机械原理实验报告指导指南Word下载.docx
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原动件2在图示情况与机架1的水平位置夹角用φ表示。
（a）（b）
图1-1偏心轮机构
3.画出组成运动副的构件符号
对于具有两个转动副的构件，不论其实际形状如何，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，不论其截面形状如何，总是用滑块表示，例如滑块4代表构件4，通过滑块上转动副C的中心画出与X轴重合的滑块运动方位线，代表构件4对构件1相对移动的方向线。
机架打斜线表示，以便与活动构件区别，如构件1。
原动件（起始构件）上示以箭头，以便与从动件区别，如构件2。
图1—1（b）即为（a）图所示机构的运动简图。
4.测量构件尺寸并按比例绘制机构简图
测量AB杆和BC杆的长度以及滑块4移动方向线X轴至转动副A的
距离，（图示为对心曲柄滑块机构，距离为零）选择适当的长度比例尺μl（m/mm），按比例画出机构运动简图。
有时，只需了解机构运动特征而不需进行定量分析时，可不按比例绘制简图，只需大致按相对位置关系绘出即可。
5.计算机构自由度Ｗ
自由度公式 Ｗ＝3n-2PL-Ph
式中：
n—活动构件数；
PL—转动副和移动副数（低副数）；
Ph—高副数
在此机构中，n=3（构件2、3和4为活动构件），PL=4（转动副A、B和C以及移动副D），故Ｗ＝3n-2PL-Ph=3×
3-2×
4-0=1（Ph=0）
核对计算结果是否正确:
根据计算所得Ｗ=1，给予机构一个原动件（手柄所带动的构件），当手柄转动给机构输入一个运动，可观察到机构各构件的运动均是确定的，故计算结果符合实际情况。
五、实验内容及实验报告要求
选择四至六种机构模型或机器为对象，根据上述原理进行机构简图测绘。
如1、偏心摇杆泵机构；
2、曲柄摇块泵机构；
3、双曲柄泵机构；
4、冲床机构；
5、剪床机构；
6、实验室中陈列的其它一些机械模型等。
（本实验有近３０种机械实物或机构模型）。
画出机构运动简图四至六个，可以画在草稿纸上。
在实验报告中，要求有两个机构（最好选择泵机构）的运动简图按比例尺画出，事先选好比例尺。
其它二至四种机构运动简图，可目测使简图与实物大致成比例。
机构运动简图画在《机械原理》实验报告一的表格里。
六、思考题
1.一个正确的“机构运动简图”应该能说明哪些内容？
2.绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选定？
会不会影响机构运动简图的正确性？
3.机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？
实验二渐开线齿轮范成原理
一.实验目的
（一）掌握范成法切制渐开线齿轮的原理。
（二）了解齿轮根切现象及如何用变位修正法来避免根切现象的发生。
（三）比较渐开线标准齿轮及变位齿轮的差别。
二.仪器及工具
（一）齿轮范成仪、螺丝刀、搬手、钢板尺。
（二）D=240mm厚图纸1张，自备铅笔、圆珠笔（两色）、圆规、
三角板、计算器等。
三.实验说明
齿轮范成仪的结构如图2-1所示。
圆盘5绕其固定轴心Ｏ旋转，其下部有齿轮（其分度圆直径d=180mm），当转动手柄1时，通过丝杠与螺母（未划出），带动齿条及固定其上的滑板2沿水平方向移动，通过与齿轮的啮合使圆盘5与滑板2联动，此时圆盘5在φ180处的圆周与滑板上的直线mm（代表机床节线）始终作纯滚动，并切于节点P。
齿条4（代表刀具），通过螺钉3与滑板固结，可一起移动，
其模数m=20mm、α＝20º
，
齿条中线上下的齿高均为1.25m，图2—1齿轮范成仪
齿顶的0.25m是圆弧，用以切出
被切齿轮的齿根过渡曲线。
转动手柄6，通过丝杠、螺母7，可使齿条相对圆盘中心O沿垂直方向相对移动。
