常思小憩 / 学习之 / 实验一机构运动简图绘制与分析

0 0

   

实验一机构运动简图绘制与分析

2013-04-03  常思小憩

 

 

  

实验一 机构运动简图绘制与分析

实验二  渐开线齿轮的范成

实验三  渐开线齿轮的参数测量及计算机模拟

实验四 机构创新设计

实验五  机构运动参数测定实验

实验六  机构动平衡实验

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验一 机构运动简图绘制与分析

 

    . 实验目的

    1. 熟悉并掌握机构运动简图绘制的原则和方法。即根据实际的机器和机构的若干模型,学会如何测绘和绘制机构运动简图。

2. 加深和巩固机构自由度的计算方法,并检验机构是否具有确定的运动。 

   *3. 掌握平面机构的结构分析方法。

  

 . 实验内容及要求

    1.以指定的 3-4 种机构模型或机器为研究对象,进行机构运动简图的绘制。如:缝纫机中的引线机构、摆梭机构、送布机构,牛头刨床的主体机构,内燃机机构以及其它机构等。

    2.分析所画各机构的构件数、运动副类型和数目,计算机构的自由度,并检验它们是否具有确定的运动。

   *3.进行机构结构分析(高副低代、分离杆组、确定机构级别)

 

 . 实验设备和工具

    1. 缝纫机机头、牛头刨床、蒸汽机和内燃机等机构的若干模型。

    2. 学生自备直尺、铅笔、橡皮、草稿纸等。

 

  . 实验原理

机器和机构都是由若干构件及运动副组合而成。而机器和机构的运动仅与构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置及原动件有关。因此在绘制机构运动简图时,可以抛开构件的形状和运动副的具体构造,而用一些简略的统一规定的符号(GB4460-84)来表示构件和运动副。并按一定的比例尺表示运动副的相对位置,绘出机构运动简图,以此表明机构的运动特征。表1-1为常用符号示例。

 

    .实验步骤

    1. 缓慢转动原动件,观察机构的运动,分析机构的组成。找出哪个是固定件,哪些是活动件,从而确定组成机构的构件数目。

    2. 从原动件开始,按照运动的传递顺序,仔细分析各构件之间相对运动特性。认清每两个构件之间是由哪种运动副联接起来的,从而确定运动副的种类和数目。

    3. 合理选择视图。首先正确判断机构中各构件运动所在的平面,然后选择合理的投影面。通常选择视图的原则是选择大多数构件的运动平面或相互平行的运动平面作为视图平面。

    例如:缝纫机中曲柄与大连杆的联接


    4. 构件的表示方法。在绘制机构运动简图时,不考虑那些与运动无关的因素。如: 构件的复杂外形,运动副的具体构造,组成构件的零件的数目等。直接用该构件上铰链中心的连线来表示。例如:

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

   

 

 

 

 

 

    5. 选择适当的比例尺。定出各运动副的相对位置,测量与机构运动有关的尺寸,即铰链间的中心距和移动副的导路方向等, 然后选定原动件的位置,按一定比例用国标所规定的表示构件及运动副的简单符号绘制机构运动简图。并用数字 123…… 标注各构件,用符号 ABC…… 标注各运动副,用箭头标明原动件。

       比例尺:μl=构件的实际长度(mm)/图纸上所画的长度(mm)

    6. 计算机构的自由度,并检验计算结果是否正确。

    机构自由度的计算公式:

                            F=3n-2PL - PH

    式中: n为活动构件的数目。

           PL为低副的数目。

           PH为高副的数目。

   *7.机构的结构分析。对机构进行结构分析时,首先高副低代,并画出低代后的机构简图,然后分离杆组,确定机构级别。

   六、实验报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1

文本框: 移  动  副文本框: 低     副文本框: 活  动  构  件文本框: 齿  轮  副文本框: 高    副文本框: 凸  轮  副文本框: 螺 旋 副文本框: 转  动  副文本框:   构    件文本框:  基  架 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

机构运动简图绘制与分析实验报告

班级学号

 

   

 

实验日期

 

同 组 人

 

指导教师

 

   

 

 

()机构简图

1. 机构名称:

2. 机构名称:

比例尺:m1=

比例尺: m1=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F=3n-2PL - PH

 =

 =

机构运动是否确定

理由:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F=3n-2PL - PH

 =

 =

机构运动是否确定

理由:

 

3. 机构名称:

4. 机构名称:

比例尺:ml=

比例尺:ml=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F=3n-2PL - PH

 =

 =

机构运动是否确定

理由:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F=3n-2PL - PH

 =

 =

机构运动是否确定

理由:

 () 思考题

    1. 何为机构运动简图?

    2. 机构运动简图应能说明哪些内容 ?

    3. 绘制机构运动简图时,为什麽原动件的位置可以任意选定? 

    4. 计算机构的自由度对绘制机构运动简图有何意义?

    5.收获和体会

() 机构结构分析(机类学生做)

将机构分解为原动件、机架、杆组,并确定机构的级别。原动件用箭头标出。

机构名称:

低 副 替 代 机 构 简 图

分 离 简 图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

本机构为________级机构

 

 

 

 

 

实验二  渐开线齿轮的范成

 

   一.实验目的

    1. 观察了解渐开线齿廓包络形成的过程,掌握用范成法切制渐开线齿轮齿廓的基本原理。  2. 了解齿廓的根切现象、齿顶变尖现象及避免根切的方法。

3. 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

    二.实验内容及要求

用范成仪分别模拟范成法切制渐开线标准齿轮和变位齿轮的过程。在齿轮轮坯的圆盘图纸上分别在120°扇形区内画出标准齿轮、正变位齿轮及负变位齿轮的三种齿形,(每种至少画出23个完整齿形)

 

  三.实验设备和工具

    1. 齿轮范成仪


       已知条件:

    (1)齿条刀具的参数:模数m=15mm

                      压力角α=20°

                      齿顶高系数ha*=1

                      顶隙系数c*=0.25

    (2)被加工齿轮的参数:齿轮齿数z=10

建议:正变位系数x=+0.6

     负变位系数x=-0.4

    2. 学生自备:铅笔(HHB)、橡皮、圆规、直尺、计算器、小剪刀等。

3. 轮坯圆盘纸(在实验室领取)

四、实验原理

    齿轮范成仪(2-1)主要由托盘1,齿条刀具3,滑架4及底座2组成。托盘可绕轴心转动;托盘下有代表分度圆盘的齿轮,该齿轮可与具有齿条的滑架4相啮合,以实现对滚运动。滑架4安装在底座2的水平导向槽内。齿条刀具通过滑架可沿底座导轨移动。因此,齿条刀具移动,可带动分度圆盘作纯滚动。在对滚运动中相当于齿条节线与齿轮分度圆(即节圆)作纯滚动。

    范成法(即展成法)是利用一对齿轮(或齿轮与齿条)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。加工时一轮为刀具,另一轮为轮坯,二者对滚时相当一对齿轮互相啮合传动一样。为看清楚渐开线齿廓形成过程,采用范成仪来模拟齿条刀具加工齿轮的展成运动。  在展成运动中,用铅笔在安装在托盘上的轮坯上画出齿条刀具刀刃的一系列位置。这样就清楚地看到齿轮展成过程及所包络出的渐开线齿廓。

范成仪中齿条刀具可用调节螺母上下移动,以改变刀具中线与轮坯中心的径向距离,可实现变位齿轮的加工。

当被切齿轮的齿数Z小于最少齿数Zmin,刀具的齿顶线将超过基圆与啮合线的切点(即啮合线的极限点N),则加工出的轮齿根部将产生根切现象。

 

