1、機械原理實驗指導書 佟瑞宏 編著2009年 11 月 1 日機械原理實驗基本要求和考核辦法(必讀)一、基本要求1.根據自己本班同學們的課程安排和實驗室的實驗安排，與實驗教師妥善的協調好實驗的時間和分組。2.參加實驗的同學在實驗前要做好本次實驗的預習并寫出預習報告。3.認真的聽好實驗指導教師的安排和要求，要獨立認真的完成各項實驗任務。4. 若確實有特殊情況不能按時參加實驗的同學，要及時的與實驗指導教師聯系，進行必要調換。否則一律按要求的時間參加實驗，并在規定的時間內完成實驗。5.在離開實驗室前，要主動要求指導教師查驗儀器設備等，并由指導教師在有關的實驗數據的記錄紙上簽字，以求確認對設備儀器的完好

2、和已完成了在實驗室內應完成的工作。6.對實驗結果要進行分析，整理和計算，認真填寫實驗報告。7.按要求及時遞交實驗報告。二、考核辦法1.考核按兩級分數制，即合格和不合格，由指導教師給定并簽字。2.能按上述要求完成實驗并且實驗數據基本準確的同學可確認為合格。否則可視為不合格或實驗數據有明顯錯誤者可視為不合格。3.沒有實驗成績及實驗成績不合格的同學不能參加正式考試。（確有特殊原因者可申請補作或重作） 三 、學生成績評定方法：實驗報告水平60%；實驗操作表現40%。 2009.11. 1目錄實驗一 平面機構運動簡圖 1實驗二 機構運動參數測定和分析 5實驗三 漸開線直齒圓柱齒輪的參數測定 11實驗四

3、漸開線齒廓的范成實驗 16實驗五 回轉體動平衡實驗 20實驗六 機構組成原理分析與創新設計 24實驗一 平面機構運動簡圖一、 實驗目的由于實際的機械往往都具有很復雜的外形和結構，為了便于對機構進行分析，通常是先從實際的機械中繪出能反映出機構的運動特性和組織情況的機構運動簡圖再根據它進行機構的結構、運動和動力分析。1 掌握從實際機械中繪出機構運動簡圖的原則、方法和技巧。2 進一步鞏固機構結構分析的基本原理。3 驗證和鞏固機構活動度的計算。二、 實驗步驟1 測繪時使測繪的機構緩慢地運動，從原動構件開始仔細觀察機構運動，分清各運動單位，確定原動件、機架、傳動部件和執行部件。從而確定組成機構的構件數目

4、，運動副的數目。2 根據聯接構件間的接觸情況及相對運動的性質，確定各個運動副的種類。3 要選擇最能表現機構特征的平面作為視圖平面。4 在稿紙上徒手按規定的符號及構件的聯接次序逐步畫出機構運動簡圖的草圖。然后用數字1、2、3 分別標出各構件，用A、B、C 分別標出各運動副。5 仔細測量機構各運動尺寸（如轉動副間的中心距、移動副導路的位置），對于高副則應仔細測出高副的輪廓曲線及其位置，然后以適當的比例做出機構運動簡圖。三、繪制機構運動簡圖的步驟1搞清機械的實際構造、動作原理和運動情況， 2沿運動傳遞路線，逐一分析每兩個構件之間相對運動的性質，確定運動副的類型和數目。3恰當選擇運動簡圖的視圖平面，通

5、常選擇機械中多數構件的運動平面為視圖平面。4選擇恰當的作圖比例尺。5確定各運動副的相對位置，用各運動副的代表符號、常用機構運動簡圖符號和簡單線條，繪制機構運動簡圖。 6在原動件上標出箭頭以表示其運動方向。四、繪制機構運動簡圖實用技巧1、繪制機構運動簡圖實例1 2、繪制機構運動簡圖實例2五、計算自由度1、機構自由度計算- 虛約束(Passive Constraint)（1）用雙轉動副桿聯接兩構件上距離保持不變的兩點：機構運動過程中，如果兩構件上某兩點之間的距離始終保持不變，則若用雙轉動副桿將這兩點相連，將帶入一個虛約束。 右圖機構的自由度是：F=33-24=1,（2）兩構件上運動軌跡重合的點用轉

6、動副聯接在機構中，如果用轉動副聯接的時兩構件上運動軌跡重合的點，將帶入一個虛約束。 右圖機構的自由度是：F=33-24=1, （3）機構中對運動不起作用的對稱部分，將帶入，虛約束。右圖機構的自由度F=37-210=12、機構的高副低代-永久替代- 組成高副的元素都是圓圓半徑分別為r1和r2,機構自由度F=32-22-1=1,高副低代后機構自由度F=33-24=13、機構的高副低代-永久替代-組成高副的元素分別為圓和點機構自由度F=32-22-1=1, 高副低代后機構自由度F=33-24=1, 4、機構的高副低代永久替代組成高副的元素分別為圓和直線機構自由度F=32-22-1=1,高副低代后機構

