机械原理实验指导书

机电工程系

20xx年2月

目 录

1 概述·····························································3

1.1 机械原理实验的目的和任务·······································3

1.2 对学生实验的要求···············································3 2 实验·····························································3

2.1 机构运动简图测绘···············································3

2.2 带传动实验·························7

2.3齿轮齿形范成实验···········································10

1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。 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)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μl ：

μl=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

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。

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=40mm (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？

o

2

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=2 5 mm；压力角α=20°；齿顶高系数ha*=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=200mm，齿数z＝d/m=8；

(3) 仪器的最大移距量： xm= -5 mm~+20mm。

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、ha*、C*和被加工齿轮分度圆半径r，求出被加工齿轮的rb、rf和ra 。

(2) 计算不发生根切时的最小变位系数xmin＝(17-z)／17，然后取定变位系数x(x>xmin )，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、rf，ra、rf’、ra’和r’为半径画七个同心半圆，最后将图纸剪成半径比ra’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、rb、ha 、hf 、rf、ra、s、sb、sa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 __________

3. 思考题讨论

第二篇：安工机械设计基础实验指导书

机构运动简图测绘

一、实验目的

1 . 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图；

2 . 分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构

自由度的计算方法；

二、实验设备和工具

1 .各类机构模型及实物机械（如：内燃机模型.油泵模型等）；

2 .钢皮尺，内外卡钳.量角器（根据需要选用）；

3 .三角板.铅笔.橡皮.草稿纸（自备）；

三、实验原理和方法

1. 实验原理

由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，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，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动副，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。表1—1为常用符号示例。

2.实验方法

（1）测绘时使测绘的机械缓慢的运动，从原动构件开始，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）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。

（3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动机构开始，逐步画出机构运动的简图的草图。用数字1、2、3、……分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C……分别标注各运动副。

（4）仔细测量与机构有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。

比例尺μ_l=实际长度l_AB（m）/图上长度AB（mm）

四、步骤和要求

1.对绘制指定的几种机器或机构模型的机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。

2.计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度对照，观察计算结果与实际是否相符。

五、思考题

1.一个正确的“机构与动简图”应能说明那些内容？

2.机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？

机构演示室

本演示室是为了加强对机构与机器的认识，配合《机械原理》课程而设置的，它实际上是一部直观的、活动的《机械原理》教材。因此，这里只作一些必要的提示，提出问题供大家思考，希望同学通过观察现象，能归纳总结出一些规律来。机构示教板共8板：1、机器与机构；2、平面四连杆机构基本知识；3、平面连杆机构的应用；4、凸轮机构；5齿轮机构类型；6、机构参数；7、周转轮系；8、停歇和间歇运动机构，这些都是最基本的机构，它们各自具有不同的运动特性（如构件上一点的轨道、速度、加速度、构件的位置、角速度、角加速度；机构的传动精度等等）和动力特性，可用它们来实现预期的动作要求，演示的机器有：单缸内燃机、蒸汽机、缝纫机等。机器中将最基本的机构巧妙地组合在一起，以完成预期复杂的运动要求。通过参观机构演示室，以便使同学们了解各类机构及其结构特点，了解机构在机器中起的作用，增加对有关机器和机构方面的感性认识。

一、学习目的

1.结合机构示教板，弄清什么是构件、什么是运动副。

2.了解常用机构的结构特性和运动特征。

3.了解机器的工作原理及其组成，分析机器中包含有哪些机构，它们之间怎样配合运动。

二、学习要点

1.具体分析一台机器，在运转中对机器进行观察和分析，画出机构示意图，注意各构件间的尺寸要与实物成比例。

2.分析机构时，着重注意“构”与“零件”的区别，运动副元素的几何形状对机构运动的影响。

3.观察并分析常用机构的运动特征，如运动形式（转动、摆动、移动），周期、轨迹等。

三、总结与思考

接示教板面来思考。

第一板作为本演示室的序言，简单的介绍一下。

1.什么是机器，什么是机构，运动副又是什么？

第二板向大家介绍平面四连杆机构和其它传动机构比较在运动转换上有什么特点？在动力传递上有什么优点？从中体会平面连杆机构广泛地应用在自动操作及工程运动机械的原因。

2.铰链四杆机构变更机架以后，有时会改变连架杆的运动形式（摆动变转动或相反），试问在变更机架的前后，这两根相邻杆之间的相对运动关系改变了没有？如果连架杆相对机架能转360⁰C时，各杆长度间有什么

