安工机械设计基础实验指导书 - 副本

1、机构运动简图测绘一、实验目的1 . 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图；2 . 分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法；二、实验设备和工具1 .各类机构模型及实物机械（如：内燃机模型.油泵模型等）；2 . 钢皮尺，内外卡钳.量角器（根据需要选用）；三、实验原理和方法1. 实验原理由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表

2、示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表11为常用符号示例。2.实验方法（1）测绘时使测绘的机械缓慢的运动，从原动构件开始，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）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。（3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动机构开始，逐步画出机构运动的简图的草图。用数字1、2、3、分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C分别标注各运动副。（4）仔细测量与机构有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。比例尺l=实际长度lAB（m

3、）/图上长度AB（mm）四、步骤和要求1.对绘制指定的几种机器或机构模型的机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。2.计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度对照，观察计算结果与实际是否相符。五、思考题1.一个正确的“机构与动简图”应能说明那些内容？2.机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？机构演示室本演示室是为了加强对机构与机器的认识，配合机械原理课程而设置的，它实际上是一部直观的、活动的机械原理教材。因此，这里只作一些必要的提示，提出问题供大家思考，希望同学通过观察现象，能归纳总结出一些规

4、律来。机构示教板共8板：1、机器与机构；2、平面四连杆机构基本知识；3、平面连杆机构的应用；4、凸轮机构；5齿轮机构类型；6、机构参数；7、周转轮系；8、停歇和间歇运动机构，这些都是最基本的机构，它们各自具有不同的运动特性（如构件上一点的轨道、速度、加速度、构件的位置、角速度、角加速度；机构的传动精度等等）和动力特性，可用它们来实现预期的动作要求，演示的机器有：单缸内燃机、蒸汽机、缝纫机等。机器中将最基本的机构巧妙地组合在一起，以完成预期复杂的运动要求。通过参观机构演示室，以便使同学们了解各类机构及其结构特点，了解机构在机器中起的作用，增加对有关机器和机构方面的感性认识。一、学习目的1.结合机

5、构示教板，弄清什么是构件、什么是运动副。2.了解常用机构的结构特性和运动特征。3.了解机器的工作原理及其组成，分析机器中包含有哪些机构，它们之间怎样配合运动。二、学习要点1.具体分析一台机器，在运转中对机器进行观察和分析，画出机构示意图，注意各构件间的尺寸要与实物成比例。2.分析机构时，着重注意“构”与“零件”的区别，运动副元素的几何形状对机构运动的影响。3.观察并分析常用机构的运动特征，如运动形式（转动、摆动、移动），周期、轨迹等。三、总结与思考接示教板面来思考。第一板作为本演示室的序言，简单的介绍一下。1.什么是机器，什么是机构，运动副又是什么？第二板向大家介绍平面四连杆机构和其它传动机构

6、比较在运动转换上有什么特点？在动力传递上有什么优点？从中体会平面连杆机构广泛地应用在自动操作及工程运动机械的原因。2.铰链四杆机构变更机架以后，有时会改变连架杆的运动形式（摆动变转动或相反），试问在变更机架的前后，这两根相邻杆之间的相对运动关系改变了没有？如果连架杆相对机架能转3600C时，各杆长度间有什么关系？3.已知曲柄摆杆机构，如何确定摇杆两极限位置？4.连杆机构有哪几种机构形式？第三板：平面连杆机构应用第三板有两个内容，第一部分是机构运动简图及其画法，第二部分是平面连杆机构应用。1.机器用运动简图表达后，运动简图表示的运动与实际机器的运动是否相当？要使两者运动相当，关键条件是什么？2.

