机械设计基础实验

机械原理与机械设计实验指导书机械原理与机械设计实验指导书 青岛大学机械基础实验教学中心青岛大学机械基础实验教学中心 1 前前 言言 机械原理课程作为机械类专业的一门主干技术基础课 在培养学生综合设计能力的全局中承担 着培养学生机械系统方案创新设计能力的任务 机械设计课程是以一般通用零件的设计为核心的设 计性课程 是论述零部件的基本设计理论与方法的技术基础课 机械原理和机械设计课程在机械设 计系列课程体系中占有十分重要的地位 机械原理机械设计实验指导书 是结合 机械原理 机械设计 课程的具体要求并根据山 东省 高等学校基础课实验教学示范中心建设标准 的要求进行编写的 其主要目的是培养学生掌 握典型机械的实验方法 获得实验技能的基本训练和创新能力的培养 本书注重了基本实验 提高 型实验 研究创新型三种不同类型实验编写 学生做实验由浅到深 由简到繁的学习过程 使学生 能系统的掌握本门课程的理论与实践知识 高等学校的实验室是进行教学和科研的重要基地 是积累科学优势的基础 没有实验手段就不 可能出科研成果 就没有科学的进步和发展 任何新知识 新科技 新发明 新成果都离不开实验 通过实验可以培养学生的动手能力 设计能力 创新能力 分析问题和解决问题的能力 以适应当 前社会新知识 新技术快速发展的需要 本书可作为高等工科学校机械类专业的实验教材也可供非机类专业可供参考 由于水平所限和 编写的时间仓促 贻误之处恳切希望广大读者指正 2 目目 录录 第一篇第一篇 机械原理实验机械原理实验 第一章 实验一 机构运动简图的测绘和分析 3 第二章 实验二 齿轮范成实验 6 第三章 实验三 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定 11 第四章 实验四 回转构件动平衡实验 15 第五章 实验五 机构运动创新实验 20 第二篇第二篇 机械设计实验机械设计实验 第六章 实验六 带传动实验 27 第七章 实验七 滑动轴承实验 36 第八章 实验八 轴系结构设计实验 44 第九章 实验九 减速器装拆实验 54 3 第一篇第一篇 机械原理实验机械原理实验 第一章第一章 实验一实验一 机械运动简图的测绘和分析机械运动简图的测绘和分析 一 实验目的一 实验目的 1 学会根据各类机械实物或模型 绘制机械运动简图 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 3 加深对机构结构分析的了解 二 实验设备和工具二 实验设备和工具 1 各类典型机构的实物 如 牛头刨床 缝纫机头等 2 各类典型机构的模型 如 搅拌机 碎石机等 3 钢皮尺 内外卡钳 量角器 根据需要选用 4 三角板 铅笔 橡皮 草纸 自备 5 机构运动简图的绘制 电教片及放像机 三 原理和方法三 原理和方法 1 原理 原理 由于机构运动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 常用机构和运动副简图符号 的规定 来代替构件和运动副 并按一定的比例尺表示运动副的相对位置 以此表明机构的运动特征 常用符号示例如表 1 1 所示 2 方法 方法 1 测绘时使被测绘的机构缓慢运动 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 从原动构件开始 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 用拉丁字母 A B C 分别标注各运动副 4 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 4 mm m AB AB s 图上长度 实际长度 比例尺 四 步骤和要求四 步骤和要求 1 绘制指定的几种机器或结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相对照 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 分类杆组 确定机构级别等 五 思考题 1 一个正确的 机构运动简图 应能说明那些内容 2 绘制机构运动简图时 原动件的位置为什么可以任意选定 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 表 1 1 名 称符 号 转 动 副 移 动 副 低 副 螺 旋 副 凸 轮 副 高 副 齿 轮 副 构 件 活 动 构 件 5 机 架 实验一实验一 机构运动简图的测绘和分析报告机构运动简图的测绘和分析报告 学生姓名学 号组 别 实验日期成 绩指导教师 测绘和分析计算 编 号机构名称自由度级 别 编 号机构名称自由度级 别 6 第二章第二章 实验二实验二 齿轮范成实验齿轮范成实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理 2 了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法 3 了解比较标准齿轮和变位齿轮的异同点 二 实验仪器和用二 实验仪器和用具 1 齿轮范成仪 2 圆规 3 三角尺 4 剪刀 5 铅笔 6 绘图纸 直径 280 除齿轮范成仪外 其余均由学员自备 三 实验原理和方法三 实验原理和方法 运用一对齿轮在啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理加工轮齿的方法称为范成法 