《机械原理》实验指导书

《机械原理》课程课程编号：428014实验指导书主撰人：聂时君审核人：朱连池单位：通信与控制工程系二O一三年五月目 录实验一、实验二、实验三实验四、实验五、

机构认知渐开线齿廓的范成实验刚性转子的动平衡实验注：红色标记为本学期我们所要做的实验项目，请大家写好预习实验报告。前 言实验总体目标通过实验教学，应达到以下目标：巩固本课程所要求的基本理论知识，加强实践认识，提高实践能力；技术。适用专业年级机械设计制造及其自动化专业2年级实验课时分配实验项目实验项目实验要求实验类型每组人数实验学时实验一预习实验报告验证12实验二预习实验报告综合12实验三预习实验报告设计12实验四预习实验报告综合12实验五预习实验报告综合32实验环境主要面向机械专业开展机械基础实验与机械系统创新设计及制作的实践教学。机械原理实验室包括“常用机构陈列柜参观及创新设计盒功用熟悉”、“机构运动简图测绘分析”、“渐开线齿阔范成原理”、“基本机构运动参数测量与分析”、“回转构件的动平衡”等。实验总体要求首先，学生应认真预习实验教材，明确实验的目的与要求，掌握与实验相关的理论知识，了解要做实验对象的内容；其次，了解实验所用的设备和仪器，实验时了解使用方法和操作过程，实验后对测试数据进行数据处理。本课程的重点、难点及教学方法建议机械设备上的应用，重点认知真实机器上的常见机构及其作用。度数与原动件数的关系。加深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；提高工程实践维和培养动手能力。掌握齿轮范成加工原理和齿轮参数的测量方法。机的原理结构。实验一 机构运动简图的测绘和分析一、实验目的了解机器的组成；了解常见机构的类型、特点、用途、基本原理以及运动特性，对机构有一个全面的感性认识；培养对机械原理课程学习兴趣。二、实验主要设备及使用要求机械原理陈列柜三、实验原理、方法和手段机器是由各种各样的机构组成，机构是机器的运动部分，即剔除了与运动无关的因素而抽象出来的运动模型。机械原理课程就是研究机构的课程，它以高等数学、普通物理、机械制图和理论力学等课程为基础。通过机构认知了解常用机构的组成、运动转换形式以及在实际机械中的应用情况，为后续课程的学习打下坚实的基础。四、实验内容与步骤1、了解机器的组成、机构的组成及机构运动简图的表达2、了解平面连杆机构的基本知识铰链四杆机构的类型单移动副四杆机构的类型平面连杆机构的应用3、了解凸轮机构的基本知识凸轮机构的类型凸轮机构的应用4、了解齿轮机构的基本知识齿轮机构的组成齿轮机构的分类渐开线齿轮的参数及齿形5、了解轮系的而基本知识6、了解间歇运动机构的基本知识棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇机构7、了解组合机构的基本知识机构的串联组合机构的并联组合8、了解空间连杆机构的基本知识五、思考题铰链四杆机构是如何进行分类的？就各种类型举出一个应用实例。特性。渐开线齿轮的主要参数有哪些？简要说明各参数对轮齿产生的影响。1~2个实例，说明轮系在生产实践中的应用。六、注意事项及其它说明1、复习教材有关内容，理解常见机构组成的相关原理。2、预习实验指导书中关于常见机构的类型、特点及用途。3、写出预习实验报告。要求写出目的、实验仪器用具、相应实验原理，详细的实验步骤。实验二 机构运动简图的测绘和分析一、实验目的机构的结构分类。项。有关机构结构分析的知识。二、实验主要设备及使用要求1、各种机构模型。2、钢板尺、卷尺、卡尺、角度尺。3、铅笔、橡皮、三角板、圆规及草稿纸(此项自带)。三、实验原理、方法和手段从运动学观点来看机构的运动仅与组成机构的构件和运动副的数目、种类以及它们之间的相互位置有关，而与构件的复杂外形、断面大小、运动副的构造无关，为了简单明了的表示一个机构的运动情况、可以不考虑那些与运动无关的因素(机构外形，断面尺寸、运动副的结构)。而用一些简单的线条和所规定的符号表示构件和运动副(规定符号见教材表2-1)并按一定的比例表示各运动副的相对位置，以表明机构的运动特性。四、实验内容与步骤1、缓慢转动被测机构的原动件、找出从原动件到工作部分的机构传动路线。2、由机构的传动路线找出构件数目、运动副的种类和数目。3、合理选择投影平面，选择原则：对平面机构运动平面即为投影平面。对其它机构选择大多数构件运动的平面作为投影平面。4、在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接顺序。逐步画出机构运动简图的草图，然后用数字标注各构件的序号，用英文字母标注各运动副。5、仔细测量机构的运动学尺寸、如回转副的中心距和移动副导路间的相对位置、标注在草图上。6、在图纸上任意确定原动件的位置、选择合适的比例尺把草图画成正规的运动简

