机械设计基础实验

机械设计基础实验指导书

曹淑伟

徐州师范大学机电工程学院

目录

实验一．机构运动简图的测绘与分析实验 (1)

实验二．渐开线齿轮范成原理实验 (4)

实验三．带传动实验 (7)

实验四．减速器拆装实验 (10)

机构运动简图的测绘与分析实验报告 (12)

渐开线齿轮范成原理实验报告 (14)

带传动实验报告 (16)

减速器拆装实验报告 (18)

实验一机构运动简图的测绘与分析实验

一、实验目的

1.学会根据实际机械或模型的结构测绘机构运动简图的方法；

2.运用并熟悉一些常用的构件及运动副的代表符号；

3.验证和巩固机构自由度的计算。

二、实验设备和工具

1．各种典型机构、机械的实物或模型；

2．钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器；

3. 学生自带下列实验用品：纸、笔、圆规、橡皮等文具。

三、实验内容

分析机构的组成，绘制机构运动简图，计算机构自由度，理解各种运动副的组成和特点，分析机构中的虚约束、局部自由度和复合铰链，判断机构具有确定运动的条件。

四、实验原理

在分析和研究机构运动时，为了使问题简化，便于分析，可以不考虑构件的外形、构件的截面尺寸和运动副的实际构造，只用简单线条和符号代表构件和运动副，并按一定的比例来表示运动副的相对位置和与运动相关的尺寸，以此说明实际机构的运动特征。

五、实验步骤

1.观察机构的运动并确定构件数

首先找出机构中的原动件，通过动力输入构件或转动手柄，使被测绘的机构或机器(或模型)缓慢地运动，循着运动的传递路线仔细观察并判断哪些为连接构件、工作构件、固定构件等，同时确定构件的数目。

2. 判别各构件之间运动副的类别

按照运动的传递路线，根据两构件的接触情况及相对运动的特点，依次判断相邻两构件之间组成运动副的类别，确定哪些是转动副、移动副及哪些是高副。

3. 绘制平面机构的示意图

正确选择投影面，将原动件放在一般位置上，按照运动的传递路线及代表运动副、构件的规定符号绘制出机构运动的示意图，并对机构中的每一构件进行编号，在构件旁标注数字1、2、3…，在运动副旁标注字母A ，B ，C …，在原动件上标注箭头。绘制机构示意图可供定性分析机构运动特征时使用，也可为正确绘制机构运动简图作好准备。

4. 测量与机构运动有关的尺寸并按比例绘制平面机构的运动简图 仔细测量与机构运动有关的尺寸，包括转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等。选择适当的比例尺μL ，按比例确定各运动副之间的相对位置，并以简单的线条和规定的运动副符号，正确绘出机构运动简图。

5. 计算机构的自由度

平面机构自由度F 的计算公式为： F =3n ?2P L ?P H

式中：n 为活动构件的数目，P L 为低副数目，P H 为高副数目。 6. 分析机构运动的确定性

将计算得到的机构自由度数与所测绘机构的原动件数比较，两者应相等。若与实际情况不符，要找出原因及时改正。

举例：绘制如图1-1（a ）所示的小型压力机的机构运动简图。

了解该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮1′作顺时针转动，通过

）

长度（单位简图上所画构件的图示）或构件的实际长度（单位长度比例尺mm mm m L =

μ

（a）图1—1 （b）

构件2、3将主运动传给构件4；同时另一路运动自与偏心轮1′固联的齿轮1

输出，经齿轮8及与其固联的槽型凸轮8′，传递给构件4；两路运动经构件4

合成，由滑块6带动压头7作上下移动，实现冲压工艺动作。显然该压力机的机

架是构件0，原动件为组件1-1′，其他为从动件。

仔细观察各连接构件之间的相对运动特点后可知，构件0和1(1′)、1′和2、2和3、3和4、4和5、6和7及0和8(8′)之间构成转动副；而构件0和3、4和6及0和7之间构成移动副；高副为1和8、8′和5之间形成。

选定视图投影面及比例尺μL=0.001m/mm,顺序确定转动副A、H和移动副导路D、M的位置，根据原动件1′的位置及各杆长等绘出转动副B、C、E、F、J的位置按规定符号绘出各运动副(包括高副G、N)及各构件等，最后得到该压力机的机构运动简图，如图2—1（b）所示。

由上述分析可知，该机构活动杆件数为8，转动副数为7，移动副数为3，高副为2。但构件4与凸轮8′之间以滚子5实现滚动接触，故此处引进了一个局部自由度，应排除(即设想将滚子与构件4焊成一体)。这样n=7； PL=9； PH=2；计算自由度得

