机械原理实验指导书编者：常宗瑜中国海洋大学工程学院机电工程实验中心学生实验守则一、实验前要认真预习，明确实验内容、原理、目的、步骤和注意事项；课外实验研究项目，实验前应拟定实验方案，并经实验室管理人员审查同意方可实施；二、学生在教师的指导下自主进行实验，要严格遵守仪器设备操作规程，节约使用实验材料和水、电、气，如实记录实验现象、数据和结果，认真分析，独立完成实验报告；三、爱护仪器设备及其他设施、物品，不得擅自动用与实验无关的仪器设备和物品；不准擅自将实验室的物品带出室外；损坏或遗失仪器设备及其他设施、物品，应按学校有关规定进行赔偿；四、实验完毕后，要及时关闭电源、水源、气源，清理卫生，将仪器设备和实验物品复位，经指导老师检查合格后方可离开；五、注意安全，熟悉安全设施和事故处理措施，实验过程中发现异常情况要及时报告；发生危险时，应立即关闭电源、水源、气源，并迅速撤离；规范处理实验废液、废气和固体废弃物；六、遵守纪律，必须按规定或预约时间参加实验，不得迟到、早退、旷课；保持实验室安静，不准大声喧哗、嬉闹，不准从事与实验无关的活动；保持实验室清洁，不准吸烟，不准随地吐痰、乱扔杂物。

目录实验一、机构认知和机构运动简图测绘实验 (1)实验二、渐开线齿轮范成实验 (3)实验三、渐开线齿轮的参数测量实验 (6)实验四、刚性转子动平衡实验 (10)实验五、机构运动参数的测试和分析实验 (16)实验六机构创新设计 (17)实验一、机构认知和机构运动简图测绘实验一、实验目的1. 观察认识典型机构类型及应用，了解其运动特点。

2. 掌握依据实物绘制出机构运动简图的方法，建立运动简图。

3. 巩固机构自由度的计算方法，掌握机构的结构分析方法。

4. 进一步培养抽象思维的能力，即通过查看抽象图形（运动简图）想象出实物机器的运动关系的能力。

二、实验内容1. 通过机构陈列展示柜认识常见的机构。

2. 了解缝纫机的工作原理和机构运行方式。

3. 绘制简图。

并进行自由度计算和杆组分析。

图1 引线机构图2摆梭机构三、实验仪器1. 创新机构陈列柜2. 缝纫机机头3. 尺、纸、笔等四、实验步骤1. 参观创新机构陈列柜，分析机构类型和工作特点，并绘机构示意图。

2. 了解仔细了解缝纫机机头中典型机构（引线机构、摆梭机构等）的工作原理，找出原动件、执行构件，确定构件总数和各运动副类型。

3. 实际测量或目测机构中各构件的尺寸，绘制机构运动简图。

4. 计算机构的自由度数目，并进行杆组分析。

五、实验报告要求机构认知和机构运动简图测绘实验报告学院专业班姓名成绩实验名称指导老师年月日一、实验目的二、实验设备三、绘出机构运动简图，指出机构的类型，计算自由度并进行结构分析。

1.引线机构简图2. 摆梭机构简图3. 其他机构四、思考题1.举例说明原动件选不同构件对画机构运动简图有何影响？2.为什么要机构计算自由度？3.机构进行结构分析的意义？4.一个正确的机构运动简图应能说明哪些内容？机构运动简图和机构示意图的区别。

实验二、渐开线齿轮范成实验一、实验目的1. 掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；2. 了解根切产生的原因及避免的方法；3. 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点，了解什么是变位齿轮。

