201102机械原理实验指导书(本科)

1机械原理实验指导书2电子信息工程系二0一一年二月实验一机械认知实验一、实验目的1.了解机器的组成原理，加深对机器总体感性认识2.了解机器的常用机构的结构、类型、特点及应用。3.了解机器的运动原理和分析方法，使学生对机器总体感性认识上升为理性认识。二、实验设备和工具机械结构设计陈列教学柜3三、实验方法通过观察陈列室展示各种常用机构模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师作以简单介绍，提出问题，供学生思考。学生通过观察，对机器的组成、常用机构的结构、类型、特点有一定的了解。(一)机器观察实物模型和机构，使学生认识到机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。因此掌握各种机构的运动特性，有利于研究任何机器的特性。在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。如：高副、低副、转动副、移动副等。(二)平面四杆机构四杆机构在平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛。四杆机构分成三大类：即铰链四杆机构、单移动副机构、双移动副机构。1.铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。它们根据两连架杆为曲柄或摇杆来确定。2.单移动副机构：是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等。3.双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构。将其倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。4(三)凸轮机构凸轮机构主要用于把主动构件的连续运动，转变为从动件按照预定规律的运动。适当设计凸轮廓线可以使从动件获得任意的运动规律。凸轮机构主要有三部分组成，即：凸轮、从动件及机架。凸轮有特定的廓线、从动件由凸轮廓线控制。凸轮机构结构简单、紧凑，因此广泛应用于各种机械。(四)齿轮机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。根据轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。1．平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿轮机构、齿轮齿条机构等。2．相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹角常为903．交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆机构等。齿轮机构具有传动准确、可靠、运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。齿轮基本参数有齿数z、模数m、分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、顶隙系数c*等。仔细观察这部分，掌握渐开线的概念及渐开线的形成，基圆和渐开线发生线的概念及渐开线的5性质。同时注意总结齿数、模数、压力角等参数变化对齿形的影响。(五)周转轮系通过观察各种周转轮系的动态模型演示，了解定轴轮系及周转轮系含义。周转轮系又分为行星轮系和差动轮系，注意区分它们的异同点。差动轮系将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动的原理。(六)其他常用机构其他常用机构常见的有棘轮机构、槽轮机构、摩擦式棘轮机构、不完全齿轮机构、万向节及非圆齿轮机构等。通过这些机构的动态演示了解各种机构的运动特点及应用范围。(七)机构的串、并联观察陈列柜中展示的实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构。进一步认识机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以只有掌握好各类基本机构的运动特性，才能更好地去研究任何机构乃至复杂机构的特6实验三机械运动简图的测绘一、实验目的1、掌握从实际机构中测绘机构运动简图的基本技能和正确标注运动尺寸。2、巩固和熟练机构自由度的计算。3、掌握运动链的运动是否确定的判别方法。4、分析一些四杆机构的演化过程和验证其曲柄存在的条件。二、实验设备和工具各种机器模型此外自备三角板、铅笔、橡皮、草稿纸。三、实验原理由于机构的运动仅与机构的类型、机构中构件的数目、运动副的数目、种类及其相对位置有关。因此在分析机构运动时，可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，即机构运动简图，并以此分析，说明实际机构的特征。四、实验步骤l、缓慢地使被测绘的机构或模型运动，由原动件开始7仔细观察其运动传递过程，按相对运动情况分清各个运动构件，确定组成该机构的构件的数目、运动副的种类和数目。2、在草稿纸上，按运动传递顺序，根据规定的符号(见附录)，徒手绘出机构运动简图，用1、2……标注各构件，用A、B……标注各运动副。3、仔细测量机构中各运动副之间的相对位置，即转动副间的中心距和移动副导路的位置尺寸或角度等，标在徒手绘制的机构运动简图中。4、根据所测绘的机构运动简图，计算该机构自由度，并与实际机构核对是否正确。五、实验报告要求1、写上被测机构的名称及机构的自由度数。2、写上被测机构中原动件数目及判断运动是否确定。3、任意假定原动构件的位置，并按一定的比例尺寸u1将草图画成正规的运动简图。比例尺寸u1=实际长度(毫米mm)/图上长度(毫米mm)六、思考题l、一个正确的机构运动简图应能说明哪些内容?2、绘制机构运动简图时，原动构件的位置为什么可以任意选定?会不会影响简图的正确性?83、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助?实验三齿轮参数测定实验一、实验目的1.掌握应用游标卡尺测量渐开线齿轮的有关尺寸，从而确定齿轮的基本参数的简单方法；2.通过测量和计算，掌握齿轮各部分尺寸与基本参数的关系，理解和巩固渐开线的性质。二、实验设备与工具1.被测量齿轮；2.游标卡尺；3.学生自备计算器、纸和笔等文具。三、实验原理齿轮各部分尺寸一般可以用普通量具测量，而各部尺寸又与齿轮的齿数z、模数m、压力角α、齿顶高系数和变位系数x等基本参数之间有确定的关系，所以通过测量齿轮的有关尺寸，可以计算出齿轮的基本参数。