7、自由度F=33-24=1,六、思考題：1.一個正確的“機構運動簡圖”應能說明哪些問題？2.機構具有確定運動的條件是什么？實驗一 平面機構運動簡圖實驗報告 實驗名稱日 期班 級姓 名學 號成 績機構1名稱： 機構示意圖： 機構運動簡圖： 機構2名稱： 機構示意圖： 機構運動簡圖： 注：實驗報告由學生參照以上格式自制。實驗二 機構運動參數測定和分析一、實驗目的1、通過實驗，了解位移、速度、加速度的測定方法；轉速及回轉不勻率的測定方法；2、通過實驗，初步了解“QID-型組合機構試驗臺”及光電脈沖編碼器、同步脈沖發生器（或稱角度傳感器）的基本原理，并掌握它們的使用方法；3、通過比較理論運動線圖與實測運

8、動線圖的差異，并分析其原因，增加對速度和加速度衡量的感性認識；4、比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿機構的性能差別；5、檢測凸輪直動從動桿的運動規律；6、比較不同凸輪廓線或接觸副對凸輪直動從動桿運動規律的影響。二、實驗內容1、曲柄滑塊機構、曲柄導桿機構滑塊的運動仿真和實測；2、曲柄的轉速及回轉不勻率的測試；3、盤形凸輪運動仿真和實測；4、推桿運動仿真和實測；5、改變參數對機構運動特性的影響。（可選擇其中部分內容）三、實驗設備及工具1、實驗系統組成:2、實驗機構主要技術參數(1)、直流電機額定功率：(2)、電機調速范圍：(3)、蝸輪減速箱速比：(4)、實驗臺尺寸：(5)、電源：100W0-2000r/m

9、in1/20長寬高=500380230220V/50Hz3、實驗機構結構特點 該組合實驗裝置，只需拆裝少量零部件，即可分別構成四種典型的傳動機構，他們分別是曲柄滑塊機構；曲柄導桿滑塊機構；平底直動從動桿凸輪機構和滾子直動從動桿凸輪機構。而每一種機構的某些參數，如曲柄長度、連桿長度、滾子偏心等都可在一定范圍內作一些調整，通過拆裝及調整可加深實驗者對機械機構本身特點的了解，對某些參數改動對整個運動狀態的影響也會有更好的認識。4、組合機構實驗儀(1)實驗儀外形布置此實驗儀的外形結構如圖3所示，圖3(a)為正面結構，圖3(b)為背面結構。5、組合機構實驗儀測試系統原理以QTD-型組合機構實驗儀為主體的

10、整個測試系統的原理框圖如圖4所示。本實驗儀由單片機最小系統組成。外擴16位計數器，接有3位LED數碼顯示器可實時顯示機構運動時曲柄軸的轉速，同時可與PC機進行異步串行通訊。在實驗機構動態運動過程中，滑塊的往復移動通過光電脈沖編碼器轉換，輸出具有一定頻率（頻率與滑塊往復速度成正比），05伏電平的兩路脈沖，接入微處理器外擴的計數器計數，通過微處理器進行初步處理運算并送入PC機進行處理，PC機通過軟件系統在CRT上可顯示出相應的數據和運動曲線圖。機構中還有兩路信號送入單片機最小系統，那就是角度傳感器（同步脈沖發生器）送出的兩路脈沖信號。其中一路是光柵盤每2o一個角度脈沖，用于定角度采樣，獲取機構運動

11、曲線；另一路是零位脈沖，用于標定采樣數據時的零點位置。機構的速度、加速度數值由位移經數值微分和數字濾波得到。實驗結果可以以曲線形式輸出，也可直接打印出各點數值。四、實驗操作步驟1、曲柄滑塊運動機構實驗按圖2(a)將機構組裝為曲柄滑塊機構。a) 滑塊位移、速度、加速度測量（1）將光電脈沖編碼器輸出的5芯插頭及同步脈沖發生器輸出的5芯插頭分別插入測試儀上相對應接口上。（2）把串行傳輸線一頭插在計算機任一串口上，另一頭插在實驗儀的串口上。（3）打開QTD-組合機構實驗儀上的電源，此時帶有LED數碼管顯示的面板上將顯示“0”。（4）打開個人計算機，并保證已聯入了打印機。（5）啟動機構，在機構電源接通前

12、應將電機調速電位器逆時針旋轉至最低速位置，然后接通電源，并順時針轉動調速電位器，使轉速逐漸加至所需的值（否則易燒斷保險絲，甚至損壞調速器），顯示面板上實時顯示曲柄軸的轉速。（6）機構運轉正常后，就可在計算機上進行操作了。請啟動系統軟件。（7）請先熟悉系統軟件的界面及各項操作的功能。（8）選擇好串口，并點擊“數據采集Q”，在彈出的采樣參數設置區內選擇相應的采樣方式和采樣常數。可以選擇定時采樣方式，采樣的時間常數有10個選擇檔，分別是2ms、5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms、40ms、50ms）；也可以選擇定角采樣方式，采樣的角度常數有5個選擇檔（分別是：2、4、

