机构运动简图测绘

一.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，并认真完成实验报告，交教师批阅。

二.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)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  取定长度比例尺μ_l ：

μ_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. 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-2P_L-P_H

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?

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。

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ξ的值与打滑现象的出现以及带传动的效率η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 Q₁ ，Q₂-------测力计上百分表的读数

     k₁ ，k₂-------测力计标定值

     L₁ ，L₂-------测力计的力臂，均等于120mm

带传动的效率η=从动轮的功率/主动轮的功率=T₁N₁/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ξ（ξ=V₁-V₂/V₁×100%，在两个带轮的直径相同时ξ=n₁-n₂/n₁×100%）以及效率η之值。以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的η和ξ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 ，Q₂一组数据。

5.打开一个灯泡（即加载），记录一组n₁，n₂, Q₁ ，Q₂一组数据,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ξ≥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，以防损坏测力计。

实验条件

 （1）带的种类：     ，截面积A=20*2=40mm²

  (2 )带的初拉力：2F₀=       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α₁=α₂=180^o

测量数据记录表

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？

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Z<Zmin时产生根切的现象及用移距修正法避免根切的方法，以建立变位齿轮的概念；

    (3) 比较标准齿轮与变位齿轮的齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚。

2. 实验设备和工具

    (1) 三角尺；              (2) 齿轮范成仪；

    (3) 圆规；                (4) 绘图纸(280mmx 150 mm)；

(5) 剪刀；                (6) 两种不同颜色的铅笔或圆珠笔。

3. 齿轮范成仪的技术规范

    (1) 齿条刀具的参数：模数m=16 mm；压力角α=20°；齿顶高系数h_a*=1 ; 径向间隙系数C*=0.25；

    (2) 被加工齿轮的参数：分度圆直径d=273mm，齿数z＝d/m=17；

    (3) 仪器的最大移距量：  xm= -5 mm~+5mm。

4. 齿轮范成仪的工作原理与构造

    范成法是利用一对齿轮(或齿轮与齿轮)互相啮合时其共轭齿廓为包络线的原理来切齿的。

本实验所用的齿轮范成仪是模仿齿轮与齿条的啮合过程来设计的，刀具模型为一齿条(相当于齿条插刀)，齿轮模型则为相当于被切削齿轮的半圆盘．其结构如图2所示。半圆盘l可绕其固定的轴心o转动，在半圆盘1边缘刻有代表分度圆的凹槽，槽内绕有钢丝3，两端分别固定在半圆盘1及纵拖板5上的a, b和c, d处，纵拖板5可在机架8上沿水平方向左右移动，并通过钢丝3带动半因盘1亦相应地向左或向右转动，这与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动过程相同。齿条刀具6通过两只销钉固定在横拖板4上，横拖板4装在纵拖板5的径向导槽内，旋转螺秆7可使横拖板4带着齿条6沿垂直方向相对于半圆盘1的中心O作径向移动，用以调节齿条分度线与半圆盘中心之间的距离。

当齿条分度线与被切齿轮分度圆相切时，齿条分度线与节线重合，便能切制出标准齿轮。这时均匀地移动纵拖板5，将刀刃各个位置的投影线用铅笔描绘在轮坯纸上，便能清楚地观察到齿轮的范成过程。

图2  齿轮范成仪结构筒图

   1. 半圆盘   2. 压环       3. 钢丝    4. 横拖板

 5. 纵拖板   6. 齿条刀具   7. 螺杆    8. 机架

若旋转螺杆8改变齿条分度线与半圆盘l中心o的距离，使齿条中线与刀具节线分离，如图2所示，  此时齿条分度线与被切齿轮分度圆分离xm，但刀具节线仍与被切齿轮分度圆相切，这样便能切制出变位齿轮。这时均匀地移动纵拖板5，将刀刃每个位置的投影线用铅笔描绘在轮坯纸上，便更能清楚地观察到变位齿轮的范成过程。

5. 实验步骤

    (1) 根据刀具参数α、m、h_a*、C*和被加工齿轮分度圆半径r，求出被加工齿轮的r_b、r_f和r_a 。

    (2) 计算不发生根切时的最小变位系数x_min＝(17-z)／17，然后取定变位系数x(x>x_min )，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r_f’和齿顶圆半径r_a’。

    (3) 在同一张图纸上分别以r_b、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r_a’大3~5mm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2~3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2~3个完整的轮齿为止；

     3) 检验变位齿轮的齿廓；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、α、r、r_b、h_a 、h_f 、r_f、r_a、s、s_b、s_a及s_f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?

