1、机械原理实验指导书目 录实验一 机构运动简图的测绘和分析 .1实验二 平面连杆机构设计分析及运动分析实验 .3实验三 渐开线齿轮齿廓范成加工原理 .5实验四 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定 .7实验五 平面机构创意设计实验 .101实验一 机构运动简图的测绘和分析一、实验目的1、了解生产中实际使用的机器的用途、工作原理、运动传递过程、机构组成情况和机构的结构分类。2、初步掌握根据实际使用的机器进行机构运动简图测绘的基本方法、步骤和注意事项。3、加强理论实际的联系，验算机构自由度、进一步了解机构具有确定运动的条件和有关机构结构分析的知识。二、设备和工具1、教具模型。2、尺、笔、橡皮、纸 (自备)。
2、三、实验原理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
3、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图。比例尺的选定如下： 式中： 比例尺(单位：米毫米)LBAL2构件的实际长度(单位：米)ABL图纸上表示构件的长度(单位：毫米)五、实验内容每位同学至少测量、分析三个机构，标出机构的名称；绘制机构运动简图，其中一个简图要求按比例绘制，另外几个可不按比例绘制机构运动简图，可用目测法使各构件大致成比例
4、，以利分析；计算机构自由度，并判断机构是否具有确定运动；最后作出书面报告。六、实验结果分析机构名称 机构运动简图 自由度 L m/mm六、思考题1.一张正确的机构运动简图应包括哪些内容？2.绘制机构运动简图时，原动件的位置能否任意选择？ 是否会影响简图的正确性？ 3.机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？3实验二 平面连杆机构设计分析及运动分析实验一、实验目的1、掌握机构运动参数测试的原理和方法。了解利用测试结果，重新调整、设计机构的原理。2、体验机构的结构参数及几何参数对机构运动性能的影响，进一步了解机构运动学和机构的真实运动规律。3、熟悉计算机多媒体的交互式设计方法，实验台操作及虚拟
5、仿真。独立自主地进行实验内容的选择，学会综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力，了解现代实验设备和现代测试手段。二、实验设备平面机构动态分析和设计分析综合实验台，包括：曲柄滑块机构实验台、曲柄摇杆机构实验台，测试控制箱，配套的测试分析及运动仿真软件，计算机。三、实验原理和内容1、曲柄摇杆机构综合试验台曲柄摇杆机构动态参数测试分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄及摇杆的运动参数，用加速度传感器采 集整机振动参数，并通过 A/D 板进行数据处理和传输，最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。可清楚地了解该机构的结构参数及几何参数对机构运
6、动及动力性能的影响。曲柄摇杆机构真实运动仿真分析：本试验台配置的计算机软件，通过建模可对该机构进行运动模拟，对曲柄摇杆及整机进行运动仿真，并做出相应的动态参数曲线，可与实测曲线 进行比较分析，同时得出速度波动调节的飞轮转动惯量及平衡质量，从而使学生对机械运动学和动力学，机构真实运动规律，速度波动调节有一个完整的认识。曲柄摇杆机构的设计分析：本试验台配置的计算机软件，还可用三种不同的设计方法，根据基本要求，设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄摇杆机构。另外还提供了连 杆运动轨迹仿真，可做出不同杆长，连杆上不同点的运动轨迹，为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。2、曲柄滑块
7、机构综合试验台曲柄滑块动态参数测试及分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调，该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄滑块的运动参数，用加速度传感器采集整 4机振动参数，并通过 AD 板进行数据处理和传输，最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。可清楚地了解机构的结构参数及几何参数对机构性能影响。曲柄滑块机构真实运动仿真及分析：本试验台配置的计算机软件，通过建模可对该机构进行运动模拟，对曲柄滑块及整机进行运动仿真，并做出相应的动态参数曲线，可与实测曲 线进行比较分析。同时得出速度波动调节的飞轮动惯量及平衡质量，从而对曲柄滑块机构的运动学和动力学有一个完整的认识。曲柄滑块机构的设计
8、分析：本试验台配置的计算机软件，还可用三种不同的设计方法，根据基本要求，设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄滑块机构。另外还提供了连杆运动轨迹仿真，可做出不同杆长，连杆上不同点的运动轨迹，为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。四、主要技术指标电机功率：90W 调速范围：01000rpm曲柄摇杆机构各杆长度调节范围：曲柄长 3070 mm 连杆长 0200 mm 摇杆长 180 mm曲柄滑块机构各杆长度调节范围：曲柄长 60 mm 连杆长 180200 mm五、实验步骤1、调整量取试验台上的杆机构的各杆长度，并做好记录。2、启动有关实验设备3、打开计算机，运行有关实验测试
