典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘.docx

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1、实验 1典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘1.1 目的通 (1) 使被 的机械 慢地运 ，从原 件开始仔 察机构的运 ，分清各个运 元，从而确定 成机构的构件数目。(2) 根据相互 接的两构件 的接触情况及相 运 的特点，确定各个运 副的 型。(3) 在草稿 上徒手按 定的符号及构件的 接 序，从原 件开始，逐步画出机构运 的草 。用数字 1、2、3、分 注各构件，用字母 A、B、C、分 注各运 副。(4) 仔 量与机构运 有关的尺寸， 即 副 的中心距和移 副某点 路的方位 等， 定原 件的位置，并按下式 一定的比例尺画出正式的机构运 。比例尺l实际长度 ( m)图上长度 (mm

2、)1.4 步 和要求1. 于指定的几种机器或机构，要求其中至少有两种需按比例尺 制机构运 ，其余的可凭目 ， 使 与 物大致成比例， 种不按比例尺 制的 通常称 机构示意 。2. 算机构自由度，并将 果与 机构的自由度 照， 察 算 果与 是否相符。3. 上述机构 行 构分析（高副低代、分离杆 、确定杆 和机构 等）。1.5思考 与 告1. 思考 (1) 通 本 ， 述机构运 的内涵。机构运 准确反映 机构中的哪些 目？(2) 制机构运 ， 原 件的位置 什么可以任意 ？会不会影响 的正确性？(3) 机构自由度的 算 机构运 有何帮助？机构具有确定运 的条件是什么？(4) 所 的机构能否改 和

3、 意新的机构运 ？2. 告基本内容(1) 填写完成下表内容实验 1：典型机械运 方案展示与分析及机构运 告学生姓名学号组别 日期成绩指 教 (1) 机构 号机构名称机构运动简图比例尺l所含杆组(m / mm )机构运动尺寸：机构自由度计算F机构级别(2) 机构编号机构名称比例尺 l机构运动尺寸：机构运动简图(m / mm )所含杆组机构自由度计算F机构级别(3) 机构编号机构名称机构运动简图比例尺l所含杆组(m / mm )机构运动尺寸：机构自由度计算F机构级别(4) 机构编号机构名称比例尺 l机构运动尺寸：机构运动简图(m / mm )所含杆组机构自由度计算F机构级别(2) 思考题讨论(3)

4、 实验心得和建议实验 2齿轮传动效率测定与分析2.1实验目的1. 了解机械传动效率的测定原理，掌握用扭矩仪测定传动效率的方法；2. 测定齿轮传动的传递功率和传动效率；3. 了解封闭加载原理。2.2实验设备和工具1. 齿轮传动效率试验台；2. 测力计；3. 数据处理与分析软件；4. 计算机、打印机。2.3实验原理和方法1. 齿轮传动的效率及其测定方法齿轮传动的功率损失主要在于：(1)啮合面的摩擦损失；(2) 轮齿搅动润滑油时的油阻损失；(3) 轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。对于采用滚动轴承支承的齿轮传动，满负荷时计

5、入上述损失后，平均效率如表3.1 所示。表 2.1 齿轮传动的平均效率齿轮精度等级与结构型式传动类型6、 7 级，闭式8 级，闭式脂润滑，开式圆柱齿轮传动0.980.970.95圆锥齿轮传动0.970.960.94测定效率的方式主要有两种： 开放功率流式与封闭功率流式。 前者借助一个加载装置 （机械制动器、 电磁测功器或磁粉制动器） 来消耗齿轮传动所传递的能量。 其优点是与实际工作情况一致， 简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验） ，消耗能力尤其严重。而后者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗，

