(新)機械原理與機械設(shè)計實驗指導(dǎo)書(電子版)

1、所謂的光輝歲月，并不是以后，閃耀的日子，而是無人問津時，你對夢想的偏執(zhí)。機械原理與機械設(shè)計實驗指導(dǎo)書劉峰沈小云編廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院2009年12月、乙 刖 百機械原理和機械設(shè)計（或機械設(shè)計基礎(chǔ)）是機械類（或近機類）專業(yè)的 主要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它們在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起著承上啟下的作用；而實 驗是這些課程的重要實踐環(huán)節(jié)。對于實驗課，同學(xué)們必須做到以下幾點：1 .應(yīng)按時參加實驗，不得無故缺席。2 .實驗前應(yīng)認(rèn)真復(fù)習(xí)教材的有關(guān)章節(jié)和講授的內(nèi)容，預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書, 做好必要的準(zhǔn)備工作。3 .實驗時應(yīng)嚴(yán)肅認(rèn)真、積極思考、獨立操作、相互配合，按照要求高 質(zhì)量地完成工作；并注意保持實驗場地的安靜、清潔。4 .

2、實驗報告或有關(guān)圖紙應(yīng)獨立完成，按時上交。5 .愛護(hù)儀器設(shè)備和實驗用具，未經(jīng)教師許可，不得隨意擺弄、擅自拆 裝；如有損壞、丟失，應(yīng)立即報告，并酌情賠償。同是寒窗苦讀，怎愿甘拜下風(fēng)!18實驗一機構(gòu)運動簡圖的測繪和分析一、實驗?zāi)康? .學(xué)會根據(jù)各種機械實物或模型，繪制機構(gòu)運動簡圖。2 .分析和驗證機構(gòu)自由度，進(jìn)一步理解機構(gòu)自由度的概念，掌握機構(gòu) 自由度的計算方法。二、實驗設(shè)備和工具1 .各類典型機械的實物或模型，量具。2 .鉛筆、橡皮、草稿紙等(學(xué)生自備)。三、實驗原理和方法1 .實驗原理由于機構(gòu)的運動僅與機構(gòu)中所有構(gòu)件的數(shù)目和構(gòu)件所組成的運動副的 數(shù)目、類型、相對位置有關(guān)，因此，在繪制機構(gòu)運動簡圖

3、時，可以撇開構(gòu)件 的形狀和運動副的具體構(gòu)造，而用一些簡略的符號(見教科書或機械設(shè)計手 冊中有關(guān)“常用構(gòu)件和運動副簡圖符號”的規(guī)定)來代表構(gòu)件和運動副，并 按一定的比例尺表示運動副的相對位置， 以此表明機構(gòu)的運動特征。表1 1 為常用符號示例。2 .實驗方法(1)使被測繪的機構(gòu)緩慢地運動，從原動構(gòu)件開始仔細(xì)觀察機構(gòu)的運 動，分清各個運動單元，從而確定組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目。(2)根據(jù)相互連接的兩構(gòu)件間的接觸情況及相對運動的特點，確定各 個運動副的種類。(3)在草稿紙上徒手按規(guī)定的符號及構(gòu)件的連接次序，從原動構(gòu)件開 始，逐步畫出機構(gòu)運動簡圖的草圖。用數(shù)字 1、2、3分別標(biāo)注各構(gòu)件，用 拉丁字母A、B、

4、C分別標(biāo)注各運動副。(4)仔細(xì)測量與機構(gòu)運動有關(guān)的尺寸，如轉(zhuǎn)動副問的中心距和移動副 導(dǎo)路的方向等，選定原動件的位置，并按一定的比例尺畫成正式的機構(gòu)運動 簡圖。比例尺實際長度1AB m圖上長度AB mm對繪制指定的幾種機構(gòu)模型的機構(gòu)運動簡圖， 其中至少要有一種按確定 的比例尺繪制，其余的可憑目測，使圖與實物大致成比例，這種不按比例尺繪制的簡圖通常稱為機構(gòu)示意圖。(5)計算機構(gòu)自由度數(shù)，并將結(jié)果與實際機構(gòu)的自由度相驗證五、思考題1 .機構(gòu)運動簡圖應(yīng)準(zhǔn)確表達(dá)機構(gòu)的哪些內(nèi)容、而簡化表達(dá)哪些內(nèi)容？2 .繪制機構(gòu)運動簡圖時，原動件的位置可以任意選定嗎？會不會影響 簡圖的正確性？3 .機構(gòu)自由度的計算對測繪

