典型机械运动专项方案展示与分析及机构运动简图测绘.docx
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典型机械运动专项方案展示与分析及机构运动简图测绘
试验1经典机械运动方案展示和分析及机构运动简图测绘
1.1试验目标
经过对
（1）测绘时使被测绘机械缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构运动，分淸各个运动单元，从而确左组成机构构件数目。
（2）依据相互连接两构件间接触情况及相对运动特点，确左各个运动副类型。
（3）在初稿纸上徒手按要求符号及构件连接次序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图草图。
用数字1、2、3、…分别标注各构件，用字母A、B、C、…分别标注各运动副。
（4）仔细测量和机构运动相关尺寸，即转动副间中心距和移动副某点导路方位线等，选定原动件位宜，并按下式选择一定百分比尺画岀正式机构运动简图。
实际长度（m）
图上长度（mm）
1.4试验步骤和要求
1.对于指定多个机器或机构，要求其中最少有两种需按百分比尺绘制机构运动简图，英它
可凭目测，使图和实物大致成百分比，这种不按百分比尺绘制简图通常称为机构示意图。
2.计算机构自由度，并将结果和实际机构自由度对照，观察计算结果和实际是否相符。
3.对上述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确怎杆组和机构等级等）。
1.5思索题和试验汇报
1.思索题
（1）经过本试验，叙述机构运动简图内涵。
机构运动简图应正确反应实际机构中哪些项目？
（2）绘制机构运动简图时，原动件位巻为何能够任意选择？
会不会影响简图正确性？
（3）机构自由度计算对测绘机构运动简图有何帮助？
机构含有确泄运动条件是什么？
（4）对所测绘机构能否改善和创意新机构运动简图？
2.试验汇报基础内容
组别
指导老师
（1）填写完成下表内容
试验1:
经典机械运动方案展示和分析及机构运动简图测绘试验汇报
学生姓名
试验日期
所含杆组
机构自由度计算F=
（2）机构编号
机构运动简图百分比尺耳=
机构等级机构名称
（m/nin）
所含杆组
机构自由度计算
F=
机构等级
（3）机构编号
机构名称
机构运动简图百分比尺曲=（m/nm）
机构运动尺寸：
所含杆组
机构自由度计算
F=
机构等级
（4）机构编号
机构名称
机构运动简图百分比尺小=（m/nm）
机构运动尺寸：
所含杆组
机构等级
机构自由度计算F=
（2）思索题讨论
（3）试验心得和提议
试验2齿轮传动效率测定和分析
2.1试验目标
1.了解机械传动效率测左原理，掌握用扭矩仪测怎传动效率方法;
2.测左齿轮传动传输功率和传动效率；
3.了解封闭加载原理’
2.2试验设备和工具
1.齿轮传动效率试验台；
2•测力计;
3.数据处理和分析软件；
4.计算机、打印机。
2.3试验原理和方法
1.齿轮传动效率及其测左方法
齿轮传动功率损失关键在于：
（1）啮合面摩擦损失：
（2）轮齿搅动润滑汕时油阻损失；（3）轮轴支承在轴承中和轴承内摩擦损失。
齿轮传动效率即指一对齿轮从动轮（轴）输出功率和主动轮（轴）输入功率之比。
对于采取滚动轴承支承齿轮传动，满负荷时计入上述损失后，平均效率如表3」所表示。
表2.1齿轮传动平均效率
传动类型
齿轮精度等级和结构型式
6、7级，闭式
8级，闭式
脂润滑，开式
圆柱齿轮传动
0.98
0.97
0.95
圆锥齿轮传动
0.97
0.96
0.94
测左效率方法关键有两种：
开放功率流式和封闭功率流式。
