机械设计基础实验指导书
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目 录 实验一机构运动简图绘制… 实验二齿轮范成原理 实验三带传动实验 实验四齿轮效率实验… 236 实验五减速器拆装………………… 实验报告 实验报告二… 实验报告三… 实验报告四 01245 实验报告五
目 录 实验一 机构运动简图绘制 ……………………………………………… 1 实验二 齿轮范成原理 …………………………………………………… 2 实验三 带传动实验 ……………………………………………………… 3 实验四 齿轮效率实验 …………………………………………………… 6 实验五 减速器拆装 ……………………………………………………… 9 实验报告一 ………………………………………………………………… 10 实验报告二 ………………………………………………………………… 11 实验报告三 ………………………………………………………………… 12 实验报告四 ………………………………………………………………… 14 实验报告五 ………………………………………………………………… 15
实验一机构运动简图的测绘和分析 实验目的 1.学会根据实际机构或模型的构造测绘机构运动简图的技能。 2.通过实验进一步理解机构的组成和机构自由度的意义及其计算方法 实验设备 1.机械实物及机械模型。 2.钢板尺,游标卡尺,内、外卡尺。 3.三角板,铅笔,橡皮,草稿纸等(自备)。 三.原理和方法 1.原理 机构运动的性质与机构中构件的数目和运动副的类型、数目、相对位置有 关。因此画机构运动简图时,应以规定的符号代表运动副,并以一定的比例尺 按实际尺寸定出运动副间的相对位置,用尽可能简单的线条表示机构中各构件 这种用比例尺绘出的机构简单图形称为机构运动简图,若不按比例尺绘出,则 称为机构示意图。 2.测绘方法 (1)缓慢驱动被测机构,仔细观察各构件的运动,分清各运动单元,从而确 定机构构件的数目 (2)根据相连接两构件的接触情况及相对运动性质,确定各运动副的类型, )在草稿纸上绘出机构示意图。用1,2,3…依次标注各构件,用AB,C…分 别标注各运动副,在原动件上标出表示运动方向的箭头 (4)测量与机构运动有关的尺寸,并标注在草图上。 (5)选长度比例尺 实际长度 (m/mm)。在实验报告纸上画出机构运动 简图。 3
3 实验一 机构运动简图的测绘和分析 一.实验目的 1. 学会根据实际机构或模型的构造测绘机构运动简图的技能。 2. 通过实验进一步理解机构的组成和机构自由度的意义及其计算方法。 二.实验设备 1. 机械实物及机械模型。 2. 钢板尺，游标卡尺，内、外卡尺。 3. 三角板，铅笔，橡皮，草稿纸等（自备）。 三.原理和方法 1. 原理 机构运动的性质与机构中构件的数目和运动副的类型、数目、相对位置有 关。因此画机构运动简图时，应以规定的符号代表运动副，并以一定的比例尺 按实际尺寸定出运动副间的相对位置，用尽可能简单的线条表示机构中各构件。 这种用比例尺绘出的机构简单图形称为机构运动简图，若不按比例尺绘出，则 称为机构示意图。 2. 测绘方法 ⑴缓慢驱动被测机构，仔细观察各构件的运动，分清各运动单元，从而确 定机构构件的数目。 ⑵根据相连接两构件的接触情况及相对运动性质，确定各运动副的类型。 ⑶在草稿纸上绘出机构示意图。用 1,2,3…依次标注各构件，用 A,B,C…分 别标注各运动副，在原动件上标出表示运动方向的箭头。 ⑷测量与机构运动有关的尺寸，并标注在草图上。 ⑸选长度比例尺 图示长度 实际长度 = （m/mm）。在实验报告纸上画出机构运动 简图