五、实验步骤

    1. 根据已知刀具的参数和被加工齿轮齿数,选择正变位,负变位系数。


    计算被加工齿轮的分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆半径,最小变位系数等。再根据此数据在轮坯纸盘上画出相应各圆。

2. 将轮坯纸盘上给定的轮坯外圆及安装孔圆剪出,得到一个待加工的轮坯。

3. 把轮坯纸盘安装到范成仪的托盘上,注意对准中心。

    4. “切制”标准齿轮。调节刀具位置,调节零点,使刀具中线与轮坯分度圆相切。此时,刀具齿顶恰与轮坯根圆相切。

5. 开始“切制”齿廓,先将刀具移向一极端位置,并使轮坯的三等分线移到相应的起点位置。然后每当刀具向另一端移动23mm距离时,轮坯就转过△Φ角,此时用铅笔描下齿条刀刃在轮坯纸盘上的位置。依次重复,直到在120°扇形区内形成23个完整的齿形为止。 

6. 观察齿廓曲线包络过程,刀具的齿顶线是否超过啮合线的极限点N,轮齿根部何处出现根切现象,并将其标明。

    7. “切制”正变位齿轮。调节刀具位置,将齿条刀具向远离轮坯中心的方向移动一段距离 xm(mm),注意使刀具齿顶线与正变位齿轮的齿根圆相切。再用同样的方法绘制出23个正变位齿轮的完整齿形。

8.“切制”负变位齿轮。注意将齿条刀具向轮坯中心移动 xm(mm)以实现负变位。

9. 取出轮坯,仔细观察分析三种齿形的异同点

   

 六、实验报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 渐开线齿轮范成实验报告

班级学号

 

 

 

实验日期

 

同组人

 

指导教师

 

 

 

 

()基本数据

    1.齿条刀具参数: 模数 m=

                    压力角 α=

                    齿顶高系数 h*a=

                    顶隙系数 C* =

    2.被切齿轮参数: 齿数 Z=

                    正变位系数 x=

                    负变位系数 x=

3.计算最小变位系数:xmin = h*a (Zmin -Z)/ Zmin=

 ()齿轮几何参数计算

   

计算公式

标准齿轮

正变位齿轮

负变位齿轮

分度圆半径r

r = mz/2

 

 

 

基圆半径rb

rb = mzcosα/2

 

 

 

齿顶圆半径ra

ra = r + h*am + xm

 

 

 

齿根圆半径rf

rf = r - (h*a+ C*)m + xm

 

 

 

分度圆齿距p

p = mp

 

 

 

分度圆齿厚

s =πm/2 + 2xmtgα

 

 

 

全齿高h

h = (2h*a+ C*)m

 

 

 

齿顶高ha

ha = (h*a+ C*)m

 

 

 

齿根高hf

hf = (h*a+ C*-x)m

 

 

 

 ()思考题

    1.你所观察到的根切现象发生在何处?用圆圈标出。加工标准齿轮时的根切现象是由什么原因产生的? 如何避免?

    2.标准齿轮与变位齿轮的齿形有何不同? 其齿廓曲线形状是否完全相同? 可用以下参数 (m、α、rrbhhfhaps)加以比较。

    3.正变位齿轮的分度圆齿厚增加了,其齿顶圆的齿厚是否也加大了? 为什么?

    4.收获及意见

实验三  渐开线齿轮的参数测量及计算机模拟

 

() 渐开线齿轮的参数测量

    一、实验目的

    1.掌握渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测量方法。

    2.加深巩固齿轮参数之间的相互关系和渐开线性质的知识。

    二、实验内容及要求

    选用奇数齿和偶数齿的齿轮各一个进行测量。确定基本参数:齿数Z、模数m、压力角α、齿顶高系数h*a、顶隙系数C*、变位系数x和齿高变动系数 Δy

    三、实验设备和工具

    1.被测渐开线直齿轮圆柱齿轮两种: 变位齿轮及标准齿轮。

2.游标卡尺、直尺。

四、实验原理

利用游标卡尺测量齿轮的公法线长度WkWk+1 ,齿轮的顶圆直径da,根圆直径df,根据这些数据并运用一些基本公式去推求齿轮的基本参数(mz、α、h*aC*x、Δy)。


    1.测量公法线长度WkWk+1求出m、α。

3-1

 
 


3-1

 

    如图3-1所示: 游标卡尺的两个卡脚与渐开线齿廓部分相切,两切点之间的长度即为公法线长度。首先跨过k个齿测出Wk,然后再跨过k+1个齿测出Wk+1,根据渐开线上任意一点的法线必与基圆相切的基本性质可知,公法线长度Wk应等于对应基圆上的弧长ab。显而易见:

                  Wk =(k-1)Pb + Sb 

                  Wk+1 = kPb + Sb

    故基节Pb = Wk+1 - Wk

    又∵ Pb = pmcosα

      m = (Wk+1- Wk)/πcosα                            (1)

    分别设式(1)中的α为20°和15°,求出模数m,由标准模数表确定m的值及相应的α。也可根据Pb由基节表直接查取m及α的值。见表3-2。

    为保证卡尺的两个卡脚与齿廓的渐开线部分相切,跨测齿数k可由表3-1查取。

    也可由公式  k = zα/1800 + 0.5来计算。

2.求变位系数x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


     

 

    由图3-2可以看出,刀具远离轮坯的回转中心时,所加工出来的变位齿轮的公法线长度Wk比标准齿轮的公法线长度Wk′增大了ΔW,若刀具的移距量为xm,由Δaab中可得:

   ΔW=2ab=2xmsinα

    Wk-Wk=2xmsinα

    x=( Wk-Wk)/2msinα

    公法线长度的计算推证如下:

    由图3-3可知,基圆齿厚Sb:

Sb= rb (β+2θ)= rb ((mπ/2+2xmtgα)/r+2invα)

  = m((π/2)cosα+2xsinα+zcosαinvα)

Pb= mπcosα

   Wk = (k-1)Pb+ Sb

        =(k-0.5)π+2xtgα+zinvα〕mcosα    (2)

    x=0,即为标准齿轮的公法线长度:

 Wk=(k-0.5)π+zinvα〕mcosα           (3)

(2)-(3)式得: Wk-Wk=2xmsinα

x=( Wk-Wk)/2msinα                     (4)

 当α=20°时:

Wk=2.9521(k-0.5)+0.014Zm            (5)

    标准齿轮的公法线长度Wk′由(3)式或(5)式计算。当α=20°时也可由表3-1来查取计算。下面举例说明此表的用法。

    例如:已知一标准直齿圆柱齿轮的模数m = 3 mm ,压力角α= 20°,齿数Z= 80求其公法线长度Wk′。

    由表 3-1 查得 m=1 的公法线长度为:

                     W=26.2136 mm

    跨齿数为: k=9

    所以Wk= Wm=26.2136×3=78.6408 mm


3.测量齿根圆直径df,齿顶圆直径da,求出h*ac*

 

    如图 3-4 所示,测得顶圆直径da,根圆直径df。若被测齿轮的齿数为偶数时,可直接测得dadf。若被测齿轮的齿数为奇数时,可间接测得dadf。此时,

                   da =D+2H1

                   df =D+2H2

    由根圆公式可知:

                   df =m(z- 2h*a- c*+2x)

    对于模数制:

                正常齿: h*a =1    c*=0.25

                  齿: h*a =0.8  c*=0.3

    判断被测齿轮是正常齿还是短齿,将两组值分别代入根圆公式,最接近实测值的一组即为所求的h*ac*。

    4.求齿高变动系数Δy

    根据顶圆公式可知:

                     da = m(z+2h*a+2x-2Δy)

         ∴△y = z/2 + h*a+ x - da /2m

    五、实验步骤

    1.测量前将被测齿轮擦净。数出齿数Z,并确定跨测齿数 k 。

    2.测量WkWk+1dadf(DH1H2)。对每个尺寸在不同位置测量三次,读数精确到小数点后两位,取平均值作为测量数据。

    3.根据测量数据,求出被测齿轮的基本参数:

                   α、mxh*ac*、Δy 

    4.分析讨论所求结果,整理实验报告。

六、实验报告

 

(二)齿轮范成及齿轮几何参数测定的计算机模拟

一、                          实验目的

     1.了解计算机模拟实验的先进技术,开展计算机辅助教学的工作。

     2.掌握计算机的操作步骤及其运行技巧。

     3.观察计算机模拟实验的动态过程。

    二、实验设备和工具

     1.计算机及其打印机。

     2.含齿轮范成及几何参数测定软件的磁盘。

    三、实验内容

     1.进行齿轮范成计算机模拟,观察渐开线齿廓形成过程。

     2.进行齿轮参数测定的计算机模拟,并得出基本参数的计算结果。

    四、实验原理

     1.齿轮范成的计算机模拟

范成法是利用一对齿轮互相啮合时,其共轭齿廓互为包络线的原理来切制齿轮的,齿条可以当作是一个基圆无限大的齿轮。在用齿条插刀切制齿轮的过程中,刀具与轮坯的相对运动相当于齿条与齿轮的啮合,而齿条与齿轮啮合必需具备严格的对滚关系。由于齿轮的分度圆永远是与齿条啮合的对滚节圆,所以分度圆的线速度应与齿条移动的速度相等,这是用齿条插刀切制渐开线齿轮的核心问题。当齿条插刀的中线作为节线与轮坯的分度圆相切作纯滚动时,可切制出标准齿轮;当齿条插刀上任意一条平行于中线的直线作为节线与轮坯的分度圆相切作纯滚动时,可切制出变位齿轮。

在实际加工时,若被加工齿轮的齿数为Z模数为m,轮坯以角速度ω顺时针方向转动,则齿条插刀将以 v=mzω/2的速度向左移动,如图3-5所示。齿轮范成软件采用了“反转法”,将相切纯滚动的过程在屏幕上模拟再现出来,即轮坯不动,齿条以-ω的角速度绕轮心O转动,且沿分度圆的切线方向移动,移动的速度仍为mzω/2。


    计算齿条插刀上各点的坐标值xy,并将其旋转到x′、y且沿分度圆的切线方向 t-t 平移至 x"y" 的新坐标系中,采用连续画线语句便动态包络生成渐开线齿廓,从而将精确的“数”转化为一目了然的“形”——渐开线齿形。

    2.齿轮参数测定的计算机模拟

    齿轮参数测定软件采用VBFORTRAN语言编制,并与AUTOCAD软件接口后应用。该软件以半个渐开线齿廓为基本图形编制子程序,采用改变控制变量的方法反复调用子程序,以达到坐标移动、反射、和旋转,从而画出全部齿形。

    利用文件的读写这一简捷方法编写了整型和实型的数值型变量转换为字符型变量的子程序,克服了根据尺寸变量名自动标注尺寸的难点。

    编制了单箭头尺寸线和双箭头尺寸线子程序,可在标注尺寸时多次调用。

为在同一图面上标出全部尺寸,规定:最上方轮齿与过齿轮中心的 y 轴对称;公法线长度标注,跨测偶数齿的放在 y 轴左上测,跨测奇数齿的则放右上测。其它尺寸也作了布局,使图形清晰美观。图中用不同颜色加绘一个与被测齿轮参数相同的标准齿轮,以便对比被测变位齿轮与标准齿轮的齿形特点。可利用AUTOCAD操作指令将图形放大以便仔细观察。

    五、实验步骤:

   (一)运行齿轮范成实验

   (二)运行齿轮参数测定实验

直接运行桌面图标。在弹出的菜单中输入测量数据则可得到所测数据的计算结果,以及绘出所测齿轮的CAD绘图(数据测量准确,否则得不到所测图形)。

     六、计算机运行结果。

如图:3-6 , 3-7

3-6齿轮范成

3-7齿轮参数测定

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


31  标准直齿圆柱齿轮公法线长度 Wˊ

                                                  (用于m=1毫米   α=20°)

齿

齿

m=1

公法线

长度

齿

齿

m=1

公法线

长度

齿

齿

m=1

公法线

长度

齿

齿

m=1

公法线

长度

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

 

 

 

30

4

107526

60

7

200292

90

11

322579

 

 

 

31

32

33

4

4

4

107666

107806

107946

61

62

63

7

7

8

200432

200572

230233

91

92

93

11

11

11

322719

322859

322999

4

5

6

2

2

2

44842

44982

45122

34

35

36

4

4

5

108086

108227

137888

64

65

66

8

8

8

230373

230513

230654

94

95

96

11

11

11

323139

323279

323419

7

8

9

2

2

2

45262

45402

45542

37

38

39

5

5

5

138028

138168

138308

67

68

69

8

8

8

230794

230934

231074

97

98

99

11

11

12

323559

323699

353361

10

2

45683

40

5

138448

70

8

231214

100

12

353501

11

12

13

2

2

2

45823

45963

46103

41

42

43

5

5

5

138588

138728

138868

71

72

73

8

9

9

231354

261015

261155

101

102

103

12

12

12

353641

353781

353921

14

15

16

2

2

2

46243

46383

46523

44

45

46

5

6

6

139008

168670

168810

74

75

76

9

9

9

261295

261435

261575

104

105

106

12

12

12

354061

354201

354341

17

18

19

2

3

3

46683

76324

76464

47

48

49

6

6

6

168950

169090

169230

77

78

79

9

9

9

261715

261855

261996

107

108

109

12

13

13

354481

384142

384282

20

3

76604

50

6

169370

80

9

262136

110

13

384223

21

22

23

3

3

3

76744

76885

77025

51

52

53

6

6

6

169510

169650

169790

81

82

83

10

10

10

291797

291937

292077

111

112

113

13

13

13

384563

384703

384843

24

25

26

3

3

3

77165

77305

77445

54

55

56

7

7

7

199452

199592

199732

84

85

86

10

10

10

292217

292357

292497

114

115

116

13

13

13

384983

385123

385263

27

28

29

4

4

4

107106

107246

107386

57

58

59

7

7

7

199872

200012

200152

87

88

89

10

10

10

292637

292777

292917

117

118

119

14

14

14

414924

415064

415204

30

4

107526

60

7

200292

90

11

322579

120

14

415344

 

 

 

(续上表)

齿

齿

m=1

公法线

长度

 