前者借助一个加载装巻（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传输能量。
其优点是和实际工作情况一致，简单易行，试验装宜安装方便：
缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验场所（如疲惫试验），消耗能力尤其严重。
以后者采取输出功率反馈给输入方法，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗功率，能够大大减小功耗，所以这种试验方案采取较多。
2.封闭式试验台加载原理
图3」表示一个加载系统，电机功率经过联轴器1传到齿轮2,带动齿轮3及同一轴上齿轮6,齿轮6再带动齿轮5。
齿轮5轴和齿轮2轴之间以一只特殊联轴器和加载器相联接。
设齿轮齿数◊=◎，"=乙6，齿轮5转速为”5（r/min）、扭矩为A/5（Nm）,则齿轮5
处功率为
弘谯（kw）
若齿轮2、5轴不作封闭联接，则电机功率为
N、=N、/
X駕爲冋）
式中〃为传动系统效率。
而当封闭加载时，在不变情况下，齿轮2、3、6、5形成封闭系统内力产生封闭力
矩M-（N・m）,其封闭功率为
该功率不需全部由电机提供，此时电机提供功率仅为
N；=NJq—N、（kW）
由此可见，N；«N\、若〃心95%,则封闭式加载功率消耗仅为开放式加载功率l/20o
图2.1加载系统图2.2试验台结构
3.效率计算
要计算效率，应先决肚被试齿轮2处于主动还是被动。
在齿轮传动中，主动轮转向和轮齿啮合作用力形成扭矩方向相反，而从动轮转向则和轮齿啮合作用力形成扭矩方向相同。
图3.1所表示，由电机联轴器1决圧方向和齿轮2所受扭矩方向相反，所以持论2为主动轮。
设齿轮2.3间传动效率为齿轮匕5间传动效率为（均含支承轴承效率及搅油
损失，方便于计算），则电机供给功率可计算以下
电机力矩
（kW）
=——M4
〃2-3〃6-5
当设〃2-3=〃45=平均效率〃时，由上式可得
若电机转向和图3」中所表示由联轴器力矩1表示方向相反（本试验所采取试验台便是这种情况），磁码形成负荷将保持捏合而不变。
从齿轮2转一直判泄，转向和所承受轮齿啮协力扭矩方向相同，所以齿轮2即为被动轮，而齿轮3和5就成为主动轮，功率流方向变为
5-6-3-2。
此时功率流功率“4大于传出功率，则电机供给摩擦功率为
*=比一Ngg=“4（1一77327—）=“4（1一"2）
所以则平均效率为
〃=
4.试验台结构
试验台结构图3.2所表示。
其中电机1悬挂式安装，2是重锤式测力计，3是两套相同传动比齿轮减速器，经过联轴器和加载器4组成封闭加载回路，5是机架，6是电器控制箱。
若测力讣读数为/（mN）,测力矩臂长为/=195mm,则功耗力矩为
减速器采取了螺旋槽加载机构，图33所表示。
其螺旋角0=11.14。
。
当狂码1重咼
G（N）经动滑轮2施加于滑架3时，滑架即在滑轨4上移动。
因为螺旋槽作用，此时销轴5不动，而槽体产生旋转，带动轴6旋转而产生加载力。
加载受力情况图3.3±图所表示。
Q为螺旋槽压在销轴上载荷，其分力0’和加载磁码重量相平衡，即Q9=2G,分力0"则为
圆周力•它乘以作用半径r即为作用在封闭系统内封闭力矩o
Q"=Q5g0
叫卞如*xiooo（N"）
当初厂=21.5mm,M8=0.22G（N•m）。
测力计结构和作用原理见试验12。
2.4试验步骤和要求
1.脱开测力计挂钩并调零。
判左电机转向应为测力杆向下回转。
2.卸去全部祛码，使加载器销轴处于轴向移动起点周園约2~3mm处。
3.手扶测力杆，开启电机，空转一分钟。
4.将测力杆挂上测力讣挂钩，读出空载下功耗力矩力。
