平面机构运动简图的测绘和分析

平面机构运动简图的测绘和分析一．目的1．初步掌握实际机构或机构模型的机构运动简图的测绘方法；2．应用机构自由度计算方法及机构运动条件分析平面机构运动的确定性。二．设备和工具1．各种机构实物或模型；2．钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器等；3．铅笔、橡皮、草稿纸（自备）。三．原理从运动学的观点看，机构运动特性与原动件的运动规律、构件的数目、运动副的数目、种类、相对位置有关。因此，可以撇开构件的实际外形和运动副的具体结构，而用简单的线条和规定的符号（见教材）代表构件和运动副。并按比例定出各运动副的相对位置，绘制出机构运动简图，以此来说明实际机构的运动特性。四．步骤2．确定构件数目。将被测的机构或机构摸型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动传递的路线仔细观察机构运动。分清机构中哪些构件是活动构件、哪些是固定构件，从而确定机构中的原动件、从动件、机架及其数目。3．判定各运动副的类型和数目。仔细观察各构件间的接触情况及相对运动的特点，判定各运动副是低副还是高副，并准确数出其数目。4．绘制机构示意图。选定最能清楚地表达各构件相互运动关系的面为视图平面，选定原动件的位置，按构件联接的顺序，用简单的线条和规定的符号在草稿纸上徒手绘出机构示意图，然后在各构件旁标注数字1、2、3、 ，在各运动副旁标注字母A、B、C、 。并确定机构类型。5．绘制机构运动简图。仔细测量与机构运动有关的尺寸(如转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等)，按选定的比例尺u口।।绘出机构运动简图。二构件实际尺寸(m)/构件图示尺寸(mm)6．分析机构运动的确定性。计算机构的自由度数，并将结果与实际机构的原动件数相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。五．思考题1．一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？2．绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定？会不会影响运动简图的正确性？3．机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？六．实验报告实验名称日期班级2F=3n-2PL-PH=3某（）-2某0-（）=原动件数：运动是否确定：32．思考题解答4实验二一.目的渐开线齿廓的范成1．掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理；2．通过用齿条刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及避免根切的方法；3．分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二.设备和工具1．渐开线齿廓范成仪，图1所示；2.4258圆绘图纸一张、圆规、三角板、剪刀、铅笔、橡皮、计算器等（自备）。图11.图纸托盘；2.滑架；3.机架；4.齿条刀具；5.调节螺钉；6.定位螺钉；7.刀架；8.锁紧螺钉；9.压环三.原理范成法（又称包络法或称展成法）的基本原理是一对齿轮或一个齿轮与齿条啮合时，一个齿轮的齿廓是另一个齿轮齿廓的包络线。因此，若将其中一个齿轮或齿条制成刀具，使刀具与轮坯的运动关系与一对齿轮（或齿轮与齿条）啮合一样（由齿轮加工机床保证），并加上必要的切削运动与进给运动，就可以在轮坯上连续切出所有的轮齿。当齿条刀具中线与轮坯分度圆相切（即刀具调节到刻度“0”位置）时，便能切制出标准齿轮。5当齿条刀具离开轮坯中心移动时，切制出正变位齿轮。当齿条刀具靠近轮坯中心移动时，切制出负变位齿轮。四．步骤.测量图纸托盘直径（即为轮坯分度圆直径d）。.在齿条刀具上量取齿距p（相邻两齿同侧齿廓对应点之间的距离）。3.计算模数m和齿数zm=p/n（取标准模数）；z=d/m（取整数）4.在纸坯上画出四个圆：分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db（其公式参见教科书）。5．将纸坯装在范成仪上，调整刀具对准刻度上的“0”位置，范成标准齿轮12个齿（如图2所示），注意观察有否根切。图26.为避免根切，范成正变位齿轮。1）计算变位量minm,其中min二zminz。zmin2）计算并在轮坯上画出分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db（公式参见教科书或实验报告），其中分度圆d、基圆db与标准齿轮相同。