机械设计基础实验指导书

《机械设计基础实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础实验指导书（22页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 机械设计基础实验指导书 鲍光明 吴学农 编 实验一 机构示教板演示 本示教板是为了加强对机构与机器的认识，配合机械设计基础等课程而设置的。它实际上是一部直观的、活动的机械设计基础原理教材。机构示教板共有10块。1、机器与机构；2、平面连杆机构基本型式；3、平面连杆机构应用；4、凸轮机构；5、齿轮机构；6、渐开线齿轮的基本参数；7、轮系；8、间歇运动机构；9、机构组合；10、空间机构。通过参观机构陈列室，以便使同学们了解各类机构及其结构特点。了解机构在机器中的作用，开扩眼界，增强对有关机器和机构的感性认识，并能归纳总结出一些规律来。 一、学习目的 1、结合机构示教板，掌握什么是构件，什么是运动

2、副。 2、了解常用机构的结构特征和运动特性。 3、能分析几个典型机构由哪几个构件组成，其中共有几种运动副。 二、学习要点1、机构示教板中所示都是最基本的机构，它们各自具有不同的运动特性（如构件上一点的轨迹、速度、加速度，构件的位置、位移、角速度、角加速度；机构的传动精度等）和动力特性。可用它们来实现预期的动作要求，观察并分析常用机构的运动。如运动形式（转动、摆动、移动），周期和轨迹等。2、机器中最基本的机构巧妙地组合起来，以完成预期复杂的运动要求。在运转中对机器进行观察和分析。弄清机器中各机构之间的关系。3.具体分析我们日常生活中的一台机器，指出他各是有哪些个机构和构件组成。三、学习与思考第一

3、版 机器与机构1、什么是机器、机构、运动副？ 2、如何区分“构件”与 “零件”？运动副元素的几何形状对机构运动有何影响第二版 平面连杆机构基本型式1、铰链四杆机构和其它传动机构（如凸轮、齿轮）相比在运动转换上有什么特点？在动力传递上有什么优点？从中体会平面连杆广泛地被应用在自动化操作及工程运输机械的原因。2、铰链四杆机构变更机架后，有时会改变连架杆的运动形式（摆动变转动或相反），试问在变更机架的前后，这两根相邻杆之间的相对运动关系改变了没有？如果连架杆能转360度时，各杆长度间有什么关系？3、已知曲柄摇机构，如何确定摇杆两极限位置？4、平面连杆机构有哪几种机构型式？第三版 平面连杆机构应用1、

4、机器用运动简图表达后，运动简图表示的运动与实际的运动是否相当？2、总结一下铰链四杆机构中哪些特性可为实际工程需要所用？第四版 凸轮机构1、凸轮机构由哪几个构件组成？凸轮机构的类型有哪几种？2、凸轮机构能否变更机架？其运动形式有何变化？3、凸轮机构在运动极其动力的传递上有什么特点？从中体会凸轮机构被广泛地用于技术革新中的原因。4、凸轮机构自锁是怎样产生的？采取什么措施可以避免出现自锁。第五版 齿轮机构齿轮机构传动有哪几种类型？传动轴线的特点是什么？第六版 渐开线齿轮的基本参数1、从实际齿轮的形状出发，指出各部分名称、尺寸、及其与齿轮基本参数之间的关系。数之间的关系。2、分析以下几种情况时，齿在分

5、度圆上的厚度是否相同，为什么？齿轮的模数相同，齿数不同；齿轮的模数不同，齿数相同；齿轮的模数和齿数的乘积相同。第七版 轮系1、什么是周转轮系？如何在组合行星轮系中分出行星轮系？2、行星轮系有哪些运动特性被应用在机器中？第八版 间歇运动机构1、运动副形状或运动副位置作怎样的配置，才能形成间歇运动机构？2、间歇运动机构在机器中有哪些应用？ 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩要求：参观机构示教板后，每板必须完成1-2个思考题（任选）。答案写在下列空白处（纸张不够可另附）。实验二 平面机构运动简图的测绘与分析一、 目的1、了解常用平面机构的组成原理；2、初步掌握绘制平面机构运动简图的方法和技能；3、