1.实验原始数据

2.齿轮参数计算

轴系结构设计与分析

一 实验问题的提出

  如何根据轴的回转转速、轴上零件的受力情况、决定轴承的类型；再根据机器的工作环境决定轴系的总体结构；轴上零件的轴向定位与固定、周向的固定来设计机器的轴系，是机器设计的重要环节。为了设计出合适于机器的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构，在此基础上才能设计出正确的轴系结构，为机器的正确设计提供核心的技术支持。

二 实验目的

 1.熟悉和掌握轴的结构与其设计

2.熟悉轴上零件的常用定位与固定的技术方法

3.熟悉和掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构

三 实验设备

1.模块化轴段，用其可组装成不同结构形状的阶梯轴

2.轴上零件：齿轮、轴、轴承端盖、轴套、支座、轴承以及连接件

四 实验步骤

1.从轴系结构设计实验方案中选择设计实验方案。

2.根据实验方案规定的设计条件，确定需要哪些轴上零件。

3.检查轴系结构设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。合理结构应满足下述要求：

（1）轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良好；

（2）轴上零件的轴向固定、轴上零件的周向固定可靠；

（3）一般滚动轴承与轴过盈配合、轴承与轴承支座孔间隙配合；

（4）滚动轴承的游隙调整方便；

4.测绘各零件的实际结构尺寸。

5.将实际零件放回箱内，排列整齐，工具放回原处。

6.在实验报告上，按1：1比例绘出轴系的设计装配图，图中应标出

（1）各段轴的直径和长度；

（2）滚动轴承与轴的配合、滚动轴承与轴承座的配合、齿轮与轴的配合；

（3）轴及轴上各零件的序号。

方案一

方案二

    方案三

  方案四

方案五

方案六

 方案七

五 思考题

1.齿轮在轴上一般采用哪些方式和零件进行轴向固定？

2.滚动轴承一般采用什么润滑方式进行润滑？

3.轴上的两个键槽或多个键槽为什么常常设计成加工在一条直线上？

第二篇：《机械设计基础》课程教学大纲

《机械设计基础》课程教学大纲

执笔：##              审核：##        编写日期：20##年5月

一、课程的性质和任务

本课程是一门职业基础课。其目的是培养学生的工程计算能力和简单机械零部件的设计能力，同时也为后续课学习打下基础。主要任务是：

（1）能熟练地运用力系平衡条件求解简单力系的平衡问题。

（2）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。

（3）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握常用机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。

（4）具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。

二、课程的基本内容

第一单元 静力学分析基础

介绍静力学的基本概念，静力学公理，约束、约束反力与受力图。

掌握静力学的基本概念、基本公理、物体的受力分析及受力图的绘制。

第二单元 平面力系

介绍平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力系的合成与平衡，建立平面力系的平衡条件和平衡方程式，求解平面力系。

掌握平面力系的合成与平衡，解决平面任意力系的平衡问题。

第三单元 拉伸与压缩

主要介绍材料力学的任务和研究对象。拉伸和压缩的概念，求内力的截面法，横截面上的正应力；轴向横向变形、应变、虎克定律；材料拉伸和压缩时的力学性能，轴向拉伸和压缩时的强度计算。

理解拉伸和压缩的概念、材料拉伸和压缩时的力学性能；掌握求解内力的截面法、轴向拉伸和压缩时的强度与刚度计算。

第四单元  剪切与挤压

介绍剪切和挤压的概念、 剪切力和剪切应力，剪切的实用计算，剪切面积的确定；挤压力和挤压应力，挤压的实用计算，挤压面积的确定；剪切和挤压的强度计算。

理解剪切和挤压的概念；掌握剪切与挤压面积的确定、剪切和挤压的强度计算。

第五单元  圆轴扭转

介绍圆轴扭转的概念；外力偶矩的计算，圆轴扭转时横截面上的内力—扭矩及扭矩图绘制；圆轴扭转时横截面上的应力，圆轴扭转时的变形，扭转角，单位长度扭转角，抗扭刚度；圆轴扭转的强度条件，圆轴扭转的刚度条件，圆轴扭转的强度条件和刚度条件的应用。

