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机械原理实验指导书洪建平徐双满编房海蓉审机械工程实验教学中心2013年2月目录20实验一、平面机构运动简图测绘与分析实验2实验二、平面连杆机构设计与特性分析实验3实验三、渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析实验9研究型实验（选修） 典型机械系统及机械原理示教板演示实验 16机械原理实验指导书学习机械工程首先要了解机械。什么是机械？什么是机器？什么是机构？它们各有什么特点？彼此之间有什么联系？如何运用理论知识进行机构创新设计？在机械原理理论课上已从理论上给出了准确的概念和方法，而实验课则从实践出发重点提供认识机械系统、进行方案分析、设计实践的工程环境，通过以下实验环节可以有效地理解和掌握机械原理的设计方法和运用方法。实验一平面机构运动简图测绘与分析实验在机械原理设计过程中，无论是进行新机构的设计，还是对现有机械进行运动和动力的分析，都需要画出能表明其组成情况和运动情况的机构运动简图。机构运动简图是依据国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出的表示机构的简明图形。参见机械原理教材（常用运动副的表示方法、常用机构运动简图符号）。如果不按比例绘制的简图称为机构示意图。机构运动简图是机械设计的一种工程语言，所以要求学生要熟练掌握它的绘制方法。一、实验目的:、学会运用构件及其运动副的常用标准符号，正确绘制平面机构运动简图。、通过学习确定机构的运动副类型和构件数，熟练掌握机构自由度的计算方法，判断运动链的构成能否形成机构的确定运动。、增进对机构组成原理的了解，理解机构运动简图的工程意义。二、实验设备和工具: 、牛头刨床、冲床及其它各种机构模型；、工具：钢板尺，卡尺，卡钳等；、方格纸（开）一张，草稿纸，及绘图用具（自备）三、实验步骤：、 分析机械模型的组成情况和运动情况：找出主动件和从动件，驱动主动件使机构缓慢运动，确定哪部分是执行机构和传动机构？理解该机械的实际功能。、 确定活动构件数目以及固定构件（机架）：沿着运动传递路线，从主动件开始，依次分析俩构件相对运动的性质，。、确定运动副的性质和数目：从主动件开始，按照运动的传递顺序，仔细观察联接构件之间的接触性质，以分清运动副是低副还是高副。、合理选择视图平面：一般选择与绝大多数构件的运动平面相平行的平面作为视图平面。、画出草图：按所选的视图平面，在草稿纸上徒手画出机构运动简图，从主动件开始，用数字（1、2、3）依次标注各运动构件，用字母标注各运动副（最好是用大写字母A、B、C代表高副，用小写字母a、b、c代表低副）。、计算机构自由度：式中：机构自由度活动构件数低副运动副数高副运动副数并检验与机构主动件数目是否一致。、确定尺寸：仔细测量机构的运动几何尺寸（与运动相关的几何参数，不包括外型尺寸），以确定机构位置。、选择适当长度比例尺：按选定主动件的某个位置，在方格纸上画出机构运动简图，按国家标准规定的符号绘制（见课程教材），标出比例尺。四、实验报告及要求:、绘制牛头刨床或冲床模型的机构运动简图1份，要求清楚标注出运动副、杆件数、运动几何尺寸，计算机构自由度；、绘制任选机构的机构示意图2份。思考题:、 说明所分析的机构是否具有确定运动？为什么？、 在计算平面机构自由度时应注意哪些事项？、 机构运动简图与机构示意图的区别？、 扩展思考：所分析的机构还可以适用于其它什么机器？实验二平面连杆机构设计与特性分析实验平面连杆机构在工程和日常生活中被广泛应用，特别是很多机械（例如装载机械、压力机、自卸汽车、医疗床等）利用平面连杆机构作为主体机构，因此连杆机构在机械设计中占有重要的地位。本实验以连杆机构的基础类型平面四杆机构为研究对象，利用组合式可调平面连杆机构模型，学生通过自己设计、试凑选型、组装机构，学习分析连杆机构的特性，为机械创新设计打下基础，提高机械设计水平。