机构运动简图测绘与分析实验

1、实验一 、机构运动简图测绘与分析实验二 、实验预习内容 机构组成要素、机构自由度及机构运动简图方面的有关概念，见表1-1。表1-1常用机构构件、运动副代表符号四、实验方法及步骤 1分析机构的运动情况，判别运动副的性质 通过观察和分析机构的运动情况和实际组成，先搞清楚机构的原动部分和执行部分，使其缓慢运动，然后循着运动传递的路线，找出组成机构的构件，弄清各构件之向组成的运动副类型、数目及各运动副的相对位置。 2恰当地选择投影面 选择时应以能简单、清楚地把机构的运动情况表示清楚为原则。一般选机构中多数构件的运动平面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或多个投影面，然后展开到同一平面上。

2、3选择适当的比例尺 根据机构的运动尺寸，先确定出各运动副的位置（如转动副的中心位置、移动副的导路方位及高副接触点的位置等），并画上相应的运动副符号，然后用简单的线条和规定的符号画出机构运动简图，最后要标出构件号数、运动副的代号字母以及原动件的转向箭头。1 / 21 4计算机构自由度并判断该机构是否具有确定运动在计算机构自由度时要正确分析该机构中有几个活动构件、有几个低副和几个高副。并在图上指出机构中存在的局部自由度、虚约束及复合铰链，在排除了局部自由度和虚约束之后，再利用公式计算机构的自由度，检查计算的自由度数是否与原动件数目相等，以判断该机构是否具有确定运动实验二、齿轮范成原理及齿轮参数测定

3、 齿轮加工方法基本上有两种范成法和仿型法。由于范成法可以用一把刀具加工出不同齿数和变位系数的渐开线齿轮，同时具有较高的加工精度，故以范成法应用最广。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齿轮的。加工时其中一个为刀具，另一个为轮坯，它们和一对真正的齿轮互相啮合传动一样保持着固定的角速比传动，同时刀具还沿着轮坯的轴向作切削运动，这样得到齿轮的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作为刀具的齿廓，则包络线必为渐开线由于实际加工时看不到刀刃在各个位置形成的过程，故通过齿轮范成仪来实现轮坯与刀具间的传动过程，并用铅笔将刀具刀刃的各个位置描绘在图纸上，这时我们就能清楚地观察

4、到齿轮范成的过程。 本实验所用的刀具是齿条刀具：一种刀具：齿廓角，模数m=20毫米，齿顶高系数, 径向间 隙系数=0.25，被加工齿轮的齿数z =11。一种刀具：齿廓角, 模数m15毫米，齿顶高系数，径向间隙系 数=0.25，被加工齿轮的齿数z =10。范成仪的构造如图2-1所示：圆盘1绕其固定轴心O转动。在圆盘下面的盘缘刻有凹槽，槽内绕有钢丝2，钢丝绕在管内以后，其中心线所形成的圆应等于被加工齿轮的分度圆。钢丝的一端固定在横滑板3上的a处，另一端固定在b处。横滑板可以在机架上沿水平方向移动，通过钢丝的作用使圆盘相对与横滑板作无滑动的滚动，保证了固定角速比传动，即r。刀具5是由螺钉6固定在横滑

5、板3上，放松螺钉可使刀具相对于横滑板上下移动，从而可调节刀具中线至轮坯中心的距离。绘制齿轮时应先将刀具推到左方的极限位置，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，认真描出刀具在各个位置上的齿形，直到描出2一3个完整的齿形为止 。 图21 齿轮范成仪示意图 四、实验步骤 要求绘制一个标准齿轮（x0）和一个变位齿轮（） 1、绘制标准渐开线齿轮（x0） （1） 计算出齿轮分度圆直径d，基圆直径，齿顶高，齿顶圆直径和分度圆齿厚s，并填入表2-1中；表2一1序号名

6、 称公式及计算数据1分度圆直径2基圆直径3齿 顶 高4齿顶圆直径5分度圆直径 （2)将图纸装在圆盘上面，并在其上面画出齿轮的分度圆，基圆和齿顶圆； （3)调整齿条刀具，使齿条刀具的中线与被切的齿轮的分度圆相切，而后描绘出2-3个完整的齿形； (4)测量分度圆齿厚s及齿槽宽e,并与计算结果加以比较。 2.绘制变位齿轮（x0） （1）算出变位系数和变位量，并填入下表中，的选择应使齿轮没有根切现象； 即： (2)计算出齿轮的分度圆直径d，基圆直径，齿顶高，齿顶圆直径和分度圆齿厚s，并填入下表2-2中； 表2-2序 号名 称公式及计算数值1变位系数2齿条刀具变位量3分度圆直径=4基圆直径5齿顶高6齿顶