13、6、8、10）。（9）在“標定輸入框”中輸入標定值0.05。（10）按下“采樣”按鍵，開始采樣。（請等一段時間，此時測試儀就在接受到PC機的指令進行對機構運動的采樣，并回送采集的數據給PC機，PC機對收到的數據進行一定的處理，得到運動的位移值）（11）當采樣完成，在界面將出現“運動曲線繪制區”，繪制當前的位移曲線，且在左邊的“數據顯示區”內顯示采樣的數據。（12）按下“數據分析”鍵。則“運動曲線繪制區”將在位移曲線上再逐漸繪出相應的速度和加速度曲線。同時在左邊的“數據顯示區”內也將增加各采樣點的速度和加速度值。（13）打開打印窗口，可以打印數據和運動曲線了。b)轉速及回轉不勻率的測試（1）同“

14、滑塊位移、速度、加速度測量”的（1）至（7）步。（2） 選擇好串口，并點擊“數據采集Q”，在彈出的采樣參數設計區內，你應該選擇最右邊的一欄，轉速角度常數選擇有5檔（分別是：2、4、6、8、10），選擇你想要的一檔。（3）按下“采樣”按鍵，開始采樣，采樣完成后，在界面將出現“運動曲線繪制區”，顯示“曲柄轉速波動曲線”，并在右下角顯示有關參數。（4）打印。2、曲柄導桿滑塊運動機構實驗按圖2(b)組裝實驗機構，按上述1.a和1.b步驟操作，比較曲柄滑塊機構與曲柄導桿滑塊機構運動參數的差異。3、平底直動從動件凸輪機構實驗按圖2(c)組裝實驗機構，按上述1.a步驟操作，檢測其從動桿的運動規律。注意：曲柄

15、轉速應控制在40r/min以下。4、滾子直動從動桿凸輪機構實驗按圖2(d) 組裝實驗機構，按上述1.a步驟操作，檢測其從動桿的運動規律,比較平底接觸與滾子接觸運動特性的差異。調節滾子的偏心量，分析偏心位移變化對從動桿運動的影響。注意：曲柄轉速應控制在40r/min以下。五、思考題1 在曲柄滑塊機構中，位移、速度、加速度在何位置達到極限值？曲柄滑塊機構什么情況下存在急回特性？2 當曲柄勻速轉動時，滑塊的運動速度是均勻的嗎？反之，當滑塊勻速運動時，曲柄的轉速是勻速嗎？3 曲柄導桿機構與曲柄滑塊機構在運動參數上有哪些差異？4 在凸輪機構中，分析從動桿的運動規律，比較平底接觸與滾子接觸運動特性的差異。

16、六、實驗結果（計算機輸出，打印）實驗二 機構運動參數測定和分析實驗報告 實驗名稱日期班 級姓名學號成績1. 四種典型的傳動機構圖2.打印實驗結果貼圖3.思考題 實驗三 漸開線直齒圓柱齒輪的參數測定1.實驗目的（1）掌握用常用量具測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法。（2）通過測量和計算，加深理解齒輪各參數之間的相互關系和漸開線的性質。2.實驗設備和工具（1）被測齒輪兩個（偶、奇數齒各一個）。（2）游標卡尺和公法線千分尺各一把。（3）計算器。3.實驗原理齒數Z、模數 m、壓力角、齒頂高系數、頂隙系數C*、變位系數X等是齒輪的基本參數，這些參數可能過測量或計算而得。這些參數一旦被確定，則該齒輪的各

17、部分尺寸即可確定。（1）通過測量公法線長度求出，進而確定齒輪的壓力角。按或附表1，確定被測齒輪的跨齒數。卡腳與齒廓的切點位置與卡測數的多少有關，如果卡測齒數過多，則卡腳可能與兩齒頂相接觸而不是相切；相反，如果卡齒數過少，則兩卡腳可能與齒根接觸，也不一定是相切。這時所測出的兩觸點間的距離不是真正的公法線長度。測量公法線長度時，最好使兩卡腳與兩齒廓的切點大致落在分度線附近。附表1 （=20）z1218192627363745465455636472k如實3-2圖所示測出跨個齒的公法線長度，然后再測出跨1個齒的公法線長度。實3-2圖 齒輪公法線長度的測量卡住k個齒測得的公法線長為： （1）卡住（k+

18、1）個齒測得的公法線長為： （2）為輪齒在基圓上的周節，稱為基節；為輪齒在基圓上的齒厚解（1）、（2）得基圓齒距Pb 則 所求得的值應圓整到標準值，如=20，=15等。（2）通過測量齒頂圓直徑與齒根圓直徑計算出全齒高，再用試算法確定齒輪的、與。如實3-1圖所示，偶數齒齒輪的與可直接用游標卡尺測量；如實4-1圖所示，奇數齒齒輪的與須間接測量，則 )偶數齒齒輪 )奇數齒齒輪實3-1圖 齒輪da與df的測量方法式中,為齒輪內孔直徑（）；為齒輪齒頂圓至內孔壁的徑向距離（）；為齒輪齒根圓至內孔壁的徑向距離（）。根據，分別將、（正常齒）或、（短齒）代入進行試算，所求得的模數接近標準值者即為該齒輪的實際模數

