机械原理实验指导书

1、机械原理实验指导书 佟瑞宏 编著2009年 11 月 1 日机械原理实验基本要求和考核办法(必读)一、基本要求1.根据自己本班同学们的课程安排和实验室的实验安排，与实验教师妥善的协调好实验的时间和分组。2.参加实验的同学在实验前要做好本次实验的预习并写出预习报告。3.认真的听好实验指导教师的安排和要求，要独立认真的完成各项实验任务。4. 若确实有特殊情况不能按时参加实验的同学，要及时的与实验指导教师联系，进行必要调换。否则一律按要求的时间参加实验，并在规定的时间内完成实验。5.在离开实验室前，要主动要求指导教师查验仪器设备等，并由指导教师在有关的实验数据的记录纸上签字，以求确认对设备仪器的完好

2、和已完成了在实验室内应完成的工作。6.对实验结果要进行分析，整理和计算，认真填写实验报告。7.按要求及时递交实验报告。二、考核办法1.考核按两级分数制，即合格和不合格，由指导教师给定并签字。2.能按上述要求完成实验并且实验数据基本准确的同学可确认为合格。否则可视为不合格或实验数据有明显错误者可视为不合格。3.没有实验成绩及实验成绩不合格的同学不能参加正式考试。（确有特殊原因者可申请补作或重作） 三 、学生成绩评定方法：实验报告水平60%；实验操作表现40%。 2009.11. 1目录实验一 平面机构运动简图 1实验二 机构运动参数测定和分析 5实验三 渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定 11实验四

3、渐开线齿廓的范成实验 16实验五 回转体动平衡实验 20实验六  机构组成原理分析与创新设计 24实验一 平面机构运动简图一、 实验目的由于实际的机械往往都具有很复杂的外形和结构，为了便于对机构进行分析，通常是先从实际的机械中绘出能反映出机构的运动特性和组织情况的机构运动简图再根据它进行机构的结构、运动和动力分析。1 掌握从实际机械中绘出机构运动简图的原则、方法和技巧。2 进一步巩固机构结构分析的基本原理。3 验证和巩固机构活动度的计算。二、 实验步骤1 测绘时使测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构运动，分清各运动单位，确定原动件、机架、传动部件和执行部件。从而确定组成机

4、构的构件数目，运动副的数目。2 根据联接构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的种类。3 要选择最能表现机构特征的平面作为视图平面。4 在稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接次序逐步画出机构运动简图的草图。然后用数字1、2、3 分别标出各构件，用A、B、C 分别标出各运动副。5 仔细测量机构各运动尺寸（如转动副间的中心距、移动副导路的位置），对于高副则应仔细测出高副的轮廓曲线及其位置，然后以适当的比例做出机构运动简图。三、绘制机构运动简图的步骤1搞清机械的实际构造、动作原理和运动情况， 2沿运动传递路线，逐一分析每两个构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。3恰当选择运动简图的

5、视图平面，通常选择机械中多数构件的运动平面为视图平面。4选择恰当的作图比例尺。5确定各运动副的相对位置，用各运动副的代表符号、常用机构运动简图符号和简单线条，绘制机构运动简图。 6在原动件上标出箭头以表示其运动方向。四、绘制机构运动简图实用技巧1、绘制机构运动简图实例1 2、绘制机构运动简图实例2五、计算自由度1、机构自由度计算- 虚约束(Passive  Constraint)（1）用双转动副杆联接两构件上距离保持不变的两点：机构运动过程中，如果两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则若用双转动副杆将这两点相连，将带入一个虚约束。 右图机构的自由度是：F=3×3-2

6、15;4=1,（2）两构件上运动轨迹重合的点用转动副联接在机构中，如果用转动副联接的时两构件上运动轨迹重合的点，将带入一个虚约束。 右图机构的自由度是：F=3×3-2×4=1, （3）机构中对运动不起作用的对称部分，将带入，虚约束。          右图机构的自由度F=3×7-2×10=1 2、机构的高副低代-永久替代- 组成高副的元素都是圆 圆半径分别为r1和r2,机构自由度F=3×2-2×2-1=1,高副低代后

7、机构自由度F=3×3-2×4=13、机构的高副低代-永久替代-组成高副的元素分别为圆和点 机构自由度F=3×2-2×2-1=1,  高副低代后机构自由度F=3×3-2×4=1, 4、机构的高副低代>永久替代>组成高副的元素分别为圆和直线   机构自由度F=3×2-2×2-1=1,高副低代后机构自由度F=3×3-2×4=1,六、思考题：1.一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些问题？2.机构具有确定运动的条件是什么？ 

