機械基礎實驗A實驗指導書

機械基礎實驗常熟理工學院機械工程學院機械設計教研室2012.2.實驗一平面機構運動簡圖的測繪一．目的初步掌握實際機構或機構模型的機構運動簡圖的測繪方法；應用機構自由度計算方法及機構運動條件分析平面機構運動的確定性。二．設備和工具各種機構實物或模型；鋼板尺、鋼卷尺、內卡鉗、外卡鉗、量角器等；鉛筆、橡皮、草稿紙（自備）。三．原理從運動學的觀點看，機構運動特性與原動件的運動規律、構件的數目、運動副的數目、種類、相對位置有關。因此，可以撇開構件的實際外形和運動副的具體結構，而用簡單的線條和規定的符號（見教材）代表構件和運動副。并按比例定出各運動副的相對位置，繪制出機構運動簡圖，以此來說明實際機構的運動特性。四．步驟了解被測機構或機構模型，并記錄其編號。確定構件數目。將被測的機構或機構摸型緩慢地運動，從原動件開始，循著運動傳遞的路線仔細觀察機構運動。分清機構中哪些構件是活動構件、哪些是固定構件，從而確定機構中的原動件、從動件、機架及其數目。判定各運動副的類型和數目。仔細觀察各構件間的接觸情況及相對運動的特點，判定各運動副是低副還是高副，并準確數出其數目。繪制機構示意圖。選定最能清楚地表達各構件相互運動關系的面為視圖平面，選定原動件的位置，按構件聯接的順序，用簡單的線條和規定的符號在草稿紙上徒手繪出機構示意圖，然后在各構件旁標注數字1、2、3、------，在各運動副旁標注字母A、B、C、------。并確定機構類型。繪制機構運動簡圖。仔細測量與機構運動有關的尺寸（如轉動副間的中心距、移動副導路的位置或角度等），按選定的比例尺μι繪出機構運動簡圖。μι=構件實際尺寸(m)/構件圖示尺寸(mm)分析機構運動的確定性。計算機構的自由度數，并將結果與實際機構的原動件數相對照，若與實際情況不符，要找出原因及時改正。五．思考題一張正確的機構運動簡圖應包括哪些必要的內容？繪制機構運動簡圖時，原動件位置能否任意選定？會不會影響運動簡圖的正確性？機構自由度大于或小于原動件數時會產生什么結果？.實驗二轉子的動平衡實驗一、概述機械運轉時，除回轉軸線通過質心并作等速轉動的構件外，其余構件都將產生慣性力。不平衡的慣性力將在運動副中引起附加的動壓力，從而增加運動副的磨損、影響構件的強度，并降低機械的效率。為了消除或減少機械系統中的構件所產生的慣性力，提高機械的工作性能，需要研究機械平衡問題。機械的平衡有靜平衡與動平衡兩種情況。一種是轉子的平衡，一種是機構的平衡。在這里我們主要研究轉子的平衡。轉子的徑向尺寸D與軸向尺寸b的比值稱為徑寬比。對于徑寬比D/b≥5的剛性轉子，由于其軸向尺寸較小，故可近似地認為其質量分布于同一回轉平面內。若轉子的質心不在其回轉軸線上，則當轉子轉動時，偏心質量便會產生離心慣力，從而在運動副中引起附加的動壓力。這種不平衡現象在轉子靜態時即可表現出來，故稱為靜不平衡。經過靜平衡的轉子僅消除了慣性力的影響，不一定能夠滿足動平衡的條件，在機械設計時常需要考慮這一問題。對于徑寬比D/b＜5的剛性轉子，由于其軸向尺寸較大，其質量則應分布于若干個不同的回轉平面內。即使轉子的質心位于其回轉軸線上，但由于各偏心質量所產生的離心慣力不在同一回轉平面內，所形成的慣性力矩仍將使轉子處于不平衡狀態。這種不平衡現象在轉子運動時方能表現出來，故稱為動不平衡。D/b<5的剛性轉子的動平衡實驗要在動平衡機（實驗臺）上進行。轉子的不平衡而產生的離心慣性力和慣性力偶矩，將使轉子的支承產生強迫振動，轉子支承處振動的強度反映了轉子的不平衡情況，因此，動平衡是離心慣性力和慣性力偶矩的平衡。各類動平衡機的工作原理都是通過測量轉子支承處的振動強度和相位來測定轉子的不平衡量的大小和方位的。由于可在兩個選定的平面上加重或減重進行動平衡，所以測量彈性支承處的振動就可以知道兩平面的平衡結果。二、DYS-B動平衡原理實驗臺的實驗目的作定軸轉動的轉子，如果回轉軸線與其中心主慣性軸線不重合時，轉子上各點所產生的慣性力可以合成為通過質心的慣性主矢和慣性主矩。這些力將使轉動轉子的軸承處產生動壓力，加劇了軸承的磨損，降低了軸承的使用壽命，同時也加劇了機械振動并引起噪聲。當轉動的角頻率接近系統的固有頻率時還會引起機械系統的共振，導致機械系統的損壞。離心慣性力的計算公式：當轉子的角速度為定值時，由質徑積決定離心慣性力的大小和方位。在平衡技術中，常稱之為不平衡量。當不平衡量一定時，離心慣性力的大小與角速度的平方成正比。消除或減少機械系統中的構件所產生的慣性力，提高機械的工作性能，是研究機械平衡的目的。