齿

齿

m=1

公法线

长度

齿

齿

m=1

公法线

长度

齿

齿

m=1

公法线

长度

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

Z

K

Wˊ

120

14

415344

140

16

477188

160

18

539032

180

21

630397

121

122

123

14

14

14

415484

415625

415765

141

142

143

16

16

16

477328

477468

477608

161

162

163

18

19

19

539172

568833

568973

181

182

183

21

21

21

630537

630677

630817

124

125

126

14

14

15

415905

416045

445706

144

145

146

17

17

17

507270

507410

507550

164

165

166

19

19

19

569113

569253

569394

184

185

186

21

21

21

630957

631097

631237

127

128

129

15

15

15

445846

445986

446126

147

148

149

17

17

17

507690

507830

507970

167

168

169

19

19

19

569534

569674

569814

187

188

189

21

21

22

631377

631517

661179

130

15

446266

150

17

508110

170

19

569954

190

22

661319

131

132

133

15

15

15

446406

446546

446686

151

152

153

17

17

18

508250

508390

538051

171

172

173

20

20

20

599615

599755

599895

191

192

193

22

22

22

661459

661599

661739

134

135

136

15

16

16

446826

476488

476628

154

155

156

18

18

18

538192

538332

538472

174

175

176

20

20

20

600035

600175

600315

194

195

196

22

22

22

661879

662019

662159

137

138

139

16

16

16

476768

476908

477048

157

158

159

18

18

18

538612

538752

538892

177

178

179

20

20

20

600455

600595

600736

197

198

199

22

23

23

662299

691961

692101

140

16

477188

160

18

539032

180

21

630397

200

23

692241

 

 

 

 

       32  基节Pb=p m cosa 的数值(毫米)

  

m

  

DP

Pb=p m cosa

a=22 .5°

a=20°

a=17 .5°

a=15°

a=14 .5°

1

25.4000

2.902

2.952

2.996

3.034

3.041

1.058

24

3.071

3.123

3.170

3.210

3.218

1.155

22

3.352

3.410

3.461

3.505

3.513

1.25

20.3200

3.628

3.690

3.745

3.793

3.817

1.270

20

3.686

3.749

3.805

3.854

3.863

1.411

18

4.095

4.165

4.228

4.282

4.292

1.5

16.9333

4.354

4.428

4.494

4.552

4.562

1.588

16

4.609

4.688

4.758

4.819

4.830

1.75

14.5143

5.079

5.166

5.243

5.310

5.323

1.814

14

5.265

5.355

5.435

5.505

5.517

2

12.7000

5.805

5.904

5.992

6.069

6.083

2.117

12

6.144

6.250

6.343

6.424

6.439

2.25

11.2889

6.530

6.642

6.741

6.828

6.843

2.309

11

6.702

6.816

6.918

7.007

7.023

2.5

10.1600

7.256

7.380

7.490

7.586

7.604

2.54

10

7.372

7.498

7.610

7.708

7.725

2.75

9.2364

7.982

8.118

8.239

8.345

8.364

2.822

9

8.191

8.331

8.455

8.563

8.583

3

8.4667

8.707

8.856

8.989

9.104

9.125

3.175

8

9.215

9.373

9.513

9.635

9.657

3.25

7.8154

9.433

9.594

9.738

9.862

9.885

3.5

7.2571

10.159

10.332

10.487

10.621

10.645

3.629

7

10.533

10.713

10.873

11.012

11.038

3.75

6.7733

10.884

11.070

11.236

11.379

11.406

4

6.3500

11.610

11.809

11.986

12.138

12.166

4.233

6

12.286

12.496

12.683

12.845

12.875

4.5

5.6444

13.061

13.285

13.483

13.655

13.687

5

5.0800

14.512

14.761

14.981

15.173

15.208

5.080

5

14.744

15.000

15.221

15.415

15.451

 

 

                                                              (续上表)

   

   m

   

   DP

                  Pb=p m cosa

a=22 .5°

a=20°

a=17 .5°

a=15°

a=14 .5°

5.5

4.6182

15.963

16.237

16.479

16.690

16.728

5.644

4.5

16.381

16.662

16.910

17.127

17.166

6

4.2333

17.415

17.713

17.977

18.207

18.249

6.350

4

18.431

18.746

19.026

19.269

19.314

6.5

3.9077

18.866

19.189

19.475

19.724

19.770

7

3.6286

20.317

20.665

20.973

21.242

21.291

7.257

3.5

21.063

21.424

21.743

22.022

22.072

8

3.1750

23.220

23.617

23.969

24.276

24.332

8.467

3

24.575

24.996

25.369

25.693

25.753

9

2.8222

26.122

26.569

26.966

27.311

27.374

9.236

2 3/4

26.807

27.266

27.673

28.027

28.092

10

2.54

29.024

29.521

29.962

30.345

30.415

10.160

2.5

29.489

30.000

30.441

30. 831

30.902

11

2.3091

31.927

32.473

32.958

33. 830

33.457

11.289

2 1/4

32.766

33.327

33.824

34.257

34.336

12

2.1167

34.829

35.426

35.954

36.414

36.498

12.700

2

36.861

37.492

38.052

38.539

38.627

13

1.9538

37.732

38.378

38.950

39.449

39.540

14

1.8143

40.634

41.330

41.947

42.484

42.581

14.514

1 3/4

42.126

42.847

43.487

44.043

44.145

15

1.6933

43.537

44.282

44.943

45.518

45.623

16

1.5875

46.439

47.234

47.939

48.553

48.665

16.933

1.5

49.147

49.989

5.0734

51.384

51.502

18

1.4111

52.244

53.139

53.931

54.622

54.748

20

1.2700

58.049

59.043

59.924

60.691

60.831

20.320

1 1/4

58.978

59.987

60.883

61.662

61.804

22

1.1545

63.854

64.947

65.916

66.760

66.914

25

1.1060

72.561

73.803

74.905

75.864

76.038

25.400

1

73.722

74.984

76.103

77.077

77.255

 

渐开线齿轮参数测定实验报告

班级学号

 

 

 

实验日期

 

同组人

 

指导教师

 

 

 

 

() 实验数据及计算结果

                                                         单位:mm

 

奇数:Z=         K=

偶数:Z=         K=

1

2

3

平均值

1

2

3

平均值

 

 

 

da

 

 

 

 

 

 

 

 

df

 

 

 

 

 

 

 

 

H1

 

 

 

 

 

 

 

 

H2

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

Wk

 

 

 

 

 

 

 

 

Wk+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pb

 

 

 

 

 

m

 

 

α

 

 

h*a

 

 

c*

 

 

x

 

 

Dy

 

 

    () 齿轮参数的推求过程

    () 思考题

    (1) 为什么要控制跨测齿数 k ? 应如何计算 ?

    (2) 测量公法线长度时,卡尺的卡脚放在渐开线的不同位置上,对测量结果有无影响,为什么?