9、分析及运动分析软件，详细阅读软件中有关操作说明。4、等实验设备运行稳定后，由有关实验测试分析及运动分析软件的主界面选定与实验台相对应的实验项目，进入该实验界面。5、填写与“调整量取试验台上的杆机构的各杆长度” 相对应的有关数据，调定电动机运转速度。6、先点击该实验界面中“实测”键，计算机自动进行数据采集及分析，并作出相应的动态参数的实测曲线。 7、然后，点击该界面中的“仿真”键，计算机对该机构进行运动仿真，并作出动态参数的理论曲线。8、分析比较理论曲线和实测曲线。如果要重作实验，点击“返回”键，返回主界面。以5下步骤同前。9、在理论曲线和实测曲线上，每隔 600 记录一组数据（位移、速度、加速
10、度）备用。10、填写实验报告。实验三 渐开线齿轮齿廓范成加工原理一、实验目的1、掌握用范成法切制渐开线齿轮的基本原理。2、了解工厂中实际加工渐开线齿轮（滚齿加工与插齿加工）的生产过程。3、熟悉渐开线齿轮各参数的计算公式以及不同参数对齿形的影响。4、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法。5、分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。二、实验仪器图 5-1 渐开线齿轮范成仪图 3-1实验所用渐开线齿轮范成仪如图 3-1 所示，工作台（图纸托盘 1）绕定轴转动，齿轮 2 带动有齿条的滑架 3 在水平底座 4 的水平导向条上作水平移动；齿条刀具 5 通过螺钉 7 固定在滑架 3 上，松开螺钉 7
11、 可使齿条刀具 5 作上下移动，实现刀具的变位运动。当齿条刀具 5 的中线与被加工齿轮分度圆相切时，此时滑架 3 的齿条中线与刀具中线重合（齿条刀具 5 上的标尺刻度与滑架 3 上的零刻度线对准） 。推动滑架 3 时，工作台上的被加工齿轮分度圆与齿条刀具中线作纯滚动，这是切制标准齿轮的状态。改变刀具 5 的位置可使刀具中线与滑架 3 齿条中线分离，即齿条刀具 5 的中线远离或接近被加工齿轮分度圆，移动的距离为 xm 可由端部的标度尺上读出，从而可切制变位齿轮。三、实验原理范成法又称展开法，共扼法或包络法。范成法加工就是利用机构本身形成的运动来加工的一种方法。对齿轮传动来说，一对互相啮合的齿轮其
12、共扼齿廓是互为包络的。因此加工时视其一轮为刀具，另一轮视为待加工轮坯。只要刀具与轮坯之间的运动和一对真正的齿轮互相啮合6传动一样，则刀具刀刃在轮坯的各个位置的包络线就是渐开线。实际加工时，刀具除作展成运动外还沿着轮坯轴线作切削运动。本实验将模拟齿条插刀范成加工渐开线齿轮的过程（与实际不同之处在于实验中轮坯静止，齿条绕其作纯滚动，但二者的相对运动与实际加工时相同） 。四、实验步骤1、根据被加工齿轮的齿数、模数和压力角（Z=10，m=20，=20）计算标准齿轮、移距变位齿轮的基圆、分度圆、根圆及顶圆直径，并按计算结果画好图纸。2、通过圆环 7 和螺母 8 将剪好的圆环形图纸压紧在圆盘 1 上，对准
13、中心，调节刀具中线使之与齿轮毛坯分度圆相切。3、将滑架 3 推至左边（或右边）的极端位置，从左向右（或从右向左）推动滑架，每移一个小的距离（3-4mm） ，在代表齿坯的图纸上用铅笔描下齿条刀具刀刃的位置，直到将滑架推至右边（或左边）的极端位置为止。观察有无根切现象。4、按上述位置将齿条刀具退后（即远离中心 O）距离 xm，然后用同样的方法画出相同齿数、模数、压力角的变位齿轮。观察齿形，有无齿顶变尖现象。5、比较所得标准齿轮和移距变位齿轮的齿厚、齿间、调节、顶圆齿厚、基圆齿厚，以及根圆、顶圆、分度圆和基圆的相对变化特点。7实验四 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定一、实验目的1、掌握应用游标卡尺测定渐
14、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、设备和工具1、齿轮。2、游标卡尺。3、渐开线函数表(自备)。4、计算器(自备)。三、实验原理渐开线圆柱齿轮的基本参数有：齿数 Z、模数 m、齿顶高系数 、径向间隙系数 ，分*ah*c度圆压力角 ，变位系数 X 等。本实验是用游标卡尺来测量，并通过计算确定齿轮的这些基本参数。根据渐开线性质，当用游标卡尺跨过 n 个齿时，测得的齿廓间的公法线长度为 ，nw(图 41)。根据渐开线性质 ab= , 基圆弧长.然后再跨 n 十 1 个齿，测得abwnba 其公法线长度为 ，同理 。ac1nc当 ，根据求得
15、的基圆周节 可按下式算出模数 m，上式b1n p bp中虽然 是未知的，但根据标准 只有两种，一种是 ，另一种 ，故分别将1520代人上式算出其相应的模数，其数值最接近于标准的一组 m 和 即为所求的值。 被测齿轮可能是变位齿轮，此时还需确定变位系数 X，由基圆齿厚计算公式可知： 则 inv2rscobb inv zcos )s ( Xtgm tg2invzmcosSb P8式中 b1nbpws齿轮的齿顶高系数 和径向间隙系数 可用下面方法确定，因为齿根高 为*ah*cfh)/2d(mzX)c(hf*af 上式中 可用游标卡尺测定,m,X 已算出，仅 、 未知，且 、 也有一定的标准，fd*a
16、hc*ac当 1 时， =0.25；当 =0.8 时， =03。将上述二组 、 代入上面所述公式符*a*c*ah*ch合或接近等式的一组 、 即为所求之值。图 41表 41Z 1218 1927 2836 3745 4654 5563 6472n 2 3 4 5 6 7 8四、实验步骤直接数出齿轮的齿数。根据齿数按表 61 查出跨齿数 n。按跨齿数 n，测量公法线长度 、 和齿轮的齿顶圆直径 ，齿根圆直径 ，对每nwadfd一个尺寸应测量三次，取其平均值作为测量数据。计算 、 、 m、X、 、 。bp*ahc五、思考题：1所测的一对齿轮是零传动、正传动还是负传动？2试计算分离系数 y，比较 y 与（ + ）何者较大？并与齿顶降低系数 的计算值联1x2系，分析它们之间的关系。3齿轮的哪些误差会影响本实验的测量精度？六、注意问题：在读数或计算数值时应精确到小数点后二位。