6、分析机构运动的确定性。二、 原理机构是用来传递运动和力的，是由若干构件（其中有一构件为机架）用运动副连接起来的构件系统。为了着重表示机构的特征，略去构件的实际外形和运动副的具体构造，而采用特定的构件和运动副符号来表示机构的一种简化示意图形称为机构简图。按长度比例尺画出的机构简图是机构运动简图。三、 设备和用具1、选一些典型机构、机器的实物或模型；2、圆规、钢板尺（或三角板）、长钳、量角器；3、学生自备铅笔、橡皮、纸。四、 实验步骤1、分析构件特征和构件数通过动力输入构件或转动手柄，使被测机构运动，由主动件开始，循着运动传递路线观察机构中有哪些从动件、哪些固定构件、同时确定构件的数目。2、判别运

7、动副的类型根据相连两构件的接触情况和运动特点，判断各运动副的类别，从中确定哪些是高副，哪些是低副，低副中哪些是转动副，哪些是移动副。3、绘制平面机构简图正确选择投影面和主动件的位置，按构件运动的传动路线顺序，用运动副和构件的规定符号绘出机构简图，并对机构中每一构件进行编号，在主动件上标注箭头。4、绘制平面机构运动简图测量机构中与机构运动有关的尺寸，如构件长度、导路位置或角度等，选择适当的比例尺UL,绘出平面机构运动简图。长度比例尺UL= 5、核验绘制结果与实物或模型是否相符。分析机构运动的确定性。 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩序号机构名称 机构简图分析机构运动的确定性 1序号机构名称

8、机构运动简图分析机构运动的确定性 1思考题：1、平面机构简图与平面机构运动简图有何不同？2、怎样判断你所绘制的运动简图是否正确？ 实验三 渐开线齿廓的范成原理一、 目的 1、了解用范成法加工渐开线齿轮齿廓的原理；2、了解根切现象、产生原因及避免根切的方法；3、了解变位齿轮的齿形和几何尺寸的变化。二、原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。加工时，其中一轮（或齿条）为刀具，另一轮为轮坯，二者对滚，就象一对齿轮（或齿轮齿条）啮合传动一样；同时，刀具还沿轮坯的轴向作切削运动。最后在轮坯上加工出来的齿廓实际上是刀刃在各个瞬时位置的包络线。为了看

9、清楚齿廓形成过程，用图纸作轮坯，刀具和轮坯对滚时，刀刃在图纸上各个投影位置的包络线就是被加工齿轮的齿廓曲线。齿廓范成仪能逐步再现上述加工中刀刃相对轮坯每个位置形成包络线的详细过程。图S3.1 范成仪结构示意图1、托盘 2、齿条刀具 3、机架 4、溜板 5、锁紧螺母6、调节螺钉 7、钢丝 8、定位销 9、压板 10、锁紧螺母 11、半圆盘图s3.1为钢丝传动式渐开线齿廓范成仪的结构示意图。绘图纸代表齿坯，通过压板9，锁紧螺母10固定在托盘1上，托盘1可绕固定轴O转动。齿条刀具2安装在溜板4的径向导槽中，溜板4安装在机架3的水平导槽中。钢丝7绕在托盘1下面半圆盘边缘相当于齿轮分度圆的凹槽内，两端将

10、托盘1（齿坯）和溜板4（齿条刀具）联系起来，形成齿条刀具和齿轮的范成运动关系。图中刀具中线与节线E重合，范成标准齿轮齿廓；通过调节齿条刀具相对齿坯的径向位置，可以范成变位齿轮的齿廓。三、设备和用具1、渐开线齿廓范成仪2、学生自备圆规、三角板、剪刀、绘图纸、双色铅笔或双色圆珠笔。四、实验步骤1、根据所用范成仪的参数和被切齿轮分度圆直径d,求出被切标准齿轮的齿数Z，齿顶圆半径ra,齿根圆半径rf和基圆半径rb。计算变位齿轮不发生根切的最小变位系数Xmin=(17-Z)/17,取变位系数XXmin(或由教师指定)，计算变位移距X=xm。注意X应在范成仪最大移距范围内。计算变位齿轮的齿顶圆半径ra、齿

