新疆大学：《机械原理》课程教学资源（实验指导）机械原理实验教程.doc_大学文库

第1章绪论第1节实验教学在教学中的地位与作用教育要面向未来，现代教育理念已从知识型教育，智能型教育走向素质型教育，创新型教有。高等教有在探索如何实施以人为本的全面发展为价值取向的素质教有的过程中，逐步认识到理论教学和实验教学具有同等重要的地位和作用。直言教学的重要性是让学生自己动手实验，它是认识世界的一个重要的源头，学生通过实验牢固地确立实验先于理论，理论源于实验的科学世界观，不仅从理论课上接受知识，还要自己通过实验去学习知识，在实验中运用知识，才能真正掌握好知识，最终在实践中创造知识，发展知识。实验教学是理论知识与实践活动，间接经验与直接经验，抽象思维与形象思维，传授知识与训练技能相结合的过程，要在实验教学中培养学生的创新能力，就要重视实验教学方法，使实验课成为学生有效的学习和掌握科学技术与研究科学理论和方法的途径，学生通过一定量的，有水平的实验和有计划的实验操作技能训练，可以达到扩大知识面，增强实验设计能力，实际操作能力，提高分析问题和解决问题的能力，培养科研协作精神，使自身素质得到全面提高。机械原理实验是机械原理课程的重要实践环节，其教学目标是使学生开始认知机械中的常用机构，掌握绘制实际机构运动简图的技能，掌握对常用机构运动参数测试的手段加深对基本理论的理解和验证，培养学生的测试技能，提高学生独立思考问题，分析问题和解决问题的能力，获得实际操作的基本工程训练和对实验结果进行分析的能力。在实践中培养学生的创新意识和创新能力尤为重要，开设具有综合性设计性的实验对培养学生创新意识和创新素质有很大帮助，在培养学生的全局教有中起者重要作用。在实验教学中强调独立动手能力和运用实验方法研究机械能力的培养，培养学生理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力与实事求是和严谨工作作风以及爱护国家财产的良好品德。实验中尽量采用先进的测试方法和数据处理方式，逐步创造启发式和开放式实验条件，使学生能自选和自行设计实验项目，提高试验能力，以适应培养跨世纪人才需要

第 1 章绪论第 1 节实验教学在教学中的地位与作用教育要面向未来，现代教育理念已从知识型教育，智能型教育走向素质型教育，创新型教育。高等教育在探索如何实施以人为本的全面发展为价值取向的素质教育的过程中，逐步认识到理论教学和实验教学具有同等重要的地位和作用。直言教学的重要性是让学生自己动手实验，它是认识世界的一个重要的源头,学生通过实验牢固地确立实验先于理论，理论源于实验的科学世界观,不仅从理论课上接受知识,还要自己通过实验去学习知识,在实验中运用知识，才能真正掌握好知识，最终在实践中创造知识，发展知识。实验教学是理论知识与实践活动，间接经验与直接经验，抽象思维与形象思维，传授知识与训练技能相结合的过程，要在实验教学中培养学生的创新能力,就要重视实验教学方法,使实验课成为学生有效的学习和掌握科学技术与研究科学理论和方法的途径,学生通过一定量的,有水平的实验和有计划的实验操作技能训练,可以达到扩大知识面,增强实验设计能力,实际操作能力,提高分析问题和解决问题的能力,培养科研协作精神,使自身素质得到全面提高。机械原理实验是机械原理课程的重要实践环节,其教学目标是使学生开始认知机械中的常用机构,掌握绘制实际机构运动简图的技能,掌握对常用机构运动参数测试的手段, 加深对基本理论的理解和验证,培养学生的测试技能,提高学生独立思考问题,分析问题和解决问题的能力,获得实际操作的基本工程训练和对实验结果进行分析的能力。在实践中培养学生的创新意识和创新能力尤为重要,开设具有综合性设计性的实验对培养学生创新意识和创新素质有很大帮助,在培养学生的全局教育中起着重要作用。在实验教学中强调独立动手能力和运用实验方法研究机械能力的培养，培养学生理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力与实事求是和严谨工作作风以及爱护国家财产的良好品德。实验中尽量采用先进的测试方法和数据处理方式，逐步创造启发式和开放式实验条件，使学生能自选和自行设计实验项目，提高试验能力，以适应培养跨世纪人才需要