6、因此这种实验方案采用较多。2. 封闭式试验台加载原理图 3.1 表示一个加载系统，电机功率通过联轴器1 传到齿轮 2，带动齿轮3 及同一轴上的齿轮 6，齿轮 6 再带动齿轮5。齿轮 5 的轴与齿轮2 的轴之间以一只特殊联轴器和加载器相联接。设齿轮齿数 z2 z3 , z5z6 ，齿轮 5 的转速为 n5 (r/min) 、扭矩为 M 5 ( Nm ) ，则齿轮5 处的功率为M 5 n5(kW )N 59550若齿轮 2、 5 的轴不作封闭联接，则电机的功率为N1N 5M 5 n5(kW )/9550式中 为传动系统的效率。而当封闭加载时，在M 5 不变的情况下，齿轮2、 3、 6、 5 形成的

7、封闭系统的内力产生封闭力矩 M 4 ( N m) ，其封闭功率为N 4M 4 n4( kW )9550该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为N1N 4 /N 4(kW )由此可见， N 1N 1 ，若95% ，则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的1/20。图 2.1 加载系统图 2.2 试验台结构3. 效率计算要计算效率， 应先决定被试齿轮 2 处于主动还是被动。 在齿轮传动中， 主动轮的转向与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相反， 而从动轮的转向则与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相同。如图 3.1 所示，由电机联轴器1 决定的方向与齿轮 2 所受扭矩方向相反，所以持论2为主动轮。设

8、齿轮 2、 3 间的传动效率为2 3 ，齿轮 6、 5 间的传动效率为6 5 （均含支承轴承效率及搅油损失，以便于计算），则电机供给功率可计算如下N1N 4N 4( kW )2365电机力矩M 1M 4M 42365当设 2 36 5平均效率时，由上式可得M 4M 4M 1若电机转向与图3.1中所示的由联轴器力矩1 表示的方向相反 （本实验所采用的试验台便是这种情况） ，砝码形成的负荷将保持捏合面不变。从齿轮2 的转向来判断，转向与所承受轮齿啮合力的扭矩方向相同，所以齿轮2 即为被动轮， 而齿轮 3 和 5 就成为主动轮， 功率流的方向变为 5 6 3 2。此时功率流功率N 4 大于传出的功率

9、， 则电机供给的摩擦功率为N 1N 4N 4 3 2 5 6N 4 (13 2 5 6 )N 4 (12 )所以M 1M 4 (12 )则平均效率为M 4M 1M 44. 试验台结构试验台结构如图3.2所示。其中电机1 悬挂式安装， 2 是重锤式测力计， 3 是两套相同传动比的齿轮减速器，通过联轴器和加载器4 组成封闭加载回路，5 是机架， 6 是电器控制箱。若测力计的读数为f(mN) ，测力矩臂长为 l=195mm ，则功耗力矩为M flf0.195f0.19510 3f(N m)1000 2100011.14减速器采用了螺旋槽加载机构，如图 3.3 所示。其螺旋角。当砝码 1 的重量G(N

10、) 经动滑轮 2 施加于滑架 3 时，滑架即在滑轨4 上移动。由于螺旋槽的作用，此时销轴5不动，而槽体产生旋转，带动轴6 旋转而产生加载力。加载受力情况如图3.3 的上图所示。Q 为螺旋槽压在销轴上的载荷，其分力 Q 与加载砝码重量相平衡，即 Q2G ；分力 Q则为圆周力，它乘以作用半径r 即为作用在封闭系统内的封闭力矩M B 。图 2.3 螺旋槽加载机构Q Q / tgr(N m )M B 2Gtg 11.141000当 r21.5mm 时， M B 0.22G( Nm) 。测力计的结构和作用原理见实验12。2.4实验步骤和要求1. 脱开测力计挂钩并调零。判断电机转向应为测力杆向下回转。2.

