《机械原理》实验指导书

1、机 械 原 理               重庆工学院汽车学院机械基础教研室机械基础实验中心 实验一 平面机构运动简图测绘 一、实验目的： 1对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感； 2熟悉并运用各种运动副、构件及机构的代表符号； 3培养依照实有机械绘制其机构运动简图的技能； 4熟悉机构自由度的计算法。 二、实验内容 1绘制机构模型的机构运动简图。 2根据所绘制的机构运动简图计算其机自由度。 三、实验设备及用具：

2、1牛头刨床模型、缝纫机实物和其它机构模型 2圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮、白纸。（学生自备） 四、机构运动简图绘制的方法及步骤 1了解待绘制机械的名称及功用，认清机械的原动件、传动系统和工作执行构件。 2缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件的数目及运动副的数目和类型。 在了解活动构件的数目及运动副的数目时，需注意以下两种情况： 当两构件间的相对运动很小时，勿认为一个构件。 由于制造误差和使用日久，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认为两个构件。碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。 3要选择最能表示机构特征的平面为视图平面，同时，要将原动件

3、放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。 4按GB4460-84中规定的符号绘制机构运动简图，在绘制时，应从原动件开始，先画出运动副，再用粗实线连接属于同一构件的运动副，即得各相应的构件。原动件的运动方向用箭头标出。在绘制时，在不影响机构运动特征的前提下，允许移动各部分的相对位置，以求图形清晰。初步绘制时可按大致比例作图（称之为机构示意图）。图作完后，从原动件开始分别1、2、3标明各构件,再用A、B、C表明各运动副。 5仔细测量机构的各运动尺寸（如：转动副间的中心距，移动副导路的位置等），对于高副机构应仔细测量出高副的轮廓曲线及其位置。然后以一适当比例尺l作出正式的机构运动简图。 

4、;五、计算机构的自由度 对于平面机构其自由度可按如下公式计算： F=3n-2Pl-Ph 式中：n机构中活动构件的数目； Pl机构中低副的数目； Ph机构中高副的数目。 在计算时要注意机构中出现的复合铰链，局部自由度，虚约束等特殊情况，并应指明，若计算的机构自由度与实际机构的自由度不一致时，应找出错误原因，加以纠正。 六、思考题 1为什么说作为一名工程技术人员，必须熟练的掌握机构运动简图的绘制？ 2一个正确的机构运动简图应说明哪些内容？ 3在绘制机构运动简图时，原动件取不同的位置，会不会简图的正确性？ 4机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？  “机构运动简图

5、测绘”实验报告年_月_日班级_ 姓名_ 指导教师_活动构件数目 自由度计算F=3n-2Pl-Ph低副数目Pl   高副数目Ph 机构运动简图  活动构件数目 自由度计算F=3n-2Pl-Ph低副数目Pl   高副数目Ph 机构运动简图  活动构件数目 自由度计算F=3n-2Pl-Ph低副数目Pl   高副数目Ph 机构运动简图  活动构件数目 自由度计算F=3n-2Pl-Ph低

6、副数目Pl   高副数目Ph 机构运动简图  实验二 渐开线齿廓的范成实验一、实验目的1、掌握用范成法加工渐开线的原理。2、通过观察齿条型刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及用变位修正来避免根切的方法。二、实验用具1、渐开线齿廓范成仪；2、学生自备直径220mm的厚图纸以及铅笔、圆规、三角板、剪刀、计算器等。三、实验内容 用渐开线齿廓范成仪，分别模拟范成法切制渐开线标准齿轮和变位齿轮的加工过程，在图纸上绘制出二至三个完整的齿形。四、实验原理 图2-1所示为一种渐开线齿廓范成仪的原理示意图。 图2-1 渐开线齿廓范成仪 直径2

7、20mm的图纸由压板3及螺帽2压在托盘1上，托盘1可绕固定轴O转动，通过托盘1背后的扇形齿轮带动滑架4左右移动，并能保证托盘1上分度圆周（代表被切齿轮的分度圆）始终与滑架4上的刀具节线作纯滚动，从而实现对滚运动 。代表齿条型刀具的齿条通过螺钉6固定在滑架4上，通过齿条上的长圆孔可使齿条沿垂直方向相对于托盘1的中心O作径向移动，以便模拟变位齿轮的范成切削。 已知齿条4模数为20或8（两种齿条），压力角20°，齿顶高和齿根高均为1。25m，只是牙齿顶端的0。25m处不是直线而是圆弧，用以切削被切齿轮齿根部分的过渡曲线。 当齿条中线与被切齿轮分度圆相切时，齿条中线与刀具节线重合，此时齿条上

