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1617前言实验是机械原理课程中重要的实践性教学环节，通过实验不仅可以验证理论，加深对理论知识的理解和掌握，而且可以培养同学的实验方案设计能力、动手能力，观察分析能力和勇于探索的创新精神。为了搞好实验教学，对学生实验做出的如下要求：一、登记实验课时间要根据机械学院和实验中心的教学安排，于开学后第2周，到实验中心登记，确定上实验课的时间。二、预习实验在上实验课前，必须认真预习实验指导书，了解实验的目的、实验用仪器设备的结构及工作原理、实验操作步骤，复习与实验有关的理论知识，并完成预习作业或完成实验方案设计。三、上实验1．按时上、下课，不得迟到、早退和旷课。2．上课时要认真回答老师提问，要虚心接受教师的指导。3．上课时遵守学生实验守则，精心操作，注意安全。4．上课时要注意观察，认真分析，准确地记录实验原始数据，并经指导教师检查、签字。5．实验结束后要及时关掉电源，对所用仪器设备进行整理，恢复到原始状态。6．经指导老师允许后方可离开。四、撰写实验报告1．实验报告要用机械学院统一的实验报告纸撰写。2．书写要工整，曲线要用曲线板绘制画在坐标纸上或计算机打印。3．对实验结果要进行误差分析。按照机械原理课程教学大纲和机械原理实验教学大纲的要求，编写了此实验指导书，共有“机构运动简图测绘与分析”、“渐开线齿轮范成原理”、“渐开线圆柱齿轮参数测定”和“刚性转子动平衡测试与分析”四个实验。实验成绩占课程总成绩的10%，实验成绩根据实验预习、实验操作和实验报告综合评定。这里需特别强调的是：完成全部实验方能取得参加期末课程考试的资格。18目录一、机构运动简图测绘与分析（3h）--------------------------1二、齿轮范成原理与齿轮参数测定（2h）---------------------4三、刚性转子动平衡测试与分析（3h）------------------------1319实验一机构运动简图测绘与分析机构运动简图是一种用简单的线条和符号来表示工程图形的语言，要求能够表明组成机械的机构的种类，并能够描述出各机构相互传动的路线、运动副的种类和数目、构件的数目等。一实验目的1．掌握根据实际的机械或机械模型测绘机构运动简图的方法，学会用机构运动简图来表达机械系统设计方案。2．验证和巩固机构自由度计算方法和机构运动是否确定的判定方法。3．联系人的生产、生活，设计一种可以完成某些功能的机械结构，并绘制机构运动简图。二实验预习1．预习内容机构组成要素、机构自由度及机构运动简图方面的有关概念，简图符号的画法（见表1-1）及机构自由度的计算方法。表1-1常用机构构件、运动副代表符号202、预习作业（1）在机构运动简图中，转动副、移动副、齿轮副及凸轮副应如何表示？（2）绘制机构运动简图时，应如何选择长度比例尺和视图平面？（3）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？三实验设备仪器及自备用品1．多功能护理床、机加设备、缝纫机、内燃机等机器和机构的实物或模型。2．草稿纸、铅笔、橡皮、直尺、圆规、游标卡尺等用品。四实验方法和步骤机构各部分的运动，仅取决于该机构中原动件的运动规律、各运动副的类型和运动尺寸，而与构件的外形和运动副的具体构造无关。为了便于分析和研究机构的运动，只需根据机构的运动尺寸，以简单的线条和符号表示构件和运动副，绘制机构的运动简图。该运动简图既简单明了，又保持了机构运动特征不变。五实验方法和步骤1．转动原动件，使机构运动，分析机构的运动情况，判别运动副的性质和数目通过观察和分析机构的运动情况和实际组成，先搞清楚机构的原动部分和执行部分，使其缓慢运动，然后循着运动传递的路线，找出组成机构的构件，弄清各构件之间组成的运动副类型、数目及各运动副的相对位置。2．恰当地选择投影面选择时应以能简单、清楚地把机构的运动情况表示清楚为原则。一般选机构中多数构件的运动平面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或多个投影面，然后展开到同一平面上。3．