9图4－1本实验利用游标卡尺来测量齿轮的齿顶圆直径，齿根圆直径和公法线长度，从而计算出齿轮基本参数。如图4-1所示，用游标卡尺固定待测量的齿轮齿廓，使游标卡尺两量爪的测量平面与渐开线齿廓相切，所测量的跨距称为齿轮的公法线长度，以w表示。游标卡尺的两量爪所跨的齿数n不能太少也不能太多,垮齿数n由齿轮的齿数z决定，可查看下表；齿数z12-1819-2627-3637-4546-5455-6364-7273-81跨齿数n23456789齿数z12-1819-2627-3637-4546-5455-6364-7273-81跨齿数n23456789由图4-1可得齿轮公法线长度wn为：……………………………………………(1)同理，如果跨齿数为(n+l)，其公法线长度为；……………………………………………………(2)10由式(2)减式(1)得：………………………………………………(3)又因上两式联立可得齿轮模数:……………………………(4)四、实验步骤(一)、确定齿轮的模数m和压力角α1.记录被测齿轮的编号和齿数z，根据z查表4－1可得跨齿数n。2.用游标卡尺尽量精确地测量跨n个和(n+l)个齿的公法线长度各三次，每次测量不同的齿廓，而且必须使量爪的测量平面与齿廓相切，然后记下每次的读数，并填入表4－4中，取其平均值作为公法线长度和。3．将和和或代入式(4)，计算出模数和然后把它们与标准模数系列表4－2(GB1357-87)比较，选取其中与某标准模数同值或与其接近的标准模数作为该齿轮的模数m(标准化)，而它所对应的压力角就是齿轮的压力角α。表4－2标准模数系列表（GB1357-87）mm第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522..534568101216202532405011第二系列0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5（3.75）4.55.5(6.5)79（11）14182228（30）3645(二）、确定齿轮的变位系数x根据齿轮基圆齿厚公式……………………………………(5)将公式(3)代入式(2)整理得:……………………………………………………(6)将上两式联立整理后，得到变位系数……………………………………………………(7)（三）、确定齿顶高系数和顶隙系数用游标卡尺尽量精确地测量齿顶圆直径和齿根圆直径各三次,并取其平均值，作为和填入表4－4中。计算分度圆直径d=zm，并利用齿项高公式…………………………………………(8)又因：……………………………………(9)由（8）和（9）式得齿顶高系数…………………………………(10)12由式（10）计算出的齿顶高系数应符合标准值，然后查表4－3取其对应的标准顶隙系数。表4－3齿轮类别齿顶高系数顶隙系数正常齿10.25短齿0.80.3一、将测量与计算结果填入下表（精确到小数点后两位）。表4－4齿轮编号齿轮齿数z跨测齿数n公法线长度WnWn+1WnWn+1WnWn+1测量次数123公法线长度平均值计算基圆周节pb模数m（计算值）α=20ºα=15º13标准化后取值mα变位系数x分度圆直径d=zm齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高系数计算值标准值顶隙系数c*二、二、思考题1．决定渐开线齿廓形状的基本参数主要有那些？2．测量公法线长度时，卡尺的量爪若在渐开线齿廓的不同位置相切，对所测量的公法线长度有无影响？为什么？3．在测量齿顶圆直径和齿根圆直径时，对偶数齿和奇数齿的齿轮在测量方法上有什么不同？三、心得与建议14实验四齿轮范成实验一、实验目的l．掌握用范成法切制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及避免根切的方法；3．分析和比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二、实验设备和工具151．齿轮范成仪；2．自备齿轮毛坯一张(如图3－2所示)、绘图圆规及三角板、计算器和铅笔等文具。三、实验原理齿轮范成法加工渐开线齿廓，是利用一对齿轮互相啮合传动时齿廓互为包络线的原理。如将其中一个齿轮的齿廓磨成刀刃（即齿轮刀具），另一为齿轮毛坯，当刀具和齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动时，齿轮刀具的刀刃就可以在齿轮毛坯上切出齿廓。这与一对相互啮合的齿条齿轮传动的运动完全相同。图3-1是齿轮范成仪的示意图，其中扇形盘2绕固定轴O转动，用压板1和螺母7将代表齿轮毛坯的图纸固定在扇形盘2上，拧松螺钉6，可调整齿条刀具3与齿轮毛坯之间的径向距离，螺钉6将齿条刀具2固定在滑板4上，滑板沿固定轨道5作住复横向移动，为了保证扇形盘2与滑板4作相对纯滚动，范成仪的扇形盘与滑板采用齿轮齿条啮合传动。16图3－1四、实验前的准备工作1.根据下表所给的基本参数计算出标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮的分度圆、基圆、齿顶圆和齿根圆的直径，并将它们记录下来填入表3－1中。齿条刀具参数：m=20mm,，,齿轮参数:m=20mm,Z=8,图3－22．如图3－2所示，在图纸上画出分度圆，并把它分成三等份(如图中的OA、OB、OC)，分别作其角平分线（如图中虚线中的OD、OE、OF），然后过角平分线与分度圆的交点，分别作OD、OE、OF的垂线。3.在图纸上分别画出标准齿轮，正变位齿轮和负变位齿轮的齿顶圆和齿根圆，它们17就分别代表1/3个标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮的毛坯。并沿各齿顶圆将多余的图纸剪去，又以轮坯的中心为圆心，剪出16mm的圆孔。顶圆将多余的图纸剪去，又以轮坯的中心为圆心，剪出40mm的圆孔。五、实验步骤1．将范成仪的螺母7拧松，拿下压板1，把毛坯中心的圆孔套在O轴上。然后使毛坯和扇形盘2对心，并调整齿条刀具3和轮坯之间的径向距离,使代表标准齿轮毛坯部分的角平分线及其垂线分别与扇形盘2的中线OO’及其垂线DD重合，然后放下压板1，锁紧螺母7。松开螺钉6，上下移动刀具3，使其中线EE与毛坯分度圆相切(即EE线与DD线重合)，则调好了毛坯与刀具间的径向距离，然后锁紧螺钉6。2.将固连在滑板4上的刀具2推移到右或左端，然后向另一端慢慢移动，每移动一小段距离(约1毫米)，则用削尖的铅笔描画出刀具3的刀刃(每画一笔，相当于刀具节削轮坯的齿槽间一刀)，如此重复，直至刀具移到另一端，即在毛坯纸上描画出3～