1、機械原理實驗指導書梧州學院機械基礎教研室編一、實驗課目的本課程實驗課目的在于：驗證、鞏固和加深課堂講授的基本理論，加強理論聯系實際 及獨立工作能力的培養；掌握一些最基本的機械實驗方法、測量技能及用實驗法來測定一 些機械參數的能力；以及培養學生踏實細致、嚴肅認真的科學作風。因此，實驗課是一個 不可缺少的重要環節，每個學生必須認真對待，在課前進行預習，在課后分析試驗結果， 寫成正規的實驗報告。實驗課為評定學生成績的一部分。二、實驗前的準備工作為了保證實驗順利進行，要求在實驗前做好準備工作，教師在實驗前要進行檢查和提 問，如發現有不合格者，提出批評，甚至停止實驗的進行，實驗準備工作包括：1. 預習好

2、實驗指導書：明確實驗的目的及要求；搞懂實驗的原理；了解實驗進行的步 驟及主要事項，做到心中有底。2. 準備好實驗指導書中規定自帶的工具、紙張、實驗數據記錄表格。三、遵守實驗室的規章制度1. 實驗前必須了解實驗設備、儀器的使用性能、操作規程及使用須知，嚴格遵守儀器、 設備的操作規程，注意安全。 ，精心操作設備、儀器。對于儀表、設備、工具的性能有不了 解之處，應及時詢問指導教師，對于非指定使用的設備、工具不得亂動亂用。2實驗出現故障時，應立即報告指導教師，以便查明原因，妥善處理。3. 愛護公共財物，不得將實驗室工具、儀表等帶出實驗室，如有損壞、遺失公共財物， 視情節應給予賠償。4. 在實驗室嚴守紀

3、律，不得高聲談笑，保持室內整潔。5設備用畢，及時切斷電源。設備儀器放回原處并整理清潔 , 經教師同意后才得離開。四、實驗報告實驗報告是對實驗所有數據、現象進行整理，分析得出一定結論與看法的書面文件。 學生在實驗后必須按照要求，整理并分析處理所的結果，寫成正規的實驗報告。為了寫好 實驗報告，提出以下幾點：1. 實驗結果記錄應經實驗指導教師過目簽字，并隨實驗報告一起交上。2. 報告中的結果分析及討論應力求具體， 應針對試驗具體情況， 防止不切實際的空談。3. 實驗報告要求每人一份 , 應在實驗完畢后一星期內，由課代表匯集交老師。梧州學院機械基礎實驗中心 二 O 一三年二月目錄實驗一 機構認知實驗

4、4實驗二 機構運動簡圖繪制與分析實驗 6實驗三 齒輪參數測定實驗 1.1實驗四 齒輪范成實驗 16實驗五 平面機構運動創新設計實驗 21實驗一機構認知實驗機器和儀器都是由機構組成的，其中具有確定運動的各工作構件產生或 影響機器和儀器的工作過程。同時，在機器和儀器的制造以及其它眾多技術 設備也都是由機構組成。而且，隨著生產過程的自動化以及向著高精度、高 速度、高效率的發展趨勢，要求設計出更多的新機構與之相適應。本實驗中 展示的經典機構有：平面鉸鏈連桿機構、常用機構、凸輪機構、齒輪機構、 蝸輪蝸桿機構、機構的組合、棘輪機構及槽輪機構等間歇機構、空間機構等。一、實驗目的1. 了解機器的組成原理，加深

5、對機器總體感性認識2. 了解機器的常用機構的結構、類型、特點及應用3. 了解機器的運動原理和分析方法，對機器總體感性認識上升為理性認識 二、實驗設備和工具1、機械結構設計陳列教學柜圖1-1機械原理陳列柜2. 自備直尺、鉛筆、橡皮、草稿紙等。三、實驗內容通過觀察陳列室展示各種常用機構模型的動態展示，增強對機構與機器的 感性認識。通過觀察，對機器的組成、常用機構的結構、類型、特點有一定 的了解。四、注意事項1. 注意人身安全；不要在實驗室內跑動或打鬧，以免被設備碰傷；特別 應注意搖動設備時不要壓軋著自己或別人的手。2. 愛護設備；搖動設備動作要輕，以免損壞設備；一般不要從設備或展 臺上拿下零件；若

6、拿出零件，看完后應按原樣復原，避免零件丟失。3. 不要隨便移動設備，以免受傷或損壞設備。4. 注意衛生；禁止隨地吐痰和亂扔雜物；禁止腳踩桌椅板凳。5. 完成實驗后，學生應將實驗教室打掃干凈，將桌椅物品擺放整齊。五、實驗記錄1. 記錄所觀察到的陳列柜名稱及內容；2. 用符號簡圖將所觀察到的常見運動副類型表示出來。六、思考填空題：1、 觀察實物模型和機構，認識到機器是由 或按照一定運動要求組合而成的。因此掌握各種機構的運動特性，有利于研究 任何機器的特性。2、 在機械原理中，運動副是以 的直接接觸形式的可動聯接及運動特征來命名的。如：高副、 、轉動副、等。實驗二 機構運動簡圖繪制與分析實驗一、實驗

