機械設計基礎B實驗指導書(2012)(1)

1、.機械設計基礎B實驗指導書 徐嘉寧 陶 軍 隋連香 編寫沈陽理工大學機械工程學院:32目 錄學生實驗守則1實驗一 機構(gòu)認知、運動簡圖繪制及分析2一、實驗性質(zhì)2二、實驗目的2三、實驗原理概述2四、實驗設備和工具2五、實驗步驟3六、實驗內(nèi)容及要求4七、思考題4實驗二 漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測量及齒輪范成加工6（一）漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測量6一、實驗目的6二、實驗設備與工具6三、實驗內(nèi)容6四、實驗原理7五、實驗步驟9六、注意事項10七、思考題10（二）齒輪范成加工11一、實驗目的11二、實驗設備與工具11三、實驗內(nèi)容11四、實驗原理11五、齒輪范成儀構(gòu)造簡介12六、實驗步驟13七、注意事項13

2、八、思考題14實驗三 創(chuàng)意組合式軸系結(jié)構(gòu)分析實驗指導書15一、實驗目的15二、實驗設備15三、實驗內(nèi)容15四、實驗步驟15學生實驗守則 1、學生必須遵守實驗室各項規(guī)章制度，進入實驗室，要服從教師的指導和安排，在規(guī)定的房間和設備儀器上操作。 2、實驗前應根據(jù)教學要求做好預習，準備好實驗用書及文具、紙張及計算器等自備的實驗用具。 3、按時到達實驗室，不遲到，不早退，不無故缺課。 4、認真上好實驗課，積極思考，仔細觀察和測取數(shù)據(jù)，做到人人動手，互相配合，使實驗獲得正確可靠的結(jié)果。 5、愛護實驗設備和器材，了解有關設備儀器的性能和使用方法，嚴格按照安全操作規(guī)程，并在教師的指導下進行操作。 6、設備儀器

3、發(fā)生故障時，學生要及時報告指導教師和管理人員，保護現(xiàn)場。因違反實驗室制度和操作規(guī)范而造成設備儀器損壞的，除按學校有關規(guī)定做出書面檢查外，還應根據(jù)損失大小予以經(jīng)濟賠償。 7、保持實驗室環(huán)境衛(wèi)生，注意安全，學生應衣著整潔，室內(nèi)嚴禁打鬧、吸煙、吐痰、吃零食及使用與實驗無關用具，違者給予批評教育或處罰，拒不接受批評教育者，實驗指導教師有權(quán)直接將該生本次試驗成績計為不及格。 8、實驗完畢，將設備儀器恢復原位，清潔、整理現(xiàn)場，關好電源。 9、認真完成實驗報告，并按時上交指導教師以評定實驗成績。實驗成績將占期末總成績的10%，不交實驗報告者或?qū)嶒灣煽儾患案裾?，不允許參加本課程期末考試，本課程總成績直接以不及

4、格計。 實驗一 機構(gòu)認知、運動簡圖繪制及分析一、 實驗性質(zhì)本實驗為綜合性實驗。二、 實驗目的1、了解機器的組成；了解常見機構(gòu)的類型、特點，對機構(gòu)有一個全面感性的認識，培養(yǎng)學生對機械設計基礎A1的學習興趣；2、掌握常用運動副及常用機構(gòu)運動簡圖的代表符號和構(gòu)件的表示方法，掌握根據(jù)實際機器或模型進行機構(gòu)運動簡圖測繪的基本方法、步驟和注意事項。3、加強理論實際的聯(lián)系，驗算機構(gòu)自由度，進一步了解掌握機構(gòu)具有確定運動的條件和有關機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)基本性能的知識。三、 實驗原理概述機器是由各種各樣的機構(gòu)組成，機構(gòu)是機器的運動部分，機械設計基礎A1就是研究機構(gòu)的課程。通過實際機器和各種機構(gòu)模型認知了解常用機構(gòu)