第2节机械原理课程实验体系一，机械原理实验课程的体系结构机械原理课程的实验体系将遵循“机构认知一机构测绘一机构运动参数测试与分析 →机器动力学”的实践、理论、再实践的认知规律，并按照这四个大组成部分将实验室规划分类，建造机械原理实验大平台。 1.机构认知实验为配合《机械原理》课程的学习，增强对机构与机器的感性认识而设置了一个《机械原理陈列室》，它实际上是一部直观的，活动的《机械原理》教材。该陈列室设有可演示机构运动情况的示教板八块，示教板上的各个机构模型可定时连续按顺序逐一运转（由微型电动机驱动)，使大家边看机构的运动，边听解说，视听配合从而加深印象，同时示教板上各个机构模型也可人工不定时运转，重复演示，以便于仔细观察运转情况。 2.机构运动简图测绘实验掌握根据机械或模型的构造，测绘机构运动简图的基本技能，通过对机构模型或实物模型运动的分析，进一步掌握机构自由度计算方法。 3。机构运动参数测试与分析实验掌握用计算机软件进行常用机构的设计以及机构运动仿真的方法，测量常用机构的实际位移、速度、加速度、运转不均匀系数和平衡机械性能参数并与理论值比较。 4.渐开线齿轮参数测定实验培养学生所学基本知识，通过用游标卡尺测量渐开线直齿园柱齿轮的几何尺寸，确定齿轮参数的实际工作能力。 5.回转件的动平衡实验巩固回转构动平衡的基本概念，熟悉一种动平衡机工作原理和方法：巩固转子动平衡原理，了解闪光式动平衡机的原理及转子动平衡的基本方法和操作技能。二.机械原理实验室的组成机械原理实验室有以下部分组成： 1.机械零件陈列室该陈列室设有可演示机构运动情况的示教板八块，示教板上的各个机构模型可定时连续按顺序运转，使大家边看机构的运动，边听解说，视听配合从而加深对各种机构运

eda3501f3d6044bcb455d8fa9f65661f.doc 2 第 2 节机械原理课程实验体系一．机械原理实验课程的体系结构机械原理课程的实验体系将遵循“机构认知→机构测绘→机构运动参数测试与分析 →机器动力学”的实践、理论、再实践的认知规律，并按照这四个大组成部分将实验室规划分类，建造机械原理实验大平台。 1．机构认知实验为配合《机械原理》课程的学习，增强对机构与机器的感性认识而设置了—个《机械原理陈列室》，它实际上是—部直观的，活动的《机械原理》教材。该陈列室设有可演示机构运动情况的示教板八块，示教板上的各个机构模型可定时连续按顺序逐一运转(由微型电动机驱动)，使大家边看机构的运动，边听解说，视听配合从而加深印象，同时示教板上各个机构模型也可人工不定时运转，重复演示，以便于仔细观察运转情况。 2．机构运动简图测绘实验掌握根据机械或模型的构造，测绘机构运动简图的基本技能，通过对机构模型或实物模型运动的分析，进—步掌握机构自由度计算方法。 3．机构运动参数测试与分析实验掌握用计算机软件进行常用机构的设计以及机构运动仿真的方法，测量常用机构的实际位移、速度、加速度、运转不均匀系数和平衡机械性能参数并与理论值比较。 4．渐开线齿轮参数测定实验培养学生所学基本知识，通过用游标卡尺测量渐开线直齿园柱齿轮的几何尺寸，确定齿轮参数的实际工作能力。 5．回转件的动平衡实验巩固回转构动平衡的基本概念，熟悉—种动平衡机工作原理和方法；巩固转子动平衡原理，了解闪光式动平衡机的原理及转子动平衡的基本方法和操作技能。二．机械原理实验室的组成机械原理实验室有以下部分组成: 1．机械零件陈列室该陈列室设有可演示机构运动情况的示教板八块，示教板上的各个机构模型可定时连续按顺序运转，使大家边看机构的运动，边听解说，视听配合从而加深对各种机构运