关系？

3.已知曲柄摆杆机构，如何确定摇杆两极限位置？

4.连杆机构有哪几种机构形式？

第三板：平面连杆机构应用

第三板有两个内容，第一部分是机构运动简图及其画法，第二部分是平面连杆机构应用。

1.机器用运动简图表达后，运动简图表示的运动与实际机器的运动是否相当？要使两者运动相当，关键条件是什么？

2.总结一下铰链四杆机构中有哪些特性可为实际工程需要所采用的。

第四板：凸轮机构

1.凸轮机构有哪些构件组成？凸轮机构的类型有几种？有哪些运动形式？

2.凸轮机构能否变更机架？其运动形式有何变化？

3.凸轮机构在运动及动力的传递上有什么特点？为什么被广泛地采用在基础更新中？

4.凸轮廓线是根据从动件的运动要求确定的，当轮廓线倾斜到何种程度时将推不动从动件（自锁）？这时可采取什么措施来避免出现自锁？

第五版：齿轮机构

第六版：齿轮机构的基本参数

1.齿轮机构有哪几种类型？传动轴线的特点是什么？

2.从实际齿轮的形状出发，指出各部分尺寸、名称、及其与齿轮基本参数之间的关系？

3.齿轮的模数相同，齿数不同时，齿在分度圆上的厚度是否相同？为什么？

4.齿轮的模数不同，齿数相同时，齿在分度圆上的厚度是否相同？为什么？

5.齿轮的模数和齿数的乘积相同时，齿在分度圆上的厚度是否相同？为什么？渐开线形状是否相同，为什么？

第七版：轮系

1.什么叫周转轮系？如何在混合轮系中分出周转轮系来？

2.周转轮系有哪些运动特性被应用在机器中？

第八版：停歇和间隙运动机构

1.运动副形状或运动副位置怎样的配置，才能够形成停歇或间歇运动机构。

2.停歇间歇机构在机器中有哪些应用？

齿轮的范成

一、实验目的

1.掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的基本原理；观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；

2.了解渐开线齿轮产生根切和齿顶变尖现象的原因及用变位修正来避免根切的方法

3.分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同

二、实验设备和用具

1.齿轮范成仪；

2.圆规，三角尺，剪刀，计数器，两支不同颜色的铅笔或圆珠笔，Φ220圆形绘图纸一张（学生自备）；

三、实验原理和方法

范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮胚，二者对滚时，好象一对齿轮互相啮合传动一样；同时刀具还沿轮胚的轴向做切削运动，最后在轮胚上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮胚。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮胚对滚时。刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然亦为渐开线 。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮胚每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。齿轮范成用的仪器虽有多种形式，但其基本原理是相同的，现就某一范成仪（如图所示）简介如下。

本范成仪所用的两把刀具模型为齿条形插齿刀，其参数为m=20和m=8,a=20⁰， h_a^*=1， c^*=0.25。仪器构造简图如图所示。圆盘2代表齿轮加工机床的工作台；固定在它上面的圆形纸代表被加工齿轮的轮胚，它们可以绕机架5上的轴线O转动。齿条3代表切齿刀具，安装在滑板4上，移动滑板时，齿轮齿条使圆盘2与滑板4作纯滚动。齿条刀具3可以相对于圆盘2作径向移动，当齿条刀具中线与轮胚分度圆之间移距为xm时（由滑板4上的刻度指标），分度圆则跟与刀具中线相平行的刀具节线相切并作纯滚动，且按移距的大小和方向切制出正变位或负变位齿轮的齿廓。