5、的組成、運轉(zhuǎn)形式以及在實際機器中的應用情況，對課程的學習具有重要的意義。從分析機構(gòu)的組成可知，任何機器和機構(gòu)都是由若干構(gòu)件和運動副組合而成的。從運動學的觀點看，機構(gòu)的運動僅與構(gòu)件數(shù)目、運動副的數(shù)目、種類和相對位置有關。因此，在繪制機構(gòu)運動簡圖時可以撇開構(gòu)件的實際外形和運動副的具體構(gòu)造，而用統(tǒng)一規(guī)定的符號(見附表1.1)來表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例尺繪出各運動副的相對位置和機構(gòu)結(jié)構(gòu)，以此表明實際機構(gòu)的運動特征，從而便于進行機構(gòu)的運動分析和動力分析。凡不用比例尺繪出的圖稱為機構(gòu)示意圖，它只能定性地研究機構(gòu)的某些運動特性（如自由度），凡用比例尺繪出的圖稱為機構(gòu)運動簡圖，根據(jù)機構(gòu)運動簡圖可定量地

6、分析機構(gòu)的運動。掌握機構(gòu)運動簡圖的繪制方法是工程技術人員進行機構(gòu)設計、機構(gòu)分析、方案討論和交流所必需的。四、 實驗設備和工具1. 實際機器（如圖1.1所示縫紉機頭引線機構(gòu)、圖1.2所示小插齒機等）；2. 機構(gòu)模型（如圖1.3所示各種機構(gòu)模型等）；3. 所用工具：鋼板尺、鉛筆、橡皮、紙（自備）。注：更多的模型參見沈陽理工大學機械原理網(wǎng)絡實驗室： 圖1.1 縫紉機頭引線機構(gòu) 圖1.2 小插齒機 圖1.3 各種機構(gòu)模型五、 實驗步驟1、 機構(gòu)認知觀察實際機器和機構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成，分析其運動轉(zhuǎn)換形式，了解其運動特點，并記錄其名稱。2、 機構(gòu)運動簡圖測繪（1） 輕輕地、慢慢地轉(zhuǎn)動被測機構(gòu)的原動件，開始仔

7、細觀察其依次傳動的過程，找出從原動件到工作部分的機構(gòu)傳動路線。（2） 由機構(gòu)的傳動路線找出哪些是固定件，哪些是活動件，確定出活動構(gòu)件的數(shù)目，分析各構(gòu)件相對運動性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目。（3） 合理選擇投影平面，為了能更清楚地表達機構(gòu)的相對運動，對平面機構(gòu)運動平面即為投影平面，對其它機構(gòu)選擇大多數(shù)構(gòu)件運動的平面作為投影平面。（4） 采用徒手目測的方法，在草稿紙上畫出機構(gòu)示意圖的草圖，然后用數(shù)字1、2、3、標注各構(gòu)件的序號，用英文字母A、B、C、標注各運動副。各構(gòu)件和運動副面的相對位置要大致成比例，各構(gòu)件和運動副的畫法要符合規(guī)定。（5） 由原動件開始依次仔細測量機構(gòu)的運動學尺寸（如回轉(zhuǎn)副的中心

8、距和移動副導路間的相對位置或角度等），以毫米（mm）為單位，并逐一標注在機構(gòu)示意圖上。角度問題可以轉(zhuǎn)化為長度問題來測量，測量應精確，可取多次測量的平均值。 （6） 選擇適當?shù)谋壤撸筛鶕?jù)實際尺寸和圖紙的大小適當選?。瑢C構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)化為正規(guī)的機構(gòu)運動簡圖。為了便于對機構(gòu)進行分析，在機構(gòu)運動簡圖上還應標注運動學尺寸。3、 機構(gòu)分析驗算機構(gòu)自由度，分析機構(gòu)具有確定運動的條件，進一步可對機構(gòu)進行有關結(jié)構(gòu)、機構(gòu)基本性能的分析。六、 實驗內(nèi)容及要求1、 選擇常見典型機構(gòu)進行認知，在實驗報告中填寫相關機構(gòu)名稱；2、 選擇3種實際機器或機構(gòu)模型進行測量，在實驗報告中，繪制出機構(gòu)運動簡圖；3、 計算機構(gòu)自由

9、度，說明機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)、高副數(shù)，并注明是否有復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，進行處理后代入公式進行計算，并據(jù)此分析機構(gòu)具有確定運動的條件；4、 可進一步分析機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成和機構(gòu)的基本性能（如機構(gòu)是否有曲柄、急回特性、機構(gòu)最小傳動角度、死點等）。七、 思考題1、 繪制機構(gòu)運動簡圖時，原動件的起始位置會不會影響機構(gòu)運動簡圖的正確性？2、 機構(gòu)運動簡圖有何用處？一個正確的機構(gòu)運動簡圖應能說明哪些內(nèi)容？3、 機構(gòu)運動簡圖為什么一定要計算自由度？附表1.1 常見構(gòu)件、運動副和機構(gòu)的簡圖符號實驗二 漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測量及齒輪范成加工本實驗為驗證性實驗，由漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)測量和齒輪范成加