11、根圆半径rf、节圆半径ro。2、用一张绘图纸，分别以rb、r、rf、ra和rf、 r、ra为半径画同心圆。前4个圆（范成标准齿轮用）和后3个圆（范成变位齿轮用）分别用两种颜色，以便区别。最后将图纸剪成半径比最大的圆大23mm圆坯。注意圆心不能破坏。3、将圆形绘图纸放在托盘1上，使二者圆心重合，用压板9、锁紧螺母10把图纸压紧。4、绘制标准齿轮齿廓调整齿条刀具2的径向位置，使其刻度零线与溜板上刻线对齐。此时，刀具中线与齿坯的分度圆相切；将齿条刀具2移至左（或右）极限位置用笔在齿坯上画出齿条刀具的齿廓线，然后将刀具向右（或向左）移动5mm（或机架上刻线一格）画一次，重复上述过程，直到形成23个完整

12、的齿廓为止，如图s3.2。5、绘制正变位齿轮轮廓将齿坯相对轮盘转动120度重新安装；将溜板移回中间位置，调整刀具径向位置，使其中线相对于上述位置向外移距为xm。此时，刀具中线与齿坯上的节圆（半径为r）相切。按绘制标准齿轮齿廓的步骤，用另外一种颜色绘出23个完整的变位齿轮齿廓，如图s3.3所示。观察有无根切现象和正变位齿形，并与标准齿轮的齿廓对比分析。图S3.2 图S3.3 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩一、已知数据基本参数m= ;d= ;z= ;ha*= ;c*= 移距量X=二、实验结果序号项 目表 达 式 计算结果 标准 齿轮 变位齿轮 正变位 负变位 1分度圆直径d=mz 2变位系数

13、 3齿根圆直径df=m(Z-2h*a-2c*+2x) 4齿顶圆直径da=m(Z+2h*a+2x) 5基圆直径db=mzcosa 6齿距P= 7分度圆齿厚 8分度圆齿槽宽三、思考题1、通过实验，你观察到的根切是怎样的现象？它由什么原因产生的？如何避免？2、用同一把齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮，比较下列几何参数和尺寸，哪些发生变化，哪些保持不变，并说明原因。模数m、压力角a、分度圆直径d、基圆直径db、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、齿顶高ha、齿根高hf、齿厚s、齿槽宽e、齿距p、齿顶厚sa、齿根厚sf。 实验四 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定一、目的1、加深理解渐开线直齿圆柱齿轮参数及其相互的

14、关系；2、掌握渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测定方法。二、原理1、为了测定模数m和压力角a，需先测量公法线长度，如图s4.1所示。跨齿数为K时，则公法线长度为 Wk=(K-1)Pb+Sb同理，跨齿数为K+1时，其公法线长度为 Wk+1=KPb+Sb因此 Wk+1-Wk=Pb (5.1)又因 Pb=cosa 所以 (5.2)式中，Pb为被测齿轮的基齿距；Wk、Wk+1分别是跨个K，K+1个齿实际测得的公法线长度。根据齿轮标准，国产齿轮压力角a一般为20度或15度，分别设定两个压力角a值，按式（5.2）可以计算出两个模数m，其中最近模数标准系列值者即为所求，也可以根据式（5.1）求出基圆齿距Pb，查

15、图S4.1表4.1，其中最接近表中数值的对应的模数m，压力角a即为所求。 测量公法线长度时，量具测爪最好在齿轮分度圆附近。为此，跨齿数可按计算并取整数。也可参照表5.2确定跨齿数K. 对于变位齿轮，当变位系数X=-0.30.3时，跨齿数K按标准齿轮确定，否则查课本5.5确定。 表4.1 m Pb mPba=20度a=15度a=20度a=15度12.9523.035411.80912.1371.253.6903.7934.513.28513.6551.54.4284.551514.76115.1721.755.1665.3015.516.23716.69025.9046.069617.71318

16、.2072.256.6426.828720.66521.2412.57.3807.856823.61624.27538.8569.104926.56927.3013.510.33210.6211029.52130.345 表4.2a=20度Z1218192728363745465455636472K 2 3 4 5 6 7 8a=15度Z132425363748496061727384K 2 3 4 5 6 72、判别变位齿轮测定变位系数测量公法线长度时，若实际测量值与其公称值（查公法线长度表）相差较小（在其极限偏差范围内），则为标准齿轮，否则为变位齿轮。跨相同齿数时，变位齿轮与相应的标准齿轮