上面看到的情况是用一个铰链四杆运动链，在有曲柄存在的条件时，取不同的构件为机架，而得到较链四杆机构的三种运动型式的机构。这种研究机构的方法在《机械原理课程中称“倒置”。下面再看一个双摇杆机构，从外表看它与上面的铰链四杆机构相似，它们之间的红，蓝，白三杆长度是相等的，因此，同样是黑杆作为机架而得不到曲柄，奇怪地是无论如何倒置均没有曲柄出现，那么这个运动链就有很大的区别了。最后请大家从观察到的现象，根据上面两种机构的相对尺寸和倒置情况，你们是否能总结出铰链四杆机构的曲柄存在条件。现在再来看看平面四杆机构的第三类基本型式：这一类是带有一个移动副的四杆机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副而演变得到四杆机构，简称为单移动副机构。 ·曲柄滑块机构它是应用得最多的一种单移动副机构，可以将转动变为往复移动，或将往复移动转变为转动。但是，当曲柄匀速转动时，滑块的速度则是非匀速的，再把机构倒置，我们还可以得到下面几种不同运动形式的单移动副机构， ·曲柄摇块机构它以蓝色的杆为机架，而红杆成为曲柄，黑杆绕固定点作摆动，它也有急回特征，这个机构称为曲柄摇块机构。 ·转动导杆机构它是以红杆为机架，其它两杆均成为曲柄，现在黑杆运动型式称为导杆，所以这个机构称为转动导杆机构。 ·移动导杆机构它是以滑块为机架，此机构没有曲柄。以上是单移动副机构的四种型式。请大家总结一下，它们的曲柄存在条件是什么？平面连杆机构的第三类基本型式，是带有二个移动副的四连杆机构，简称双移动副机构，把它们倒置，可得到三种型式的四连杆机构。 ·曲柄移动导杆机构这里黑色导杆作简谐移动，所以又叫正弦机构，它常用于仪器仪表中。 ·双滑抉机构在机构连杆上的一点，它的轨迹为一个椭圆，所以叫椭圆机构。在此机构上，除滑块与连杆相联的两铰链和连杆中点的轨迹为圆以外，其余所有点的轨迹均为椭圆。 ·双转块机构机构如以一转块作为等速转的原动件，则从动转块亦作等速回转，而且转向相同，当两个平行传动轴间的距离很小时，可采用这种机构，因此，这种机构通常作为联轴器应用，所以又称十字滑块联轴器。 6

eda3501f3d6044bcb455d8fa9f65661f.doc 6 上面看到的情况是用一个铰链四杆运动链，在有曲柄存在的条件时，取不同的构件为机架，而得到铰链四杆机构的三种运动型式的机构。这种研究机构的方法在《机械原理课程中称“倒置”。下面再看—个双摇杆机构，从外表看它与上面的铰链四杆机构相似，它们之间的红，蓝，白三杆长度是相等的，因此，同样是黑杆作为机架而得不到曲柄，奇怪地是无论如何倒置均没有曲柄出现，那么这个运动链就有很大的区别了。最后请大家从观察到的现象，根据上面两种机构的相对尺寸和倒置情况，你们是否能总结出铰链四杆机构的曲柄存在条件。现在再来看看平面四杆机构的第三类基本型式：这一类是带有一个移动副的四杆机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副而演变得到四杆机构，简称为单移动副机构。 ⚫ 曲柄滑块机构它是应用得最多的一种单移动副机构，可以将转动变为往复移动，或将往复移动转变为转动。但是，当曲柄匀速转动时，滑块的速度则是非匀速的，再把机构倒置，我们还可以得到下面几种不同运动形式的单移动副机构。 ⚫ 曲柄摇块机构它以蓝色的杆为机架，而红杆成为曲柄，黑杆绕固定点作摆动，它也有急回特征，这个机构称为曲柄摇块机构。 ⚫ 转动导杆机构它是以红杆为机架，其它两杆均成为曲柄，现在黑杆运动型式称为导杆，所以这个机构称为转动导杆机构。 ⚫ 移动导杆机构它是以滑块为机架，此机构没有曲柄。以上是单移动副机构的四种型式。请大家总结一下，它们的曲柄存在条件是什么？平面连杆机构的第三类基本型式，是带有二个移动副的四连杆机构，简称双移动副机构，把它们倒置，可得到三种型式的四连杆机构。 ⚫ 曲柄移动导杆机构这里黑色导杆作简谐移动，所以又叫正弦机构，它常用于仪器仪表中。 ⚫ 双滑抉机构在机构连杆上的一点，它的轨迹为一个椭圆，所以叫椭圆机构。在此机构上，除滑块与连杆相联的两铰链和连杆中点的轨迹为圆以外，其余所有点的轨迹均为椭圆。 ⚫ 双转块机构机构如以一转块作为等速转的原动件，则从动转块亦作等速回转，而且转向相同，当两个平行传动轴间的距离很小时，可采用这种机构，因此，这种机构通常作为联轴器应用，所以又称十字滑块联轴器