10、工兩部分組成。（一）漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測量一、 實驗目的1、 掌握用游標卡尺測定漸開線直齒圓柱齒輪幾何參數(shù)的基本技能；2、 通過測量和計算，熟練掌握齒輪幾何尺寸的計算方法，明確齒輪各幾何尺寸間的關系，加深對漸開線的性質(zhì)的理解和認識；3、 掌握漸開線標準直齒圓柱齒輪與變位齒輪的判別方法；4、 熟練掌握基本測量工具的使用方法。二、 實驗設備與工具1、 漸開線齒輪參數(shù)測定實驗箱，內(nèi)含被測齒輪和游標卡尺、齒輪卡尺等測量工具（如圖2.1所示）；2、 筆、紙、漸開線函數(shù)表、計算器（學生自備）。圖2.1 漸開線齒輪參數(shù)測定實驗箱三、 實驗內(nèi)容1、 測量一對漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)；2、 計算齒輪各部分尺

11、寸。四、 實驗原理決定漸開線齒輪幾何尺寸的是其基本參數(shù)，它們是齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)和變位系數(shù)。其中模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)為國家標準中規(guī)定的標準值。在生產(chǎn)中，為修配齒輪，必須對原有齒輪進行測繪，確定基本參數(shù)。這些基本參數(shù)可以通過游標卡尺、公法線千分尺測量得到的數(shù)據(jù)根據(jù)漸開線直齒圓柱齒輪幾何尺寸的公式計算出來。 圖2.2 漸開線齒輪齒廓間公法線長度1 齒數(shù)的確定直接輸出被測齒輪的齒數(shù)。2 模數(shù)m和壓力角的確定如圖2.2 所示，由漸開線性質(zhì)可知：齒廓間的公法線長度與所對的基圓上的園弧的長度相等，因此用卡尺卡住個齒的公法線長度為： （2.1）式中：跨齒數(shù)，可查表或用下式

12、計算：=0.111 +0.5，注意一定是個正整數(shù)，確定后再代入公式計算；如果跨測齒數(shù)過多，則卡腳可能與輪齒的頂點形成不相切的接觸；如果跨測齒數(shù)太少，則卡腳尖點可能與輪齒齒根部非漸開線部分接觸，這兩種情況測得的數(shù)據(jù)都是不正確的。輪齒在基園上的齒距，即基節(jié)（mm）； 輪齒在基園上的齒厚（mm）；當公法線千分尺卡?。?1）個齒時，公法線長度為： （2.2）式（2.2）減去式（2.1），得到： （2.3）所以齒輪模數(shù)的計算公式為： （2.4）式（2.4）中雖然 是未知的，但根據(jù)標準只有兩種，一種是 ，另一種，故分別將代人上式算出其相應的模數(shù)，其數(shù)值最接近于標準的一組和即為所求的值。3 變位系數(shù)的確定被

13、測齒輪可能是變位齒輪，此時需要確定變位系數(shù)。變位系數(shù)的確定有兩種方法，一為比較公法線測量值和理論值方法，一為由基圓齒厚公式計算，此處以后一種為例進行介紹。由公式（2.2）得到： （2.5）其中，為輪齒在基圓上的齒厚，由任意圓上的齒厚的計算公式可得到：因此： （2.6）4 齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)的確定齒輪的齒頂高系數(shù) 和頂隙系數(shù)可根據(jù)齒根高確定，計算公式為： （2.7）上式中為齒根圓直徑，可用游標卡尺測定。當被測齒輪為偶數(shù)齒時，齒根圓直徑可直接用游標卡尺測定，如圖2.3所示；當被側(cè)齒輪為奇數(shù)齒時，齒根圓直徑需間接測量，如圖2.4所示，先量出齒輪安裝孔直徑，再量出孔壁到齒根的距離。則可按式求出。齒輪

