机械原理实验指导指南

（用于实验报告）

班级：         

姓名：         

学号：         

机械基础实验中心

20##年1月

前言                                               

一、实验课目的

本课程实验课目的在于：验证、巩固和加深课堂讲授的基本理论，加强理论联系实际及独立工作能力的培养；掌握一些最基本的机械实验方法、测量技能及用实验法来测定一些机械参数的能力；以及培养学生踏实细致、严肃认真的科学作风。因此，实验课是一个不可缺少的重要环节，每个学生必须认真对待，在课前进行预习，在课后分析试验结果，写成正规的实验报告。实验课为评定学生成绩的一部分。

二、实验前的准备工作

为了保证实验顺利进行，要求在实验前做好准备工作，教师在实验前要进行检查和提问，如发现有不合格者，提出批评，甚至停止实验的进行，实验准备工作包括下列几方面内容：

1.预习好实验指导书：明确实验的目的及要求；搞懂实验的原理；了解实验进行的步骤及主要事项，做到心中有底。

2.准备好实验指导书中规定自带的工具、纸张。

3.准备好实验数据记录表格。表格应记录些什么数据自拟。

三、遵守实验室的规章制度

1.验前必须了解实验设备、仪器的使用性能、操作规程及使用须知，否则不得操作。

2.严格按照规定，精心操作设备、仪器。如有损坏，按规定处理。

3.实验室内与本实验无关的设备与仪器，一律不得乱动。

4.在实验室严守纪律，不得高声谈笑，保持室内整洁。

5.实验完毕后，用过设备、仪器放回原处，并整理清洁、经教师同意后才得离开。

四、实验报告

实验报告是对实验所有数据、现象进行整理，分析得出一定结论与看法的书面文件。学生在实验后必须按照要求，整理并分析处理所的结果，写成正规的实验报告。

为了写好实验报告，提出以下几点：

1.实验结果记录应经实验指导教师过目签字，并随实验报告一起交上。

2.报告中的结果分析及讨论应力求具体，应针对试验具体情况，防止不切实际的空谈。

3.实验报告要求每人一份。

4.实验报告应在实验完毕后一星期内，由课代表汇集交老师。

      

目  录

实验一  机构认知（实验类型：演示）........................................... 1

实验二  机构运动简图的测绘（实验类型：综合）........................ 3

实验三  机构运动参数测定（实验类型：综合）............................ 9

实验四  平面机构创新设计（实验类型：设计）.......................... 15

实验五  平面机构创意设计及性能测试分析（实验类型：设计） 18

实验六  齿轮范成原理（实验类型：验证）.................................. 20

实验七  动平衡（实验类型：验证）............................................. 25

实验八  系统动力学调速（实验类型：验证）.............................. 31

附录：实验课总结........................................................................... 35

实验一 机构认知

实验指导书

一、实验目的

1．配合课堂教学及课程进度，为学生展示大量丰富的实际机械、机构模型、机电一体化设备及创新设计实例，使学生对实际机械系统增加感性认识，加深理解所学知识，

2．开阔眼界，拓宽思路，启迪学生的创造性思维并激发创新的欲望，培养学生最基本的观察能力、动手能力和创造能力。

二、实验设备

   机械原理陈列柜。

图1-1 机械原理陈列柜

三、实验内容

机器和仪器都是由机构组成的，其中具有确定运动的各工作构件产生或影响机器和仪器的工作过程。同时，在机器和仪器的制造以及其它众多技术设备也都是由机构组成。而且，随着生产过程的自动化以及向着高精度、高速度、高效率的发展趋势，要求设计出更多的新机构与之相适应。本实验中展示的经典机构有：平面铰链连杆机构、常用机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、机构的组合、棘轮机构及槽轮机构等间歇机构、空间机构等。