理解圆轴扭转的概念及横截面应力分布规律；掌握外力偶矩的计算及扭矩图绘制；掌握圆轴扭转时横截面上的应力分布规律，圆轴扭转的强度,了解圆轴扭转的刚度计算。

第六单元 平面弯曲

介绍了平面弯曲的概念、直梁弯曲时的内力计算、剪力图和弯矩图的画法、弯曲时梁横截面上的应力及其计算、梁弯曲的强度条件。

理解平面弯曲的概念及截面应力分布规律；掌握剪力图和弯矩图的画法、平面弯曲的强度计算。

第七单元 平面机构的运动简图

介绍平面机构的运动副、运动副的分类、机构运动简图的绘制、平面机构的自由度计算及几种特殊情况的处理。

理解平面机构相关的基本概念；掌握机构运动简图的绘制、平面机构自由度的计算。

第八单元 平面连杆机构

介绍平面四杆机构的基本类型、特点及应用（铰链四杆机构、滑块四杆机构）；平面四杆机构的运动特性（极限位置、极位夹角、行程速比系数、压力角、传动角、死点位置）、平面四杆机构的设计。

掌握平面四杆机构的基本类型及演化、铰链四杆机构类型的判断、平面四杆机构运动特性的分析、平面四杆机构的设计。

第九单元 凸轮机构

介绍凸轮机构的类型、工作原理及应用实例；凸轮机构从动件常用运动规律、凸轮轮廓的设计；

掌握凸轮机构从动件常用运动规律及位移线图的绘制、对心直动从动件盘形凸轮轮廓的设计。

第十单元 间歇运动机构

介绍棘轮机构、槽轮机构的工作原理及应用实例。

了解各种间歇机构在机械中的应用。

第十一单元 齿轮传动

介绍齿轮传动的特点及分类，直齿圆柱齿轮的主要参数、主要尺寸计算；直齿圆柱齿轮传动强度计算、设计方法及润滑；齿轮齿形加工方法；简要介绍斜齿、锥齿轮传动和蜗杆传动的相关问题。

了解齿轮传动的特点及分类，了解斜齿、锥齿轮传动、蜗杆传动；掌握直齿圆柱齿轮主要尺寸的计算、直齿圆柱齿轮传动的受力分析及强度计算；掌握斜齿、锥齿与蜗杆传动的受力分析。

第十二单元 轮系

介绍轮系的类型、定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。

了解轮系的分类、特点及应用，掌握定轴轮系、行星轮系传动比计算。

第十三单元 带传动

介绍带传动的类型和工作原理，带传动过程中的受力及失效分析，带传动的设计计算；带传动张紧与维护。

了解带传动的类型和工作原理，带传动的张紧与维护，掌握带传动的受力分析，带传动的设计计算及相关图册的查阅。

第十四单元 联接

介绍键联接、销联接、螺纹联接的类型和特点；普通平键的选择计算；螺纹联接的预紧与防松。

了解键联接、销联接、螺纹联接的类型和特点；掌握普通平键的选择计算。

第十五单元 轴系零、部件

介绍轴的分类与应用、轴的材料选择；轴的结构设计、轴的强度计算。

介绍滚动轴承的类型、代号和类型选择，滚动轴承的计算，滚动轴承的组合结构和润滑、密封与维护。

介绍联轴器与离合器的类型及适用场合，联轴器的选择计算及相关图表的查阅。

了解轴的分类与应用、轴的材料选择；掌握轴的结构设计、轴的强度计算。

了解滚动轴承的类型、润滑、密封及维护；掌握滚动轴承的代号表示，滚动轴承的轴向固定方法及选择计算。

了解联轴器与离合器的类型及适用场合，掌握联轴器的选择计算。

三、课程的基本要求

先修课程：机械制图、公差与技术测量、金工实习。

培养学生对构件的静力分析、平面任意力系平衡计算和简单工程构件的设计能力；培养学生掌握一般机械传动装置、机械零件的设计方法及设计步骤；培养学生利用所学知识，解决工程实际问题的能力；对学生进行基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。

四、学时分配建议

（以课题或章为单元描述）

实践内容安排表：

五、成绩考核方式

理论教学：平时表现（包括平时作业、实验报告、课堂提问及课堂练习）占15%，期末占85%。

实践教学：记入平时成绩。

六、教材及主要教学参考书

1．郭红星主编 .机械设计基础 西安：西安电子科技大学出版社，2006

2．贺敬宏主编 .机械设计基础 西安：西北大学出版社，2005

七、其它说明