5、機構(gòu)運動簡圖有何幫助？實驗記錄一一測繪和分析計算編號機構(gòu)名稱自由度F =編號機構(gòu)名稱自由度F =編號機構(gòu)名稱自由度F =表11機構(gòu)運動簡圖中常用的構(gòu)件和運動副符號幺林網(wǎng)電動再作構(gòu)成的超動副網(wǎng)同件之一內(nèi)向定時叫運動副UV級）實驗四帶傳動實驗一、實驗?zāi)康? . 了解帶傳動實驗臺的工作原理及其結(jié)構(gòu)；2 .觀察帶傳動工作中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象并分析其產(chǎn)生原因；3 . 了解帶傳動在不同初拉力下的負(fù)載與滑動率、負(fù)載與傳動效率之間 的關(guān)系；4 .測定帶傳動在實驗條件下的彈性滑動率與傳動效率，并繪制滑動率 曲線及效率曲線。二、實驗臺結(jié)構(gòu)及工作原理本實驗采用的設(shè)備是PDC-R智能型皮帶傳動測試臺，圖 4-1所示

6、為其 結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-1 PDC II智能型皮帶傳動測試臺結(jié)構(gòu)示意圖4固定支架7一測力杠桿11傳動帶1一機座2一移動支架3一（測初拉力）壓力傳感器5一負(fù)載燈泡（組）6（測支反力）壓力傳感器8 一直流電動機9 一主動帶輪10 一張緊裝置12從動帶輪13一直流發(fā)電機圖4-2所示為PDC-H智能型皮帶傳動測試臺控顯面板布局示意圖圖4-2 PDC II智能型皮帶傳動測試臺控顯面板布局圖本實驗臺主要由兩個直流電機組成，左邊為主動電機，提供驅(qū)動力矩， 由調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)電壓；右邊為發(fā)電機，提供負(fù)載力矩，其電樞繞組兩端接上燈 泡作為負(fù)載。主電機固定在一個水平方向移動的滑板上，可沿滑座滑動，底 板的滑動由皮帶預(yù)

7、緊裝置推動，帶傳動的張緊裝置由螺旋機構(gòu)和液壓機構(gòu)組 成，通過旋轉(zhuǎn)豎直方向的螺桿改變下面的水平活塞桿位置，活塞桿推動移動 支架沿水平方向移動，從而改變了兩帶輪之間的中心距，以此實現(xiàn)對傳動帶 施加一定的初拉力或調(diào)節(jié)初拉力的大小。在移動支架與水平活塞之間安裝一 個壓力傳感器，活塞對移動支架的推力由該壓力傳感器測定，具值等于傳動 帶上下兩邊拉力之和（即2F0）,該值在實驗中將直接顯示在控顯面板的“張 力”數(shù)碼管上。電機軸上裝有主動輪，通過一根傳動帶（平帶或 V帶）帶動從動輪，從 動輪裝在發(fā)電機的軸上，電機定子（連外殼）可繞其軸線擺動，具外殼上裝 有測力杠桿，其端部支點壓在測力傳感器上，產(chǎn)生的壓力信號通

8、過測量電路 轉(zhuǎn)換為與之成比例的電壓信號，經(jīng)過線性放大和 A / D轉(zhuǎn)換，將安裝在電動 機和發(fā)電機定子機殼上的測力杠桿的端部支點反力Ni、N2值直接顯示在控顯面板的“扭矩臂力1" 、“扭矩臂力2”數(shù)碼管上。實驗時啟動電機，具 實驗轉(zhuǎn)速由控顯面板上的調(diào)速旋扭來調(diào)整，電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反作用力由力矩臂傳遞到測力傳感器上，結(jié)合測力杠桿的臂長（杠桿支點至電動機或發(fā) 電機外殼的距離）Li、L2,便可計算電動機和發(fā)電機定子機殼所受的翻轉(zhuǎn)力矩，而翻轉(zhuǎn)力矩在數(shù)值上與兩帶輪傳遞的轉(zhuǎn)矩相等。通過以下公式可得電動機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩為：T =N （L+d/2）式中：N測力杠桿的支點反力（N） ; L測力杠桿臂長，6