（该力矩是和载荷无关原因所引发损失，如轴承空载阻力，密封件阻力，箱体内搅汕损失等）。
5.逐步加载到琏码重250N,每次加载后运转5-10min使趋于稳左状态，统计磁码重及测力计读数，同时注意此两数之间是否大致保持对应关系。
如有显著不正常，则应査明原因采取方法后重做一遍。
数据正常则停机。
6.将数拯输入计算机，打印出加载力矩功耗力矩及传动效率〃诸值，并作出
曲线和〃曲线图。
2.5思索题和试验汇报
1.思索题
（1）为何Mf-Mb基础为直线关系，而〃—M〃则为曲线关系？
（2）油温对传动效率将有何影响？
（3）加载力矩测量值介入了哪些误差？
2.试验汇报基础内容
（1）填写完成下表内容
试验厶齿轮传动效率测定和分析试验汇报
学生姓名
学号
组别
试验日期
成绩
指导老师
试验台型号及规格
齿轮箱传动比：
齿轮模数：
加载轴转速：
r/min
加载力矩范围：
N・m
加载轴电机功率：
W
测力计型号及规格
润滑油种类
温度°C
序号
加载
功耗
“（％）
G（N）
M〃（N・m）
/（mN）
M/.（N・m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
试验3经典机械结构展示及拆装和测绘
3.1试验目标
1.了解经典机械功用和传动机构组成情况和运动、动力传输路线和变换形式：
2.了解经典机械中各零部件结构特点、装配关系及其调整方法；
3.经过拆装深入熟悉和掌握经典机械零部件结构设汁通常标准；
4.了解零部件测绘方法，培养机械结构设汁和反求设计能力。
3.2试验设备和工具
1.多种经典传动装置：
2.多种常见拆装工具和测屋工具。
3.3试验步骤和要求
1.打开传动装置机盖，仔细观察传动装置运动和动力输入、输出件、传输路线和变换形式,分析其功用和所含传动机构类型，绘制传动系统示意图。
2.观察各零部件结构特点、装配关系及其调整方法，用手感觉配合松紧程度和间隙大小，考虑合理拆装次序。
3.按次序拆下各零部件并作统计，将拆下零部件按一泄次序放置，以免丢失、损坏，方便于装配。
4.选择其中代表性结构（如轴系）徒手绘制其装配草图。
5.选择2个关键零件，绘制英结构草图，并经过实测，标注全部尺寸，推测配合处配合制、名义尺寸和配合精度等级和公差，从功效要求考虑，选择合理形位公差和表面粗糙度。
6.将传动装置按一左次序安装并调整好，使其运转灵活。
3.4思索题和试验汇报
1.思索题
（1）传动装置中为实现零部件周向和轴向左位和固左采取了哪些方法？
（2）传动装置中哪些零件需要对安装间隙进行调整，采取什么方法进行调整？
（3）机械结构设讣时应注意和考虑哪些问题？
（4）结构测绘时怎样才能取得较为正确测量结果?
2.试验汇报基础内容
（1）填写完成下表内容
试验4：
经典机械结构展示及拆装和测绘试验汇报
成绩
学生姓需
试验日期
组别
指导老师
传动装置名称：
所含传动机构类型及洛称:
传动系统示意图:
装配结构草图:
零件结构草图:
（2）思索题讨论
（3）试验心得和提议
试验4渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定和分析
4.1试验目标
1.掌握利用游标卡尺测左渐开线直齿圆柱齿轮基础参数方法；
2.经过测量和计算，熟练掌握齿轮各参数之间相互关系和渐开线性质。
4.2试验设备和工具
1.一对齿轮（齿数为奇数和偶数各一个）：
2.游标卡尺（游标读数值小于0.05mm）；
3.渐开线函数表、计算工具（学生自备）。
4.3试验原理和方法
单个渐开线直齿圆柱齿轮基础参数有：
齿数乙、模数加、压力角&、齿顶髙系数尤、
顶隙系数/、变位系数兀：
一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合基础参数有：