四、注意事项

1．注意人身安全；不要在实验室内跑动或打闹，以免被设备碰伤；特别应注意摇动设备时不要压轧着自己或别人的手。

2．爱护设备；摇动设备动作要轻，以免损坏设备；一般不要从设备或展台上拿下零件；若拿出零件，看完后应按原样复原，避免零件丢失。

3．不要随便移动设备，以免受伤或损坏设备。

4．注意卫生；禁止随地吐痰和乱扔杂物；禁止脚踩桌椅板凳。

5．完成实验后，学生应将实验教室打扫干净，将桌椅物品摆放整齐。

五、思考题

   什么是机器？什么是机构？两者有何区别？

机构认知

实验报告

一、写出实验中所观察的机构的名称并画出四个机构的运动简图。

二、 思考题：

　　什么是机器？什么是机构？两者有何区别？

三、心得体会

                                                          成绩           

实验二 机构运动简图的测绘

       实验指导书

一、实验目的

1.熟悉机构运动简图的画法，掌握从实际机构中测绘其运动简图的技能。

2.巩固机械结构的分析原理及自由度计算方法。

3.加深理解四杆机构的演化过程及验证曲柄存在的条件。

二、实验设备及工具

1.设备：缝纫机，

 2.工具：钢尺、长尺。

3.自带工具：铅笔、草稿纸。

三、实验原理

由于机构的运动与机构中构件数目、种类、相对位置有关。因此，在机构中可以撇开其组成零件的实际结构形状，用简单的线条和规定符号来代替构件和运动副的相对位置，来表明实际机构的组成特点及运动特性。

四、机构运动简图的测绘示例

如下图2-1所示：（a）为一偏心轮机构。试绘出其机构运动简图，计算自由度。

（一）机构简图的测绘步骤：

 图2-1 偏心轮机构

（a）偏心轮机构示意图   （b）偏心轮机构运动简图

1.机架 2.手柄及偏心轮 3.连杆 4.活塞

1.认清构件数目

转动机构手柄，使其运动，此时观察机构中哪些是活动件，哪些是固定件，并逐一标注构件号码，如1—机架，2—手柄及偏心轮，3—连杆，4—活塞。

2.判断各构件间运动副性质

反复转动手柄，判定构件2与构件1的相对运动是绕轴A转动，故2与1在A点组成转动副；构件3与2的相对运动是绕偏心轮2的圆心B转动，故3与2在B点组成转动副；构件4与3绕销C相对转动，故4与3在C点组成转动副；构件4与1沿水平方向X—X相对移动，故4与1组成方位线为X—X的移动副。

3.画出运动副及构件符号

对于只有两个转动副的构件，不管其实际形状如何，都只用两转动副之间的连线来代表。例如AB代表构件2，BC代表构件3，对于具有移动副的构件，不管其截面形状如何，常用滑块表示。例滑块4代表构件C，并通过滑块上转动副C的中心，画出中心线X—X代表4与1相对移动的方向线。机架用斜线来表示。以便与活动件区别，例构件1。原动件用箭头表示，以便与从动件相区别，例构件2。图1-1（b）为机构简图。

4.测量构件实际尺寸，并按比例尺绘出简图

测量AB杆和BC杆长度及滑块4移动方向线X—X至转动副A的距离。选择适当的比例尺μ_L（m/mm），按比例尺画出机构简图。

有时，只要了解机构运动特征，而不需要进行定量分析时可不按比例绘制简图，只需大致绘制相对位置关系即可，称为示意图。

（二）机构自由度计算

1.计算机构自由度

式中：

—活动构件数；—转动副和移动副总数（低副数）；—高副数。

在图1-1机构中，（构件2、3、4是活动构件）， （转动副A、B，移动副C），，代入上式得：

2.核对计算结果是否正确

根据计算所得，给予机构原动件一手柄，当手柄转动时，可观察到机构各构件运动均是确定的，故知计算结果符合实际情况。

3.对机构进行分组并确定机构类型

五、实验内容如下图：

图2-2 踏板机构                               图2-3 挑线机构

                                      

