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华北理工大学机械原理实验指导模板

实验一机械原理展示开放实验一、实验目的了解常见机构的类型、特点、用途、基本原理以及运动特性,对《机械原理》课程有一个全面的感性认识,培养对本课程的学习兴趣。

二、实验设备本实验设备为VCD视盘机控制的机构学示教板,它由10个机构陈列柜组成,主要展示常见的各类机构,介绍机构的型式和用途,演示机构的基本原理和运动特性。

机构学示教板三、实验内容1.序言,介绍了单缸汽油机、蒸汽机和家用缝纫机三种典型机器以及各种运动副。

2.平面连杆机构。

3.机构运动简图及平面连杆机构的应用。

4.凸轮机构。

盘形凸轮、移动凸轮、空间凸轮。

5.齿轮机构。

平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、相错轴齿轮传动。

6.渐开线齿轮的基本参数及渐开线、摆线的形成。

7.周转轮系。

8.间歇运动机构。

棘轮机构、槽轮机构、齿轮式间歇机构、连杆停歇机构。

9.组合机构。

串联组合、并联组合、叠合组合。

10.空间机构。

空间四杆机构、空间连杆机构、空间五杆机构、空间六杆机构。

实验二机构运动简图的测绘和自由度预备知识1.什么是机构?什么是机构运动简图?2.构件、零件、运动副的定义是什么?机构具有确定运动的条件是什么?一、实验目的1.学会依照实际的机器或机构模型,绘制机构运动简图;2.巩固和验证机构自由度的计算方法;3.分析机构具有确定运动的必要条件和加深对机构分析的了解。

二、设备和工具1.各种实际机器及各种机构模型;2.钢板尺、卷尺、内外卡尺、量角器等;3.自备铅笔、橡皮、草稿纸等。

三、实验原理和方法由于机构的运动仅与机构中可动的构件数目、运动副的数目和类型及相对位置有关,因此,绘制机构运动简图要抛开构件的外形及运动副的具体构造,而用国家标准规定的简略符号来代表运动副和构件(可参阅GB4460-84“机构运动简图符号”),并按一定的比例尺表示运动副的相对位置,以此说明机构的运动特征。

要正确地反映机构的运动特征,就必须首先清楚地了解机构的运动。

其方法是:1.在机构缓慢运动中观察,搞清运动的传递顺序,找出机构的原动构件、从动构件(包括执行机构)和固定构件(机架)。

2.确定组成机构的可动构件数目以及构件之间所形成的相对运动关系(即组成何种运动副)。

3.分析各构件的运动平面,选择多数构件的运动平面作为运动简图的视图平面。

4.将机构停止在适当的位置(即能反映全部运动副和构件的位置),确定原动件,并选择适当比例尺,按照与实际机构相应的比例关系,确定其它运动副的相对位置,直到机构中所有运动副全部表示清楚。

5.测量实际机构的运动尺寸,如转动副的中心距、移动副的方向、齿轮副的中心距等。

6.按所测的实际尺寸,修定所画的草图并将所测的实际尺寸标注在草图上的相应位置,按同一比例尺将草图画成正规的运动简图。

7.按运动的传递顺序用数字1,2,3……和大写字母A,B,C……分别标出构件和运动副。

8.按机构自由度的计算公式计算机构的自由度,并检查是否与实际机构相符,以检验运动简图的正确性。

四、实验步骤1.观察所画机构,搞懂运动原理;2.熟悉运动副的标准代表符号;3.描绘简图的草图;4.测量实际机构的运动尺寸并标注在草图上;5.选择比例尺,标注构件和运动副;6.计算机构的自由度;7.做机构的结构分析。

实验三回转构件的动平衡实验预备知识:1.动平衡和静平衡的基本概念;2.动平衡的理论依据是什么?3.质径积、相位的含义是什么?一、实验目的:1.巩固动平衡的基本理论知识;2.通过“补偿重径积式”动平衡实验机的平衡原理和实践,加深对动平衡理论的理解。

