北工大机械设计基础实验指导

PAGEPAGE3实验一平面机构运动简图测绘一、实验目的：1．对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感；2．熟悉并运用各种运动副、构件及机构的代表符号；3．培养依照实有机械绘制其机构运动简图的技能；4．熟悉机构自由度的计算法。二、实验内容1．绘制牛头刨床模型的机构运动简图。2．根据所绘制的机构运动简图计算其机自由度。三、实验设备及用具：1．牛头刨床模型；2．圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮、白纸。（学生自备）四、机构运动简图绘制的方法及步骤1．了解待绘制机械的名称及功用，认清机械的原动件、传动系统和工作执行构件。2．缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件的数目及运动副的数目和类型。在了解活动构件的数目及运动副的数目时，需注意以下两种情况：①当两构件间的相对运动很小时，勿认为一个构件。②由于制造误差和使用日久，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认为两个构件。碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。3．要选择最能表示机构特征的平面为视图平面，同时，要将原动件放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。4．按GB4460-84中规定的符号绘制机构运动简图，在绘制时，应从原动件开始，先画出运动副，再用粗实线连接属于同一构件的运动副，即得各相应的构件。原动件的运动方向用箭头标出。在绘制时，在不影响机构运动特征的前提下，允许移动各部分的相对位置，以求图形清晰。初步绘制时可按大致比例作图（称之为机构示意图）。图作完后，从原动件开始分别1、2、3……标明各构件,再用A、B、C……表明各运动副。5．仔细测量机构的各运动尺寸（如：转动副间的中心距，移动副导路的位置等），对于高副机构应仔细测量出高副的轮廓曲线及其位置。然后以一适当比例尺μl作出正式的机构运动简图。五、计算机构的自由度对于平面机构其自由度可按如下公式计算：F=3n-2Pl-Ph式中：n—机构中活动构件的数目；Pl—机构中低副的数目；Ph—机构中高副的数目。在计算时要注意机构中出现的复合铰链，局部自由度，虚约束等特殊情况，并应指明，若计算的机构自由度与实际机构的自由度不一致时，应找出错误原因，加以纠正。六、思考题1．为什么说作为一名工程技术人员，必须熟练的掌握机构运动简图的绘制？2．一个正确的机构运动简图应说明哪些内容？3．在绘制机构运动简图时，原动件取不同的位置，会不会简图的正确性？4．机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？“机构运动简图测绘”实验报告年_______月_______日班级__________姓名____________指导教师____________活动构件数目自由F=3n-2Pl-Ph低副数目Pl度高副数目Ph计算机构运动简图

实验二渐开线齿廓的范成实验一、实验目的1、掌握用范成法加工渐开线的原理。2、通过观察齿条型刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及用变位修正来避免根切的方法。二、实验用具1、渐开线齿廓范成仪；2、学生自备直径220mm的厚图纸以及铅笔、圆规、三角板、剪刀、计算器等。三、实验内容用渐开线齿廓范成仪，分别模拟范成法切制渐开线标准齿轮和变位齿轮的加工过程，在图纸上绘制出二至三个完整的齿形。四、实验原理图1所示为一种渐开线齿廓范成仪的原理示意图。