图2-4 摆梭机构                             图2-5 补鞋机刺布机构

将图2-2、2-3、2-4、2-5分别在实验报告上画出机构简图，并计算自由度。

六、回答下列问题：

1.一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？

2.什么情况下机构中存在“死点”？上面机构中是否存在“死点”？怎样避免？

机构运动简图的测绘

实验报告

一、实验数据

三、问答题：

1.一个正确的“机构简图”应能说明哪些内容？

2.什么情况下机构中存在“死点”？上面机构中是否存在“死点”？怎样避免？

                                                  成绩           

实验三  齿轮范成原理

实验指导书

一、实验目的

1.掌握范成法切制渐开线齿轮的原理，观察齿廓形成的过程。

2.了解渐开线齿轮产生根切的原因、现象和避免根切的方法。

3.分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

二、设备及工具

1.齿轮范成仪

2.工具：剪刀

3.自带工具：圆规、三角尺、铅笔（HB）、橡皮、裁好直径230mm圆形图纸一张。

三、原理和方法

1.原理

范成法是利用一对齿轮相互啮合时，齿轮齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，他们仍能保持固定的角速比转动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样，同时刀具还沿轮坯的轴向作切削运动。这样切制得到的齿轮齿廓就是刀具刀刃在各位置的包络线。今若用渐开线作为刀具齿廓，则其包络线也必为渐开线。由于实际加工时，看不到刀刃在各个位置形成包络线的过程，所以在实验中用齿轮范成仪来实现轮坯与刀具间的传动过程并用铅笔将其记录在纸上，这样我们能清楚地观察到齿轮范成的过程。

2.齿轮范成仪（图6-1）

圆盘1绕底座5的轴线回转。纵拖板2与齿轮圆盘3做纯滚动。

图6-1  齿轮范成仪示意图

1.圆盘  2.齿条纵拖板  3.齿轮分度圆  4.齿条刀具  5.底座  6.螺钉

7.压环  8.调节螺钉

圆盘与纵拖板为齿轮齿条传动。因此两者之间为无滑动的纯滚动。圆盘上放纸相当于轮坯。齿条刀具由两个螺钉8与纵拖板相联接，可以使齿条刀具的中心线移近或远离轮坯的中心。如果当刀具4上的刻度对准“0”时，即齿条刀具的中心线对准机床节线并与分度圆相切时，为切制标准齿轮时刀具的位置；当刀具的中心线远离轮坯中心，即使中线以上的任一分度线与机床节线对准并与轮坯分度圆相切作纯滚动时，为切制正变位齿轮时刀具的位置；反之则为切制负变位齿轮时的位置。

3.齿轮范成仪参数

刀具：

轮坯：分度圆直径，故齿数

四、实验内容

绘制：1.标准齿轮（根切齿轮）

2.修正齿轮（正变位齿轮）

五、实验步骤

1.预备工作

1）计算：根据下面公式及上面规定的参数算出标准齿轮及正变位齿轮的、、，变位齿轮参数计算公式：

               

当计算标准齿轮尺寸时，可取上式中，当切制正变位齿轮时的取值为：

。要想使被切齿轮不发生根切，理论上必须取。由于所切齿数越少时，取值越大，被切的齿轮齿顶越尖，以至无法使用，故我们规定取值：（时，齿顶变尖的）。

2）绘图：将所带的图纸从中间画上中心线分成两部分。然后将计算的标准及变位齿轮的、、分别画在各半边图纸上。

3）裁剪：用剪刀沿着齿顶圆将外围剪去，在图纸上只剩下两个画出、、的半圆，如图6-2所示。

图6-2 图纸裁剪及辅助线绘制示意图

2.绘制标准齿轮

1）将剪好的图纸压紧在圆环下，注意图纸中心与圆盘中心对正，并将所画图的标准齿轮半圆部分对准刀具。

2）松开螺钉8使刀具上刻度线对准两侧“0”刻度。

3）将纵拖板2拖到左边或右边的极端位置，用削尖的铅笔沿齿条刀具齿廓画下该齿廓在图纸上的投影线，然后转动圆盘使齿条移动一个单位距离（以钢珠响一次为一单位），再用铅笔描下刀具齿廓的投影线，继续重复下去，直至在图纸上形成2至3个完整的齿形为止。轮坯上的包络线就是被根切齿轮的齿廓。