二、实验设备及工具:1.JDK-1型“补偿式”动平衡实验机;2.实验专用转子;3.平衡用重块或橡皮泥;4.天平和砝码;三、实验原理和方法1.实验原理理论上已经阐明,任何回转构件的动不平衡,都可以认为是分别由该构件上任意选择的两个回转平面T′和T″的不平衡重量m0′和m0″所产生的。

因此,在进行动平衡实验时,便可以不管被平衡构件的实际不平衡量所在的位置及大小如何,只需要根据构件的实际外形的许可,任选两个回转平面作为平衡校正面,且把不平衡重量m0′和m0″看作就处在被选定的两个平衡校正面上,然后针对m0′和m0″进行平衡,就可以达到使整个构件平衡的目的。

2.实验机的结构概述和实验方法本实验采用补偿式平衡实验机,又叫框架式平衡实验机。

它是利用补偿重径积法测定两个平衡校正面的不平衡量m0′和m0″的大小和相位,它的结构如图6-2所示。

框架1经弹簧2与固定机架3相连接,并被O-X轴线以刀口的形式所支撑,构成了一个以O-X轴线为支撑的振摆系统。

在框架上装有主轴4,由固定在机架上的电动机14通过皮带和带轮12所驱动。

在主轴上还装有斜齿轮6,它与齿轮5齿数相等并互相啮合,构成交错轴斜齿轮传动。

齿轮6还可以沿主轴4作轴向移动,移动的距离和齿轮6的轴向宽度相等。

略比齿轮5的基圆周长大一些,当调整手轮18时可以使齿轮6左右移动,齿轮5和固定的轴9也可以同时回转。

齿轮5与圆盘7固定在轴9上,圆盘8除随轴9转动外,可以通过调节手轮17使之沿轴9上下移动,以改变两圆盘间的距离L C,L C值由指针16指示。

圆盘7、8大小、质量完全相等,上面各装有一个质量为m C的重块,其质心都与回转轴线相距r C,但相位差1800。

因此,当圆盘7、8转动时,m C的离心力F C便构成了一个可调的力偶矩F C L C,它与框架振摆面的夹角以φC表示,轴9上端的指针15即用来指示F C L C的作用平面和方向,指针的指向即为F C L C的转向,调节手轮18就可调节瞬时的φC值。

实验时,将待平衡的专门转子10架于两个滚动支撑13上,由主轴4带动。

此时转子的不平衡质量可以看成在所选的两个平衡校正面T′和T″内,由向量半径分别为r0′和r 0″的两个不平衡质量m 0′和m 0″所产生。

平衡时可先令校正面T″通过振摆轴线O -X ,如图中所示。

当转子转动以后,T″面上的的离心力F 10″所产生的力矩为零,不引起框架的振动,而T’面上的不平衡量m 0′产生的离心力F 10′对振摆轴线O -X 形成力矩M 0,使框架发生振动,其大小为:M 0=F 10′Lcosφ图2 JDK-1型动平衡实验台振幅可由指针20指示。

同时主轴4带动齿轮6、5,因而圆盘7、8以相同的转速旋转。

F C L C 对于O -X 轴也产生力偶矩M C ,也直接影响框架的振动。

这样就产生了补偿质径积m C r C 的力偶矩M C ,其大小为M C =F C L C cosφC 。

因此,使框架产生绕O -X 轴振动的合力矩大小为:M =M 0+M C当M =0时,框架便静止不动,此时M 0的方向和M C 的方向相反,故:M =M 0-M C =F 10′L -F C L C cosφC则 F 10′L -F C L C cosφC =0即 m 0′r 0′Lcosφ-m C r C cosφC =0满足上式的条件为:''00r m =LL r m C C C (1) φ=φC (2)所以,通过移动圆盘8来调节L C 满足(6-1)式条件,移动齿轮6来调节φC 满足(2)式条件,当两条件都满足以后框架便静止不动。