11、 卸去所有砝码，使加载器销轴处于轴向移动起点附近约23mm 处。3. 手扶测力杆，启动电机，空转一分钟。4. 将测力杆挂上测力计挂钩， 读出空载下功耗力矩的力。 （该力矩是与载荷无关的因素所引起的损失，如轴承的空载阻力，密封件阻力，箱体内的搅油损失等）。5. 逐步加载到砝码重 250N ，每次加载后运转 510min 使趋于稳定状态， 记录砝码重及测力计读数，同时注意此两数之间是否大致保持相应关系。如有明显不正常，则应查明原因采取措施后重做一遍。数据正常则停机。6. 将数据输入计算机，打印出加载力矩M B 、功耗力矩M f 及传动效率诸值，并作出MfM B 曲线和M B 曲线图。2.5思考题与

12、实验报告1. 思考题(1) 为什么 M fM B 基本为直线关系，而M B 则为曲线关系？(2) 油温对传动效率将有何影响？(3) 加载力矩的测量值介入了哪些误差？2. 实验报告基本内容(1) 填写完成下表内容实验 2：齿轮传动效率测定与分析实验报告学生姓名学号实验日期成绩齿轮箱传动比：齿轮模数：实验台型号r/min加载轴转速：及规格N m加载力矩范围：加载轴电机功率：W加载序号M B ( Nm)G(N)1234567891011121314组别指导教师测力计型号及规格润滑油种类温度C功耗f (mN )M f ( N m)(%)实验 3典型机械结构展示及拆装与测绘3.1实验目的1. 了解典型机

13、械的功用和传动机构的组成情况以及运动、动力的传递路线和变换形式；2. 了解典型机械中各零部件的结构特点、装配关系及其调整方法；3. 通过拆装进一步熟悉和掌握典型机械零部件结构设计的一般原则；4. 了解零部件的测绘方法，培养机械结构设计和反求设计的能力。3.2实验设备和工具1. 各种典型传动装置；2. 各种常用拆装工具和测量工具。3.3实验步骤和要求1. 打开传动装置的机盖，仔细观察传动装置的运动与动力输入、输出件、传递路线和变换形式，分析其功用和所含传动机构类型，绘制传动系统示意图。2. 观察各零部件的结构特点、 装配关系及其调整方法， 用手感觉配合松紧程度和间隙大小，考虑合理的拆装顺序。3.

14、 按顺序拆下各零部件并作记录，将拆下的零部件按一定顺序放置，以免丢失、损坏，以便于装配。4. 选择其中的代表性结构（如轴系）徒手绘制其装配草图。5. 选择 2 个关键零件，绘制其结构草图，并通过实测，标注全部尺寸，推测配合处的配合制、名义尺寸和配合精度等级与公差，从功能要求考虑，选择合理的形位公差和表面粗糙度。6. 将传动装置按一定顺序安装并调整好，使其运转灵活。3.4思考题与实验报告1. 思考题(1) 传动装置中为实现零部件周向和轴向定位与固定采用了哪些方法？(2) 传动装置中哪些零件需要对安装间隙进行调整，采用什么方法进行调整？(3) 机械结构设计时应注意和考虑哪些问题？(4) 结构测绘时

15、如何才能获得较为精确的测量结果？2. 实验报告基本内容(1) 填写完成下表内容实验4：典型机械结构展示及拆装与测绘实验报告学生姓名实验日期学号成绩组别指导教师传动装置名称：所含传动机构类型及名称：传动系统示意图：装配结构草图：零件结构草图：(2) 思考题讨论(3) 实验心得和建议实验 4渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定与分析4.1实验目的1. 掌握运用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法；2. 通过测量和计算，熟练掌握齿轮各参数之间的相互关系和渐开线性质。4.2实验设备和工具1. 一对齿轮（齿数为奇数和偶数的各一个）；2. 游标卡尺（游标读数值不大于0.05mm ）；3. 渐开线函数表、

16、计算工具（学生自备） 。4.3实验原理和方法单个渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数 z 、模数 m 、压力角、齿顶高系数ha 、顶隙系数 c 、变位系数x ；一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合的基本参数有：啮合角、中心距 a 。本实验用游标卡尺来测量轮齿， 并通过计算得出一对直齿圆柱齿轮的基本参数。 其原理如下：1. 确定齿轮的模数和压力角图 4.1齿轮公法线长度的测量标准直齿圆柱齿轮公法线长度的计算如下：如图7.1 所示，若卡尺跨n 个齿，其公法线长度为l n(n1) pbsb同理，若卡尺跨 n1个齿，其公法线长度则应为l n1np bsb所以l n 1l npb(4.1)又因 pb p cosm