3.绘制修正齿轮

1）将图纸取下转动一个角度，按标准齿轮方法将变位齿轮部分图纸装好。

2）将齿条刀具远离中心方向移动，使两刻度线对准所移动的移距即可（与的乘积为移距）。

3）制齿步骤同标准齿轮。

六、分析与讨论：

1．齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于？

2.我们在绘制标准齿轮时会发生什么现象？这是为什么？怎样避免？在图中画出根切部分。

3.比较用同一齿条加工的标准齿轮与变位齿轮的几何参数：、、、、、、、、、哪些变了？哪些没变？为什么？

齿轮范成原理

实验报告

一、原始数据

刀具：

轮坯：分度圆直径

二、齿轮几何参数计算

三、分析与讨论

1．齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于？

2.比较用同一齿条加工的标准齿轮与变位齿轮的几何参数：、、、、、、、、、哪些变了？哪些没变？为什么？

3．齿廓图（附上）：

                                              成绩            

 

第二篇：机械原理实验三实验四指导及实验报告

实验三：刚性转子动平衡实验

一、实验目的

1、加深对刚性转子动平衡概念的理解；

2、掌握刚性转子动平衡实验的原理及基本方法。

3、了解动平衡试验机的结构组成及工作原理。

二、实验设备

1、JPH-A型动平衡实验台；

2、转子试件；

3、平衡块；

4、百分表0～10mm。

三、实验原理

由《机械原理》所述的回转体动平衡原理知：一个动不平衡的刚性回转体绕其回转轴线转动时，该构件上所有的不平衡质量所产生的离心惯力总可以转化为任选的两个垂直于回转轴线的平面内的两个当量不平衡质量和 (它们的质心位置分别为和，半径大小可根据数值、的不同而不同)所产生的离心力。动平衡的任务就是在这两个任选的平面(称为平衡基面Ⅰ、Ⅱ)内的适当位置（和）加上两个适当大小的平衡重和，使它们产生的平衡力与当量不平衡重产生的不平衡力大小相等,而方向相反，即:

半径越大,则所需的平衡重就越小。此时,Σ =0且Σ=0，该回转体达到动平衡。

 转子不平衡质量的分布有很大的随机性，而无法直接判断其大小和方位。因此很难用公式来计算平衡重，但可用实验方法来解决。

“刚性转子动平衡实验”是利用实验用动平衡实验台测定需加于两个平衡基面上的平衡质量的大小和方位，并通过增减配重质量来进行校正，直到达到平衡。

四、实验方法和步骤

1、将平衡试件装到摆架的滚轮上，把试件右端的联轴器盘与差速器轴端的联轴器盘，用弹性柱销柔性联成一体。装上传动皮带。

2、用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查动平衡机各部分转动是否正常。松开摆架最右端的两对锁紧螺母，调节摆架上面的安放在支承杆上的百分表，使之与摆架有一定的接触，并随时注意振幅大小。

3、开机前将试件右端圆盘上装上适当的待平衡质量（四块平衡块），接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，调整好百分表的位置并记录下振幅大小y0（格），百分表的位置以后不要再变动，停机。