14、的齒頂圓直徑的測量方法和齒根圓直徑的測量方法類似，對于偶數(shù)齒的齒輪，可以直接測量，對于奇數(shù)齒的齒輪，需要量出孔壁到齒頂?shù)木嚯x，然后用公式進行計算。式（2.7）中，、已算出，僅、未知，且、也為標準值，正常齒系列、，短齒系列、。將上述二組 、代入公式（2.7），符合或接近等式的一組、即為所求之值。 圖2.3 偶數(shù)齒齒輪的測量 圖2.4 奇數(shù)齒齒輪的測量5 嚙合角和中心距由無齒側(cè)間隙嚙合方程 查漸開線函數(shù)可得到嚙合角由公式可得到安裝中心距。6 變位齒輪齒頂高變動系數(shù)的確定因為 所以 五、 實驗步驟1 測量有關尺寸（1） 數(shù)出齒輪齒數(shù)z；選定跨齒數(shù)；（2） 測量公法線長度Wk、Wk+1；測量公法線長度

15、時必須使公法線千分尺的兩個卡腳與輪齒的漸開線齒廓相切，且使切點位于牙齒的中部附近，因為對于標準齒輪是按切點正好位于分度圓上的情況導出跨齒數(shù)公式的。（3） 測量齒輪的齒根圓直徑如前所述，按偶數(shù)齒直接測量或奇數(shù)齒間接測量。（4） 測量中心距如圖2.4，用游標卡尺測出底座上的兩軸的距離A1、A2，則 =（A1+A2）/2圖2.4 齒輪中心距測量示意圖2 確定基本參數(shù) （1） 由公式（2.4）確定模數(shù)和壓力角并取標準值。（2） 由公式（2.6）確定變位系數(shù)。由 得到： ， 其中，由此可驗證。（3） 由公式（2.7）確定齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，并取標準值。3 計算齒輪幾何尺寸六、 注意事項1 實驗前應調(diào)整

16、游標卡尺與公法線卡尺的除讀數(shù)為零；2 測量齒輪的部位應選擇在光整無缺陷之處，以免影響測量效果；3 測量時為減小誤差，同一測量尺寸應在不同位置測三次，然后取算術平均值；4 由測量尺寸計算確定的齒輪基本參數(shù)、，必須圓整為標準值。七、 思考題1 測量齒輪公法線長度時，為什么對跨測齒數(shù)k提出要求？2 通過測量漸開線直齒圓柱齒輪的公法線長度可間接得到齒輪的哪些幾何尺寸和基本參數(shù)？3 在測量漸開線直齒圓柱齒輪的齒根圓和齒頂圓時，齒數(shù)為奇數(shù)和偶數(shù)時有何不同？（二）齒輪范成加工一、 實驗目的1、 觀察漸開線齒廓的形成過程，掌握用范成法加工齒輪的基本原理；2、 觀察漸開線齒輪產(chǎn)生根切的現(xiàn)象，了解產(chǎn)生根切的原因以

17、及如何避免根切；3、 分析比較標準齒輪和變位齒輪的異同點，理解變位齒輪的概念。二、 實驗設備與工具1、 范成儀（見圖2.5）；2、 圓規(guī)、繪圖紙、三角板、剪刀、兩支不同顏色的鉛筆或者圓珠筆、橡皮等（學生自備）。 圖2.5 范成儀實物圖 圖2.6 齒輪范成儀構(gòu)造三、 實驗內(nèi)容 1、 熟悉范成儀；2、 使用范成儀描繪標準、正變位、負變位齒輪齒廓，并進行分析比較。四、 實驗原理范成法是利用一對齒輪（或齒輪齒條）互相嚙合的原理來加工齒輪的。加工時，其中一輪為刀具，另一輪為輪坯。刀具與輪坯在機床鏈作用下一方面作定傳動比傳動，完全和一對真正的齒輪互相嚙合傳動一樣，另一方面作徑向進給運動并沿輪坯的軸向作切削