8、0;        实验一 平面机构运动简图实验报告 实验名称 日 期 班 级 姓 名 学 号 成 绩 机构1名称： 机构示意图： 机构运动简图： 机构2名称： 机构示意图： 机构运动简图： 注：实验报告由学生参照以上格式自制。实验二  机构运动参数测定和分析 一、实验目的1、通过实验，了解位移、速度、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“QID-型组合机构试验台”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角

9、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，增加对速度和加速度衡量的感性认识；4、比较曲柄滑块机构与曲柄导杆机构的性能差别；5、检测凸轮直动从动杆的运动规律；6、比较不同凸轮廓线或接触副对凸轮直动从动杆运动规律的影响。二、实验内容1、曲柄滑块机构、曲柄导杆机构滑块的运动仿真和实测；2、曲柄的转速及回转不匀率的测试；3、盘形凸轮运动仿真和实测；4、推杆运动仿真和实测；5、改变参数对机构运动特性的影响。（可选择其中部分内容）三、实验设备及工具1、实验系统组成: 2、实验机构主要技术参数   

10、0;(1)、直流电机额定功率：    (2)、电机调速范围：    (3)、蜗轮减速箱速比：    (4)、实验台尺寸：    (5)、电源：100W0-2000r/min1/20长×宽×高=500×380×230220V/50Hz3、实验机构结构特点       该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动机构，他们分

11、别是曲柄滑块机构；曲柄导杆滑块机构；平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。而每一种机构的某些参数，如曲柄长度、连杆长度、滚子偏心等都可在一定范围内作一些调整，通过拆装及调整可加深实验者对机械机构本身特点的了解，对某些参数改动对整个运动状态的影响也会有更好的认识。4、组合机构实验仪    (1)实验仪外形布置    此实验仪的外形结构如图3所示，图3(a)为正面结构，图3(b)为背面结构。5、组合机构实验仪测试系统原理以QTD-型组合机构实验仪为主体的整个测试系统的原理框图如图4所示。本实验仪由单片机最小系

12、统组成。外扩16位计数器，接有3位LED数码显示器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与PC机进行异步串行通讯。    在实验机构动态运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换，输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），05伏电平的两路脉冲，接入微处理器外扩的计数器计数，通过微处理器进行初步处理运算并送入PC机进行处理，PC机通过软件系统在CRT上可显示出相应的数据和运动曲线图。     机构中还有两路信号送入单片机最小系统，那就是角度传感器（同步脉冲发生器）送出的两路脉冲信号。其中一路是光

13、栅盘每2o一个角度脉冲，用于定角度采样，获取机构运动曲线；另一路是零位脉冲，用于标定采样数据时的零点位置。机构的速度、加速度数值由位移经数值微分和数字滤波得到。实验结果可以以曲线形式输出，也可直接打印出各点数值。四、实验操作步骤1、曲柄滑块运动机构实验按图2(a)将机构组装为曲柄滑块机构。a) 滑块位移、速度、加速度测量（1）将光电脉冲编码器输出的5芯插头及同步脉冲发生器输出的5芯插头分别插入测试仪上相对应接口上。（2）把串行传输线一头插在计算机任一串口上，另一头插在实验仪的串口上。（3）打开QTD-组合机构实验仪上的电源，此时带有LED数码管显示的面板上将显示“0”。（4）打开个人计算机，并

14、保证已联入了打印机。（5）启动机构，在机构电源接通前应将电机调速电位器逆时针旋转至最低速位置，然后接通电源，并顺时针转动调速电位器，使转速逐渐加至所需的值（否则易烧断保险丝，甚至损坏调速器），显示面板上实时显示曲柄轴的转速。（6）机构运转正常后，就可在计算机上进行操作了。请启动系统软件。（7）请先熟悉系统软件的界面及各项操作的功能。（8）选择好串口，并点击“数据采集Q”，在弹出的采样参数设置区内选择相应的采样方式和采样常数。可以选择定时采样方式，采样的时间常数有10个选择档，分别是2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms）；也可以选择定角采

15、样方式，采样的角度常数有5个选择档（分别是：2、4、6、8、10）。（9）在“标定输入框”中输入标定值0.05。（10）按下“采样”按键，开始采样。（请等一段时间，此时测试仪就在接受到PC机的指令进行对机构运动的采样，并回送采集的数据给PC机，PC机对收到的数据进行一定的处理，得到运动的位移值）（11）当采样完成，在界面将出现“运动曲线绘制区”，绘制当前的位移曲线，且在左边的“数据显示区”内显示采样的数据。（12）按下“数据分析”键。则“运动曲线绘制区”将在位移曲线上再逐渐绘出相应的速度和加速度曲线。同时在左边的“数据显示区”内也将增加各采样点的速度和加速度值。（13）打开打印窗口，可以打印数