一、 实验目的、 掌握以不同构件为机架进行变异机构设计的方法和加深对机构具有确定运动条件的理解；、 通过独立设计平面铰链四杆机构，增强同学们的实际操作能力和分析能力；、 通过观察平面铰链四杆机构，认清机构发生死点的位置、极限位置，区别极位夹角、摆角、传动角、压力角，观察当其四个杆轮流做机架时的运动状态，加深理解平面铰链四杆机构有曲柄存在的充分必要条件；、 通过观察曲柄摇杆机构的运动，研究其传动角达到其最小值的条件和产生急回运动的原因。二、 实验仪器和工具1. ZBS-C机构运动创新设计方案实验台；2. 钢板尺、半圆仪、圆规。三、 实验模型简介ZBS-C机构运动创新设计方案实验台功能与特点：1、该实验台主要由四个机架装拆平台和一个零件存放架组成配备各种低副杆组、回转副、移动副、复合铰链等基本构件和联接件以及、凸轮、槽轮、齿轮齿条、传动装置。低副杆组长度尺寸可以大范围无级调节，复合铰链接头构思新颖，操作简单方便，运动灵活，极大地提高了机构运动方案拼装效率。2、实验台特配备了皮带张紧装置，机构调整会更加方便迅速，传动更平稳有力。3、零件存放架设计精巧，外形美观大方，能确保实验台多种类多品种规格的构件有条不紊的分门别类的存放在柜内，品种数量一目了然，便于学生实验操作和教师对实验设备的管理。4、实验台制作精细、低副杆组的零件、联接件选用优质钢材加工，几乎所有零件均磨床加工，加工精度高，外形美观，镀铬、镀镍表面光亮无锈斑，精加工表面均作防锈处理。5、连杆的尺寸变化范围大，可进行无级调节（0-500mm）。ZBS-C机构运动创新设计方案实验台主要配置及技术参数1、实验台机架数量:1000mm350mm650mm(长宽高)4台/套2、交流带减速器电机: 数量3个N=90W 220V 输出转速n=10转/分3、带减速器的大传动比交流直线电机: 数量1个N=25W 220V 工作行程L=500 10mm/s4、各类机械零件及标准件近100种1056个。5、产品净重：420公斤、毛重：560公斤。四、 实验内容实验的主要工作思路：学生自主设计一个较典型的曲柄摇杆机构，在此基础上进行平面四杆机构的运动特性分析。步骤可以参考以下步骤：CADB图2-1 机构示意图12341. 设计一组四个杆长数据，使最短杆1与最长杆长度2之和小于或等于其它两杆长度之和。如图2-1所示。填写实验报告第1、2项。（为使实验效果明显，每两杆长度之差至少为10mm。以最短杆1的A端为主动杆驱动点。）2以最短杆1的邻杆4为机架，试凑和组装平面四杆机构，为防止杆件干扰，各杆件须在不同层平面。以A点为驱动源。3调整各杆，使其长度等于设计数据。4转动最短杆1，使其作定轴转动，带动铰链四杆机构运动，观察两连架杆1和3的连动情况，特别要观察机构的极限位置、急回特征、机构出现最小传动角的位置。测量极位夹角、摆角、传动角、压力角，填写实验报告的第3、4项。5再分别以1、2、3杆为机架，观察机构的运动，填写实验报告第5项。6创意设计平面连杆机构、连杆组合机构：实验台可搭接的实验项目推荐（1）曲柄摇杆机构（2）曲柄滑块机构（3）双曲柄机构（4）双摇杆机构（5）曲柄摇块机构（6）、齿轮导杆机构（7）六杆机构（8）凸轮连杆机构（9 ）齿轮曲柄机构（10）、外槽轮机构（11 ）、鄂式碎石机（12 ）、插床（13 ）、摆动导杆机构（14 ）、牛头刨床（15）、蒸汽机（16）、起重机（17）、自动车床送料机构（18）、冲床送料机构（19）、变速传动（20）、分路传动（21）、获得较大传动比（22）、行程放大机构（23 ）、对心曲柄滑块机构（24）、偏置曲柄滑块机构（25）、齿轮齿条连杆组合机构（26 ）、齿轮连杆组合机构等等。7认真观察所设计的连杆机构的运动特性，画出机构运动简图。8将实验仪零件拆卸，恢复初始状态，将零部件整理装盒，接受指导教师的检查，认可后再离开。五：实验注意事项：（一）、共同的注意事项1先手动后联电机驱动：搭接时不能带电操作，机构搭接成功后，必须先手动驱动机构，观察运转是否灵活，确定无障碍后再加装皮带，调整皮带张紧轮，通电，联机运动！