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1、机械工学实验(一)实验指导书康献民 刘贤坤五邑大学机电系2007 年 9 月印刷1目 录学生实验守则 2实验一 齿轮范成原理实验 3实验二 平面机构创意设计实验 7实验三 转子动平衡实验 18实验四 平面机构组合及运动参数测试实验 25实验五 机械传动系统方案设计和性能测试实验 44实验六 减速器装拆实验 65（12.5）周六做实验三2学生实验守则一、 学生实验前应认真预习相关实验内容，明确实验目的、内容、步骤，对指导教师的抽查提问回答不合要求者，须重新预习，否则不准其做实验。二、 学生在实验中，应听从指导教师及实验人员的安排，在使用精密、贵重仪器时，必须按要求操作以确保设备的安全使用，禁止随
2、意动用与本实验无关的仪器设备，若对实验内容持有创见性的改革，实施前必须经指导人员同意后方可进行。三、 学生应认真地进行实验，严格按操作规程办事，正确记录实验数据，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。实验后要认真做好实验报告，认真分析实验结果、处理实验数据。四、 严格考勤，对无故缺席实验的学生以旷课论处，不得补做；对请假的学生，须另行安排时间予以补做。五、 实验完毕后，学生必须按规定断电、关水、关气、整理设备、清扫场地，经指导教师检查合格后方可离开。如发现有损坏仪器设备、偷盗公物者，一经查实，须追究责任，视情节按有关规定论处。六、 实验室内应保持安静，不准高声喧哗、吸烟，注意环境卫生。实验时
3、应注意安全，节约水、电、气，遇到事故应切断电（气）源，并向指导教师报告3实验一 齿轮范成原理实验实验项目性质：验证性实验实验计划学时：2 学时一、目的1. 掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理，了解齿廓曲线的渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程；2. 了解渐开线齿轮的根切现象、齿轮变尖现象及其产生的原因；3. 了解变位齿轮的切制方法，并比较变位齿轮与标准齿轮的异同点。二、设备及工具1. 齿轮范成仪。2. 3 号图纸一张，削尖的铅笔两支，三角板，橡皮，计算器（学生自备） 。三、实验原理范成法加工渐开线齿廓，是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。如将共轭齿廓中的
4、一个齿廓磨成刀刃（即齿轮刀具） ，另一为齿轮毛坯，当刀具和齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动时，齿轮刀具的刀刃就可在齿轮毛坯上切出齿廓。又因为两个任意半径的基圆的渐开线都互为包络线，故可以用任一具有渐开线齿廓的刀具范成加工任意基圆的渐开线齿廓。其中基圆半径为无穷大的齿条刀具的渐开线齿廓最简单，是一条直线，这就是加工渐开线齿轮用的齿条刀具的轮廓。范成仪上齿条刀具齿廓和被加工齿廓的主要参数见下表：被加工齿轮序 号 齿条刀具参数主要参数 类 型1m=8mm =20Cx=0.251hxaZ=20 x=0 标 准2m=16mm =20Cx=0.25xaZ=10 x=0 标 准3m=16mm =20Cx=0.