四、实验步骤和要求

1.被加工齿轮的模数m=20，z=8,z=20,和变位系数分别为X₁=0，X₂=+0.53，分别计算其分度圆、基圆、齿顶圆与齿根圆直径，填入实验报告表内。

2.将Φ220圆形绘图纸分成三等份，即圆心角各为120⁰，并轻轻画出各自的角平分线；再画出分度圆、基圆及各自的齿顶圆与齿根圆，其参数及尺寸应分别标注清楚。

3.取m=20mm的齿条刀具模型和Φ220mm圆形绘图纸，安装在齿轮范成仪上。将刀具滑板4先移到中间，使X₁=0区间进入被切削范围。为确保“轮胚”中心与圆盘2中心对准，必须使其角平分线与范成仪上的径向线对准，并使刀具中线与“轮胚”分度圆相切且垂直于角平分线；使刀具顶线与“轮胚”齿根圆相切。来回移动刀架滑板4，直到满足以上要求，再拧紧蝶形螺母，通过压板1压紧“轮胚”，固定紧齿条刀具。

移动滑板4，使刀具某一侧刃线通过“轮胚”中心，画出“轮胚”上的这条径向线。再将滑板4移到左边位置，准备进行“切削”。

4.每当把滑板4向右推动一个较小的距离时，在代表轮胚的圆形图纸上，用铅笔笔尖始终紧贴着刀具轮廓描下刀刃的位置，表示齿条插刀切削一次的刀刃痕迹。应控制使其间距匀称，表示等速范成。重复描绘，直到形成2—3个完整的轮齿时为止。

5.仔细观察齿廓形成过程，可清楚地看到被切去的部分成为齿槽，留下的部分即为直线刀刃范成包络而成的渐开线轮齿。

当刀具侧刃与事先画好的轮胚径向线共线时，表示轮齿的渐开线齿廓已全部切成，观察这条径向线内的轮齿根部有无被切去的部分。

6.将滑板退回到左边位置，松开压板1，将“轮胚”转到正变位齿轮区间，按步骤3的要求调整、定位。但刀具应靠近“轮胚”中心X2m，刀具顶线与齿根圆相切，这时与“轮胚”分度圆相切的是与刀具中线平行的另一条“刀具节线”。重复上一步骤，绘制出正变位齿轮的轮廓。

7.与上一步骤类似，但使齿条刀具远离“轮胚”中心X3m，绘制负变位齿轮的齿廓。观察比较标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的齿形变化和其齿厚、齿槽宽、周节、齿顶厚、基圆齿厚、齿顶圆直径、齿根圆直径有无变化，相对变化的特点以及根切现象、齿顶变尖现象。

带传动实验

一．实验目的

1.了解带传动实验台的组成和工作原理。

2.观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。

3.分别作出不同负载下带传动的效率曲线和滑动曲线。

二．实验设备及工作原理

1.机械机构

本实验台机械部分，主要有两台直流电机组成，如图1所示。其中一台为原动机，另一台则作为负载的发电机。

                        图1实验台机械结构

1从动直流发电机 2从动带轮 3传动带  4主动带轮 5主动直流发电机

6牵引绳 7滑轮 8砝码 9拉簧 10浮动支座 11固定支座 12电测箱

13拉力传感器 14标定杆

对原动机，由可控硅整流装置供给电动机电枢以不同的端电压，实现无级调速。

对发电机，每按一下“加载”按键，即并上一个负载电阻，使发电机负载逐步增加，电枢电流增大，随之电磁转矩也增大，即发电机的负载转矩增大，实现了负载的改变。

两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T1（主动电机力矩）、T2（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器（序号13），传感器输出的电信号正比于T1、T2的原始信号。

原动机的机座设计成浮动结构（滚动滑槽），与牵引钢丝绳、定滑轮、砝码一起组成带传动预拉力形成机构，改变砝码大小，即可准确地预定带传动的预拉力F0。

两台电机的转速传感器（红外光电传感器）分别安装在带轮背后的环形槽（本图未表示）中，由此可获得必需的转速信号。

２．电测系统

电测系统装在实验台电测箱内，如图２所示。附设单片机，承担数据采集、数据处理、信息记忆、自动显示等功能。能实时显示带传动过程中主动轮转速、转矩和从动轮的转速、转矩值。如通过微机接口外接PC机，这时就可自动显示并能打印输出带传动的滑动曲线ε一T2及传递效率曲线η一T2及相关数据。