3）将纸坯装在范成仪上，移动刀具离开轮坯中心，移动量（变位量）minm。4）范成正变位齿轮12个齿（如图3），注意观察此时有否根切。6图3五．思考题1．用齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮时，刀具相对轮坯的位置及运动有何不同？2．用同一把齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮时，定性比较下述几何参数和尺寸的变化：m、、da、d、df、db、、e和p3．根切现象是如何产生的？避免根切可采取哪些措施？六．实验报告实验名称班级姓名学号某日期成绩某1．齿条刀具的基本参数m=，，ha1，c2．被加工齿轮基本参数m=，d=，z=.实验结果比较项目分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df基圆直径db齿距p分度圆齿厚分度圆齿槽宽e变位系数min标准齿轮（mm）正变位齿轮（mm）7七．思考题解答实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定一．目的1．掌握用游标卡尺测定正常齿制渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。培养学生解决这一生产实际问题的动手能力。2．巩固齿轮各部分尺寸的计算公式及有关参数之间的关系。二．设备和工具1．待测齿轮两个：齿数为奇数和偶数的齿轮各一个。2．量具：游标卡尺。..计算器和笔(自备)。三.原理1.测定模数m如图1所示，当卡脚在被测齿轮上跨k个齿时，其公法线长度为Wk=(k-1)Pb+Sb，同理，若跨K+1个齿时，其公法线长度应为Wk+1=kPb+Sb则WK+1-Wk=Pb又因Pb二mco，若=20，故m=.附表：标准直齿圆柱齿轮的跨齿数k及公法线长度W’(m=1mm,=20)。PbWWk=k1coco图192．测定变位系数某与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了变化，两者之差就是公法线长度的增量，它等于2某min设Wk为被测齿轮跨k个齿的公法线长度，W'k为同样m、z和的标准齿轮。跨k个齿的公法线长度（查附表或教科书），则WkW'k=2某min即某=四．步骤WkWk2min图2图3.按附表（或教科书）查取跨齿数k,测量公法线长度：Wk、Wk+1（各量三次，取平均值）。.确定模数m并取标准值：m=Wk1Wk（=20）co10.计算变位系数某（Wk为平均值，W'k为标准值）：某=6．判断是否为变位齿轮当某0时，为正变位齿轮；当某0时，为负变位齿轮；当某=0时，为标准齿轮。因为考虑测量值的误差，故某01时定为是变位齿轮，否着为标准齿轮。五．思考题1．测量公法线长度时，把卡尺的量足放在渐开线齿廓的不同位置上，对所测得的公法线长度有无影响？为什么？2．齿轮的哪些误差会影响本实验的测量精度？3．两个齿轮的参数测定后，怎样判断它们能否正确啮合？如能，又怎样判断它们的传动类型？六．实验报告Pb=coPb=coWkWk=2min某=琳女琳卜=2小M11七．思考题解答12实验四机构的结构及特性分析一．目的1．通过分析机器的组成，掌握机构在机器中的功用及相互之间的运动配合。2．掌握从实际机器结构中测绘机构运动简图的技能。3．加深理解常用机构的特性和应用，初步培养对机器进行机构综合分析的能力。二．设备和工具1．牛头刨床、缝纫机；2．钢板尺、游标卡尺、内卡钳、外卡钳等；3．铅笔、橡皮、草稿纸等（自备）。三．任务1．分析组成牛头刨床、缝纫机中各机构的功用及运动特性。2．测量牛头刨床、缝纫机中指定的机构，并按一定比例尺绘出机构运动简图。3．分析并写出指定机器的传动路线。四．步骤1．开动机器，从原动件开始，仔细分析机器中各机构的运动状况，并判断各机构的类型及功用。2．用量具测量教师指定的几个机构的构件尺寸，并按比例绘制机构运动简图。并计算机构的自由度，判定其运动的确定性。3．写出机器的传动路线。4．对牛头刨床中的机构进行结构和运动特性分析。1）导杆机构（1）根据机架长度、曲柄长度及滑枕导路中心至曲柄中心的距离计算滑枕的最大行程。（2）根据几何尺寸计算行程数比系数，并与实测值比较，判定其运动特性。2）棘轮机构和螺旋机构（1）根据摇杆摆角计算棘轮的最大转角。（2）计算滑枕往复一次时工作台横向进给量。五．思考题131．根据所了解的机器，总结出组成机器的三个基本部分及其相互关系。2．为什么用导杆机构作为牛头刨床实现切削运动的机构？还可以采用什么机构？3．通过分析机器，总结一下机器中最常用机构和零件有哪些？