啮合角a'、中心距a。
本试验用游标卡尺来测量轮齿，并经过计算得岀一对直齿圆柱齿轮基础参数。
英原理以下：
1•确定齿轮模数和压力角
3
图4.1齿轮公法线长度测量
标准直齿圆柱齿轮公法线长度计算以下：
图7.1所表示，若卡尺跨〃个齿，其公法线长
度为
ln=S_1）几+»同理，若卡尺跨“+1个齿，其公法线长度则应为
（4.1）
/心=Mb+»所以—“=pb
又因ph=pcosa=TuncQsa
式中內为齿轮基圆齿距，它由测量得到公法线长度匚和/曲代入式（7・1）求得。
a可能是15°,也可能是20°,故分别用15°和20°代入式（7.2）算岀模数，取模数最靠近标准值一组川和即为所求齿轮模数和压力角。
为了使卡尺两个卡脚能确保和齿解渐开线部分相切，所需跨齿数”按下式汁算
a
n=z+0.5（4.3）
180
或直接由表7.1査出。
表4.1跨齿数
Z
12-18
19-27
28-36
37-45
46-54
55-63
64-72
n
2
3
4
5
6
7
8
2•确怎齿轮变位系数
依据齿轮齿厚公式
sh=scosa+2rhinva=/2+2xtga）cosa+2rhinva
式中》可由以上公法线长度公式求得，即
（4.5）
将式（7.5）代入式（7.4）即可求出变位系数x。
3.确定齿轮齿顶髙系数和顶隙系数
依据齿轮齿根高计算公式
niz.-d『
hf=2（4.6）
又hf=m（h：
+c*-x）（4.6a）
式（7.6沖齿根圆直径©可用游标卡尺测定，所以可求出齿根高巧。
在式（7.6a沖仅巧和/
未知，因为不一样齿制町和c•均为已知标准值，故分别用正常齿制町=1、C4=0.25和
短齿制力；=0・8、"=0・3两组标准值代入，符合式（7.6a）-组即为所求值。
4•确定一对相互啮合齿轮啮合角和中心距
一对相互啮合齿轮，用上述方法分别确左其模数加、压力角Q和变位系数山、吃后,可用下式计算啮合角刃和中心距d:
incosa
试验时，可用游标卡尺直接测立这对齿轮中心距R,测泄方法图7.2所表示。
首先使该
（4.9）
4.4试验步骤和要求
1.数出齿轮齿数z°
a=h+（dk}+〃殖）/2
图4.2中心距测量
2.由式（7.3）计算或查表确左跨齿数
3.测量公法线长度/”和/曲及齿根圆直径心、中心距读数精度至0.01mm。
注意，每个尺寸应测量三次，记入试验汇报附表，取其平均值作为测量结果。
4.逐一计算齿轮参数，记入试验汇报附表。
最终将计算中心距和实测中心距进行比较。
4.5思索题和试验汇报
1.思索题
（1）经过两个齿轮参数测定，试判别该对齿轮能否相互啮合。
如能，则深入判别英传动类型是什么？
（2）在测量齿根圆直径〃/时，对齿数为偶数和奇数齿轮在测量方法上有何不一样？
（3）公法线长度测量是依据渐开线什么性质？
⑷怎样分析跨齿数"计算公式（7.3）?
2.试验汇报基础内容
（1）填写完成下表内容
试验4：
渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定和分析试验汇报
学生姓名
学号
组别
试验日期
成绩
指导老师
齿轮编号
测
量
数
据
齿数Z
跨齿数"
测址次数
I
2
3
平均值
1
2
3
平均值
"齿公法线长度仃
11+1齿公法线长度/曲
孔径dk
尺寸b
中心距a
1:
基圆齿距/外
算
数
据
模数加
压力角Q
齿顶商系数〃；
顶隙系数C，
基圆齿厚》
分度圆直径〃
变位系数X
啮合角G’
中心距d
中心距相对误差巴二
CI
（2）思索题讨论
（3）试验心得和提议
试验5渐开线直齿圆柱齿轮范成
5.1试验目标
1.经过试验掌握用范成法制造渐开线齿轮齿娜基础原理：