加工时其中 一轮为刀具 另一轮为轮坯 它们保持固定的速比相对转动 完全和一对真正的齿轮在传动一样 同时刀具还沿着轮坯的轴向作往复切削运动 这样所加工出的齿轮的齿廓就是刀具刀刃在各个位置 7 的包络线 虽然在实际加工时 无法看到刀刃形成包络线的过程 但我们可以设法通过齿轮范成仪 来反复演示轮坯与刀具间的对滚切削过程 将刀具刀刃在 切削 时曾占有的各个位置用铅笔线记 录在绘图纸上 这样我们就能清楚的观察到齿轮范成的过程 实验所用的刀具是齿条刀具 该刀具的齿廓用 模数 m 25 齿顶高系数 径向 20 1 a h 间隙系数 被加工齿轮的齿数 z 8 分度圆直径 最大变位量 20 5 本实25 0 cmmd200 验所用范成仪的结构 如图 2 1 所示 半圆盘 1 可以绕其固定的中心 O 转动 在半圆盘的周缘刻有凹槽 槽内绕有钢丝 2 两根分别 固定在半圆盘及纵拖板 3 上的 a b 和 c d 处 纵拖板 3 则可在机架 4 上沿水平方向左右移动 形 成齿条与齿轮的啮合运动 做实验时 将画好的齿顶圆 分度圆 基圆与齿根圆的齿坯图纸安装在半圆盘 1 上 对准中心 由压环 7 压住 并放在齿条 刀具 6 的下面 旋转螺杆 8 使横拖板 5 前后移动 以调整刀具 6 齿条 中线使与齿轮坯的分度圆相切 在实验中也可以调整刀具的齿顶线 使与齿轮的齿根圆 相切 首先将齿轮坯和刀具推到右方的极限位置 并在图纸上用削尖的铅笔描出齿条刀具的齿形 这就相当于刀具在此位置切削一次留下的刀痕 再将齿条刀具由左向右方推过很小一段距离 此时 压紧在圆盘上的图纸将随之转过一定的角度 并用铅笔描出刀具的轮廓形状 就这样断续移动齿条 刀具 认真描出刀具在各个位置上的齿形 直到绘出 2 3 个齿形为止 此为标准齿轮齿廓曲线 若需描绘正移距变位齿廓时 只需调整螺杆 8 后刀具远离齿坯中心 直到刀具齿顶线与变位齿 轮的齿根圆相切为止 即可作正移距变位齿轮的齿廓曲线 反之 如将齿条刀具 6 调近轮坯中心则 可相应地描出负移距变位齿轮的齿廓曲线 图 2 1 8 四 实验步骤四 实验步骤 要求绘制一个标准齿轮 x 0 和一个变位齿轮 x 0 1 绘制标准渐开线齿轮 绘制标准渐开线齿轮 x 0 1 计算出齿轮分度圆直径 d 基圆直径 d b和齿顶圆直径 da mzd cosddb 2 aa mhdd 2 在图纸上绘出齿轮的分度圆 基圆和齿顶圆 并将其装在圆盘上 3 调整齿条刀具的位置 使齿条刀具的中线与初切齿轮的分度圆相切 描绘出 2 3 齿 4 测量分度圆齿厚 s 及齿间 e 并与计算结果加以比较 2 绘制变位齿轮 绘制变位齿轮 x 0 1 算出变位系数 x 和变位量 xm x 的选择应使齿轮没有根切现象 2 计算出齿轮的分度圆直径 d 基圆直径 d b和齿顶圆直径 da mzd cosddb xhmdd aa 2 3 在图纸上绘出分度圆 基圆 齿顶圆并将其装夹在圆盘上 4 调整齿条刀具的位置 使齿条刀具的中线离开被切齿轮的分度圆 并相距 xm 的距离 绘 出 2 3 个齿 5 测量分度圆齿厚 s 及齿间 e 并与计算结果比较 3 绘制 绘制 x0 的变位齿轮和标准齿轮在齿轮参数上的比较 序 号项 目异 同变动结果 1齿顶圆的直径 da 2模 数 m 3齿根圆的直径 df 4分度圆直径 d 5分度圆上的齿厚 s 6分度圆上的齿槽宽 e 7分度圆上的周节 p 8刀具齿形角 三 齿轮范成图 附图 四 心得和体会 11 注 异同 一栏填 异 或 同 字即可 变动结果 栏填 增 减 相同 即可 增 即表示变位齿轮上的尺寸比标准齿轮上尺寸增大 其余类推 第三章第三章 实验三实验三 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定 一 实验目的一 实验目的 1 掌握应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 熟练掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系和渐开线性质的知识 二 实验设备和工具二 实验设备和工具 1 齿轮一对 齿数为奇数和偶数各一个 2 游标卡尺 游标读数值不大于 0 05 3 渐开线函数表 自备 4 计算工具 自备 三 原理和方法三 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 齿顶高系数 分度圆压力角 a h 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 顶隙系数 中心距a c 本实验是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 其原理和方 法如下 12 1 确定齿轮的模数 确定齿轮的模数m m和压力角和压力角 标准直齿圆柱齿轮公法线长度的计算如下 如图 3 1 所示 若卡尺跨 n 个齿 其公法线长 度为 bbn spnl 1 同理 若卡尺跨n 1 个齿 其公法线长度则应为 bbn snpl 1 所以 3 1 bnn pll 1 又因 coscosmppb 所以 3 2 cos b p m 式中为齿轮基圆周节 它由测量得到的公法线长和代入 3 1 求得 可能是 15 也可能 b p n l 1 n l 是 20 故分别用 15 和 20 代入式 3 2 算出两个模数 