六．实验报告实验名称班级1．机构及其在机器中的功用1）组成牛头刨床的各机构编号ABCDEF2）组成缝纫机的各机构编号机构名称GHRJKL1415五．实验报告实验名称班级2．编制减速器零件明细表序号零件名称规格1234567891011121314151621姓名学号日期成绩1．绘制轴系示意图（徒手，大致按比例）数量材料备注3.测定结果项目中心距a（mm）齿数Z传动比i12齿顶圆直径da（mm）齿宽b（mm）齿轮的基本参数轴承型号润滑方式i12二数据Z1=Z2=dal=da2=bl=b2二m（mn）=二轴：轴：齿轮：轴承：模数m及螺旋角的计算：4.装配要求数据项目测量值（mm）GB要求值（mm）同J隙大小jn轴承轴向间隙（主动轴或从动轴）22是否符GB要求六.思考题解答23实验七机械零件的结构及原理分析一、实验目的1、掌握各种通用机械零件的分类及其结构；2、结合实例加深理解通用机械零件的基本类型、工作原理及其应用；3、了解通用机械零件的正确使用和维护。二、实验设备1、机械设计陈列柜；2、各种通用机械零件实物。三、实验内容1、联接：键联接、花键联接、销联接、螺纹联接的类型、螺纹紧固件、螺纹联接的预紧和防松。2、带传动和链传动：带传动和链传动的类型、带的张紧装置和初拉力的控制。3、齿冷传动：齿轮传动及失效形式、齿轮与蜗杆结构。4、轴：轴的类型及轴上零件的应用、轴的典型结构及轴上零件的固定方法。5、轴承：滑动轴承和滚动轴承的类型、典型滚动轴承的组合设计、轴承的润滑与密封。6、联轴器和离合器：固定刚式联轴器、可移式刚式联轴器、弹性联轴器、安全联轴器、牙嵌式离合器、摩擦式离合器。7、弹簧：弹簧的类型及结构、弹簧的变形。8、机座及箱体：轴承座孔、支撑肋板或凸壁式箱体、轴承座凸台、凸缘的厚度。24四、实验报告实验名称：各类通用机械零件的观察班级姓名实验日期一、哪些是可拆联接、哪些是不可拆联接，各有什么特点？二、带传动正常运行的条件是什么？三、齿轮的失效形式有几种？各常发生在哪种场合？25四、轴的结构设计应满足哪些基本条件？26实验八常用的机构观察与运动分析一、实验目的4、掌握平面运动副的分类及其表示方法；5、结合实例加深理解平面连杆机构的基本类型、判别及其演化；6、熟悉凸轮机构的分类、间歇机构的工作原理、螺旋机构的结构特点；7、熟悉齿轮传动机构的类型及其特点。二、实验设备及工具3、机械原理陈列柜；4、各种机构实物模型。三、实验内容1、平面运动副类型及其常用符号(1)转动副，如图1所示。时图1转动副(2)移动副，如图2所示。图2移动副(3)高副，如图3所示。(a)全为活动构件时(b)构件1为机架(a)全为活动构件时(b)构件1为机架时(a)全为活动构件时（b）构件1为机架时27图3高副2、平面连杆机构的基本类型1）全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图4所示。铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构（如图4a、6）、双曲柄机构（如图4。）和双摇杆机构（如图4d）。abcd图4变更机架后机构的演化2）将4个构件以转动副和移动副连接成的平面四杆机构为移副四杆机构。单移副四杆机构有以下四种类型：滑快机构、导杆机构、摇块机构和定块机构（如图5所示）。3、凸轮机构的组成及应用凸轮机构应用广泛，类型很多，通常按如下方法分类：1）按凸轮的形状分为：（1）盘形凸轮；（2）移动凸轮；（3）圆柱凸轮。图c）5曲柄滑块机构向导杆机构的演化a）曲柄滑块机构b）导杆机构摇块机构d）定块机构28图6内燃机气门机构图图7移动凸轮图8自动车床进刀机构中的凸轮2）按从动件末端形状分为：（1）尖顶从动件如图9a、d所示；（2）滚子从动件如图9b、e所示;（3）平底从动件如图9c、f所示。abcdef图9从动件末端形状4、间歇机构的工作原理常见的间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构等。1）棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架组成（如图10所示）。图10棘轮机构图11槽轮机构2）槽轮机构主要由带圆销的主动拨盘，带径向槽的从动槽轮和机架组成（如图11所29示）。5、螺旋机构螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成（如图12所示）。图12螺旋机构6、齿轮机构齿轮机构由主动齿轮、从动齿轮和机架组成。