8、的标尺刻度零点与滑架上的标尺刻度零点对准，这样便能切制出标准齿轮。 若改变齿条中线与托盘中心的距离（可松动螺钉调节，移动的距离可由标尺读出），则齿条中线与刀具节线分离，这样便能切制出变位齿轮。五、实验步骤（一）范成标准齿轮1、根据所用范成仪的m模数和分度圆直径d求出被切齿轮的齿数z，并计算其齿顶圆直径da、齿根圆直径df、基圆直径db。2、在一张厚图纸上，分别以da、da、d和da为直径画出四个同心圆，并将图纸剪成比直径da大3mm的圆形。3、将圆形图纸放在范成仪的托盘上，使二者圆心重合，然后用压板 2和螺帽3将纸片夹紧在托盘上。4、将齿条上的标尺刻度零点与滑架上的标尺刻度零点对准。（此时齿条

9、刀具的刀顶线应与圆形纸片上的齿根圆相切。5、将齿条4推至左（或右）极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸上画下齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线。然后转动托盘一个微小的角度，此时齿条移动一个微小的角度，再齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸上。连续重复上述的工作，绘制出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线这些投影线的包络线即为被切齿轮的渐开线齿廓。（二）范成正变位齿轮1、根据所用范成仪参数，计算出不发生根切现象的最小变位系数,然后取定变位系数,计算其齿顶圆直径da和齿根圆直径df。2、在另一张厚图纸上，分别以da、da、d和da为直径画出四个同心圆，并将图纸剪成比直径da大3mm的圆形。3、同“范成

10、标准齿轮”步骤3。4、将齿条向远离托盘中心的方向移动一段距离（等于)。5、同“范成标准齿轮”步骤5。6、同“范成标准齿轮”步骤6。    “渐开线齿廓的范成”实验报告年_月_日班级_ 姓名_ 指导教师_ 一、齿条形刀具的基本参数m= ,=20°,ha* =1,c* =0.25二、被范成齿轮的基本参数 , 三、实验结果比较项 目标准齿轮（mm）变位齿轮（mm）分 度 圆 直 径 d  齿 顶 圆 直 径 da   齿 根 圆 直 径 df  基 圆 直 径 db &#

11、160;分度圆齿距 p  基圆齿距 pb  分 度 圆 齿 厚 s  分 度 圆 齿 间 e  变 位 系 数 x  齿 形 比 较   注：“齿形比较”指定性地说明两个齿轮的顶圆齿厚和根圆齿厚的差别。实验三 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定实验一、实验目的培养学生运用所学的知识,来解决齿轮参数测定这一实际生产问问题的能力。二、实验用具1、待测齿轮：选用模数制正常齿的渐开线直齿圆柱齿轮（ha* =1,c* =0.25）。标准齿轮或变位齿轮均可。要求选用奇数齿和偶数齿的齿

12、轮各一个。2、量具：游标卡尺 。三、实验内容 对渐开线直齿圆柱齿轮进行测量，确定其基本参数（模数m和压力角），并判断它是否为标准齿轮。对非标准齿轮，求出其变位系数x。四、实验说明 测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数，再工业生产中尤其是在机修工作中具有重要的意义。目前各国所采用的齿轮啮合制度不同（有模数制和径节制），即使同一啮合制度。压力角的标准也有若干种，此外还有正常齿和短齿、标准齿轮和变位齿轮之分，变位齿轮的变位系数又各不相同，因此，在实际生产中，要确定一个齿轮是模数制还是径节制，并测出全部几何参是一项颇为复杂的工作，难以在我们的一次实验课内完成。故本实验只要求学生作上述“实验内容”中要求的几项