5、251hx0Z=10 x=0.4375xm=7mm 正 变 位图 21 是齿轮范成仪的简图，图中 1 为圆盘，它装在机架 4 上并绕 0 点转动，表示被加工齿轮的图纸将固定在此圆盘上。3 为溜板，它在机架 4 的导轨上作水平移动。圆盘 1 与溜板 3 用齿轮、齿条联接，以保证溜板与圆盘作相对纯滚动，实验4时，代表齿条刀具的有机玻璃模型板 2 用螺钉装在溜板 3 上，松开螺钉 5 即可调整它与被加工齿轮的径向距离。加工标准齿轮时，应保证齿条工具的中线与被加工齿轮的分度圆相切。加工变位齿轮时，可按变位量 xm 调整刀具中线与被加工齿轮中心的距离（其移动的距离 xm 值可在溜板上的刻度尺读出） 。四
6、、实验步骤1. 根据所用范成仪的齿条刀具基本参数和被加工齿轮的齿数 Z、变位系数 X，由齿条刀具加工齿轮不发生根切的条件求出最小变位系数 Xmino 17Zmin分别计算出分度圆直径、基圆直径以及标准齿轮、变位齿轮的根圆、顶圆直径，并将计算结果填在实验报告表中。2. 在图纸上作出基圆、分度圆，并把它们分为三等分（即每部分的圆心角均为 1200） 。为了对心方便，需分别作出这三等分圆心角的角平分线，再作这些角平分线的垂线。然后，分别在这三等分上画出两个标准齿轮（m 1=8mm，Z 1=20；m 2=16mm，Z 2=10） ，一个正移距变位齿轮（m=16mm，Z=10 ）的顶圆和根圆。 （上述步
7、骤必需在实验之前做好，并按外径210、孔径 36 将图纸剪成一穿孔圆纸片，实验时带来。 ）3. 把代表轮坯的穿孔圆纸片在对准中心固定在圆盘上，使相应于标准齿轮部分的角平线垂直于齿条刀具的中线，并调节齿条刀具的中线与轮坯分度圆相切。4. 先“切制” m1=8mm，Z 1=20r 的标准齿轮，后“切制”m 2=16mm，Z 2=10的标准齿轮。开始“切制”齿廓时，将齿条刀具溜板推到最右（或最左）边，然后把溜板 3 向左（或向右）移动，每移动一个微小的距离（约 23 毫米）时，在图纸上用削尖的铅笔描下刀具刃的轮廓，直到形成 23 个完整的齿为止。5. 切完 m=16mm，Z=10 的标准齿轮后，调整
8、齿条刀具离开轮坯中心，作正移距 xm（毫米） ，再将图纸转到相应于正移距变位齿轮的部分，重复步骤 3 和 4。6. 比较所得的不同齿数之标准齿轮在分度圆与根圆上的齿厚，并比较标准齿轮和变位齿轮在分度圆上的齿厚、齿间、周节以及齿顶齿厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相应变化和特点。5注若需“切制”负移距变位齿轮，则图纸除应作出基圆、分度圆外，还需画出相应于负移距变位齿轮的顶圆和根圆， “切制”时将齿条刀具调离标准位置，移近轮坯中心，作负移距 xm（毫米） ，重复步骤 3 和 4。五、思考题1. 齿轮根切现象是如何产生的?如何避免?在图形上如何判断齿轮是否根切?2. 齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等
9、于（ ） m?xoch3. 用齿条刀具加工标准齿轮时,刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求?4. 为什么说齿轮的分度圆是加工时的节圆?6齿轮范成原理实验报告班 别 学 号 姓 名 日 期 成 绩 教师签名 一、齿轮尺寸计算和比较表正变位系数：X=计算结果计算公式 m1=8mm，Z 1=20；m2=16mm，Z 2=10结果比较（与标准齿轮比较）名称标 准 变 位 标 准 标 准 正变位 正变位分度圆直径 d基圆直径 d顶圆直径 d根圆直径 df分度圆周节 P分度圆齿厚 S分度圆齿间 e齿顶厚 Sa基圆齿厚 Sb齿全高 h齿根高 hf齿顶高 h二、附上所描绘的齿廓图，并在图上注明各个圆的直