此时将动平衡机所指示的L C 值代入(1)式,便可求得m 0′r 0′的大小。

因为(6-1)式中的m C r C 和L 是动平衡机已知的参数,故可写成:m 0′r 0′=CL C当选定所加平衡质量的半径r 0′后,m 0′即可确定:'0m =C r L C '0 (3) 根据(3)式即可确定平衡质量的大小。

相位的确定是这样的:当满足机器平衡条件后使机器停止转动,将指针15转到与O -X 轴线垂直的方向上,此时m 0′的相位必定在T′校正面的垂直方向上,然后根据补偿力偶矩的已知方向,选择与力偶方向相反方向即为平衡重量m 0′所在的实际相位了。

适当选择r 0′,即可求得m 0′,对T″校正面的平衡也按同样的方法进行,从而完成对整个转子的平衡。

四、实验步骤1. 充分了解试验机的整体结构和各部分的作用以及调整的方法和顺序。

2. 记录所用试验机的固有参数C 。

3. 调节手轮17使指针16所指示的L C 值为零,在无转子的条件下启动电机,此时框架应无振动,指针20所指示的振幅也应为零。

4. 将转子装在主轴4上,启动电机使转子转动,此时T″校正面应与O -X 支撑轴在同一个垂直面内,框架只是在T′校正面内的不平衡重径积作用下开始振摆,此时的振摆是单一的M 0作用的结果。

5. 调节手轮17,使圆盘8上升一初距L C ,此时可产生一个补偿力偶矩M C ,框架的振摆作用力矩就不是单一的,而是M 0和M C 的合成。

6. 调节手轮18,改变补偿力矩M C 的相位,使φC =φ,此时振幅指示应相对最小。

7. 再仔细调节手轮17,改变L C 的大小,直到振幅为零满足CL C =m 0′r 0′的条件,此时记下L C 的值。

8. 计算m 0′r 0′的值。

m 0′0′=CL C9. 选择r 0′的大小(测量T’面圆弧槽中心到转轴的距离),计算m 0′的值。

10. 在天平上称得一份质量为m 0′的重块(螺栓加橡皮泥的重),加在槽的中心并紧固。

启动电机,此时框架又振动起来,这时的振动作用力矩完全是由M C 所致,因为M 0已被m 0′r 0′所平衡。

此时调节手轮17,使Lc =0,框架应无振动。

11. 掉转专门转子方向,再用同样的步骤和方法平衡T″面,整个转子才被完全平衡好。

五、 注意事项:1. 要注意安全,安装转子及重块螺栓一定要装牢固,以免脱开伤人。

2. 框架的平衡指示20不可能一点不动,只要振幅小于1mm 左右,即认为平衡。

3. 用天平称重时,应精确到0.1g 。

4. 填好实验报告,回答报告中的思考题。

实验四 机械运动参数的测定一、实验目的1、 通过实验,了解位移、速度、加速度的测定方法;角位移、角速度、角加速度的测定方法;转速及回转不匀率的测定方法;2、 通过实验,初步了解“MEC-B 机械动态参数测试仪”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器(或称角度传感器)的基本原理,并掌握它们的使用方法;3、 通过比较理论运动线图与实测运动线图的差异,并分析其原因,增加对速度、角速度,特别是加速度、角加速度的感性认识;4、 比较曲柄导杆滑块机构与曲柄滑块机构的性能差别。

二、实验设备本试验的试验系统如图1所示,它由以下设备组成:图1 MEC -B 机械运动参数测试实验系统1、实验机构;2、MEC-B 机械动态参数测试仪;3、PP-40四色绘图仪;4、磁带记录仪(普通家用录音机);5、光电脉冲编码器(也可采用其它各种数字式或模拟式传感器);6、同步脉冲发生器(或称角度传感器)。

三、工作原理1、 实验机构本实验配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆滑块机构(也可采用其它各类实验机构),其原动力采用直流调速电机,电机转速可在0~3600r/min 范围作无级调速。

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