16、据和运动曲线了。b)转速及回转不匀率的测试（1）同“滑块位移、速度、加速度测量”的（1）至（7）步。（2） 选择好串口，并点击“数据采集Q”，在弹出的采样参数设计区内，你应该选择最右边的一栏，转速角度常数选择有5档（分别是：2、4、6、8、10），选择你想要的一档。（3）按下“采样”按键，开始采样，采样完成后，在界面将出现“运动曲线绘制区”，显示“曲柄转速波动曲线”，并在右下角显示有关参数。（4）打印。2、曲柄导杆滑块运动机构实验按图2(b)组装实验机构，按上述1.a和1.b步骤操作，比较曲柄滑块机构与曲柄导杆滑块机构运动参数的差异。3、平底直动从动件凸轮机构实验按图2(c)组装实验机构，按上

17、述1.a步骤操作，检测其从动杆的运动规律。注意：曲柄转速应控制在40r/min以下。4、滚子直动从动杆凸轮机构实验按图2(d) 组装实验机构，按上述1.a步骤操作，检测其从动杆的运动规律,比较平底接触与滚子接触运动特性的差异。调节滚子的偏心量，分析偏心位移变化对从动杆运动的影响。注意：曲柄转速应控制在40r/min以下。五、思考题1 在曲柄滑块机构中，位移、速度、加速度在何位置达到极限值？曲柄滑块机构什么情况下存在急回特性？2 当曲柄匀速转动时，滑块的运动速度是均匀的吗？反之，当滑块匀速运动时，曲柄的转速是匀速吗？3 曲柄导杆机构与曲柄滑块机构在运动参数上有哪些差异？4 在凸轮机构中，分析从动

18、杆的运动规律，比较平底接触与滚子接触运动特性的差异。六、实验结果（计算机输出，打印）      实验二  机构运动参数测定和分析实验报告 实验名称 日期 班 级 姓名 学号 成绩 1. 四种典型的传动机构图2.打印实验结果贴图3.思考题 实验三 渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定 1.实验目的（1）掌握用常用量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。（2）通过测量和计算，加深理解齿轮各参数之间的相互关系和渐开线的性质。2.实验设备和工具（1）被测齿轮两个（偶、奇

19、数齿各一个）。（2）游标卡尺和公法线千分尺各一把。（3）计算器。3.实验原理齿数Z、模数 m、压力角、齿顶高系数、顶隙系数C*、变位系数X等是齿轮的基本参数，这些参数可能过测量或计算而得。这些参数一旦被确定，则该齿轮的各部分尺寸即可确定。（1）通过测量公法线长度求出，进而确定齿轮的压力角。按或附表1，确定被测齿轮的跨齿数。卡脚与齿廓的切点位置与卡测数的多少有关，如果卡测齿数过多，则卡脚可能与两齿顶相接触而不是相切；相反，如果卡齿数过少，则两卡脚可能与齿根接触，也不一定是相切。这时所测出的两触点间的距离不是真正的公法线长度。测量公法线长度时，最好使两卡脚与两齿廓的切点大致落在分度线附近。附表1

20、（=20º）z1218192627363745465455636472k如实3-2图所示测出跨个齿的公法线长度，然后再测出跨1个齿的公法线长度。实3-2图 齿轮公法线长度的测量卡住k个齿测得的公法线长为：                                 

21、             （1）卡住（k+1）个齿测得的公法线长为：                                  &#

22、160;                （2）为轮齿在基圆上的周节，称为基节；为轮齿在基圆上的齿厚解（1）、（2）得基圆齿距Pb 则 所求得的值应圆整到标准值，如=20º，=15º等。（2）通过测量齿顶圆直径与齿根圆直径计算出全齿高，再用试算法确定齿轮的、与。如实3-1图所示，偶数齿齿轮的与可直接用游标卡尺测量；如实4-1图所示，奇数齿齿轮的与须间接测量，则 )偶数齿齿轮 )奇数齿齿轮实3-1图 齿轮da与df的测量

23、方法式中,为齿轮内孔直径（）；为齿轮齿顶圆至内孔壁的径向距离（）；为齿轮齿根圆至内孔壁的径向距离（）。根据，分别将、（正常齿）或、（短齿）代入进行试算，所求得的模数接近标准值者即为该齿轮的实际模数（一定要圆整成标准值），且此时的齿顶高系数和顶系系数也为该齿轮的实际的齿顶高系数和顶系系数。对于变位齿轮，由于,按上述方法确定时可能会与标准值差异较大而难以圆整。这时可先假定一个的标准值，再根据与后述确定压力角值结合起来验证。若试算出来的接近标准值，即可判断该值是正确的。（3）计算出变位系数。因为 为标准齿轮的公法线长度，（可由附表2 计算） 附表2 压力角跨齿数k公法线长度W20º