3.实验系统

                                       单

带                                 片

传      主、从动轮转矩传感器       微          主、从动轮转矩显示

动                                 计

机      主、从动轮转速传感器       算          主、从动轮转速显示

构                                 机

 输出接口                                  微机接口

 

微计算机

 

CRT显示     打印机

图2实验系统组成框图

4.操作部分

电测箱操作部分主要集中在箱体正面的面板，面板的布置如图3所示。

载荷指示

 

主动轮转速   1     2    3     4    5     6     7     8   从动轮转速

送 数       保持      清 零       加 载

 

主动轮转     转速I      转矩I     转速II        转矩II   从动轮转矩

 

细调                 粗调                      电源

图3

在电测箱背面有微机RS232接口、主、被动轮转矩放大、调零旋钮等，其布置情况如图4所示。

  

       

 

1               2      3       4     5           6

图4

1电源插座      2被动力矩放大倍数调节      3主动力矩放大倍数调节

4被动力矩调零  5主动力矩调零              6RS-232接口

三．实验操作

（一）、人工记录操作方法

1.设置预拉力

不同型号传动带在不同预拉力F0的条件下进行实验，也可对同一型号传动带，采用不同的预拉力，试验不同预拉力对传动性能的影响。为了改变预拉力FO，如图2所示，只需改变砝码8的大小。

2.接通电源

在接通电源前首先将电机调速旋钮粗调电位器逆时针转到底，使开关“断开”，细调电位器旋钮逆时针旋到底 ，按电源开关接通电源，按一下“清零”键，此时主、被动电机转速显示为“0”，力矩显示为“．”，实验系统处于“自动校零”状态。校零结束后，力矩显示为“０”。再将粗调调速旋钮顺时针旋转接通“开关”并慢慢向高速方向旋转，电机由起动，逐渐增速，同时观察实验台面板上主动轮转速显示屏上的转速数，其上的数字即为当时的电机转速。当主动电机转速达到预定转速（本实验建议预定转速为1200~1300转/分左右）时，停止转速调节。此时从动电机转速也将稳定地显示在显示屏上。

3.加载

在空载时，记录主、被动轮转矩与转速。按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，调整主动电机转速，（此时，只需使用细调电位器进行转速调节）使其仍保持在预定工作转速内，待显示基本稳定（一般LED显示器跳动2~3次即可达到稳定值）记下主、被动轮的转矩及转速值。

再按“加载”键一次，第二个加载指示灯亮，再调整主动转速（用细调电位器），仍保持预定转速，待显示稳定后再次记下主、被动轮的转矩及转速。

第三次按“加载”键，第三个加载指示灯亮，同前次操作记录下主、被动轮的转矩、转速。

重复上述操作，直至7个加载指示灯亮，记录下八组数据。根据这八组数据便可作出带传动滑动曲线ε一T2及效率曲线η一T2。

在记录下各组数据后应先将电机粗调速旋钮逆时针转至“关断”状态，然后将细调电位器逆时针转到底，再按“清零”键。显示指示灯全部熄灭，机构处于关断状态，等待下次实验或关闭电源。

为便于记录数据，在实验台的面板上还设置了“保持”键，每次加载数据基本稳定后，按“保持”键可使转矩、转速稳定在当时的显示值不变。按任意键，可脱离“保持”状态。

（二）、实验台与计算机接口

在DCS一Ⅱ型带传动实验台后板上设有RS232串行接口，可通过所附的通信线直接和计算机相连，组成带传动实验系统，操作步骤为：

1.将随机携带的通信线一端接到实验机构RS232插座，另一端接到计算机串行输出口（串行口1#或串行口2#均可，但无论连线或拆线，都应先关闭计算机和实验机构电源，以免烧坏接口元件）。

