1、机械设计基础实验指导书2009 年 6 月实验一 机构运动简图测绘与分析实验一、实验目的 1、掌握根据实际机器或模型绘制机构运动简图的基本技能； 2、通过实验进一步加深理解机构的组成原理，熟悉构件和运动副的代表符号、机构自由度的含义及自由度的计算；并判断该机构在何种条件下具有确定的运动； 3、通过实验了解机构运动简图与实际机械结构的区别。 二、实验设备和工具 1、机器（牛头刨床、插齿机、内燃机等） ，机构模型； 2、测量工具：钢尺、内外卡规、量角器； 3、绘图工具：三角板、园规、铅笔、橡皮擦、草稿纸（学生自备） 。 三、实验原理 任何机构都是由若干构件和运动副组合而成的。从运动学的观点看，机构
2、的运动仅与构件数目、运动副的数目、种类和相对位置有关。因此，在绘制机构运动简图时可以撇开构件的实际外形和运动副的具体构造，而用统一规定的符号来表示构件和运动副，并按一定的比例尺绘出各运动副的相对位置和机构结构，以此表明实际机构的运动征。从而便于进行机构的运动分析和动力分析。 凡不按比例绘出的图称机构示意图，它只能定性地研究机构的某些运动特性（如自由度） ；凡按比例尺绘出的图称机构运动简图，根据机构运动简图可定量地分析机构的运动特性。 四、方法与步骤 1、使被测绘的机构或模型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动的传递路线仔细观察机构的运动，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
3、接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的类型。 3、适当选择最能清楚表达各构件相互关系的面为投影面，选定原动件的位置，按构件的顺序，用规定的符号画出机构示意图。然后用数字 1，2，3分别标出各构件，用字母 A，B，C分别标出各运动副。 4、计算机构的自由度并以此检查所绘机构运动简图草图是否正确。应当注意，在计算自由度时应除去虚约束及局部自由度。 5、测量与机构运动有关的尺寸（转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等），按确定的比例尺画出机构运动简图。1=图 示 长 度 （ m）比 例 尺 实 际 长 度 （ ）6、在草图上自检无误后，将图交指导教师签字。 五、实验安排 1、先由指导教师对测
4、绘过程进行讲解示范，然后分组进行测绘。 2、每个同学应至少测量 5 个机构。其中齿轮插齿机插刀的主传动和牛头刨床教具刨头的主传动必做，剩下 3 个机构自选。 六、思考题 1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？ 3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？ 4、自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？ 附：常用运动副的代表符号机构运动简图测绘实验报告一、实验目的二、实验内容三、机构运动简图绘制四、思考题1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？ 3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？ 4、自由度大于或
5、小于原动件数时会产生什么结果？ 1名称：机构运动简图： 自由度计算：n= pL= pH=2名称：机构运动简图：自由度计算：n= pL= pH=3名称：机构运动简图：自由度计算：n= pL= pH= 4名称：机构运动简图：自由度计算：n= pL= pH=5名称：机构运动简图：自由度计算：n= pL= pH=6名称：机构运动简图：自由度计算：n= pL= pH=实验二 渐开线齿轮范成原理实验一、实验目的1、了解范成法加工渐开线齿轮的基本原理，观察渐开线齿轮的轮廓曲线具体形成过程。 2、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因及其避免的方法。 3、分析比较标准齿轮和变位齿轮齿形和尺寸的异同点。二、实验仪器及