4、在补偿盘的槽内距轴心最远处加上一个适当的平衡质量（二块平衡块）。开机后摇动手柄观察百分表振幅变化，手柄摇到振幅最小时手柄停止摇动。记录下振幅大小y1和蜗轮位置角β1（差速器外壳上有刻度指示），停机。（摇动手柄要讲究方法：蜗杆安装在机架上，蜗轮安装在摆架上两者之间有很大的间隙。蜗杆转动到适当位置可与蜗杆不接触，这样才能使摆架自由地振动，这时观察的振幅才是正确的。摇动手柄蜗杆接触蜗轮使蜗轮转动，这时摆动振动受阻，反摇手柄使蜗杆脱离与蜗轮接触，使摆架自由地振动，再观察振幅。这样间歇性地使蜗轮向前转动位和观察振幅变化，最终找到振幅最小值的位置）。在不改变蜗轮位置情况下，停机后，按试件转动方向用手转动试件使补偿盘上的平衡块转到最高位置。取下平衡块安装到试件的平衡面（圆盘2）中相应的最高位置槽内。

5、在补偿盘内再加一点平衡量（1~2平衡块）。按上述方法再进行一次测试。测得的振幅y2蜗轮位置β2，若y2＜y1＜y0；β1与β2相同或略有改变，则表示实验进行正确。若y2已很小可视为已达到平衡。停机、按步骤4方法将补偿盘上的平衡块移到试件圆盘2上。解开联轴器开机让试件自由转动若振幅依然很小则第一步平衡工作结束。若还存在一些振幅，可适当地调节一下平衡块的相位，即在圆周方向左右移动一个平衡块进行微调相位和大小。

6、将试件两端180°对调，即这时圆盘2为驱动盘，圆盘1为平衡面。再按上述方法找出圆盘1上应加的平衡量。这样就完成了试件的全部平衡工作。

五、注意事项：

1、动平衡的关键是找准相位，第一次就要把相位找准，当试件接近平衡时相位就不灵敏了。所以β1、β2是主要位置角。

2、若试件振动不明显可人为地加一些不平衡块。

六、实验思考题

1、何为动平衡？哪些机构需要动平衡？

2、在补偿盘上所加的平衡质量所处位置应与试件待平衡面上不平衡质量间所成角度为多少？

3、动平衡实验台是如何实现补偿盘与试件平面转向相反、转速相同的？

4、在实验台补偿盘上加平衡块后是否实现了试件的平衡？

5、刚性转子的平衡有几种类型？刚性转子平衡的计算方法是什么？

       

              实验三：刚性回转件的动平衡实验报告

专业班级：         姓名：          学号：          日期：          

指导教师：           成绩：          同组人：                   

一、实验目的

 1、加深对刚性转子动平衡概念的理解；

 2、掌握刚性转子动平衡实验的原理及基本方法。

 3、了解动平衡试验机的结构组成及工作原理。

二、实验设备及用具

 1、JPH-A型动平衡实验台；

2、转子试件；

3、平衡块；

4、百分表0～10mm。

三、实验原理

“刚性转子动平衡实验”是利用实验用动平衡实验台测定需加于两个平衡基面上的平衡质量的大小和方位，并通过增减配重质量来进行校正，直到达到平衡。

四、实验方法和步骤

1、将平衡试件装到摆架的滚轮上，把试件右端的联轴器盘与差速器轴端的联轴器盘，用弹性柱销柔性联成一体。装上传动皮带。

2、用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查动平衡机各部分转动是否正常。

3、开机前将试件右端圆盘上装上适当的待平衡质量（四块平衡块），接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，调整好百分表的位置并记录下振幅大小y0（格），百分表的位置以后不要再变动，停机。

 4、在补偿盘的槽内距轴心最远处加上一个适当的平衡质量（二块平衡块）。

 5、在补偿盘内再加一点平衡量（1~2平衡块）。

 6、将试件两端180°对调再按上述方法找出圆盘1上应加的平衡量。

五、实验数据记录表

 