选择适当的比例尺，按比例绘制出机构运动简图在草稿纸上先大致画出机构的图形，然后测量各机构的尺寸，并将测量的尺寸标注在草图上。选择恰当的长度比例尺，根据机构的运动尺寸，先确定出各运动副的位置（如转动副的中心位置、移动副的导路方位及高副接触点的位置等），并画上相应的运动副符号，然后用简单的线条和规定的符号画出机构运动简图，昀后要标出构件号数、运动副的代号字母以及原动件的转向箭头。4．计算机构自由度并判断该机构是否具有确定运动在计算机构自由度时要正确分析该机构中有几个活动构件、有几个低副和几个高副。并在图上指出机构中存在的局部自由度、虚约束及复合铰链，在排除了局部自由度和虚约21束之后，再利用公式计算机构的自由度，检查计算的自由度数是否与原动件数目相等，以判断该机构是否具有确定运动。六举例图1-1是回转偏心泵机构，下面按照实验方法与步骤来绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。1．观察该机构，找到原动件为偏心轮2，偏心轮起着曲柄的作用，连杆3及转块4为从动件，偏心轮2相对机架1绕O点回转，并通过转动副联接带动连杆3运动，连杆3既有往复移动又有相对转动，转块4相对机架做往复转动。通过分析可知该机构共有3个活动构件和4个低副（3个转动副、1个移动副）；2．根据该机构的运动情况，可选择其运动平面(垂直于偏心轮轴线的平面)作为投影面；3．根据机构的运动尺寸,按照比例尺确定各运动副之间的相对位置；然后用简单的线条和规定的简图符号绘制出机构运动简图，如图1-2所示；4．从机构运动简图可知：活动构件数3=n，低副数4=lP，高副数0=hP，故机构自由度10423323=−×−×=−−=hlPPnF，而该机构只有一个原动件，与机构的自由度数相同，所以该机构具有确定的运动。七实验要求和提示以家庭用缝纫机为例，给出实验提示：A选择垂直于主轴的面为投影面，并在分析机构运动的时候要注意构件的微小运动，分别按照每一个运动的传递路线从原动件找到执行件；B缝纫机为实现其功能，具有以下的机构：（a）曲柄摇杆机构与带传动，用以驱动主轴转动；（b）挑线机构、针杆引线机构及梭心摆动机构，用以实现底线与面线打结；（c）送布机构，用以推动被缝纫物件前进。八实验报告要求按实验报告一的要求，完成实验报告。九实验问题思考图1-1回转偏心泵图1-2偏心泵机构简图221.一个正确的平面机构运动简图说明了哪些内容？2.机构自由度大于或小于原动件数目时，各会产生什么结果？3.你绘制的机构运动简图是否有复合铰链、局部自由度或虚约束，若有你是如何处理的？说明他们在实际机构中所起的作用？实验二渐开线齿轮范成原理23一实验目的1.观察渐开线齿廓的形成过程，掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理。2.观察渐开线齿轮加工时的根切现象，了解产生根切现象的原因和避免根切的方法。3.分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二实验预习1．预习内容（1）范成法加工齿轮齿廓的原理，用齿轮插儀、齿条插儀和滚儀切制齿轮的工作过程。（2）实验指导书。（3）观看齿轮范成实验电教片或现场观看齿轮的制造过程。2．预习作业（1）范成法加工标准齿轮时，儀具中线与被加工齿轮的分度圆应保持何种关系？当加工变位齿轮时，儀具与齿轮毛坯中心有何要求？（2）写出标准齿轮及变位齿轮分度圆、齿顶圆、齿根圆、基圆、齿距、齿厚和齿槽宽的计算公式。三实验设备和工具1.齿轮范成仪。2.圆规、绘图纸、三角尺、游标卡尺、剪儀、多颜色铅笔（自带）。3.渐开线齿轮实物、模型或挂图等。四实验原理和方法齿轮加工方法基本上有两种——范成法和仿型法。由于范成法可以用一把儀具加工出不同齿数和变位系数的渐开线齿轮，同时具较有高的加工精度，故以范成法应用昀广。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齿轮的。加工时其中一个为儀具，另一个为轮坯，它们和一对真正的齿轮互相啮合传动一样保持着固定的角速比传动，同时儀具还沿着轮坯的轴向作切削运动，这样得到齿轮的齿廓就是儀具儀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作为儀具的齿廓，则包络线必为渐开线。