7、总结一下铰链四杆机构中有哪些特性可为实际工程需要所采用的。第四板：凸轮机构1.凸轮机构有哪些构件组成？凸轮机构的类型有几种？有哪些运动形式？2.凸轮机构能否变更机架？其运动形式有何变化？3.凸轮机构在运动及动力的传递上有什么特点？为什么被广泛地采用在基础更新中？4.凸轮廓线是根据从动件的运动要求确定的，当轮廓线倾斜到何种程度时将推不动从动件（自锁）？这时可采取什么措施来避免出现自锁？第五版：齿轮机构第六版：齿轮机构的基本参数1.齿轮机构有哪几种类型？传动轴线的特点是什么？2.从实际齿轮的形状出发，指出各部分尺寸、名称、及其与齿轮基本参数之间的关系？3.齿轮的模数相同，齿数不同时，齿在分度圆上的

8、厚度是否相同？为什么？4.齿轮的模数不同，齿数相同时，齿在分度圆上的厚度是否相同？为什么？5.齿轮的模数和齿数的乘积相同时，齿在分度圆上的厚度是否相同？为什么？渐开线形状是否相同，为什么？第七版：轮系1.什么叫周转轮系？如何在混合轮系中分出周转轮系来？2.周转轮系有哪些运动特性被应用在机器中？第八版：停歇和间隙运动机构1.运动副形状或运动副位置怎样的配置，才能够形成停歇或间歇运动机构。2.停歇间歇机构在机器中有哪些应用？齿轮的范成一、实验目的1.掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的基本原理；观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；2.了解渐开线齿轮产生根切和齿顶变尖现象的原因及用变位修正来避免根切的

9、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.圆规，三角尺，剪刀，计数器，两支不同颜色的铅笔或圆珠笔，220圆形绘图纸一张（学生自备）；三、实验原理和方法范成法是利用一对齿轮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，其中一轮为刀具，另一轮为轮胚，二者对滚时，好象一对齿轮互相啮合传动一样；同时刀具还沿轮胚的轴向做切削运动，最后在轮胚上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮胚。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮胚对滚时。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。目

10、前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然亦为渐开线 。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮胚每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。齿轮范成用的仪器虽有多种形式，但其基本原理是相同的，现就某一范成仪（如图所示）简介如下。本范成仪所用的两把刀具模型为齿条形插齿刀，其参数为m=20和m=8,a=200， ha*=1， c*=0.25。仪器构造简图如图所示。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胚，它们可以绕机架5上的轴线O转动。齿条3代表切齿刀具，安装在滑板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2作径向移动，当

11、齿条刀具中线与轮胚分度圆之间移距为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节线相切并作纯滚动，且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、实验步骤和要求1.被加工齿轮的模数m=20，z=8,z=20,和变位系数分别为X1=0，X2=+0.53，分别计算其分度圆、基圆、齿顶圆与齿根圆直径，填入实验报告表内。2.将220圆形绘图纸分成三等份，即圆心角各为1200，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与齿根圆，其参数及尺寸应分别标注清楚。3.取m=20mm的齿条刀具模型和220mm圆形绘图纸，安装在齿轮范成仪上。将刀具滑板4先移到中间，使X1

12、=0区间进入被切削范围。为确保“轮胚”中心与圆盘2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“轮胚”分度圆相切且垂直于角平分线；使刀具顶线与“轮胚”齿根圆相切。来回移动刀架滑板4，直到满足以上要求，再拧紧蝶形螺母，通过压板1压紧“轮胚”，固定紧齿条刀具。移动滑板4，使刀具某一侧刃线通过“轮胚”中心，画出“轮胚”上的这条径向线。再将滑板4移到左边位置，准备进行“切削”。4.每当把滑板4向右推动一个较小的距离时，在代表轮胚的圆形图纸上，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23个完整

13、的轮齿时为止。5.仔细观察齿廓形成过程，可清楚地看到被切去的部分成为齿槽，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胚径向线共线时，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。6.将滑板退回到左边位置，松开压板1，将“轮胚”转到正变位齿轮区间，按步骤3的要求调整、定位。但刀具应靠近“轮胚”中心X2m，刀具顶线与齿根圆相切，这时与“轮胚”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。7.与上一步骤类似，但使齿条刀具远离“轮胚”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

14、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。带传动实验一实验目的1. 了解带传动实验台的组成和工作原理。2.观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。3.分别作出不同负载下带传动的效率曲线和滑动曲线。二实验设备及工作原理1.机械机构本实验台机械部分，主要有两台直流电机组成，如图1所示。其中一台为原动机，另一台则作为负载的发电机。 图1实验台机械结构1从动直流发电机 2从动带轮 3传动带 4主动带轮 5主动直流发电机6牵引绳 7滑轮 8砝码 9拉簧 10浮动支座 11固定支座 12电测箱13拉力传感器 14标定杆对原

