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1、机械原理实验指导书机电工程系2010 年 2 月目 录1 概述31.1 机械原理实验的目的和任务31.2 对学生实验的要求32 实验32.1 机构运动简图测绘32.2 带传动实验72.3 齿轮齿形范成实验101 概述1.1 机械原理实验的目的和任务机械原理是高等学校工程机械类各专业的一门主干技术基础课，机械原理实验是机械原理课程教学中重要的实践环节，在学习本课程中，使学生能够掌握一般的实验原理、技能和方法，能够更好的理解本课程的教学内容。1.2 对学生实验的要求1、学生在实验课前必须认真预习本指导书，并复习教材中的有关内容，为实验课做好充分准备，2、要求学生亲自动手进行实验，记下实验数据，并认
2、真完成实验报告，交教师批阅。2 实验2.1 机构运动简图测绘1. 实验目的(1)掌握按实际机械的结构画出机构运动简图的方法；(2)熟悉机构自由度的计算及机构运动是否确定的判别方法。2. 设备和用具(1)牛头刨床机构； (2)正弦机构；(3)棘轮间歇机构； (4)可调整行程曲柄滑块机构；(5)导槽机构； (6)十字沟槽联轴器。此处自备三角板、铅笔、橡皮、草稿纸等。3. 测绘方法和步骤测绘指定的几个机构的运动简图或机构示意图(至少应有一幅机构简图)，测绘方法和步骤如下：(1)确定各机构的构件数 用手驱动被测绘的机构，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。(2
3、)确定各运动副的种类及代表符号，熟悉常用运动副的符号表示方法，根据两联接构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各运动副的种类。(3)绘制机构的运动简图1)画出机构的运动简图草图 选择好投影面从原动件开始，循着运动传递的路线即构件联接的顺序，按 GB1 3 8-74 所规定的机构示意图的代表符号，在草稿纸上标出各运动副的位置与运动有关的尺a) b) 图 1 实物简图示例寸，转动副之间用直线连接即代表该构件，一般不考虑构件本身的形状和大小。例如图 la所示的实物，其简图可绘成图 1 b 所示的形式。用数字 1，2，3，分别标注各构件，用 A，B，C 分别标注各运动副。2）完成机械运动简图 取定长度
4、比例尺 l ： l=构件的实际长度(m)/ 图上长度（ mm）按比例在实验报告上将草图整理成正式的机械运动简图。(4) 绘制机构示意图 方法同前，但不需要按比例。4. 计算机构的自由度并判定机构是否具有确定的运动机构自田度 F 的计算公式为：F=3n-2PL-PH按机构具有确定相对运动的条件：原动件的数目=机构的自由度 F，判定机构是否具有确定的运动。5.思考题(1) 一个正确的机构运动筒图能说明哪些内容?(2) 绘制机构运动简图时原动件的位置为什么可以任意给定? 会不会影响简图的正确性?(3) 机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助?机械设计基础实验报告实验名称 机构运动简图的测绘和分析
5、成 绩 _日 期 _指导教师 _1.测绘和分析必须注明是机构运动简图还是机构示意图。对机构运动简图，还需要写上所用比例尺。1）机构名称：牛头刨床机构F= = =原动件数目运动是否确定2) 机构名称：可调行程曲柄滑块机构F= = =原动件数目运动是否确定3) 机构名称：导槽机构F= = =原动件数目运动是否确定4) 机构名称：桃轮机构F= = =原动件数目运动是否确定5）机构名称：正弦机构F= = =原动件数目运动是否确定6) 机构名称：棘轮机构F= = =原动件数目运动是否确定2.思考题讨论带传动弹性滑动测定一 实验问题的提出由于皮带的弹性模量较低，在带传动过程中会产生弹性滑动，导致带的瞬时传
6、动比不是常量。另外，当带的工作载荷超过带与带轮之间的最大摩擦力时，带与带轮间会产生打滑，带传动这时不能正常工作而失效。二 实验目的观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率。了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。三 实验台的构造和工作原理由于弹性滑动率 的值与打滑现象的出现以及带传动的效率 都与带传递的载荷的大小有密切关系，本实验用灯泡做负载，实验台由主机和测量系统两大部分组成如下图所示。主机主机是一个装有平带的传动装置。主电机是直流电动机装在滑座上，可沿滑座滑动，电机轴上装有
7、主动轮，通过平带带动从动轮，从动轮装在直流发电机的轴上。在直流发电机的输出电路上，并联了八个灯泡，每个 40 瓦，作为带传动的砸在装置。砝码通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力。 ，开启灯泡，以改变发电机的负载电阻，随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，带的受力增大，两边的拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑，当负载继续增加时则完全打滑。测量系统测量系统电转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。（1）光电测速装置在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔，在小孔一侧固定有光电传感