19、（一定要圓整成標準值），且此時的齒頂高系數和頂系系數也為該齒輪的實際的齒頂高系數和頂系系數。對于變位齒輪，由于,按上述方法確定時可能會與標準值差異較大而難以圓整。這時可先假定一個的標準值，再根據與后述確定壓力角值結合起來驗證。若試算出來的接近標準值，即可判斷該值是正確的。（3）計算出變位系數。因為 為標準齒輪的公法線長度，（可由附表2 計算）附表2 壓力角跨齒數k公法線長度W200.111Z+0.5m2.9521(k - 0.5)+0.014Z150.083Z+0.5m3.0345(k - 0.5)+0.00594Z若測得的與計算出來的相等，則說明，該齒輪為標準齒輪；若 ，則即可求出被測齒輪的

20、變位系數。4.實驗步驟（1）熟悉游標卡尺與公法線千分尺的使用和正確讀數方法。（2）數出被測齒輪的齒數并作好記錄。（3）測量各齒輪的、和。（4）確定各被測齒輪的基本參數：、及變位系數。5.注意事項（1）實驗前應檢查游標卡尺與公法線千分尺的初讀數是否為零，若不為零應設法修正。（2）齒輪被測量的部位應選擇在光整無缺陷之處，以免影響測量結果的正確性。在測量公法線長度時，必須保證卡尺與齒廓漸開線相切，若卡入齒時不能保證這一點，需調整卡入齒數為，而。（3）測量齒輪的幾何尺寸時，應選擇不同位置測量3次，取其平均值作為測量結果。（4）通過實驗求出的基本參數、必須圓整為標準值。（5）測量的尺寸精確到小數點后第2

21、位。計算時取小數點后兩位數字。6.思考題（1）測量偶數與奇數齒齒輪的與時，所用的方法有什么不同？為什么？（2）由實32圖可知，齒輪公法線長度的計算公式為，此公式是依據漸開線的哪條性質推導得到的？實驗三 漸開線直齒圓柱齒輪的參數測定實驗報告實驗名稱日期班 級姓名學號成績1. 測量數據齒數Z（偶數齒）Z=（奇數齒）Z=跨齒數nn=n=測量次數123平均值123平均值公法線長度Wk公法線長度Wk+1已知參數測量內容模數制齒輪(正常齒)(短齒)(正常齒)(短齒) 的測量齒數為偶數時(= )被測齒輪編號( )測量次數123平均值 齒數為奇數時(= )被測齒輪編號( )測量次數123平均值 2.計算結果確

22、定、=判定被測齒輪是否為標準齒輪，并計算變位系數 結論：實驗四 漸開線齒廓的范成實驗1.實驗目的（1）掌握展成法加工漸開線齒廓的原理。（2）了解齒輪的根切現象及采用變位修正來避免根切的方法。（3）了解變位后對輪齒尺寸產生的影響。2.實驗設備與工具（1）齒輪展成儀。（2）鋼直尺、圓規、剪刀。（3）鉛筆、三角板、繪圖紙。3.實驗原理齒輪在實際加工中，看不到輪齒齒廓漸開線的形成過程。本實驗通過齒輪展成儀來實現輪坯與刀具之間的相對運動過程，并用鉛筆將刀具相對輪坯的各個位置記錄在圖紙上，這樣就能清楚地觀察到漸開線齒廓的展成過程。齒輪展成儀所用的刀具模型為齒條插刀，儀器構造如實4-1圖所示。實4-1圖 齒

23、輪展成儀結構示意圖1托盤；2輪坯分度圓；3滑架；4支座；5齒條（刀具）；6調節螺旋；7、9螺釘；8刀架；10壓環繪圖紙做成圓形輪坯，用壓環10固定在托盤1上，托盤可繞固定軸轉動。代表齒條刀具的齒條5通過螺釘7固定在刀架8上，刀架裝在滑架3上的徑向導槽內，旋轉螺旋6，可使刀架帶著齒條刀具相對于托盤中心作徑向移動。因此，齒條刀具5既可以隨滑架3作水平左右移動，又可以隨刀架一起作徑向移動。滑架3與托盤1之間采用齒輪齒條嚙合傳動，保證輪坯分度圓與滑架基準刻線作純滾動，當齒條刀具5的分度線與基準刻線對齊時，能展成標準齒輪齒廓。調節齒條刀具相對齒坯中心的徑向位置，可以展成變位齒輪齒廓。4.實驗步驟（1）展