由于实际加工时看不到儀刃在各个位置形成的过程，故通过齿轮范成仪来实现轮坯与儀具间的传动过程，并用铅笔将儀具儀刃的各个位置描绘在图纸上，这时我们就能清楚地观察到齿轮范成的过程。本实验所用的儀具是齿条儀具：一种儀具：齿廓角o20=α，模数20=m毫米，齿顶高系数1=∗ah，径向间隙系数25.0=∗c，被加工齿轮的齿数11=z。一种儀具：齿廓角o20=α，模数15=m毫米，齿顶高系数1=∗ah，径向间隙系数25.0=∗c，被加工齿轮的齿数10=z。24范成仪的构造如图2-1所示：圆盘1绕其固定轴心O转动。在圆盘下面固粘有外齿轮盘2，圆盘1和外齿轮2同心。横滑板3上固结有与外齿轮啮合的齿条。横滑板可以在机架4上沿水平方向移动，通过齿轮和齿条的啮合使圆盘相对于横滑板作无滑动的滚动，保证了固定角速比传动。儀具5是由螺母6固定在横滑板3上，放松螺母可使儀具相对于横滑板上下移动，从而可调节儀具中线至轮坯中心的距离。绘制齿轮时，首先将儀具推到左方的极限位置，并在图纸上用削尖的铅笔描出齿条儀具的齿形，这就相当于儀具在此位置切削一次留下的儀痕。再将齿条儀具由左向右推过很小一段距离，此时压紧在圆盘上的图纸将随之转过一定的角度，并用铅笔描出儀具，认真描出儀具在各个位置上的齿形，直到描出2-3个完整的齿形为止。五实验步骤要求绘制一个标准齿轮（0=x）和一个变位齿轮（0≠x）。1.绘制标准渐开线齿轮（0=x）（1）计算出齿轮分度圆直径d，基圆直径bd,齿顶高ah，齿顶圆直径ad和分度圆齿厚s，并填入表2-1中：表2-1（2）将图纸装在圆盘上面，并在其上面画出齿轮的分度圆，基圆和齿顶圆；（3）调整齿条儀具，使齿条儀具的中线与被切的齿轮的分度圆相切，而后描绘出2-3个完整的齿形；（4）测量分度圆齿厚s及齿间e，并与计算结果加以比较。2.绘制变位齿轮（0x）（1）算出变位系数x和变位量xm，并填入下表中，x的选择应使齿轮没有根切现象；即：minminzzzx−≥序号名称公式及计算数据1分度圆直径==mzd2基圆直径==αcosddb3齿顶高mhha*=4齿顶圆直径=+=∗mhddaa25分度圆齿厚==2msπ图2-1齿轮范成仪示意图25（2）计算出齿轮的分度圆直径d，基圆直径bd，齿顶高ah，齿顶圆直径ad和分度圆齿厚s,并填入下表2-2中；表2-2序号名称公式及计算数值1变位系数minmin)(zzzx−≥=2齿条儀变位量=xm3分度圆直径==mzd4基圆直径αcosddb==5齿顶高=+=mxhhaa)(*6齿顶圆直径=++=∗)(2xhmddaa7分度圆齿厚=+=mxtgs)22(απ（3）将图纸装在圆盘上，并将d，bd，ad绘在图纸上；（4）调整齿条儀具的位置，使齿条儀具的中线离开被切齿轮的分度圆并相距xm的距离，绘出2-3个完整的齿形；六实验报告内容按实验报告二的要求，完成实验报告。七实验问题思考1.切齿时，何种条件下会产生根切？如何避免？2.比较标准齿轮和变位齿轮的齿形有什么不同并分析其原因，哪些尺寸发生变化并分析其原因？3.试分析决定齿廓形状的参数有哪些？4.用同一把齿条儀具加工标准齿轮和正变位齿轮，分析齿轮模数、压力角、分度圆、基圆、齿顶高、齿根高、齿距、齿厚等参数的异同点，并解释原因。26实验三渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定一实验目的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.通过测量和计算，熟练掌握齿轮几何尺寸的计算方法，明确各参数间的相互关系，进一步理解渐开线的性质。3.熟练掌握测量工具的名称、用途和使用方法。27二实验预习1．预习内容认真预习实验指导书和相关知识。2．预习作业（1）直齿圆柱齿轮的基本参数有哪些？（2）如何测量齿轮公法线长度？标准齿轮的公法线长度kW如何计算？（3）变位齿轮传动有哪些传动类型？其主要特征是什么？三实验设备和工具1.被测直齿圆柱齿轮减速器（相啮合的齿轮一个为奇数齿，一个为偶数齿）。2.游标卡尺和公法线千分尺。3.计算器及笔、纸等文具（自带）。四实验原理和方法实