17、相比，二者的公法线长度差W=2xmsina。因此 (5.3)式中Wk为标准齿轮跨K个齿公法线长度，由公法线长度表查得；Wk为变位齿轮跨K个齿实际测得的公法线长度。3、测定齿顶高系数ha*和顶隙系数c*为了测定齿顶高系数ha*和顶隙系数c*，需先测量齿根圆直径。当齿轮的齿数为奇数时，应测出孔径D和孔壁至齿根距离H,如图s4.2所示。齿根圆直径和齿根高的测定值应按下式确定：齿根圆直径 df=D+2H图S4.2齿根高 而齿根高的理论计算公式为 hf=m(ha*+ c*-x) (5.4)不同齿制的齿顶高系数ha*和顶隙系数c*都是标准值。其中，正常齿制：ha*=1，c*=0.25；短齿制：ha*=0.

18、8，c*=0.3。分别用上述两组标准值代入式（5.4），计算结果最接近测定值所对应的一组标准值即为所求。三、设备和用具1、被测齿轮:模数制渐开线直齿圆柱齿轮2只，其中奇数齿、偶数齿各1只，标准齿轮、变位齿轮各1只。2、用具:游标卡尺（分度值为0.02mm）、公法线千分尺、计算器；纸、橡皮等。四、实验步骤1、数出齿轮齿数。注意奇数和偶数。2、按表4.2查取跨齿数。3、每只齿轮选3个位置（约相隔120度）测出公法线长度Wk、Wk+1、齿跟圆直径df。取其平均值作为测量结果。4、按有关公式计算或查表。逐个确定齿轮的基本参数及变位系数。 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩一、 测量数据齿轮编号 Z

19、K测量次数 1 2 3平均值 1 2 3平均值WK(mm)Wk+1(mm)df(mm)二、计算结果项目 计 算 公 式 计 算 结 果 Pb Pb= Wk+1- WKPb1=Pb2=m和a a1= a2= Wk 查机械零件设计手册Wk1=Wk2= x hfhf=hf1=hf2= ha* 和c*hf=m(ha*+ c*-x)ha1*= c1*=ha2*= c2*=三、思考题1、在测量齿根圆直径df时，奇数齿齿轮为什么不能象偶数齿那样直接测量？2、测量公法线长度时，量具的测爪与齿廓相切的切点位置不同，对测量的结果有无影响？为什么？3、标准直齿圆柱齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径的测量值与计算值是否完全

20、相等？为什么？4、能否用变位齿轮的齿顶圆直径测量结果来求其变位系数？为什么？ 实验五 减速器拆装及轴系结构的观察分析一、目的1、熟悉减速器的拆装步骤，掌握减速器的各零、部件的安装、固定和调整方法；2、熟悉轴的结构及轴承的组合设计。二、设备和工具1、减速器、轴系模型；2、扳手、锤子、螺丝刀、游标卡尺、；学生自备纸、铅笔、三角板、圆规等。三、实验步骤 轴系模型观察1、从轴的结构入手，分析轴系中每个零件的所处的位置、相互关系、装配顺序以及零件在轴上的定位和固定方法；2、分析轴承的组合方式、机座和端盖的结构形状与特点，轴承间隙调整方法、润滑和密封方法；3、绘出轴系结构装配草图。 减速器1、观察减速器外

21、部结构，拆除减速器外部的动力源或其它传动零部件（如带轮、链轮、联轴器等）；2、拆箱盖：先拆去凸缘和凸台上的联接螺栓、定位销，再拆轴承端盖上的联接螺钉，然后旋扭起盖螺钉，将箱盖与箱座分开；3、观察并分析减速器箱盖和箱座的结构、减速器内部传动路线、传动件的啮合方式及轴上零件的布置；4、取下轴承端盖，观察轴承的密封和润滑方法；5、观察轴上零件的结构及其定位方法；分析轴系位置固定方式和调整方法；6、分别拆去轴上轴承、齿轮，观察齿轮与轴之间的键联接，分析轴与轴承孔、轴与齿轮孔的配合类型；7、观察并分析轴的结构，测量各部分尺寸，画轴的结构草图；8、装配减速器：按照由内而外的装配顺序，注意安装、固定和调整方