 

 

              实验四 机构创新设计    

 

一.实验目的

1.加深学生对机构组成原理的认识,进一步了解机构组成及其运动特性;

2.训练学生的工程实践动手能力;

3.培养学生创新意识及综合设计的能力。

 

二、内容与要求

   1)实验前预习本实验,掌握实验原理,初步了解机构创新模型;

   2)选择设计题目,初步拟定机构系统;

   3)用图解法或解析法完成机构系统的运动方案设计,并用机构创新设计模型加以实现;

   4)绘制出机构系统的运动简图,并对所设计的系统进行简要的说明。

 

三.实验设备及工具

1.机构运动创新方案实验台组件(参看附件一“机构运动创新方案实验台组件清单”)

1)凸轮;基圆半径为18mm,从动推杆的行程为30mm

2)齿轮:模数2,压力角20°,齿数2842,两齿轮中心距为70mm

3)齿条:模数2,压力角20°,单根齿条全长为200mm,两齿条可拼接使用。

4)槽轮拔盘:两个主动销或一个主动销。

5)槽轮 四槽。

6)主动轴:轴上带有平键。

78)圆头轴或扁头轴:轴上未带平键,圆头轴的轴端为圆头或扁头轴的轴端为扁头。

9)主动滑块插件:专用于机构主动件运动为往复移动时的情况。

10)主动滑块座(与直线电机齿条固连)。

11)连杆(或滑块导向杆):其圆孔与轴形成转动副,其长孔与滑块形成移动副。

12)压紧连杆用特制垫片:固定连杆时用。

13)转动副轴(或滑块)-2:与固定转轴块配用时,可分别与两连杆形成转动副和移动副。

14)转动副轴(或滑块)-1:用于两构件形成转动副或形成移动副。

15)带垫片螺栓:规格M6,用于连杆与转动副轴形成转动副或移动副。

16)压紧螺栓:规格M6,用于连杆与转动副轴形成转动副。

17)运动构件层面限位套:用于不同构件运动平面之间的距离限定,以免发生不同构件之间运动的干涉。

18)皮带轮(皮带):传递主动运动。

19)盘杆转动轴:盘类零件与连杆形成转动副时用。

20)固定转动块:与连杆固连,13号件与该连杆形成转动副。

21)—39)参看附件一“机构运动创新方案实验台组件清单”中的说明。

40)直线电机: 10mm/s,沿机架底部的长形孔可改变直线电机的位置。

直线电机控制器: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~220V50HZ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)。

直线电机控制器使用注意事项:根据主动滑块移动的距离,通过改变离直线电机较远的行程开关,来调节齿条(相当于滑块)往复运动行程,其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。拔掉~220V50HZ的电源插头后,再旋开熔断器保护盖,更换新的2.5A熔断器。

提示:未拼接机构运动前、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的高度,以确保电机行程开关的灵活动作,从而防止直线电机直齿条脱离电机主体,防止组装零件的损坏及人身安全。

提示:为满足拼接机构运动的需要,相同轴类零件中,存在两种结构型式,其不同点仅为:轴的最大直径处的长度不相同(分别为17mm7mm)在选用较短的那种轴时,一般情况下,请首先装入与轴外圆相同的轴套(壁厚较其它轴套厚)后,再往下进行您所设想的拼接。

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~ 220V50HZ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。

2.工具:改锥、扳手、角尺、笔和纸

 

四.实验原理

任何机构都是由自由度为零的若干杆组,依次将这些杆组连接到原动件(或已经形成的简单的机构)和机架上的方法所组成。

 

五.实验方法与步骤(仅供学生在实验中参考)

1.掌握实验原理。

2.根据上述“实验设备及工具”的内容介绍熟悉实验设备的硬件组成及零件功用。

3.自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运动方案作为拼接实验内容。

4.将所选定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进行正确拆分。

5.正确拼装杆组。

6.将杆组按运动的传递顺序依次接到原动件和机架上。

 

六.杆组的概念、正确拆分杆组及拼装杆组

1.杆组的概念

    由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数目相等,因此机构均由机架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运动副联接而成。将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链,称为基本杆组,简称杆组。

根据杆组的定义,组成平面机构杆组的条件是:

F=3n-2PL - PH =0

其中构件数n,高副数PH和低副数PL都必须是整数。由此可以获得各种类型的杆组。

最简单的杆组为n=2PL =3,称为Ⅱ级组,由于杆组中转动副和移动副的配置不同,Ⅱ级组共有如下五种形式。

    Ⅲ级杆组,n=4PL =6的杆组形式很多,机构创新模型已有图4-2所示的几种常见的Ⅲ级杆组:


2.机构的组成原理

根据如上所述,可将机构的组成原理概述为:任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和基架上去的方法来组成。这是本实验的基本原理

 

3.正确拆分杆组

正确拆分杆组的三个步骤:

l)先去掉机构中的局部自由度和虚约束,有时还要将高副加以低代;

2)计算机构的自由度,确定原动件;

3)从远离原动件的一端(即执行构件)先试拆分Ⅱ级杆组,若拆不出Ⅱ级组时,再试拆Ⅲ级组,即由最低级别秆组向高一级杆组依次拆分,最后剩下原动件和机架。

正确拆组的判定标准是:拆去一个杆组或一系列杆组后,剩余的必须仍为一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件,不许有不成组的零散构件或运动副存在,否则这个杆组拆得不对。每当拆出一个杆组后,再对剩余机构拆组,并按第3)步骤进行,直到全部杆组拆完,只应剩下与机架相联的原动件为止。

如图4-3所示机构,可先除去K处的局部自由度;然后,按步骤2)计算机构的自由度:Fl,并确定凸轮为原动件;最后根据步骤 3)的要领,先拆分出由构件45组成的Ⅱ级组,再拆分出由构件67及构件32组成的两个Ⅱ级组及由构件8组成的单构件高副杆组,最后剩下原动件1和机架9

4.正确拼装杆组

根据拟定的机构运动学尺寸,利用机构运动创新方案实验台提供的零件按机构运动传递顺序进行拼接。拼接时,首先要分清机构中各构件所占据的运动平面,并且使各构件的运动在相互平行的平面内进行,其目的是避免各运动构件发生干涉。然后,以机架铅垂面为参考面,所拼接的构件以原动构件起始,依运动传递顺序将各杆组由里(参考面)向外进行拼接。机构运动创新方案实验台提供的运动副的拼接请参见以下图4-3所示。

 

 

 

 

 


 

4-3杆组拆分例图

 
 

 


1)实验台机架


    实验台机架中有5根铅垂立柱,它们可沿X方向移动。移动时请用双手推动、并尽可能使立柱在移动过程中保持铅垂状态。立柱移动到预定的位置后,用螺栓将立柱上、下两端锁紧(安全注意事项:不允许将立柱上、下两端的螺栓卸下,在移动立柱前只需将螺栓拧松即可)。立柱上的滑块可沿Y方向移动。将滑块移动到预定的位置后,用螺栓将滑块紧定在立柱上。按图示方法即可在XY平面内确定一个固定点,这样活动构件相对机架的连接位置就确定了。


2)转轴相对机架的连接图4-5(图示中的编号与 “机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)按图示连接好后,其中标号为“678的转轴相对机架作旋转运动。

 

3)转动副的连接图4-6(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)


按图示连接好后,两连杆作相对旋转运动。

 

 

4)移动副的连接图4-7(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

按图示连接好后,连杆与转动副轴作相对直线运动。


5)齿轮与轴的连接图4-8(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)按图示连接好后,齿轮与转动轴固定,可固接为一活动构件。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



6)凸轮与主(从)动轴的连接图4-9(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

    7)凸轮副的连接图4-10(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

 


 8)滑块导向杆相对机架的连接图4-11(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

    按图示连接好后,滑块导向杆相对机架作直线运动。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



9)槽轮副连接图4-12(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

    10)主动滑块与直线电机轴的连接图4-13(图示中的编号与“机构运动创新方案实验台组件清单”序号相同)

滑块作为主动件时,将它与直线电机轴固连即可。


    七.实验内容

下列各种机构均选自于工程实践。根据机构运动简图,(或根据所给组件清单自行设计出机构简图)任选一个机构运动方案进行拼接设计实验,或自行根据所给组件清单设计出机构简图。

    1.自动车床送料机构(4-14)

    结构说明:如图4-14所示由凸轮与连杆组合成组合式机构。

    工作特点:一般凸轮为主动件,能够实现较复杂的运动规律。


    应用举例:自动车床送料及进刀机构。如图4-14所示,由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组成。当凸轮转动时,推动杆5作往复移动,通过连杆4与摆杆3及滑块2带动从动件(推料杆)作周期性往复直线运动。