eda3501f3d6044bcb455d8fa9f65661f.doc 2.机构运动简图及其画法和平面连杆构的应用在这一板里有两个内容：第一部分是机构运动简图及其画法。机构运动简图，工程上常用的一种图形，它的特点是用符号和线条来清晰地，简明地表达出机构的运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。这里陈列了三个机器的模型，请同学们画画它们的简图，画简图的方法和步骤以及它的答案可以在本示教板上找到。 ·油泵模型1泵体上右边的圆孔是进油孔，左边的是出油孔。 ·油泵模型2它的工作原理与油泵模型一样。看懂它的工作原理和运动情况，以及它有几个构件和什么型式的运动副。 ·鄂式破碎机常用来粉碎矿石，它是一个平面六杆机构。本示教板的第二部分的内容是：平面连杆机构的应用。第一类应用是实现给定的运动规律。 ●“飞剪”它是武钢冷轧厂带钢自动连续剪切线上的“飞剪”，剪切钢板的工艺要求是：在剪切区域内上下两个刀刃的运动，在水平方向的速度相等而且又等于钢板的运行速度。这里采用了曲柄摇杆机构，它是很巧妙地利用连杆上一点的轨迹和摇杆上一点的轨迹相配合来完成剪切工作的机构很简单，却完成了较复杂的运动要求。 ·压包机它要求冲头在完成一次压包冲程后有一段停歇时间，以便于进行上下料工作，大家可以看冲头滑块在最上端位置时有一段停歇时间。。铸造造型机翻转机构它是一个双摇杆机构，当砂箱在震动台上造型振实后，利用该机构的连杆将砂箱由下面经过180的翻转搬运到上面位置，然后取模，完成一次造型工艺，该机构实现了连杆的两个给定的不同位置。 ·拍电影升降机摄影机的工作台要求在升降过程中，始终保持原有的水平位置。这里采用了一个平行四边形机构，工作台设在它的连杆上，这样保证了工作台在升降过程中始终保持水平位置。连杆机构的第二类应用是：实现给定的轨迹 ·港口起重机它是一个双摇杆机构，在连杆上的某一点有一段近似直线的轨迹，起重机的吊钩就是利用这一直线轨迹，使重物作水平移动，避免不必要的升高重物，而消耗功率。 3.凸轮机构凸轮机构常用于将主动件的连续运动，转变为从动构件的往复运动，只要适当地设 1

eda3501f3d6044bcb455d8fa9f65661f.doc 7 2．机构运动简图及其画法和平面连杆构的应用在这一板里有两个内容：第一部分是机构运动简图及其画法。机构运动简图，工程上常用的一种图形，它的特点是用符号和线条来清晰地，简明地表达出机构的运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。这里陈列了三个机器的模型，请同学们画画它们的简图，画简图的方法和步骤以及它的答案可以在本示教板上找到。 ⚫ 油泵模型 1 泵体上右边的圆孔是进油孔，左边的是出油孔。 ⚫ 油泵模型 2 它的工作原理与油泵模型一样。看懂它的工作原理和运动情况，以及它有几个构件和什么型式的运动副。 ⚫ 鄂式破碎机常用来粉碎矿石，它是—个平面六杆机构。本示教板的第二部分的内容是：平面连杆机构的应用。第一类应用是实现给定的运动规律。 ⚫ “飞剪” 它是武钢冷轧厂带钢自动连续剪切线上的“飞剪”，剪切钢板的工艺要求是：在剪切区域内上下两个刀刃的运动，在水平方向的速度相等而且又等于钢板的运行速度。这里采用了曲柄摇杆机构，它是很巧妙地利用连杆上—点的轨迹和摇杆上一点的轨迹相配合来完成剪切工作的机构很简单，却完成了较复杂的运动要求。 ⚫ 压包机它要求冲头在完成一次压包冲程后有—段停歇时间，以便于进行上下料工作，大家可以看冲头滑块在最上端位置时有一段停歇时间。 ⚫ 铸造造型机翻转机构它是—个双摇杆机构，当砂箱在震动台上造型振实后，利用该机构的连杆将砂箱由下面经过 180o 的翻转搬运到上面位置，然后取模，完成一次造型工艺，该机构实现了连杆的两个给定的不同位置。 ⚫ 拍电影升降机摄影机的工作台要求在升降过程中，始终保持原有的水平位置。这里采用了一个平行四边形机构，工作台设在它的连杆上，这样保证了工作台在升降过程中始终保持水平位置。连杆机构的第二类应用是：实现给定的轨迹 ⚫ 港口起重机它是一个双摇杆机构，在连杆上的某一点有一段近似直线的轨迹，起重机的吊钩就是利用这一直线轨迹，使重物作水平移动，避免不必要的升高重物，而消耗功率。 3．凸轮机构凸轮机构常用于将主动件的连续运动，转变为从动构件的往复运动，只要适当地设

