机械设计工程学实验指导书070319

前言《机械设计工程学》是在整合了经典的《机械原理》和《机械设计》两门课程的基础上，为《机械设计制造及自动化》专业开设的重要技术基础课，是嘉兴学院重点课程、嘉兴学院精品课程、浙江省精品课程。本课程由课堂教学、实验教学、课程设计三个教学环节组成。实验教学在加深学生对理论知识的理解，培养学生实践动手能力以及发现问题、分析问题与解决问题等方面，起着十分重要的作用。随着科学技术的发展、教学内容的更新、以及对学生知识、能力和素质培养要求的提高，我们从专业培养目标出发，以培养学生机械设计实验能力、动手能力和创新思维为主线，借鉴教育部21世纪初高等教育教学改革项目“机械类本科生创新性实验教学体系的研究与实践”（2001-2003年，项目编号1283B07051）的建设经验，结合浙江省教育厅新世纪高等教育教学改革项目“新建本科院校工科实验教学基地建设与人才综合培养教学模式的创新与实践”（2004-2006年，项目编号YB04060）和浙江省精品课程《机械设计工程学》（2005-2007年）的建设工作，对实验教学内容进行了改革和更新。参加本次编写工作的有：冯晓宁教授、李思益教授、陈晟，由冯晓宁、陈晟执笔。《机械设计工程学实验指导书》是在原《实验指导书》的基础上重新整理编写的，分为基本型实验和提高型实验两部分。提高型实验属于开放型实验，学生报名参加，利用课外时间完成，实验指导书单独编写。浙江省精品课程《机械设计工程学》课题组1目录实验一机构运动简图的测绘和分析实验...........................................................................2实验二齿轮范成实验...........................................................................................................3实验三机构运动创新方案设计实验...................................................................................5实验四平面机构创意组合测试分析实验...........................................................................7实验五曲柄滑块导杆凸轮组合实验.................................................................................10实验六动平衡实验.............................................................................................................14实验七带传动实验.............................................................................................................22实验八机械性能综合测试实验.........................................................................................25实验九液体动压滑动轴承实验.........................................................................................27实验十简单机械装置的装拆实验.....................................................................................31实验十一创意组合轴系结构设计实验.............................................................................352实验一机构运动简图的测绘和分析实验一、实验目的1、通过对典型机构的拆装与测量，掌握机构运动简图的绘制方法；2、掌握机构自由度的计算方法，验证机构具有确定运动的条件；二、实验仪器和设备1、典型机器实物或典型机构模型2、机械原理教学陈列柜；3、自备铅笔、三角尺、橡皮、草稿纸。三、实验原理在绘制机构运动简图时，只要知道构件的运动尺寸，而撇开构件的形状和运动副的具体构造，可用一些简略符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，以此来表示机构的运动特征。四、实验方法及步骤1、慢慢运动待测绘的机构，从原动件开始，沿着运动传递路线，仔细观察机构的运动，查明组成机构的构件数目、运动副的类型和位置；2、在草稿纸上，徒手按规定的机构和运动副代表符号，按照构件的连接顺序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图的草图，并用数字1、2、3、…分别表示各构件，用字母A、B、C、…分别表示各运动副；3、使用量具认真测量机构运动尺寸（例如某构件两铰链之间的直线距离）；4、按照测量出的尺寸，选取合适的比例尺，在绘图纸上，先选定原点位置，从原动件开始，对原动件为转动构件者，任意选定其方位角，对原动件为移动件者，先绘出导路方向线，依据构件之间的联接顺序，绘制出各个构件并标号，形成正式的机构运动简图。五、实验要求1、绘制2种不同类型机构的运动简图；2、计算出机构的自由度，并与实际机构相对照；3、撰写实验报告一份。六、实验结果分析与讨论围绕以下几个思考题，对实验过程进行分析与总结：1、机构运动简图应准确反映机构中的哪些内容？2、计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何帮助？