17、 cos所以mpb(4.2)cos式中 pb 为齿轮基圆齿距，它由测量得到的公法线长度ln 和 l n 1 代入式 (7.1) 求得。可能是15 ，也可能是 20 ，故分别用 15 和 20 代入式 (7.2)算出模数， 取模数最接近标准值的一组 m 和 ，即为所求齿轮的模数和压力角。为了使卡尺的两个卡脚能保证与齿廓的渐开线部分相切，所需的跨齿数n 按下式计算nz 0.5(4.3)7.1 查出。180或直接由表表 4.1 跨齿数z1218192728363745465455636472n23456782. 确定齿轮的变位系数根据齿轮的齿厚公式sb scos2rb invm(/ 22x tg )

18、 cos2rb invsbzinvm cos2得x(4.4)2 tg式中 sb 可由以上公法线长度公式求得，即sbl n 1np b(4.5)将式 (7.5)代入式 (7.4)即可求出变位系数x 。3. 确定齿轮的齿顶高系数和顶隙系数根据齿轮齿根高的计算公式h fmzd f(4.6)2又h f m(hacx)(4.6a)式(7.6) 中齿根圆直径 df可用游标卡尺测定，因此可求出齿根高 h。在式 (7.6a)中仅 h和cfa未知，由于不同齿制的ha 和 c 均为已知标准值，故分别用正常齿制ha 1 、 c0.25 和a0.8 、c0.3两组标准值代入，符合式(7.6a)的一组即为所求的值。短齿

19、制 h4. 确定一对互相啮合的齿轮的啮合角和中心距一对互相啮合的齿轮， 用上述方法分别确定其模数m 、压力角和变位系数x1 、 x2 后，可用下式计算啮合角和中心距 a ：inv2(x1x2 ) tginv(4.7)z1z2am (z1z2 ) cos(4.8)2cosa ，测定方法如图实验时， 可用游标卡尺直接测定这对齿轮的中心距7.2 所示。首先使该对齿轮作无齿侧间隙啮合，然后分别测量齿轮的孔径d k1 、 dk2及尺寸 b ，由此得ab(dk1 dk 2 ) / 2（ 4.9)图 4.2中心距的测量4.4实验步骤和要求1. 数出齿轮的齿数 z 。2.由式 (7.3)计算或查表确定跨齿数

20、n 。3.测量公法线长度 l n 和 l n 1 及齿根圆直径 d f 、中心距 a ，读数精度至 0.01mm 。注意，每个尺寸应测量三次，记入实验报告附表，取其平均值作为测量结果。4. 逐个计算齿轮的参数， 记入实验报告附表。 最后将计算的中心距与实测中心距进行比较。4.5思考题与实验报告1. 思考题(1) 通过两个齿轮的参数测定，试判别该对齿轮能否互相啮合。如能，则进一步判别其传动类型是什么？(2) 在测量齿根圆直径 d f 时，对齿数为偶数和奇数的齿轮在测量方法上有何不同？(3) 公法线长度的测量是根据渐开线的什么性质？(4) 如何分析跨齿数 n 的计算公式 (7.3)？2. 实验报告

21、基本内容(1) 填写完成下表内容实验 4：渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定与分析实验报告学生姓名学号组别实验日期成绩指导教师齿轮编号齿数 z跨齿数 n测测量次数123平均值123平均值量数n 齿公法线长度 l nn1齿公法线长度 l n 1据孔径 dk尺寸 b中心距 a基圆齿距 pb模数 m压力角计齿顶高系数 ha算顶隙系数 c数基圆齿厚 sb分度圆直径 d据变位系数 x啮合角中心距 a中心距相对误差(2) 思考题讨论aaa(3) 实验心得和建议实验 5 渐开线直齿圆柱齿轮范成5.1实验目的1. 通过实验掌握用范成法制造渐开线齿轮齿廓的基本原理；2. 了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的

