机械原理实验指导书 海南大学机电工程学院 2010年2月 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
1 机械原理实验指导书 海南大学机电工程学院 2010 年 2 月 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
学生实验守则 1.学生必须遵守实验室各项规章制度，进入实验室，要服从老师的指导和安排，在规定的 地点和仪器设备上操作，未经许可不得乱动其它设备。 2.根据理论课要求，实验前要认真作好预习，并准备好实验用书、文具、纸张及计算器等， 不预习不得进实验室做实验。 3.按时到达实验室，不迟到，不早退，不无故缺课，衣着整洁，不得穿拖鞋进入实验室。 4。爱护实验设备和器材，要了解清楚有关仪器设备的性能和实验方法，严格按照安全操作 规程或听从老师的指导进行操作。 5.仪器设备发生故障时，要及时报告指导老师和管理人员，保护现场。如因违反实验室制 度和操作规程而造成经济损失，除按学校有关规定作出书面检查外，还应根据损失大小予 以经济赔偿。 6.保持实验室安全卫生。室内严禁打闹、吸烟、吐痰、吃食及打游戏，违者给予批评教有 或处罚。 7.实验完毕，仪器设备及物品应恢复原位，整理场地，切断电源，实验结果经指导老师签 字确认后方能离开实验室 8.认真写好实验报告，并按时上交指导老师评定。不交实验报告者，按不作实验处理，同 时不得参加本课程相关考试。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2 学生实验守则 1．学生必须遵守实验室各项规章制度，进入实验室，要服从老师的指导和安排，在规定的 地点和仪器设备上操作，未经许可不得乱动其它设备。 2．根据理论课要求，实验前要认真作好预习，并准备好实验用书、文具、纸张及计算器等， 不预习不得进实验室做实验。 3．按时到达实验室，不迟到，不早退，不无故缺课，衣着整洁，不得穿拖鞋进入实验室。 4．爱护实验设备和器材，要了解清楚有关仪器设备的性能和实验方法，严格按照安全操作 规程或听从老师的指导进行操作。 5．仪器设备发生故障时，要及时报告指导老师和管理人员，保护现场。如因违反实验室制 度和操作规程而造成经济损失，除按学校有关规定作出书面检查外，还应根据损失大小予 以经济赔偿。 6．保持实验室安全卫生。室内严禁打闹、吸烟、吐痰、吃食及打游戏，违者给予批评教育 或处罚。 7．实验完毕，仪器设备及物品应恢复原位，整理场地，切断电源，实验结果经指导老师签 字确认后方能离开实验室。 8．认真写好实验报告，并按时上交指导老师评定。不交实验报告者，按不作实验处理，同 时不得参加本课程相关考试。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
目录 实验一机构的认知和演示 4 实验二 机构运动简图的测绘和分析 6 实验三刚性转子的动平衡.10 实验四平面连杆机构特性分析 14 实验五渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析 20 实验六渐开线直齿圆柱齿轮范成原理实验 28 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3 目录 实验一 机构的认知和演示 .4 实验二 机构运动简图的测绘和分析.6 实验三 刚性转子的动平衡 .10 实验四 平面连杆机构特性分析.14 实验五 渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析.20 实验六 渐开线直齿圆柱齿轮范成原理实验.28 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
实验一机构的认知和演示 机械原理研究的对象就是机构，研究机构的组成原理、机构运动学及机器动力学以及 机器中常用机构的运动及动力性能分析与设计方法和机械传动系统方案设计的问题。它是 一门理论性和实践性很强的课程，在学习本课程之前，在实验室对本课程所要研究的各种 典型机构，特别是重点要研究的几种常用机构进行认知是非常必要的，这将使同学们增加 对本门课程所研究对象的感性认识，提高对机械的认识、增强学习本课程的兴趣。 一、实验目的 1·增加工程中典型机构，特别是本课程重点研究的几种常用机构的实物和模型的感 性认识。 2.了解各种典型机构的组成原理、运动关系。 3.初步了解它们的应用。 二、实验设备 SJ-10DA型动态声控示教柜1套，录音机1台。 三、实验内容 1.各种平面连杆机构运动传递情况及其各构件的运动形式：各种连杆机构的应用：构 件和零件的区别。 2.凸轮机构的分类、闭锁方式及从动件与凸轮高副接触的方式。 3.齿轮机构及其它机构。 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。 