计凸轮廓线，便可使从动构件获得任意的运动规律，由于凸机构结构简单而紧凑，因此它们经常用于各种机械，仪器和操纵控制装置中。首先向大家介绍一下凸轮机构的主要组成部分和基本型式。凸轮机构主要有三部分组成： ·凸轮它有特定的廓线，现在看到的凸轮，外形好似盘形，所以叫做盘形凸轮. ·从动件它由凸轮廓线控制着按预期的运动规律做往复移动或摆动，从动件端部的结构形式有尖顶，滚子、平底和曲面四种。 ·锁合装置为了使凸轮与从动件在运动过程中，始终保持接触而采用的装置，这里采用了弹簧装置。 ·盘形凸轮机构结构简单，设计容易，制造方便，所以应用很广。 ·移动凸轮机构凸轮作直线往复移动，它可看成是转轴在无穷远处的盘形凸轮，结构也简单：因此也常被采用。若利用重力，弹簧力或其它力使从动件与凸轮始终保持接触，这种锁合方式称为力锁合若利用凸轮和从动件的高副几何形状，使从动件与凸轮始终保持接触，这种锁合方式称为结构锁合，常用的有以下几种凸轮机构。。槽凸轮机构从动件端部嵌在凸轮的沟槽中保证从动件的运动，这种形锁合方式最简单，并且从动件的运动规律不受限制，缺点是增大了凸轮机构的尺寸及不能采用平底从动件。。带有交叉曲线槽的槽凸轮凸轮旋转两周，从动件完成一个运动循环。 ·等宽凸轮机构凸轮的宽度始终等于平底从动件框架的宽度，因此凸轮与平底可始终保持接触。。等径凸轮机构在任何位置时从动件两滚子中心到凸轮转动中心的距离之和等于一个定值。 ·主回凸轮机构它是用两个固定在一起的盘状凸轮来控制一个从动件，这两个凸轮一个称主凸轮，它控制从动件的工作行程，另一个凸轮称回凸轮，它控制从动件的回程。下面我们再采看看空间凸轮机构，它的凸轮和从动件的运动平面不是互相平行的，所以总称为空间凸轮机构。一般根据它们的外型分别给予命名，从左向右是球面凸轮、双曲面凸轮、圆锥体凸轮和圆柱凸轮，它们有一个共同的特点是：当推杆取移动从动件时，移动从动件沿凸轮

eda3501f3d6044bcb455d8fa9f65661f.doc 8 计凸轮廓线，便可使从动构件获得任意的运动规律，由于凸机构结构简单而紧凑，因此它们经常用于各种机械，仪器和操纵控制装置中。首先向大家介绍一下凸轮机构的主要组成部分和基本型式。凸轮机构主要有三部分组成： ⚫ 凸轮它有特定的廓线，现在看到的凸轮，外形好似盘形，所以叫做盘形凸轮． ⚫ 从动件它由凸轮廓线控制着按预期的运动规律做往复移动或摆动，从动件端部的结构形式有尖顶，滚子、平底和曲面四种。 ⚫ 锁合装置为了使凸轮与从动件在运动过程中，始终保持接触而采用的装置，这里采用了弹簧装置。 ⚫ 盘形凸轮机构结构简单，设计容易，制造方便，所以应用很广。 ⚫ 移动凸轮机构凸轮作直线往复移动，它可看成是转轴在无穷远处的盘形凸轮，结构也简单；因此也常被采用。若利用重力，弹簧力或其它力使从动件与凸轮始终保持接触，这种锁合方式称为力锁合。若利用凸轮和从动件的高副几何形状，使从动件与凸轮始终保持接触，这种锁合方式称为结构锁合，常用的有以下几种凸轮机构。 ⚫ 槽凸轮机构从动件端部嵌在凸轮的沟槽中保证从动件的运动，这种形锁合方式最简单，并且从动件的运动规律不受限制，缺点是增大了凸轮机构的尺寸及不能采用平底从动件。 ⚫ 带有交叉曲线槽的槽凸轮凸轮旋转两周，从动件完成—个运动循环。 ⚫ 等宽凸轮机构凸轮的宽度始终等于平底从动件框架的宽度，因此凸轮与平底可始终保持接触。 ⚫ 等径凸轮机构在任何位置时从动件两滚子中心到凸轮转动中心的距离之和等于一个定值。 ⚫ 主回凸轮机构它是用两个固定在一起的盘状凸轮来控制—个从动件，这两个凸轮一个称主凸轮，它控制从动件的工作行程，另—个凸轮称回凸轮，它控制从动件的回程。下面我们再采看看空间凸轮机构，它的凸轮和从动件的运动平面不是互相平行的，所以总称为空间凸轮机构。 —般根据它们的外型分别给予命名，从左向右是球面凸轮、双曲面凸轮、圆锥体凸轮和圆柱凸轮，它们有一个共同的特点是：当推杆取移动从动件时，移动从动件沿凸轮