机械原理实验指导书

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1、第三篇 机械原理实验指导书实验一 典型机构认知及机构运动简图测绘1.1 典型机构认知1.1.1 实验目的1）通过参观各种机器、机构实物和教具模型，初步了解本课程所要研究与学 习的基本内容，增强学生对各种常用机构（如连杆、凸轮、齿轮、槽轮和棘轮等机 构）的感性认识。2）深入理解构件、运动副、自由度等基本概念，正确掌握机器与机构之间的 区别；培养学生具有区分机构中的构件、运动副和绘制机构运动简图的能力。1.1.2 实验内容1）倾听录音机简单介绍机械原理课程的基本内容。2）观看各种常用机构，各种典型组合机构和机器的展示，听其介绍机械的组成、 作用和特点。1.1.3 实验步骤1）认真观察各种机构，以及

2、机构中的构件是采用何种运动副进行连接的。2）初步了解各种机构的组成、特点及功用等。1.1.4 思考题1）机构分为几类，各有何特点？ 2）实现直线运动的机构有几种，试举例说明。3）运动副分为哪几类？1.2 机构运动简图测绘1.2.1 实验目的1） 掌握机构运动简图的定义，做到会根据各种机构实物或模型，按照规定的 机构运动简图常用符号能绘制出机构运动简图。并要求能够看懂机构简图。2） 掌握机构自由度的计算方法，根据机构的自由度会分析并验证机器或机构 是否能动，是否具有确定的运动。1.2.2 实验内容1）将机构运动起来，观察其各构件的运动及联接情况，选择机构中多数构件 的运动平面为投影面，并选择适当

3、的比例尺，定出各运动副之间的相对位置，并以 简单的线条和各种运动副符号将机构运动简图画出来。机构运动简图常用符号见表 1.1。2）计算机构自由度，并指出机构具有确定运动的条件。1.2.3 实验步骤1）了解被测绘机构的名称和用途。2）启动机器，仔细观察并正确判定机架、主动件和从动件；从主动件开始，按照 运动传递顺序，正确判定各相邻构件之间的相对运动关系，进而确定出运动副的类 型和数目。3）量取各构件的实际尺寸。4）恰当地选择投影面（一般选择机构的多数构件的运动平面为投影面）和适当的 比例尺，定出各运动副之间的相对位置，并以简单的线条和各种运动副符号从原动 件开始，按照运动传递顺序，依次画出各构件

4、和运动副，最终将机构运动简图画出 来。5）计算机构自由度，判定机构运动是否确定。表 1.1 机构运动简图常用符号类别名称符号构件的连 接轴、杆、连杆等构件机架1 入z1/卩“1组成部分的永久连接A 亡杆与固定支点的连接活销连接齿轮传动圆柱齿轮-J qn 圆锥齿轮ATg蜗轮与圆柱蜗杆X 齿条传动一般符号链传动一般符号带传动联轴器一般符号联轴器弹性联轴器凸轮从动件为顶尖凸轮机构凸轮从动件为曲面槽轮机构棘轮机构弹簧原动机凸轮从动件为滚子凸轮从动件为平底圆柱凸轮外啮合外啮合压缩弹簧拉伸弹簧装在支架上的电机外啮合不完全齿轮机构1.2.4 思考题1）机构自由度如何计算，机构具有确定运动的条件是什么？2）绘

5、制机构运动简图与绘制工程图有何区别？3）一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？1.2.5实验报告格式机械原理机构简图测绘实验报告班级姓名学号实验日期教师签字成绩序号机构名称机构简图机构自由度计算原动件数运动是否确定12345实验二 渐开线齿廓的范成原理2.1 实验目的1）掌握用范成法切制齿轮齿廓的原理。2）了解渐开线齿廓的根切现象及防止方法。3）分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。2.2 实验原理范成法亦称包络法或展成法，是目前齿轮加工中最常用的一种方法。它是利用 一对齿轮啮合传动时，两轮的齿廓曲线互为包络的原理来加工齿廓的。用范成法加 工齿轮齿廓时，常用的刀具有齿轮型刀具（如齿轮插刀）