2.了解渐开线齿轮产生根切现象原因和避免根切方法；
3.分析比较标准齿轮和变位齿轮异同点。
5.2试验设备和工具
1.齿轮范成仪；
2.圆规、三角尺、绘图纸、剪刀、两支不一样颜色铅笔或圆珠笔（学生自备）；
3.“齿轮范成试验”电教片、放像机。
5.3试验原理和方法
范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）相互啮合时其共轨齿屎互为包络线原理来加工轮齿一个方法。
加工时，英中一齿轮（或齿条）为刀具，另一轮为轮坯，二者对滚，同时刀具还沿轮坯轴向作切削运动，最终轮坯上被加工出来齿娜就是刀具刀刃在各个位置包络线，其过程仿佛一对齿轮（或齿轮齿条）作无齿侧间隙啮合传动一样。
为了看淸楚齿廓形成过程,能够用图纸做轮坯。
在不考虑切削和让刀运动情况下，刀具和轮坯对滚时，刀刃在图纸上所印出各个位置包络线，就是被加工齿轮齿邮曲线。
图所表示齿轮范成仪，圆盘2（相当于待切齿轮）绕固左于机架1上轴心0转动，在圆盘周缘刻有凹槽，槽内嵌两根钢丝3,英中心线（图中圆盘2上虚线为钢丝3中心线）形成圆相当于被加工齿轮分度圆。
两根钢丝一端分别固左在圆盘2上B、B',另一端分别固泄在拖板4A、A'处，拖板在机架上沿水平方向移动时，钢丝便拖动圆盘转动。
这和被加工齿轮相对于齿条刀具运动相同。
在拖板4上还装有带齿条刀具6小拖板5,转动螺旋7可使英相对于拖板4垂直移动，从而可调整齿条刀具中线至轮坯中心距离。
在齿轮范成仪中，已知齿条刀具参数为：
压力角a：
齿顶髙系数力；：
径向间隙系数c•:
模数〃八被加工齿轮分度圆直径〃（=〃及）。
5.4试验步骤和要求
1.依据已知刀具参数和被加工齿轮分度圆直径，计算被加工齿轮基圆、不发生根切最小变位系数和最小变位量、标准齿轮齿顶圆和齿根圆直径和变位齿轮齿顶圆和齿根圆直径。
然后依据计算数据将上述六个圆画在同一张纸上，并沿最大圆圆周剪成圆形纸片，作为本试验用“轮坯”。
2.把“轮坯”安装到范成仪圆盘上，必需注意对准中心。
3.调整齿条刀具中线，使其和被加工齿轮分度圆相切。
刀具处于切制标准齿轮时安装位置上。
4.“切制”齿解时，先把刀具移向一端，使刀具齿廓退出轮坯中标准齿轮齿顶圆：
然后每当刀具向另一端移动2~3mm距离时，描下刀刃在图纸轮坯上位置，宜到形成两个完整轮齿齿娜曲线为止。
此时应注意轮坯上齿解形成过程。
5.观察根切现象（用标准渐开线齿娜检验所绘得渐开线齿解或观察刀具齿顶线是否超出被加工齿轮极限点）。
6.重新调整刀具，使刀具中线远离轮坯中心，移动距离为避免根切最小变位量，再“切制”
齿廉。
此时也就是刀具齿顶线和变位齿轮根圆相切。
根据上述操作过程，一样能够“切制”得到两个完整正变位齿轮齿廓曲线。
为便于比较，此齿廓可用另一个颜色笔画岀。
5.5思索题和试验汇报
1.思索题
（1）试验得到标准齿轮齿廓和正变位齿轮齿邮（图&2所表示）形状是否相同？
为何？
（2）经过试验，你所观察到根切现象发生在基圆之内还是基圆之外？
是什么原因引发？
怎样避免根切？
（3）比较用同一齿条刀具加工出标准齿轮和正变位齿轮以下参数尺寸：
川、a、r、几、叽、
hf、h、p、s、»、，其中哪些变了？
哪些没有变？
为何？
（4）经过试验对范成齿廓和变位齿廓创意有何体会？
2.试验汇报基础内容
（1）
填写完成下表内容
试验5：
渐开线直齿圆柱齿轮范成试验汇报
学生姓名
组别
试验日期
成绩
指导老师
齿条：
模数加=mm；压力角a=:
齿轮几何尺寸计算
名称
符号
计算公式
计算结果
标准齿轮
变位齿轮
齿数
Z
Z=2r/m
最小变位系数
fin
X-h；Zmm_z
Sin
基圆半径
rb
rh=rcosc?