2.打开计算机，运行带传动实验系统，首先选择端口，然后用鼠标点击采集“数据采集”菜单，等待数据输入。

3.将实验台粗调速电位器逆时针转到底，使开关断开，细调电位器也逆时针旋到底。打开实验机构电源，按“清零”键，几秒种后，数码管显示“0”，自动校零完成。

4.顺时针转动粗调电位器，开关接通并使主动轮转速稳定在工作转速（一般取1200~1300r/m左右），按下“加载”键再调整主动轮转速（用细调电位器），使其仍保持在工作转速范围内，待转速稳定（一般需2~3个显示周期）后，再按“加载”键，以此往复，直至实验机构面板上的八个发光管指示灯全亮为止。此时，实验台面板上四组数码管将全部显示“8888”，表明所采数据已全部送至计算机。

5.当实验机构全部显“8888”时，计算机屏幕将显示所采集的全部八组主、被动轮的转速和转矩。此时应将电机粗、细调速电位器逆时针转到底，使“开关”断开。

6.移动鼠标，选择“数据分析”功能，屏幕将显示本次实验的曲线和数据。

如果在此次采集过程中采集的数据有问题，或者采不倒数据，请点击串口选择下拉菜单，选择较高级的机型，或者选择另一端口。

7.鼠标移动至“打印”功能，打印机将打印实验曲线和数据。

8.实验过程中如需调出本次数据，只需将鼠标点击“数据采集”功能，同时，按下实验台上的“送数”键，数据即被送至计算机，可用上述6、7项操作进行显示和打印。

9.一次实验结束后如需继续实验，应“关断”粗调电位器，将细调电位器逆时针旋到底，并按下实验机构的“清零”键，进行“自动校零”。同时将计算机屏幕中的“数据采集”菜单选中，重复上述4~7项即可。

10.实验结束后，将实验台电机调速电位器开关关断，关闭实验机构的电源，用鼠标点击“退出”。退出后应及时关闭计算机。

齿轮传动效率实验

一、实验目的

1.了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。

2.在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。

二、实验设备及工作原理

1.闭式传动系统

闭式齿轮实验机具有2个完全相同的齿轮箱，每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动，两个齿轮实验箱之间由两根轴相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。当由电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩檫力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统；由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，有电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。对于时间较长的情况，封闭式实验机是有利于节能的。

图1  齿轮实验台结构简图

1.  悬挂电机  2.转矩传感器  3.浮动连轴器  4.霍耳传感器  5.定轴齿轮副  6.刚性连轴器  7.悬挂齿轮箱  8.砝码  9.悬挂齿轮副  10.扭力轴  11.万向连轴器  12.永久磁铁  

2.  实验系统组成

                                               电机转速显示

齿                             单

轮      电机转速传感器         片          电机转速显示

传                             微

动                             计          转矩输出接口

机      电机转速传感器         算

构                             机           RS232接口

CLS-II齿轮传动实验台              CLS-II齿轮传动实验仪

 

微 型        CRT显示器

计算机        打印机

图2实验系统框图  

如图2所示，实验系统由以下设备组成：

（1）CLS-II型齿轮传动实验台   （2）CLS-II型齿轮传动实验仪

（3）计算机                   （4）打印机

3.效率计算

（1）封闭功率流方向的确定

由图1（b）可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T₉ 作用于齿轮（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T₉′用于齿轮9′（其方向也顺时针，如忽略磨擦，T₉′=T₉）。当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T₉ 与ω的方向相同，T₉ˊ与ω方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9ˊ为从动轮，同理齿轮 5ˊ为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流方向如图1（a）所示，其大小为：　

 

P_a=T₉N₉/9550=P₉ˊ(KW)

该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即： P₁=P₉-P₉η总

故η总=（P₉-P₁）/P₉=（T₉-T₁）/T₉

单对齿轮η=[（T₉- T₁）/ T₉]^1/2

（2）封闭力矩T₉的确定

由图1(b)可知，当悬臂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9，齿轮9^‘就会产生扭矩，其方向都是顺时针,对齿轮9^‘中心取矩，得到封闭扭矩T₉：

