机械原理实验指导书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110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。

1112）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112113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、连杆等构件机架组成部分的永久连接1141151.2.4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116117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118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）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119方法，进而了解标准齿轮和变位齿轮的异同点。

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120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121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，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2~3个齿廓的范成线。

4）将圆纸在圆盘上转动一个122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？1232.5 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= α=h a*= c*=被加工齿轮的基本参数m= Z=项目标准齿轮正变为齿轮负变为齿轮124125实验三机械平衡.1实验目的1）掌握刚性回转构件动平衡的试验原理与RYQ—30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126127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。

图3.1 动平衡机的工作原理示意图 预处理电路 传感器 计 算 机 发电机 限 幅 放 大 a b c L A/D PIO 1 2 底座RYQ—30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128129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 RYQ —30动平衡机工作原理RYQ —30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。

图3.2 RYQ—30动平衡机结构图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）RYQ—30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130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。

131A/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。

图3.2 RYQ—30动平衡机电3.4实验参数1）RYQ—30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：500mm ；最小可达剩余不平衡量：≤0.3g mm/ kg 。

2）被测试件的参数1323.5实验步骤1、安装试件。

将试件放置在两弹性支架上，锁合安全架，张紧传动带，校正光电传感器。

2、接通电源，启动计算机进入CAB软件主菜单。

按Enter键进入平衡测量。

拧动调速器，调整转速到检测要求转速。

3、工件参数设置。

开机后，按Esc键进入工件参数设置，显示图3.3，根据工件平衡精度要求，正确设置支撑方式和支撑间距a、b、c，两平衡面平衡半径r1、r2尺寸，左右平衡面许用质径积量值，平衡件的种类。

图3．3工件参数设置页面4、启动驱动电机，调节调速器缓慢将转速升到1000转/分，然后停机。

5、动平衡机的校准（定标）。

建议使用校验工件或剩余不平衡量较小的工件。