6、工具 1、齿轮范成仪（每人一台） ，绘图纸一张，透明纸一张。 2、铅笔、圆规、三角尺等（自备） 。 三、实验原理 范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合的原理来加工齿轮的。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯。刀具与轮坯在机床链作用下一方面按固定传动比传动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样，另一方面作径向进给运动，并沿轮坯的轴向作切削运动，这样切出的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作为刀具的齿廓，可以证明其所包络出来的齿廓也是渐开线。现在用齿条渐开线齿廓加工齿轮，那么刀具刀刃在各个位置的包络线就是渐开线，即加工出的齿廓为渐开线齿廓因为在实际加工时，我们看不清刀刃形成包络轮
7、齿的过程，所以通过齿轮范成仪来表现这一过程，用铅笔将刀具刀刃的各个位置描绘在轮坯纸上，这样我们就能清楚地观察到轮齿范成的过程。 在形成过程中，为了能形成被加工齿轮的径向间隙，刀具的齿顶高应加高。即：，如图 3l 所示。 *()ahcm图 2-1 刀具齿形四、齿轮范成仪的构造及使用方法简介 范成仪由机座、圆形盘、螺母、齿条刀、溜板、螺钉等组成。圆形盘可绕轴心转动，齿条刀安装在溜板上，当移动溜板时借助于齿轮齿条的传动迫使轮坯（圆形盘）上的分度圆与溜板上的齿条中线作纯滚动。松开螺钉可改变齿条刀具相对于轮坯中心的距离，因此齿条刀与圆盘的位置可以改变，如把齿条中线安装在所作轮胚的分度圆相切的位置上，则可
8、绘制出标准齿轮的齿廓；当齿条中线安装在所作轮胚的分度圆切线有一段距离时， （即变位距离，其值 xm 可在溜板两侧的刻度上读出） ，则为按变位距离的大小和方向绘出各种正、负变位齿轮的齿廓。根据给定参数制作出的轮胚纸安装在圆形盘上，旋紧大螺母则可压紧。 齿条插刀的基本参数为： 模数 ，压力角 ，齿顶高系数 ，顶隙系数 。15m20*1ah*0.25c切制齿轮齿数 ，变为系数 。z.4x五、实验内容 1、分别绘出标准齿轮和变位齿轮的完整齿形 23 个。2、在绘制过程中，注意观察齿轮产生根切的现象及根切的部位，并分析产生根切的原因然后绘制不产生根切的齿廓。 六、实验步骤；1、轮坯纸的准备 （1）根据给
9、定参数计算分度圆大小，并分别计算出被加工的标准齿轮和正负变位（变位系数 ）齿轮的齿顶圆直径 、齿根圆直径 和基圆直径 ，并在纸上0.4xadfdpd画出 和 。 adf（2）将图纸按正变位齿顶圆直径大小剪下，最后剪下直径为 35mm 的安装中心孔。轮胚纸的制作应在实验课前完成。2、标准齿轮的绘制 （1）旋下大螺母，再将轮坯纸装于圆盘上，用螺母固定。 （2）拧开螺钉，调节齿条插刀的位置，要求刀具中线与轮坯的分度圆切线重合，再旋紧螺钉，固定刀具的位置。（3）开始“切制”齿廓时，先将溜板和刀具推向一端，然后每当向另一端推进一个间隔（23）mm，就用铅笔描下刀具齿廓（即刀刃）所占据的所有位置。依此进行
10、，直到把刀具推到另一端为止，那么一系列的刀刃齿廓所包络的曲线就是渐开线齿形。图 2-2 标准齿廓3、正变位齿轮的绘制 （1）旋松螺母，将轮胚纸转至空白处重新固定；松开螺钉，将齿轮插刀的中线远离轮胚分度园一段距离 ，然后将螺钉拧紧。 xm（2）重复标准齿轮绘制方法的第(3)步骤。 4负变位齿轮的绘制 其绘制方法和步骤与绘制正变位齿形基本相同，不同的只是将齿条刀向靠近轮坯中心移动一段距离 。x5、绘制完毕后取下图纸，并将范成仪恢复到原状态。 图 2-3 变位齿廓七、思考题1 齿条刀具的齿顶高和齿根高各等于多少？2 用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮胚之间相对位置和相对运动有何要求？为什么？3 通过