取其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角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 3 3 5 0 180 zn 或直接由下表查出 z12 1819 2728 3637 4546 5455 6364 72 n1234567 AC 1 n l n l b p b p b s b r 图 3 1 13 2 确定齿轮的变位系数 确定齿轮的变位系数 x 根据基圆的齿厚公式 inv2costan2 2 inv2cos bbb rxmrss 得 3 4 tan2 inv 2cos z m s x b 式中可由以上公法线长度公式求得 即 b s 3 5 bnb npls 1 将式 3 5 代入 3 4 即可求出变位系数 x 3 确定齿轮的齿顶高系数 确定齿轮的齿顶高系数和顶隙系数和顶隙系数 a h c 根据齿轮齿根高的计算公式 3 6 2 f f dmz h 又 3 7 xchmh af 式 3 6 中齿根圆直径可用游标卡尺测定 因此可求出齿根高 在式 3 7 中仅和 f d f h a h 未知 由于不同齿制的和均为已知标准值 故分别用正常齿制 1 0 25 和短齿制 c a h c a h c 0 8 0 3 两组标准值代入 符合式 3 6 的一组即为所求的值 a h c 4 确定一对互相啮合的齿轮的啮合角 确定一对互相啮合的齿轮的啮合角 和中心距和中心距 a 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 后 可用下 1 x 2 x 式计算啮合角 和中心距 a 3 8 invtan 2 inv 21 21 zz xx 3 9 cos cos 2 21 zz m a 实验时 可用游标卡尺直接测定这对齿轮的中心距 a 测定方法如图 3 2 所示 首先使该对齿 轮做无齿侧间隙啮合 然后分别测量齿轮的孔径 及尺寸 b 由此得 1K d 2K d 14 3 10 2 1 21kk ddba 四 步骤和要求四 步骤和要求 1 直接数齿轮的齿数 z 2 由式 3 3 计算或查表得测量时卡尺的跨齿数 n 3 测量公法线长度和及齿根圆直径 中心距 a 读数精确到 0 01mm 注意每个 n l 1 n l f d 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的中心距进行比 较 五 思考题五 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 则进一步判别它们的 传动类型是什么 2 在测量齿根圆直径时 对齿数为奇数和偶数的齿轮在测量方法上有什么不同 f d 3 测量齿轮公法线长度是根据渐开线的什么性质 实验三实验三 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定实验报告渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定实验报告 学生姓名学 号组 别 实验日期成 绩指导教师 参数测定与计算 齿 轮 编 号 测 量 数 齿 数 z 图 3 2 15 跨齿数 n 测量次数123平均值123 平均 值 n 齿公法线 n l n 1 齿公法线 1 n l 孔 径 k d 尺 寸 b 据 中心距 a 基圆周节 b p 模 数 m 压力角 齿顶高系数 a h 顶隙系数 c 基圆齿厚 b s 分度圆直径 d 变位系数 x 啮合角 中心距 a 计 算 数 据 中心距的相对误差 a aa 第四章第四章 实验四实验四 回转构件动平衡实验回转构件动平衡实验 一 实验目的一 实验目的 巩固回转构件动平衡的基本原理 掌握补偿式动平衡机的基本原理和操作方法 二 设备和工具 1 框架式动平衡机及其附件 试件 2 平衡重量 螺钉 螺母和橡皮泥 16 3 游标卡尺 磁力千分表架及百分表 4 扳手 螺丝刀 三 实验原理和方法三 实验原理和方法 由回转构件动平衡原理可知 任一回转构件的动不平衡都可以认为是分别处于两个任选平面 T 和 T 内 回转半径分别为 r0 和 r0 的两个不平衡重量 G0 和 G0 所产生 如图 4 1 所示 因 此进行动平衡实验时 便可以不管被平衡构件的实际不平衡重量所在位置及其大小如何 只需要根 据构件实际外形的许可 选择两回转平面作为校正平面 T 和 T 且把不平衡重量看作处于该两 平衡平面中的 G0 和 G0 然后针对 r0 G0 和 r0 G0 进行平衡就可以达到目的 本实验采用框架式机械动平衡试验机 如图 4 2 所示 下面介绍其工作原理 主要说明双面校 正使回转件达到这一基本概念的具体应用 及其利用补偿重径积法测定两平衡校正平面中的不平衡 重径积的基本方法 图示框架 1 经弹簧 2 与固定的底座 3 相联 它只能绕 OX 轴线摆动 构成一个 震动系统 框架上装有主轴 4 由固定在底座上的电动机 14 通过传动带和带盘 12 驱动 主轴 4 上 装有螺旋齿轮 6 它和齿轮 5 齿数相等且互相啮合 齿轮 6 还可沿主轴 4 移动 移动的最大距离和 它的轴向宽度相等 比齿轮 5 的节圆周长要长 因此调节手轮 18 使齿轮 6 从左极限位置移到右极 限位置时 齿轮 5 以及和它相固定的轴 9 能随之回转一周以上 借此调整 9 与主轴 4 的相对转角 c 即调节补偿重量位置的指示角 c的大小由指针 15 指示 圆盘 7 固定在轴 9 上 通过调节手 轮 17 