T₉=WL/2（N·m）

W-所加砝码重力（N） L-加载杠杆长度

L=0.3m

                   平均效率为：(本实验台电机为顺时针)

 η=[（T₉- T₁）/ T₉]^1/2

                     T₁-电机输出转矩（电测箱输出转矩显示值）

三、实验步骤及注意事项：

1.打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。

2.打开电源，按一下“清零键”进行清零，此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“.”，说明系统处于“自动校零”状态，校零结束后，转矩显示为“0”。

3.在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋纽，使电动机转速为600r/min.

4.在砝码吊篮上加上第一个砝码，并微调转速使其始终保持在预定转速（600r/min）左右，在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值），按一下“保持键”，使当时的显示值保持不变，记录该组数值；然后按一下“加载键”第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束

5.在砝码吊篮上加上第二个砝码，从复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯全亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”，表示实验结束。

6.记录下各组数据后，应先将电机转速慢慢调速至零，然后再关闭实验台电源。

7.由记录数据，作出齿轮传动的传动效率η- T₉曲线及T₁- T₉ 关系曲线。

齿轮减速器拆装实验

一、实验目的：

1.熟悉、了解减速器的结构。

2.了解减速器中各零件作用，结构形状及装配关系。

3.加深了解轴承部件的结构。

4.初步了解反求的设计思想

二、实验设备及工具

1.单级园柱齿轮减速器，二级园柱齿轮减速器。

2.活动扳手，300mm钢板尺，游标卡尺，内，外卡钳，

三、实验内容及步骤：

1.开盖前先观察减速器外部形状，判断传动方式，级数，输入输出轴，观察有哪些箱体附件，各起什么作用。

2.拧下端盖及箱盖与底座联接螺栓，拨出定位销，借助起盖螺钉打开减速器箱盖。

3.边拆卸边观察，并就箱体形状，轴系定位固定，润滑密封方式。箱体附件
（如通气塞，游标，油塞，起盖螺钉，定位销等）的结构作用，位置要求和零件材料等进行分析

4.测量各种螺钉的直径和长度，（1）地脚螺钉直径，（2）轴承旁连接螺钉，（3）箱盖与箱座凸缘连接螺钉。通过测量对不同地方应选择多大的螺钉有个感性认识。观察螺钉扳手回旋空间尺寸，鱼眼坑大小，深度，加工方法，比较一下不同位置的螺钉直径及作用，放松形式。

5.测量箱体有关尺寸：壁厚，地脚凸缘宽度及厚度，箱盖凸缘厚度及高度，筋板厚度和箱筋板不同结构位置，齿轮端面（蜗轮轮毂）与内机壁的距离。测量大齿轮顶园（蜗轮外园）与 内机壁和下箱体内底面的距离，外机壁至轴承座端面距轴承孔径与轴承端盖外径。观察铸造箱体拨模斜度，加强筋的位置与作用，吊钩位置，以及箱体结构工艺性要求。

6.了解轴承部件的安装，拆卸，固定，调整对结构要求，并绘制轴承部件草图，（轴承部件包括轴，轴承，轴承端盖，调整垫片，密封圈，档油板等）。注意观察轴的结构，阶梯变化，轴上零件的轴向和周向固定方式以及各级轴承选用区别。

7.测量大小齿轮宽度B_1、、，B_2，B_3，B₄（或蜗轮宽度B₂）和数出大小齿轮的齿数Z₁，Z₂，Z₃，Z₄（或蜗轮齿数Z，蜗杆头数Z₁），测量中心距a（高速级a₁,低速级a₂）,计算出传动比i及模数m。

8.在上述各个尺寸测量的过程中，注意利用反求工程的思想进行设计和测量。

9.完成减速器装配：将各传动轴装入箱座内，（检查是否有无安装上的零件），确定无误后盖上箱盖，插入定位销，装上联接螺栓及轴承盖。

10.将各测得的结果填入实验报告的相应项目内。