24、成標準齒輪根據所用展成儀的模數和托盤中心至刀具中線的距離（輪坯分度圓半徑），求出被加工標準齒輪的齒數，齒頂圓直徑，齒根圓直徑和基圓直徑。在一張圖紙上，分別以、和分度圓直徑畫出4個同心圓，并將圖紙剪成直徑為的圓形輪坯。將圓形紙片（輪坯）放在展成儀的托盤1上，使二者圓心重合，然后用壓環10和螺釘9將紙片夾緊在托盤上。實4-2圖 標準漸形線齒輪齒廓的展成過程實4-3圖 正變位漸形線齒輪齒廓的展成過程將展成儀上的齒條5的中線與滑架3上的標尺刻度零線對準（此時齒條刀具的分度線應與圓形紙片上所畫的分度圓相切）。將滑架3推至左（或右）極限位置，用削尖的鉛筆在圓形紙片（代表被加工輪坯）上畫下齒條刀具5的齒廓在

25、該位置上的投影線（代表齒條刀具插齒加工每次切削所形成的痕跡）。然后將滑架向右（或左）移動一個很小的距離，此時通過嚙合傳動帶動托盤1也相應轉過一個小角度，再將齒條刀具的齒廓在該位置上的投影線畫在圓形紙片上。連續重復上述工作，繪出齒條刀具的齒廓在各個位置上的投影線，這些投影線的包絡線即為被加工齒輪的漸開線齒廓。按上述方法，繪出23個完整的齒形，如實4-2圖所示。（2）展成正變位齒輪根據所用展成儀的參數，計算出不發生根切現象時的最小變位系數。然后確定變位系數（），計算變位齒輪的齒頂圓直徑和齒根圓直徑。在另一張圖紙上，分別以、和分度圓直徑畫出四個同心圓，并將圖紙剪成直徑為的圓形輪坯。同展成標準齒輪步驟

26、。將齒條5向離開齒坯中心的方向移動一段距離。同展成標準齒輪步驟。同展成標準齒輪步驟，繪出的齒廓如實4-3圖所示。5.注意事項（1）本實驗最好選用模數較大（）而分度圓較小的展成儀，使齒數10，以便在展成標準齒輪齒廓時能觀察到較為明顯的根切現象。（2）代表輪坯的紙片應有一定厚度（用70g以上紙），紙面應平整無明顯翹曲，以防在實驗過程中頂在齒條5的齒頂部。為了節約實驗時間與紙片，亦可將標準齒輪與變位齒輪的輪坯以直徑為界畫在同一張紙上使用。（3）輪坯紙片裝在托盤1上時應固定可靠，在實驗過程中不得隨意松開或重新固定，否則可能導致實驗失敗。（4）在做實驗步驟時，應自始至終將滑架從一個極限位沿一個方向逐漸推

27、動直到畫出所需的全部齒廓，不得來回推動以免展成儀嚙合間隙影響實驗結果的精確性。6.思考題（1）產生根切現象的原因是什么？如何避免？（2）齒廓曲線是否全是漸開線？（3）變位后齒輪的哪些尺寸不變？輪齒尺寸將發生什么變化？實驗四 漸開線齒廓的范成實驗實驗報告 實驗名稱日期班 級姓名學號成績1.測量數據基本參數m=z=h*a=C*=變位量X=xm=2.計算結果項 目標準齒輪變位齒輪分度圓直徑d/mm齒頂圓直徑da/mm齒根圓直徑df/mm基圓直徑db/mm齒距p/mm分度圓齒厚s/mm分度圓齒槽寬e/mm變位系數x3.齒形比較將變位齒輪相對標準齒輪的齒形的比較結果填入下表空格處，用“+”、“”號表示。

28、尺寸比標準齒輪大的填入“+”號，小的則填入“-”號，同樣的大小填入“0”號。4.貼齒形圖：（要求：1、至少有兩個以上完整的輪齒齒廓曲線。2、齒形的r、rb、rf、ra都要注上。）實驗五 回轉體動平衡實驗1.實驗目的：（1）了解動平衡機的構造及工作原理。（2）掌握使用動平衡機的方法及操作步驟。2.儀器設備：JPH-A動平衡實驗臺。 主要技術參數：直流電機功率 N=60W；圓盤試件轉速 0-450轉/分；試件直徑 185mm；百分表量程 0-10mm ；外形尺寸 680420410； 重 量 65kg。3.實驗內容：1、鞏固轉子動平衡知識，加深轉子動平衡概念的理解；2、掌握剛性轉子動平衡實驗的原理

29、及基本方法。4.實驗原理：待平衡的試件3安裝在框形白架的支撐滾輪上，擺架的左端固結在工字形板簧2中，右端呈懸臂。電動機9通過皮帶10帶動試件旋轉；當試件有不平衡質量存在時，則產生離心慣性力使擺架繞工字形板簧上下周期性地振動，通過百分表5可觀察振幅的大小。通過轉子的旋轉和擺架的振動，可測出試件的不平衡（或平衡量）的大小和方位。這個測量系統由差速器4和補償盤6組成。差速器安裝在擺架的右端，它的左端為輸入端（n1）與試件3聯接；右端為輸出端（n3）與補償盤相聯接。差速器是由齒數和模數相同的三個圓錐齒輪和一個外殼為蝸輪的轉臂H組成的周轉輪系。（1）當差速器的轉臂蝸輪不轉動時，則差速器為定軸輪系，其傳動

