机械设计实验指导书.docx

机械设计基础实验指导书教师：李 伟2017年3月实验一 机构展示与认知实验一、实验目的1. 通过实验增强对机构与机器的感性认识；2. 通过实验了解各种常用机构的结构、类型、特点及应用二、实验方法及主要内容本陈列室陈列了一套 CQYG-10B 机械原理展示柜，主要展示平面连杆机构、 空间连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇机构以及组合机构等常见机构 的基本类型和应用通过演示机构的传动原理，增强学生对机构与机器的感性认识通过实验指 导老师的讲解与介绍，学生的观察、思考和分析，对常用机构的结构、类型、特 点有一初步的了解提高对学习机械原理课程的兴趣三、展示及分析（一）机构的组成通过对蒸气机、内燃机模型的观察，我们可以看到，机器的主要组成部分是 机构简单机器可能只包含一种机构，比较复杂的机器则可能包含多种类型的机 构可以说，机器乃是能够完成机械功或转化机械能的机构的组合机构是机械原理课程研究的主要对象通过对机构的分析，我们可以发现它 由构件和运动副所组成机器中每一个独立运动的单元体称为一个构件，它可以 由一个零件组成也可以由几个零件刚性地联接而组成；运动副是指两构件之间的 可动联接，常用的有转动副、移动副、螺旋副、球面副和曲面副等。

凡两构件通 过面的接触而构成的运动副，通称为低副；凡两构件通过点或线的接触而构成的 运动副，称为高副二）平面连杆机构连杆机构是应用广泛的机构，其中又以四杆机构最为常见平面连杆机构的主要优点以能够实现多种运动规律和运动轨迹的要求，而且结构简单、制造容易、 工作可靠平面连杆机构分成三大类：即铰链四杆机构；单移动副机构；双移动副机构1. 铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，即根据 两连架杆为曲柄，或摇杆来确定2. 单移动副机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演 化而成的可分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机 构等3. 双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构，把它们倒置也可得到：曲 柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构通过平面连杆机构应用实例，我们可以归纳出平面连杆机构在生产实际中所 解决的两类基本问题：一是实现给定的运动规律，二是实现预期的运动轨迹三）凸轮机构凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，结构简单紧凑，因此广泛应用于各 种机械中凸轮机构的类型很多，通常按凸轮的形状和推杆（从动件）的形状和 运动来分类凸轮有盘行凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮；推杆按形状分有尖顶、滚 子和平底，按运动形式分为直动和摆动推杆；封闭方式分为力封闭、形封闭等。

四）齿轮机构 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构具有传动准确、可靠、 运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中根据 轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆 根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、 交错轴传动三大类1．平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人 字齿轮机构、齿轮齿条机构等2．相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线 夹角常为 90°3．交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗 杆机构等在参观这部分时，学生应注意了解各种机构的传动特点，运动状况及 应用范围等4．齿轮机构参数齿轮基本参数有齿数Z、模数m、分度圆压力角a、齿顶高系数h*a、顶隙 系数c*等4■ICQYG-10B系的功_用（五）轮系的类型 所谓轮系，是指由一系列齿轮所组成的齿轮传动系统轮系的类型很多，其 组成也各种各样，通过根据轮系运转时各个齿轮的轴线相对机架的位置是否都是 固定的，而将轮系分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系大类周转轮系按自由度 分为行星轮系和差动轮系，还可根据基本构件的不同加以分类，包含一个系杆 H， 两个中心轮K,称之为2K—H型周转轮系；包含有三个中心轮，叫作3K型周转 轮系。

在实际机构中采用最多的是2K—H型轮系复合轮系可能既包含定轴轮系 部分，也包含周转轮系部分，或者是由几部分周转轮系组成计算复合轮系传动 比的正确方法，是将其所包含的各部分定轴轮系和各部分周转轮系——加以分 开，并分别应用定轴轮系和周转轮系传动比的计算公式求出它们的传动比，然后 加以联立求解，从而求出该轮系的传动比六）间歇运动机构间歇运动机构广泛用于各种需要非连续传动的场合常见的有棘轮机构；摩 擦式棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；凸轮式间歇运动机构；万向节及非 圆齿轮机构等通过各种机构的动态演示学生应知道各种机构的运动特点及应用 范围七）组合机构由于生产上对机构运动形式，运动规律和机构性能等方面要求的多样性和复 杂性，以及单一机构性能的局限性，以致仅采用某一种基本机构往往不能满足设 计要求，因而常需把几种基本机构联合起来组成一种组合机构组合机构可以是 同类基本机构的组合，也可以是不同类型基本机构的组成，常见的组合方式有串 联、并联、反馈以及叠加等四、按要求完成实验报告，实验报告应包含以下内容：（一） 实验目的（二） 实验设备名称及型号（三） 实验方法及主要内容（四） 实验结果1 完成如下相关的习题1） 机器是由什么组成？机构是由什么组成？什么叫构件? 什么叫运动副？2） 铰链四杆机构有哪三种基本类型？铰链四杆机构可演化成哪些其他四杆机构？试列举应用实例。