9、0 mm ;d電機外殼直徑，120 mm 。ni、兩電機后端裝有測速轉(zhuǎn)盤和測速光電傳感器，所測主、從動輪轉(zhuǎn)速值 n2在控顯面板上“轉(zhuǎn)速1”和“轉(zhuǎn)速2”的數(shù)碼管上顯示。n1 n2 i則帶傳動的滑動率為-X100%n1在本實驗臺中，兩帶輪直徑:Di=D2=120mm,即傳動比 i=1 ,則帶傳動的效率為T2n2T1n1100%式中：T1、T2 一分別為輸入、輸出轉(zhuǎn)矩，Nmm ;m、n2 一 分別為輸入、輸出轉(zhuǎn)速，r/min 。實驗以燈泡模擬負(fù)載，本實驗臺采用一組（5個）60W燈泡并聯(lián)并配以用 聯(lián)變阻器作為發(fā)電機的負(fù)載電路。通過控顯面板的“負(fù)載”控制鍵和可逐檔遞增或遞減電路電阻，進(jìn)而實現(xiàn)發(fā)電機負(fù)載功

10、率的遞增或遞減。每按一次“”，負(fù)載功率遞增5%;每按一次，負(fù)載功率遞減5%; 滿負(fù)載功率300W。隨著負(fù)載的改變，燈泡的亮度逐漸由弱變強，T1、T2、n1、n2值也隨之改變；這樣可獲得一組 e和刀的值，據(jù)此可繪制出滑動率曲 線&F和效率曲線4-T20三、實驗步驟1 .將“調(diào)速”旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到起點位置，使電機轉(zhuǎn)速為零。然后接 通主機電源（在機身后面的綠色按鈕），斷開發(fā)電機所有負(fù)載（此時所有燈 泡都不亮并且控顯面板的“負(fù)載”顯示為“0”）。2 .旋轉(zhuǎn)預(yù)緊裝置的預(yù)緊螺栓，皮帶開始預(yù)緊，為便于比較，不同組采 用不同的初拉力值，平皮帶分別按指定初拉力2F0=25N和2F0=35N使傳動帶張緊。

11、（V帶分別按指定初拉力2F0=15N和2F0=20N使傳動帶張緊。）3 .按下“電機啟?！奔t色按鈕，接通電動機電源，順時針緩慢旋轉(zhuǎn)“調(diào) 速”旋鈕，使電動機逐漸加速到實驗初始轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速表顯示m=1200 r/min 時，記錄數(shù)據(jù)（n1、n2、N1、N2）,此時負(fù)載功率為零。4 .按鍵兩下加負(fù)載（此時五個燈泡都亮了），當(dāng)“負(fù)載”顯示 “10”時（即?f負(fù)載的10%,此時負(fù)載功率為30W）,記錄數(shù)據(jù)（n1、n2、Nk N2）o5 .重復(fù)步驟4,即每次按鍵兩下，使負(fù)載功率按每檔 30W遞增，分別記錄每檔負(fù)載功率下的（ni、n2、Ni、N2）,直到帶與帶輪間發(fā)生顯著 滑動（即帶傳動開始進(jìn)入打滑狀態(tài)）為

12、止。6 .當(dāng)皮帶出現(xiàn)明顯打滑現(xiàn)象時，應(yīng)迅速記錄相關(guān)數(shù)據(jù)， 然后將“調(diào)速”旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到起點位置，使電機轉(zhuǎn)速為零。7 .連續(xù)按鍵，直到“負(fù)載”顯示為“ 0”（所有燈泡全部關(guān)閉）， 按“電機啟?！辨I，關(guān)閉電動機電源。8 .將實驗臺恢復(fù)至實驗前狀態(tài)，關(guān)閉主機電源。9 .整理實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。（進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，并在同一坐標(biāo) 系中繪制帶傳動在不同初拉力下的彈性滑動曲線和傳動效率曲線。）四、思考題1 .初拉力的大小對滑動率和效率的影響如何 ？2 .隨著負(fù)載的增大，滑動率曲線和效率曲線的變化規(guī)律如何？3 .帶傳動中彈性滑動與打滑有何區(qū)別沱們對于帶傳動各有什么影響？五、注意事項1 .實驗中必須注意安