图13齿轮机构的主要类型齿轮传动的类型很多，按照两齿轮的轴线位置、齿向和啮合情况的不同，齿轮传动可以分类如下：外啮合（图a）直齿传动内啮合（图b）30齿轮齿条（图c）两轴平行一一圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动（图d）人字齿轮传动（图e）齿轮传动直齿锥齿轮传动（图f）两轴相交的齿轮传动（圆锥齿轮传动）曲齿锥齿轮传动（图g）两轴不平行斜齿交错齿轮传动（图h）两轴交错的齿轮传动蜗杆蜗轮传动（图i）四、实验报告实验名称：常用的机构观察与运动分析班级姓名实验日期一、吊扇的扇叶与吊架、书桌的桌身与抽斗、机车直线运动时的车轮与路轨，各组成哪一类运动副？并分别用运动副符号表示。二、试列举出在实验中观察到的三个平面四杆机构实例名称和功用、并用机31构运动简图表示。三、试说明凸轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、齿轮机构的结构特点和功能。五、思考题：1、两构件组成的转动副、移动副和高副时，各限制了哪些运动，保留了哪些运动？322、铰链四杆机构有哪几种类型？怎样判别？各类型功能有什么区别？3、单移副四杆机构有几种类型？怎样判别？各类型功能有什么区别？4、解释机构中的下列名词：（1）曲柄、（2）摇杆、（3）滑块、（4）导杆。8、比较连杆机构和凸轮机构的优缺点。9、从结构和可靠性两方面，比较力锁合和几何锁合凸轮机构。10、11、12、食品罐头的螺旋盖为什么采用多线、小螺距的螺纹？棘轮机构和槽轮机构如何从结构上实现间歇运动？两轴平行、两轴相交、两轴交错间的传动各可采用哪些齿轮传动？33实验九机构运动方案创新设计一、概述机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况。二、实验目的掌握机构创新模型的使用方法及实验原理。（1）训练学生的工程实践动手能力，培养学生创新意识及综合设计的能力。（2）加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。三、实验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，这是机构的组成原理，也是本实验的基本原理。杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组。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，组成平面机构杆级的条件是：F=3n—2PL-PH=0。其中构件数n，高副数PL和低副数PH都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。最简单的杆组为n=2,PL=3,称为口级组，由于杆组中转动副和移动副的配置不同，11级杆组共有五种形式如图2-22所示。III级杆组形式较多，其中n=4,PL=6，图2-23所示为机构创新模型已有的几种常见的III级杆组。2．正确拆分杆组正确拆分杆组的三个步骤：（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。34（3）从远离原动件的一端（即执行构件）先试拆分II级杆组，若拆不出II级组时，再试拆III极杆组，即由最低级别杆组向高一级杆组依次拆分，最后剩下原动件和机架。正确拆组的判定标准是：拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必须仍为一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件，不许有不成组的零散构件或运动副存在，否则这个杆组拆得不对。每当拆出一个杆组后，再对剩余机构拆杆组，并按第（3）步骤进行，直到全部杆组拆完，只应剩下与机架相联的原动件为止。如图2-24所示机构，先除去K处的局部自由度，高副低带，然后，按步骤（2）计算机构的自由度：F=1,并确定凸轮为原动件：最后根据步骤（3）的要领，先拆分出由构件4和5组成的II级杆组，再拆分出由构件6和7及构件3和2,构件8和10组成的三个II级杆组，最后剩下原动件1和机架9。3．正确拼装杆组根据拟定的机构运动学尺寸，利用机构运动创新方案实验台提供的零件按机构运动传递顺序进行拼接。拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，并且使各构件的运动在相互平行的平面内进行，其目的是避免各运动构件发生干涉。然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，所拼接的构件以原动构件起始，依运动传递顺序将各杆组由里（参考面）向外进行拼接。四、实验设备及功用机构运动方案创新设计实验台设备包括机架及其组件，分别详述如下。1．