实验二齿轮范成原理 一.实验目的 1.掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理,观察齿廓曲线的形成 2.了解渐开线齿轮的根切现象和齿顶变尖现象,分析比较标准齿轮和变位 齿轮的异同点 实验设备与工具 1.齿轮范成仪,剪刀,绘图纸 齿轮范成仪基本参数:m=20m,a=20°,h=1,c‘=025,被加工齿轮齿 2.同学自备:圆规,三角板,铅笔,橡皮,计算工具 三.原理和方法 范成法是应用一对共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮齿廓的。实验时, 齿条代表切削刀具,齿条节线与被加工齿轮的分度圆做纯滚动。这样,刀具刀 刃各位置的包络线即为被加工齿轮的齿廓。由于刀刃是齿条型直线(相当于基 圆半径无穷大的渐开线),所以包络出的齿廓必为渐开线 当齿条中线与被加工齿轮分度圆相切并作纯滚动时,所加工的为标准齿轮; 如果是齿条中线的一条平行线与被加工齿轮分度圆相切并作纯滚动时,所加工 的为变位齿轮。 四.实验步骤 1.根据齿条刀具的基本参数和被加工齿轮的齿数以及变位系数计算出标 准齿轮和变位齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径,并画 在绘图纸上。 2.将图纸固定在齿轮范成仪的圆盘上,对准中心,调节刀具中心线与齿轮 毛坯分度圆相切,制作标准齿轮。开始时将刀具推向最右边,然后将溜板慢慢 向左移动。每移动一定距离,在代表齿轮毛坯的图纸上用铅笔描下刀具的刀刃 位置,直到形成三个完整的齿形为止 3.使刀具离开轮坯中心线,移动xm毫米(=04×20),再用上法推出三个 变位齿轮的齿形
4 实验二 齿轮范成原理 一.实验目的 1. 掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理，观察齿廓曲线的形成。 2. 了解渐开线齿轮的根切现象和齿顶变尖现象，分析比较标准齿轮和变位 齿轮的异同点。 二.实验设备与工具 1. 齿轮范成仪，剪刀，绘图纸 齿轮范成仪基本参数： 20 mm 20 1 0.25 * * m = ， = ，ha = ，c = ，被加工齿轮齿 数 z=10。 2. 同学自备：圆规，三角板，铅笔，橡皮，计算工具。 三.原理和方法 范成法是应用一对共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮齿廓的。实验时， 齿条代表切削刀具，齿条节线与被加工齿轮的分度圆做纯滚动。这样，刀具刀 刃各位置的包络线即为被加工齿轮的齿廓。由于刀刃是齿条型直线（相当于基 圆半径无穷大的渐开线），所以包络出的齿廓必为渐开线。 当齿条中线与被加工齿轮分度圆相切并作纯滚动时，所加工的为标准齿轮； 如果是齿条中线的一条平行线与被加工齿轮分度圆相切并作纯滚动时，所加工 的为变位齿轮。 四.实验步骤 1. 根据齿条刀具的基本参数和被加工齿轮的齿数以及变位系数计算出标 准齿轮和变位齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径，并画 在绘图纸上。 2. 将图纸固定在齿轮范成仪的圆盘上，对准中心，调节刀具中心线与齿轮 毛坯分度圆相切，制作标准齿轮。开始时将刀具推向最右边，然后将溜板慢慢 向左移动。每移动一定距离，在代表齿轮毛坯的图纸上用铅笔描下刀具的刀刃 位置，直到形成三个完整的齿形为止。 3. 使刀具离开轮坯中心线，移动 xm 毫米（=0.4×20），再用上法推出三个 变位齿轮的齿形