齿顶圆半径
G=/•+h；m+xm
齿根圆半径
rf
rf=r-（h：
+c*）m+xm
（2）思索题讨论
（3）试验心得和提议
图5.2标准齿轮齿廓和正变位齿轮齿廓
试验6带传动特征
6.1试验目标
1.了解带传动中弹性滑动现象、打滑现象及英和带传动工作能力关系。
经过试验，测岀带传动惮性滑动系数、传动效率和带传动预紧拉力之间关系曲线。
2.了解试验台结构原理，掌握扭矩、转速、转速差、效率测试方法。
6.2试验设备和工具
1.带传动特征试验台：
2.计算工具（学生自备）。
6.3试验原理和方法
1.带传动弹性滑动和传动效率
带传动是靠摩擦力作用而工作，其关键失效形式是带磨损、疲惫损坏和打滑。
带磨损是因为带和带轮之间相对滑动引发，是不可避免：
带疲惫破坏是因为带传动中交变应力引发，和带传动载荷大小、运行时间、工作情况、带轮直径等相关，它也是不可避免：
带打滑是因为载荷超出带传动能力而产生，是能够避免。
因为带在传动运动过程中，紧边和松边拉力不一样，使得带在紧边弹性变形大于松边弹性变形，在带绕过带轮时，因为摩擦力存在，在主动轮上岀现轮线速度大于带线速度，在从动轮上出现轮线速度小于带线速度现象，这种现象就是带弹性滑动。
弹性滑动是带传动主、从动轮产生速度差关键原因，是带传动效率降低和带磨损关键原因，也是带传动关键特点。
弹性滑动通常以滑动系数来衡量，其泄义为
（9.1）
这里刃、出分别为主、从动轮转动线速度：
山、“2分别为主、从动轮转速：
6、6分別为主、从动轮直径。
通常带传动滑动系数为（1~2）%o
带传动效率是指从动轮输出功率P1和主动轮输入功率P1比值，即
”=二=（9.2）P\Mz
式中，Mi、M2分别为主、从动轮转矩。
所以，只要测得带传动主、从动轮转速和转矩，就能够取得带传动转速差、挥性滑动系
数和传动效率。
在本试验中，我们采取转矩转速传感器来测量两轴转速和扭矩。
2试验原理
在图9.1中，电机轴经过联轴器和转矩转速传感器联结，传感器和主动轮联结；主动轮经过带将动力传输到从动轮，从动轮再经过传感器、联轴器和发电机相联。
这么，经过两个转速转矩传感器，就能够分析测量主、从动轮轴转速和转矩，从而对带传动特征进行计算。
电阳丝
图9.1带传动特征试验台结构原理图
为了调整主动轮转速，本试验采取变频器调整三相交流电机转速；而载荷调整，则采取调整发电机励磁电流，使发电电压增加，从而增大电阻消耗方法。
另外，还能够经过调整张紧轮位置，改变带传动包角大小（这只是包角调整一个方法,改变方向带轮直径也能够改变包角）；经过调整张紧弹簧位置改变初始预紧力。
转速转矩采取光电传感器测星，其结构图9.2。
光孔
图6.2转速转矩传感器
图中两遮光盘被固左在弹性轴两端，两盘上透光孔位置一致，光电开关分别被固立在两个遮光盘周用。
每个光孔经过光电传感器时，电信号就会有改变。
所以电信号能够反应光孔位置。
另外，电信号改变次数（频率）又反应了遮光盘转过圈数即转速。
若遮光盘上透光孔数为匕则电信号频率F和转速“关系为：
F=kn/60（9.3）
所以，经过测量光电传感器频率，即可取得被测轴转速。
假设在没有载荷时，两个光电传感器电信号相位差为零（能够经过机械加工确保），在有载荷后，弹性轴将发生扭转变形，从而使得电信号产生相位差。
假设弹性轴长度为乙剪切模量为G,截而极惯矩为丿，负载扭矩为M,则电信号相位差为：
门Lk“
0=——M（9.4）
GJ
从而经过测量两个光电传感器电信号相位角，即可得到被测轴传输扭矩。
6.4试验步骤和要求
1
升级会员 