机原实验指导书(应用技术学院).doc

机械原理实验指导书实验一 典型机构认识实验一实验性质 本实验为演示性实验。二实验目的了解各种常用机构的组成及运动情况；了解各种常用机构的实际应用；了解本课程所要学习的内容。三实验内容及步骤观看图1所示机械原理陈列柜；图1 机械原理陈列柜 (1)机构的组成(2)平面连杆机构(3)平面连杆机构的应用 (4)空间连杆机构 (5)凸轮机构(6)齿轮机构的类型 (7)轮系的类型 (8)轮系的功用(9)间歇运动机构 (10)组合机构四实验报告要求实验目的；在实验报告中回答下列问题： 何谓机构、机器、机械？ 何谓连杆机构，并举例说明平面连杆机构的实际应用。 一般情况下，凸轮是如何运动的？推杆（从动件）是如何运动的？举例说明凸轮的应用实例。 一般情况下，一对齿轮传动实现了怎样的运动传递和变换？常用的齿轮传动有哪些种类？举例说明齿轮传动的应用实例。 何谓轮系，轮系分为哪些种类？周转轮系中行星轮的运动有何特点？轮系的功用主要有哪些？ 常用的间歇机构有哪些？并举例说明这些主要间歇机构的应用实例。实验二 机构运动简图测绘实验一实验性质 本实验为验证性实验。二实验目的本实验是通过测绘一些机器或机构模型的机构运动简图，掌握下列三方面的内容：机构运动简图的测绘方法；常用运动副及常用机构运动简图的代表符号和构件的表示方法；机构自由度的计算方法及其在实际中的应用。图1三实验步骤 轻轻地、慢慢地转动手柄，从原动件开始仔细观察其依次传动的过程，找出哪些是固定件，哪些是活动件，确定出活动构件的数目，分析各构件相对运动性质，确定运动副的类型和数目。 为了能更清楚地表示其相对运动，需要选择各构件的运动平面为投影面。判断各构件之间的运动副性质（即高副、低副）。为了使构件之间的关系易于表达，应将原动件置于一个恰当的位置。至少是使各种构件及运动副相互不遮挡、不重合。 采用徒手目测的方法，画出机构示意图。各构件和运动副面的相对位置要大致成比例。各构件和运动副的画法要符合规定，并分别以1、2、3、和A、B、C、标记。 由原动件开始依次测量出各运动副的相对位置，以毫米（mm）为单位，并逐一标注在机构示意图上。角度问题可以转化为长度问题来测量，测量应精确，可取多次测量的平均值。选择适当的比例尺（可根据实际尺寸和图纸的大小适当选取），将机构示意图转化为正规的机构运动简图。为了便于对机构进行分析，在机构运动简图上还可以标出与运动有关的尺寸，例如：转动副之间的中心距，移动副导路之间的距离等。四实验内容及要求 选择图1中所示34种机构模型进行测量，绘制出机构运动简图； 计算机构自由度，并注明其活动构件数、低副数、高副数，然后代入公式进行计算。五实验工具直尺、三角板、铅笔、橡皮及草稿纸（学生自备）。六实验报告要求 实验目的； 按要求绘制所选34种机构模型的机构运动简图； 计算所绘机构的自由度，并据此分析机构具有确定运动的条件。七思考题 机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？ 绘制机构运动简图时，原动件的起始位置会不会影响机构运动简图的正确性？ 计算机构的自由度对测绘机构运动简图有何帮助？实验四 渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测定一实验性质 本实验为验证性实验。二. 实验目的掌握测定齿轮参数的基本原理和方法；培养应用理论知识和最简单的测量手段，解决实际问题的能力。三. 实验内容测量一个齿轮，确定基本参数（模数m和压力角）。四. 实验原理测出齿轮的基节，通过测得的基节，求出其基本参数。五实验设备及工具 齿数参数测绘箱（见图1）。计算器、记录工具（学生自备）。图1功能及特点:l测定齿轮各部分几何尺寸和参数的关系。l齿轮用铝合金按新公差标准精心加工制作。l8个齿轮通过组合可得到:标准齿轮传动零传动正传动(正变位传动)负传动(负变位传动)l 配套量具:200mm游标卡尺一把016m齿厚游标卡尺一把主要技术参数:l齿轮模数m=5 齿数z=1231l变位系数+0.350.6l齿轮加工精度8-8-7GK8-8-7EJl外形尺寸48024085l重量10kg六. 实验要求根据测得的数据，计算出被测齿轮的基节、模数、压力角。七. 实验步骤 查出被测齿轮齿数。 用游标卡尺卡住K个齿轮，跨齿数K可由公式 近似算出。式中压力角应分别代入20和15，算出K值应按四舍五入圆整为整数，也可以从有关的设计手册中查出K值。使两个卡脚切于齿廓的工作段；用卡尺卡住K个齿，测得的齿廓之间的公法线长度为Wk毫米。再用卡尺卡住K+1个齿，测得的齿廓之间的公法线长度为Wk+1毫米。 由渐开线性质可知，卡住K个齿的公法线长度Wk为： 式中： 基节，齿轮在基圆上的齿厚，跨齿数当卡尺卡住（K+1）个齿时的公法线长度为： 由-得： 将按式算得的代入下式。