7、目的1掌握機構運動簡圖的繪圖方法；2 .加深和鞏固機構自由度的計算并判定機構是否具有確定的運動；3. 掌握平面機構的結構分析方法。二、實驗內容及要求1以指定的3-4種機構模型或機器為研究對象，進行機構運動簡圖的繪制。 如：縫紉機中的引線機構、牛頭刨床的主體機構，內燃機機構以及其它機構等。2. 分析所畫各機構的構件數、運動副類型和數目，計算機構的自由度，并檢驗 它們是否具有確定的運動。3 .進行機構結構分析（高副低代、分離桿組、確定機構級別）。三、實驗設備和工具1. 實驗室中若干機構模型。2. 自備直尺、鉛筆、橡皮、草稿紙等。四、實驗原理由于機構的運動與機械中所有的構件數和構件所組成的運動副的數

8、目、種類、相對位置有關。因此，在繪制機構運動簡圖時可以撇開構件的復雜外 形和運動副的具體構造，而用簡略的符號來代表構件和運動副，并按一定的 比例尺繪出各運動副的相對位置和機構結構，以此表明實際機構的運動特殊， 從而便于進行機構的運動分析和動力分析。五、測繪方法與步驟1緩慢轉動原動件，觀察機構的運動，分析機構的組成。找出哪個是固定件,哪些是活動件，從而確定組成機構的構件數目。2. 從原動件開始，按照運動的傳遞順序，仔細分析各構件之間相對運動特性。 認清每兩個相連接的構件之間是由哪種運動副聯接起來的，從而確定運動副的種類和數目。3. 合理選擇視圖。首先正確判斷機構中各構件運動所在的平面，然后選擇合

9、 理的投影面。通常選擇視圖的原則是選擇大多數構件的運動平面或相互平行 的運動平面作為視圖平面。如：(a)為不正確的選擇(b)為正確的選擇圖2-14. 構件的表示方法。在繪制機構運動簡圖時，不考慮那些與運動無關的因素 如：構件的復雜外形，運動副的具體構造，組成構件的零件的數目等。直接 用該構件上鉸鏈中心的連線來表示。例如：圖2-2(5)5. 選擇適當的比例尺。定出各運動副的相對位置，測量與機構運動有關的尺寸，即鉸鏈間的中心距和移動副的導路方向等，然后選定原動件的位置，按一定比例用國標所規定的表示構件及運動副的簡單符號繪制機構運動簡圖。并用數字1、2、3 標注各構件，用符號A、B、C 標注各運動副

10、，用 箭頭標明原動件。比例尺：卩i二構件的實際長度（mm）/圖紙上所畫的長度（mm）6. 計算機構的自由度，并檢驗計算結果是否正確。機構自由度的計算公式：F=3 n-2PL-PH式中：n-活動構件的數目 PL-低副的數目 PH-高副的數目7. 機構的結構分析。對機構進行結構分析時，首先高副低代，并畫出低代后 的機構簡圖，然后分離桿組，確定機構級別。六、實驗結果（一）機構運動簡圖1.機構名稱：比例尺:出二2.機構名稱：比例尺：巴二F=3 n-2PL - Ph機構運動是否確定理由：F=3n-2PL - P h機構運動是否確定理由：（二）機構結構分析將機構分解為原動件、機架、桿組，并確定機構的級別。

11、原動件用箭頭標出機構名稱：低副替代機構簡圖分解簡圖本機構為級機構七、完成填空思考題（一）平面四桿機構填空題1四桿機構在平面連桿機構中結構最簡單，應用最廣泛。四桿機構分成三大類：即、。2.單移動副機構：是以一個 代替鉸鏈四桿機構中的一個 演化而成的。分為：曲柄滑塊機構、 、轉動導桿機構及機構等。3. 雙移動副機構是帶有兩個移動副的四桿機構。將其倒置也可得到：曲柄移動導桿機構、及。（二）思考題1. 一個正確的平面機構運動簡圖應表達哪些內容？2. 機構自由度大于或小于原動件數時，各會產生什么后果？3. 在本次實驗中是否遇到復合鉸鏈、局部自由度或虛約束等情況，在機構自由度計算中你是如何處理的？實驗三齒

12、輪參數測定實驗一、實驗目的1. 掌握應用游標卡尺測量漸開線齒輪的有關尺寸，從而確定齒輪的基本 參數的簡單方法；2. 通過測量和計算，掌握齒輪各部分尺寸與基本參數的關系，理解和鞏 固漸開線的性質。二、實驗設備與工具1. 被測量齒輪；2. 游標卡尺；3. 學生自備計算器、紙和筆等文具。三、實驗原理齒輪各部分尺寸一般可以用普通量具測量，而各部尺寸又與齒輪的齒數Z、模數m壓力角a、齒頂高系數工和變位系數x等基本參數之間有確定 的關系，所以通過測量齒輪的有關尺寸，可以計算出齒輪的基本參數。圖3- 1本實驗利用游標卡尺來測量齒輪的齒頂圓直徑，齒根圓直徑和公法線長度，從而計算出齒輪基本參數。如圖3-1所示，