15、动机，由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。对发电机，每按一下“加载”按键，即并上一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变。两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器（序号13），传感器输出的电信号正比于T1、T2的原始信号。原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力F0。两台电机的转速传感器（红外光电传感器）分别安装在带轮背后

16、的环形槽（本图未表示）中，由此可获得必需的转速信号。电测系统电测系统装在实验台电测箱内，如图所示。附设单片机，承担数据采集、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。能实时显示带传动过程中主动轮转速、转矩和从动轮的转速、转矩值。如通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线一T2及传递效率曲线一T2及相关数据。3.实验系统 单带 片传 主、从动轮转矩传感器 微 主、从动轮转矩显示动 计机 主、从动轮转速传感器 算 主、从动轮转速显示构 机 输出接口 微机接口微计算机CRT显示 打印机图2实验系统组成框图4.操作部分电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板，面板的布置如图3所示。

17、载荷指示主动轮转速 1 2 3 4 5 6 7 8 从动轮转速送 数 保持 清 零 加 载主动轮转 转速I 转矩I 转速II 转矩II 从动轮转矩细调 粗调 电源图3在电测箱背面有微机RS232接口、主、被动轮转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如图4所示。 1 2 3 4 5 6图41电源插座 2被动力矩放大倍数调节 3主动力矩放大倍数调节4被动力矩调零 5主动力矩调零 6RS-232接口三实验操作（一）、人工记录操作方法1.设置预拉力不同型号传动带在不同预拉力F0的条件下进行实验，也可对同一型号传动带，采用不同的预拉力，试验不同预拉力对传动性能的影响。为了改变预拉力FO，如图2所示，只需改变砝

18、码8的大小。2.接通电源在接通电源前首先将电机调速旋钮粗调电位器逆时针转到底，使开关“断开”，细调电位器旋钮逆时针旋到底 ，按电源开关接通电源，按一下“清零”键，此时主、被动电机转速显示为“0”，力矩显示为“”，实验系统处于“自动校零”状态。校零结束后，力矩显示为“”。再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”并慢慢向高速方向旋转，电机由起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数，其上的数字即为当时的电机转速。当主动电机转速达到预定转速（本实验建议预定转速为12001300转/分左右）时，停止转速调节。此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上。3.加载在空载时，记录主、被动轮转

19、矩与转速。按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速，（此时，只需使用细调电位器进行转速调节）使其仍保持在预定工作转速内，待显示基本稳定（一般LED显示器跳动23次即可达到稳定值）记下主、被动轮的转矩及转速值。再按“加载”键一次，第二个加载指示灯亮，再调整主动转速（用细调电位器），仍保持预定转速，待显示稳定后再次记下主、被动轮的转矩及转速。第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮，同前次操作记录下主、被动轮的转矩、转速。重复上述操作，直至7个加载指示灯亮，记录下八组数据。根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线一T2及效率曲线一T2。在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断

20、”状态，然后将细调电位器逆时针转到底，再按“清零”键。显示指示灯全部熄灭，机构处于关断状态，等待下次实验或关闭电源。为便于记录数据，在实验台的面板上还设置了“保持”键，每次加载数据基本稳定后，按“保持”键可使转矩、转速稳定在当时的显示值不变。按任意键，可脱离“保持”状态。（二）、实验台与计算机接口在DCS一型带传动实验台后板上设有RS232串行接口，可通过所附的通信线直接和计算机相连，组成带传动实验系统，操作步骤为：1.将随机携带的通信线一端接到实验机构RS232插座，另一端接到计算机串行输出口（串行口1#或串行口2#均可，但无论连线或拆线，都应先关闭计算机和实验机构电源，以免烧坏接口元件）。

21、2.打开计算机，运行带传动实验系统，首先选择端口，然后用鼠标点击采集“数据采集”菜单，等待数据输入。3.将实验台粗调速电位器逆时针转到底，使开关断开，细调电位器也逆时针旋到底。打开实验机构电源，按“清零”键，几秒种后，数码管显示“0”，自动校零完成。4.顺时针转动粗调电位器，开关接通并使主动轮转速稳定在工作转速（一般取12001300r/m左右），按下“加载”键再调整主动轮转速（用细调电位器），使其仍保持在工作转速范围内，待转速稳定（一般需23个显示周期）后，再按“加载”键，以此往复，直至实验机构面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888”，表明所采数据