三、轉子平衡的力學條件由于轉子的材質分布不均勻或制造、安裝誤差等因素造成的轉子回轉軸線與其中心主慣性不重合，從而產生離心慣性力和慣性力偶矩，由于上述條件的影響轉子旋轉后就會產生由離心慣性力Fi組成的空間力系，使轉子動不平衡。要使轉子實現動平衡，則必須滿足空間力系的平衡條件；或四、實驗步驟(1)調整兩支架距離，正確安裝待平衡轉子，調整中心高。(2)把主軸尾部光電盤基準信號輸入到電測箱主機；(3)按要求將彩色監視器插頭、右振動傳感器插頭、光電傳感器插頭和電源插頭插好，打開整機電源，大約5s左右，屏幕上顯示計算機自檢英文符號。單擊動平衡圖標進入動平衡測試界面。(4)檢查支架、轉子、軸端壓緊滾輪等機械系統的牢靠情況。(5)按下電控電測箱電源按鈕，指示燈亮表示電源接通。(6)根據待平衡轉子情況，選擇轉子速度。(7)打開顯示器柜門，拉出鍵盤，輸人待平衡轉子參數，校正平面，選擇加重與減重方式及平衡精度等項指標。(8)按下啟動按鈕，電機順時針方向旋轉。(9)輸入初始參數：在初始參數下的輸入框中分別輸入m1,m2,r1r2的大小，作為最初的偏心分量，其大小可由自己決定，也可直接實測初始偏心量。(1O)單擊“左支點”按鈕：等轉速穩定后，點擊“左支點”按鈕，繪制左偏心輪的曲線。（11)交換左右偏心輪的位置，單擊“右支架”按鈕：等轉速穩定后，單擊“右支架”按鈕，繪制右偏心輪的曲線。(12)單擊“解出”按鈕。單擊“解出”按鈕，得到實驗結果 (13)輸入所要添加橡皮泥的質量或半徑在右側“請輸入要添加的質量（Kg）或半徑”下輸入所要添加橡皮泥的質量或半徑，點擊“清零”按鈕，將計算的結果清零，進行下一步操作常用鍵的使用可參照使用說明書。(14)單擊“重測”按鈕，進行下一步操作單擊“重測”按鈕，所有顯示項目被清零，開始進行下一步操作(15)可單擊“添加”按鈕，添加橡皮泥的質量在每次添加橡皮泥時可單擊“添加”按鈕，將所有添加的平衡質量以及確定的半徑輸入到彈出的對話框中，并可以單擊“歷史”按鈕，在歷史中查盾每次記錄的數據，注意這些只是記錄，并不參與程序運算，這一步驟可以不做。（16）單擊“退出”按鈕，退出操作在實驗結束后，單擊“退出”按鈕，退出實驗操作，整理實驗報告。實驗過程中的注意事項：（１）實驗時必須注意安全。女生必須戴帽，將長發盤于帽中。操作者必須緊扣衣袖扣；工件在旋轉過程中，不許用手觸摸旋轉部位；配重重坨必須緊固在試盤和平衡盤之上。（2)支架的外圓弧軸承不可壓得太緊，調節時軸在轉，軸承也轉，且軸沒有跳動即可；運轉過程中外圓弧軸承處打少量的油；（4）外圓弧軸承是易損件，當軸承跳動過大影響測試項目時，須取下軸承銷更換軸承；。（5）實驗操作完畢后，應將實驗臺清理干凈。實驗三齒輪范成一.目的掌握用范成法加工漸開線齒輪的原理；通過用齒條刀具范成漸開線齒廓的過程，了解齒輪的根切現象及避免根切的方法；分析比較標準齒輪和變位齒輪的異同點。二.設備和工具漸開線齒廓范成儀，圖1所示；A4繪圖紙一張、圓規、三角板、剪刀、鉛筆、橡皮、計算器等（自備）。圖11.圖紙托盤；2.滑架；3.機架；4.齒條刀具；5.調節螺釘；6.定位螺釘；7.刀架；8.鎖緊螺釘；9.壓環三.原理范成法（又稱包絡法或稱展成法）的基本原理是一對齒輪或一個齒輪與齒條嚙合時，一個齒輪的齒廓是另一個齒輪齒廓的包絡線。因此，若將其中一個齒輪或齒條制成刀具，使刀具與輪坯的運動關系與一對齒輪（或齒輪與齒條）嚙合一樣（由齒輪加工機床保證），并加上必要的切削運動與進給運動，就可以在輪坯上連續切出所有的輪齒。當齒條刀具中線與輪坯分度圓相切（即刀具調節到刻度“0”位置）時，便能切制出標準齒輪。當齒條刀具離開輪坯中心移動時，切制出正變位齒輪。當齒條刀具靠近輪坯中心移動時，切制出負變位齒輪。四．步驟1．測量圖紙托盤直徑（即為輪坯分度圓直徑d）。2．在齒條刀具上量取齒距p（相鄰兩齒同側齒廓對應點之間的距離）。3．計算模數m和齒數zm=p/π（取標準模數）；z=d/m（取整數）4．在紙坯上畫出四個圓：分度圓d、齒頂圓da、齒根圓df、基圓db（其公式參見教科書）。將紙坯裝在范成儀上，調整刀具對準刻度上的“0”位置，范成標準齒輪12個齒（如圖2所示），注意觀察有否根切。圖2為避免根切，范成正變位齒輪。計算變位量minm，其中min=。計算并在輪坯上畫出分度圓d、齒頂圓da、齒根圓df、基圓db（公式參見教科書或實驗報告），其中分度圓d、基圓db與標準齒輪相同。將紙坯裝在范成儀上，移動刀具離開輪坯中心，移動量（變位量）為minm。范成正變位齒輪12個齒（如圖3），注意觀察此時有否根切。圖3五．思考題1．用齒條刀具加工標準齒輪和變位齒輪時，刀具相對輪坯的位置及運動有何不同？用同一把齒條刀具加工標準齒輪和變位齒輪時，定性比較下