2安装顺序要从驱动部分开始安装，否则位置不适当拆卸起来比较困难；3安装带轮之前，要先找好适当的键和轴配合，否则由于加工精度的问题，装不上键就要另换轴，拆卸麻烦；4固定的轴要加装垫片，否则轴不稳定；5对于一个装置中多个轴，要提前选择适当长度，以防安装挂件后，连杆产生倾斜；6多方考虑活动部件，灵活运用调整位置的方法；7对于张紧轮位置要灵活设置，设置在从动边；8由于装置上没有刻度尺，有的须测量量用卷尺测量；9立柱的紧固螺钉只需旋松，不要拿下。（二）、针对具体装置的注意事项1对于顶尖从动件凸轮机构：顶杆的固定要牢靠，设计要灵活，以防凸轮旋转时，顶杆偏斜；2对于槽轮机构：要固定拨盘与槽轮的位置，使其无相对移动；3对于直线电机：两行程开关的直线距离不得大于400mm，机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实施，防止机件损坏；4杆组的正确拆装： 1）正确计算自由度，确定原动件。 2）从远离原动件的构件开始拆杆组；由低级别杆组开始，向高级别拆。正确的拆分判断标准是每拆分一个杆组后，留下的部分仍是一个与原机构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆出只剩下原动件和机架为止。 3）确定机构的级别，以拆分出的最高级别杆组而定。同一机构所取得原动件不同，有可能成为不同级别的机构，但当机构的原动件确定后，机构的级别确定，则拆分方法唯一。 4）若存在高副，则高副低代来拆分。5杆组的正确拼装：根据事先拟定的机构运动简图，利用机构运动创新设计方案试验台提供的零件按机构运动传递顺序进行拼装。拼装时通常先从原动件开始。拼装时应使各部件在平行平面内运动，以防各部件之间发生干涉。同时保证各构件运动平面与轴的轴线垂直。为避免连杆之间运动平面相互紧贴而产生摩擦或发生干涉，拼装时应加入限位套筒。实验完毕，请将零件从框假上拆卸下来，整理齐备实验工具，为后面的实验同学准备好，同时也是提倡良好的实验习惯。平面连杆机构设计与特性分析实验实验报告实验时间：年月日班级：姓名：成绩：实验指导教师：一实验记录1第一组杆长数据：杆件编号1（最短杆）234杆件长度(mm)2验算杆长条件：最短杆长度 + 最长杆长度= + = （mm）,其它两杆长度之和= + = （mm）验证：最短杆长度 + 最长杆长度其它两杆长度之和。3绘制以最短杆的邻杆4为机架时的机构简图，图一（标出比例尺L= mm/mm）,并在同一图上画出机构的两个极限位置；图上测量出：摇杆的摆角 = ，极位夹角 = ，计算行程速比系数K = 。实际机构测量：摇杆的摆角 = ，极位夹角 = 误差计算：=-= ， =-= 图一图二4转动曲柄，观察连杆BC与连架杆CD的夹角变化。当最短杆AB的转角=时，铰链C处的夹角最小，量出mim = ；当最短杆AB的转角= 时，铰链C处的夹角最大，量出max = ；画出对应的机构运动简图，图二。5分别以1、2、3为机架，观察机构的运动情况。当以杆1为机架时，得到机构；连架杆2作动，连架杆4作动。当以杆2为机架时，得到机构；最短杆1作动，连架杆3作动。当以杆3为机架时，得到机构；连架杆2作动，连架杆4作动。画出相应的机构运动简图：（比例：L= mm/mm）机构机构机构上述三种机构分别以不同连架杆做原动件，观察哪种机构有死点位置，在什么条件下出现死点位置。*6第二组杆长数据：（选做题）杆件编号1（最短杆）234杆件长度(mm)第二组杆长条件：最短杆长度+最长杆度= + = 其它两杆长度之和 = + = 是否满足条件？画机构简图（比例：L= m/mm）机构简图观察连架杆的转动情况：机架连架杆转动情况4杆1杆32杆1杆31杆2杆43杆2杆4思考题与习题：1通过观察平面铰链四杆机构，当其四个杆轮流做机架时，说明平面铰链四杆机构有曲柄的充分必要条件。2通过观察曲柄摇杆机构的运动，说明机构中的角是不是传动角，计算最小传动角min 。并说明其传动角达到其最小值的条件和产生急回运动的原因。