可以使圆盘 8 沿轴 9 上下移动 以调节补偿力偶大小的两圆盘间的距离 Lc Lc的大小由指针 16 指示 G0 T r0 T r0 G0 l 图 4 1 17 被平衡的回转件 10 放在两个滚动支承 13 上 通过挠性联轴器 11 由主轴 4 带动 此时试件不 平衡重量可以看成在两平衡校正平面 T 和 T 上两个不平衡重量 G0 和 G0 所产生 平衡时可先令 平衡平面 T 通过摆架的振摆轴线 OX 如图 4 2 所示 当回转件转动后 T 面上的不平衡重量 G0 的离心力 P0 对轴线 OX 的力矩为零 不引起框架的振动 而平衡校正平面 T0 上的 G0 的离心力 P0 对振摆轴线 OX 形成力矩 M0 使框架发生振动 其大小为 M0 P0 Lcos 为了测量出 T 面上的不平衡重量大小和相位 加上一补偿重径积 Gc rc 使产生一个补偿力矩 即在圆盘 7 和 8 上各装一个平衡重量 Gc 其重心都与轴线相距 rc 但相位差为 180 0 当马达旋转 后 其主轴 4 带动齿轮 6 5 因而圆盘 7 8 也旋转 这时 Gc的离心力 Pc就构成一力偶矩 Pc Lc 它对于轴线 OX 的分量为 Mc也影响框架的振动 其大小为 按合力矩定理 框架绕轴振动时所受的合力矩为 式中 Mc的转向从图示轴 OX 的箭头处向 O 点看为顺时针方向 故按力学规定取负值 如 M 0 则框架静止不动 此时 或 cccc LPM cos cccc LPLPMMM coscos 00 0coscos 0 cccL PLPM 0coscos 00 cccc LrGLrG G0 P0 G0 P0 T GC PC LC PC X O T Ma M0 1 2 3 19 13 10 13 4 56 7 8 9 11 12 14 15 16 17 18 2 l C C 图 4 2 18 满足上式的条件应为 c c cc L L rGrG 00 在平衡机的补偿位置中 Gc rc 是已知的 试件的两平衡校正平面是预先选定的 因而两平 衡校正平面的距离 L 也是已知的 因此 4 1 式可以写成 G0 r0 A Lc 4 3 其中 L rG A cc 测量另一个平衡校正平面 T 上的不平衡重径积 只需将试件调头使平面 T 通过 OX 轴 测量 方法与上述相同 为了便于观察和提高测量精度 在框架 1 上装有重块 19 移动 19 即改变整个振动系统的自 振频率使框架接近共振状态 即振幅放大 通过调节手轮 17 和 18 使框架静止不动 读出 Lc 和 c的数值 由公式 4 3 既可计算不平 衡重径积的大小 当选定加平衡重量的回转半径 rp 后平衡重量 Gp 的大小为 P P r rG G 00 其相位可以这样来确定 停车后 使指针 15 转到图中与 OX 轴垂直的虚线位置 此时 Gp 的 位置就在平面 T 内回转中心的铅直上方 四 实验步骤四 实验步骤 1 记录 Lc的零点及本实验的系数 A A 数值标注在马达上 2 起动电动机使试件回转 注意试件一端的联轴节应与皮带轮顺着转动方向靠好 避免起 动冲击 3 移动重块 19 使框架振幅最大 此步骤实验前已调整完毕 4 加补偿力矩 先调节手轮 17 使 Lc有一些读数 这时框架振动 然后调节手轮 18 观 察指针 20 由于试件与圆盘转速相等 故 M0与 Mc变化频率相等 当调节 c 0 1800时 Mc与 M0相同 两力矩正向叠加 框架振幅最大 当调节到 c 0时 两力矩反向叠加 框架振幅最小 这时不平衡重量的相位已经基本找到 再继续调节手轮 17 即改变 Lc 如此反复调整数次直到指针 20 不动 此时框架振动消失 5 停车 读出 Lc c的数值 计算不平衡重径积的大小 6 再根据你所确定的不平衡重量 试件校正后再开车 观察平衡效果 此时 Lc必须调到零 值的初始位置 4 1 4 2 19 五 思考题五 思考题 1 动平衡试验法适合哪些类型的试件 试件经过动平衡后是否满足静平衡要求 2 为什么动平衡要在垂直于轴线的两端平衡面上分别进行平衡 3 当试件的一个平面已被平衡后欲平衡第二个平面时 是否仍一定要使第一个平面通过框 架的振摆轴线 为什么 实验四实验四 回转构件的动平衡实验报告回转构件的动平衡实验报告 学生姓名 学 号 组 别 20 实验日期 成 绩 指导教师 一 数据的记录与计算 项 目 单 位 数 量 Gc r c L 已 知 r0 测 定 Lc 计 算 G0 观 察 c 二 回答思考题 第五章第五章 实验五实验五 机构运动创新实验机构运动创新实验 一 实验目的一 实验目的 21 1 加深学生对机构组成原理的认识 进一步了解机构组成及其运动特性 2 训练学生的工程实践动手能力 3 培养学生创新意识及综合设计能力 二 实验设备及工具二 实验设备及工具 1 机构运动创新方案实验台 共 8 台 2 可供在实验台上实现各种设计方案的各种零件及组件 3 六角扳手 活动扳手 卷尺等 三 实验原理三 实验原理 任何机构都是由自由度为零的若干杆组依次连接到原动件 或已经形成的简单机构 和机架上 的方法所组成 学生根据预定的系统要求 完成机构系统方案 初步设计后 利用该装置提供的零 件或组件 在实验台上实现自己的设计方案 并用减速电机驱动运行 以检验方案的合理性与可行 性 四 杆组的概念 正确拆分杆组及拼装机构四 杆组的概念 正确拆分杆组及拼装机构 1 杆组的概念 杆组的概念 任何机构中都包含原动件 机架和从动件系统三部分 由于机架的自由度为零 一般每个原动 件的自由度为 1 