二、实验内容1. 用范成仪描绘出标准齿轮轮廓，观察渐开线齿廓的形成过程。

2. 绘出根切齿轮轮廓，观察渐开线齿轮产生根切的现象。

3. 通过改变中心距绘出变位齿轮齿轮轮廓，比较标准齿轮和变位齿轮的齿形、参数尺寸等。

三、实验仪器1. 齿轮范成仪2. 尺、绘图纸、铅笔图3齿轮范成仪结构示意图四、实验步骤1. 根据已知刀具的参数和被加工齿轮齿数,选择正变位,负变位系数。

计算被加工齿轮的分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆半径,最小变位系数等。

再根据此数据在轮坯纸盘上画出相应各圆。

2. 将轮坯纸外圆及安装孔圆剪出,得到一个待加工的轮坯。

3. 把轮坯纸盘安装到范成仪的托盘上,注意对准中心。

4. “切制”标准齿轮。

调节刀具位置,调节零点,使刀具中线与轮坯分度圆相切。

此时,刀具齿顶恰与轮坯根圆相切。

5. 开始“切制”齿廓,先将刀具移向一极端位置,并使轮坯的三等分线移到相应的起点位置。

然后每当刀具向另一端移动2～3mm距离时,轮坯就转过△Φ角,此时用铅笔描下齿条刀刃在轮坯纸盘上的位置。

依次重复,直到在120°扇形区内形成2～3个完整的齿形为止。

6. 观察齿廓曲线包络过程,刀具的齿顶线是否超过啮合线的极限点N,轮齿根部何处出现根切现象,并将其标明。

7. “切制”正变位齿轮。

调节刀具位置,将齿条刀具向远离轮坯中心的方向移动一段距离 xm(mm),注意使刀具齿顶线与正变位齿轮的齿根圆相切。

再用同样的方法绘制出2～3个正变位齿轮的完整齿形。

8. “切制”负变位齿轮。

注意将齿条刀具向轮坯中心移动 xm(mm)以实现负变位。

9. 取出轮坯,仔细观察分析三种齿形的异同点图4 齿轮范成效果图五、实验报告渐开线齿轮范成实验报告学院专业班姓名成绩实验名称指导老师年月日一、实验目的二、实验设备三．实验结果(一)基本数据1.齿条刀具参数: 模数 m=压力角α=齿顶高系数 h*a=顶隙系数 C* =2.被切齿轮参数: 齿数 Z=正变位系数 x=负变位系数 x=3.计算最小变位系数:xmin = h*a(Zmin-Z)/ Zmin=1.你所观察到的根切现象发生在何处?用圆圈标出。

加工标准齿轮时的根切现象是由什么原因产生的? 如何避免?2.正变位齿轮的分度圆齿厚增加了,其齿顶圆的齿厚是否也加大了? 为什么?实验三、渐开线齿轮的参数测量实验一、实验目的1. 掌握渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测量方法。

2. 加深巩固齿轮参数之间的相互关系和渐开线性质的知识。

二、实验内容利用游标卡尺测量齿轮的公法线长度Wk及Wk+1 ,齿轮的顶圆直径da,根圆直径df,根据这些数据并运用一些基本公式去推求齿轮的基本参数(m、z、α、h*a、C*、x、Δy)。

图5 用游标卡尺测量齿轮的公法线长度三、实验仪器1. 被测渐开线直齿轮圆柱齿轮两种2. 游标卡尺、直尺等四、实验步骤1.测量公法线长度W k及W k+1求出m、α。

如图5所示: 游标卡尺的两个卡脚与渐开线齿廓部分相切,两切点之间的长度即为公法线长度。

首先跨过k个齿测出W k,然后再跨过k+1个齿测出W k+1,根据渐开线上任意一点的法线必与基圆相切的基本性质可知,公法线长度W k应等于对应基圆上的弧长ab。

显而易见:W k =(k-1)P b + S bW k+1 = kP b + S b故基节P b = W k+1 - W k又∵ P b = mcosα∴ m = (W k+1- W k)/πcosα分别设式(1)中的α为20°和15°,求出模数m,由标准模数表确定m 的值及相应的α。