18、運動，這樣切出的齒廓就是刀具刀刃在各個位置的包絡線。若用漸開線作為刀具的齒廓，可以證明其所包絡出來的齒廓也是漸開線?，F(xiàn)在用齒條漸開線（基圓半徑為無限大時漸開線為一傾斜直線）齒廓加工齒輪，那么刀具刀刃在各個位置的包絡線就是漸開線，即加工出的齒廓為漸開線齒廓。因為在實際加工時，我們看不清刀刃形成包絡輪齒的過程，所以通過齒輪范成儀來表現(xiàn)這一過程，用鉛筆將刀具刀刃的各個位置描繪在輪坯紙上，這樣我們就能清楚地觀察到輪齒范成的過程。 五、 齒輪范成儀構(gòu)造簡介齒輪范成用的儀器雖有多種型式，但其基本原理是相同的?，F(xiàn)就某一范成儀（如圖2.6所示）簡介如下。范成儀由機座、扇形盤、旋紐、齒條刀、溜板、螺釘?shù)冉M成。機

19、座上有二孔，扇形盤可繞軸心轉(zhuǎn)動，齒條刀安裝在溜板上，當移動溜板時借助于齒輪齒條的傳動迫使輪坯（扇形盤）上的分度圓與溜板上的齒條中線作純滾動齒條中線與分度圓上刻有數(shù)字，移動溜板時，可以看到它們一一對應，即表示齒輪分度圓在齒條中線上作無滑動滾動松開螺釘可改變齒條刀具相對于輪坯中心的距離，因此齒條刀可固定在相對扇形盤的任一位置，如把齒條中線安裝在扇形盤的分度圓相切的位置上，則可繪出標準齒輪的齒廓；當齒條中線安裝在扇形盤的分度圓切線有一段距離時，（其移距值xm可在溜板兩側(cè)的刻度上直接讀出），則可按變位值的大小和方向繪出各種正、負變位齒輪的齒廓。旋鈕是用來壓緊輪坯紙的。 在范成儀中，齒條插刀的已知參數(shù)是

20、：壓力角；齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)；模數(shù)；被加工齒輪的分度圓直徑（=mz）。首先用鋼板尺測出刀具上的周節(jié)的長度，齒輪分度圓直徑，用量角器量出壓力角。然后用計算出，取標準模數(shù)值，確定、。描繪齒條刀具參數(shù)： m=20mm，=20°，ha* =1，c*=0.25。模數(shù)m=20mm 齒數(shù)Z=8 分度圓直徑d=160mm （毛坯）齒頂圓直徑 = d+2 ha*m=200mm被切齒輪毛坯如下圖2.7所示：圖2.7 被切制齒輪毛坯示意圖六、 實驗步驟1、輪坯紙的準備 （1）根據(jù)所用范成儀的扇形齒輪的分度圓直徑d和齒條刀的模數(shù)m，求出被切齒輪的齒數(shù)Z。 （2）計算出被加工的標準齒輪和正負變位齒輪的齒頂圓

21、直徑、齒根圓直徑和基圓直徑，并在紙上畫出和。 （3）接著將圖紙剪成比頂圓直徑大23mm的圓形，最后剪下安裝中心孔。 2、標準齒輪的繪制 （1）松開螺釘及旋下旋鈕，安裝好輪坯紙，然后旋上旋鈕，此時暫不要旋緊。 （2）調(diào)節(jié)齒條插刀，要求刀具中線與輪坯的分度圓切線重合，此時旋緊旋扭及螺釘。并記下刀具此時在標尺的位置，作為繪制變位齒輪的基準。 （3）開始“切制”齒廓時，先將溜板和刀具推向一端，然后每當向另一端推進一個間隔23mm，就用鉛筆描下刀具齒廓（即刀刃）所占據(jù)的所有位置。依此進行，直到把刀具推到另一端為止，那么一系列的刀刃齒廓所包絡的曲線就是漸開線齒形。 3、正變位齒輪的繪制 （1）松開螺釘及旅鈕，將輪坯紙旋轉(zhuǎn)，并要求刀具中線與分度圓切線重合，此時將旅鈕旋緊，且將齒條刀平移遠離輪坯中心一段距離xm，其數(shù)據(jù)在標尺上讀出，然后將螺釘擰緊。 （2）重復標準齒輪繪制方法的第(3)步驟。 4負變位齒輪的繪制 其繪制方法和步驟與繪制正變位齒形基本相同，其不同的只是齒條刀向輪坯中心移動一段距離xm。5、繪制完畢后取下圖紙，并將范成儀恢復到原狀態(tài)。 七、 注意事項1、 代表輪坯的圖紙要有一定的厚度，紙面應平整無明顯翹曲，以防止移動過程中，刀具移動不暢；2、 在刀具移動過