计算模数： m=pb/( cos) 因式中分度圆压力角，可能是15也可能是20，所以，应将15和20分别代入式中，解得两个模数值。再与标准表中的值（GB135778）相比较，必能查出标准模数值。被查出来的标准模数值，即为被测齿轮模数。同时，也确定出了相应的压力角。八. 注意事项为了减少测量误差，同一被测尺寸，应在适当位置测量三次。再取其算术平均值。九. 实验报告要求实验目的；将所测量的相关数据记录，并进行相应的计算分析，结果如下表1所示。表1 齿轮基本参数的测定计算与分析齿轮编号齿数:跨齿数K值计算计算公式： =15K=最后取K=15K=测量值第一次第二次第三次平均值=根据标准模数值选定；当 时十.思考题齿轮的哪些误差会影响到本实验的测量精度？实验五 齿轮范成加工原理实验一实验性质 本实验为验证性实验。二. 实验目的 掌握用范成法加工标准齿轮的基本原理； 了解产生根切的原因和变位方法；三. 实验内容使用范成仪描绘标准齿廓。四. 实验仪器 范成仪（见图1）；图1 学生自备：圆规、三角尺、铅笔、剪刀、橡皮。五. 原理、方法及步骤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加工轮齿的一种方法。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸制作轮坯。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯对滚时，刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮坯每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。技术规范：在范成仪中，齿条插刀的已知参数是： m1=8mm，=20，ha*=1，c*=0.25； m2=20mm，=20，ha*=1，c*=0.25。在本范成仪中，齿条刀具的移动速度v与被切齿轮的角速度之间的比值（速比关系），v/=r=80mm是固定的。所以被切齿轮的齿数： z1=2r/m1=280/8=20； z2=2r/m2=280/20=8。被切标准齿轮参数： m=8mm， z=20 d=160mm （毛坯）齿顶圆直径 = d+2ha*m=176mm m=20mm z=8 d=160mm （毛坯）齿顶圆直径 = d+2ha*m=200mm被切齿轮毛坯如下图3所示：图3 被切制齿轮毛坯示意图 范成仪的使用步骤 本仪器是按啮合原理设计的，描绘刀具为一齿条（相当于插齿刀），被加工齿轮为半圆盘上固定的纸坯。 做实验时，将剪好的纸坯安装在半圆盘上，使半圆盘圆心与纸坯的圆心重合，然后，用压环将纸坯压紧、固定。 安装齿条（刀具），使刀具分度线（中线）与分度圆相切，或“齿条刀”顶刃线与齿坯齿根圆相切。 将齿条（刀具）移至最左（或右）端，这样每向右（或向左）移动齿条“刀具”一次（每次12格）用铅笔（或圆珠笔）描下齿条在纸坯上的轨迹。 注意事项：轻推慢转，每次移动12格，最多不超过34格。六. 实验报告要求 实验目的； 模拟加工的齿轮样件。 分析所加工齿轮有哪些不同之处，并简要说明产生这些现象的原因与解决途径。七. 思考题 通过实验，说明你观察到的根切现象是怎样的？是什么原因引起的？根切将影响齿轮的哪些性能？如何控制根切？ 发生根切的齿轮的齿廓曲线是否是渐开线？根切发生在基圆内还是在基圆外？实验五 典型机构的主要参数测定实验（一）实验性质 本实验为综合性实验。本实验综合了连杆机构、凸轮机构、齿轮机构及现代测试技术等知识。（二）实验目的 通过实验，了解位移、速度、加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法； 通过实验，初步了解“QID型组合机构实验台”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法； 通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异，并分析其原因，增加对速度量特别是加速度的感性认识； 比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别； 检测凸轮直动从动件的运动规律； 比较不同凸轮廓线或接触副，对凸轮直动从动件运动规律的影响；（三）实验系统 实验系统组成本实验的实验系统框图如图1所示，它是由以下设备组成：实验机构曲柄滑块、导杆、凸轮组合机构；光电脉冲编码器；同步脉冲发生器（或称角度传感器）；QID型组合机构实验仪（单片机检测系统）；电脑；打印机； 实验机构主要技术参数直流电机额定功率： 100W电机调速范围： 02000r/min蜗轮减速箱速比： 1/20实验台尺寸： 长宽高=500380230电源 220V/50Hz 实验机结构特点该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动机构，他们分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构、平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。