为保证卡尺的两个卡脚与齿廓的渐开线部分相切,跨测齿数k 可由表查取。

2.求变位系数x图6正变位齿轮和标准齿轮的公法线 图7齿轮轮齿的参数由6可以看出,刀具远离轮坯的回转中心时,所加工出来的变位齿轮的公法线长度W k 比标准齿轮的公法线长度W k ′增大了ΔW ,若刀具的移距量为xm,由Δa ’ab 中可得:ΔW =2ab=2xmsin α故W k-W k ′=2xmsin α x=( W k-W k ′)/2msin α 公法线长度的计算推证如下: 由图3-3可知,基圆齿厚S b 为:S b = r b (β+2θ)= r b ((m π/2+2xmtg α)/r+2inv α) = m((π/2)cos α+2xsin α+zcos αinv α) 又 ∵ P b = m πcos α ∴W k = (k-1)P b + S b=〔(k-0.5)π+2xtg α+zinv α〕mcos α (2) 当 x=0时,即为标准齿轮的公法线长度:W k ′=〔(k-0.5)π+zinv α〕mcos α (3)(2)式-(3)式得: W k -W k ′=2xmsin α∴x=( W k -W k ′)/2msin α (4)当α=20°时:W k ′=〔2.9521(k-0.5)+0.014Z 〕m (5)标准齿轮的公法线长度W k ′由(3)式或(5)式计算。

标准齿轮θθβS b S rbr图8 齿轮齿顶圆、齿根圆的测量3.测量齿根圆直径d f，齿顶圆直径d a，求出h*a、c*。

如图 3-4 所示，测得顶圆直径d a，根圆直径d f。

若被测齿轮的齿数为偶数时,可直接测得d a、d f。

若被测齿轮的齿数为奇数时,可间接测得d a、d f。

此时,d a =D+2H1d f =D+2H2由根圆公式可知:d f =m(z- 2h*a- c*+2x)对于模数制:正常齿: h*a =1 c*=0.25短齿: h*a =0.8 c*=0.3判断被测齿轮是正常齿还是短齿,将两组值分别代入根圆公式,最接近实测值的一组即为所求的h*a、c*。

4.求齿高变动系数Δy根据顶圆公式可知:d a = m(z+2h*a+2x-2Δy)∴△y = z/2 + h*a+ x - d a /2m五、实验报告齿轮参数测量实验报告学生姓名 班级 实验日期 指导教师 评语1.测量数据Wk = S b =α=2.确定m ，系数=m=*a h =*cm X ⋅Ｎo.代号 验算公式验算值 误差Z1 Z2 Z1 Z2 1 Z------2 ｄa ＇ da= m(Z+2ha*)3 ｄf ＇ df= m(Z-2ha*-2c*)4 Wk ＇ Wk= mWk*(按要求,查直齿轮公法线长度表)5ａ＇ a= (m/2) (Z1＋Z2)确定参数:α= , m= , ha*= ,c*= , x1= , x2=实验四、刚性转子动平衡实验一、实验目的1． 掌握刚性转子动平衡的实验方法及使用的设备仪器； 2． 巩固动不平衡和动平衡的概念。

二、实验内容1. 利用柔性动平衡机和智能动平衡试验机进行刚性转子的动平衡实验。

三、实验仪器1． JPH-A 动平衡机; JPH-B 智能动平衡机 2． 转子及平衡块 3． 百分表（a ）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3 2 1（1）（2）4 56789 10 1 23N 1 N 38、弹簧9、电机10、皮带(b)图9 JHA-动平衡实验台的外观(a)和结构简图(b)四、实验步骤A. JPH-A动平衡实验1、将平衡试件装到摆架的滚轮上，把试件右端的联轴器盘与差速器轴端的联轴器盘，用弹性柱销柔性联成一体。

装上传动皮带。

2、松开摆架最右端的两对锁紧螺母,用手转动试件和摇动蜗杆上的手柄，检查动平衡机各部分转动是否正常。

调节摆架上面的安放在支承杆上的百分表，使之与摆架有一定的接触，并随时注意振幅大小。