而平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数目相等 所以 从动件系统的自由度必然为零 机构的从动件一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自 由度为零的构件组合 这种组合成为基本杆组 对于只含低副的平面机构 若杆组中有 n 个活动构件 pL个低副 因杆组自由度为零 故有 或032 L pnnpL 2 3 为保证 n 和 pL均为整数 n 只能取 2 4 6 等偶数 根据 n 的取值不同 杆组可分为以下情况 1 两个构件和三个低副构成的杆组称 级组 如图 5 1 所示 2 四个构件和六个低副组成的杆组称 级组 如图 5 2 所示 图 5 1 22 2 机构的组成原理 机构的组成原理 任何平面机构均可以用若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上去的方法来组成 这是本实 验的基本原理 3 正确拆分杆组 正确拆分杆组 1 先去掉机构中的局部自由度和虚约束 有时还要将高副加以低代 2 计算机构的自由度 确定原动件 3 从远离原动件的一端先试拆分 级杆组 若拆不出 级组时 再试拆 级组 即由 最低级别向高一级杆组依次拆分 最后剩下原动件和机架 五 实验步骤五 实验步骤 1 根据实验设备及工具的内容介绍 熟悉实验设备的硬件组成及零件的功用 2 自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的运动方案为拼装实验内容 3 将所选定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分 并用图示之 4 拼装机构运动方案 从举例中选择一个 六 举例说明六 举例说明 1 自动车床送料机构 自动车床送料机构 结构说明 图 5 3 所示 自动车床送料机构由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组成 当凸轮转动时 推动杆 5 往复移动 通过连杆 4 与摆杆 3 及滑块 2 带动从动件 1 推料杆 作周期 性往复直线运动 图 5 2 23 工作特点 一般凸轮为主动件 能实现较复杂的运动规律 2 铸锭送料机构 铸锭送料机构 结构说明 如图 5 4 所示 滑块为主动件 通过连杆 2 驱动双摇杆 ABCD 将从加热炉出料的 铸锭 工件 送到下一工序 工作特点 图中实线位置为加热炉铸锭进入装料器 4 中 装料器 4 即为双摇杆机构 ABCD 中的 连杆 BC 当机构运动到虚线位置时 装料器 4 翻转 180 把铸锭卸放到下一工序的位置 例如 加 热炉出料设备 加工机械的上料设备等 3 转动导杆与凸轮放大升程机构 转动导杆与凸轮放大升程机构 结构说明 图 5 5 所示 曲柄 1 为主动件 凸轮 3 和导杆 2 固联 l1 图 5 3 图 5 4 24 工作特点 当曲柄 1 从图示位置顺时针转过 90 时 导杆和凸轮一起转过 180 图 5 5 所示机 构常用于凸轮升程较大 而升程角受到某些因素的限制不能太大的情况 该机构制造安装简单 工 作性能可靠 4 冲压送料机构 冲压送料机构 结构说明 图 5 6 所示 1 2 3 4 5 9 组成导杆摇杆滑块冲压机构 由 1 8 7 6 9 组 成齿轮凸轮送料机构 冲压机构是在导杆机构的基础上 串联一个摇杆滑块机构组合而成的 工作特点 导杆机构按给定的行程速度变化系数设计 它和摇杆滑块机构组合可达到工作段几 近于匀速的要求 适当选择导路位置 可使工作段压力角 较小 按机构运动循环图确定凸轮工作 角和从动件运动规律 则机构可在预定时间将工件送至待加工位置 5 插床的插削机构 插床的插削机构 9 机架 E 5 4 D 3 F 6 G C 2 B 7 8 0 A K 1 h H I 图 5 6 4 E D 3 B 5 机架 1 C 2 图 5 5 A 25 结构说明 图 5 7 所示 在 ABC 摆动导杆机构的摆杆 BC 反向延长的 D 点上加二级杆组连杆 4 和滑块 5 成为六杆机构 在滑块 5 固接插刀 该机构可作为插床的插削机构 工作特点 主动曲柄 AB 匀速转动 滑块 5 在垂直 AC 的导路上往复移动 具有较大急回特性 改变 ED 连杆的长度 滑块 5 可获得不同的运动规律 6 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合 曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合 结构说明 图 5 8 所示机构由偏置曲柄滑块与齿轮齿条机构串联组合而成 其中下齿条为固定 齿条 上齿条作往复移动 工作特点 此组合机构最重要的特点是上齿条的行程比齿轮 3 的铰接中心点 C 的行程大一倍 此外 由于齿轮中心 C 的轨迹对于点 A 偏置 所以上齿条和往复运动有急回特性 当主动件曲柄 1 转动时 通过连杆 2 推动齿轮 3 与上 下齿条啮合传动 下齿条 5 固定 上齿 条 4 作往复移动 齿条移动行程 H 4R R 为齿轮 3 的半径 故采用此种机构可实现行程放大 D 4 5 C E 6 机架 3 B A 1 2 图 5 7 1 6 机架 B 5 F 3 2 C 4 D E A 图 5 8 26 七 思考题七 思考题 1 何为机构创新方案 2 你设计或选择机构系统方案在实验台上组装后是否合理 3 你设计的方案可用几种形式来组装 