22、方法；3. 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。5.2实验设备和工具1. 齿轮范成仪；2. 圆规、三角尺、绘图纸、剪刀、两支不同颜色的铅笔或圆珠笔（学生自备）；3. “齿轮范成实验”电教片、放像机。5.3实验原理和方法范成法是利用一对齿轮 （或齿轮齿条） 互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。加工时，其中一齿轮（或齿条）为刀具，另一轮为轮坯，二者对滚，同时刀具还沿轮坯的轴向作切削运动， 最后轮坯上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线，其过程好像一对齿轮（或齿轮齿条）作无齿侧间隙啮合传动一样。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯。在不考虑切削和让刀运动的情况下

23、，刀具与轮坯对滚时，刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。图 8.1 所示齿轮范成仪，圆盘2（相当于待切齿轮）绕固定于机架1 上的轴心O 转动，在圆盘的周缘刻有凹槽，槽内嵌两根钢丝3，其中心线（图中圆盘2 上虚线为钢丝3 的中心线）形成的圆相当于被加工齿轮的分度圆。两根钢丝的一端分别固定在圆盘2 上 B、 B ，另一端分别固定在拖板4 的A、A处，拖板在机架上沿水平方向移动时，钢丝便拖动圆盘转动。这与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动相同。图 5.1 齿轮范成仪在拖板 4 上还装有带齿条刀具6 的小拖板 5，转动螺旋 7 可使其相对于拖板4 垂直移动，从而可调节齿条刀具中

24、线至轮坯中心的距离。在齿轮范成仪中， 已知的齿条刀具参数为： 压力角；齿顶高系数 ha ；径向间隙系数 c ；模数 m ；被加工齿轮的分度圆直径d ( mz) 。5.4实验步骤和要求1. 根据已知的刀具参数和被加工齿轮分度圆直径，计算被加工齿轮的基圆、不发生根切的最小变位系数与最小变位量、标准齿轮的齿顶圆与齿根圆直径以及变位齿轮的齿顶圆与齿根圆直径。然后根据计算数据将上述六个圆画在同一张纸上，并沿最大圆的圆周剪成圆形纸片，作为本实验用的“轮坯” 。2. 把“轮坯”安装到范成仪的圆盘上，必须注意对准中心。3. 调节齿条刀具中线，使其与被加工齿轮分度圆相切。刀具处于切制标准齿轮时的安装位置上。4.

25、 “切制”齿廓时，先把刀具移向一端，使刀具的齿廓退出轮坯中标准齿轮的齿顶圆；然后每当刀具向另一端移动 23mm 距离时， 描下刀刃在图纸轮坯上的位置， 直到形成两个完整的轮齿齿廓曲线为止。此时应注意轮坯上齿廓的形成过程。5. 观察根切现象（用标准渐开线齿廓检验所绘得的渐开线齿廓或观察刀具的齿顶线是否超过被加工齿轮的极限点） 。6. 重新调整刀具，使刀具中线远离轮坯中心，移动距离为避免根切的最小变位量，再“切制”齿廓。此时也就是刀具齿顶线与变位齿轮的根圆相切。按照上述的操作过程，同样可以“切制”得到两个完整的正变位齿轮的齿廓曲线。为便于比较，此齿廓可用另一种颜色的笔画出。5.5思考题与实验报告1

26、. 思考题(1) 实验得到的标准齿轮齿廓与正变位齿轮齿廓（如图8.2 所示）形状是否相同？为什么？(2) 通过实验， 你所观察到的根切现象发生在基圆之内还是基圆之外？是什么原因引起的？如何避免根切？(3)比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮和正变位齿轮的以下参数尺寸：m 、r 、rb 、ha 、 h f 、 h 、 p 、 s、 sa 、，其中哪些变了？哪些没有变？为什么？(4)通过实验对范成齿廓和变位齿廓的创意有何体会？2. 实验报告基本内容(1) 填写完成下表内容实验 5：渐开线直齿圆柱齿轮范成实验报告学生姓名学号组别实验日期成绩指导教师齿条：模数 mmm；压力角；原始数据齿顶高系数 ha

