机械原理实验指导书

《机械原理实验指导书》洪建平徐双满编房海蓉审机械工程实验教学中心2013年2月1目录实验一、平面机构运动简图测绘与分析实验…………………………………2实验二、平面连杆机构设计与特性分析实验…………………………………3实验三、渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析实验…………………………91研究型实验（选修）典型机械系统及机械原理示教板演示实验……162《机械原理实验指导书》学习机械工程首先要了解机械。什么是机械？什么是机器？什么是机构？它们各有什么特点？彼此之间有什么联系？如何运用理论知识进行机构创新设计？在《机械原理》理论课上已从理论上给出了准确的概念和方法，而实验课则从实践出发重点提供认识机械系统、进行方案分析、设计实践的工程环境，通过以下实验环节可以有效地理解和掌握机械原理的设计方法和运用方法。实验一平面机构运动简图测绘与分析实验在机械原理设计过程中，无论是进行新机构的设计，还是对现有机械进行运动和动力的分析，都需要画出能表明其组成情况和运动情况的机构运动简图。机构运动简图是依据国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出的表示机构的简明图形。参见机械原理教材（常用运动副的表示方法、常用机构运动简图符号）。如果不按比例绘制的简图称为机构示意图。机构运动简图是机械设计的一种工程语言，所以要求学生要熟练掌握它的绘制方法。一、实验目的:１、学会运用构件及其运动副的常用标准符号，正确绘制平面机构运动简图。２、通过学习确定机构的运动副类型和构件数，熟练掌握机构自由度的计算方法，判断运动链的构成能否形成机构的确定运动。３、增进对机构组成原理的了解，理解机构运动简图的工程意义。二、实验设备和工具:１、牛头刨床、冲床及其它各种机构模型；２、工具：钢板尺，卡尺，卡钳等；３、方格纸（１６开）一张，草稿纸，及绘图用具（自备）三、实验步骤：１、分析机械模型的组成情况和运动情况：找出主动件和从动件，驱动主动件使机构缓慢运动，确定哪部分是执行机构和传动机构？理解该机械的实际功能。２、确定活动构件数目以及固定构件（机架）：沿着运动传递路线，从主动件开始，依次分析俩构件相对运动的性质，。３、确定运动副的性质和数目：从主动件开始，按照运动的传递顺序，仔细观察联接构件之间的接触性质，以分清运动副是低副还是高副。４、合理选择视图平面：一般选择与绝大多数构件的运动平面相平行的平面作为视图平面。５、画出草图：按所选的视图平面，在草稿纸上徒手画出机构运动简图，从主动件开始，用数字（1、2、3……）依次标注各运动构件，用字母标注各运动副（最好是用大写字母A、B、C……代表高副，用小写字母a、b、c……代表低副）。６、计算机构自由度：hlPPnF23式中：F——机构自由度n——活动构件数lP——低副运动副数3hP——高副运动副数并检验与机构主动件数目是否一致。７、确定尺寸：仔细测量机构的运动几何尺寸（与运动相关的几何参数，不包括外型尺寸），以确定机构位置。８、选择适当长度比例尺：))mmmml（（图上尺寸实际尺寸按选定主动件的某个位置，在方格纸上画出机构运动简图，按国家标准规定的符号绘制（见课程教材），标出比例尺。四、实验报告及要求:１、绘制牛头刨床或冲床模型的机构运动简图1份，要求清楚标注出运动副、杆件数、运动几何尺寸，计算机构自由度；２、绘制任选机构的机构示意图2份。思考题:１、说明所分析的机构是否具有确定运动？为什么？２、在计算平面机构自由度时应注意哪些事项？３、机构运动简图与机构示意图的区别？４、扩展思考：所分析的机构还可以适用于其它什么机器？4实验二平面连杆机构设计与特性分析实验平面连杆机构在工程和日常生活中被广泛应用，特别是很多机械（例如装载机械、压力机、自卸汽车、医疗床等）利用平面连杆机构作为主体机构，因此连杆机构在机械设计中占有重要的地位。