮传动（图d）
人字齿轮传动（图e）
两轴交错的齿轮传动
直齿锥齿轮传动（图f）
曲齿锥齿轮传动（图g）斜齿交错齿轮传动（图h）蜗杆蜗轮传动（图i）
四、实验报告实验名称：
常用的机构观察与运动分析
班级姓名实验日期
一、吊扇的扇叶与吊架、书桌的桌身与抽斗、机车直线运动时的车轮与路轨，各组成哪一类运动副？
并分别用运动副符号表示。
、试列举出在实验中观察到的三个平面四杆机构实例名称和功用、并用机
构运动简图表示。
三、试说明凸轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、齿轮机构的结构特点和功
五、思考题：
1、两构件组成的转动副、移动副和高副时，各限制了哪些运动，保留了哪些运动？
2、铰链四杆机构有哪几种类型？
怎样判别？
各类型功能有什么区别？
3、单移副四杆机构有几种类型？
怎样判别？
各类型功能有什么区别？
4、解释机构中的下列名词：
（1）曲柄、
（2）摇杆、（3）滑块、（4）导杆。
8、比较连杆机构和凸轮机构的优缺点。
9、从结构和可靠性两方面，比较力锁合和几何锁合凸轮机构。
10、食品罐头的螺旋盖为什么采用多线、小螺距的螺纹？
11、棘轮机构和槽轮机构如何从结构上实现间歇运动？
12、两轴平行、两轴相交、两轴交错间的传动各可采用哪些齿轮传动？
实验九机构运动方案创新设计
一、概述
机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。
本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况。
二、实验目的
掌握机构创新模型的使用方法及实验原理。
（1）训练学生的工程实践动手能力，培养学生创新意识及综合设计的能力。
（2）加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。
三、实验原理
任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去的方法来组成，这是机构的组成原理，也是本实验的基本原理。
杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组。
1．杆组的概念由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数
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