实验三带传动实验 带传动一般是由固联于主动轴上的带轮1(主动轮)、固联于从动轴上的带 轮3(从动轮)和紧套在两轮上的传动带2组成的(图一)。当原动机驱动主动 轮转动时,由于带和带轮间摩擦力的作用,便拖动从动轮一起转动,并传递 定的动力。 图一带传动 实验目的 1.了解带传动实验台结构和工作原理。 2.观察带传动中的弹性滑动和打滑现象 3.了解改变初拉力对带传动工作能力的影响 4.掌握转矩、转速的测量方法。 5.绘制带传动滑动曲线和效率曲线 二.实验台结构及工作原理 实验台结构如图二所示,主要由主动带轮、从动带轮、负载、操纵控制及 测试仪表等五部分组成 传动带装在主动带轮4和从动带轮8上,直流电动机和直流发电机的转子 均由一对滚动轴承支承,使电机定子可绕轴线摆动,在定子上装有测力杠杆3 和9,杠杆装有拉砣和砝码,当电动机和发电机工作时,便能容易地测定电动机 和发电机的工作转矩,直流电动机安装在滑动支架上,在砝码1的重力作用下 使电动机向左移动,传动带被张紧,产生初拉力F 合上开关,转动面板上的调速电位器使电动机转动,并接通灯泡使发电机 带上负载,由于定子磁场和转子磁场的相互作用,电动机定子将有向转子旋转
5 实验三 带传动实验 带传动一般是由固联于主动轴上的带轮 1（主动轮）、固联于从动轴上的带 轮 3（从动轮）和紧套在两轮上的传动带 2 组成的（图一）。当原动机驱动主动 轮转动时，由于带和带轮间摩擦力的作用，便拖动从动轮一起转动，并传递一 定的动力。 一.实验目的 1. 了解带传动实验台结构和工作原理。 2. 观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。 3. 了解改变初拉力对带传动工作能力的影响。 4. 掌握转矩、转速的测量方法。 5. 绘制带传动滑动曲线和效率曲线。 二.实验台结构及工作原理 实验台结构如图二所示，主要由主动带轮、从动带轮、负载、操纵控制及 测试仪表等五部分组成。 传动带装在主动带轮 4 和从动带轮 8 上，直流电动机和直流发电机的转子 均由一对滚动轴承支承，使电机定子可绕轴线摆动，在定子上装有测力杠杆 3 和 9，杠杆装有拉砣和砝码，当电动机和发电机工作时，便能容易地测定电动机 和发电机的工作转矩，直流电动机安装在滑动支架上，在砝码 1 的重力作用下， 使电动机向左移动，传动带被张紧，产生初拉力 F0。 合上开关，转动面板上的调速电位器使电动机转动，并接通灯泡使发电机 带上负载，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机定子将有向转子旋转 图一 带传动 1 3 2 n1 n2
的相反方向转动的趋势,发电机定子将有向转子旋转的相同方向转动的趋势, 它们的转动力矩分别通过固定在定子外壳上的杠杆3和9测出。 图二带传动实验台 -砝码2-砝码3-杠杆4主动带轮5-直流电动机6-传动带 7-直流发电机8-从动带轮9杠杆10-砝码11-拉砣 主动轮上的转矩7=GL+g 从动轮上的转矩 72=G2L2+gl2 式中 G2一一所加砝码的重量 g 拉砣重量,g=1.5N L1、L 测力杠杆力臂长度,L1=L2=0.35m l1、l2 拉砣所在位置刻度,m。 主动轮和从动轮的转速可用转速表或数字转速计测出 带传动的滑动系数为 1-V2 本实验台由于D=D=125mm,i=1,所以 n1-n2 带传动的传动效率 式中:P1、P2一一主动轮和从动轮的功率,Kv 主动轮和从动轮的转速,rpm 随着负载的增加,T1、T2、Mm=m-n2值也改变,这样可获得一组E、n的值, 6