如齿条中线与分度圆相切，则mm线与齿条中线重合，这样切出的便是标准齿轮。
如果改变齿条对轴心O的距离，其移动距离A=x•m可在标尺上读出，（有的范成仪上没有标尺），此时mm线与齿条中线分离，而mm线与齿轮的分度圆相切，这样切出的齿轮便称为变位齿轮（移距修正齿轮）。
进行实验时，在图纸上先画出齿顶圆、分度圆、基圆和根圆，然后把图纸夹紧在圆盘5上，并注意使两者的中心重合。
将滑板2移至右边（或左边）极限位置，用削尖的铅笔或圆珠笔沿齿条刀具的齿廓，在图纸上画出该轮廓在齿轮坯的上的投影线。
然后转动手柄1（两转）使滑板移动一个很小的距离，并带动圆盘连同图纸转过一个相应的小角度，再画出齿条刀具在此位置时的投影线，连续重复上述工作，绘出齿条刀具的齿廓，在各个位置的投影线，其包络线就是被切齿轮的齿廓。
四．实验步骤及实验报告要求
1、计算齿轮各参数
标准齿轮：
按基本参数m=20mm,α=20º
d=180mm,h*a=1,c*=0.25,计算齿数Z，齿顶圆直径da，齿根圆直径df，基圆直径db。
变位齿轮：
不产生根切的最小变位系数xmin，以及不考虑齿顶高降低系数σ时的齿顶圆直径da及齿根圆直径df。
2、绘制标准齿轮
在图纸上做中心线，绘出da、df、db、d各圆，为节省做实验的时间，可先只画一个分度圆d，其它圆da、df、db，正变位齿轮da¹
、df¹
课后再画。
然后将图纸夹紧在圆盘上，并注意同心，松开齿条固定螺钉，使齿条中线对准标尺零点，（即齿条中线与齿轮分度圆相切），固定螺钉。
用上述方法绘出两个完整轮齿齿形，如图2-2所示标准齿轮。
3、变位齿轮
松开夹紧图纸的螺钉，将图纸转过180º
后，再将图纸固定，松开齿条固紧螺钉，转动手柄6将齿条刀退后（远离中心O）一距离A=xmin·
m，xmin≥（Zmin-Z）/Zmin（取到小数点后一位）,然后按绘制标准齿轮的相同方法绘出两个完整的轮齿，见图2-2所示变位齿轮。
4、实验报告要求：
填写实验报告二表格；
在图纸上画出da、df、db、da¹
。
五.思考题
1.通过实验，你所观察到的根切现象发生在基圆之内还是基圆之外？
根切现象是由什么引起?
如何避免根切？
2.比较用同一尺条刀具加工出的标准齿轮和正变位齿轮的参数尺寸哪些有变化？
为什么？
3.如果是负变位齿轮形状和主要参数尺寸又发生哪些变化？
图2-2标准齿轮和正变位齿轮
实验三齿轮参数测定
齿轮在使用过程中难免会损坏，这时必须按照已损坏齿轮的原参数配制一个新齿轮。
在仿制新机器时，也经常遇到测绘齿轮的工作。
在设计工作中，有时也测绘同类型设备（或国外引进设备）的齿轮作为参考。
测绘齿轮的目的就是在没有或缺少技术资料的情况下，根据实物（往往是已经损坏了的实物）找出原设计的主要参数，并绘出工作图。
本实验主要掌握用普通量具测定渐开线齿轮各主要参数（m、α、h*a、c*、x、σ）的方法，并熟悉齿轮各部分尺寸、参数关系以及渐开线的几何性质。
二、实验仪器及用具
1.游标卡尺一把，奇数、偶数测量用齿轮。
2.自带铅笔、橡皮、草稿纸、计算器，渐开线函数表等。
三、实验原理及方法
1．模数m和压力角α的测定
我们使用普通量具只能测出齿轮的某些尺寸，因此要确定被测齿轮的各部分参数，必须通过一定的关系式来求解。
已知Pb=PcosαP=πm∴m=Pb/πcosα
上式中基圆周节Pb值可通过测量两次公法线长所得到，根据所测得Pb值确定m、α有以下二种方法：
方法一：
将压力角α=15º
、和α=20º
分别代入上式可得出二个m值，而m值亦为标准值，查标准模数表（表3-1）其中之一很接近标准模数者，即为该齿轮的m值（因制造及测量误差计算值与标准m值有较小偏差），显然算出标准m值所代用的α角即为该齿轮的分度圆压力角。
方法二：
查表3-3，表中所列Pb值必有一值与所测得的Pb值相接近（因制造和测量误差，故测得的Pb值与表中查得的Pb值有一较小偏差），查得该Pb值所对应的m、α值即为该齿轮的m、α。
