1、机械原理实验指导书尹美英 编延边大学工学院机械原理实验室2008 . 3 月目 录学生实验守则实验一、机构运动箭图的测绘（机构运动陈列讲解）实验二、渐开线齿廓的范成实验实验三、齿轮参数测定实验四、刚性转子动平衡实验实验五、回转构件的静平衡实验六、机构运动创新设计方案实验实验七、机械运动参数测定（七-1） 、ZNH-A/1 曲柄滑 块导杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验（七-2） 、ZNH-A/2 曲柄摇杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验（七-3） 、ZNH-A/3 凸轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验实验五、回转构件的静平衡在现代机械制造中，对高速回转构件进行惯性力和惯性力矩的平衡，站极
2、重要的位置。根据构件对平衡的不同要求，可分为静平衡和动平衡两种。静平衡是平衡构件的惯性力，在静平衡试验台上进行，它使用与厚度较薄的零件，如飞轮、皮带轮。一、实验目的1、了解回转构件的静平衡原理；2、掌握回转构件的静平衡方法。二、实验原理和方法如果回转构件的几何轴线通过构件重心，则这种构件是静平衡的，即将构件任意转过一个角度，它都可以停止在任意位置，而处于平衡状态。如果当几何轴线不通过构件的重心如图 5-1 所示，这种构件是静不平横的。设构件的重量为 W，重心 S 对几何轴线的偏距为 e。而平衡的目的，就是要改变构件重心的位置，使它落在几何轴线上，这可以用增加重量和除去重量的方法来达到平衡。当加
3、上（或除去）重量W时必须使它们重径积相等，即 W = W r式中：r 为增加的重量 W对轴线的距离。构件的静平衡是在静平衡试验台进行的。先将构件放在静平衡试验台上，由于构件是不平衡的，所以当它停止时，其重心必定铅直向下，这样，我们只要在其相反的方向渐渐加上重量（选合适的位置） 。直至使构件在任意都能完全停止为止。然后称出加上的重量，量出距离，即可计算出重径积。再进行平衡的处理。三、实验设备与工具1、刀口式静平衡实验台一台。2、滚子式平衡实验台一台。3、实验构件一个。4、天平一台。5、水平仪一个。四、实验步骤1、调整好静平衡实验台水平位置。2、将实验构件放在实验台上，并找出其不平衡时的稳定位置。
4、3、在构件上不平衡重量所在的相对位置上胶粘水泥，直到使它在任意位置都能停住为止。4、称出平衡的重量，量出其到轴线的距离。5、计算不平横的重径积。6、提出平衡的处理意见（指出可实行的办法） 。五、注意事项1、静平衡实验台一定要调整水平。2、构件转动要轻微。3、量距离时要从加重量的估计中心算起。六、思考题1、分析一下影响实验精确度的因素有那些？能否达到完全的平衡。2、分析那一种静平衡实验台的灵敏度高，为什么？前言：本书是面向 21 世纪课程教材，是紧密联系工程实践与机械原理系列课程教材。重点放在培养学生的工程实践能力和创新能力，启发他们思考和总结，以获取新的知识，发展的新的科学方法提高其创新能力。
5、机械原理课程的许多基本理论和方法都经过严密的理论推导和论证，以此来培养学生的逻辑思维能力。本书在发挥课程的这一特点的过程中，引入了机构仿真模型，以开发学生的形象思维能力让学生把抽象的逻辑推理和形象的机构运动时空关系结合起来考虑问题，促使学生思考运用 新的技术成果解决那些尚未很好解决的技术问题，推动科学技术发展。由于我们的水平有限遗误与不妥之处，诚望各位读者批评指正。实验八、机构创意设计实验一、实验目的1、培养学生的创新意识，提高其创新设计的能力。2、通过实验灵活运用机构组合、机构演化与变异、创造性地设计、拼接机构。3、在机构创新设计平台上，利用提供的构件、运动副进行机构创新设计训练。图 8-1
6、 机构类型创意设计的过程二、实验原理机构类型创意设计是借鉴现有机构的运动链类型，进行类型创新或变异得到新的机构类型，满足新的设计要求。机构类型创意设计的过程图 8-1 所示，根据这一过程，设计者可以推导出所有与原始机构具有相同构造功能的新机构。机构的组合是指将几个基本机构按一定的方式组成一个复杂的机构。这种复杂的机构一般可分为两种：一种是几种基本机构融合成性能更趋完善、运动形式更加多样化的新机构，成为组合机构；另一种是将几种机构组合在一起使用，各基本机构仍保持各自的特性，但需要各机构的运动活动作协调配合，称为机构组合。基于机构组合的创新可分为以下三种形式。1、串联组合 是指若干个单自由度的基本