6、和齿条型刀具（如齿条插 刀和齿轮滚刀）两大类。用渐开线齿轮插刀加工时，齿轮插刀如同一个有刀刃的外 齿轮去切削齿坯，齿轮插刀一方面与齿坯对滚，另一方面沿齿坯的齿宽方向作往复 的切削运动，当切削运动结束后，刀具的渐开线齿廓就在齿坯上包络出与刀具渐开 线齿廓共轭的渐开线齿廓来。用齿条插刀加工齿轮时，刀具与齿坯的范成运动相当 于齿轮与齿条的啮合传动，其加工原理与齿轮插刀加工齿轮原理相同。本实验是模拟齿条插刀加工齿轮的原理来加工齿轮的。实验中采用齿轮范成仪 来描绘标准、正变位、负变位渐开线齿轮齿廓的加工过程，并通过对三种渐开线齿 廓的分析比较，了解渐开线齿廓的根切现象及防止方法，进而了解标准齿轮和变位

7、齿轮的异同点。图 2.1 齿轮范成仪齿轮范成仪的结构如图2.1所示。主要由机架1、描绘齿条2 及圆盘3 共三个基本构件组成。圆盘背后有一个与其同心刚性固结的齿轮为传动齿轮（ m=2，Z=100）,描绘齿条背后有一个与其刚性固结的齿条为传动齿条，它与传动齿轮相 啮合。传动齿条和描绘齿条一起移动时，就带动传动齿轮及圆盘转动，描绘齿条 相对于圆盘运动的各个位置在圆盘上的轨迹，就包络出齿坯的齿廓（圆盘相当于 齿坯，描绘齿条相当于刀具）。用笔所画的每一个齿条位置线则代表刀痕，即相当 于刀具切削一次齿坯。描绘齿条与圆盘中心的安装距离是可调的，当描绘齿条的中线与齿坯的分度 圆相切安装时，所绘出的齿轮是标准齿

8、轮；若描绘齿条的中线与齿坯的分度圆远 离时，切出来的齿轮位是正变位齿轮；若描绘齿条的中线与齿坯的分度圆相割时， 切出来的齿轮是负变位齿轮。2.3 实验步骤1）按已知的模数（描绘齿条上的模数m=20mm）,分度圆直径（圆盘上要绘制 出齿轮的分度圆直径d=200mm）,计算出齿轮齿数Z。再按照刀具的标准参数计算 出齿轮的齿顶圆、齿根圆、基圆半径。将齿顶圆、分度圆、齿根圆、基圆分别画在 一张绘图纸上，将纸剪成圆形，其直径稍大于齿顶圆，圆孔中心剪个直径为 40mm 的孔。这个带孔的圆纸相当于被加工齿轮的毛坯。2）将纸压在圆盘上，校正刀具与轮坯的位置，推动齿条使圆盘转动，观察纸上 的圆与圆盘3是否同心，

9、不同心时应进行调整使其同心。3）绘制齿廓，将齿条移到范成仪的一边，每向相反移动5mm就用铅笔描绘齿 条的齿形边缘，在圆纸上画出齿条齿廓形状，如此重复多次（约 15 次）即可画出 23 个齿廓的范成线。4）将圆纸在圆盘上转动一个角度（约120）重新压紧，调整描绘齿条（向远离 齿坯中心方向移动10mm或向靠近齿坯中心方向移动10mm）到切削变位齿轮的位 置，重复绘制齿廓（绘出正变位和负变位的齿廓）。5）分析所画出的齿廓，注意根切等现象。根据实验报告要求比较标准齿轮和正 变位、负变位齿轮的齿廓特点及参数变化情况。2.4 思考题1）范成仪是如何保证轮坯与刀具的范成运动的？2）范成法加工与仿形法加工各有