2．变位系数x的确定
变位系数x可通过测量公法线长度的方法来确定。
已知：
inv20º
=0.014904
标准齿轮公法线长：
W（K）=m·
cosα[（K—0.5）π+Z·
invα]……
（1）
式中：
inv20º
变位齿轮公法线长：
W（K）x=W（K）+2·
x·
m·
sinα……
（2）
由式
（2）减式
（1），再经整理，则得：
x=（W（K）x-W（K））/（2m·
sinα）……（3）
式中：
W（K）x----实测齿轮的公法线长；
W（K）----标准齿轮公法线长。
当测出实际齿轮的公法线长W（K）x，同时计算出（或从手册中查出）未变位时的标准齿轮公法线长WK值，代入（3）式，即可求出变位系数x。
综上所述，要确定m、α及x，都必须先测出公法线长，并通过测量公法线长求出Pb值，公法线长及Pb值测量方法如下：
如图3-1所示，游标卡尺的一对卡脚之间的垂直距离，即为两齿廓间的公法线长。
当跨测二个齿时，其公法线长WK应为a点至c点的直线长ac，由渐开线的几何特性可知该直线始终切于基圆，并与基圆弧长a′c′相等，即：
ac=a′c′=Pb-Sb
当跨测K个齿和（K+1）个齿时，其公法线长分别为：
WK=（K-1）Pb+Sb……（4）
WK+1=KPb+Sb……（5）
因此，测得上述WK和WK+1值
后即可算出：
Pb=WK+1-WK
由Pb值用m、α的二种测定
方法即可确定出m、α。
由测得的W（K）x（W（K）x=WK）
代入变位系数计算公式即可确定
变位系数x。
跨测齿数K应为：
K=（αº
/180º
）Z+1/2
K应选取整数，亦可由表3-2查取。
图3—1公法线长度测量
表3-1标准摸数
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.25
1.5
1.75
4
9
20
42
2
10
22
45
2.25
4.5
11
24
50
2.5
5
12
26
（2.75）
5.5
13
28
3
6
14
30
（3.25）
6.5
15
33
7
16
36
（3.75）
8
18
39
表3-2测量公法线长度时的跨齿数
Z
12∽18
19∽27
28∽36
37∽45
46∽54
55∽63
64∽72
73∽87
K
表3-3Pb=πmcosα数值（mm）
模数
m
Pb=πmcosα
α=22.5
α=20
α=17.5
α=15
α=14.5
4.354
4.428
4.494
4.552
4.562
5.079
5.166
5.243
5.310
5.323
5.805
5.904
5.992
6.069
6.083
6.530
6.642
6.741
6.828
6.843
7.256
7.38
7.49
7.586
7.604
2.75
7.982
8.118
8.239
8.345
8.364
8.707
8.856
7.898
9.104
9.125
3.25
9.433
9.594
9.738
9.862
9.885
3.5
10.159
10.332
10.487
10.621
10.645
3.75
10.884
11.070
11.236
11.379
11.604
11.610
11.809
11.986
12.138
12.166
13.061
13.285
13.483
13.655
13.687
14.512
14.761
14.481
15.173
15.208
15.963
16.237
16.479
16.690
16.728
17.415
17.713
17.977
18.207
18.249
18.866
190189
19.475
19.724
19.770
20.317
20.665
20.973
21.242
21.291