24、;0.111Z+0.5m2.9521(k - 0.5)+0.014Z15º0.083Z+0.5m3.0345(k - 0.5)+0.00594Z若测得的与计算出来的相等，则说明，该齿轮为标准齿轮；若 ，则即可求出被测齿轮的变位系数。 4.实验步骤（1）熟悉游标卡尺与公法线千分尺的使用和正确读数方法。（2）数出被测齿轮的齿数并作好记录。（3）测量各齿轮的、和。（4）确定各被测齿轮的基本参数：、及变位系数。5.注意事项（1）实验前应检查游标卡尺与公法线千分尺的初读数是否为零，若不为零应设法修正。（2）齿轮被测量的部位应选择在光整无缺陷之处，以免影响测量结果的正确性。在测量公法线

25、长度时，必须保证卡尺与齿廓渐开线相切，若卡入齿时不能保证这一点，需调整卡入齿数为，而。（3）测量齿轮的几何尺寸时，应选择不同位置测量3次，取其平均值作为测量结果。（4）通过实验求出的基本参数、必须圆整为标准值。（5）测量的尺寸精确到小数点后第2位。计算时取小数点后两位数字。6.思考题（1）测量偶数与奇数齿齿轮的与时，所用的方法有什么不同？为什么？（2）由实32图可知，齿轮公法线长度的计算公式为，此公式是依据渐开线的哪条性质推导得到的？        实验三 渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定实验报告实验名称 日

26、期 班 级 姓名 学号 成绩 1. 测量数据齿数Z（偶数齿）Z=（奇数齿）Z=跨齿数nn=n=测量次数123平均值123平均值公法线长度Wk公法线长度Wk+1 已知参数测量内容模数制齿轮(正常齿)(短齿)(正常齿)(短齿)  的测量齿数为偶数时(= )被测齿轮编号( )测量次数123平均值         齿数为奇数时(= )被测齿轮编号( ) 测量次数123平均值      

27、       2.计算结果确定、 =判定被测齿轮是否为标准齿轮，并计算变位系数 结论： 实验四 渐开线齿廓的范成实验 1.实验目的（1）掌握展成法加工渐开线齿廓的原理。（2）了解齿轮的根切现象及采用变位修正来避免根切的方法。（3）了解变位后对轮齿尺寸产生的影响。2.实验设备与工具（1）齿轮展成仪。（2）钢直尺、圆规、剪刀。（3）铅笔、三角板、绘图纸。3.实验原理齿轮在实际加工中，看不到轮齿齿廓渐开线的形成过程。本实验通过齿轮展成仪来实现轮坯与刀具之间的相对运动过程，并用铅笔将刀具相对轮坯的各个位置记录在图

28、纸上，这样就能清楚地观察到渐开线齿廓的展成过程。齿轮展成仪所用的刀具模型为齿条插刀，仪器构造如实4-1图所示。 实4-1图 齿轮展成仪结构示意图1托盘；2轮坯分度圆；3滑架；4支座；5齿条（刀具）；6调节螺旋；7、9螺钉；8刀架；10压环绘图纸做成圆形轮坯，用压环10固定在托盘1上，托盘可绕固定轴转动。代表齿条刀具的齿条5通过螺钉7固定在刀架8上，刀架装在滑架3上的径向导槽内，旋转螺旋6，可使刀架带着齿条刀具相对于托盘中心作径向移动。因此，齿条刀具5既可以随滑架3作水平左右移动，又可以随刀架一起作径向移动。滑架3与托盘1之间采用齿轮齿条啮合传动，保证轮坯分度圆与滑架基准刻线作纯滚动，

29、当齿条刀具5的分度线与基准刻线对齐时，能展成标准齿轮齿廓。调节齿条刀具相对齿坯中心的径向位置，可以展成变位齿轮齿廓。4.实验步骤（1）展成标准齿轮根据所用展成仪的模数和托盘中心至刀具中线的距离（轮坯分度圆半径），求出被加工标准齿轮的齿数，齿顶圆直径，齿根圆直径和基圆直径。在一张图纸上，分别以、和分度圆直径画出4个同心圆，并将图纸剪成直径为的圆形轮坯。将圆形纸片（轮坯）放在展成仪的托盘1上，使二者圆心重合，然后用压环10和螺钉9将纸片夹紧在托盘上。实4-2图 标准渐形线齿轮齿廓的展成过程实4-3图 正变位渐形线齿轮齿廓的展成过程将展成仪上的齿条5的中线与滑架3上的标尺刻度零线对准（此时齿条刀具的