30、比為：，這時補償盤的轉速n3與試件的轉速n1大小相等，轉向相反。（2）當n1和nH都轉動則為差動輪系，傳動比計算： ，蝸輪的轉速nH是通過手柄搖動蝸桿7，經蝸桿蝸輪副在大速比的減速后得到。因此蝸輪的轉速nHn1，當n1和nH同向時，由上式可看到n3n1，這時n3與n1轉向相反，但速度減小。當n1和nH反向時，由上式可看到n3n1，這時n3與n1轉向相反，但速度增加了。由此可知當手柄不動補償盤的轉速與試件相等轉向相反，正向搖動手柄（蝸輪轉速方向與試件轉速方向相同）補償盤減速，反向搖動手柄補償盤加速。這樣可以改變補償盤與試件圓盤之間的相對相位角（角位移）。當試件上有不平衡質量存在時，試件轉動后則產

31、生離心慣性力F=2mr，它可分解成垂直分力Fy和水平分力Fx，由于平衡機的工字形板簧和擺架在水平方向（繞y軸）抗彎剛度很大，所以水平分力Fx對擺架的振動影響很小，可忽略不計。而在垂直方向（繞x軸）的抗彎剛度很小，因此垂直分力Fy產生的力矩M=Fy.L=2mr. cos.L的作用下，使擺架產生周期性的上下振動。其慣性力矩為：M1=0，M2=2m2r2. cos2.L2要使擺假不振動，必須要平衡力矩M2。在試件上選擇圓盤作為平衡面，加平衡質量mp。使其繞x軸的慣性力矩Mp=2mprp. cosp.Lp與M2平衡。由于轉子不平衡質量的分布是有很大的隨機性，而無法直觀判斷它的大小和相位。因此很難用公式

32、來計算平衡量，但可用實驗的方法來解決，其方法如下：選補償盤作為平衡面，補償盤的轉速與試件的轉速大小相等但轉向相反，在補償盤上加一個質量mp，則產生離心慣性力對軸的力矩Mp=2mprp. cosp.Lp根據力系平衡公式：MA=0 ，即M2+ Mp=02m2r2. cos2.L2+2mprp. cosp.Lp=0要使上式成立必須有m2r2. L2= mprp Lp cos2=- cosp=cos（180-p）如圖y分力矩是滿足平衡條件的，而x分力矩未滿足平衡條件。用補償盤作為平衡面來實現擺架的平衡可這樣來操作。在補償盤的任何位置（最好選擇在靠近邊緣處）試加一個適當的質量，在試件旋轉的狀態下搖動蝸桿

33、手柄使蝸輪轉動（正轉或反轉）這時補償盤減速或加速轉動。搖動手柄同時觀察百分表的振幅使其達到最小，這時停止轉動手柄。停機后在原位置再加一些平衡質量，再開機左右轉動手柄，如振幅已很小，可認為擺架已達到平衡。最后將調好的平衡質量轉到最高位置，這時的垂直軸平面就是mp和m2同時存在的軸平面。擺架平衡不等于試件平衡，還必須把補償盤上的平衡質量轉換到試件的平衡面上，選試件圓盤2為待平衡面，根據平衡條件：mprp Lp= mprp Lp，本動平衡機及試件在設計時已取rp Lp/ rp Lp=1，所以mp = mp，這樣可取下補償盤上平衡塊mp直接加到待平衡面相應的位置，這樣就完成了第一步平衡工作。根據力系平

34、衡條件，到此才完成一項MA=0，還必須做MB=0的平衡工作，這樣才能使試件達到完全平衡。第二步工作：將試件從平衡機上取下重新安裝成圓盼為驅動輪，再按上述方法求出平衡面1上的平衡量（質徑積mprp或mp）。這樣整個平衡工作全部完成。5.實驗方法和步驟（1）將平衡試件裝到擺架的滾輪上，把試件右端的聯軸器盤與差速器軸端的聯軸器盤，用彈性柱銷柔性聯成一體。裝上傳動皮帶。（2）松開擺架最右端的兩對鎖緊螺母，用手轉動試件和搖動蝸桿手柄，檢查動平衡機各部分轉動是否正常。調節擺架上的百分表，使之與擺架有一定的接觸，并隨時注意振幅大小。（3）開啟電源，轉動調速旋鈕。實驗時的轉速定在320-420轉之間（以后實驗

35、時不要再轉動旋鈕，只是關總電源）。轉動蝸桿，觀察百分表的振幅，找到最佳的平衡位置。廠家出廠規定，最佳平衡狀態0.01-0.03mm（百分表1-3格），百分表的位置以后不要再變動，停機。（4）打破平衡，將試件右端圓盤上裝上適當的待平衡質量（四塊平衡塊），接上電源啟動電機，待擺架振動穩定后，記錄下振幅大小y020絲左右（格），（百分表的位置以后不要再變動），停機。（5）找平衡，在補償盤的槽內距軸心最遠處加上一個適當的平衡質量（兩塊平衡塊）。開機后，搖動手柄，觀察百分表振幅變化，手柄搖到振幅最小時，手柄停止搖動。記錄下振幅大小y1和蝸輪位置角1（差速器外殼上有刻度指示），停機。（搖動手柄要講究方法：

