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机械原理实验德州学院机电工程系前言机械原理实验是理论学习基础上的一个极其重要的实践环节。通过实验可以使学生加深对《机械原理》课程的基本概念、基本理论的理解，从而提高学生分析和解决问题的能力。每个实验基本内容包括：实验目的、实验原理、操作步骤、实验内容等。实验项目机构运动简图的测绘与分析平面连杆机构设计分析及运动分析渐开线齿轮范成原理渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验一机构运动简图的测绘与分析一、实验目的通过对实际机构的模型进行机构测绘，掌握机构运动简图的测绘方法；进一步熟悉常用运动副的代表符号和巩固自由度的计算方法；增进对机构组成原理的了解。二、实验设备与工具机械模型（如曲柄滑块泵、曲柄摇块泵、曲柄摇杆泵、颚式破碎机、简易冲床、铆钉机构等）；尺、笔、橡皮、纸(自备)。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。三、实验原理常用运动副的符号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。由机构的传动路线找出构件数目、运动副的种类和数目。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。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。四、实验步骤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。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。ABLBLA比例尺的选定：式中：——比例尺(单位：m／mm)——构件的实际长度(单位：m)——图纸上表示构件的长度(单位：mm)LABLBA实验步骤示例单击继续可观看实验步骤演示机构运动简图绘制示例一单击此处三个按钮可观看破碎机的工作过程单击作图，光标放在图上可观看机构运动简图绘制过程机构运动简图绘制示例二单击运动或作图可观看活塞泵的工作及作图过程机构运动简图绘制示例三单击运动或作图可观看螺旋泵的工作及作图过程五、实验内容六、思考题一张正确的机构运动简图应包括哪些内容？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？机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？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，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。实验二平面连杆机构设计分析及运动分析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；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；熟悉计算机多媒体的交互式设计方法，实验台操作及虚拟仿真。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。一、实验目的二、实验设备与工具曲柄摇杆机构实验台；测试分析及运动仿真软件、计算机。1.曲柄摇杆机构的设计分析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。另外试验台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。三、实验内容2.曲柄摇杆机构真实运动仿真分析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。3.曲柄摇杆机构动态参数测试分析机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。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动及动力性能的影响。动画演示连杆轨迹参数输入曲柄曲线摇杆曲线调整量取试验台上的杆机构的各杆长度，并做好记录。打开计算机，运行有关实验测试分析及运动分析软件。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。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。四、实验步骤点击该实验界面中“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。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。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。以下步骤同前。在理论曲线和实测曲线上，每隔600记录一组数据（位移、速度、加速度）备用。填写实验报告。开机前的准备：五、实验操作注意事项拆下有机玻璃保护罩用清洁布将实验台，特别是机构各运动构件清理干净，加少量N68～48机油至各运动构件滑动轴承处面板上调速按钮逆时针旋到底（转速最低）转到曲柄盘1～2周，检查各运动构件的运行状况，各螺母紧固件应无松动，各运动构件应无卡死现象注意的事项：如因需要调整实验机构杆长的位置时，要特别注意，当各项调整工作完成后一定要用扳手将拧紧的螺母全部检查一遍，用手转到曲柄盘检查机构运转情况，方可进行下一步操作实验三渐开线齿轮范成原理掌握用范成法加工渐开线齿廓的切齿原理，观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；了解渐开线齿轮产生根切现象和齿顶变尖现象的原因及用变位来避免产生根切的方法；分析、比较渐开线标准齿轮和变位齿轮的同异点。一、实验目的二、实验设备与工具渐开线齿轮范成仪；园规、剪刀、铅笔、绘图纸(自备)。齿轮与齿条啮合时，其相对运动可视为是齿轮分度园沿齿条节线做纯滚动。如果将齿条换为齿条刀具，图纸换为齿坯使它们保持上述相对运动，再使齿条刀具沿齿坯轴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)与被加工齿轮分度园相切。加工变位齿轮：齿条刀具中线与被加工齿轮分度园二者分离。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。三、实验原理1.根据被加工齿轮的齿数、模数和压力角计算标准齿轮、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.通过圆环和螺母将剪好的圆环形图纸压紧在圆盘上，对准中心，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。四、实验步骤加工过程模拟双击标准齿轮及正变位可观看加工过程四、实验内容切制m＝20mm、z＝8的标准、正变位（x1＝0.5）和负变位（x2＝-0.5）渐开线齿廓，三种齿廓每种都须画出两个完整的齿形，比较这三种齿廓。判断所画齿轮齿廓曲线是否是渐开线，有无根切并指出。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?五、思考题根切现象是怎样产生的？如何避免根切？实验四渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析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；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。一、实验目的二、实验设备与工具待测齿轮、游标卡尺；渐开线函数表及计算器(自备)。三、实验步骤及原理1.确定齿数Z2.测定模数m和压力角α齿廓间的公法线长度AB与所对的基圆上的弧长A0B0长度相等。游标卡尺跨过k个齿，测得齿廓间公法线长度为，然后再跨过K+1个齿测得其长度为。'kW'1kW'1(1)kbbkbbWKPSWKPS测定公法线和可求出基节Pb，从而确定出齿轮的压力角α和模数m。'kW'1kW测定时使游标卡尺的卡脚与齿廓工作段中部附近相切，即卡脚与齿轮两个渐开线齿面相切在分度圆附近。为了减少测量误差，应在齿轮的不同部位测量三次，取其平均值。''1bKKPWWbPmπcosα注意'kW'1kW（1）测定公法线长度和（2）确定基节Pb，模数m和压力角α当齿数为偶数时，可用游标卡尺直接测出，当齿数为奇数时，直接测量得不到真实值，而必须采用间接测量方法，如图所示，先量出齿轮安装孔直径，再分别量出孔壁到齿顶的距离H1，和孔壁到齿根的距离H2。则可按下式求出：齿顶圆直径da=D+2H1齿根圆直径df=D+2H2计算全齿高h:奇数齿全齿高h=H1-H2偶数齿全齿高h=1/2(da-df)3..测定齿顶圆和齿根圆及计算全齿高4..确定变位系数判定一个齿轮是标准齿轮还是变位齿轮并求出其变位系数X'2sinKKWWXm若x﹥0，则被测齿轮为正变位齿轮若x﹤0，则被测齿轮为负变位齿轮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α)并判别它是否为标准齿轮，对非标准齿轮，求出其变位系数X四、实验内容五、思考题两个齿轮参数测定后，怎样判断它们能否啮合及传动类型？测量齿根圆直径时，对于齿数分别为奇数和偶数的齿轮测量方法有什么不同？fd