30、分度线应与圆形纸片上所画的分度圆相切）。将滑架3推至左（或右）极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸片（代表被加工轮坯）上画下齿条刀具5的齿廓在该位置上的投影线（代表齿条刀具插齿加工每次切削所形成的痕迹）。然后将滑架向右（或左）移动一个很小的距离，此时通过啮合传动带动托盘1也相应转过一个小角度，再将齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸片上。连续重复上述工作，绘出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线，这些投影线的包络线即为被加工齿轮的渐开线齿廓。按上述方法，绘出23个完整的齿形，如实4-2图所示。（2）展成正变位齿轮根据所用展成仪的参数，计算出不发生根切现象时的最小变位系数。然后确定变位系数（），计

31、算变位齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径。在另一张图纸上，分别以、和分度圆直径画出四个同心圆，并将图纸剪成直径为的圆形轮坯。同展成标准齿轮步骤。将齿条5向离开齿坯中心的方向移动一段距离。同展成标准齿轮步骤。同展成标准齿轮步骤，绘出的齿廓如实4-3图所示。5.注意事项（1）本实验最好选用模数较大（）而分度圆较小的展成仪，使齿数10，以便在展成标准齿轮齿廓时能观察到较为明显的根切现象。（2）代表轮坯的纸片应有一定厚度（用70g以上纸），纸面应平整无明显翘曲，以防在实验过程中顶在齿条5的齿顶部。为了节约实验时间与纸片，亦可将标准齿轮与变位齿轮的轮坯以直径为界画在同一张纸上使用。（3）轮坯纸片装在托盘1上时

32、应固定可靠，在实验过程中不得随意松开或重新固定，否则可能导致实验失败。（4）在做实验步骤时，应自始至终将滑架从一个极限位沿一个方向逐渐推动直到画出所需的全部齿廓，不得来回推动以免展成仪啮合间隙影响实验结果的精确性。6.思考题（1）产生根切现象的原因是什么？如何避免？（2）齿廓曲线是否全是渐开线？（3）变位后齿轮的哪些尺寸不变？轮齿尺寸将发生什么变化？     实验四 渐开线齿廓的范成实验实验报告 实验名称 日期 班 级 姓名 学号 成绩 1.测量数据基本参数m=z=h*a=C*=变位量

33、X=xm=2.计算结果项 目标准齿轮变位齿轮分度圆直径d/mm  齿顶圆直径da/mm  齿根圆直径df/mm  基圆直径db/mm  齿距p/mm  分度圆齿厚s/mm  分度圆齿槽宽e/mm  变位系数x  3.齿形比较将变位齿轮相对标准齿轮的齿形的比较结果填入下表空格处，用“+”、“”号表示。尺寸比标准齿轮大的填入“+”号，小的则填入“-”号，同样的大小填入“0”号。4.贴齿形图：（要求：1、至少有两个以上完整的轮齿齿廓曲线。2、

34、齿形的r、rb、rf、ra都要注上。） 实验五 回转体动平衡实验1.实验目的：（1）了解动平衡机的构造及工作原理。（2）掌握使用动平衡机的方法及操作步骤。2.仪器设备：JPH-A动平衡实验台。 主要技术参数：直流电机功率 N=60W；圆盘试件转速 0-450转/分；试件直径 185mm；百分表量程 0-10mm ；外形尺寸 680×420×410； 重 量 65kg。3.实验内容：1、巩固转子动平衡知识，加深转子动平衡概念的理解；2、掌握刚性转子动平衡实验的原理及基本方法。4.实验原理：待平衡的试件3安装在框形白架的支撑滚轮上，摆架的左端固结在工字形板簧2中，右端

35、呈悬臂。电动机9通过皮带10带动试件旋转；当试件有不平衡质量存在时，则产生离心惯性力使摆架绕工字形板簧上下周期性地振动，通过百分表5可观察振幅的大小。通过转子的旋转和摆架的振动，可测出试件的不平衡（或平衡量）的大小和方位。这个测量系统由差速器4和补偿盘6组成。差速器安装在摆架的右端，它的左端为输入端（n1）与试件3联接；右端为输出端（n3）与补偿盘相联接。差速器是由齿数和模数相同的三个圆锥齿轮和一个外壳为蜗轮的转臂H组成的周转轮系。（1）当差速器的转臂蜗轮不转动时，则差速器为定轴轮系，其传动比为：，这时补偿盘的转速n3与试件的转速n1大小相等，转向相反。（2）当n1和nH都转动则为差动轮系，传