13、全。女生須特別注意，勿將長發(fā)散落在機器 上方；操作者須扣緊衣袖；實驗臺運轉(zhuǎn)過程中，不許用手觸摸旋轉(zhuǎn)部 位。2 .預(yù)緊裝置預(yù)緊時，預(yù)緊力不得超過 60N,否則油缸活塞不回位。當(dāng)活 塞不回位時，需要在預(yù)緊裝置單向節(jié)流閥處注入空氣（用注射氣筒注入）。3.發(fā)生明顯打滑現(xiàn)象時，應(yīng)迅速記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，以免皮帶因打滑而發(fā) 生過度磨損（一般當(dāng)ni-n2>200 r/min時即可停止實驗）。實驗記錄與數(shù)據(jù)處理1 .實驗數(shù)據(jù)記錄及處理pdc n智能型皮帶傳動測試臺主要技術(shù)參數(shù):直流電動機功率：355W測速范圍：0 1200 r/min初拉力調(diào)節(jié)范圍：0 60 N測支反力傳感器量程：0 50 N原始數(shù)據(jù)：電機外

14、殼直徑di= d2= 120 mm;測力杠桿臂長 L1 = L2 = 60 mm ;初拉力F0=No測定數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)Ni(N)N2(N)ni r/minn2 r/minTi NmmT2 Nmm(%)£(%)空載1234567892 .作出效率和滑動率曲線:, (%)T2 (Nmm)實驗五減速器拆裝實驗一、實驗?zāi)康?. 了解減速器結(jié)構(gòu)，熟悉裝配和拆卸方法。2. 通過拆裝，很好的掌握軸系部件的結(jié)構(gòu)。3. 了解減速器各個附件的名稱、結(jié)構(gòu)、安裝位置和作用二、實驗設(shè)備和工具1 .二級展開式圓柱齒輪減速器，有凸緣式端蓋結(jié)構(gòu)（圖51）和嵌入式端蓋結(jié)構(gòu)兩種；或者單級圓柱齒輪減速器。2 .游標(biāo)卡尺、活

15、扳手或呆扳手一套、鋼板尺等。三、實驗內(nèi)容1 .觀察了解軸系部件的安裝、拆卸、固定、調(diào)整。軸系部件包括軸、 軸承、軸套、軸承端蓋、調(diào)整墊片、密封圈、擋油板等。2 .觀察了解減速器附件的用途、結(jié)構(gòu)和安裝位置的要求。附件包括通 氣器、窺視孔蓋、油塞、油標(biāo)指示器、吊勾和吊環(huán)、起蓋螺釘、定位銷等。3 .測量各種螺栓直徑：地腳螺栓、軸承旁聯(lián)接螺栓、上下箱體凸緣聯(lián) 接螺栓、軸承端蓋螺釘、窺視孔螺釘?shù)取? .測量箱體有關(guān)尺寸：中心距、中心高、上下箱體壁厚、地腳凸緣厚、 上下箱體凸緣寬度和厚度、軸承凸臺寬度和高度、筋板厚度、齒輪端面與箱 體內(nèi)壁距離、大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁距離、軸承端蓋外徑等。四、實驗步驟1 .擰下軸承端蓋的螺釘，取下軸承端蓋和調(diào)整墊片。（此步驟是對凸緣式端蓋結(jié)構(gòu)而言的，對嵌入式端蓋結(jié)構(gòu)則無此步驟）2 .擰下上、下箱體聯(lián)接螺栓及軸承旁螺栓、拔出定位銷，利用起蓋螺 釘打開箱體上蓋。3 .分析軸系部件的結(jié)構(gòu)，了解如何實現(xiàn)安裝、拆卸、固定、調(diào)整。4 .觀察各附件的位置、結(jié)構(gòu)及用途。5 .測量實驗內(nèi)容3、4所列各有關(guān)尺寸，填入實驗報告表中。圖51二級展開式圓柱齒輪減速器立體圖圖5 2單級圓柱齒輪減速器立體圖實驗記錄1 .測量數(shù)據(jù)名稱符號尺寸（mm）地腳螺釘直徑df軸承旁聯(lián)螺栓直徑d