图1渐开线齿廓范成仪直径220mm的图纸由压板3及螺帽2压在托盘1上，托盘1可绕固定轴O转动，通过托盘1背后的扇形齿轮带动滑架4左右移动，并能保证托盘1上分度圆周（代表被切齿轮的分度圆）始终与滑架4上的刀具节线作纯滚动，从而实现对滚运动。代表齿条型刀具的齿条通过螺钉6固定在滑架4上，通过齿条上的长圆孔可使齿条沿垂直方向相对于托盘1的中心O作径向移动，以便模拟变位齿轮的范成切削。已知齿条4模数为20或8（两种齿条），压力角20°，齿顶高和齿根高均为1。25m，只是牙齿顶端的0。25m处不是直线而是圆弧，用以切削被切齿轮齿根部分的过渡曲线。当齿条中线与被切齿轮分度圆相切时，齿条中线与刀具节线重合，此时齿条上的标尺刻度零点与滑架上的标尺刻度零点对准，这样便能切制出标准齿轮。若改变齿条中线与托盘中心的距离（可松动螺钉调节，移动的距离可由标尺读出），则齿条中线与刀具节线分离，这样便能切制出变位齿轮。五、实验步骤（一）范成标准齿轮1、根据所用范成仪的m模数和分度圆直径d求出被切齿轮的齿数z，并计算其齿顶圆直径da、齿根圆直径df、基圆直径db。2、在一张厚图纸上，分别以da、da、d和da为直径画出四个同心圆，并将图纸剪成比直径da大3mm的圆形。3、将圆形图纸放在范成仪的托盘上，使二者圆心重合，然后用压板2和螺帽3将纸片夹紧在托盘上。4、将齿条上的标尺刻度零点与滑架上的标尺刻度零点对准。（此时齿条刀具的刀顶线应与圆形纸片上的齿根圆相切。5、将齿条4推至左（或右）极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸上画下齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线。然后转动托盘一个微小的角度，此时齿条移动一个微小的角度，再齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸上。连续重复上述的工作，绘制出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线这些投影线的包络线即为被切齿轮的渐开线齿廓。（二）范成正变位齿轮1、根据所用范成仪参数，计算出不发生根切现象的最小变位系数x=,然后取定变位系数x(x)xmin,计算其齿顶圆直径da和齿根圆直径df。2、在另一张厚图纸上，分别以da、da、d和da为直径画出四个同心圆，并将图纸剪成比直径da大3mm的圆形。3、同“范成标准齿轮”步骤3。4、将齿条向远离托盘中心的方向移动一段距离（大于或等于xminm）。5、同“范成标准齿轮”步骤5。6、同“范成标准齿轮”步骤6。

“渐开线齿廓的范成”实验报告年_______月_______日班级__________姓名____________指导教师____________一、齿条形刀具的基本参数m=,α=20°,ha*=1,c*=0.25二、被范成齿轮的基本参数m=,d=三、实验结果比较项目标准齿轮（mm）变位齿轮（mm）分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df基圆直径db周节p基节pb分度圆齿厚s分度圆齿间e变位系数x齿形比较注：“齿形比较”指定性地说明两个齿轮的顶圆齿厚和根圆齿厚的差别。

实验三转子动平衡实验一、实验目的1．巩固所学的理论知识；2．了解动平衡机的工作原理及进行转子动平衡的基本方法。二、实验设备1．RYS-100B闪光式动平衡机。2．试验转子、称重天平、贴重蜡等。三、动平衡机原理和平衡方法简介平衡转子的方法，随所用动平衡机而定，动平衡机的类型很多，这里介绍和采用的是RYS-100B型闪光式动平衡机，其主要参数如下：平衡转子重量范围5～100kg平衡转子重量直径（max）φ650mm平衡转子重量轴径（max）φ80mm平衡转速1700～2700r/min最小平衡检测量＜0.5μm仪表灵敏度＞0.2μm/格相对误差±15°平衡机主要有左右摇摆架、传感器、闪光灯、传动系统、电器测试系统等部分组成。