四、实验安排 在机械原理实验室参观机构模型，分两组，每组用时1学时。 五、实验要求 在实验室做实验时，请遵守“学生实验守则”，完成“机构现场认知实验报告”。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4 实验一 机构的认知和演示 机械原理研究的对象就是机构，研究机构的组成原理、机构运动学及机器动力学以及 机器中常用机构的运动及动力性能分析与设计方法和机械传动系统方案设计的问题。它是 一门理论性和实践性很强的课程，在学习本课程之前，在实验室对本课程所要研究的各种 典型机构，特别是重点要研究的几种常用机构进行认知是非常必要的，这将使同学们增加 对本门课程所研究对象的感性认识，提高对机械的认识、增强学习本课程的兴趣。 一、实验目的 １．增加工程中典型机构，特别是本课程重点研究的几种常用机构的实物和模型的感 性认识。 2．了解各种典型机构的组成原理、运动关系。 ３．初步了解它们的应用。 二、实验设备 SJ-10DA 型动态声控示教柜 1 套, 录音机 1 台。 三、实验内容 １.各种平面连杆机构运动传递情况及其各构件的运动形式；各种连杆机构的应用；构 件和零件的区别。 ２.凸轮机构的分类、闭锁方式及从动件与凸轮高副接触的方式。 ３.齿轮机构及其它机构。 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。 四、实验安排 在机械原理实验室参观机构模型，分两组，每组用时１学时。 五、实验要求 在实验室做实验时，请遵守“学生实验守则”，完成“机构现场认知实验报告”。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机械原理实验报告 实验报告 机构现场认知 学生姓名 学号 班级 实验日期 成绩 指导教师 1.实验室共有机构展示柜，共展示了机构，配备分钟的声控讲解。 2.根据连架杆相对机架能否作整周转动，平面铰链四杆机构可分为 机构机构 和 机构 4,连杆机构可起运动形式转换的作用，即将主动件的运动形式转换为从动件的另一种运 动形式，能将转动变为摆动的有 ；能将转动转化 为移动的有 5.平面齿轮机构用于两平行轴之间的传动，常见的类型有」 和 6,空间齿轮机构用于两空间两相交轴或相错轴之间的传动，常见类型有 和 7,齿轮机构也可转换运动形式，在平面齿轮机构中将转动转换为移动的齿轮机构是 8.凸轮机构由 和 三个基本构件组成。 9.凸轮机构按凸轮形状分类主要由 和 三种。 10.凸轮机构按推杆形状分主要有 、和 三种： 按推杆运动形式分主要有 三种 11.轮系分为」 和 类。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5 机械原理实验报告 实验报告 机构现场认知 学生姓名 学号 班级 实验日期 成绩 指导教师 １.实验室共有 机构展示柜，共展示了 机构，配备 分钟的声控讲解。 2.根据连架杆相对机架能否作整周转动，平面铰链四杆机构可分为 机构 机构 和 机构。 ４．连杆机构可起运动形式转换的作用，即将主动件的运动形式转换为从动件的另一种运 动形式，能将转动变为摆动的有 ；能将转动转化 为移动的有 。 ５．平面齿轮机构用于两平行轴之间的传动，常见的类型有 、 和 。 ６.空间齿轮机构用于两空间两相交轴或相错轴之间的传动，常见类型有 、 和 。 ７.齿轮机构也可转换运动形式，在平面齿轮机构中将转动转换为移动的齿轮机构是 ８.凸轮机构由 、 和 三个基本构件组成。 ９.凸轮机构按凸轮形状分类主要由 、 和 三种。 1０.凸轮机构按推杆形状分主要有 、 和 三种； 按推杆运动形式分主要有 、 和 三种。 １１.轮系分为 、 和 三类。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
实验二机构运动简图的测绘和分析 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.掌握机构运动简图测绘的基本方法. 2,巩固机构自由度的计算并验证机构作确定运动的条件。 3.通过对机构进行结构分析，了解机构的组成原理，理解机构运动简图的工程意义。 二、实验设备和工具 1.机构组合实验仪4台，机构模型20件： 2.工具：钢尺，卡尺等： 3.方格纸(16开)一张，草稿纸，及铅笔、橡皮、三角板、圆规等绘图用具（学 生自带)。 三、实验内容 对机构或实物或模型进行机构运动简图的测绘，计算其自由度，验证其运动是否确定， 并通过机构运动简图进行机构结构分析。 四、测绘原理和方法 1。测绘原理 机构是各种机器用来传递运动和力的基本组成部分，它由若干个构件按一定的方式连 接而成，并实现确定的运动。从运动的观点来看，机构的运动仅与机构中构件的数目，各 构件组成的运动副的类型、数目以及各运动副之间的相对位置有关，而与构件的复杂外形 和运动副的具体结构无关。