机械原理实验指导指南用于实验报告.docx
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机械原理实验指导指南用于实验报告
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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
2007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。
山东理工大学
机械基础实验中心
二OO七年一月
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。
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，补鞋机等。
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μL（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
序号
机构名称
机构运动简图
自由度计算
1
μ=（m/mm）
2
μ=（m/mm）
序号
机构名称
机构运动简图
自由度计算
3
μ=（m/mm）
4
μ=（m/mm）
二、实验结果分析
1.曲柄存在条件的验证：
（应用实测数据的踏板机构验证）
2.各机构有哪几部分组成（其中从动件部分用杆组分析）：
（1）
（2）
（3）
（4）
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
实验三机构运动参数测定
实验指导书
一、实验目的
1．利用计算机对平面机构结构参数进行优化设计，并且实现对该机构的运动进行仿真和测试分析，从而了解机构结构参数对运动情况的影响；
2．利用计算机对实际平面机构进行动态参数采集和处理，做出实测的机构动态运动和动力参数曲线，并与相应的仿真曲线进行对照，从而实现理论与实际的紧密结合；
3．利用计算机对机构进行平衡设置和调节，观察其运动不均匀状况和振动情况，进一步掌握平衡的意义和方法；
4．通过对平面机构中某一构件的运动、动力情况分析测定及整个机构运动波动及振动情况的测定分析，锻炼对于一般机械运动问题进行综合分析的能力。
二、实验设备和仪器
本实验所用仪器为：
ZNH-A/1曲柄导杆滑块机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台，ZNH-A/2曲柄摇杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台，ZNH-A/3凸轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台，ZNH-A/4槽轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台。
1．ZNH-A/1曲柄导杆滑块机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台
该实验台的测试机构一种形式为曲柄导杆滑块机构（如图3-1所示）；还可拆装成另一种形式为曲柄滑块机构（如图3-2所示）。
图3-1曲柄导杆滑块机构实验台图3-2曲柄滑块机构实验台
2．ZNH-A/2曲柄摇杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台
该实验台的测试机构如图3-3所示。
图3-3曲柄摇杆机构实验台
3．ZNH-A/3凸轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台
该实验台的测试机构一种形式为盘形凸轮机构（如图3-4所示），并配有四个不同运动规律的测试凸轮；另一种形式为圆柱凸轮机构（如图3-5所示）。
图3-4盘形凸轮机构实验台图3-5圆柱凸轮机构实验台
4．ZNH-A/4槽轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台
该实验台的测试机构一种形式为四槽槽轮机构（如图3-6所示）；另一种形式为八槽槽轮机构（如图3-7所示）。
图3-6盘形凸轮机构实验台图3-7圆柱凸轮机构实验台
三、测试原理图
图3-8测试原理图
四、实验内容
（一）曲柄滑块机构实验内容
1.曲柄滑块机构设计：
是通过计算机进行的辅助设计，包括按行程速比系数设计和连杆运动轨迹设计的两种方法。
2.曲柄运动仿真和实测：
能过数模计算得出曲柄的真实运动规律，作出曲柄角速度线图和角加速度线图，进行速度波动调节计算。
3.滑块运动仿真和实测：
通过数模计算得出滑块的真实运动规律，作出滑块相对曲柄转角的速度线图，加速度线图。
4.机架振动仿真和实测：
通过数模计算，先得出机构的质心（即激振源）的位移，并作出激振源在设定方向上的速度线图，激振力线图（即不平衡惯性力），并指出需加平衡质量。
（二）曲柄摇杆机构实验内容
1.曲柄运动仿真和实测：
通过数模计算得出曲柄的真实运动规律，作出曲柄角速度线图和角加速度线图。
2.滑块运动仿真和实测：
通过数模计算得出滑块的真实运动规律，作出滑块相对曲柄转角和速度线图，加速度线图。
3.机架振动仿真和实测：
通过模数计算，先得出机构的质心（即激振源）的位移及速度，并作出激振源在设定方向上的速度线图，激振力线图（即不平衡惯性力）。
（三）凸轮机构实验内容
1.凸轮运动仿真和实测：
能过数模计算得出凸轮的真实运动规律，作出凸轮角速度线图和角加速度线图，并进行速度波动调节计算。
2.推杆运动仿真和实测：
通过数模计算得出推杆的真实运动规律，作出推杆相对凸轮转角和速度线图，加速度线图。
（四）槽轮机构实验内容
1.槽轮机构设计：
根据工作要求，选择适合的槽轮机构原始参数，通过计算机进行的辅助设计。
2.拨盘运动仿真和实测：
能过数模计算得出拨盘的真实运动规律，作出拨盘角速度线图和角加速度线图。
3.槽轮运动仿真和实测：
通过数模计算得出槽轮的真实运动规律，作出槽轮相对拨盘转角的角速度线图，角加速度线图。
五、实验方法和步骤
l．打开计算机，运行有关实验测试分析及运动分析软件，详细阅读软件中有关操作说明。
2．启动有关实验设备，调定电动机运转速度。
3．等实验设备运行稳定后，由实验测试分析及运动分析软件的主界面选定具体实验项目，进入该实验界面。
