机械基础实验指导书

实验1 平面机构运动简图测绘实验

概述

对已有机械的研究或设计新机械时，都需要运用能够表明机构运动情况的机构运动简图。因为机构各构件间的相对运动，是由原动件的运动规律、机构中所有运动副的类型、数目及其相对位置（即转动副的中心位置、移动副的中心线位置和高副接触点的位置）决定，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及其固联方式和运动副的具体结构无关。因此可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副的相对位置。这种能准确表达机构运动情况的简化图形称为机构运动简图。

机构运动简图与原机械的运动特性完全相同，因而可以用机构运动简图对机械进行结构、运动和动力分析。有时仅仅为了表达机械的运动结构特征，则图形不按精确的比例绘制，这种简图称为机构示意图。

机构运动简图符号已有标准，该标准对运动副、构件的表示符号作了规定，表1-1摘录了一些常用符号，供参考。

实验目的

1、训练将机械实物或模型抽象绘制机构运动简图的技能。

2、进一步掌握机构自由度的意义及其计算方法。

3、提高对实际机构及机器的感性认识。

4、掌握机构的组成原理，为机构的分析与创新设计打下良好基础。

实验设备及工具

1、多种典型机械的实物或模型，如缝纫机、牛头刨、各种泵、冲床等。

2、钢皮尺、量角器、内外卡钳等。

3、自备工具：铅笔、橡皮、小刀、三角板、报告纸、圆规。

实验步骤

1、缓慢驱动被测机械或机构模型，观察机构的传动路线及各构件的运动情况，确定构件

的数目。

2、仔细观察各构件之间的相对运动的性质和接触情况，从而确定运动副的类型与个数。

3、按照目测测量各构件与运动有关的尺寸（即转动副的中心位置、移动副的中心线位置和高副接触点的位置），选择最能描述各构件相对关系的运动平面作为投影平面，把驱动构件放在适当的确定位置上，用规定的符号画出机构运动示意图，并用数字标注构件、大写英文字母标注运动副、箭头标注驱动构件。

表1-1 构件与运动副的表示方法

构

件

双副 三副

转

动

副 两构件为活动构件 有一个构

件固定

移

动

副

两构件为

活动构件

有一个构

件固定

高

副 齿轮高副

凸轮高副

4、仔细测量机构中与运动有关的尺寸，取长度比例尺l μ将示意图画成机构运动简图。

)()

(毫米图中表示该构件的长度米的实际长度构件AB l AB AB l =μ

5、计算机构的自由度，进行结构分析，并判别机构是否具有确定的运动。

思考题

1、机构运动简图应包括哪些内容？

2、哪些是与机构运动有关的尺寸？

3、以一实例说明零件与构件的差别。

4、概述构件、运动副、机构、机器的意义。

5、列举几个运动简图相同但实际应用不同的机器或机构实例，由此说明机构运动简图的

作用。

完成实验报告

实验2 渐开线齿廓的范成实验

齿轮的加工方法很多，如切削法、铸造法、热轧法、电加工法等。但就加工原理来看，切削法又可分为两大类，即仿形法和范成法。所谓仿形法，是指用与齿槽形状相同的成形刀具或模具将轮坯齿槽的材料去掉，常用的方法是用圆盘铣刀或指状铣刀在普通铣床上进行加工。所谓范成法，是指利用一对齿轮作无侧隙啮合传动时，两轮的齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的，因而又称为包络法。常用的有用滚齿机、插齿机、剃齿机等加工齿轮。

实验目的

1、理解范成法切削齿轮的基本原理和过程。

2、理解渐开线齿轮发生根切的原因和用变位修正来避免根切的道理，并验证最小变位系数。

3、加深对相互啮合的齿廓互为包络线的理解。

4、分析比较标准齿轮和变位齿轮的区别。

实验原理

用仿形法加工齿轮时一般都是不连续切削。每加工完齿轮上的一个齿间后，要进行分度才能继续加工下一个齿间，由于分度中的误差和刀具形状误差，因此用这种方法加工出来的齿轮精度较差，生产效率也低，而且加工同一模数和压力角的齿轮，因齿数不同时则刀具也要相应改变，因此刀具的通用性也差。

范成法是根据一对齿轮相互啮合时，其齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的（即一对齿轮在啮合过程中它们的齿廓始终相切）。加工时刀具和齿坯之间保持固定的速比，正如平常一对相互啮合的齿轮传动一样，用范成法加工齿轮时，同一模数和压力角的刀具适用于不同齿数的齿轮，这样刀具的通用性就好，加工出来的齿轮精度较高，生产率也高。本实验就是用齿轮范成仪通过作图的方法来作出齿条刀具在实际加工时刀刃在轮坯上的各个切削位置所形成的包络线，即用范成法加工齿轮的过程，从而加深对齿廓曲线的形成，变位修正和范成原理的理解。实验设备与工具

1、工具：（自备）

铅笔、橡皮、三角尺、圆规等

2、实验设备：齿轮范成仪，绘图纸，剪刀

齿轮范成仪构造如图3-1所示。图中模数为15mm的齿条刀具1通过螺母与滑板2固定在一起，而与滑板2上齿条相啮合的是齿轮4，滑板2和底座5有燕尾导槽相配合。所示齿条1和滑板2可相对底座5沿燕尾导槽方向移动，圆盘6（表示机床工作台）套在小轴8上，可绕底座5的轴心线转动，轴心线同燕尾导槽方向互相垂直交叉，圆盘6上的图纸3（表示齿轮毛坯）由螺母6压紧，使之能与圆盘一起转动，图纸3的外径等于齿坯的外径。

当滑板2在底座5上沿燕尾导槽方向移动时，滑板齿条2带动圆盘6作相应转动，此时齿坯节圆沿滑板上的刀具节线作无滑动的滚动，好象被加工齿坯相对于齿条刀具的运动一样。

图3-1 齿轮范成仪结构

1—齿条刀具 2—滑板齿条 3—齿轮坯 4—齿轮 5——底座

6—圆盘 7—压紧螺母 8—小轴 9—螺母

齿条在滑板上的相对位置可以调整，当齿条中线与滑板上的基线n—n重合时，表示齿条刀具中线（分度线）与被加工齿轮分度圆相切，此时得到的是标准齿轮。当齿条的中线与滑板上基线n—n不重合时，表示刀具齿条的中线与被加工齿轮分度圆间的位置有移距，此时范成所得到的齿轮是变位齿轮。

实验方法和步骤

1、范成标准齿轮齿廓

（1）对照齿轮范成仪阅读实验教材，熟悉范成仪的构造和作用原理。

（2）按模数m=15mm，齿数z=10，压力角α=20°来计算齿轮的齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆。然后在图纸上画好齿轮中心线，定出圆心，作出Φ=18mm的小圆及齿轮的齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆（二个）六个同心圆，再分别作出分度圆、基圆的切线，二切线之间夹角α=20゜是该齿轮的压力角，然后按齿顶圆直裁剪图纸，并按28mm直径在中间剪孔。