L ABL AB式中：L——比例尺(单位：米／毫米)LAB——构件的实际长度(单位：米)AB——图纸上表示构件的长度(单位：毫米)7、分析机构运动的确定性。计算机构的自由度数，并将结果与实际机构的原动件数相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。五、思考题编号机构名称编号机构名称比例尺(m/mm)机F=3n-2PL-PH机构构=3×()-2×()-()运运=动动的原动件数：简确图定运动是否确定：性编号机构名称比例尺(m/mm)机机构F=3n-2PL-PH构运=3×()-2×()-()运动=动的简确原动件数：图定性运动是否确定：编号编号机构名称比例尺(m/mm)机F=3n-2PL-PH=3×()-2×()-()机构构=运动运的确动原动件数：定性简图运动是否确定：编号机构名称比例尺(m/mm)机F=3n-2PL-PH构 =3×()-2×()-()机运=构动运的原动件数：动确简定运动是否确定：图性思考题解答一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定？会不会影响运动简图的正确性？机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？六、注意事项及其它说明1、复习教材有关内容，理解机构运动简图绘制的相关原理，运动副的类型和特点。熟悉运动简图绘制的全过程。2、预习实验指导书关于各运动模型的使用方法及注意事项。3、写出预习实验报告。要求写出目的、实验仪器用具、相应实验原理，详细的实验步骤。实验三 渐开线齿廓的范成实验一、实验目的过程；方法；分析、比较渐开线标准齿轮和变位齿轮的异同点。二、实验主要设备及使用要求齿轮范成仪。自备：Ø320MM1张（圆心要标记清楚橡皮、计算器。1、压板2、大圆盘（轮坯）3、齿条型插齿刀具4、滑块5、6固定螺母7、底板三、实验原理、方法和手段心线方向作切削运动就可加工出齿轮，这种方法称为范成法(滚切法)。加工标准齿轮：齿条刀具线(模数线)与被加工齿轮分度圆相切。加工变位齿轮：齿条刀具中线与被加工齿轮分度圆二者分离。刀具中线相对齿坯中心外移为正变位，刀具中线内移为负变位。四、实验内容与步骤一）实验内容1.已知被加工齿轮的模数m＝8mm，齿数z＝17，变位系数分别为x1＝0，x2＝-0.3125，x3＝+0.31252.判断所画齿轮齿廓曲线有无根切并指出。3.分析标准齿轮与变位齿轮的基本参数和几何形状哪些相同，哪些不同，为什么?二）实验步骤分别计算其分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆直径（传动计算，并填入实验报告表内。Ø320MM120度，并轻轻画出各自的楚，将各自的齿顶剪出，并在圆心处（圆心一定要找准）Ø34MM的孔。以上步骤在实验课前完成。m＝8mm的齿条刀具模型和Ø320MM圆形绘图纸，分别将其安装在齿轮范成4X1=0区间进入被切削范围。为确保轮坯中心2分度圆相切且垂直于角平分线；使刀具顶线与轮坯齿根圆相切。14，使刀具某一侧刃线通过轮坯中心，画出轮坯上的这条径4移到左边位置，准备进行切削。43-4m2-3个完整齿形为止。仔细观察齿廓的形成过程，可清楚的看到被切去的部分成齿槽，留下的部分为由直线刀刃范成包络而成的渐开线轮齿。到刀具侧刃与事先画好的轮坯径向线共线时，表示轮齿的渐开线齿廓已全部切成，观察这条径向线内的轮齿根部有无被切去的部分。1，将轮坯转到负变位齿轮区间，按步骤3的要求调整、定位。但刀具应靠近轮坯中心x2m，刀具顶线与齿根圆相切，这时与轮坯分轮廓。5x3m，绘制正变位齿轮的轮廓。观察比较标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的齿形变化和其齿厚、齿槽宽、周节、齿顶厚、基圆齿厚、齿顶圆直径、齿根圆直径有无变化，相对变化的特点以及根切现象、齿顶变尖现象。五、思考题测绘结果及分析m/mmhm/mmh*ac*项目模数zx1项目模数zx1xx3x2minM=3）齿轮尺寸计算名称计算公式计算结果/mm标准齿轮正变位齿轮 负变位齿轮分度圆直径基圆直径变位系数齿顶圆直径齿根圆直径齿距齿厚齿槽宽齿全高齿顶高齿根高齿形变化特点思考题解答齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于(h* c*)m？a在？避免根切的方法有哪些？本实验的标准齿轮和负变位齿轮有无根切现象？为什么？六、注意事项及其它说明1、复习教材有关内容，理解齿轮加工的相关原理。熟悉范成法加工齿轮的全过程。2、预习实验指导书关于实验的方法及注意事项。3、写出预习实验报告。要求写出目的、实验仪器用具、相应实验原理，详细的实验步骤。实验四 渐开线齿轮参数的测定实验一、实验目的1、掌握应用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。2、巩固并熟悉齿轮的各部分尺寸、参数之间的关系和渐开线的性质。二、实验主要设备及使用要求待测齿轮两个：齿数为奇数和偶数的齿轮各一个。量具：游标卡尺。.kW’(m=1mm,=20)。计算器和笔（自备。三、实验原理、方法和手段m1kWk=(k-1)PbSb，同理，若跨K+1个齿时，其公法线长度应为Wk+1=kPb+Sb则：WK+1-Wk=Pb又因Pbmcos，若20，P W Wb kk故：m= cos = cos图1x与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了变化，两者之差就是公法线长度的增量，它等于2xmsin。设Wk为被测齿轮跨k个齿的公法线长度为同样mz和的标准齿轮。跨个齿的公法线长度（查附表或教科书，则k k =2xmsinW Wk kx2msin四、实验内容与步骤z（奇数、偶数齿轮各做一个，并记下编号。dadf（各量三次，取平均值2所示。3da=D+2H1df=D+2H2图2 图3按附表（或教科书）k，测量公法线长度：WkWk+1（次，取平均值。W Wkk确定模数m并取标准值： m= cos (=20)xWk为平均值，k为标准值：W Wk kx=2msin6x0x0x=0因为考虑测量值的误差，故x01时定为是变位齿轮，否着为标准齿轮。五、思考题测定结果dadf跨齿数kWkWk+1Pb=Wk+1-Wk