7、结构顺序串联，每个前置机构的输出运动是后置机构的输入。如图 8-2 所示的织布机开口机构，它由曲柄滑块机构和转动导杆机构，通过 M 点和滑块 4 用铰链串联而成，当曲柄 1 以等角速转动时，构件 5 就能实现每转 180后停歇的运动要求。图 8-2 织布机开口机构2、并联组合 是指若干个基本结构并联布置。如图 8-3 所示的星形发动机是六个曲柄滑块组成的机构，六个活塞的往复运动同时通过连杆传给公用曲柄 A，其输出传动是六个曲柄滑块机构输出传动的代数和，与单缸发动机相比，其输出扭矩波动小，并可以部分或全部地消除振动力。图 8-3 星形发动机图 8-4 机构的叠合3、机构的叠合 把一个机构叠合装在
8、另一机构的某运动件，两机构各自进行运动，其输出的运动则是由两个机构运动叠加而成。如图 8-4 所示的电动玩具马的主体运动机构，它能模仿马的奔弛运动状态。这种电动马由曲柄摇块机构叠加在两杆机构的杆 4 上，两杆机构为运载机构，是马绕以 O-O 轴为圆心圆周向前奔驰，而曲柄摇块机构中的导杆 2 的摇摆和伸缩则使马获得跃上窜下，前俯后仰的姿态。机构的演化与变异是指以某些机构为原始机构，在其基础上对组成机构的各个元素进行各种性质的改变或变换，形成一种功能不同的机构，其中组成机构的各个元素的接触强度，减少摩擦、磨损，改善机构的受力状态，改善机构的运动和动力效果，机构功能创新。机构运动副演化与变异的主要方
9、法有：1、 改变运动副的尺寸 一般包括转动副尺寸增大和移动副尺寸增大。转动副的扩大主要是指组成转动副的销轴和销轴孔在直径尺寸上的增大，但各构件之间的运动关系并不发生改变。移动副的扩大主要是指将组成运动副的滑块与导路尺寸的变大。2、 改变运动副元素的接触性质 运动副的摩擦状态可分为滚动摩擦和滑动摩擦两种。一般情况下，滚动摩擦与滑动摩擦相比，滚动摩擦具有磨损量小，摩擦系数小的特点。3、 改变运动副元素的形状 运动副的作用和性质与运动副元素的形状是密切相关的。改变运动副元素的形状可以演化出不同功能的机构。4、机构的机架变换 是指机构内运动件与机架的相互关系转换。机架变换后，机构内各构件的相对运动关系
10、未变，而绝对运动发生了变化，如对心曲柄滑块机构通过变换机架可得转动导杆机构、摇块机构、定块机构。机架变换这一原理可拓宽机构的应用范围，进行创新设计。三、实验设备1、机构创新设计平台组件一套。其主要组成有：（1） 机架：有支架与 5 块槽板组成，按需要机架运动副可设置在平台平面的任何位置。（2） 连杆：为一组截面为方型直杆，运动副在杆上的位置可自由调节。当连杆的长度不足时可利用端部螺孔加接。（3） 运动副：平台组件中提供的运动副有转动副（含复合运动副） 、移动副、齿轮副、凸轮副、槽轮辐、棘轮副。（4） 动力源：减速马达（或直线马达） 、V 型带及带轮。（5） 其它件：芯轴、螺栓、螺钉、垫片等。2
11、、扳手、螺丝刀等工具及量具一套。四、实验内容1、利用提供的构件、运动副组成及基本杆组（5 种）及及基本杆组（3 种）的基本形式。2、在机构创新设计平台上组成曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平行四边形机构、曲柄滑块机构、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、双滑块机构。3、观察上述组成的机构，并绘出相应的机构运动箭图，说明能实现的运动转换类型。4、按给定的设计条件，设计机构运动方案，并在机构创新设计平台上利用提供的构件、运动副组装成实物模型，实现该运动方案。5、演示观察实物模型，进行校验并改进设计。五、实验参考题目参考一：设计电力机车的驱动机构，电机带动主轴作回转运动，应能等速传动前后
12、两车轮转动，主轴及两车轮中心在同一车架上，参考方案如图 8-5 示。考虑到车辆行驶过程中的缓冲作用，改用车轮支架与车架间以弹簧联结；驱动主轴的安装位置变动等因素，进行创新设计实验。图 8-5 参考题目一参考二：设计一个插床机构，驱动构件作等速回转运动，要求插刀的工作行程作近似等速直线运动，插刀的回程作急速返回直线运动，参考方案如图 8-6 示。参考三：设计一自卸货车的翻转机构，主动构件可采用液压油缸，货车车箱应具有水平及倾斜 45的两个位置，参考方案如图 8-7 示。如果要达到高速卸货的目的，采用改进方案进行设计实验。参考四：设计一个步进输送机构，当曲柄 O1A 逆时针带动机构运动时，使输送架
13、FG 抬高，托起工件向左作近似直线运动，到达一定位置后，输送架 FG 下降并急速回程，参考方案如图 8-8，可改变机构形式，进行创新设计实验。图 8-6 参考题目二提示：为了满足近似匀速运动及急回特性，应考虑使 AB=O1B=BC；可采用其他方案达到同样的目的。图 8-7 参考题目三图 8-8 参考题目四参考五：设计几种机械手的夹持机构，根据工作条件的不同，如被夹件的形状特征及尺寸大小、夹持力的大小、是否自锁等，可以设计不同类型的机构。图 8-9为两种参考方案。图 8-9 参考题目五参考六：设计一种平台升降机构，基本方案可采用平行四边形机构的变形，如图8-10 为参考方案。在此基础上并可发展成大动程升降机构及平移升降机构。图 8-10 参考题目六