36、动比计算： ，蜗轮的转速nH是通过手柄摇动蜗杆7，经蜗杆蜗轮副在大速比的减速后得到。因此蜗轮的转速nHn1，当n1和nH同向时，由上式可看到n3n1，这时n3与n1转向相反，但速度减小。当n1和nH反向时，由上式可看到n3n1，这时n3与n1转向相反，但速度增加了。由此可知当手柄不动补偿盘的转速与试件相等转向相反，正向摇动手柄（蜗轮转速方向与试件转速方向相同）补偿盘减速，反向摇动手柄补偿盘加速。这样可以改变补偿盘与试件圆盘之间的相对相位角（角位移）。当试件上有不平衡质量存在时，试件转动后则产生离心惯性力F=2mr，它可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡机的工字形板簧和摆架在水平方向（绕

37、y轴）抗弯刚度很大，所以水平分力Fx对摆架的振动影响很小，可忽略不计。而在垂直方向（绕x轴）的抗弯刚度很小，因此垂直分力Fy产生的力矩M=Fy.L=2mr. cos.L的作用下，使摆架产生周期性的上下振动。其惯性力矩为：M1=0，M2=2m2r2. cos2.L2要使摆假不振动，必须要平衡力矩M2。在试件上选择圆盘作为平衡面，加平衡质量mp。使其绕x轴的惯性力矩Mp=2mprp. cosp.Lp与M2平衡。由于转子不平衡质量的分布是有很大的随机性，而无法直观判断它的大小和相位。因此很难用公式来计算平衡量，但可用实验的方法来解决，其方法如下：选补偿盘作为平衡面，补偿盘的转速与试件的转速大小相等但

38、转向相反，在补偿盘上加一个质量mp，则产生离心惯性力对轴的力矩Mp=2mprp. cosp.Lp根据力系平衡公式：MA=0 ，即M2+ Mp=02m2r2. cos2.L2+2mprp. cosp.Lp=0要使上式成立必须有m2r2. L2= mprp Lp cos2=- cosp=cos（180°-p）如图y分力矩是满足平衡条件的，而x分力矩未满足平衡条件。用补偿盘作为平衡面来实现摆架的平衡可这样来操作。在补偿盘的任何位置（最好选择在靠近边缘处）试加一个适当的质量，在试件旋转的状态下摇动蜗杆手柄使蜗轮转动（正转或反转）这时补偿盘减速或加速转动。摇动手柄同时观察百分表的振幅使其达到最

39、小，这时停止转动手柄。停机后在原位置再加一些平衡质量，再开机左右转动手柄，如振幅已很小，可认为摆架已达到平衡。最后将调好的平衡质量转到最高位置，这时的垂直轴平面就是mp和m2同时存在的轴平面。摆架平衡不等于试件平衡，还必须把补偿盘上的平衡质量转换到试件的平衡面上，选试件圆盘2为待平衡面，根据平衡条件：mprp Lp= mprp Lp，本动平衡机及试件在设计时已取rp Lp/ rp Lp=1，所以mp = mp，这样可取下补偿盘上平衡块mp直接加到待平衡面相应的位置，这样就完成了第一步平衡工作。根据力系平衡条件，到此才完成一项MA=0，还必须做MB=0的平衡工作，这样才能使试件达到完全平衡。第二

40、步工作：将试件从平衡机上取下重新安装成圆盼为驱动轮，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（质径积mprp或mp）。这样整个平衡工作全部完成。5.实验方法和步骤（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手柄，检查动平衡机各部分转动是否正常。调节摆架上的百分表，使之与摆架有一定的接触，并随时注意振幅大小。（3）开启电源，转动调速旋钮。实验时的转速定在320-420转之间（以后实验时不要再转动旋钮，只是关总电源）。转动蜗杆，观察百分表的振幅，找到最佳的平衡位置。厂家出厂规

41、定，最佳平衡状态0.01-0.03mm（百分表1-3格），百分表的位置以后不要再变动，停机。（4）打破平衡，将试件右端圆盘上装上适当的待平衡质量（四块平衡块），接上电源启动电机，待摆架振动稳定后，记录下振幅大小y020丝左右（格），（百分表的位置以后不要再变动），停机。（5）找平衡，在补偿盘的槽内距轴心最远处加上一个适当的平衡质量（两块平衡块）。开机后，摇动手柄，观察百分表振幅变化，手柄摇到振幅最小时，手柄停止摇动。记录下振幅大小y1和蜗轮位置角1（差速器外壳上有刻度指示），停机。（摇动手柄要讲究方法：蜗杆安装在机架上，蜗轮安装在摆架上，两者之间有很大的间隙。蜗杆转动到适当位置可与蜗轮不接触，