36、蝸桿安裝在機架上，蝸輪安裝在擺架上，兩者之間有很大的間隙。蝸桿轉動到適當位置可與蝸輪不接觸，這樣才能使擺架自由地振動，這時觀察的振幅才是正確的。搖動手柄蝸桿接觸蝸輪，使蝸輪轉動，這時振動受阻，反搖手柄使蝸桿脫離蝸輪接觸，使擺架自由地振動，再觀察振幅。這樣間歇性地使蝸輪向前轉動和觀察振幅變化，最終找到振幅最小值的位置）。在不改變蝸輪位置的情況下，停機后，按試件轉動方向用手轉動試件，使補償盤上的平衡塊轉到最高位置。取下平衡塊，安裝到試件的平衡面（圓盤2）中相應的最高位置槽內。（6）在補償盤內再加一點平衡質量（1-2平衡塊）。按上述方法再進行一次測試。測得的振幅y2蝸輪位置2，若y2y1y0；1與2

37、相同或略有改變，則表示實驗進行正確，若y2已很小，可視為已達到平衡。停機，按步驟4方法將補償盤上的平衡塊移到試件圓盤2上。解開聯軸器，開機，讓試件自由轉動，若振幅依然很小，則第一步平衡工作結束。若還存在一些振幅，可適當地調節一下平衡塊的相位，即在圓周方向左右移動一個平衡塊進行微調相位和大小。（7）將試件兩端180度對調，即這時圓盤2為驅動盤，圓盤1為平衡面。再按上述方法找出圓盤1上應加的平衡質量。這樣就完成了試件的全部平衡工作。6.思考題（1）何為動平衡？哪些構件需要進行動平衡？平衡基面如何選擇？（2）為什么在補償盤所加的平衡質量mp所處的位置應與試件待平衡面上不平衡質量m2位置間成180度？

38、（3）在補償盤上加平衡質量實現動平衡后，要按試件轉動方向用手轉動試件，使補償盤上的平衡塊轉到最高位置。取下平衡塊，安裝到試件的平衡面（圓盤2）中相應的最高位置槽內，試說明為什么要這樣做？(4) 實驗臺是如何實現補償盤與試件平衡面轉向相反，轉速相等的？（5）說明轉動手柄可改變補償盤與試件圓盤之間相對相位角的原理。實驗五 回轉體動平衡實驗實驗報告實驗名稱日期班 級姓名學號成績1. 實驗數據記錄表：序號實驗內容轉速（r/min）蝸輪位置角（度）框架振幅（mm）1試件測試2在試件右端圓盤2上裝4塊平衡塊3在補償盤上配2塊平衡塊4在補償盤上再配2塊平衡塊5將試件調頭，試件測試6在試件右端圓盤1上裝4塊平

39、衡塊7在補償盤上配1塊平衡塊8在補償盤上再配3塊平衡塊2.思考題實驗六 機構組成原理分析與創新設計一、實驗目的1、加深學生對機構組成原理的認識，進一步了解機構組成及其運動特性；2、培養學生的工程實踐動手能力；3、培養學生創新意識及綜合設計的能力。二、實驗設備及工具1、創新組合實驗臺架2、旋轉式電機一臺，其轉速為10r/min；直線式電機一臺，其轉速為10m/s。3、基本構件箱（箱內有桿、齒輪凸輪、各類連接件等零部件若干）1）五種平面低幅級桿組，四種平面低幅級桿組，各桿可在80340mm內無級調整，2）其他各種常見的桿組可根據需要自由裝配；3)兩種單構件高副桿組；4)八種輪廓的凸輪構件，其從動件

40、可實現八種運動規律：標號等加速等減速運動規律上升余弦規律回程推程運動角遠休止角近休止角回程運動角120mm1803030120220mm180180535mm1803030120635mm1801804、裝配工具（平口起子和活動板手把等）。三、實驗原理與方法任何平面機構均可以用零自由度的桿組依次連接到原動件和機架上去的方法來組成。本實驗就是基于機構組成原理的拼接設計實驗。供拼接的組合機構可以是本指導書提供的機構簡圖，也可以是學生自己設計的（要先畫好機構簡圖）1、 運動副的拼裝1） 移動副的聯