7、圆直径7分度圆齿厚 （3）将图纸装在圆盘上，并将d、绘在图纸上： （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个完整的齿形；五、实验报告内容 1.实验目的： 2.实验设备及切削刀具的主要参数：m、a、； 3.被加工齿轮的齿数及主要几何尺寸d、s（分标准渐开线齿轮和变位渐开线齿轮两种情况）； 4.实验结果分析： （I)比较标准齿轮和变位齿轮的齿形有什么不同并分析其原因，哪些尺寸发生变化并分析其原因？(2）试分析决定齿廓形状的参数有哪些？实验三、 机构组合创新实验1杆组的概念由于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，因此机

8、构均由机架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运动副联接而成，将从动件系统拆成若干个不同不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组，简称杆组。根据杆组的定义组成平面机构杆组的条件是：，其中构件数，低副、高副都必须是整数。当=0，称为低副杆，称为级组 2机构的组成原理： 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连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。三、实验台机械结构 1.组合机架组合机架时该实验台的主体，每套实验台配有4台机架。该机架主要由两大部分组成。底座部分：主要起支承支架，安装电机板和电机，与支架组装整体。电机可在底座上作左、右、前、后调整移动。支架部分：在底座上，立式：

9、垂直装有两根圆不锈钢立柱，其底部装有可调整螺钉，可将其支架承受的力传递到实验台上，减少架体的受力变形。在内支架体上采用铝滑块接头将4根移动走条板，水平方向与架体相联，其走条板可上、下、左、右灵活移动，满足实验装置时任意调整的需要。在直条时根据不同实验方案，又安装若干滑动块，且滑动块可随走条上、下移动，也可独立的在走条上作左右移动。满足实验任意间距调整的需要，整个机架装拆方便，使用灵活，调整范围大。2轴类零件提供了各种77个零件，主要供实验时安装各种回转体零件及辅助作用。3连杆共有五种20个零件。4齿轮齿条类零件主要有正齿轮五种，锥齿轮一种，齿条一种23个零件，内齿轮一种，正齿轮模数相同（），齿

10、数分别为20、32、40、50、60，可提供49种传动比，齿轮上加工分布有通孔，可与相关的接头体配合与连杆相联接，使齿轮作曲柄用。与齿轮模数相等的齿条，可通过连接件与齿轮配合使用，形成齿轮齿条机构。锥齿轮，主要为典型的空间传动组成有关机构时实现运动的传递，改变运动的传递方向，同时有一内齿轮，及有关特殊杆件，可组装内外行星齿轮传动。 5特殊配置凸轮：内外偏心圆盘凸轮（偏心距）、移动凸轮及圆柱凸轮，并配有各种不同的凸轮从动件。槽轮及拨盘组件一套，棘轮及组件一套，蜗轮蜗杆一套，链轮链条一套。内齿轮一个（），行星轮2个（），不完全齿轮一对四 、实验前的准备工作 1要求预习本实验，掌握实验原理，初步了解

11、本实验机构的使用方法及注意事项。 2选择设计题目，初步拟定机构系统运动方案，正确地拆分杆组。 3每组要相互配合协调，注意拼装过程中的安全，及工具的正确使用方法。五、实验方法与步骤 1正确拆分杆组（该部分在课前预习中完成）具有三个步骤：先去掉机构中的局部自由度和虚约束；计算机构的自由度，确定原动件；从远离原动件的一端开始拆分杆组，每次拆分时，要求先试着拆分极组时，没有级组时，再拆分级组等高一级组，最后剩下原动件和机架。拆组是否正确的判定方法是：拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必须是一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件，不能有不成组的零散构件或运动副存在；全部杆组拆完后，只应当剩下与机架相联

12、的原动件。2正确拼装杆组及其机构 将机构创新模型中的杆组，根据给定的运动学尺寸，在平板上试拼机构。拼装时，首先要分层，一方面是为了使各构件的运动在相互平行的平面内进行，另一方面是为了避免各构件间的运动发生干涉，因此，这一点是至关重要。试拼之后，从最里层装起，依次将各杆组联接到机架上去。杆组内和构件之间的联接已由机构创新模型提供。3实验注意事项在熟悉掌握了上述有关内容后，实验即可进行。在机架上先按层次从里到外，分层拼装，拼装完成后，再检查各层次是否在同一平面，有无干涉现象发生，并摇动机架上手轮试转动灵活否，经过实验老师检查后，才能拼装上电机实现电动。实验结束后，按步骤分层次拆除零件，并在擦拭干净