其电测原理方框图如下所示：传动部分主要由底座、电机、皮带轮、惰轮、传动带拉紧杆等构件组成（参照实物）。对于不同长度的试件，可移动传动架和电机底座，以使试件和皮带传动系统处于正确位置上。必要时，可调设备用皮带轮和传动带，以适应不同试件所需要的平衡转速。停车时，采用电动机反向制动。传感器采用的是磁电式惯性传感器，两只传感器分别安装在左、右两个摇架上。传感器主要由磁钢、线圈、弹簧片、只架和壳体等组成。四块V形永久磁钢组成一个空间磁场，由弹簧片悬挂的两只串联线圈安装在这个空间内磁场中，由摇架的摆动使传感器的线圈的磁钢作相对的往复运动，线圈切割磁力线产生正弦交变玷市电势。该电信号输送至电测箱（平衡仪），用作测量的重径积（不平衡重量和所在半径的乘积）。另外一路信号通过电路转换来触发闪光灯，其在摇摆架与振幅为最大瞬时使。由于闪光灯闪亮频率与摇摆架的振动频率（即转子的旋转速度）相同。因此，闪光灯每次闪亮时，转子轴均旋转到同一位置。为了确定在闪光灯闪亮时轴的周向位置，在轴的端面上用粉笔划上标记，在闪光灯的照射下，便可看到不动的标记，从而使我们可以确定不平衡量的位置，仪表箱上设置有轻、重位置转换开关，以便根据需要显示轻、重点位置。四、实验步骤1、把转子轻放在摇摆架上，套上无接头平皮带，并适当张紧皮带，然后在轴承出家蓖麻油进行润滑，在轴端用粉笔坐标记。2、接同平衡仪电源，预热五分钟。3、启动电动机电使转子旋转。4、将“输入衰减”开关板向高档（如1：100），若电表度数偏小，则将该开关顺次转向低倍衰减位置，使电表指示适当值。5、调节“频率范围”开关位置使频闪范围与转子转速相适应。6、转动“频率调节”微调，使电表度数为最大值，这时闪光灯的频闪与转子转速相一致。7、将“轻、重”开关指向“重”。8、转动闪光灯，照射转子轴端使白线清晰可见。9、将“左、右”开关板向“左”位置，这时接通左支架传感器线路，电表和闪关灯指示转子左端不平衡量的大小和位置，记下电表读数和不平衡位置。再将“左、右”开关扳向“右”位置，则接通右支架传感器线路，仪表这时所显示的量是有端的不平衡的大小和位置，记下电表读数和不平衡位置。10、关机使转子停转，分别在转子左、右端的平衡平面上加平衡重量，所加平衡重量的位置应在该校正面轻点处，所加平衡重量的大小与电表读数成线性关系。11、再次启动平衡机，若此时对应于两端面的电表读数都相应减小，而不平衡位置仍在原处，则说明所加平衡重量还不够，应增大平衡重量。这样反复几次，待电表读数在讯号不被衰减的情况下小于10格，并且转子端面所作的粉笔标记在闪光灯的照射下已变化为多条线时，说明被平衡转子已经平衡好了，平衡即告结束。五、思考题1、对给定的一个待平衡的转子，你如何进行平衡？试述平衡步骤。2、哪些类型的试件需进行平衡实验，经动平衡后还需否进行静平衡，为什么？3、闪光式动平衡机的基本原理是什么？

“转子动平衡”实验报告年_______月_______日班级__________姓名____________指导教师____________一、实验条件动平衡机型号：转子重量：N；平衡转速：r/min加平衡重处的半径：左平衡面：cm右平衡面：cm二、实验数据次序“输入衰减”挡位显示装置读数不平衡量位置所加平衡重量（N）备注12左3平4衡5面67812右3平4衡5面678三、简单结论与分析