42、这样才能使摆架自由地振动，这时观察的振幅才是正确的。摇动手柄蜗杆接触蜗轮，使蜗轮转动，这时振动受阻，反摇手柄使蜗杆脱离蜗轮接触，使摆架自由地振动，再观察振幅。这样间歇性地使蜗轮向前转动和观察振幅变化，最终找到振幅最小值的位置）。在不改变蜗轮位置的情况下，停机后，按试件转动方向用手转动试件，使补偿盘上的平衡块转到最高位置。取下平衡块，安装到试件的平衡面（圆盘2）中相应的最高位置槽内。（6）在补偿盘内再加一点平衡质量（1-2平衡块）。按上述方法再进行一次测试。测得的振幅y2蜗轮位置2，若y2y1y0；1与2相同或略有改变，则表示实验进行正确，若y2已很小，可视为已达到平衡。停机，按步骤4方法将补偿

43、盘上的平衡块移到试件圆盘2上。解开联轴器，开机，让试件自由转动，若振幅依然很小，则第一步平衡工作结束。若还存在一些振幅，可适当地调节一下平衡块的相位，即在圆周方向左右移动一个平衡块进行微调相位和大小。（7）将试件两端180度对调，即这时圆盘2为驱动盘，圆盘1为平衡面。再按上述方法找出圆盘1上应加的平衡质量。这样就完成了试件的全部平衡工作。6.思考题（1）何为动平衡？哪些构件需要进行动平衡？平衡基面如何选择？（2）为什么在补偿盘所加的平衡质量mp所处的位置应与试件待平衡面上不平衡质量m2位置间成180度？（3）在补偿盘上加平衡质量实现动平衡后，要按试件转动方向用手转动试件，使补偿盘上的平衡块转到

44、最高位置。取下平衡块，安装到试件的平衡面（圆盘2）中相应的最高位置槽内，试说明为什么要这样做？(4) 实验台是如何实现补偿盘与试件平衡面转向相反，转速相等的？（5）说明转动手柄可改变补偿盘与试件圆盘之间相对相位角的原理。实验五 回转体动平衡实验实验报告实验名称 日期 班 级 姓名 学号 成绩 1. 实验数据记录表：序号实验内容转速（r/min）蜗轮位置角（度）框架振幅（mm）1试件测试2在试件右端圆盘2上装4块平衡块3在补偿盘上配2块平衡块4在补偿盘上再配2块平衡块5将试件调头，试件测试6在试件右端圆盘1上装4块平衡块7在补偿盘上配1

45、块平衡块8在补偿盘上再配3块平衡块2.思考题实验六  机构组成原理分析与创新设计一、实验目的1、加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性；2、培养学生的工程实践动手能力；3、培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具1、创新组合实验台架2、旋转式电机一台，其转速为10r/min；直线式电机一台，其转速为10m/s。3、基本构件箱（箱内有杆、齿轮凸轮、各类连接件等零部件若干）1）五种平面低幅级杆组，四种平面低幅级杆组，各杆可在80340mm内无级调整，2）其他各种常见的杆组可根据需要自由装配；3)两种单构件高副杆组；4)八种轮廓的凸轮构件，其从

46、动件可实现八种运动规律：标号等加速等减速运动规律上升余弦规律回程推程运动角远休止角近休止角回程运动角120mm 180°30°30°120°220mm 180°30° 150°320mm 180° 30°150°420mm 180°  180°535mm 180°30°30°120°635mm 180°30° 

47、;150°735mm 180° 30°150°835mm 180°  180°4、装配工具（平口起子和活动板手把等）。 三、实验原理与方法任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去的方法来组成。本实验就是基于机构组成原理的拼接设计实验。供拼接的组合机构可以是本指导书提供的机构简图，也可以是学生自己设计的（要先画好机构简图）1、   运动副的拼装 1）   移动副的联接   

48、60;                2）转动副的联接  3）齿条与构件以转动副相联        4）齿条与其他部分的固联5）构件以转动副的形式与机架相连    6）构件以移动副的形式与机架相连用同样的方法可以将凸轮或齿轮作为原动件与机架的主动轴相连。如果连杆和齿轮不是作为原动件与机架以转动副形式相接则将主动轴换作螺栓即可。注