F=3×7-2×9-2=1

实验二渐开线齿轮范成原理

与几何参数的测定实验

一、实验目的

1.掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理，了解根切现象。

2.了解变位修正法加工渐开线齿轮的基本概念，分析比较变位齿轮与标准齿轮的异

同，加深对变位齿轮的认识。

3.巩固渐开线齿轮基本尺寸的计算公式，掌握测定齿轮基本参数的方法。

二、实验设备和用具

1.渐开线齿廓范成仪

图3-1 齿廓范成仪简图

本实验所用范成仪其上的刀具模型为齿条刀，结构如图1所示。托板可绕机架上的固定轴心转动，齿条刀可沿水平方向移动，且通过齿轮齿条的啮合关系保持托板与齿条刀之间作无滑动的相对运动。

当齿条刀两端的短横线对准刻度尺的零位时，齿条刀中线恰好和齿轮毛坯的分度圆相切，此时切出的齿轮是标准齿轮。松开调节螺钉，可使齿条刀沿铅垂方向适当移动，移动的距离可在刻度尺上读出，此时切出的齿轮便是变位齿轮。

2. φ290 mm 圆形图纸一张、铅笔、圆规、直尺、计算器（学生自备）。

3.被测标准齿轮或变位齿轮、游标卡尺。

三、实验内容

1.实验前认真预习教材中“渐开线标准齿轮的基本参数及几何尺寸”和“渐开线齿轮

的变位与加工”的有关内容，完成实验报告中的预习作业。

2.绘制标准齿轮及变位齿轮的齿廓图形各2~3个完整齿形，比较异同。

3.测量齿轮的有关尺寸，确定其主要参数，判断它为何种齿轮。

4.填写实验报告。

四、实验原理

范成法是根据渐开线齿轮与齿条（或一对渐开线齿轮）相互啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切制齿轮的一种方法。如果把其中的齿条（或一个齿轮）作成刀具，另一个齿轮当作齿坯，使两者作纯滚动，则在各个不同位置上，刀刃轮廓线在齿坯上所依次占据的位置线就会形成包络线，这种在齿坯上形成的包络线就是渐开线齿廓。为了能清楚地观察到刀刃相对齿坯的各个位置形成包络线的过程，了解用范成法加工形成渐开线齿廓的原理，通常用齿轮范成仪模拟进行实验。

五、实验步骤

1.渐开线齿廓形成

(1) 根据指导教师给出的齿轮参数，计算并在绘图纸上绘出标准齿轮的齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆和变位齿轮的齿根圆、齿顶圆（变位系数x值由指导教师给出或者按不根切的最小变位系数确定）。用剪刀沿比齿顶圆稍大一些的圆周剪下得到齿坯。

(2) 绘制标准齿轮齿廓

①将齿坯安装到托盘1上，注意两者圆心重合。

②调整齿条刀具2的径向位置，使刀具中线与齿坯分度圆相切。

③将齿条刀具推至左（或右）极限位置，用笔在齿坯上画出齿条刀具的齿廓线，然后向右（或向左）每次移动刀具约3~5mm画一次刀具齿廓线，直到绘出2至3个完整的齿

廓为止。这些齿廓线所形成的包络线即为标准渐开线齿轮的齿廓，如图3-2所示。

图3-2范成绘制出的标准齿轮

(3) 绘制变位齿轮齿廓

①将齿坯取下，相对于托盘1转动大约180°，重新安装固定齿坯。

②调整刀具的径向位置，使齿条刀具中线在相对于绘制标准齿轮时的位置，向远离齿坯中心的方向移动一段距离xm（正变位）。

③按绘制标准齿轮齿廓的步骤，绘出有2至3个完整齿的变位齿轮齿廓。图3为绘制出的正变位齿轮。

图3-3范成绘制出的变位齿轮

④观察绘得的齿廓并与标准齿轮的齿廓作对照和分析。

实验三带传动实验

一、实验目的

1、观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。

2、测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线与效率曲线。

3、了解传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。

二、实验设备及工作原理

1、实验设备

PC-A 型（或PC－B型）皮带传动试验台（如图示）

2、工作原理

由于弹性滑动率之值、打滑现象以及带传动的效率都与带所传递的载荷的大小有密切的关系，本实验台用灯泡作负载。本实验台由主机和测量系统两大部分组成如图示。

（1）主机

主电机是直流电动机，装在滑座上，可沿滑座滑动，电机轴上装有主动轮，通过平带带动从动轮，从动轮装在直流发电机的轴上。在直流发电机的输出电路上，并联了8个灯泡，每个40瓦，作为带传动的加载装置。砝码通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力。开启灯泡，可改变发电机的负载电阻，随着开启灯泡的数目增多，发电机的负载逐步增大，带的受力增大，两边的拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷刚好达到带所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑，当负载继续增加时带则完全打滑。

（2）测量系统

测量系统由电机转速测量系统和测扭矩装置两部分组成。 A 、光电测转速装置

在主动轮和从动的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻一小孔，在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。带轮转动时，就可在数码管上直接读出带轮转速。

B 、测扭矩装置

主动轮的扭矩1T 和从动轮的扭矩2T 均可通过电机外壳来测定。

电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子重合的轴线摆动。当电动机启动和发电机负载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子旋转的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。即：