4．先点击实验界面中“实测”键，计算机自动进行数据采集及分析，并作出相应的动态参数的实测曲线。
5．然后，点击该界面中的“仿真”键，计算机对该机构进行运动仿真，并作出动态参数的理论曲线。
6．打印理论曲线和实测曲线及有关参数。
7．如果要做其它项目的实验，点击“返回”键，返回主界面，选定实验项目。
以下步骤同前。
8．分析比较理论曲线和实测曲线，并编写实验报告。
六、实验操作注意事项
初次使用时，需仔细参阅本产品的说明书，特别是注意事项：
1．拆下有机玻璃保护罩用清洁抹布将实验台，特别是机构各运动构件清理干净，加少量N68～48机油至各运动构件滑动轴承处。
2．面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低）。
3．检查各运动构件的运动状况，各螺母紧固件应无松动，各运动构件应无卡死现象。
4．一切正常后，方可开始运行按实验指导书的要求操作。
七、思考讨论题
原动件的真实运动规律为什么不是匀速运动？
机构运动参数测定
实验报告
一、绘出测试机构草图。
二、画出运动的仿真曲线和实测曲线。
机构名称：
构件名称：
1．仿真曲线
9
8
7
6
5
4
3
2
1
60
45
30
15
0
-15
-30
-45
-60
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
2．实测曲线
9
8
7
6
5
4
3
2
1
60
45
30
15
0
-15
-30
-45
-60
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
三、思考讨论题
比较构件的运动仿真和实测曲线，分析原动件的真实运动规律为什么不是匀速运动？
成绩
实验四平面机构创新设计
实验指导书
一、实验目的
1．培养学生对机械系统运动方案的整体认识，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力；
2．通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面更深入的理解；
3．加深学生对机构组成原理的认识，进一步掌握机构运动方案构型的各种创新设计方法。
二、实验设备和工具
创新组合模型一套，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、起子）。
构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、圆锥齿轮、蜗轮蜗杆、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等，运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。
三、实验原理
根据平面机构的组成原理，平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。
机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。
所拼接的机构必须满足以上两个条件。
四、实验前的准备工作
1.要求预习本实验，初步了解机构创新模型各零部件的功能；
2.选择要拼接的机构运动方案，或自行设计一运动方案，初步确定拼接方案。
五、注意事项
以手动方式输入运动，确认机构拼接无误后，经指导教师许可后再用电机驱动。
无人在场时请关闭电源。
六、实验内容
根据平面机构的组成原理，由学生自行设计机构，并按照机构具有确定运动的条件，检验所设计的机构能否具有确定的运动，然后再根据所设计的机构进行拼接。
拼接完成后，检验所设计的机构是否能够完成预期的运动。
七、实验步骤
1.根据所组装的机构，选择所需运动副、构件、动力源，及所需工具。
2.根据设计方案，用相应的运动副依次联结各个构件。
应确保所联结的各个构件在互相平行的平面内运动。
3.选定原动件，根据机构具有确定运动的条件，验证所拼接的机构是否能够运动。
4.在原动件上接入动力源。
在机构运动之前，以手动方式输入运动，确认机构拼接无误后，经指导教师许可后再用电机驱动。
无人在场时请关闭电源。
八、思考题
1．设计机构方案时，需考虑哪些方面的问题？
2．在拼接机构时，为何需确保各个构件在互相平行的平面内？
平面机构创新设计
实验报告
一、画出所拼机构的运动方案简图，并简要说明其结构特点和工作原理及应用场合；
二、思考讨论题
1.设计机构方案时，需考虑哪些方面的问题？
2.在拼接机构时，为何需确保各个构件在互相平行的平面内？
成绩
实验五平面机构创新设计及性能分析测试分析
实验指导书
一、实验目的
1．加深学生对平面机构的组成原理及运动特点的了解；
2．培养学生的机构综合设计能力，创新能力和实践动手能力；
3．使学生了解组装的机构的运动特性，提高机构运动分析能力；
4．掌握机构运动特性测试方法。
二、实验设备及工具
1．ZNH-B平面机构创意组合分析测试实验台及附件；
2．组装、拆卸工具：
十字起子、呆搬手、内六角搬手、钢板尺、卷尺等。
三、实验原理、方法与步骤
1．实验原理
根据平面机构的组成原理：
任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过实验规定的机构类型，选定实验的机构，并拼装该机构；在机构适当位置装上测试元器件，测出构件的每时每刻的线位移或角位移，通过对时间求导，得到该构件相应的速度和加速度，完成参数测试。
2．实验方法与步骤：
（1）选定平面机构运动方案，形成拼接实验内容；
（2）正确拼接平面机构，将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上；
（3）正确安装测试元器件；
（4）完成实验测试内容；
（5）打印实验曲线。
四、实验内容
1．学生自主设计机构；
2．根据设计的机构，动手进行组装；
3．在适当位置装置测试元器件，准备进行相关参数的测试与分析。
五、思考讨论题
分析哪些因素影响机构的运转。
平面机构创新设计及性能测试分析
实验报告
一、设计机构，分析机构的特点。
二、思考讨论题
根据实验结果，分析哪些因素影响机构的运转（位移、速度、加速度）。
成绩
实验六齿轮范成原理
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
升级会员 