因此，在进行机构分析和机构设计时常常不考虑那些与机构运 动无关的因素，而仅用简单线条和规定符号来表示运动副和构件，并按一定比例表示各运 动副间的相对位置。这种能正确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 2.测绘方法 6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6 实验二 机构运动简图的测绘和分析 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．掌握机构运动简图测绘的基本方法。 ２．巩固机构自由度的计算并验证机构作确定运动的条件。 ３．通过对机构进行结构分析，了解机构的组成原理，理解机构运动简图的工程意义。 二、实验设备和工具 １．机构组合实验仪 4 台，机构模型 20 件； ２．工具：钢尺，卡尺等； ３．方格纸（１６开）一张，草稿纸，及铅笔、橡皮、三角板、圆规等绘图用具（学 生自带）。 三、实验内容 对机构或实物或模型进行机构运动简图的测绘，计算其自由度，验证其运动是否确定， 并通过机构运动简图进行机构结构分析。 四、测绘原理和方法 １．测绘原理 机构是各种机器用来传递运动和力的基本组成部分，它由若干个构件按一定的方式连 接而成，并实现确定的运动。从运动的观点来看，机构的运动仅与机构中构件的数目，各 构件组成的运动副的类型、数目以及各运动副之间的相对位置有关，而与构件的复杂外形 和运动副的具体结构无关。因此，在进行机构分析和机构设计时常常不考虑那些与机构运 动无关的因素，而仅用简单线条和规定符号来表示运动副和构件，并按一定比例表示各运 动副间的相对位置。这种能正确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 ２．测绘方法 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
1)摆弄被测机构使其运动，认清机架、原动件和从动件。 2)判别运动刷类型。 一般地，从原动件开始，遵循运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动 性质，由此确定机构中构件的数目和运动副的类型、数目。 3)合理选择视图。 对于平面机构，一般选择与机构中多数构件的运动平面相平行的平面作为视图基准来 绘制机构运动简图。 4)选择适当的比例尺。 5)按一定的顺序绘图。 将原动件运动到某一适当位置，按确定的比例尺，遵循运动传递的顺序，用规定的符 号给出各运动副及其相对位置 五、实验步骤 1.目测各运动刷之间的相对位置，使实物与图形大致成比例，在草稿纸上用铅笔徒手 绘出机构的示意图。 2.任选两种机构，按适当的比例在方格纸上绘制机构运动简图，从主动件开始，用 数字(1、2、3.)依次标注各运动构件，用字母标注各运动剧（最好是用大写字母A、 B、C.代表高刷，用小写字母a、b、c.代表低副)。 3,计算机构自由度： F=3n-2P-P. 式中：F一机构自由度 n一活动构件数 P一低副运动剧数 P,一高副运动副数 并检验与机构主动件数目是否一致。 4对所测绘的机构进行结构分析。 1)检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。 2)用低副代替机构中的高副。 3)从机构中分离杆组。 任何机构都包括机架、原动件和从动件系统三个部分。分离杆组是将该从动件系统分 > PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
7 １） 摆弄被测机构使其运动，认清机架、原动件和从动件。 ２） 判别运动副类型。 一般地，从原动件开始，遵循运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动 性质，由此确定机构中构件的数目和运动副的类型、数目。 ３） 合理选择视图。 对于平面机构，一般选择与机构中多数构件的运动平面相平行的平面作为视图基准来 绘制机构运动简图。 ４） 选择适当的比例尺。 ５） 按一定的顺序绘图。 将原动件运动到某一适当位置，按确定的比例尺，遵循运动传递的顺序，用规定的符 号给出各运动副及其相对位置。 五、实验步骤 １.目测各运动副之间的相对位置，使实物与图形大致成比例，在草稿纸上用铅笔徒手 绘出机构的示意图。 ２．任选两种机构，按适当的比例在方格纸上绘制机构运动简图，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）。 ３．计算机构自由度： Pl Ph F = 3n - 2 - 式中： F ——机构自由度 n ——活动构件数 Pl ——低副运动副数 Ph ——高副运动副数 并检验与机构主动件数目是否一致。 ４.对所测绘的机构进行结构分析。 １） 检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。 ２） 用低副代替机构中的高副。 ３） 从机构中分离杆组。 任何机构都包括机架、原动件和从动件系统三个部分。分离杆组是将该从动件系统分 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组。 4)确定机构的级别 平面机构的级别是按其中最高级杆组的级别确定。 六、思考题 1机构运动简图能反映实际机构的哪些内容？ 2绘制机构运动简图时，原动件为什么可以停留在任意位置？为什么最好不要选择特 殊位置来绘制机构运动简图？ 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？ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
8 解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组。 ４） 确定机构的级别 平面机构的级别是按其中最高级杆组的级别确定。 六、思考题 １.机构运动简图能反映实际机构的哪些内容？ ２.绘制机构运动简图时，原动件为什么可以停留在任意位置？为什么最好不要选择特 殊位置来绘制机构运动简图？ 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？ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机械原理实验报告 实验报告 机构运动简图的测绘和分析 学生姓名 学 班级 实验日期 成绩 指导教师 一、机构运动简图测绘 机构名称： 机构编号： 机构运动简图： 比例尺：μ= 运动学尺寸： 该机构确定的运动。 自由度：F= 结构分析： 该机构为级机构。 二、思考题讨论 三、小结及心得体会 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9 机械原理实验报告 实验报告 机构运动简图的测绘和分析 学生姓名 学号 班级 实验日期 成绩 指导教师 一、机构运动简图测绘 机构名称： 机构编号： 机构运动简图： 自由度：Ｆ＝ 比例尺：μ＝ 运动学尺寸： 该机构＿＿确定的运动。 结构分析： 该机构为＿＿级机构。 二、思考题讨论 三、小结及心得体会 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
实验三刚性转子的动平衡 一、实验目的 1.通过实验了解刚性转子动平衡的原理和方法 2。巩固动平衡的理论知识。 二、实验设备与用具 1.平衡实验机 2.校验转子 3.天平、钢尺、橡皮泥、平衡块。 三、实验原理 L.动平衡机的结构（图1） 1、摆架2、工字形板簧座3、转子试件4、差速器5、百分表 6、补偿盘7、妈杆8、弹黄9、电机10、皮带 图1 2.转子动平衡的力学条件 由于转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸因素保存转子存在不平衡质量。 因此当转子旋转后就会产生离心惯性力组成一个空间力系，使转子动不平衡。要使转子达到 动平衡，则必须满足空间力系的平衡条件 ∑F=0 ∑M,=0 ∑M=0 或 ∑M。=0 这就是转子动平衡的力学条件。 3动平衡机的工作原理 当试件上有不平衡质最存在时（图2），试件转动后则产生离心惯性力F=o2加，要分 解成垂直分力F,和水平分力F,由于平衡机和摆架在垂直方向抗弯刚度很大，所以垂直分 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
10 实验三 刚性转子的动平衡 一、实验目的 １.通过实验了解刚性转子动平衡的原理和方法 2. 巩固动平衡的理论知识。 二、实验设备与用具 1．平衡实验机 2．校验转子 3．天平、钢尺、橡皮泥、平衡块。 三、实验原理 1.动平衡机的结构（图 1） 1、摆架 2、工字形板簧座 3、转子试件 4、差速器 5、百分表 6、补偿盘 7、蜗杆 8、弹簧 9、电机 10、皮带 图 1 2.转子动平衡的力学条件 由于转子材料的不均匀、制造的误差、结构的不对称等诸因素保存转子存在不平衡质量。 因此当转子旋转后就会产生离心惯性力组成一个空间力系，使转子动不平衡。要使转子达到 动平衡，则必须满足空间力系的平衡条件 { 或 { （1） 这就是转子动平衡的力学条件。 3.动平衡机的工作原理 当试件上有不平衡质量存在时（图 2），试件转动后则产生离心惯性力 F mr 2 = w ,要分 解成垂直分力 Fy 和水平分力 Fx ，由于平衡机和摆架在垂直方向抗弯刚度很大，所以垂直分 0 0 = = å å M F 0 0 = = å å B A M M PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com