22、法，装配减速器。实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩一、减速器的拆装：1、减速器类型及规格：类 型 ； 级 数 ；箱体形式 ； 箱盖型式 ；齿轮类型 。2、减速器中轴上零件在轴上是如何布置？如何定位、固定的？该轴系位置如何固定，如何调整？3、测绘减速器中一根轴，画出其结构草图。4、减速器中轴承和传动件采用了什么润滑和密封方式？二、轴系模型观察：1、轴系结构名称： 。2、轴系中轴的各段尺寸是根据什么来确定的？3、轴系中采用了什么类型的轴承？为什么？它们的布置和安装方式有何特点？轴承的间隙如何调整？实验六 刚性回转件的静平衡 一、目的1、加深理解刚性回转件平衡的基本理论知识；2、掌握刚性回转静平衡

23、实验方法。二、原理回转件的平衡是回转件绕固定轴线旋转时惯性力系的平衡。由于回转的质量分布不均匀，安装误差等原因，使其质心偏离自身旋转轴线而产生的离心惯性力系不平衡。静平衡实验测出刚性回转不平衡质径积的大小和方位，并在相反方向加一个适当的量，即可实现静平衡。三、设备和用具1、导轨式静平衡架；2、静平衡回转试件；3、静平衡配重（橡皮泥）；4、天平；5、水平仪；6、钢尺、扳手、游标卡尺、量角器等。四、步骤1、用水平仪分别沿纵向、横向校正静平衡架导轨的水平度，达到说明书要求。2、将回转试件放在平衡架导轨上，使之自由转动，如图s6-1所示，等试件静止后，试件质心H位于轴心O的铅垂下方为止，画一条通过轴心

24、的铅垂线。3、在铅垂线相反方向上选适当 图s6.1 半径处加一平衡质量（如橡皮泥），再使回转试件在平衡架导轨上自由转动，观察转动方向，判断所加平衡质量过大或过小，不断调整平衡质量大小及所在径向位置，直至试件在任意位置均能静止不转为止。4、用天平称出配重质量，用钢尺和量角器分别测出配重位置的半径和相位角（以校正面内预先确定的径向基准线为0度，逆时针方向为正）。 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩1、测量数据试件编号项 目平衡质量（kg）向径 (mm)相位角（度）质径积(kg.mm)第一次测量第二次测量第三次测量2思考题 静平衡实验法适用于哪类回转试件？为什么？ 若考虑试件与平衡架导轨之间的滚动

25、摩擦力的影响，该实验应怎样进行？实验七 机械设计电算操作 一、目的 通过上机操作，了解利用计算机进行机械设计计算的一般过程。 二、设备与工具 1、IBM-PC或其兼容机的微机系统； 2、微机磁盘中存有机械设计计算程序。 三、内容机械设计电算化是利用计算机为中心的一整套机械设计计算系统来完成机械设计中繁琐的设计计算全过程。实验中使用的是用C语言编制的齿轮设计计算系统。它采用人机对话的方式进行数据输入和计算，即由设计者按照计算机屏幕显示的有关数据和其自身的专业知识输入数据，由计算机逐步计算出数据结果。采用该方法设计齿轮，既继承了经典的设计理论，避免了繁琐的手工检索和计算，又引入了现代设计方法，从而

26、使经典的理论和现代设计方法有机的结合起来。齿轮设计计算系统的流程图如图S7-1所示。四、步骤1、打开计算机电源，启动计算机。2、将计算机从window环境下切换到DOS环境下，并启动UCDOS。3、在DOS环境下进入TC子目录，在C:TC目录下键入齿轮设计计算系统文件名并按回车后，屏幕上将显示对话框，此时输入需要设计的零件代号，即可进行设计计算。4、数据输入：操作者可根据前程序流程图的顺序，按照计算机提示的信息逐步输入所需数据。5、输出计算结果：从计算机系统中退出后，在C:TC目录下，键入TYPE RESULT.DAT,屏幕上就会显示计算所得的数据，如果需要打印数据结果，在C:TC目录下键入TYPE RESULT.DATprn即可。6、关闭系统。 实 验 报 告班级 姓名学号日期成绩一、 打印出计算结果。二、试述机械设计的电算与人工计算相比较有何特点？- 21 -