27、=；被加工齿轮：分度圆半径 rmm。径向间隙系数 c=。齿轮几何尺寸计算名称符号计算公式计算结果齿数最小变位系数基圆半径齿顶圆半径齿根圆半径(2) 思考题讨论(3) 实验心得和建议zxm inrbr ar f标准齿轮变位齿轮z2r / mxhazm inzzm inrbr cosr arha mxmr fr(hac )m xm图 5.2标准齿轮齿廓和正变位齿轮齿廓实验 6带传动特性6.1实验目的1. 了解带传动中的弹性滑动现象、打滑现象及其与带传动工作能力的关系。通过实验，测出带传动的弹性滑动系数、传动效率与带传动预紧拉力之间的关系曲线。2. 了解实验台的结构原理，掌握扭矩、转速、转速差、效率

28、的测试方法。6.2实验设备和工具1. 带传动特性实验台；2. 计算工具（学生自备） 。6.3实验原理和方法1. 带传动的弹性滑动和传动效率带传动是靠摩擦力作用而工作的，其主要失效形式是带的磨损、疲劳损坏和打滑。带的磨损是由于带与带轮之间的相对滑动引起， 是不可避免的； 带的疲劳破坏是由于带传动中交变应力引起，与带传动的载荷大小、运行时间、工作状况、带轮直径等有关，它也是不可避免的；带的打滑是由于载荷超过带的传动能力而产生，是可以避免的。由于带在传动运动过程中， 紧边和松边的拉力不同， 使得带在紧边的弹性变形大于松边的弹性变形， 在带绕过带轮时， 由于摩擦力的存在， 在主动轮上出现轮的线速度大于

29、带的线速度，在从动轮上出现轮的线速度小于带的线速度的现象，这种现象就是带的弹性滑动。弹性滑动是带传动主、 从动轮产生速度差的主要原因， 是带传动效率降低以及带磨损的主要原因，也是带传动的主要特点。弹性滑动通常以滑动系数来衡量，其定义为v1 v2 n1 D1 n2D 2(9.1)v1n1 D1这里 v 、 v分别为主、从动轮的转动线速度；n1、 n2 分别为主、从动轮的转速；D、121D2 分别为主、从动轮的直径。一般带传动的滑动系数为（12 ）%。带传动的效率是指从动轮输出功率P2 与主动轮输入功率P1 的比值，即P2M 2 n2(9.2)P1M 1n1式中， M1、 M2 分别为主、从动轮的

30、转矩。因此， 只要测得带传动主、 从动轮的转速和转矩，就可以获得带传动的转速差、弹性滑动系数和传动效率。在本实验中，我们采用转矩转速传感器来测量两轴的转速和扭矩。2 实验原理在图 9.1 中，电机轴经过联轴器与转矩转速传感器联结，传感器与主动轮联结；主动轮通过带将动力传递到从动轮，从动轮再经过传感器、联轴器与发电机相联。这样， 通过两个转速转矩传感器， 就可以分析测量主、 从动轮轴的转速和转矩， 从而对带的传动特性进行计算。电机变频器 电阻丝发电机转矩转速传感器主动轮带从动轮图 9.1带传动特性实验台结构原理图为了调节主动轮的转速，本实验采用变频器调节三相交流电机的转速；而载荷的调节，则采用调节发电机励磁电流，使发电电压增加，从而增大电阻消耗的方法。另外，还可以通过调节张紧轮位置， 改变带传动的包角大小 （这只是包角调节的一种方法，改变方向带轮直径也可以改变包角） ；通过调节张紧弹簧位置改变初始预紧力。转速转矩采用光电传感器测量，其结构如图9.2。遮光盘光孔发光管接收管