10、何特点？3）根切将影响齿轮的那些性能？如何防止根切？4）被加工出齿轮的基本参数如何确定？2.5 实验报告格式机械原理渐开线齿廓的范成原理实验报告班级姓名学号实验日期教师签字成绩齿条形刀具基本参 数m=a 二h *=ac*=被加工齿轮的基本参数m=Z=项目标准齿轮止变为齿轮负变为齿轮分度圆半径齿根圆半径基圆半径周节压力角分度圆齿厚变位系数将实验所画的齿廓 每种剪一个包络齿 形贴在对应列上实验三 机械平衡3.1 实验目的1) 掌握刚性回转构件动平衡的试验原理与RYQ30动平衡机操作方法。2) 掌握平衡精度的计算和许用不平衡量的确定，巩固所学的理论知识。3.2 实验原理动平衡试验要在专用的动平衡机上

11、进行，生产中使用的动平衡机种类很多， 虽然其构造和工作原理不尽相同，但其作用都是用来确定需加于两个平衡基准面中 的平衡质量的大小和方位。目前使用较多的动平衡机是根据振动原理设计的，它利 用测振传感器将转子转动时产生的惯性力所引起的振动信号变为电信号，然后通过 解算求出被测转子的不平衡质量的质径积的大小和方位。RYQ30 平衡机是一种带微机系统的动平衡机，工作原理示意图如图 3.1 所示。 动平衡机按工作原理可分为机械部分、振动信号预处理电路和微机三部分。试验转 子放在两弹性支撑上（两弹性支撑之间的距离为L, L=a+b+c）,由主轴箱端部的小 发电机驱动，发电机与转子通过联轴器连接。试验时，转

12、子上的偏心重量所产生的 弹性力使弹性支撑产生振动，而此机械振动通过弹性支撑传给传感器。该平衡机以 主轴箱端部的小发电机信号作为转速信号和相位基准信号。由发电机拾取的信号经 处理后成为方波或脉冲信号，利用方波的上升或正脉冲通过计算机的PIO 口触发中 断，使计算机开始和终止计数，以此达到测量转子旋转周期的目的。由传感器拾取 的振动信号，通过信号预处理电路滤波、放大，并把振动信号调整到A/D卡所要求 的输入量的范围内，最后通过A/D转换器即可输入计算机，进行数据采集和解算， 最后由计算机给出两个平衡平面上需加平衡质量的大小和相位，而这些工作是由软 件来完成的。3.3 RYQ30动平衡机工作原理RY

13、Q30动平衡机结构如图3.2所示，该机主要结构由底座、左右摆架、电机 皮带传动、电器拖动、传感器、光电头等部分组成的工作机；由显示器、工业控制 机、键盘、仪器控制柜等组成的控制系统。1调速器，2电源开关（红色），3停机按钮（红色），4启动按钮（绿色）RYQ30 动平衡机是通过测振传感器将刚性转子转动时产生的惯性力所引起 的振动信号变为电信号，然后通过解算求出被测转子的不平衡质径积的大小和相位 工作时，将被测试件放在左右支承装有振动传感器的摆架上，在试件的上方装有光 电传感器。开动电机使试件旋转，试件上不平衡的质量产生离心力激励左右振动传 感器，将振动信号转换成电信号输入到电测系统，光电传感器为

14、系统提供一个相位 基准信号，通过数据采集器输入到计算机。通过解算后由计算机给出两个平衡平面 上需加的平衡质量的大小和相位。系统软硬件分工如下： 硬件完成振动信号的处理任务，使系统具备良好的实时性；软件完成运算、控 制和其它扩展功能的实现。信号预处理采用了多阶积分电路，用来抑制噪音，改善信噪比。程控放大器在 计算机的控制下根据不平衡信号电平改变增益。窄带跟踪式滤波器完成被测信号的信噪分离。A/D 转换器将经过滤波的信号（不平衡信号）进行采样、量化，输入计算机， 它还完成对其它信号（如系统自检、转速信号）的采集。图3.2 为整个电路部分的 原理图。振动传感器数据采集器程控放大前置滤波图 3.2 RYQ 30 动平衡机电路原理图1193.4 实验参数1) RYQ30 动平衡机主要技术参数可平衡试件质量范围：1 30kg ；可平衡试件长度范围：100 1000mm ； 可平衡试件最大直径：500 mm ；最小可达剩余不平衡量：W0.3g mm/ kg。2) 被测试件的参数质量(kg)工作转速(rpm)直径(mm)长度(mm)平衡精度(mm/s)