最后能否达到设计要求 27 实验五实验五 机构运动创新实验报告机构运动创新实验报告 学生姓名 学 号 组 别 实验日期 成 绩 指导教师 一 绘制实际拼装的机构运动方案简图 并在简图中标注实际测得构件尺寸 二 简要说明机构杆组拆组过程 并画出所拆杆组简图 三 回答思考题 28 第二篇第二篇 机械设计实验机械设计实验 第六章第六章 实验六实验六 带传动实验带传动实验 一 实验目的一 实验目的 本实验配有专用多媒体软件 学生可利用计算机在软件界面说明文件的指导下 独立的进行实 验 培养学生的实际动手能力 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 测定弹性滑动率和带传动效率与所传递的载荷之间的关系 绘制带传动弹性滑动曲线和 效率曲线 3 了解带传动实验台的工作原理与扭矩 转速的测量方法 二 实验台简介二 实验台简介 皮带传动实验台主要结构如图 6 1 所示 图 6 1 皮带传动实验台主要结构图 1 电机移动底板 2 法码 3 传感器 4 弹性测力杆 5 主动电动机 6 平皮带 7 光电测速装置 8 发电机 9 电子加载 10 机壳 11 操纵面板 1 主要结构及工作原理 主要结构及工作原理 本实验台可进行皮带传动滑差率和效率曲线的测定 其电动机为直流无级调速 采用先进的调 速电路 测速方式为红外线光电测速 皮带轮转速和扭矩可直接在面板上准确读取 也可输出到计 29 算机中进行测试分析 1 该实验传动系统由主动直流伺服电动机 5 装在滑座上 可沿滑座滑动 电机轴上装有 主动轮 通过平皮带带动从动轮 从动轮装在直流伺服发电机 8 的轴上 在发电机的输出电路上 并联了八个灯泡 每个灯泡 40 瓦 作为带传动的加载装置 可手动或计算机加载控制 砝码 2 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 以改变发电 机的负载电阻增大 带的受力增大 两边拉力差也增大 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 当负载继续增加时则完全打滑 2 测量系统 测量系统由光电测速装置和测扭矩装置两部分组成 A 两电机后端装有红外线光电测速装置和测速转盘 7 主 从动皮带轮转速可直接在计算 机上或在面板各自的数码管上读取 并传到计算机中进行处理分析 B 主动轮的扭矩 T1和从动轮扭矩 T2均通过电机外壳来测定 电动机 5 和发电机 8 的外壳 支撑在支座的滚动轴承中 并可绕与转子相重合的轴线摆动 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得的力矩来平衡 B 型实验台可直接在面板 11 各自的数码管上读取 并传到计算机中进行处理分析 A 型实验台 可在各自的测力计读数并通过扭矩公式进行计算 主动轮上扭矩 T1 Q1K1L1 N mm 1 从动轮上扭矩 T2 Q2K2L2 N mm 2 传动的有效拉力 F 2T1 D1 N 3 式中 Q1 Q2 测力计上百分表的读数 K1 K2 测力计标定值 0 01mm L1 L2 测力计的力臂 L1 L2 120 mm 带传动的效率 T2 n2 T1 n1 100 4 弹性滑动率 n1 n2 n1 100 5 2 主要技术参数 主要技术参数 直流电动机功率 355W 发电机额定功率 355W 调速范围 50 1500rpm 最大负载转速下降率 5 初拉力最大值为 3kg 杠杆测力臂长度 L1 L2 120mm 30 L1 L2 电动机中心至测力杆支点的长度 皮带轮直径 D1 D2 120mm 测力计标定值 K1 0 01 K2 0 01 百分表精度为 0 01mm 测量范围为 0 10 mm 实验台总重量 45kg 3 电气装置工作原理 电气装置工作原理 皮带传动实验台面板布置图如图 6 2 所示 3 4 5 1 2 6 7 图 6 2 皮带传动实验台面板布置图 1 电流开关 2 转速调节 3 电动机转速显示 4 发电机转速显示 5 发电机负载 6 加载按钮 7 减载按钮 该仪器的转速控制由两部分组成 一部分为由脉冲宽度调制原理所设计的直流电机调速电源 另一部分为电动机和发电机各自的转速测量电路及显示电路以及各自的红外线传感器电路 1 调速电源能输出电动机和发电机励磁电压 还能输出电动机所需的电枢电压 调节板面上 调速 旋钮 即可获得不同的电枢电压 也就改变了电动机的转速 通过皮带的作用 也就同时 改变了发电机的转速 使发电机输出不同的功率 发电机的电枢端最多可并接八个 40W 灯泡用为 负载 改变面板上 A H 的开关状态 即可改变发电机的负载量 2 转速测量及显示电路有左 右两组 LED 数码管 分别显示电动机和发电机的转速 在单 片机的程序控制下 可分别完成 复位 查看 和 存储 功能 以及同时完成 测量 功能 通电后 该电路自动开始工作 个位右下方的小数点亮 即表示电路正在检测并计算电动机和发电 机的转速 通电后或检测过程中 一旦发现测速显示不正常或需要重新启动测速时 可按 复位 键 当需要存储记忆所测到的转速时 可按 存储 键 一共可存储记忆最后存储的 10 个数据 如果按 查看 键 即可查看前一次存储的数据 再按可再继续向前查看 在 存储 和 查看 操作后 如需继续测量 可按 测量 键 这样就可以同时测量电动机和发电机的转速 31 三 实验内容三 实验内容 1 皮带传动滑动曲线和效率曲线的测量绘制 该实验装置采用压力传感器和 