实验三渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析实验齿轮传动的精度与齿轮、轴、箱体和轴承等零部件有关，尤其是齿轮本身的精度对保证齿轮传动性能起着重要的作用。对齿轮传动性能的要求包括传动运动的准确性（运动精度）、传动的平稳性（平稳性精度）、载荷分布的均匀性（接触精度）以及合理的齿轮副侧隙，这些精度的保障都基于设计和制造的精度。本实验从设计的角度出发，从齿轮参数的测绘入手使学生通过对齿轮参数的测量，理解和掌握齿轮设计的过程，增强工程意识。一、实验目的1、 掌握用机械通用量具测定齿轮参数的过程；2、 掌握和理解渐开线齿轮的若干重要概念和计算公式； 3、 掌握齿轮的设计方法，并培养运用所学知识解决实际生产问题的能力和实际操作技能。 4、 理解测定齿轮参数的方法在工程上有重要的实用价值。二、实验用具1、 待测齿轮：模数制正常齿渐开线直齿圆柱齿轮(ha*1、c*=025)两个(奇数齿和偶数齿的齿轮各一个)，最好是有齿顶降低( 0)的变位齿轮，条件不具备，亦可用标准齿轮代替。2、 量具:游标卡尺、公法线长度百分尺。三、实验内容 1、 测量齿轮的齿顶圆直径da、齿根圆直径df和跨齿数k及(k+1)个齿的公法线长度Wk 和Wk+1 ； 2、 根据测得的数据，运用所学的知识推算出被测齿轮的参数m、ha*、c*、x、X和；3、 判断所测齿轮是标准齿轮还是变位齿轮；4、 分析测量误差。四、实验要求1、 学生在实验课前应预习教材中的有关内容；2、 实验课中应掌握正确的测量方法，记录好实验数据；3、 实验课后将数据加以整理，计算出实验结果，自己设计表格型式，写出实验报告。五、实验步骤和参数设计过程：1、 确定齿数z 齿数z可直接从待测齿轮上数出。为避免失误，至少应数三遍。2、 测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df 用游标卡尺测量da和df,为减少测量误差，同一数据应在不同位置上测量三次，然后取其算术平均值。测量方法：(1)当齿数z为偶数时，da和df可用游标卡尺在待测齿轮上直接测出。如图3-1所示。(2)当齿数z为奇数时，不能通过直接测量得到da和df的准确值，而须采用间接测量方法，如图3-2所示。先量出齿轮轴孔的直径D，再分别量出孔壁到某一齿顶的距离H1和孔壁到某一齿根的距离H2。则da和df可按下式计算出来da = D + 2H1 (mm) df = D + 2H2 (mm)图 3-2齿数为奇数的测量图图3-1齿数为偶数的测量图3、 计算全齿高h对于偶数齿: (mm)对于奇数齿： (mm)4、 测定公法线长度Wk和Wk+1图3-3 读数示例图公法线Wk 的长度是在基圆柱切平面（公法线平面）上跨k个齿（对外齿轮）或跨k个齿槽（对内齿轮）在接触到一个齿的右齿面和另一个齿的左齿面的俩个平行平面之间测得的距离。这个距离在两个齿廓间沿所有法线都是常数。用Wk表示实际测量得公法线。用公法线千分尺(或游标卡尺)测量公法线的长度。公法线千分尺读数方法：一般主尺刻度数是每分格是1mm，半分格是0.5mm，而微分套筒的圆周刻度数为50等分，故每一分所对应的分度值为0.01mm。读数的整数部分由固定套筒主尺上的刻度给出，其分度值为1mm；读数的小数部分由微分套筒上的刻度给出。如图3-3读数示例图所示：读数为24.240mm。测量方法：首先，根据被测齿轮的齿数 z，从直齿圆柱标准齿轮的跨测齿数和公法线长度表(附表1)中查出相应的标准齿轮的跨测齿数k,然后,按图34所示的方法测量出跨测 k 个齿时的公法线长度Wk 。为减少测量误差，Wk值应在齿轮一周的三个均分部位上测量三次，并取其算术平均值。按同样的方法再测量出跨测( k +1)个齿时的公法线长度Wk +1。为避免公法线长度变动量的影响，应在齿轮一周的三个相同部位上分别测出Wk和Wk+1值。图3-4公法线的测量方法示意图5、 推算被测齿轮的参数 (1)确定模数m和压力角 按下述公式，由测量得出的Wk和Wk+1值计算出被测齿轮的齿距PbPb = Wk+1Wk = mcos(mm) 在基圆齿距表(附表2)中查出与计算出的 Pb相近的值，视为Pb 的准确值，同时查出与之对应的模数m和压力角 。