本实验以连杆机构的基础类型——平面四杆机构为研究对象，利用组合式可调平面连杆机构模型，学生通过自己设计、试凑选型、组装机构，学习分析连杆机构的特性，为机械创新设计打下基础，提高机械设计水平。一、实验目的１、掌握以不同构件为机架进行变异机构设计的方法和加深对机构具有确定运动条件的理解；２、通过独立设计平面铰链四杆机构，增强同学们的实际操作能力和分析能力；３、通过观察平面铰链四杆机构，认清机构发生死点的位置、极限位置，区别极位夹角、摆角、传动角、压力角，观察当其四个杆轮流做机架时的运动状态，加深理解平面铰链四杆机构有曲柄存在的充分必要条件；４、通过观察曲柄摇杆机构的运动，研究其传动角θ达到其最小值的条件和产生急回运动的原因。二、实验仪器和工具1.ZBS-C机构运动创新设计方案实验台；2.钢板尺、半圆仪、圆规。三、实验模型简介ZBS-C机构运动创新设计方案实验台——功能与特点：1、该实验台主要由四个机架装拆平台和一个零件存放架组成配备各种低副杆组、回转副、移动副、复合铰链等基本构件和联接件以及、凸轮、槽轮、齿轮齿条、传动装置。低副杆组长度尺寸可以大范围无级调节，复合铰链接头构思新颖，操作简单方便，运动灵活，极大地提高了机构运动方案拼装效率。2、实验台特配备了皮带张紧装置，机构调整会更加方便迅速，传动更平稳有力。3、零件存放架设计精巧，外形美观大方，能确保实验台多种类多品种规格的构件有条不紊的分门别类的存放在柜内，品种数量一目了然，便于学生实验操作和教师对实验设备的管理。4、实验台制作精细、低副杆组的零件、联接件选用优质钢材加工，几乎所有零件均磨床加工，加工精度高，外形美观，镀铬、镀镍表面光亮无锈斑，精加工表面均作防锈处理。5、连杆的尺寸变化范围大，可进行无级调节（0-500mm）。ZBS-C机构运动创新设计方案实验台——主要配置及技术参数1、实验台机架数量:1000mm×350mm×650mm(长×宽×高)4台/套2、．交流带减速器电机:数量3个N=90W220V输出转速n=10转/分3、带减速器的大传动比交流直线电机:数量1个N=25W220V工作行程L=50010mm/s4、各类机械零件及标准件近100种1056个。5、产品净重：420公斤、毛重：560公斤。四、实验内容实验的主要工作思路：学生自主设计一个较典型的曲柄摇杆机构，在此基础上进行平面四杆机构的运动特性分析。5步骤可以参考以下步骤：1.设计一组四个杆长数据，使最短杆1与最长杆长度2之和小于或等于其它两杆长度之和。如图2-1所示。填写实验报告第1、2项。（为使实验效果明显，每两杆长度之差至少为10mm。以最短杆1的A端为主动杆驱动点。）2．以最短杆1的邻杆4为机架，试凑和组装平面四杆机构，为防止杆件干扰，各杆件须在不同层平面①②。以A点为驱动源。3．调整各杆，使其长度等于设计数据。4．转动最短杆1，使其作定轴转动，带动铰链四杆机构运动，观察两连架杆1和3的连动情况，特别要观察机构的极限位置、急回特征、机构出现最小传动角的位置。测量极位夹角、摆角、传动角、压力角，填写实验报告的第3、4项。5．再分别以1、2、3杆为机架，观察机构的运动，填写实验报告第5项。6．创意设计平面连杆机构、连杆组合机构：实验台可搭接的实验项目推荐（1）曲柄摇杆机构（2）曲柄滑块机构（3）双曲柄机构（4）双摇杆机构（5）曲柄摇块机构（6）、齿轮导杆机构（7）六杆机构（8）凸轮连杆机构（9）齿轮曲柄机构（10）、外槽轮机构（11）、鄂式碎石机（12）、插床（13）、摆动导杆机构（14）、牛头刨床（15）、蒸汽机（16）、起重机（17）、自动车床送料机构（18）、冲床送料机构（19）、变速传动（20）、分路传动（21）、获得较大传动比（22）、行程放大机构（23）、对心曲柄滑块机构（24）、偏置曲柄滑块机构（25）、齿轮齿条连杆组合机构（26）、齿轮连杆组合机构等等。7．认真观察所设计的连杆机构的运动特性，画出机构运动简图。8．将实验仪零件拆卸，恢复初始状态，将零部件整理装盒，接受指导教师的检查，认可后再离开。