机械基础实验A实验指导书

机械基础实验常熟理工学院机械工程学院机械设计教研室2012.2.实验一平面机构运动简图的测绘一．目的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；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．设备和工具各种机构实物或模型；钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器等；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．步骤了解被测机构或机构模型，并记录其编号。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。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。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。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μι绘出机构运动简图。μι=构件实际尺寸(m)/构件图示尺寸(mm)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．思考题一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？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？机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？.实验二转子的动平衡实验一、概述机械运转时，除回转轴线通过质心并作等速转动的构件外，其余构件都将产生惯性力。不平衡的惯性力将在运动副中引起附加的动压力，从而增加运动副的磨损、影响构件的强度，并降低机械的效率。为了消除或减少机械系统中的构件所产生的惯性力，提高机械的工作性能，需要研究机械平衡问题。机械的平衡有静平衡与动平衡两种情况。一种是转子的平衡，一种是机构的平衡。在这里我们主要研究转子的平衡。转子的径向尺寸D与轴向尺寸b的比值称为径宽比。对于径宽比D/b≥5的刚性转子，由于其轴向尺寸较小，故可近似地认为其质量分布于同一回转平面内。若转子的质心不在其回转轴线上，则当转子转动时，偏心质量便会产生离心惯力，从而在运动副中引起附加的动压力。这种不平衡现象在转子静态时即可表现出来，故称为静不平衡。经过静平衡的转子仅消除了惯性力的影响，不一定能够满足动平衡的条件，在机械设计时常需要考虑这一问题。对于径宽比D/b＜5的刚性转子，由于其轴向尺寸较大，其质量则应分布于若干个不同的回转平面内。即使转子的质心位于其回转轴线上，但由于各偏心质量所产生的离心惯力不在同一回转平面内，所形成的惯性力矩仍将使转子处于不平衡状态。这种不平衡现象在转子运动时方能表现出来，故称为动不平衡。D/b<5的刚性转子的动平衡实验要在动平衡机（实验台）上进行。转子的不平衡而产生的离心惯性力和惯性力偶矩，将使转子的支承产生强迫振动，转子支承处振动的强度反映了转子的不平衡情况，因此，动平衡是离心惯性力和惯性力偶矩的平衡。各类动平衡机的工作原理都是通过测量转子支承处的振动强度和相位来测定转子的不平衡量的大小和方位的。由于可在两个选定的平面上加重或减重进行动平衡，所以测量弹性支承处的振动就可以知道两平面的平衡结果。二、DYS-B动平衡原理实验台的实验目的作定轴转动的转子，如果回转轴线与其中心主惯性轴线不重合时，转子上各点所产生的惯性力可以合成为通过质心的惯性主矢和惯性主矩。这些力将使转动转子的轴承处产生动压力，加剧了轴承的磨损，降低了轴承的使用寿命，同时也加剧了机械振动并引起噪声。当转动的角频率接近系统的固有频率时还会引起机械系统的共振，导致机械系统的损坏。离心惯性力的计算公式：当转子的角速度为定值时，由质径积决定离心惯性力的大小和方位。在平衡技术中，常称之为不平衡量。当不平衡量一定时，离心惯性力的大小与角速度的平方成正比。消除或减少机械系统中的构件所产生的惯性力，提高机械的工作性能，是研究机械平衡的目的。三、转子平衡的力学条件由于转子的材质分布不均匀或制造、安装误差等因素造成的转子回转轴线与其中心主惯性不重合，从而产生离心惯性力和惯性力偶矩，由于上述条件的影响转子旋转后就会产生由离心惯性力Fi组成的空间力系，使转子动不平衡。要使转子实现动平衡，则必须满足空间力系的平衡条件；或四、实验步骤(1)调整两支架距离，正确安装待平衡转子，调整中心高。(2)把主轴尾部光电盘基准信号输入到电测箱主机；(3)按要求将彩色监视器插头、右振动传感器插头、光电传感器插头和电源插头插好，打开整机电源，大约5s左右，屏幕上显示计算机自检英文符号。单击动平衡图标进入动平衡测试界面。(4)检查支架、转子、轴端压紧滚轮等机械系统的牢靠情况。(5)按下电控电测箱电源按钮，指示灯亮表示电源接通。(6)根据待平衡转子情况，选择转子速度。(7)打开显示器柜门，拉出键盘，输人待平衡转子参数，校正平面，选择加重与减重方式及平衡精度等项指标。(8)按下启动按钮，电机顺时针方向旋转。(9)输入初始参数：在初始参数下的输入框中分别输入m1,m2,r1r2的大小，作为最初的偏心分量，其大小可由自己决定，也可直接实测初始偏心量。(1O)单击“左支点”按钮：等转速稳定后，点击“左支点”按钮，绘制左偏心轮的曲线。（11)交换左右偏心轮的位置，单击“右支架”按钮：等转速稳定后，单击“右支架”按钮，绘制右偏心轮的曲线。(12)单击“解出”按钮。单击“解出”按钮，得到实验结果 (13)输入所要添加橡皮泥的质量或半径在右侧“请输入要添加的质量（Kg）或半径”下输入所要添加橡皮泥的质量或半径，点击“清零”按钮，将计算的结果清零，进行下一步操作常用键的使用可参照使用说明书。(14)单击“重测”按钮，进行下一步操作单击“重测”按钮，所有显示项目被清零，开始进行下一步操作(15)可单击“添加”按钮，添加橡皮泥的质量在每次添加橡皮泥时可单击“添加”按钮，将所有添加的平衡质量以及确定的半径输入到弹出的对话框中，并可以单击“历史”按钮，在历史中查盾每次记录的数据，注意这些只是记录，并不参与程序运算，这一步骤可以不做。（16）单击“退出”按钮，退出操作在实验结束后，单击“退出”按钮，退出实验操作，整理实验报告。实验过程中的注意事项：（１）实验时必须注意安全。女生必须戴帽，将长发盘于帽中。操作者必须紧扣衣袖扣；工件在旋转过程中，不许用手触摸旋转部位；配重重坨必须紧固在试盘和平衡盘之上。（2)支架的外圆弧轴承不可压得太紧，调节时轴在转，轴承也转，且轴没有跳动即可；运转过程中外圆弧轴承处打少量的油；（4）外圆弧轴承是易损件，当轴承跳动过大影响测试项目时，须取下轴承销更换轴承；。（5）实验操作完毕后，应将实验台清理干净。实验三齿轮范成一.目的掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理；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；分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二.设备和工具渐开线齿廓范成仪，图1所示；A4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。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1．测量图纸托盘直径（即为轮坯分度圆直径d）。2．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/π（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）。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2为避免根切，范成正变位齿轮。计算变位量minm，其中min=。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。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）为minm。范成正变位齿轮12个齿（如图3），注意观察此时有否根切。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？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