23.22
23.617
23.169
24.276
24.332
3．ha*及c*的测定
可通过测量全齿高的方法测得。
已知：
h=（da-df）/2……
（1）
又h=m（2ha*+c*）……
（2）
由
（1）式可知，若测得齿顶圆da及齿根圆df即可知全齿高h。
取正常齿ha*=1，c*=0.25和短齿ha*=0.8，c*=0.3分别代入
（2）式，可得两个h值，将此计算的h值与实测的h值（da-df）/2相比较，接近实测h值者所选取的ha*、c*即为该齿轮的h*a、c*。
由上述可知要确定ha*、c*必须测出da、df值，对于偶数齿，如图3—2，可直接测出，对于奇数齿，可按图3—3，测出H1、H2、dK值，则可得：
da=dk+2H1df=dk+2H2
图3—2（偶数齿轮）图3—3（奇数齿轮）
四、实验步骤、实验报告要求
1．分别测出由实验室准备的二个齿轮的ＷkＷk+1dadf及Ｗk
Ｗk+1Ｈ1Ｈ2dk（奇数齿）值，要在不同位置分别测量三遍记录下来，计算时取平均值代入，要求保留二位小数。
可在草纸上记录实验数据。
2．实验报告要求
填写实验记录，写出其计算过程，并将二个齿轮计算结果填入表中。
详见《机械原理》实验报告三。
五、思考题
1.测量齿根圆直径df时，对齿数为偶数和奇数的齿轮，在测量方法上有什么不同？
2.测量齿轮公法线长度是根据渐开线的什么性质？
实验四平面机构创意组合测试分析实验
一、实验目的
1、深刻理解机构的组合原理，学会分析测试不同杆组搭接组成的各种机构。
2、掌握机构运动特性测试方法，提高机构运动分析能力。
3、培养学生的机构设计的创新意识、综合设计及动手能力。
二、实验仪器
ZNH-B型平面机构创意组合分析测试实验台
ZNH-B型平面机构创意组合分析测试调速器——用于手动调速。
ZNH-B型平面机构创意组合测试分析仪——显示仪器处于正常工作状态。
ZNH-B型平面机构创意组合分析测试系统软件
打印机——输出数据曲线
另外自备铅笔、橡皮、圆规、尺子、草稿纸等。
（一）、ZNH-B平面机构创意组合测试分析实验台基本配置
1、装拆平台：
实验台机架是由六根横梁及两块侧板组成，横梁之间间距可在侧板上调整。
（如图4-1）。
图4-1实验台机架图
2、动装置：
带传动和链传动。
3、柄：
一种采用较接形式，一种采用轴类支承座形式。
4、凸轮机构：
采用等速凸轮（可选配其它凸轮），配有尖顶和滚子两种顶尖。
5、槽轮机构：
采用外槽轮机构，槽轮槽数Z=4，主动销n=1。
6、棘轮机构：
采用齿式外啮合结构。
7、齿轮齿条机构：
采用整体机构，主动齿轮的摆角可调。
8、不完全齿轮机构：
传动采用整体式结构。
9、电动机、机架、级杆组、齿轮、各种传动副、移动副等等。
（二）、ZNH-B平面机构创意组合分析测试实验配件
1、齿轮：
摸数2，压力角20º
，齿数60、75、90三种，中心距组合为：
135mm、150mm、165mm；
2、齿条：
，齿条全长为307mm，该齿条可作为280mm连杆或作为滑块导轨；
3、槽轮：
4个槽轮；
4、拨盘：
单销拨盘；
5、凸轮：
一种凸轮基圆半径45mm，从动件行程35mm，升程为等速运动规律，回程为等加速运动规律。
另一种凸轮基圆半径为50mm，行程35mm，推程和回程均为简谐运动规律；
6、支承轴：
扁头结构形式，可构成回转副与移动副，为从动轴，4件；
7、转动轴：
两种；
10件；
8、滑块转轴：
2件；
9、连杆：
三种，6件；
等等。
（三）、ZNH-B平面机构创意组合测试分析仪
ZNH-B平面机构创意组合测试分析仪是采用微电脑技术设计的智能化、高精度电子仪器，能与各种量程的光栅式角位移传感器及电压式线位移传感器配套使用，通过测量各种机械机构的运动参数（比如，角位移，角速度，角加速度，线速度，线加速度等等）来了解机构运动原理和特征。
1、技术指标：
角位移测量：