五：实验注意事项：（一）、共同的注意事项1．先手动后联电机驱动：搭接时不能带电操作，机构搭接成功后，必须先手动驱动机构，观察运转是否灵活，确定无障碍后再加装皮带，调整皮带张紧轮，通电，联机运动！2．安装顺序要从驱动部分开始安装，否则位置不适当拆卸起来比较困难；3．安装带轮之前，要先找好适当的键和轴配合，否则由于加工精度的问题，装不上键就要另换轴，拆卸麻烦；4．固定的轴要加装垫片，否则轴不稳定；5．对于一个装置中多个轴，要提前选择适当长度，以防安装挂件后，连杆产生倾斜；6．多方考虑活动部件，灵活运用调整位置的方法；7．对于张紧轮位置要灵活设置，设置在从动边；8．由于装置上没有刻度尺，有的须测量量用卷尺测量；9．立柱的紧固螺钉只需旋松，不要拿下。（二）、针对具体装置的注意事项1．对于顶尖从动件凸轮机构：顶杆的固定要牢靠，设计要灵活，以防凸轮旋转时，顶杆偏斜；2．对于槽轮机构：要固定拨盘与槽轮的位置，使其无相对移动；3．对于直线电机：两行程开关的直线距离不得大于400mm，机构拼接未运动前，应先检查行程开关与装在主动滑块座上的行程开关碰块的相对位置，以保证换向运动能正确实CAAADAABAA图2-1机构示意图12346施，防止机件损坏；4．杆组的正确拆装：1）正确计算自由度，确定原动件。2）从远离原动件的构件开始拆杆组；由低级别杆组开始，向高级别拆。正确的拆分判断标准是每拆分一个杆组后，留下的部分仍是一个与原机构有相同自由度的机构，直至全部杆组拆出只剩下原动件和机架为止。3）确定机构的级别，以拆分出的最高级别杆组而定。同一机构所取得原动件不同，有可能成为不同级别的机构，但当机构的原动件确定后，机构的级别确定，则拆分方法唯一。4）若存在高副，则高副低代来拆分。5．杆组的正确拼装：根据事先拟定的机构运动简图，利用机构运动创新设计方案试验台提供的零件按机构运动传递顺序进行拼装。拼装时通常先从原动件开始。拼装时应使各部件在平行平面内运动，以防各部件之间发生干涉。同时保证各构件运动平面与轴的轴线垂直。为避免连杆之间运动平面相互紧贴而产生摩擦或发生干涉，拼装时应加入限位套筒。实验完毕，请将零件从框假上拆卸下来，整理齐备实验工具，为后面的实验同学准备好，同时也是提倡良好的实验习惯。7平面连杆机构设计与特性分析实验——实验报告实验时间：年月日班级：姓名：成绩：实验指导教师：一．实验记录1．第一组杆长数据：杆件编号1（最短杆）234杆件长度(mm)2．验算杆长条件：最短杆长度+最长杆长度=+=（mm）,其它两杆长度之和=+=（mm）验证：最短杆长度+最长杆长度其它两杆长度之和。3．绘制以最短杆的邻杆4为机架时的机构简图，图一（标出比例尺μL=mm/mm）,并在同一图上画出机构的两个极限位置；图上测量出：摇杆的摆角ψ=，极位夹角θ=，计算行程速比系数K=。实际机构测量：摇杆的摆角ψ′=，极位夹角θ′=误差计算：△ψ=ψ′-ψ=，△θ=θ′-θ=图一图二84．转动曲柄，观察连杆BC与连架杆CD的夹角变化。当最短杆AB的转角φ=时，铰链C处的夹角β最小，量出βmim=；当最短杆AB的转角φ=时，铰链C处的夹角β最大，量出βmax=；画出对应的机构运动简图，图二。5．分别以1、2、3为机架，观察机构的运动情况。当以杆1为机架时，得到机构；连架杆2作动，连架杆4作动。当以杆2为机架时，得到机构；最短杆1作动，连架杆3作动。当以杆3为机架时，得到机构；连架杆2作动，连架杆4作动。画出相应的机构运动简图：（比例：μL=mm/mm）①机构②机构③机构上述三种机构分别以不同连架杆做原动件，观察哪种机构有死点位置，在什么条件下出现死点位置。*6．第二组杆长数据：（选做题）杆件编号1（最短杆）234杆件长度(mm)第二组杆长条件：最短杆长度+最长杆度=+=9其它两杆长度之和=+=是否满足条件？画机构简图（比例：μL=m/mm）观察连架杆的转动情况：机架连架杆转动情况4杆1杆32杆1杆31杆2杆43杆2杆4思考题与习题：1．通过观察平面铰链四杆机构，当其四个杆轮流做机架