13、后涂上防锈油，归放原处妥善保管。可根据提供机构组装方案，可供实验时选择方案，也可根据自己设计的方案进行拼装。六、实验报告1对系统进行评价和分析，画出机构简图。2系统由几部分组成？执行构件的运动特点如何？3系统可应用在哪些机械系统中，有何优缺点？部分结构可参考附图实验四、机构传动系统设计、拼装及运动分析实验机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一个环节，其中了解常用传动机构，合理设计传动系统是一个认识和创新的过程。为了实现执行机构工作的需求（运动、动力），我们必须利用不同机构的组合系统来完成。因此对于常用机构，如连杆机构，齿轮传动机构，间歇运动机构，带、链传动机构的结构及运动特点应有充分的了解

14、，在此基础上，我们可以利用它们所在组合成我们需要的传动系统。执行机构常见的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动，传动系统方案的设计将以此为目标。执行机构的运动不仅仅有运动形式的要求，而且有运动学和动力学的要求。因此我们必须对设计好的传动系统中的重要运动构件进行运动学和动力学分析（速度、加速度分析），使执行构件满足运动要求（如工作行程与回程的速度要求，惯性力要求，工作行程要求等）。任何传动机构系统都有其特点，适应于不同的工作要求和安装位置，我们应该学会在设计和拼装中进行系统分析和评估。该实验台可拼装齿轮-杆组合机构、凸轮组合机构、不完全轮组合机构、槽轮组合机构，齿轮-齿条组合机构、链-齿轮组合

15、机构及棘轮组合机构等。三、实验台机械结构该实验台主要由底座(安装平台)、平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构（槽轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构等）、齿轮传动机构、带(链)传动等机构组成，以及动驱动组成。 特别注意:在拧紧螺钉的过程中应均匀旋紧切忌单边拧紧,否则会损坏传感器。1.底座(安装平台)的组成: 图1安装平台的组成1、走条 2、左垂直支撑 3、横梁组件 4、内六角圆柱头螺钉M8X35 5、右垂直支撑 6、支承角钢 7、直流电机 8、电机带轮 9、走条螺母 10、底板左、右垂直支撑(2、5)有四条垂直于底板(10)且相互平行的直槽用于固定横梁组件(3)。横梁组件(3)可在水平、垂直方向根据安

16、装需要有级调整。走条(1)可在X、Y方向调整安装位置。在直流电机(7)装有电机带轮(8)并用螺栓通过走条螺母(9)固定在走条(1)，可沿走条(1)上的直槽方向调整。横梁组件由横梁(1)、支承套(2)以及六角头螺栓M6X40(3)等组成。横梁(1)两端各有1个M8的螺孔用于与左、右垂直支撑固定用, 横梁(1)中有一横槽用于安装构件的横梁固定套或基座等。左端的方槽用于安装滑块。两端的圆孔用于横梁固定套通过用。 图2 横梁组件1、 横梁 2、支承套 3、六角头螺栓M6X40 2.回转付的结构:图3 回转付 图4回转付1、 杆 2、大平垫8 3、回转销轴 1、回转轴 2、嵌件锁紧螺母M8 3、平垫84

17、、杆 5、嵌件锁紧螺母M8 4、横梁固定套 5、小圆螺母M24×1.5 6、键5 7、轴端挡圈 8、沉头螺钉M5×10 图5回转付 图6 回转付1、 曲柄 2、导杆销轴 3、导杆销套 1、大平垫8 2、滑块轴 3、线位移连接块4、大平垫8 5. 嵌件锁紧螺母M8 4、嵌件锁紧螺母M8 5、滑块回转付(图3)：由杆、的套与回转销轴(3)组成，两个嵌件锁紧螺母M8(5)用于控制轴向间隙。用于连杆与导杆、连杆与摇杆之间的连接。回转付(图4)：主要由横梁固定套(4)的内套与回转轴(1)构成。横梁固定套(4)上的槽可在图二所示的横梁组件的槽中根据需要移动并可用小圆螺母M24×

18、;1.5(5)固定。回转轴(1)的左端可通过连接套与光栅角位移相连另一端通过键(6)与回转件相连。嵌件锁紧螺母M8(2) 用于控制轴向间隙。用于回转件的运动与安装。回转付(图5)：主要由导杆销套(3)、固定在曲柄(1)的导杆销轴(2)等组成。用于导杆的连接，导杆销套(3)既可在导杆销轴(2)转动又可在导杆槽内滑动。嵌件锁紧螺母M8(5) 用于调整导杆销套(3)在导杆销轴(2)上的轴向间隙。回转付(图六)：主要由铰接在滑块(5)孔内的滑块轴(2)(详见图二十二b)、嵌件锁紧螺母M8(4)等组成。滑块(5)可在图二所示的横梁组件的槽内滑动。嵌件锁紧螺母M8(4) 用于调整滑块(5)在滑块轴(2)上