3实验二齿轮范成实验一、实验目的1、掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；2、了解渐开线齿轮的根切现象和齿顶变尖现象；3、分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二、实验原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）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，同时刀具还沿轮坯的轴向作切削运动，最后轮坯上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线，其过程好像一对齿轮（或齿轮齿条）作无齿侧间隙啮合传动一样。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯对滚时，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。三、实验仪器和设备齿轮范成仪或齿轮范成模拟软件。四、实验方法及步骤本实验分两种情况：1、采用齿轮范成仪目前实验用齿轮范成仪是采用齿条刀具来范成加工齿轮的，可按照如下步骤进行实验：⑴根据已知的刀具参数和被加工齿轮分度圆直径，计算被加工齿轮的基圆、不发生根切的最小变位系数与最小变位量、标准齿轮的齿顶圆与齿根圆直径以及变位齿轮的齿顶圆与齿根圆直径。然后根据计算数据将上述六个圆画在同一张纸上，并沿最大圆的圆周剪成圆形纸片，作为本实验用的“轮坯”。⑵把“轮坯”安装到范成仪的圆盘上，必须注意对准中心。⑶调节齿条刀具中线，使其与被加工齿轮分度圆相切。刀具处于切制标准齿轮时的安装位置上。⑷“切制”齿廓时，先把刀具移向一端，使刀具的齿廓退出轮坯中标准齿轮的齿顶圆；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的位置，直到形成两个完整的轮齿齿廓曲线为止。此时应注意轮坯上齿廓的形成过程。⑸观察根切现象（用标准渐开线齿廓检验所绘得的渐开线齿廓或观察刀具的齿顶线是否超过被加工齿轮的极限点）。⑹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的最小变位量，再“切制”齿廓。此时也就是刀具齿顶线与变位齿轮的根圆相切。按照上述的操作过程，同样可以“切制”得到两个完整的正变位齿轮的齿廓曲线。为便于比较，此齿廓可用另一种颜色的笔画出。2、采用软件模拟齿轮范成原理实验方法和步骤如下：⑴启动计算机，调用相应程序；⑵按界面菜单提示，输入一组齿轮参数（例如m=17、Z=8、变位系数x=0、α=200）），运行程序即可在计算机显示器上看到，齿条（分度线）与齿坏（分度圆）相切作纯滚动时，4在各个位置齿条刀刃留下的包络线——渐开线齿廓曲线；⑶自选参数，观察m、Z、x、α的变化后所形成的渐开线齿廓曲线形状的变化情况；⑷改变参数，观察齿顶是否变尖、是否存在根切现象。五、实验要求1、若采用齿轮范成仪实验，绘出一张清晰的齿廓曲线图，并填写表2-1；2、采用计算机实验，要打印出一张齿廓曲线图；六、实验结果分析与讨论实验结束后，围绕以下思考题总结本次实验：1、实验得到的标准齿轮齿廓与正变位齿轮齿廓形状是否相同？为什么？2、在实验中，你所观察到的根切现象发生在基圆之内还是在基圆之外？分析产生的原因并提出如何避免根切。3、比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮与正变位齿轮的参数哪些变了？哪些没有变？为什么？表2-1齿轮范成实验数据原始数据齿条：模数mmm；压力角；齿顶高系数ah=径向间隙系数c=被加工齿轮：分度圆半径rmm。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zmrz/2最小变位系数minxminminzzzhxa基圆半径brcosrrb齿顶圆半径arxmmhrraa齿根圆半径frxmmchrraf)(5实验三机构运动创新方案设计实验一、实验目的1、加深对机构组成原理和机构运动方案设计的认识；2、了解平面连杆机构的应用；3、培养创新意识和机构创新设计能力。二、实验仪器和设备1、机构运动创新方案实验台实验台提供了各种搭接机构时使用的零件、部件、直线电机和旋转电机，主要包括：⑴凸轮：基圆半径为18mm，从动推杆的行程为30mm；⑵齿轮：模数2，压力角20，齿数28或42，两齿轮中心距为70mm；⑶齿条：模数2，压力角20，单根齿条全长为200mm，两齿条可搭接使用；⑷槽轮拔盘：两个土动销或壹个主动销；槽轮：四槽；⑸主动轴：轴上带有平键；从动轴：轴上未带平键，有圆头和扁头两种结构形式；⑹主动滑块：专用于机构主动运动为往复直线移动时情况；⑺连杆：有两种结构形式，且长度不等；⑻转动副轴或滑块：用于两构件形成转动副或形成移动副；⑼带垫片螺栓：规格M5，用于防止连杆与转动副轴的轴向串动，二者能相对转动；⑽压紧螺栓：规格M5，用于防止连杆与转动副轴的轴向串动，二者相对固定或转动；⑾层面限位套：用于不同构件运动平面之间的距离限定，以免发生运动的干涉；⑿皮带轮（皮带）：专用凸轮与从动杆之间的高副形成；⒀高副锁紧弹簧：用于凸轮与从动杆之间的高副形成；⒁直线电机：10mm／s，不允许改变直线电机的安装位置。直线电机有控制器，其前面板上有电源开关和保护电机的熔断器（2.5A）。后面板上有220V、50HZ的电源插座，行程开关插座（三芯插头、缺口朝上插入）和电机电源插座（四芯插头、缺口朝上插入）。注意事项：根据主动滑块移动的距离，通过改变直线电机的两行程开关的相对位置来调节齿条（相当于滑块）往复运动间距，可调节的最大行程不得大于400mm。故障排除：当接通电源开关，电机不运行，可能是前面板上保护电机的熔断器（2.5A）烧断。拨掉～220V、50HZ的电源插头后，再旋开熔断器保护盖，更换新2.5A熔断器。注意：未搭接机构运动前、预设直线电机的工作行程后，请务必调整直线电机行程开关相对齿条底部的高度，以确保电机行程开关能灵活动作，从而防止电机自齿条断齿并脱离电机主体，防止所组装的零件被损坏和人身的安全。⒂旋转电机：10／min，沿机架上的长形孔可改变转动电机的位置。电机上连有～220V、50HZ的电源线及插头，连线上串接有手柄开关，可方便开、断电机电源；⒃若干标准件紧固件2、实验工具螺丝刀、活动扳手、M6内六角扳手，卷尺、笔和纸等。三、实验方法及步骤1、熟悉实验仪器和设备及零件的作用。2、将拟定的机构方案，根据机构