     

    2.曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合(4-15)

    结构说明:如图4-15所示机构由偏置曲柄滑块机构与齿轮齿条机构串联组合而成。其中下齿条为固定齿条,上齿条作往复移动。


工作特点:此组合机构最重要的特点是上齿条的行程比齿轮3的铰接中心点C的行程大一倍。此外,由于齿轮中心C的轨迹对于点A偏置,所以上齿条作往复运动有急回特性。

当主动件曲柄1转动时,通过连杆2推动齿轮3与上、下齿条啮合传动。下齿条5固定,上齿条4作往复移动,齿条移动行程H = 4RR为齿轮3的半径)。若将齿轮改用双联齿轮33,半径分别为r3r3。齿轮3与固定齿条啮合,齿轮3与移动齿条哨合,其行程为:H = 2(1 + r3/r3)R,由此可见,当r3 r3时, H4R,故采用此种机构可实现行程放大。

  

    3.多杆行程放大机构(4-16)


    结构说明:如图4-16所示,由曲柄摇杆机构1-2-3-6与导杆滑块机构3-4-5-6组成六杆机构。曲柄1为主动件,从动件6作往复移动。

    工作特点:主动件1的回转运动转换为从动件6的往复移动。如果采用曲柄滑块机构来实现,则滑块的行程受到曲柄长度的限制。而该机构在同样曲柄长度条件下能实现滑块的大行程。

    应用举例:用于梳毛机堆毛板传动机构。

 

    4.六杆机构(4-17)

结构说明:如图4-17所示,由曲柄摇杆机构1-2-3-6与摆动导杆机构3-4-5-6组成六杆机构。曲柄1为主动件,摆杆5为从动件

4-17六杆机构

 
 

 


   工作特点:当曲柄1连续转动时,通过连杆2使摆杆3作一定角度的摆动,再通过导杆机构使从动摆杆5的摆角增大。该机构摆杆5的摆角可增大到200°左右。

应用举例:用于缝纫机摆梭机构。

 

    5.双摆杆摆角放大机构(4-18)

    结构说明:如图4-18所示,主动摆杆1与从动摇杆3的中心距D应小于摆杆1的半径r

工作特点:当主动摆杆1摆动a角时,从动杆3的摆角β大于a,实现摆角增大,各参数之间的关系为:

 

 

 


    6.冲压送料机构(4-19)

    结构说明:如图4-19所示,1-2-3-4-5-9组成导杆摇杆滑块冲压机构,由1-8-7-6-9组成齿轮凸轮送料机构。冲压机构是在导杆机构的基础上,串联一个摇杆滑块机构组合而成的。

    工作特点:导杆机构按给定的行程速度变化系数设计,它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求。适当选择导路位置,可使工作段压力角α较小。按机构运动循环图确定凸轮工作角和从动件运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置。

 

                                           

    7.行星轮系放大行程机构(4-20)

    结构说明:如图4-20所示机构是由齿轮123和系杆H及连杆5、滑块4、机架6组合而成。齿轮23为行星轮,从动杆CD与行星轮3饺接于C点,机构中杆长ACCDR,且Z12Z3

    工作特点:系杆H为主动件,绕A轴回转,通过行星轮23的啮合传动,使杆CD随之运动,D点的直线轨迹距离为4R。该机构相对于曲柄滑块机构的行程可增加两倍。

4-20行星轮系放大行程机构

   

    8.转动导杆与凸轮放大升程机构(4-21)

    结构说明:如图4-21所示,曲柄1为主动件,凸轮3和导杆2固联。

    工作特点:当曲柄1从图示位置顺时针转过90°时,导杆和凸轮一起转过去时180°。假设凸轮转轴与曲柄轴同心即为复合较链,当曲柄1从图示位置顺时针转过90°时,从动件4移动距离为S,在压力角许用值相同的条件下,后者凸轮的尺寸要增大一倍左右。图11所示机构常用于凸轮升程较大,而升程角受到某些因素的限制不能太大的情况。该机构制造安装简单,工作性能可靠。


     


  9.铰链四杆机构(4-22)

    结构说明:如图4-22所示,双摇杆机构ABCD的各构件长度满足条件:机架摇杆连杆E点为连杆延长线上的点,且 BC为主动摇杆。

    工作特点:当主动摇杆BCB点摆动时,E点轨迹为图中点划线所示,其中E点轨迹有一段为近似直线。

    应用举例:可作固定式港口用起重机,E点处安装吊钩。利用E点的轨迹的近似直线段吊装货物,能符合吊装设备的平稳性要求。

 

    10.铸锭送料机构(4-23)

    结构说明:如图4-23所示,滑块为主动件,通过连杆2驱动双摇杆ABCD,将从加热炉出料的铸锭(工件)送到下一工序。

    工作特点:图中实线位置为炉铸锭进入装料器4中,装料器4即为双摇杆机构ABCD中的连杆BC,当机构运动到虚线位置时,装料器4翻转180°把铸锭卸放到下一工序的位置。

    应用举例:加热炉出料设备、加工机械的上料设备等。

4-23铸锭送料机构

    

   


11.插床的插削机构(4-24)

结构说明:如图4-24所示,在ABC摆动导杆机构的摆杆BC反向延长线的D点加二级杆组连杆4和滑块6,成为六杆机构。在滑块6固接插刀,该机构可作为插床的插削机构。

    工作特点:主动曲柄AB匀速转动,滑块6在垂直AC的导路上往复移动,具有较大急回特性。改变ED连杆的长度,滑块6可获得不同的规律。

 

    12.蒸汽机机构(4-25)


    结构说明:如图4-25所示,1-2-3-8组成曲柄滑块机构,1-4-5-8组成曲柄摇杆机构,5-6-7-8组成摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串连组合。

    工作特点:滑块37作往复运动并有急回特性。适当选取机构运动学尺寸,可使两滑块之间的相对运动满足协调配合的工作要求。

应用举例:蒸汽机的活塞运动及阀门启闭机构。

 

13. 插齿机主传动机构(4-26)

结构说明及工作特点:如图4-26所示为多杆机构,可使它既具有空回行程的急回特性.又具有工作行程的等时性。


应用举例:应用于插齿机的主传动机构。该机构是一个六杆机构,利用此六杆机构可使插刀在工作行程中得到近于等速的运动。

 

 

14.刨床导杆机构(4-27)

结构说明及工作特点:如图4-27所示,牛头创头的动力是由电机经皮带、齿轮传动使齿轮1绕轴A回转,再经滑块2、导杆3、连杆4带动装有刨刀的滑枕5沿床身6的导轨槽作往复直线运动,从而完成刨削工作。显然,导杆3为三副构件,其余为二副构件。


 


15.曲柄增力机构(28)

    结构说明及工作特点:如图4-28所示机构,当BC杆受力FCD杆受力P,则滑块产生的压力:

由上式可知,减小aS与增大L,均能增大增力倍数。因此设计时,可根据需要的增力倍数决定aSL,即决定滑块的加力位置,再根据加力位置决定A点位置和有关的构件长度。

八、机构运动创新方案实验台零件清单(见附件)

九、实验要求:

1.设计一打印机构,其性能要求:

a)从动件(打印头)作直线运动;

b)机构在打印时具有自锁功能(传动角900);

c)有急回特性,且速比系数尽可能大;

d)从动件行程尽可能大。

2.设计一压模机构,要求:

a)从动件作直线运动,在压模时稍有停歇;

b)压模时传动角为900

d)急回特性好;

c)从动件行程尽可能大。

十、实验报告要求

 