A D 采集并转 换成主动带轮和从动带轮的驱动力矩和阻力矩数据 采用角位移传感器和 A D 板采集并转换成主 从动带轮的转数 最后输入计算机进行处理作出滑动曲线和效率曲线 使学生了解带传动的弹性滑 动和打滑对传动效率的影响 2 皮带传动运动模拟 该实验装置配置的计算机软件 在输入实测主 从动带轮的转数后 通过模计算作出带传动运动模拟 可清楚观察带传动的弹性滑动和打滑现象 四 软件界面操作说明四 软件界面操作说明 1 1 皮带传动实验台软件封面 皮带传动实验台软件封面 皮带传动实验台软件封面如图 6 3 所示 图 6 3 软件封面 2 2 皮带传动实验说明界面 皮带传动实验说明界面 在封面上非文字区单击左键 即可进入皮带传动实验说明界面 如图 6 4 所示 图 6 4 说明界面 32 实验实验 单击此键 进入皮带传动实验分析界面 关闭音乐关闭音乐 单击此键 音乐关闭 同时 关闭音乐 变为 打开音乐 反之 单击 打开音乐 音乐打开 打开音乐 变为 关闭音乐 说明说明 单击此键 弹出皮带传动实验说明框 返回返回 单击此键 返回皮带传动实验台软件封面 退出退出 单击此键 结束程序的运行 返回 WINDOWS 界面 3 皮带传动实验分析界面 皮带传动实验分析界面 皮带传动实验分析界面如图 6 5 所示 各控制键说明如下 图 6 5 实验分析界面 运动模拟运动模拟 单击此健 可以清楚观察皮带传动的运动和弹性滑动及打滑现象 稳定测试稳定测试 单击此键 稳定记录显示皮带传动的实测结果 实测曲线实测曲线 单击此键 显示皮带传动的滑动曲线和效率曲线 关闭音乐关闭音乐 单击此键 音乐关闭 同时 关闭音乐 变为 打开音乐 反之 单击音乐打开 同时 打开音乐 变为 关闭音乐 说明说明 单击此键 弹出皮带传动实验说明框 打印打印 单击此键 弹出打印对话筐 将皮带传动滑动曲线和效率曲线打印出来或保存为文件 返回返回 单击此键 返回皮带传动实验说明界面 退出退出 单击此键 结束程序的运行 返回 WINDOWS 界面 33 五 实验步骤五 实验步骤 1 B 型实验台型实验台 1 打开计算机 单击 皮带传动 图标 进入皮带传动的封面 单击左键 进入皮带传动 实验说明界面 2 在皮带传动实验说明界面下方单击 实验 键 进入皮带传动实验分析界面 3 启动实验台的电动机 待皮带传动运转平稳后 可进行皮带传动实验 4 在皮带传动实验分析界面下方单击 运动模拟 键 观察皮带传动的运动和弹性滑动及 打滑现象 5 单击 加载 键 可对灯泡组加载 每加载一次可增加 5 的灯泡组负荷功率 每采集一 次数据 时间间隔 5 10 秒钟 6 数据稳定后 单击 稳定测试 键 稳定记录显示皮带传动的实测数据 7 重复实验步骤 5 和 6 直至皮带打滑 结束测试 8 如果实验效果不够理想 可单击 重做实验 即可从第五步开始重做实验 9 单击 实测曲线 键 显示皮带传动滑动曲线和效率曲线 10 如果要打印皮带传动滑动曲线和效率曲线 在该界面下方单击 打印 键 即可打印出 该曲线图 11 如果实验结束 单击 退出 返回 Windows 界面 2 A A 型实验台型实验台 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 使皮带具有初拉力 3 慢慢地沿顺时针方向旋转按扭 使电机从开始运转加速到 n 1000 转 分左右 在没加 1 负载的情况下 记录 n Q Q 一组数据 212 4 打开一个灯泡 即加载 40W 记录 n n Q Q 一组数据 注意此时 n 和 n 12121 之间的差值 即观察带的弹性滑动现象 2 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 3 左右 即圆 2 上的 A 点 带传动开始进入打滑状态 若再打开灯泡增加载荷 则 n 和 n 之差值迅速增大 12 6 添写实验报告中的各项数据 绘制弹性滑动曲线和效率曲线图 六 实验操作注意事项六 实验操作注意事项 1 通电前的准备 a 面板上调速旋钮逆时针旋到底 转速最底 位置 连接地线 34 b 加上一定的法码使皮带张紧 2 5kg 或 3kg c 断开发电机所有负载 2 通电后 电动机和发电机转速显示的四位数码管亮 3 调节调速旋钮 使电动机和发电机有一定的转速 测速电路可同时测出它们的转速 35 实验六实验六 带传动实验报告带传动实验报告 实验名称实验日期成 绩 姓 名班 级学 号 一 实验设备与实验条件 实验机型号 实验条件 带类型及型号 带轮直径 测力杆臂长 二 实验数据记录与处理 序 名 号 称 Q1 N Q2 N n1 rpm n2 rpm n rpm T1 N mm T2 N mm F N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 36 三 绘制效率曲线和滑动曲线 0 F 0 F 四 分析思考题 1 带传动的效率与哪些因素有关 为什么 2 带传动的滑动系数与哪些因素有关 为什么 3 引起弹性滑动的原因是什么 能否避免弹性滑动 能 不能 4 引起打滑的原因是什么 避免打滑的措施是什么 37 第七章第七章 实验七实验七 滑动轴承实验滑动轴承实验 一 实验目的一 实验目的 该实验台用于机械设计中液体动压滑动轴承实验 主要用来观察滑动轴承的结构 测量其径 向油膜压力分布 测定其摩擦特性曲线 使用该实验系统可以方便地完成以下实验 1 观察滑动轴承的动压油膜形成过程与现象 2 滑动轴承油膜压力周向与轴向分布的测试分析 