13、工作，这样已能达到预期目的，使学生基本掌握测定齿轮参数的基本方法，巩固在课堂上所学的有关齿轮参数的基本知识和计算公式。五、实验步骤1、确定齿数z 齿数可直接从待测齿轮上数出。2、确定齿顶圆直径da和齿根圆直径df 用游标卡尺测量。为减少误差，同一数值应在不同位置上测量三次，然后取其算式平均值。 当齿数为偶数时，齿顶圆直径da和齿根圆直径df可用游标卡尺在待测齿轮上直接测量，如图3-1所示。 当齿数为奇数时，直接测量得不到齿顶圆直径da和齿根圆直径df的真实值，而须用间接的方法。如图3-2所示。先量出齿轮安装孔的直径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 。 图3-1

14、 齿数为偶数 图3-2齿数为奇数 则齿顶圆直径da和齿根圆直径df可按下式求出： 齿顶圆直径da da=D+2H1 （mm) 齿根圆直径df df=D+2H2 (mm)3、计算全齿高hh=H1 +H2 (mm) （奇数齿)或 h= (da-df ) (mm) （偶数齿)4、测定公法线长度 wk和wk+1 ： 测定公法线长度 wk和wk+1 是为了求出基圆齿距pb ,从而确定出齿轮的压力角、模数m和变位系数x。因此，这是测量齿轮基本参数的关键项目。首先根据被测齿轮的齿数z,从教材或手册中按标准齿轮查出跨测齿数k,量出跨测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

15、测量三次，取其平均值。 为求出基圆齿距pb，还应按同样的方法量出跨测（K+1)各齿的公法线长度wk+1 。为避免公法线长度变动量的影响，测量wk和wk+1 值时，应在相同的几个齿上进行。 5、确定基圆齿距pb、模数m和压力角 基圆齿距pb按下式计算： pb=wk+1-wk=mcos (mm)因模数和压力角都是标准值，故由此可确定出该齿轮的模数m和压力角。6、判断被测齿轮是否为标准齿轮并确定其变位系数x: 若测出的齿顶圆直径da和齿根圆直径df等于按下述标准齿轮公式计算出的数值（或与之接近），则被测齿轮为标准齿轮：da=m(z+2ha*) (mm)df=m(z-2ha* -2c* ) (mm)

16、若测出的齿顶圆直径da和齿根圆直径df与按上式标准齿轮公式计算出的数值相差很多，则被测齿轮可能是变位齿轮。当da和df的测量值大于计算值时，为正变位齿轮，反之，为负变位齿轮。 应当指出,用上述方法只能定性的判断一个齿轮是否为标准齿轮。由于变位齿轮的齿顶圆直径还可能受到齿顶降低系数的影响，因此用上述方法无法较精确地求出被测齿轮的变位系数x。 判断被测齿轮是标准齿轮还是变位齿轮并确定其变位系数x，应该将其公法线长度的测量值wk 与理论计算值wk进行比较。根据被测齿轮的齿数z和模数m，可从教材中或手册中查出标准齿轮的公法线长度wk（即理论计算值），然后按“步骤4”所述方法测出被测齿轮公法线长度的实际

17、测量值wk 。 若wk =wk，则被测齿轮为标准齿轮。 若wk wk，则被测齿轮为变位齿轮。根据公式 wk =wk+2xmsin即可求出被测齿轮的变位系数：若x0,则被测齿轮为正变位齿轮；若x0,则被测齿轮为负变位齿轮。  “渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定”实验报告年_月_日班级_ 姓名_ 指导教师_被测齿轮编号：已知参数：模数制正常齿制齿轮，ha* =1, c* =0.25一、齿数z： 奇数z= , 偶数z= 二、齿顶圆直 径 da 、齿根圆直径df 、全齿高h 齿数为偶数时： 测 量 次 数123平 均 值da （mm)    df

18、 (mm)     齿数为奇数时： 测 量 次 数123平 均 值D（mm)    H1(mm)    H2 (mm)     da=D+2H1= ，df=D+2H2= 全齿高： 奇数齿 h= (mm)， 偶数齿 h= (mm)三、公法线长度 wk和wk+1 齿数z= ,跨测齿数k= 测 量 次 数123平 均 值wk（mm)    wk+1 (mm)    