6 的相反方向转动的趋势，发电机定子将有向转子旋转的相同方向转动的趋势， 它们的转动力矩分别通过固定在定子外壳上的杠杆 3 和 9 测出。 主动轮上的转矩 T1 = G1L1 + gl1 从动轮上的转矩 T2 = G2L2 + gl2 式中： G1、G2 ——所加砝码的重量； g ——拉砣重量，g=1.5 N； L1、L2 ——测力杠杆力臂长度，L1 =L2=0.35 m； l1、l2 ——拉砣所在位置刻度，m。 主动轮和从动轮的转速可用转速表或数字转速计测出。 带传动的滑动系数为 100% 1 1 2 − = V V V 本实验台由于 D1 = D2 =125 mm，i =1 ，所以 100% 1 1 2 − = n n n 带传动的传动效率 100% 1 1 2 2 1 2 = = T n T n P P 式中： P1、P2 ——主动轮和从动轮的功率，Kw； n1、n2 ——主动轮和从动轮的转速，rpm。 随着负载的增加，T1、T2、Δn= n1-n2 值也改变，这样可获得一组 ε、η 的值， 图二 带传动实验台 1 L1 L2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1-砝码 2-砝码 3-杠杆 4-主动带轮 5-直流电动机 6-传动带 7-直流发电机 8-从动带轮 9-杠杆 10-砝码 11-拉砣
然后可绘制滑动曲线和效率曲线 三.实验步骤 1.接通电源,打开电源开关,实验台指示灯亮,检查一下,二个测力杠杆 是否处于初始平衡状态,如果不平衡应调至平衡状态 2.慢慢地、顺时针方向旋转调速旋钮,电动机开始转动,使n≈1000pma 此时,电动机和发电机的测力杠杆都失去平衡,移动各自的拉砣使其达到 新的平衡。记下一组G1、G2、h、l、m、m数据 3.加负载(再打开一个40w灯泡),再旋转调速旋钮,使n≈1000rpm, 移动拉砣或增加砝码使主动电动机和从动发电机的上测力杠杆又达到平衡。记 下一组G、G2、h、h、m、m数据 4.增加负载(再打开一个40w灯泡),重复实验步骤3。 5.逐渐增加负载,重复实验步骤3,直到n->30rpm为止。(因为此时 >3%,带传动已进入打滑区工作) 6.增加初拉力F0(增加砝码1),在初拉力为F2情况下重复以上实验。 7
7 然后可绘制滑动曲线和效率曲线。 三.实验步骤 1. 接通电源，打开电源开关，实验台指示灯亮，检查一下，二个`测力杠杆 是否处于初始平衡状态，如果不平衡应调至平衡状态。 2. 慢慢地、顺时针方向旋转调速旋钮，电动机开始转动，使 n1≈1000 rpm。 此时，电动机和发电机的测力杠杆都失去平衡，移动各自的拉砣使其达到 新的平衡。记下一组 G1、G2、 l1、l2 、n1、n2 数据。 3. 加负载（再打开一个 40 w 灯泡），再旋转调速旋钮，使 n1≈1000 rpm， 移动拉砣或增加砝码使主动电动机和从动发电机的上测力杠杆又达到平衡。记 下一组 G1、G2、 l1、l2 、n1、n2 数据。 4. 增加负载（再打开一个 40 w 灯泡），重复实验步骤 3。 5. 逐渐增加负载，重复实验步骤 3，直到 n1-n2>30 rpm 为止。（因为此时 ε>3%，带传动已进入打滑区工作）。 6. 增加初拉力 F0（增加砝码 1），在初拉力为 F02 情况下重复以上实验
实验四齿轮效率实验 齿轮传动是机械传动中最重要的一类传动。它具有效率高、结构紧凑、工 作可靠、寿命长、传动比稳定等特点,因此,齿轮传动获得了广泛的应用 实验目的 掌握齿轮传动效率测定方法,了解封闭式系统加载和功率传递原理 实验台结构及工作原理 封闭功率流式齿轮实验台的结构如图一所示,它由试验齿轮箱I,陪试齿 轮箱Ⅱ,电动机1,联轴器2、3、5,弹性轴4,加载杆调水平机构6,加载装 置7,测距装置8及机架9等组成, 图一齿轮实验台结构简图 齿轮箱Ⅰ、Ⅱ用联轴器、弹性轴和加载器联接成封闭功率流式齿轮实验台 在加载器上用杠杆加载,得到封闭扭矩。驱动电动机设计成摇摆式的,用和电 动机相联接的测距装置测定电动机的输出扭矩 三.实验步骤 1.松开加载器上联接螺钉,抬起加载杆调水平机构6中的螺杆与加载器上 的斜齿轮啮合,使加载器左半部分固定
