典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘

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实验目的1.通过对典型机械的分析，了解：主动件和从动件的运动型式，主动件与从动件之间的运动传递和变换方式，机构组成及其类型，机构中构件的数目和构件间所组成运动副的数目、类型、相对位置等；2.掌握机构运动简图的测绘方法；3.针对实物机械，熟练掌握机构自由度的计算；4.实验验证机构具有确定运动的条件；5.加深对机构组成及其结构分析的理解。1.2实验设备和工具1.典型实物机械若干台；2.量具。1.3实验原理和方法1.原理由于机构的运动仅与机构中构件的数目和构件所组成运动副的数目、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来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，以此表示机构的运动特征。2.方法(1)测绘时使被测绘的机械缓慢地运动，从原动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，确定各个运动副的类型。(3)在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接顺序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3、…分别标注各构件，用字母A、B、C、…分别标注各运动副。(4)仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副某点导路的方位线等，选定原动件的位置，并按下式选择一定的比例尺画出正式的机构运动简图。比例尺)mm()m(图上长度实际长度l1.4实验步骤和要求1.对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绘制机构运动简图，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，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。3.对上述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确定杆组和机构级别等）。1.5思考题与实验报告1.思考题(1)通过本实验，阐述机构运动简图的内涵。机构运动简图应准确反映实际机构中的哪些项目？(2)绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选择？会不会影响简图的正确性？(3)机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？机构具有确定运动的条件是什么？(4)对所测绘的机构能否改进和创意新的机构运动简图？2.实验报告基本内容(1)填写完成下表内容实验1：典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘实验报告学生姓名学号组别实验日期成绩指导教师(1)机构编号机构名称机构运动简图比例尺)mm/m(l机构运动尺寸：所含杆组机构自由度计算F机构级别(2)机构编号机构名称机构运动简图比例尺)mm/m(l机构运动尺寸：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)mm/m(l机构运动尺寸：所含杆组机构自由度计算F机构级别(4)机构编号机构名称机构运动简图比例尺)mm/m(l机构运动尺寸：所含杆组机构自由度计算F机构级别(2)思考题讨论(3)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传动类型齿轮精度等级与结构型式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，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6532,zzzz，齿轮5的转速为5n(r/min)、扭矩为)mN(5M，则齿轮5处的功率为)kW(9550555nMN若齿轮2、5的轴不作封闭联接，则电机的功率为)kW(9550/5551nMNN式中为传动系统的效率。而当封闭加载时，在5M不变的情况下，齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力产生封闭力矩4M)mN(，其封闭功率为)kW(9550444nMN该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为)kW(/441NNN由此可见，11NN，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。设齿轮2、3间的传动效率为32，齿轮6、5间的传动效率为56（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)kW(4563241NNN电机力矩4563241MMM当设5632平均效率时，由上式可得144MMM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4N大于传出的功率，则电机供给的摩擦功率为)1()1(24652346523441NNNNN所以)1(241MM则平均效率为414MMM4.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)mN(10195.01000195.0100032fflfMf减速器采用了螺旋槽加载机构，如图3.3所示。其螺旋角14.11。当砝码1的重量G(N)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GQ2；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BM。图2.3螺旋槽加载机构)mN(100014.112/tgrGMtgQQB当mm5.21r时，)mN(22.0GMB。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.卸去所有砝码，使加载器销轴处于轴向移动起点附近约2~3mm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5~10min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BM、功耗力矩fM及传动效率诸值，并作出BfMM曲线和BM曲线图。2.5思考题与实验报告1.思考题(1)为什么BfMM基本为直线关系，而BM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组别实验日期成绩指导教师实验台型号及规格齿轮箱传动比：齿轮模数：加载轴转速：r/min加载力矩范围：mN加载轴电机功率：W测力计型号及规格润滑油种类温度C序号加载功耗(%)G(N))mN(BM)mN(f)mN(fM1234567891011121314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.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学号组别实验日期成绩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、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ah、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bbnspnl)1(同理，若卡尺跨1n个齿，其公法线长度则应为bbnsnpl1所以bnnpll1(4.1)又因coscosmppb所以cosbpm(4.2)式中bp为齿轮基圆齿距，它由测量得到的公