11、实验，你所观察到的根切现象是什么样的？是由什么原因引起的？避免根切的方法有哪些？渐开线齿轮范成原理实验报告一、实验目的二、实验仪器三、实验原理四、实验数据及处理， ， ， ， ， 。15m20*1ah*0.25c1z0.4x齿轮尺寸计算和比较表计算结果 结果比较项目 计算公式标准齿轮 正变位齿轮 负变位齿轮 正变位 负变位齿顶圆直径分度圆直径齿根圆直径分度圆周节分度圆齿厚分度圆齿槽齿顶厚基圆齿厚齿根高齿顶高齿全高注：结果在比较栏中：尺寸比标准齿轮大的填入“+”号小的填入“-”号。五、思考题1、齿条刀具的齿顶高和齿根高各等于多少？2、用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮胚之间相对位置和相对运动有何
12、要求？为什么？3、通过实验，你所观察到的根切现象是什么样的？是由什么原因引起的？避免根切的方法有哪些？实验三 渐开线齿轮参数测量实验一、实验目的1、根据所学相关知识解决齿轮参数测定这一工程应用问题。2、通过实验使学生熟练地掌握使用游标卡尺、齿轮公法线千分卡尺测量渐开线直齿圆柱齿轮几何参数的方法。3、通过对渐开线直齿圆柱齿轮几何参数的测量和计算，进一步掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系和理解渐开线性质。4、通过实验使学生掌握对不同测量数据的处理方法，减小测量数据的误差。二、实验预习的内容1、渐开线的形成及特性。2、齿轮的各部分名称、基本参数和尺寸计算。三、实验设备和工具1、被测齿轮；2、游标卡
13、尺，齿轮公法线千分卡尺；3、计算器。四、原理和方法本实验要测量和计算的渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数 、模数 、分zm度圆压力角 、齿顶高系数 、顶隙系数 和变位系数 等。*ah*cx1、确定齿轮的模数 和压力角m要确定 m 和 ，首先应测出基圆齿距 pb，因渐开线的法线切于基圆，故由图 3-1可知，基圆切线与齿廓垂直。因此，用游标卡尺跨过 个齿，测的齿廓间的公法线距k离为 毫米，再跨过 个齿，测的齿廓间的公法线距离为 毫米。为保证卡尺的kw1k1kw两个卡爪与齿廓的渐开线部分相切，跨齿数 可以根据被测齿轮的齿数参考表 3-1 决定。由渐开线的性质可知，齿廓间的公法线 AB 与所对应的基
14、圆上圆弧 长度相等，Aab因此得： (-1)kbps同理 w消去 ，则基圆齿距为：bs1-bkw根据所测得的基圆齿距 ，查表 34 可得出相应的 （或 ） 和 。pmpD因为 ，且式中 和 都已标准化，所以可根据附表 3-6 查出其相应cosbpm的的模数 和压力角 。表 3-1 齿数与跨齿数的对应关系z1218 1927 2836 3745 4654 5563 6472 7381k2 3 4 5 6 7 8 9图 3-1 齿轮参数测定原理2、确定齿轮的齿顶高系数 、齿顶系数 和齿全高*ah*ch当被测齿轮的齿数为偶数时，可用卡尺直接测得齿顶圆直径 及齿根圆直径 。如果adfd被测齿轮齿数为奇
15、数时，则应先测量出齿轮轴孔直径 ，然后再测量孔到齿顶的距离孔和轴孔到齿根的距离 。如图 3-2 所示，H顶 H根可得： 2afd孔 顶孔 根又因为 *2aamzhxc图 3-2 单齿数测量方法 由此推导出 及 *得并计算齿全高 。a h用游标卡尺测量渐开线直齿圆柱齿轮的近似齿全高 。 h3、确定齿轮的变位系数 x要确定齿轮是标准齿轮还是变位齿轮，就要确定齿轮的变位系数。可以采用以下两种方法确定齿轮的变位系数。（1）按测得的数据代入下列公式直接计算 x*(2)2aaadmzhx式中， 是测量值， 是计算值。若 0，则 0，即被测齿轮是正变位齿轮；aaadx若 0，则 0，即被测齿轮是正变位齿轮；当 =0 时，被测齿轮是标准齿() ()ad轮。