而通过拆装及调整可加深实验者对机械结构本身特点的了解，对某些参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识。四种实验机构如图2所示：（a）曲柄滑块机构（b）曲柄导杆滑块机构（c）平底直动从动杆凸轮机（d）滚子直动从动杆凸轮机构图2 典型传动机构示意图1-同步脉冲发生器 2-蜗轮减速器 3-曲柄 4-连杆 5-电机 6-滑块 7-齿轮 8-光电编码器 9-导块 10-导杆 11-凸轮 12-平底直动从动件 13-回复弹簧 14-滚子直动从动件 15-光栅盘 组合机构实验仪实验仪外形布置此实验仪的外形结构如图3所示，图为正面结构，图为背面结构。QID实验仪正面结构QID实验仪背面结构图3实验仪系统原理本实验仪由单片机最小系统组成。外扩16位计数器，接有3位LED数码显示器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与PC机进行异步串行通讯。在实验机动态运动过程中，滑块的往复移动通讯通过光电脉冲编码器转换输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），05伏电平的两路脉冲，接入微处理器外扩的计算器计数，通过微处理器进行初步处理运算并送入PC机进行处理，PC机进行处理，PC机通过软件系统在CRT上可显示出相应的数据和运动曲线图。机构中还有两路信号送入单片机最小系统，那就是角度传感器（同步脉冲发生器）送出的两路脉冲信号。其中一路是光栅盘每2一个角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动曲线；另一路是零位脉冲，用于标定采样数据时的零点位置。机构的速度、加速度数值由定位移经数值微分和数字滤波得到。与传统的RC电路测量法或分别采用位移、速度、加速度测量仪器的系统相比，具有测试系统简单、性能稳定可靠、附加相位差小、动态响应好等优点。本实验仪最大优点就是采用微处理器和相应的外围设备，因此在数据处理的灵活和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微处理的同类仪器。另外，与电脑连接使用，操作上只要使用键盘和鼠标就可完成，操作灵活方便，实验准备工作非常简单。（四）实验操作步骤 曲柄滑块运动机构实验按图（a）将机构组装为曲柄滑块机构。a、滑块位移、速度、加速度测量将光电脉冲编码器输出的5芯插头及同步脉冲发生器输出的5芯插头分别插入测试仪上相对应接口上。把串行传输线一头插在计算机任一串口上，另一头插在实验仪的串口上。打开QID组合机构实验仪上的电源，此时带有LED数码显示的面板上将显示“0”。打开个人计算机，并保证已联入了打印机。起动机构，在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置，然后接通电源，并顺时针转动调速电位器，使转速逐渐加至所需的值（否则易烧断保险丝，甚至损坏调速器），显示面板上实时显示曲柄轴的转速。机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。启动系统软件。先熟悉系统软件的界面及各项操作的功能。选择好串口，并点击“数据采集Q”，在弹出的采样参数设置区内选择相应的采样方式和采样常数。可以选择定时采样方式，采样的时间常数有10个选择档（分别是：2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms），比如25ms；也可以选择定角采样方式，采样的角度常数有5个选择档（分别是：2度、4度、6度、8度、10度），比如选择4度。在“标定值输入框”中输入标定值0.05。标定值计算方法：在本实验中，标定值是指光电脉冲编码器每输出一个脉冲所对应滑块的位移量（mm），也称作光电编码器的脉冲当量，它是按以下公式计算出来的，脉冲当量计算式： M = /N = 0.05026mm/脉冲（取为0.05）式中：M 脉冲当量齿轮分度圆直径（现配齿轮=16mm）N 光电脉冲编码器每周脉冲数（现配编码器N = 1000）按下“采样”按键，开始采样。（请等若干时间，此时测试仪就在接受到的数据进行一定的处理，得到运动的位移值）当采样完成，在界面将出现“运动曲线绘制区”，绘制当前的位移曲线，且在左边的“数据显示区”内显示采样的数据。按下“数据分析”键。则“运动曲线绘制区”将在位移