8 实验四 齿轮效率实验 齿轮传动是机械传动中最重要的一类传动。它具有效率高、结构紧凑、工 作可靠、寿命长、传动比稳定等特点，因此，齿轮传动获得了广泛的应用。 一.实验目的 掌握齿轮传动效率测定方法，了解封闭式系统加载和功率传递原理。 二.实验台结构及工作原理 封闭功率流式齿轮实验台的结构如图一所示，它由试验齿轮箱Ⅰ，陪试齿 轮箱Ⅱ，电动机 1，联轴器 2、3、5，弹性轴 4，加载杆调水平机构 6，加载装 置 7，测距装置 8 及机架 9 等组成。 齿轮箱Ⅰ、Ⅱ用联轴器、弹性轴和加载器联接成封闭功率流式齿轮实验台， 在加载器上用杠杆加载，得到封闭扭矩。驱动电动机设计成摇摆式的，用和电 动机相联接的测距装置测定电动机的输出扭矩。 三.实验步骤 1. 松开加载器上联接螺钉，抬起加载杆调水平机构 6 中的螺杆与加载器上 的斜齿轮啮合，使加载器左半部分固定。 5 4 3 2 1 Ⅰ Ⅱ 6 7 9 8 图一 齿轮实验台结构简图
2.用加载杠杆在加载器上进行封闭扭矩加载后(如图2),转动调水平机构 6中的螺杆,将a角调至0°,使加载杠杆呈水平状态,此时所加封闭力矩为 图二加载杠杆示意图 图三测距杠杆 1平衡砝码2-拉砣3-砝码 测距装置T2=G2L2+70 封闭功率为P2=9550 式中:L2一—加载杠杆的臂长,L2=0.3m G2一一加载砝码产生的重力,N 由加载杠杆及砝码架自重产生的扭矩,To 轴的转速 3.拧紧加载器上的联接螺钉,加载完毕,取下加载杠杆。 4.放下加载杄调水平机构6中的蜗杆,使其与加载器上斜齿轮脱离接触。 5.将拉砣2移到0位,移动平衡砝码1,使测距杠杆两端处于水平状态。(图 6.开机,调至所需转速。 7.待油温稳定后,加适量砝码3,并移动拉砣2,使测距杠杆恢复水平,由 此测定电动机的输出转距T1(图三)。 T1=G1L+GLN·m 式中:G1——所加砝码的重量,N L1一—杠杆的臂长,L1=0.3m g 拉砣的重量,g=1.5N; 拉砣所在位置刻度,m
9 2. 用加载杠杆在加载器上进行封闭扭矩加载后（如图 2），转动调水平机构 6 中的螺杆，将 α 角调至 0°，使加载杠杆呈水平状态，此时所加封闭力矩为： 测距装置 T2 = G2L2 + T0 N·m 封闭功率为 9550 2 2 2 T n P = 式中： L2 ——加载杠杆的臂长，L2=0.3 m； G2 ——加载砝码产生的重力， N； T0 ——由加载杠杆及砝码架自重产生的扭矩，T0= N·m； n2 ——轴的转速，rpm。 3. 拧紧加载器上的联接螺钉，加载完毕，取下加载杠杆。 4. 放下加载杆调水平机构 6 中的蜗杆，使其与加载器上斜齿轮脱离接触。 5. 将拉砣 2 移到 0 位，移动平衡砝码 1，使测距杠杆两端处于水平状态。（图 三） 6. 开机，调至所需转速。 7. 待油温稳定后，加适量砝码 3，并移动拉砣 2，使测距杠杆恢复水平，由 此测定电动机的输出转距 T1（图三）。 T1 = G1L1 + GL N·m 式中： G1 ——所加砝码的重量，N； L1 ——杠杆的臂长，L1=0.3 m； g ——拉砣的重量，g =1.5 N； l ——拉砣所在位置刻度，m。 图二 加载杠杆示意图 图三 测距杠杆 1-平衡砝码 2-拉砣 3-砝码 L2 G L1 2 1 3
电动机输出功率 T,n, Kw 式中:m1——电动机转速,pm 8改变封闭扭矩,重复以上实验过程 9.将采集的实验数据,利用近似方法计算效率n,假定齿轮箱I和Ⅱ效率 相等,可得如下公式: n=7 VP+P
10 电动机输出功率： 9550 T1n1 P = Kw 式中： n1 ——电动机转速，rpm。 8. 改变封闭扭矩，重复以上实验过程。 9. 将采集的实验数据，利用近似方法计算效率 η，假定齿轮箱Ⅰ和Ⅱ效率 相等，可得如下公式： 1 2 2 P P P + =总 =