六、思考题

1、何为动平衡？哪些机构需要动平衡？

（答： ）需要在两个平面加平衡重进行平衡，即满足∑F=0，∑M=0；使转子所产生的不平衡的惯性力与惯性力偶矩得以平衡称动平衡。

   对于筒形转子（轴向尺寸较大，径宽比d/b＜5，如车轮、电机转子、机床主轴、高速刀具等），其质量的分布在垂直于轴线的多个互相平行的回转面内时，转动时所产生的离心力系不再是平面汇交力系，而是空间力系，由此还产生惯性力偶矩，因此需作动平衡。

2、在补偿盘上所加的平衡质量所处位置应与试件待平衡面上不平衡质量间所成角度为多少？（答：180°）

3、动平衡实验台是如何实现补偿盘与试件平面转向相反、转速相同的？（答：利用差速器实现，差速器是由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个外壳为蜗轮的转臂组成的周转轮系，当不转动蜗轮时，差速器为定轴轮系，即可实现补偿盘与试件平面转向相反、转速相同）

4、在实验台补偿盘上加平衡块后是否实现了试件的平衡？

（答：在实验台补偿盘上加平衡块后只实现的摆架的平衡，摆架平衡不等于试件平衡，还必须把补偿盘上的平衡质量转换到试件的平衡面上。）

                 实验四：机构创意组合实验

一、实验目的

1、分析机构的组成（确定构件数、运动副数及类型，计算机构自由度，明确机构具有确定运动的条件）

2、分析与论证构件运动尺寸对机构运动规律的影响。

3、研究机构的组成原理（杆组法）。

4、掌握机构的组合方法（串联、并联组合等）。

5、训练实际动手组装和分析研究机构运动原理与组合原理的方法。

二、实验设备和仪器

机构传动方案创新组合设计箱

三、实验内容：

1、组装一个摆动导杆机构，通过实验分析摆角的大小与曲柄尺寸的关系以及急回运动的特性。

2、在摆动导杆的基础上串联一个二级杆组形成一个六杆机构，并分析其组成原理。

3、在六杆机构的基础上再并联一个棘轮螺旋机构，形成一个牛头刨机构，并分析其组成原理。

4、在二级牛头刨基础上再演化成三级牛头刨机构，并分析其组成原理。

5、利用各种构件与运动副自行组装一个具有实用价值的组合机构，绘制其机构运动简图，并分析其组成原理。

四、实验报告样式：

实验四：机构创意组合实验报告

专业班级：         姓名：          学号：          日期：          

指导教师：           成绩：         

一、实验目的

1、分析机构的组成（确定构件数、运动副数及类型，计算机构自由度，明确机构具有确定运动的条件）

2、分析与论证构件运动尺寸对机构运动规律的影响。

3、研究机构的组成原理（杆组法）。

4、掌握机构的组合方法（串联、并联组合等）。

5、训练实际动手组装和分析研究机构运动原理与组合原理的方法。

二、实验设备和仪器

机构传动方案创新组合设计箱

三、实验内容：

1、组装一个摆动导杆机构，通过实验分析摆角的大小与曲柄尺寸的关系以及急回运动的特性。

2、在摆动导杆的基础上串联一个二级杆组形成一个六杆机构，并分析其组成原理。

3、在六杆机构的基础上再并联一个棘轮螺旋机构，形成一个牛头刨机构，并分析其组成原理。

4、在二级牛头刨基础上再演化成三级牛头刨机构，并分析其组成原理。

5、利用各种构件与运动副自行组装一个具有实用价值的组合机构，绘制其机构运动简图，并分析其组成原理。

四、实验结果记录及数据处理表

思考题：

1、机构的组合按结构组合形式有哪几种类型？

  答：平面机构的结构组合形式——根据组成机构杆组的最高级别划分为：

Ⅱ级机构——所含杆组的最高级别为Ⅱ级。

Ⅲ级机构——所含杆组的最高级别为Ⅱ级。

   Ⅰ级机构——只由机架和原动件而构成的机构（如杠杆机构、斜面机构）

2、平面机构的组成原理

  平面机构的组合——任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于原动件。

   注：牛头刨床机构的组成原理要求大家自己独立完成！