齿轮编号：z=1 2 3

齿轮编号：z=1 2 3 平均值m m=

Pbcos=b

m=

Pbcos=bW’kW Wx k k

W Wk kx=2msin= x=2msin=结 论思考题解答公法线长度有无影响？为什么？齿轮的哪些误差会影响本实验的测量精度？的传动类型？六、注意事项及其它说明1、复习教材有关内容，理解模数和变位系数测定的相应原理，熟悉实验步骤。2、写出预习实验报告。要求写出实验目的、实验仪器用具、模数测定和变位系数测定的原理，实验步骤。实验五 刚性转子的动平衡实验一、实验目的了解动平衡实验台的工作原理及操作特点；掌握刚性转子动平衡设计的原理和方法；掌握在动平衡机上对刚性转子进行动平衡测试的原理和方法。二、实验主要设备及使用要求动平衡实验台1台平衡用磁钢若干笔、纸等文具(一)智能型动平衡测试实验台的主要技术参数1.输入电源：单相三线AC220V±10% 50Hz2.工作环境：温度-10℃～＜+40℃ 相对湿度＜85%（25℃）海拨＜4000m设有电流型漏电保护，I△n≤30mA，动作时间≤0.1s10A单相交流电机1120W0.982800r/mi4µF/451个：显示转子的转速压电传感器：两只，量程500N转子直径：Φ42mm两支承间距离：50～400mm支承轴径范围：Φ3～42mm圆带传动处轴径范围：Φ25～80mm1625r/min、2400r/min两档(二)实验台电源仪表控制部分操作说明包括电源总开关（即漏电保护器、电源指示灯、一只数显转速表、电机开关和数据采集部分。AC220V市电接通。示灯亮，数显转速表可以正常显示。开关”按钮，指示灯亮，电机顺时针旋转。（三）实验用磁钢参数三、实验原理、方法和手段动平衡设计原理D/b≥5D/b＜5的转子（如多缸发动机的曲轴、汽轮机转子等，其特点是轴向宽度较大，偏心质量可能分布在几个不动平衡实验台工作原理/相位基准信号。电测系统硬件完成振动信号处理任务，使系统具有良好的实时幕显示或打印机输出左右不平衡质量大小和相位以及数据分析曲线。动平衡机的构造等组成。现以THMPH-2(压力传感器在3面)，如图1所示。光电传感器；2.转子； 3.硬支承摆架组件； 4.减振底座；5.传动带； 6.电机；7.零位标志；四、实验内容与步骤经过平衡设计的转子在理论上是完全平衡的，但是由于制造和装配上的误差及材质不均匀等原因，实际生产出来的转子在运转时还会出现不平衡现象，由于这种不平衡现象在设计阶段是无法确定和消除的，因此需要用试验的方法对其做进一步平衡。这种平衡通常都是在动平衡机上进行的，通过动平衡机测量出平衡基面上不平衡质量的大小和相位，然后进行配重或去重最终达到所要求的平衡精度。下面介绍实验用THMPH-2型智能型动平衡实验台进行测量的实验步骤：1.系统标定1.87g重的磁铁分别放置在标准转子左右两侧的零度位置上，在标定数据输入窗口框内，将相应的数值分别输入“左不平衡量1.87，左右方位均是零度，启动动平衡试验机，待转子转速平稳运转后，点击“开始标定”，下方的蓝色进度条会作相应变化，上方显示框显示当前转速及正在标定的次数，标定值是多次测试的平均值。如下图所示：标定次数可以在“设置标定次数”框内手工输入（）20感器的顶紧螺丝，可减少测试的误差。动平衡测试本实验台在做动平衡实验时，为了方便起见一般是用永久磁铁配重，作加重平衡实验，根据左、右不平衡量显示