41、接 2）轉動副的聯接3）齒條與構件以轉動副相聯 4）齒條與其他部分的固聯5）構件以轉動副的形式與機架相連 6）構件以移動副的形式與機架相連用同樣的方法可以將凸輪或齒輪作為原動件與機架的主動軸相連。如果連桿和齒輪不是作為原動件與機架以轉動副形式相接則將主動軸換作螺栓即可。注意為確保機構中各構件的運動都必須在相互平行的平面內進行，可以選擇適當長度的主動軸、螺栓及墊柱，如果不進行調整，機構的運動就可能不順暢。2、基本桿組及機構的拼裝構件按一定的運動副形式拼接成基本桿組，依次將各桿組聯接到機架上去，組成機構，從里到外分層安裝。四、實驗內容1、機構運動實現及分析在本指導書提供的機構示意圖中（見附錄一）選

42、一至二個實例作為實驗題目。2、機構設計及分析 在參考設計題目（見附錄二）中選一設計課題或自命設計課題。五、實驗步驟1、根據設計要求繪出運動方案簡圖；（已知示意圖可省去該項）2、分析機構運動原理，將機構拆分成基本桿組1）先去掉機構中的局部自由度和虛約束；2）計算機構的自由度，確定原動件；3）從遠離原動件的一端開始拆分桿組，每次拆分時，要求先試著拆分II級組，沒有II級組時，再拆分III級組等高一級組，最后剩下原動件和機架；3、構件按一定的運動副形式拼接成基本桿組，依次將各桿組聯接到機架上去，組成機構，從里到外分層安裝。4、實現確定運動試用手動的方式驅動原動件，觀察各部分的運動調整到暢通無阻后，再

43、與電機相聯，檢查無誤后，方可接通電源。5、測量尺寸，繪出機構簡圖6、分析機構的運動學及動力學特性通過觀察機構系統的運動，對機構系統的運動學及動力學特性作出定性的分析：1） 平面機構中是否存在曲柄；2） 輸出件是否有急回特性；3） 機構的運動是否連續；4） 最小傳動角（或最大傳動角）是否在非工作行程中；5） 機構運動過程中是否具有剛性沖擊和柔性沖擊。六、注意事項拼接完成后一定要試用手動的方式驅動原動件，觀察各部分的運動調整到暢通無阻，并經指導教師檢查無誤后，方可接通電源。附錄一：常見機構簡圖1、自動車床送料及進刀機構（圖1）機構由平底直動從動件盤狀凸輪機構與連桿機構組成。當凸輪轉動時，推動桿5往

44、復移動，通過連桿4與擺桿3及滑動2帶動從動件1（推料桿）作周期性往復直線運動。2、雙向加壓機構（圖2）機構由擺桿4為主動件，通過滑動5帶動齒條6往復移動，使齒輪1回轉，與之嚙合的齒條2、3的移動方向相反，以完成緊包的動作。3、曲柄齒輪齒條行程放大機構（圖3）曲柄1半徑為R，連桿一端與曲柄鉸接，另一端與齒輪3鉸接，齒輪3則與上、下齒條相嚙合。當主動件曲柄1轉動時，通過連桿2推動齒輪3與上、下齒條嚙合傳動。上齒條4（或下齒條）固定，下齒條5（或上齒條）作往復移動，齒條移動行程H=4R。 若將齒輪3改用雙聯齒輪3和3，半徑分別為r3、r3。齒輪3與固定齒條嚙合，齒輪3與移動齒條嚙合，其行程為： H=

45、21+ (r3/ r3)R，可見，當r3r3 時，H4R，故采用此種機構可實現行程放大。4、導桿齒輪齒條機構行程放大機構（圖4）由擺動導桿機構與雙聯齒輪齒條機構組成。導塊4與滑板5鉸接，在滑板的A、B兩點分別鉸接相同的齒輪2，它們分別與固定齒條6和移動齒條1嚙合。通過擺動導桿機構使導桿3繞C軸擺動，由導塊4、滑板5及齒輪2的運動，驅動齒條1往復移動。齒條的行程為滑板5行程的兩倍。5、六桿放大行程機構（1）（圖5）機構由曲柄搖桿機構為1-2-3-7與導桿滑塊機構4-5-6-7組成。導桿4與搖桿3固接，曲柄1為主動件，從動件6往復移動。主動件1的回轉運動轉換為從動件6的往復移動。如果采用曲柄滑塊機

46、構來實現，則滑塊的行程受到曲柄長度的限制。而該機構在同樣曲柄長度條件下能實現滑塊的大行程。可用于梳毛機堆毛板傳動機構。6、六桿放大行程機構（2）（圖6）機構由曲柄搖桿機構1-2-3-6與擺動導桿機構3-4-5-6組成。曲柄1為主動件，擺桿5為從動件。當曲柄1連續轉動時，通過連桿2使擺桿3作一定角度的擺動，再通過導桿機構使從動擺桿5的擺角增大。該機構擺桿5的擺角可增大到200左右。可用于用于縫紉機擺梭機構。7、齒輪擺桿放大行程機構 （圖7）機構由齒條2作為導桿與扇形齒輪3嚙合，并與構件4組成移動副，以保證齒條與齒輪的正常嚙合。齒輪3與擺桿AB固接，曲柄1長度為r，扇形齒輪節圓半徑為R。當曲線1轉動時，通過齒