主动轮上的扭矩)(1111mm N L K Q T ?= 从动轮上的扭矩)(21222mm N L K Q T ?= 式中21,Q Q ——测力计上百分表的读数。

21,K K ——测力计的标定值。

21,L L ——测力计的力臂。mm L L 12021==。

带传动的效率1

12

21

2n T n T N N =

=

主动轮的功率从动轮的功率η 我们只要测得不同负载下主动轮的转速1n 及对应的扭矩1T 和从动轮的转速2n 及对应扭矩2T ，就可算出在不同的有效拉力下F 的弹性滑动率ε以及效率η之值。以有效拉力F 为横坐标，分别以不同载荷F 下ε和η的之值为纵坐标，就可以画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。

三、实验步骤

1、接通电源，实验台的指示灯亮，检查一下测力计的测力杆是否处于平衡状态，若不平衡则调整到平衡。

2、加砝码3Kg ，使带具有初拉力。

3、慢慢沿顺时针方向调整调速按钮，使电机从开始运转逐渐加速到1n =1000转/分左右，记录1n ,2n 21,Q Q 一组数据。

4、打开一个灯泡（即加载），记录1n 2n 21,Q Q 一组数据，注意此时1n 和2n 之间的差值，同时观察带的弹性滑动现象。

5、逐渐增加负载（即每次打开一个40瓦的灯泡），重复第4步，直到带传动开始进入打滑阶段。若再打开灯泡，则1n 和2n 之差迅速增大。

6、实验完毕，将一切复原，卸掉砝码，关闭电源。 注：本实验台的主要参数： 带轮直径mm D D 12021== 测力杆长度mm L L 12021==

实验四减速器拆装实验

一、实验目的

通过对一级或二级圆柱齿轮减速器的拆装和分析，达到了解其中各零件的结构，用途及减速器的装配、调整及润滑方法。

二、实验设备及工具

1、ZCJ—A型拆装实验用减速器（一级或二级）

2、木锤、扳手、起子、拉马、塞规、钢直尺、外卡。

3、A4图纸一张、铅笔（自备）

三、拆装及分析步骤

1、在拆开减速器前，观察其外形，外露零件的相互位置，判断减速器属于何种类型。

2、拆开箱盖，观察齿轮、轴的结构特点及齿轮在轴上如何定位。

3、确定齿轮副的润滑形式。

4、通过对轴承结构的分析，了解其结构特点，明确如下问题：

1）轴承的受力情况如何？为什么采用该类型轴承？为什么这样布置？

2）是否要调整轴承的间隙？如何调整？

3）轴承盖的形式、结构。

4）如何保证轴的润滑？采用什么润滑剂？

5）采用何种密封装置？

5、分析减速器其它部分（如螺栓凸台、吊钩或吊环、加强筋、箱体结合面、底座面及螺栓分布、通气器、油塞、油标、观察孔等）的结构特点、用途及优缺点。

6、分析如何调整齿轮啮合。

7、分析轴承部分零件的装拆顺序。

四、注意事项

1、拆卸时，要认真工作，观察要仔细。要受护工具及各构件，用力适当，以免损坏零件。

2、拆出的零件要按一定的顺序摆放，注意保护各配合面不受污损和破坏。

3、注意安全，零件要轻拿轻放，小组成员互相配合。

4、拆卸结束后，应把减速器原样装好，收好工具并交经指导教师查验后方可离开实验室。

机构运动简图的测绘与分析实验报告班级 ____________姓名____________学号____________ 同组实验人姓名________________实验日期___________ 一、实验记录

三、思考题

1.一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些问题？

2.机构具有确定运动的条件是什么？

3.曲柄存在的条件是什么？

成绩评定_____________ 指导教师___________

渐开线齿轮范成原理实验报告

班级 ____________姓名____________学号____________ 同组实验人姓名________________实验日期___________

一、实验预习作业

1. 范成法加工标准齿轮时，刀具中线与被加工齿轮的分度圆应保持，当加工正变位齿轮时，刀具应齿轮毛坯中心，当加工负变位齿轮时，刀具应齿轮毛坯中心。

2. 写出标准齿轮分度圆、齿顶圆、齿根圆、基圆、齿距、齿厚、齿槽宽的计算公式。

二、实验结果

表格Ⅰ：渐开线齿廓范成

表格Ⅱ：齿轮参数测定

三、思考题

1.范成法加工渐开线齿轮时，什么情况下会发生根切？若要避免根切可采取措

施？

2.比较模数、压力角及齿数均相同的标准齿轮与变位齿轮的齿形，找出其异同

点。

成绩评定_____________ 指导教师___________

带传动实验报告

班级姓名学号

同组实验人姓名实验日期一、实验目的

二、实验数据

三、数据处理：分别绘制弹性滑动和效率曲线

四、思考题讨论

弹性滑动与打滑有什么区别，分别发生在什么情况下？

实验成绩教师签字

年月日

减速器拆装实验报告

班级姓名学号

同组实验人姓名实验日期

一、实验目的

二、实验数据记录

实验成绩教师签字

年月日