机构创新设计实验报告要求

(用北京工大学实验报告纸写)

一、实验目的

二、实验要求

三、搭接机构、观察机构运动情况,并就其是否满足设计要求作必要的说明。根据实际的机构按比例画出机构运动简图,计算自由度。

四、设计机构

1.设计一打印机构,要求:

a)          从动件(打印头)作直线运动;

b)          机构在打印时具有自锁功能(传动角900);

c)          有急回特性,且速比系数尽可能大;

d)          从动件行程尽可能大。

2.设计一压模机构,要求:

a)          从动件作直线运动,在压模时稍有停歇;

b)          压模时传动角为900

c)          急回特性好;

d)          从动件行程尽可能大。

五、写出实验心得体会

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

机构运动创新方案实验台零件清单

序号

名称

图示

规格

数量

备注

(分序号)

1

凸轮

 

凸轮为升回型

推程30mm

回程30mm

3

 

2

齿轮

 

标准直齿轮

Z=28

Z=42

 

3

3

 

2-1

2-2

3

齿条

 

标准直齿条

3

 

4

槽轮拨盘

 

 

1

 

5

槽轮

 

四槽

1

 

6

主动轴

 

   5mm

   20mm

L= 35mm

   50mm

   65 mm

 

 

4

4

3

2

2

6-1

6-2

6-3

6-4

6-5

7

圆头轴

 

   5mm

   20mm

L= 35mm

   50mm

   65mm

8

6

6

4

4

7-1

7-2

7-3

7-4

7-5

8

扁头轴

 

   5mm

   20mm

L= 35mm

   50mm

   65mm

 

 

8

6

6

4

4

8-1

8-2

8-3

8-4

8-5

序号

名称

图示

规格

备注

(分序号)

9

主动滑块插件

 

 

L=40mm

L=55mm

 

 

1

1

 

与主动滑块座固连,可组成直线运动的主动滑块

9-1

9-2

10

主动滑块座

 

1

与直线电机齿条固连

11

连杆(或滑块导向杆)

 

110mm

   160mm

L= 240mm

   300mm

330mm

128

8

8

4

 

12

压紧连杆用特制垫片

E6.5

8

将连杆固定在主动轴或固定轴上时使用

13

转动副轴(或滑块)-2

 

8

 

14

转动副轴(或滑块)-1

 

 

32

1两构件形成转动副时用

2作滑块时用

15

带垫片螺拴

 

16

用于加长转动副轴或固定轴的轴长

16

压紧螺栓

 

 

 

 

64

与转动副轴或固定轴配用

序号

名称

图示

规格

备注

(分序号)

17

运动构件层面限位套

 

   5mm

   15mm

L= 30mm

   45mm

   60mm

 

 

35

40

20

20

10

17-1

17-2

17-3

17-4

17-5

18

皮带轮

 

 

大轴(用于旋转电机)

 

小轴(用于主动轴)

 

 

3

 

 

3

 

18-1

 

 

18-2

 

19

盘杆转动轴

 

4

4

盘类零件与连杆形成转动副时用

20

固定转轴块

 

8

20

21

加长连杆或固定弹簧用特制螺栓/螺母

 

M10

6

用于两连杆加长时的锁定

用于固定弹簧

22

特制平垫片

E17

20

使主动轴或固定轴相对机架不转动时用

23

防脱特制螺母

 

M12

24      

防止主动轴或固定轴从机架上脱出

24

高副锁紧弹簧

 

 

3

用于凸轮从动件与凸轮的高副锁合

25

安装电机座\行程开关作用六角螺栓  平垫

标准件

M8H25

  E8

32

 

序号

名称

图示

规格

备注

(分序号)

26

内六角螺钉

标准件

M6H15

2

用于将主动滑块固定在直线电机齿条上

27

开槽平端紧定螺钉

 

 

M6H6mm

13

 

28

 

64

已与机架相连

29

实验台机架

 

 

4

机架内可移动立柱5

30

压紧立柱

特制平垫

E9

40

已与机架相连

31

固定支柱上滑块用特制螺母

 

M6

64

已与机架相连

32

固定电机用特制螺母

 

 

18      

卡在机架的长槽内,可轻松柠紧螺栓

33

行程开关支座

 

2

 

序号

名称

图示

规格

数量

备注

(分序号)

34

半元头螺钉平垫

 

MH5

E5

4

用于行程开关与基座的连接

35

转速电机座

 

3

 

36

直线电机座

 

 

 

1

 

37

平键

 3H15

5

主动轴与皮带轮的连接

38

直线电机控制器

 

 

1

用于控制直线电机

39

皮带

标准件

O

3

 

40

 

直线电机

 

 

旋转电机

 

 

10mm/s

 

 

10r/min

1

 

3

 

配直线电机座

配电机行程开关一对

配旋转电机座

 

 

 

 

 

 

 

实验五  机构运动参数测定实验

 

.实验目的

    1.掌握机构运动参数(线位移、角位移、转速、机座震动加速度)的测量方法;

2.掌握机构测试系统的基本组成;

3.了解传感器的工作原理;

4.了解用于信号采集和分析的专业软件;

5.通过工程测试,由此定量了解铰链四杆机构和对心曲柄滑块机构的运动特性;

6.掌握机构惯性力对机座的平衡方法。

 

.实验内容与要求

    1.实验前预习实验指导书和教科书中有关本实验的相关内容;

2.曲柄滑块机构滑块线位移的测定;

3曲柄滑块机构试验台和曲柄摇杆机构试验台中曲柄转速的测试;

    4.曲柄摇杆机构摇杆角位移的测定;

    5.曲柄滑块机构或曲柄摇杆机构中机座在铅垂方向震动加速度的测试——机构的动平衡实验。

 

三.机构运动参数测量基本原理

    机构的运动参数,包括位移(角位移)、速度(角速度)、加速度等,都是分析机构运动学及动力学特性必不可少的参数,通过实测得到的这些参数可以用来验证理论设计是否正确或合理,也可以用来检测机构的实际运动情况。

    任何物理量的测量装置,往往由许多功能不同的器件所组成。典型的测量装置如图5--1所示。

 

 

 

 

 

 


    在测量技术中,首先经传感器将机构运动参数(非电量)变换成便于检测、传输或处理的电参量(电阻、电荷、电势等)后,送进中间变换器,中间变换器把这些电参量进一步变成易于测量的电流或电压(通称电信号)等,使电信号成为一些合于需要又便于记录和显示的信号;并最后被计算机记录、分析、显示出来,供测量者使用。

 

四.实验设备、仪器

   

1.曲柄摇杆机构试验系统;

1)曲柄摇杆机构。

    2)角位移传感器,与之匹配的RO3一角位移变送器。

    3)旋转编码器。

4)压电式加速度计传感器,与之匹配的电荷放大器。

5)平衡块5块。

 

2.对心曲柄滑块机构试验台

1)对心曲柄滑块机构;

2)直流位移传感器;

3)旋转编码器;

4)压电式加速度计传感器,与之匹配的电荷放大器;

5)平衡块2块;

    6)用于增加滑块质量的磁铁2块。

   

    3.直流电源

    4.信号自动采集分析仪

5.计算机(内插专业用信号采集与分析软件,即DASP

6A/D数模转换卡、软件加密卡(已插入计算机的ISA槽中)

 

五.机构运动参数的测量步骤

   1.确定被测信号:

    本实验系统提供可测试的信号有:曲柄的转速、摇杆的角位移、滑块的直线位移和机座在铅垂方向的机座震动加速度。建议机构惯性力未得到平衡状态时(即没有在平衡盘上锁定平衡铁块)测试上述运动参数。

2.进行运动参数测量装置的连接。在连接过程中不得接通线性集成一体化电源的外接电源。

3.接通计算机电源,进入DASP应用程序(电源开关在机构试验台架背面的上方)

4.对拟定的测试信号逐一进行信号采集和信号分析,将分析结果存盘,以备打印。

5.退出DASP应用程序,关断电源。

6.撰写实验报告。

 

六.机构运动参数的测量方法

  

    (一)、曲柄滑块机构试验台中滑块线位移的测试

     1.参看(图5-2)“测试滑块位移信号硬件连接示意图”进行测试系统的连接。


     提示:实验室已将线位移传感器的拉杆与滑块固连好,未经指导教师许可,学生不得擅自拆卸

     ①位移传感器引出线中的红色(正电)香蕉插头、两黑色(负电)香蕉插头分别与直流电源的红色香蕉插座(正电)和两黑色香蕉插座(电源零点)对接。其信号线头与信号自动采集分析仪的0号通道相连;

    提示:将信号线头插入信号自动采集分析仪的通道时,以缺口方向插入后,再行右旋;退出时,先行左旋,再拨出信号线头。

    ②测试系统连接完毕、并检查无错后,再接通线性集成一体化电源的~220V外接电源。

提示:进行传感器信号线的连接与断开之前,务必切断传感器的外接电源后(亦即切断线性集成一体化电源的~220V外接电源),方进行下一步的操作。

2.进入DASP应用程序:

    计算机提示有两种选择,其中一个专门为运行DASP软件所用,故在启动计算机时选择第一项:“ 1.DASP CONFIG”,回车;

2.1 进入DASP 软件:C\Cd  DASP  回车;

2.2 C:Cd  DASP Start  回车;

    2.3 输入密码:HZKDJXY  回车。

2.4 按任意键后进入DASP主菜单窗口。

    3.进入DASP主菜单窗口,主菜单中“设参数”用来设置实验名、采样数据路径、分析结果存放路径、采样类型、信号的工程单位和传感器标定值。

3.1将红色光标移至主菜单中的“设参数”;回车;

3.2再按一次回车键,此时红色箭头光标指向“试验名”,回车;

   输入试验名,回车;

3.3光标移至“试验号码”,回车;

   输入自定的试验号码,回车。

    3.4光标移至“数据路径”,回车;

        输入数据路径,回车。

    3.5光标移至“结果路径”,回车;

        输入结果路径,回车。

    3.6光标移至“采样类型”,回车;

        按数字键“1(即选择“随机”方式采样)。

    3.7光标移至“单位类型”,回车;

        按数字“4键(即选择“可变”)。

    3.8光标移至“输入类型”,回车;

      按数字“1键(选择工程单位)。

    3.9光标移至通道号“Ch..0处,回车

      按数字“4键即选择“自由设定”,此时用键盘输入“mm”作为线位移信号的工程单位;

    3.10光标再移至“输入类型”,回车;

       按数字“0键(选择标定值)。

3.11光标移至“ Ch..0”回车;

    根据位移传感器编号输入标定值,回车;

    3.12ESC键(即退出设参数)。

若参数设置正确,按“Y”键(即可回主菜单窗口):否则,按“N”键,可对所设参数进行修改。

    4.进入DASP主菜单窗口,主菜单中“采样”的功用是记录电信号数据以供分析,有随机、触发、多次触发、变时基和多时基和五种采样方式。本试验仅用“随机”中的“扩充内存”采样方式。

    4.1 将光标移至主菜单中的“采样”,回车(即可调出其下拉菜单);

    4.2 将光标移至“随机”中的“扩充内存”处,回车(即进入“采样”的子菜单窗口);

    4.3 光标移至“参数设置”下的“试验号码”,回车;

         用键盘输入数字,回车;

         回答“自动增加吗[N]”时,按“N”键,回车。

    4.4 光标移至“总通道数”,回车;

        在“输入采样通道数[1]”时,输入数字“1(与实际使用的通道总数同),回车;

        在“输入采样通道号[0] 07)”时,输入数字“ 0(该数字为采样时所用分析仪通道的编号);

    4.5 光标移至“程控放系数”,回车;输入数字“ l”,回车;

    4.6 光标移至“测点号码”,回车;试验者输入自定的数字;

    4.7 光标移至“采样频率”,回车;输入数字“ 2000至“ 4000,回车;

    4.8 光标移至“采样页数”,回车;按键盘数字“ 1键;

         回答“输入采样页数”,输入数字“ 10,回车;

    4.9  光标移至“检查文件”,回车(自动检查有无同名文件以免覆盖,有同名文件时,屏幕给予提示);

    4.10 检查有无影响机构旋转的问题(如试验者安全、电线、信号线等),将机构安全罩卡死在桌面上的固定螺栓内;

    4.11 接通曲柄滑块机构电源;

    4.12 将光标移至“采样”或“边采边显”处,回车。采样结束,关断曲柄滑块机构的电源;

4.13 ESC键(即退出采样的子菜单窗口,返回主菜单窗口)。

    5. 进入DASP主菜单窗口,主菜单中“分析”的功能相当于信号分析仪,可进行数据格式转换,时域波形批处理,单综时域分析,多踪时域分析,自相关分析等等(按帮助键F1,可查看当前状态下可进行的操作项目)。

    5.l 将光标移至主菜单中的“分析”,回车(即可调出其下拉菜单);

    5.2 将光标移至“单踪时域”,回车;

      按数字键“l”(即选择时域分析);

      以下的人机对话,试验者根据所设定的参数予以正确回答后,即可调出所采集的数据信号图;

      按“<”或“>”键,可进行示波,再按一次“>”或“<”,停止示波;

    5.3 按"F9键对信号进行单踪时域分析(屏幕显示位移时域图);

    5.4 按“X”键,即可滤掉信号中的直流分量成分。用光标移动键移动光标,在屏幕右框内可以读出光标所在处的位移值,以及位移从0到该位移所需的时间;

      根据得到的滑块位移曲线图,分析滑块相对时间的运动情况。

    5.5 按“A”键,调出自动收取极限值对话,输入试验者要求的极值数目,回车;

    5.6 按“L”键,将所收到的极值列表在屏幕中显示。

    5. 7 同时按“ Ctrl B”两键即可将屏幕当前所显示的图象(bmp)形成位图文件,给文件起名,回车。

    该文件自动存盘在DASPOUT目录下。

5.8 按“ESC”键(返回主菜单窗口):

    6.若不再进行测试工作,即可退出DASP应用程序。

按“ESC”键,确定退出DASP应用程序,按“Y”键(退到DOS状态下),关闭计算机电源。

   

(二)曲柄滑块机构试验台和曲柄摇杆机构试验台中曲柄转速的测试

    1.参看“测试曲柄转速信号硬件连接示意图5-3进行测试系统的连接。

    提示:试验室已将旋转编码器与曲柄转轴固连好,未经指导教师许可,学生不得擅自拆卸。

    ①旋转编码器引出线中的红色(正电)香蕉插头、两黑色(负电)香蕉插头分别与直流电源的红色香蕉插座(正电)和两黑色香蕉插座(电源零点)对接。其信号线头与信号自动采集分析仪的0号通道相连;