8、器，并使传感器的测头正对小孔。带轮转动时，就可在数码管上直接读出带轮的转速。（2）扭矩测量装置主动轮的扭矩 T1和从动轮的扭矩 T2均通过电机外壳来测定。电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。当电动机启动和发电机加载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。即：主动轮上的扭矩 T1=Q1K1L1(Nmm) 从动轮上的扭矩 T2=Q2K2L2(Nmm)式中 Q 1 ，Q 2-测力计上百分表的读数k1 ，k 2-测力计标定值L1 ，
9、L 2-测力计的力臂，均等于 120mm带传动的效率 =从动轮的功率/主动轮的功率=T 1N1/T2N2我们只要测得不同负载下主动轮的转速和从动轮转速以及主动轮的扭矩 T1和从动轮的转矩T2，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率 （=V 1-V2/V1100%，在两个带轮的直径相同时 =n 1-n2/n1100%）以及效率 之值。以有效拉力 F 为横坐标，分别以不同载荷下的 和 为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线四 实验步骤1.接通电源前，检查调速旋钮是否处于零位置2.接通电源，实验台的指示灯亮，检查百分表，使百分表指针调零3.加砝码 3Kg，使带具有初拉力。4.慢慢地沿顺时针
10、方向旋转调速按钮，使电机从开始运转逐渐加速到 n1=1000 转/分，记录n2, Q1 ，Q 2一组数据。5.打开一个灯泡（即加载） ，记录一组 n1，n 2, Q1 ，Q 2一组数据,注意此时 n1和 n2之间的差值，也就是带的弹性滑动现象。6.逐渐增加负载（每次打开一个 40 瓦的灯泡） ，重复第 4 步，直到 3%左右，若再打开灯泡，则 n1，和 n2差值迅速增大。7.绘出弹性滑动和效率曲线,并讨论实验曲线的变化规律，分析其中的原理。五 注意事项1.实验台为开始传动，实验人员必须注意安全，皮带转动方向严禁站人。2.调节调速旋钮时，不要突然使速度增大或减小，以免产生较大冲击力，以防损坏测力
11、计。实验条件（1）带的种类： ，截面积 A=20*2=40mm2(2 )带的初拉力：2F 0= N(3 )张紧方式：自动张紧（4）测力杆长度 L1=L2=120mm，带轮直径 D1=D2=120mm， ，测力计标定值 K1=K2（5）包角 1= 2=180o测量数据记录表参数数据序号n1 n2 Q1 Q2 12345678五思考题1.带传动的弹性滑动与带的初始张紧力有什么关系？2.带传动的弹性滑动与带上的有效工作拉力有什么关系？3.带传动为什么会发生打滑失效？4.针对带传动的打滑失效可采用哪些技术措施予以改进？2.2 渐开线齿廓范成实验-齿轮范成仪切齿1. 实验目的(1) 掌握用范成法切制渐开
12、线齿轮的原理，观察用齿条(刀具) 绘制齿廓曲线的过程；(2) 了解标准齿轮 Zxmin )，得变位齿轮的移距数值 x m。 计算变位齿轮的节圆半径 r、齿根圆半径 rf和齿顶圆半径 ra。(3) 在同一张图纸上分别以 rb、r 、r f，r a、r f、r a和 r为半径画七个同心半圆，最后将图纸剪成半径比 ra大 35mm 的半圆纸坯，作为被加工齿轮的轮坯。(4) 将半圆纸坯放在范成仪的半圆盘 1 上，使二者圆心重合，然后用压板 2 压住，并用两只螺钉夹紧，对准两销孔放上有机玻璃材料的齿条刀具 6。(5) 范成标准齿轮1) 旋转螺杆 7 使横拖板 4 垂直移动，调整刀具分度线与纸坯的分度圆相
13、切；2) 将纵拖板 5 推至左(或右)极限位置，然后将纵拖板 5 均匀地向右(或左)移动，每移动一微小距离用蓝铅笔(或蓝圆珠笔)在纸坯上描下齿条刀刃位置的投影线(相当于切去齿坯间的材料)，直至形成 23 个完整的轮齿为止； 3) 用标准渐开线样板检验所绘得的渐开线齿廓，观蔡有无根报切现象。(6) 范成正变位齿轮1) 调整螺杆 7 使横拖板 4 垂直移动，调整刀具分度线与齿坯的分度圆分离 xm 值；2) 将纵拖板 5 推至左(或右)极限位置，然后将纵拖板 5 均匀地向右(或左)移动，每移动一微小距离用红铅笔(或红圆珠笔)在纸坯上描下齿条刀刃位置的投影线，直至形成23 个完整的轮齿为止；3) 检验
14、变位齿轮的齿廓；观察还有没有根切观象。(7) 观察不同颜色绘出的齿廓，比较渐开线是否相同，注意齿顶圆齿厚与齿根圆齿厚的变化情况。6. 思考题(1) 通过实验，说明你所观察到的根切现象是怎样的情形?是由于什么原因引起的? 如何避免根切？(2) 比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮与变位齿轮的几何参数 m、r、r b、h a 、h f 、r f、r a、s、s b、s a 及 sf 哪些变了？哪些没变?为什么 ?(3) 齿廓曲线是否全是渐开线?根切现象发生在基圆内还是基圆外?机械设计基础实验报告实验名称 渐开线齿廓范成实验齿轮范成仪范成成 绩 _ 日 期 _指导教师 _1.实验原始数据参 数 m(mm) ha* c* d(mm)数 值 25 20 1 0.25 2002.齿轮参数计算项 目 公 式 标准齿轮 变位齿轮齿 数 z=d/m变位系数 x= xmin(17-z)17基圆半径 rb=rcos齿顶圆半径 ra=r+( ha*+x)m齿根圆半径 rf=r-( ha*+ c*-x)m周 节 p=m