19、的轴向间隙。线位移连接块(3)用于连接直线位移传感器。3.传感器的安装方法：（1）光栅角位移传感器的安装方法：(见图7) 用于测量回转件或者摆动件的角位移。将光栅角位移传感器(1)的止口套在角位移传感器座(3)上并用十字槽盘头螺钉M3X12固定。根据被检测件的位置调整图二所示的横梁组件的相对位置，通过连接块(4)用六角头螺栓M8X30固定在横梁组件上。弹性连接套(5)分别为L=53、60、73三种规格，根据传感器与被检测件间的轴向距离选定后用螺丝刀将卡箍(6)拧紧。图7光栅角位移传感器的安装1、光栅角位移传感器 2、六角头螺栓M8X30 3、角位移传感器座 4、连接块5、弹性连接套 6、卡箍（

20、2）直线位移传感器的安装方法：(见图8)将固定块(5)、连接座(3)用内六角圆柱头螺钉M4X25固定在横梁部件上。在允许的范围内L尽可能的大以增加传感器的稳定性。将直线位移传感器(1)放入连接座(3)的凹弧内并将连接块(2) 内六角圆柱头螺钉M4X30(4)拧紧。图8 直线位移传感器的安装1、直线位移传感器 2、连接块 3、连接座 4、内六角圆柱头螺钉M4X305、固定块 6、内六角圆柱头螺钉M4X25本实验台电机转速控制系统有两种方式：手动控制：通过调节控制箱上的两个调速按钮调节电机转速。软件控制：在实验软件中根据实验需要来调节。4软件说明软件操作说明如下：点击可执行文件就会进入主界面。实验

21、五、刚性转子动平衡设计与实验一、实验目的 1掌握刚性转子动平衡设计的原理和方法： 2.掌握在动平衡机上对刚性转子进行动平衡的原理和方法二、实验预习内容 1预习与动平衡相关的知识；掌握动平衡设计的原理和方法；了解动平衡机的结构、工作原理和使用方法；了解动平衡实验的原理和方法。 2动平衡设计 （1)动平衡设计原理 在转子的设计阶段，尤其在设计高速转子及精密转子结构时，必须进行平衡计算，以检查惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡则需要在结构上采取措施，以消除不平衡惯性力的影响，这一过程称为转子的平衡设计。转子的平衡设计分为静平衡设计和动平衡设计，静平衡设计指对于径宽比的盘状转子，近似认为其不平衡质量分

22、布在同一回转平面内，忽略惯性力矩的影响：动平衡设计指径宽比D/b5的转子（如多缸发动机的曲轴、汽轮机转子等），其特点是轴向宽度较大，偏心质量可能分布在几个不同的回转平面内，因此不能忽略惯性力矩的影响。此时，即使不平衡质量的惯性力达倒平衡，惯性力矩仍会使转子处于不平衡状态。由于这种不平衡只有在转子运动的情况下才能显示出来，因此称为动不平衡。为了避免动不平衡现象，在转子设计阶段，根据转子功能要求设计了转子后，需要确定出各个不同回转平面内偏心质量的大小和位置，然后运用理论力学中平行力合成与分解的原理将每一个离心惯性力分解为分别作用于选定的两平衡基面内的一对平行力，并在每个平衡基面内按平面汇交力系求解

23、，从而得出两个平衡基面分别所需的平衡配重的质径积大小和位置，然后在转子设计图纸上加上这些平衡质量，使设计出来的转子在理论上达到平衡。 (2）动平衡对象 图1所示是一种组合式刚性转子，转子轴1上安装了5, 6, 9, 10四个偏心圆盘。由于偏心圆盘的质心不在转子轴线上，从而使转子产生动不平衡，所以需要对其进行动平衡设计图中的偏心圆盘基本形状如图3-2所示，共有12种。每个圆盘的区别在于其孔上键槽位置不同，图2中1-12分别为键槽对称线所在的位置，且圆盘与此对应为1-12号。本实验中有六种组合方案，如表3-1所示。平衡转子的配重块是由如图3-3所示的圆环周向分度切制而成（楔形块），各有不同的质量转子材料为 Q235,密度为7.85 x 10kg表1