10、径。三、思考题讨论。7实验二：机构运动创新设计实验实验项目性质：验证性实验实验计划学时：3 - 4 学时一、实验目的1、培养学生对机械系统运动方案的整体认识，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面的理解。3、加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及运动特性，进一步掌握机构运动方案构型的各种创新设计方法。培养学生用实验方法构思、验证
11、、确定机械运动方案的初步能力。4、培养学生用电机、传感器、等控制测量元件组装动力源，对机械进行驱动和控制的能力。二、实验的核心内容：使用“机构运动创新设计实验台”进行积木式组合调整，从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案，亲手按比例组装成实物模型，亲手安装电机及控制电路，模拟真实工况，动态演示观察机构的运动情况和传动性能，通过直观调整布局、连接方式及尺寸以及更改电路来验证和改进设计。设计和组装融为一体，直到该模型机构灵活、可靠地按照设计要求运动到位，最终使学生用实验方法自行确定了切实可行，性能较优的机械设计方案和参数，即通过创意实验模拟实施环节来实现培养学生创新动手能力的教改目标。三、实
12、验设备、工具1、 机构运动创新设计实验台，两人一套。2、 交流调速、直流电机等动力控制元件。3、 钢板尺、量角器、游标卡尺。4、 扳手、钳子、螺丝刀等常用工具一套。四、实验选题可从给出的设计题目中任选一个或自己根据生活中所遇到的实际问题自定设计题目，进行机构的方案设计，并就多个方案进行分析、筛选，选出较优的方案；依据所选设计方案，利用机械运动创新设计实验台进行组装，在装配过程中，对设计进行改进和完善，直至实验台可按设计要求运动；8根据模型，最终确定设计方案和参数，绘制机构运动简图；按要求认真完成实验报告的各项内容。1、刮雨器传动装置要求：（1）原动件整周旋转，输出摇杆大摆角摆动（相同的摆角）
13、。（2）九杆机构。2、车门启闭机构要求：（1）气缸驱动。（2）车门开启角度 90 度。3、电风扇摇头机构要求：（1）电机驱动。（2）电风扇左右摆动。（3）有高副机构。4、增大 CAM 升程角的转动导杆和凸轮机构要求：（1）曲柄为输入键。（2）凸轮与导杆相连。（3）当曲柄转过 90 度时，凸轮与导杆一起转过 180 度。5、插床的双滑块急回机构6、手动冲床要求：使扳动手柄的力获得两次放大。7、插床机构要求：（1）具有急回特性，Q=30 度。（2）插刀实现大行程往复运动。（3）运动传递由电机齿轮减速原动件曲柄输出件插刀。8、自动手套机大行程往复运动机构要求：（1）输出件实现大行程往复运动。（2）运
14、动传递由电机齿轮减速原动件输出件。9、行程速比系数为 1 的平面连杆机构要求：（1）行程速比系数为 1。（2）运动传递由电机齿轮减速原动件曲柄输出件。10、牛头刨床主切削运动机构要求：（1）具有急回特性，Q=30 度。（2）运动传递由电机齿轮减速导杆滑块11、料仓自动出料门9要求：（1）门关闭后实现自锁。（2）通过电机带动实现自动操作。（3）可提供的机构有杆、凸轮、齿轮、蜗杆等。12、鄂式破碎机偏心铰链连杆机构要求：（1）挤压力放大 30 倍。（2）摆杆角度 105 度。13、压力机要求：（1）设计一六杆机构。（2）输出运动为往复直线运动。14、插齿机主动机构要求：（1）设计一六杆机构。（2）
15、输入运动（3）输出运动为往复直线运动。15、内燃机机构说明：本实验题目仅供参考，学生也可自拟题目，经实验老师检查同意后，亦可参加实验。10五、实验前的准备工作1、 预习本实验，初步了解实验装置，熟悉各种运动副和杆件的组装方法，熟悉机构尺寸的调整方法，电机等控制元件的安装使用方法。2、 针对设计题目，初步拟定机械系统运动方案及控制方案，绘出草图。六、实验方法与步骤1、 教师指导学生使用“机构运动创新设计实验台”的多功能零件，按照自己设计的草图，现在桌面上进行机构的初步实验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在相互平行的平面内运动，另一方面为了避免各个杆件、各个运动副之间发生运动干涉。2、 教师指导学生按照上一步骤实验好的分层方案