(注意：由于被测齿轮为模数制齿轮，故计算出的Pb值不可能与表中的径节制齿轮的Pb 值相近，若出现这种情况，则是由测量误差过大所致，应重新检查测量数据。)(2)求变位系数 x和移距量X先求标准齿轮的公法线长度Wk值：若被测齿轮的压力角= 20，则可查附表1中对应于m =l时的z和k 的公法线长度值，再乘以被测齿轮的模数值m，即得Wk 。若被测齿轮的压力角 20，又无相应的公法线长度表可查，则Wk，值应按下式计算出来式中 根据求出的Wk值和测量得出Wk值，即可按下式推算出被测齿轮的变位系数x:移距量X (3)求齿顶高系数 ha* ，和齿顶降低系数：1)先在不考虑齿顶降低(即认为=0)的情况下，由公式 试算齿顶高系数若按此式求出的ha*恰等于标准值(1或0.8)，则表明被测齿轮不存在齿顶降低，即=0 。若按上式算出的ha*值略小于1(或略小于0.8)，则表明存在齿顶降低(0)。这时，应按下述方法求出ha*和。2)根据上述算出的结果，取ha* =1(或取ha*=0.8)，然后由公式计算其齿顶降低系数(4)求顶隙系数c*由公式 即可推算出被测齿轮的顶隙系数若按此式算出的c*不等于0.25(或0.3及其它标准值)，亦应将它圆整为标准值(偏差是由rf的测量误差造成的)。六 、实验报告及要求1、 提交原始测量数据；2、 提交设计报告：根据实验步骤和测量结果，自己设计记录表格和实验报告。3、 要求实验数据完整，表达清楚；4、 要对实验结果进行数值误差分析；5、 实验报告要具有一定得工程设计参考价值。附表1附表2实验四典型机械系统及机械原理示教板演示实验（选修）一、实验目的1通过典型机械系统工作演示及机械原理示教板演示实验，了解各种机构类型的运动方式和运动特性；2通过分析典型机械系统的功能、组成及其基本特征，学习绘制机械系统的运动方案简图，掌握各种常用机构的运动特性和机械系统方案设计方法。二、实验设备1机械原理示教柜10组2颗粒包装机 2台3粉状包装机 2台4液体包装机 2台三、实验设备简介1机械原理示教柜陈列内容简介陈列柜名称陈列内容（1）机构的组成A、 前言B、 机构的组成（2件）：蒸气机、内燃机C、 运动副（5种）：运动副、移动副、螺旋副、球面副、曲面副D、 运动付简图文字说明图表（2）平面连杆机构A、 铰链机构的三种形式（3种）：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构B、 平面四杆机构的演化形式（9种）：偏置曲柄滑块、对心曲柄滑块机构、正弦机构、双重偏心机构、偏心轮机构、直动滑杆机构、摆动导杆机构、摇杆机构、双滑块机构C、机构简图及说明图表（3）平面连杆机构的应用A、 平面连杆机构的应用模型（8种）：鄂式碎石机、飞剪、惯性筛、摄影机平台、机车车轮联动机构、鹤式起重机、牛头刨床、插床B、 机构简图及说明图表（4）空间连杆机构A、 空间连杆机构（6种）RSSR空间机构、4R万向节、RRSRR角度传动机构、RCCR联轴节、RCRC揉面机构、SARRUT机构B、机构简图及说明图表（5）凸轮机构A、 凸轮机构模型（10种）：尖端推杆盘形凸轮、平底推杆盘形凸轮、滚子推杆盘形凸轮、摆动推杆盘形凸轮、推杆三种形式图片、槽形凸轮、等宽凸轮、端面（摆动）、圆锥（移动）、圆柱（摆动）凸轮机构、反凸轮机构、主回凸轮机构B、 机构简图及说明图表（6）齿轮机构的类型A、 平面齿轮机构（5种）：外啮合直齿轮、内啮合直齿轮、齿轮齿条、斜齿轮、人字齿轮B、 空间齿轮机构（4种）：直齿圆锥齿轮、斜齿圆锥齿轮、螺旋齿轮、蜗杆蜗轮C、 机构简图及说明图表（7）轮系的类型A、 定轴轮系（2种）：平面定轴轮系、空间定轴轮系B、 周转轮系（4种）：行星轮系、差动轮系、3K周转轮系、复合轮系C、 机构简图及说明图表（8）轮系的功用A、 轮系功用（8种）：较大传动比、分路传动、变速传动、换向传动、运动合成、运动分解、摆