实验四带传动实验一、实验目的了解带传动中的弹性滑动及打滑以及带传动能力的关系。二、实验要求1、测定弹性滑动系数与传动拉力和传动效率之间的关系，绘制ε-F、ε-η关系曲线。2、了解带传动试验台结构原理及扭矩、转速、转速差的测试方法，画试验台结构示意图。三、实验设备及工作原理图实2-1带传动实验台示意图，调速电机1的转子轴上装有主动带轮3，通过三角带（或平型带）传动从动论4，从动带论装在直流发电机2的转子轴上，改变发电机的负载电阻九可以对带传动施加不同的负载。砝码力14经钢丝绳、滑轮拉紧滑座13，从而张紧皮带并保持不便初拉力。图实2-1带传动试验台示意图1—调速电机2—直流发电机3—主动带论4—从动带论6—底座7、8—测力杆9、10—磅秤或测力计11、12—支座13—滑座14—砝码1、扭矩的测量电动机输出的扭矩（即主动轮扭矩）和发电机输入扭矩（即从动轮扭矩采用平衡式电机外壳来测定，图实2-1电动机和发电机的定子外壳是支承在支座11和12的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线任意摆动。当电动机启动和发电机带负载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机外壳将向转子相反的方向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的相同方向倾倒，它们的倾倒力矩分别通过固定在定子外壳上的测力杆7、8由磅秤9、10（或测力计）所产生的力来平衡。因此主动轮上的扭矩T1=Q1L1（N.mm）从动轮上的扭矩T2=Q2L2（N.mm）式中Q1、Q2——为测力计9、10的力的读数（N）L1、L2——为测力杆力臂距离（mm）传动有效拉力F=（N）式中D1为主动轮直径，（mm）；根据两轮上的功率，可求得带传动的传动效率η=式中P1、P2——为主、从动轮功率（KW）n1、、n2——为主、从动轮转速（rpm）2、滑动系数的测量主动轮转速n1和从动轮转速n2是通过装在它们前面的光电传感器由数字转数记录仪测出的。由于带传动存于带传动存在着弹性滑动，因此n2<n1、滑动系数为：ε=图实2—2带传动滑动曲线和效率曲线当主、从动轮直径相同时，即D1=D2则ε=滑动系数ε与有效拉力F（或负载扭矩T2）的关系曲线和滑动系数ε与传动效率η关系曲线如图实2—2所示。一般给出的传动功率表中的许用功率对应的ε=1～2%。四、实验步骤1、由指导教师演示带传动的弹性滑动和打滑现象。具体做法是：启动电机后，将电动机转速调到一定值（如1000rpm），然后逐级加负载，并依次观察带传动的弹性滑动变化情况，一直至完全打滑为止。观察方法可采用闪光测速仪或闪光灯，其闪光频率应与主动轮同步，然后照亮从动轮上的黑白标志，根据频闪效应，由黑白标志向旋转方向的反向移动快慢情况来判断弹性滑动情况。或由数字转速记录仪测出n1、n2的值，来判断弹性滑动情况。2、学生试验时，首先对带传动施加规定的初拉力（由指导教师规定）。按操作规程启动电动机后，将转速调至一定值（如1000rpm），并注意随时保持转速的稳定性。对发电机逐级增加负载，记录各级负载下的n1、n2、Q1、Q2的值，依次做到带在带轮上完全打滑为止。然后按上述程序重复做一次，取平均值。测得的数据应不少于6~8点。计算ε、F及η值并用16开方格纸会初曲线。4、改变初拉力或主动轮转速（由指导教师规定）重复上述步骤，并分析初拉力或传动速度对带的传动能力的影响。五、思考题带传动的弹性滑动和打滑现象有何区别？它们产生的原因是什么？当D1D2时打滑发生在主动轮还是从动轮上？影响带传动弹性滑动和传动能力的因素有哪些？带传动实验报告姓名——————班级———————学号——————一、实验目的二、实验台主要参数1．带的型号型；（平型带写尺寸δb，及材料）带的断面积A=mm22．带轮直径D1=D2mm3．测力杆力臂长度L1=L2mm4．张紧形式：三、实验结果初拉力2F0=N主动轮转速n1（rpm）从动轮转速n2（rpm）测力计读数读数值Q1（N）主动轮扭矩T1（N。mm）从动轮扭矩T2（N。mm）滑动系数ε%有效拉力F（N）传动效率η初拉力2F0=N主动轮转速n1（rpm）从动轮转速n2（rpm）测力计读数读数值Q1（N）主动轮扭矩T1（N。mm）从动轮扭矩T2（N。mm）滑动系数ε%有效拉力F（N）传动效率ηε-F，ε-η关系曲线图用16开方格纸绘出附于报告后面四、实验结果分析与讨论