3） 凸轮机构是如何分类的？可分哪些类型?4） 齿轮机构根据其齿形可分为哪些类型？根据两轴线的位置又可分为哪些类型？分析各种类型的特点及应用场合5） 轮系有哪些类型？轮系有哪些功用并列举应用实例？2 实验的体会与收获实验二 机构运动简图测绘与分析实验一、 实验目的1．熟悉并掌握机构运动简图绘制的原理和方法，学会根据实际机械和模型 绘制机构运动简图的技能；2．加深和巩固机构自由度的计算方法，并检验机构是否具有确定运动； 3．加深对平面机构结构分析的了解二、 实验内容及要求1 .以指定的3〜4种机构模型或机器为研究对象,进行机构运动简图的绘制；2．分析所画各机构的构件数、运动副类型和数目，计算机构的自由度，并 验证它们是否具有确定的运动；3．进行机构的结构分析三、 实验设备和工具1．各种机器实物和模型；2．学生自备铅笔、直尺、圆规、橡皮、草稿纸等；四、 实验原理机器和机构都是由若干构件及运动副组合而成而机构的运动是由原动件 的运动规律、联接各构件的运动副类型和机构的运动尺寸（即各运动副间相对位 置尺寸）来决定的因此,在绘制机构运动简图时,可以撇开构件的形状和运动 副的具体构造,而用一些简单的线条来代替构件。

构件的表示法见图 1用规定 的符号代表运动副,并按一定的比例尺表示运动副的相对位置,以此表明机构的 运动特征常用运动符号示例见表 1－1五、 实验步骤1、 确定组成机构的构件数：缓慢转动机器,沿着运动传递的线路仔细看清各构 件间的相对运动（有些相互连接构件间的相对运动非常微小）,从而确定组成机构 的构件数目2、 确定运动副的类型：根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动特点, 确定各个运动副的类型3、 选定视图平面：一般选择与多数构件运动平面平行的平面为视图平面4、 绘制机构示意图的草图：凭目测在草稿纸上徒手按规定的运动副代表符号, 从原动件开始,按各构件的连接次序,用简单的线条代表构件,逐步画出机构示 意图的草图用数字1、2、3……分别标准各构件，用字母A、B、C……分别标准各运动副5、计算机构的自由度数，并将计算结果与实际机构的自由度相对照，观察二者是否相符机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH（式中：n为活动构件的数目；PL为低副的数目；PH为高副的数目6、测量机构运动尺寸：对转动副测量回转中心间的相对尺寸；对移动副测量导 路方向线和与其有关的其他运动副间的相对尺寸7、选取适当的比例尺：长度比例尺“ i =图纸上所际长长度（蔦）8、绘制机构运动简图：按一定的比例尺。

用制图仪器画成正式的机构运动简图表1－1常用运动符号六、实验安排1、先由指导教师对测绘过程进行讲解示范，然后分组进行测绘2、每个同学应测量4个机构机构运动简图测绘实验报告机构运动简图绘制1.机构名称：2.机构名称：比例尺巴二比例尺巴二计算自由度：F = 3n - 2P - PL H机构运动是否确定？ 理由：计算自由度：F = 3n - 2P - PL H机构运动是否确定？ 理由：3.机构名称：4.机构名称：比例尺巴二比例尺巴二计算自由度：F = 3n - 2P - PL H机构运动是否确定？ 理由：计算自由度：F = 3n - 2P - PL H机构运动是否确定？ 理由：七、思考题1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？4、自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？实验三：齿轮参数的测定一、目的1. 熟悉齿轮各部分名称和几何关系2. 学会运用一般测量工具测定渐开线齿轮的各基本参数，通过参数测量，从中掌握标 准齿轮与变位齿轮的基本判别方法3. 学会测量齿厚的一般方法二、设备和工具被测齿轮、游标卡尺，并自备计算器和稿纸。

三、测量原理和方法通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非 标准渐开线齿形的齿轮切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为径向变位 改变标准刀具的齿槽宽称为切向变位最常用的是径向变位，切向变位一般用于圆锥齿轮的 变位771耳中线用展成法加工齿轮时,若齿条形刀具的中线NN与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，加 工出来的齿轮称为标准齿轮若齿条形刀具的中线不与齿轮毛坯的分度圆相切，而是与刀具 中线平行的另一条分度线（机床节线）与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，则加工出来 的齿轮称为径向变位齿轮加工径向变位齿轮时，齿条形刀具的中线相对被加工齿轮分度圆移动的距离称为变位量，用xm表示,x称为变位系数，m为模数通常规定，刀具中线相对轮 心移远时，x取正值，称为正变位；刀具中线相对轮心移近时，x取负值，称为负变位n 曲 JT/n/ 仔度圆 /乩准山轮的也制禺1标准曲轮毛覺泣击絶的切制变位齿轮与标准齿轮相比，其模数、齿数、压力角均无变化；但是正变位时，齿廓曲线 段离基圆较远，齿顶圆和齿根圆也相应增大，齿根高减小，齿顶高增大，分度圆齿厚与齿根 圆齿厚都增大，但齿顶容易变尖；负变位时，齿廓曲线段离基圆较近，齿顶圆和齿根圆也相 应减小，齿根高增大，齿顶高减小，分度圆齿厚和齿根圆齿厚都减小。

径向变位齿轮传动可分为高变位齿轮传动和角变位齿轮传动高变位齿轮传动又称变位零传动，其特点是两轮的变位系数xl+x2=0因此，高变位齿 轮传动的啮合角a‘等于标准齿轮压力角a,即a'=a ；节圆与分度圆重合，即r'=r； 中心距a，等于标准齿轮传动的中心距a,即az=ao但由于变位齿轮齿顶高和齿根高发生 了变化，高变位齿轮传动可用于中心距等于标准中心距，而又需要提高小齿轮齿根弯曲强度 和减小磨损的场合角变位齿轮传动的特点是xl+x2工0,故a'Ma, r'Mr, az^ao与标准齿轮传 动相比，其啮合角发生了变化。