机架实验台机架如图右所示机架中有5根铅垂立柱，它们可沿乂方向移动。移动时请用双手推动、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态。立柱移动到预定的位置后，用螺栓将立柱上、下两端锁紧（某安全注意事项：不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下，在移动立柱前只需将螺栓拧松即可）。立柱上的滑块可沿丫方向移动。将滑块移动到预定的位置后，用螺栓将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在某、丫平面内确定一个固定点，这样活动构件相对机将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在某、丫平面内确定一个固定点，这样活动构件相对机架的连接位置就确定了。352．其他组件(1)凸轮和高副锁紧弹簧凸轮基圆半径为18mm,从动推杆的行程为30mm。从动件为正弦加速度运动规律；凸轮与从动件的高副形成是依靠弹簧力的锁合，各4件。(2)齿轮模数2，压力角20°，齿数分别为34和42，两齿轮中心距为76mm。各4件。(3)齿条模数2,压力角20°，单根齿条全长为422mm，为4件。(4)槽轮拨盘两个主动销，为4件。(5)槽轮四槽，为1件。(6)主动轴动力输入用轴，轴上有平键槽。L为5mm、20mm、35mm、50mm各4件，L为65mm，为2件。(7)转动副轴(或滑动)主要用于跨层面(即非相邻平面)的转动副或动副的形成。L为5mm、30mm分别为6件、4件、3件。(8)扁头轴又称从动轴,轴上无键槽,主要起支撑及传递运动的作用。L为5mm、20mm、35mm、50mm、65mm，分别为16件、12件、12件、10件和8件。(9)主动滑块插件与主动滑块座固联，可组成做直线运动的主动滑块。L为40mm、55mm，各一件。(10)主动滑块座与直线电机齿条固连形成主动件，且随直线电机齿条作往复直线运动，为1件。(11)连杆(或滑块异向杆)其长槽与滑块形成移动副，其圆孔与轴形成转动副。L为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm，各8件。（12）压紧连杆用特制垫片将连杆固定在主动轴或固定轴上时用。S6.5为16件。（13）转动副轴（或滑块）与固定转轴块配用时间可在连杆长槽的某一选定位置形成转动副或做滑块。L为5mm、20mm,各8件。（14）转动副轴（或滑块）用于两构件形成转动副或作滑块用，为16件。（15）带垫片螺栓转动副轴与连杆之间构成转动副或移动副时用带垫片螺栓连接，用于加长转动副轴或固定轴的轴长，规格M6,为48件。（16）压紧螺栓转动副轴或固定轴与连杆形成同一构件时用该压紧螺栓连接，规格M6，为48件。（17）运动构件层面限位套用于不同构件运动平面之间的距离限定，避免发生运动构件间的运输干涉。L为5mm、15mm、30mm、45mm、60mm，分别3635件、40件、20件、20件、10件。（18）带轮大孔轴，用于旋转电机，为3件。（19）主动轴带轮小孔轴，用于主动轴，为3件。（20）盘杆转动轴盘类零件或与其他构件（如连杆）构成转动副时用。L为20mm、35mm、45mm，分别为6件、6件、4件。（21）固定转轴块用螺栓将固定转轴块锁紧在连杆长槽上，构件可与该连杆在选定位置形成转动副，为8件。（22）加长连杆和固定凸轮弹簧用螺栓、螺母用于两杆加长时锁紧的连接件，固定弹簧，M10，各为18件。（23）曲柄双连杆部件偏心轮与活动圆环形成转动副，且已制作成一组合件，为4件。（24）齿条导向板将齿条夹紧在两块齿条导向板之间，可保证齿轮与齿条的正常啮合，为8件。（25）转动副轴（或滑块）轴的扁头主要用于两构件形成转动副；轴的圆头主要用于两构件形成移动副，或做滑块时用，为16件。（26）安装电机座行程开关座用内六角螺栓、平垫标准件M8某25,88,各32件。（27）内六角螺钉标准件M6某15,为2件，用于将主动滑块固定在直线电机齿条上。（28）内六角紧定螺钉标准件M6某6,为18件。（29）滑块已与机架相连支撑轴,并在机架平面内沿铅垂方向上下移动,为64件。（30）压紧立柱特制平垫已与机架相连,用于固定立柱。89,为40件。（31）固定立柱上滑块用特制螺母已与机架相连，M6,为64件。（32）固定电机用特制螺母卡在机架的长槽内,可轻松柠紧螺栓固定电机座,为18件。（33）行程开关支座2件，并配内六角头螺栓平垫，M5某15,85,各4件。用于行程开关与其座的连接,行程开关的安装高度可在长孔内进行调节。(34)平垫片使轴相对机架不转动时用，817,为20件。(35)防脱螺母防止轴从机架上脱出，M12,为76件。