实验五轴系结构测绘测绘目的熟悉并掌握轴、轴承、轴上零件结构形状与功用，工艺要求，尺寸装配关系以及轴、轴上零件的定位固定方式，为轴系结构设计学习提供感性认识。测绘要求1、轴系结构分析分析和测绘轴系实物（或模型）的结构，明确轴系结构设计需要满足的要求。应了解轴的各部结构作用，形状尺寸，它与强度、刚度、加工装配的关系，轴上各零件用途，轴承类型、布置、安装调整方式，轴和轴上零件的定位及轴向固定方法，润滑和密封结构等。2、画轴系结构装配图一张将测量各零件所得的尺寸，对照轴系实物，画出轴系结构装配图，图纸可用方格纸，图幅及比例自定。要求结构合理，装配关系清楚，绘图正确，注明必要的尺寸（如轴承间距，齿轮直径与宽度，主要零件的配合尺寸），写标题栏和明细表。对于因拆卸困难或需专用量具等原因而难以测量的有关尺寸，允许根据实物相对大小和结构关系估算出来，或利用标准查出来。对支承的箱体部分只要求画出与轴承和端盖相配的局部。测绘设备圆柱齿轮轴系，蜗杆轴系，蜗轮轴系，小圆锥齿轮轴系，大圆锥齿轮轴系等，每个学生可任选一种进行分析和测绘。轴系可以是实物或模型，均应包括轴、轴承、轴上零件、端盖、密封件等。工具采用300mm钢板尺，游标卡尺，内、外卡钳等。思考题1、轴为什么做成阶梯形状，那些部位叫做轴颈、轴头、轴身或轴肩，他们的尺寸是怎样确定的，轴各段的过渡部位结构应注意什么？2、轴系中是否采用了卡圈、挡圈、紧定螺钉、压板、定位套筒等零件，它门的作用是什么，结构形状有何特点？3、轴承采用什么类型，它们的布置和安装方式有什么特点，轴承的锁紧和固定是什么结构，如何调整轴承间隙及轴承轴向位置？4、轴系采用什么密封装置，为什么？5、轴上传动件及轴承采用什么润滑方式，是否在轴承里侧采用了挡油环，它门的作用是什么？6、轴系各零件的材料是什么？（如测绘模型样品，则要求选定各零件的材料）

实验六减速器拆装实验一、实验目的熟悉、了解减速器的结构，了解减速器中各零件作用、结构形状及装配关系。加深对轴系部件结构的理解。了解减速器装配的基本要求。二、实验要求按正确程序拆开减速器及各轴系，分析减速器结构及各零件功用。2、测定减速器的主要参数，绘出传动示意图。3、测量减速器传动副的齿侧间隙及接触斑点，测量并调整轴承的轴向间隙。三、实验设备一级圆柱齿轮减速器，二级展开式圆柱齿轮减速器，圆锥圆柱齿轮减速器，蜗杆减速器等模型和实物。模型供拆装和分析结构用，实物供测量齿侧间隙、接触斑点和轴承间隙用。每个学生可选一种减速器作拆装实验。工具采用钢板尺，游标卡尺，内卡钳，外卡钳，百分表及表架，铅丝，涂料等。四、实验步骤开盖前先观察减速器外部形状，判断传动方式级数输入输出轴，观察有哪些箱体附件。拧下箱盖与底座联结螺栓及端盖螺钉，拔出定位销，借助起盖螺钉打开减速器箱盖。边拆卸边观察，并就箱体形状，轴系定位固定，润滑密封方式，箱体附件（如通气器、油标、油塞、起盖螺钉、定位销等）的结构作用、位置要求和零件材料等进行分析。画传动示意图，测定减速器的主要参数a、m、Z1、Z2……等，将测得的参数或计算得出的参数记录于表中，传动示意图也应注明必要的参数。小结减速器结构设计中如何考虑装拆的要求及拆装过程中应注意的问题。将模型减速器复原，盖好盖。下面应在实物减速器（未上盖，但轴承盖均已装好）上检验齿侧间隙、接触斑点和轴承间隙。测量侧隙（旧标准为）的大小。为此在轮齿之间插入一铅片（或铅丝），其厚度稍大于所假设的侧隙，转动齿轮，碾压轮齿之间的铅片。铅片变形部分的厚度相当于侧隙大小。用千分尺或游标卡尺侧出其厚度大小，检验该减速器是否符合JB标准中所规定的侧隙要求。检查接触斑点。仔细擦净每一个轮齿，在主动轮的3~4个轮齿上均匀地涂上一薄层涂料（如红铅油），在轻的制动下，用手转动后确定从动轮轮齿上接触痕迹的分布情况和尺寸。接触痕迹斑点的大小在齿面展开图上用百分比计算。