ZCS 型 包括仿真分析 3 测定和绘制滑动轴承周向与轴向油膜压力分布曲线 4 了解滑动轴承的摩擦系数的测量方法和摩擦特性曲线的绘制方法 5 了解滑动轴承实验其他重要参数的测定 二 实验系统与工作原理二 实验系统与工作原理 1 实验系统组成 实验系统组成 轴承实验系统如图 7 1 所示 ZCS 轴 承 实 验 台 7 路径向油压表 工作载荷传感器 摩擦力矩传感器 主轴转速传感器 XC 轴 承 实 验 仪 工作载荷显示 摩擦力矩显示 主轴转速显示 7 1 滑动轴承实验系统框图 轴承实验系统由以下设备组成 1 ZCS 液体动压轴承实验台的机械结构 2 油压表 共 7 个 用于测量轴瓦上径向油膜压力分布值 3 工作载荷传感器 为应变力传感器 测量外加载荷值 4 摩擦力矩传感器 为应变力传感器 测量在油膜粘力作用下轴与轴瓦间产生磨擦力矩 5 转速传感器 为霍尔磁电式传感器 测量主轴转速 6 液体动压轴承实验仪 以单片微机为主体 完成对工作载荷传感器 磨擦力矩 7 传感器及转速传感器信号采集 处理并将结果由 LED 数码管显示出来 如果是 ZCS 型实验台 上图的显示结果可由数据采集器 计算机 CRT 显示器显示 2 工作原理 工作原理 38 实验台结构如图 7 2 所示 该实验台主轴 7 由两高精度的单列向心球轴承支撑 直流电机 1 通过三角带 2 传动到主轴 7 主轴顺时针转动 主轴上装有精密加工的轴瓦 5 由装在底座上的无机 调速器 12 实现主轴的无机变化 轴的转速由装在试验台上的霍尔转速传感器测出并显示 主轴瓦 5 外圆被加载装置 末画 压住 旋转加载杆即可方便地对轴瓦加载 加载力大小由 工作载荷传感器 6 测出 由测试仪面板上显示 主轴瓦上还装有测力杆 L 在主轴回转过程中 主轴与主轴瓦之间的摩擦力矩由摩擦力矩传 感器测出 并在测试仪面板上显示 由此算出摩擦系数 主轴瓦前端装有 7 只测量径向压力的油压表 4 油的进口在轴瓦的 1 2 处 由油压表可读出轴 与轴瓦之间径向平面内相应点的油膜压力 由此可绘制出径向油膜压力分布曲线 1 直流电机 2 三角带 3 摩擦力矩传感器 4 油压表 5 主轴瓦 6 工作载荷传感器 7 主轴 9 油槽 10 底座 12 无级调速器 图 7 2 实验台结构示意图 3 主要技术参数 主要技术参数 轴瓦内直径 d 70 mm 长度 L 125 mm 加载传感器量程 W 0 2000 N 200kg 压力传感器量程 0 1 MPa 油压表量程 0 1 MPa 轴调速范围 0 500 rpm 摩擦力传感器量程 50 N 直流电机功率 400 W 4 XC 液体动压轴承实验仪液体动压轴承实验仪 XC 液体动压轴承实验仪正面图如图 7 3 所示 39 复位键在轴承实验仪后面 图 7 3 轴承实验仪正面图 实验仪箱体内附设有单片机 承担检测 数据处理 信息记忆 自动数字显示及传递等功能 5 实验操作步骤 实验操作步骤 实验操作需知 1 在开电机转速之前请确认为空载 即要求先开转速在加载 2 在一次实验结束后马上又要重新开始实验时请用轴瓦上端的螺栓旋入顶起轴瓦将油膜先 放干净 确保下次实验数据准确 3 由于油膜形成需要一小段时间 所以在开机实验或在变化载荷或转速后请待其稳定后再 采集数据 ZCS 型实验台操作步骤 1 在松开螺旋加载杆的状态下 启动电机并慢慢将主轴转速调整到 300 转 分左右 2 慢慢转动螺旋加载杆 同时观察实验仪面板上的工作载荷显示窗口 一般应加载 1500N 左右 3 待各压力表的压力值稳定后 由左至右依次记录各压力表的压力值 7 块表 4 当载荷不变 逐级降低转速 250 200 150 100 80 60 40 30 20 r min 每改 变一级转速记录一次各点压力值 也可转速不变 逐级降低载荷也可转速不变 逐级降低载荷 5 测量摩擦系数 如图 7 2 所示 在轴瓦中心引出一摩擦力矩传感器 3 用以测量轴承工作 时的摩擦力矩 进而换算得摩擦系数值 径向滑动轴承的摩擦系数随轴承的特性系数 n p 值而改变 如图 7 4 所示 油的动力黏度 n 轴的转速 p 压力 p W Bd W 轴上的载荷 XC 液体动压轴承实验仪液体动压轴承实验仪 转速 r m 工作载荷 N 摩擦力矩 Nm 清零 电源 40 B 轴瓦的宽度 B 125mm d 轴的直径 d 70mm 在边界摩擦时 f 随 n p 的增大而变化很小 由于 n 值很小 建议用手慢慢转动轴 进入 混合摩擦后 n p 的改变引起 f 的急剧变化 在刚形成液体摩擦时 f 达到最小值 此后 随 n p 的 增大油膜厚度亦随之增大 因而 f 亦有所增大 如图 7 5 所示 摩擦系数 f 之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到 轴转动时 轴对轴瓦产生 周向摩擦力 F 其摩擦力矩为 F d 2 它供轴瓦 5 翻转 其翻转力矩通过固定在实验台底座的摩 擦力矩传感器测出并经过以下计算可得摩擦系数 f 之值 根据力矩平衡条件得 F d 2 LQ F F1 F2 F3 F4 摩擦力之和 Q 作用在摩擦力矩传感器上的反作用力 L 测力杆的长度 L 120mm W 工作载荷 在实验仪上读出 W F Wd LQ2 f 摩擦系数 LQ 由摩擦力矩传感器测得 在实验仪 上读出 6 关机 待实验数据记录完毕后 先松开螺旋加载杆 并旋动调整电位器使电机转速为零 关闭实验台及实验仪电源 7 绘制周向油膜压力分布曲线与承载曲线 根据测出的各压力值按一定比例