19、;四、基圆齿距 模数 m= 压力角 = 五、判断是否为标准齿轮 变位系数 结论：  实验四 回转构件动平衡实验一、实验目的： 1巩固所学的理论知识； 2了解动平衡机的工作原理及进行转子动平衡的基本方法。 二、实验设备 1硬支承电测动平衡机。 2试验转子、称重天平、贴重蜡等。 三、动平衡机原理和平衡方法简介： 平衡转子的方法，随所用动平衡机而定，动平衡机的类型很多，这里介绍和采用的是硬支承电测动平衡机，其主要参数如下： 平衡转子重量范围 5100kg 平衡转子重量直径 （max） 650mm 平衡转子重量轴径 （max） 80mm 平衡转速 17002700r/mi

20、n 最小平衡检测量 0.5m 仪表灵敏度 0.2m/格 相对误差 ±15° 平衡机主要有左右摇摆架、传感器、闪光灯、传动系统、电器测试系统等部分组成。其电测原理方框图如下所示： 传动部分主要由底座、电机、皮带轮、惰轮、传动带拉紧杆等构件组成（参照实物）。对于不同长度的试件，可移动传动架和电机底座，以使试件和皮带传动系统处于正确位置上。必要时，可调设备用皮带轮和传动带，以适应不同试件所需要的平衡转速。 停车时，采用电动机反向制动。 传感器采用的是磁电式惯性传感器，两只传感器分别安装在左、右两个摇架上。传感器主要由磁钢、线圈、弹簧片、只架和壳体等组成。四块V形永久磁钢组成一个空

21、间磁场，由弹簧片悬挂的两只串联线圈安装在这个空间内磁场中，由摇架的摆动使传感器的线圈的磁钢作相对 的往复运动，线圈切割磁力线产生正弦交变玷市电势。该电信号输送至电测箱（平衡仪），用作测量的重径积（不平衡重量和所在半径的乘积）。另外一路信号通过电路转换来触发闪光灯，其在摇摆架与振幅为最大瞬时使。由于闪光灯闪亮频率与摇摆架的振动频率（即转子的旋转速度）相同。因此，闪光灯每次闪亮时，转子轴均旋转到同一位置。为了确定在闪光灯闪亮时轴的周向位置，在轴的端面上用粉笔划上标记，在闪光灯的照射下，便可看到不动的标记，从而使我们可以确定不平衡量的位置，仪表箱上设置有轻、重位置转换开关，以便根据需要显示

22、轻、重点位置。 四、实验步骤 1、把转子轻放在摇摆架上，套上无接头平皮带，并适当张紧皮带，然后在轴承出家蓖麻油进行润滑，在轴端用粉笔坐标记。 2、接同平衡仪电源，预热五分钟。 3、启动电动机电使转子旋转。 4、将“输入衰减”开关板向高档（如1：100），若电表度数偏小，则将该开关顺次转向低倍衰减位置，使电表指示适当值。 5、调节“频率范围”开关位置使频闪范围与转子转速相适应。 6、转动“频率调节”微调，使电表度数为最大值，这时闪光灯的频闪与转子转速相一致。 7、将“轻、重”开关指向“重”。 8、转动闪光灯，照射转子轴端使白线清晰可见。 9、将“左、右”开关板向“左”位置，这时接通左支

23、架传感器线路，电表和闪关灯指示转子左端不平衡量的大小和位置，记下电表读数和不平衡位置。再将“左、右”开关扳向“右”位置，则接通右支架传感器线路，仪表这时所显示的量是有端的不平衡的大小和位置，记下电表读数和不平衡位置。 10、关机使转子停转，分别在转子左、右端的平衡平面上加平衡重量，所加平衡重量的位置应在该校正面轻点处，所加平衡重量的大小与电表读数成线性关系。 11、再次启动平衡机，若此时对应于两端面的电表读数都相应减小，而不平衡位置仍在原处，则说明所加平衡重量还不够，应增大平衡重量。这样反复几次，待电表读数在讯号不被衰减的情况下小于10格，并且转子端面所作的粉笔标记在闪光灯的照射下已变化为多条线时，说明被平衡转子已经平衡好了 ，平衡即告结束。 五、思考题 1、对给定的一个待平衡的转子，你如何进行平衡？试述平衡步骤。 2、哪些类型的试件需进行平衡实验，经动平衡后还需否进行静平衡，为什么？ 3、动平衡机的基本原理是什么？