直线位移测量：
配用传感器
光栅式角位移传感器（2路）
感应式直线位移传感器
精度
传感器精度
测量范围
99～9999脉冲/转
信号要求
高电平>
2.5V,低电平<
0.5V
0～5V输出
单位
弧度
mm
2、使用方法：
（1）、信号输入：
输入角度测量信号：
用仪器附带的高频电缆线将仪器的插座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与传感器的相应插座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ联接即可。
输入转速信号：
用仪器附带的高频电缆线将仪器的插座Ⅲ与直线位移传感器联接即可。
（2）、常数输入：
常数说明：
名称
说明
角位移1传感器脉冲数
见传感器铭牌
功能1
扩展功能参数
角位移2传感器脉冲数
功能2
量程上限值
见直线位移传感器铭牌
量程下限值
采样周期（ms）
一般选3000
节点号
254
实验选择
实验号选择
角位移1、2传感器脉冲数：
见传感器铭牌，仅适用于光栅式传感器。
功能1：
在“角位移1设置”菜单内,为仪器内部扩展功能参数,这里扩展了一个功能:
功能1设置为0时将关闭仪器的液晶显示（液晶显示会占用mcu运算时间,屏蔽显示会提高测量精度）,大于1时恢复显示。
注意!
仪器液晶显示的值仅作为机构和仪器正常运转的标志,如不需要,请把显示关闭。
功能2：
在“角位移2设置”菜单内,为仪器内部备用扩展功能参数,这里设置为0就可以了。
实验选择：
每种机构测量前确认实验机构编号,将编号置入此参数,机构编号请查询配套软件的“实验选择”界面。
采样周期：
单位ms，一般建议选用3000ms。
如果超过设定值，节点号001。
前面板键操作：
[SET]设置键：
用于进入主菜单和常数设置。
当仪器处于测量状态时，按下[SET]键，仪器进入主菜单界面。
通过[→]、[↓]、两个键选择相应的菜单项，再按[SET]键，仪器将执行相应的功能或者进入下一级菜单。
[→]键：
用于选择数字位，按下[→]键，可修改位向右移动一位，并反白该位以表示可以更改此位数值。
[↓]键：
用于菜单选择和编辑常数。
编辑常数时，为-1键，按下[↓]键，反白位将-1；
选择菜单时，菜单条下移。
[DIP]功能键：
当机械机构校零时可配合节点号参数使用（按下该键前确保节点号为254）。
平时可作刷新屏幕用（当仪器运行时外部电干扰可能会影响液晶的正常显示，出现花屏，此时可直接按此键进行刷新）。
[RUN]键：
在任何时候按下[RUN]键，仪器将进入循环测量显示状态。
[RST]键：
复位键，按下[RST]键仪器复位。
（3）、具体操作方法：
开机键→[SET]键：
按下[→]键进入角位移1设置：
脉冲1000，功能0060→[SET]键→[DIP]功能键：
脉冲1000，功能0060→[SET]键→[DIP]键：
按下[→]键进入直线位移设置：
上线值0160，下线值0000→[SET]键→
[DIP]键：
按下[→]键进入采样周期设置：
采样周期3000，节点号001→[SET]键→
按下[→]键进入实验设置：
实验项目号→[SET]键→[RUN]键。
3、仪表显示参数说明：
ZNH-B所有测量显示的参数均用符号表示。
转速：
角位移1传感器（主动轴）转速用符号n表示。
单位r/min（转/分钟）。
摆角：
角位移2传感器（从动轴）最大摆动角度用符号φ表示。
单位Rad（弧度）。
角摆动次数：
角位移2传感器（从动轴）来回摆动次数用符号S1表示。
行程：
直线位移传感器（从动件）最大行程用符号L表示。
单位mm（毫米）。
线摆动次数：
直线位移传感器（从动件）来回摆动次数用符号S2表示。
4、机械结构零点安装要点
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