22、已全部送至计算机。5.当实验机构全部显“8888”时，计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、被动轮的转速和转矩。此时应将电机粗、细调速电位器逆时针转到底，使“开关”断开。6.移动鼠标，选择“数据分析”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。如果在此次采集过程中采集的数据有问题，或者采不倒数据，请点击串口选择下拉菜单，选择较高级的机型，或者选择另一端口。7.鼠标移动至“打印”功能，打印机将打印实验曲线和数据。8.实验过程中如需调出本次数据，只需将鼠标点击“数据采集”功能，同时，按下实验台上的“送数”键，数据即被送至计算机，可用上述6、7项操作进行显示和打印。9.一次实验结束后如需继续实验，应“关断”

23、粗调电位器，将细调电位器逆时针旋到底，并按下实验机构的“清零”键，进行“自动校零”。同时将计算机屏幕中的“数据采集”菜单选中，重复上述47项即可。10.实验结束后，将实验台电机调速电位器开关关断，关闭实验机构的电源，用鼠标点击“退出”。退出后应及时关闭计算机。齿轮传动效率实验一、实验目的1.了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。2.在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。二、实验设备及工作原理1.闭式传动系统闭式齿轮实验机具有2个完全相同的齿轮箱，每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动，两个齿轮实验箱之间由两根轴相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。当由电动机1驱动该传动系统运转起来后

24、，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩檫力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统；由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，有电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。对于时间较长的情况，封闭式实验机是有利于节能的。图1 齿轮实验台结构简图1. 悬挂电机 2.转矩传感器 3.浮动连轴器 4.霍耳传感器 5.定轴齿轮副 6.刚性连轴器 7.悬挂齿轮箱 8.砝码 9.悬挂齿轮副 10.扭力轴 11.万向连轴器 12.永

25、久磁铁 2. 实验系统组成 电机转速显示齿 单轮 电机转速传感器 片 电机转速显示传 微动 计 转矩输出接口机 电机转速传感器 算构 机 RS232接口CLS-II齿轮传动实验台 CLS-II齿轮传动实验仪微 型 CRT显示器计算机 打印机图2实验系统框图 如图2所示，实验系统由以下设备组成：（1）CLS-II型齿轮传动实验台 （2）CLS-II型齿轮传动实验仪（3）计算机 （4）打印机3.效率计算（1）封闭功率流方向的确定由图1（b）可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T9 作用于齿轮（其方向为顺时针）

26、，万向节轴也有一力矩T9用于齿轮9（其方向也顺时针，如忽略磨擦，T9=T9）。当电机顺时针方向以角速度转动时，T9 与的方向相同，T9与方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9为从动轮，同理齿轮 5为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图1（a）所示，其大小为： Pa=T9N9/9550=P9(KW)该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即： P1=P9-P9总故总=（P9-P1）/P9=（T9-T1）/T9 单对齿轮=（T9- T1）/ T91/2（2）封闭力矩T9的确定由图1(b)可知，当悬臂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9，齿

27、轮9就会产生扭矩，其方向都是顺时针,对齿轮9中心取矩，得到封闭扭矩T9：T9=WL/2（N·m）W-所加砝码重力（N） L-加载杠杆长度L=0.3m 平均效率为：(本实验台电机为顺时针) =（T9- T1）/ T91/2 T1-电机输出转矩（电测箱输出转矩显示值）三、实验步骤及注意事项：1.打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。2.打开电源，按一下“清零键”进行清零，此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“.”，说明系统处于“自动校零”状态，校零结束后，转矩显示为“0”。3.在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋纽，使电动机转速为600r/min.4.在砝码吊篮上加上第一个砝码，并微调转速使其始终保持在预定转速（600r/min）左右，在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值），按一下“保持键”，使当时的显示值保持不变，记录该组数值；然后按一下“加载键”第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束5.在砝码吊篮上加上第二个砝码，从复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯全亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”，表示实验结束。6.记录下各组数据后，应先将电机转速慢慢调速至零，然后再关闭实验台电源。7.由记录数据，作