49、意为确保机构中各构件的运动都必须在相互平行的平面内进行，可以选择适当长度的主动轴、螺栓及垫柱，如果不进行调整，机构的运动就可能不顺畅。2、基本杆组及机构的拼装构件按一定的运动副形式拼接成基本杆组，依次将各杆组联接到机架上去，组成机构，从里到外分层安装。四、实验内容1、机构运动实现及分析在本指导书提供的机构示意图中（见附录一）选一至二个实例作为实验题目。2、机构设计及分析   在参考设计题目（见附录二）中选一设计课题或自命设计课题。 五、实验步骤1、根据设计要求绘出运动方案简图；（已知示意图可省去该项）2、分析机构运动原理，将机构拆分成基本杆组1）先去掉机构中的局部

50、自由度和虚约束；2）计算机构的自由度，确定原动件；3）从远离原动件的一端开始拆分杆组，每次拆分时，要求先试着拆分II级组，没有II级组时，再拆分III级组等高一级组，最后剩下原动件和机架；3、构件按一定的运动副形式拼接成基本杆组，依次将各杆组联接到机架上去，组成机构，从里到外分层安装。4、实现确定运动试用手动的方式驱动原动件，观察各部分的运动调整到畅通无阻后，再与电机相联，检查无误后，方可接通电源。5、测量尺寸，绘出机构简图6、分析机构的运动学及动力学特性通过观察机构系统的运动，对机构系统的运动学及动力学特性作出定性的分析：1）   平面机构中是否存在曲柄；2） 

51、  输出件是否有急回特性；3）   机构的运动是否连续；4）   最小传动角（或最大传动角）是否在非工作行程中；5）   机构运动过程中是否具有刚性冲击和柔性冲击。六、注意事项拼接完成后一定要试用手动的方式驱动原动件，观察各部分的运动调整到畅通无阻，并经指导教师检查无误后，方可接通电源。 附录一：常见机构简图1、自动车床送料及进刀机构（图1）机构由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组成。当凸轮转动时，推动杆5往复移动，通过连杆4与摆杆3及滑动2带动从动件1（推料杆）作周期性往复直线运动。2、双向加压机构（图2）机

52、构由摆杆4为主动件，通过滑动5带动齿条6往复移动，使齿轮1回转，与之啮合的齿条2、3的移动方向相反，以完成紧包的动作。3、曲柄齿轮齿条行程放大机构（图3）曲柄1半径为R，连杆一端与曲柄铰接，另一端与齿轮3铰接，齿轮3则与上、下齿条相啮合。当主动件曲柄1转动时，通过连杆2推动齿轮3与上、下齿条啮合传动。上齿条4（或下齿条）固定，下齿条5（或上齿条）作往复移动，齿条移动行程H=4R。   若将齿轮3改用双联齿轮3和3，半径分别为r3、r3。齿轮3与固定齿条啮合，齿轮3与移动齿条啮合，其行程为： H=21+ (r3/ r3)R，可见，当r3r3 时，H4R，故采用此种机构可实现行

53、程放大。4、导杆齿轮齿条机构行程放大机构（图4）由摆动导杆机构与双联齿轮齿条机构组成。导块4与滑板5铰接，在滑板的A、B两点分别铰接相同的齿轮2，它们分别与固定齿条6和移动齿条1啮合。通过摆动导杆机构使导杆3绕C轴摆动，由导块4、滑板5及齿轮2的运动，驱动齿条1往复移动。齿条的行程为滑板5行程的两倍。  5、六杆放大行程机构（1）（图5）机构由曲柄摇杆机构为1-2-3-7与导杆滑块机构4-5-6-7组成。导杆4与摇杆3固接，曲柄1为主动件，从动件6往复移动。主动件1的回转运动转换为从动件6的往复移动。如果采用曲柄滑块机构来实现，则滑块的行程受到曲柄长度的限制。而该机构在同样

54、曲柄长度条件下能实现滑块的大行程。可用于梳毛机堆毛板传动机构。6、六杆放大行程机构（2）（图6）机构由曲柄摇杆机构1-2-3-6与摆动导杆机构3-4-5-6组成。曲柄1为主动件，摆杆5为从动件。当曲柄1连续转动时，通过连杆2使摆杆3作一定角度的摆动，再通过导杆机构使从动摆杆5的摆角增大。该机构摆杆5的摆角可增大到200°左右。可用于用于缝纫机摆梭机构。 7、齿轮摆杆放大行程机构 （图7）机构由齿条2作为导杆与扇形齿轮3啮合，并与构件4组成移动副，以保证齿条与齿轮的正常啮合。齿轮3与摆杆AB固接，曲柄1长度为r，扇形齿轮节圆半径为R。当曲线1转动时，通过齿条2推动齿轮及摆杆摆动，并由杆5带动滑动6作往复移动，其行程：