13、用游標卡尺固定待測量的齒輪齒廓，使游標卡尺兩量爪的測量平面與漸開線齒廓相切，所測量的跨距稱為齒輪的公法線長度，以 w表示。游標卡尺的兩量爪所跨的齒數 n不能太少也不能太多，垮齒數n由齒輪的齒數z決定，可查看下表;表3- 1齒數z12-1819-2627-3637-4546-5455-6364-7273-81跨齒數n23456789齒數z12-1819-2627-3637-4546-5455-6364-7273-81跨齒數n23456789由圖3-1可得齒輪公法線長度 wn為:W廠也-0必+S,(1)同理，如果跨齒數為(n+1)，其公法線長度為；由式減式(1)得：卩廠廠叫又因 門二一：匸二m匸上

14、兩式聯立可得齒輪模數二匚匚：匚匚四、實驗步驟1. 確定齒輪的模數m和壓力角a 記錄被測齒輪的編號和齒數z,根據z查表3- 1可得跨齒數n 用游標卡尺盡量精確地測量跨 n個和(n+1)個齒的公法線長度各三次，每次測量不同的齒廓，而且必須使量爪的測量平面與齒廓相切，然后記下每次 的讀數，并填入表4 4中，取其平均值作為公法線長度.和口。 將二和和二二或二二代入式，計算出模數亠二:和丄工 然后把它們與標準模數系列表 4 2(GB1357-87)比較，選取其中與某標準模數 同值或與其接近的標準模數作為該齒輪的模數 m(標準化)，而它所對應的壓力 角就是齒輪的壓力角a。表3 2標準模數系列表(GB135

15、7-87) mm第一系0.1 0.12 0.15 0.20.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.52 2.53 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5(3.75) 4.5 5.5 (6.5)7 9 (11) 14 18 22 28(30) 36 452. 確定齒輪的變位系數x根據齒輪基圓齒厚公式+ mz cos dnva(5)將公式(3)代入式(2)整理得:(6)s廠nw廠(V伽g將上兩式聯立整理后，得到變位系數_-zinva) =Tncose 2"計

16、3. 確定齒頂高系數 和頂隙系數 J用游標卡尺盡量精確地測量齒頂圓直徑 和齒根圓直徑各三次，并取其平均值，作為I和I1填入表4-4中。計算分度圓直徑d=zm并利用齒頂高公式:R： -d(8)又因:0.(9)/由（8）和由式（10）（9）式得齒頂高系數亠：m （10）計算出的齒頂高系數 應符合標準值，然后查表3-3取其對應的標準頂隙系數表3 3齒輪類別齒頂咼系數此頂隙系數正常齒10.25短齒0.80.3五. 實驗數據1將測量與計算結果填入下表（精確到小數點后兩位）表3 4齒輪編號齒輪齒數z跨測齒數n公法線長度WnWn+1Wn Wn+1Wn Wn+1測量次數123公法線長度平均值計算基圓周節pb模

17、數m （計算值）a =200a =150標準化后取值ma變位系數x分度圓直徑d=zm齒頂圓直徑尤齒根圓直徑町齒頂咼系數計算值標準值頂隙系數c2.思考題 決定漸開線齒廓形狀的基本參數主要有那些？ 測量公法線長度時，卡尺的量爪若在漸開線齒廓的不同位置相切，對 所測量的公法線長度有無影響？為什么?實驗四 齒輪范成實驗一、實驗目的I. 掌握用范成法切制漸開線齒輪齒廓的基本原理；2了解漸開線齒輪產生根切現象的原因及避免根切的方法；3. 分析和比較標準齒輪和變位齒輪的異同點。二、實驗設備和工具1. 齒輪范成儀；2. 自備齒輪毛坯一張 （如圖 42 所示）、繪圖圓規及三角板、計算器和鉛 筆等文具。三、實驗內

18、容1、用范成法切制標準齒輪、正變位齒輪和負變位齒輪漸開線齒輪齒廓；2、分析和比較標準齒輪和變位齒輪的異同點，了解漸開線齒輪產生根切現象 的原因及避免根切的方法。四、實驗原理齒輪范成法加工漸開線齒廓，是利用一對齒輪互相嚙合傳動時齒廓互為 包絡線的原理。如將其中一個齒輪的齒廓磨成刀刃（即齒輪刀具），另一為 齒輪毛坯，當刀具和齒輪毛坯的分度圓相切并作純滾動時，齒輪刀具的刀刃 就可以在齒輪毛坯上切出齒廓。這與一對相互嚙合的齒條齒輪傳動的運動完 全相同。圖 4-1是齒輪范成儀的示意圖， 其中扇形盤 2繞固定軸 O 轉動，用壓板 1 和螺母 7 將代表齒輪毛坯的圖紙固定在扇形盤 2 上，擰松螺釘 6，可調

19、整齒條 刀具 3與齒輪毛坯之間的徑向距離，螺釘 6 將齒條刀具 2固定在滑板 4上，滑板沿固定軌道5作住復橫向移動，為了保證扇形盤 2與滑板4作相對純滾 動，范成儀的扇形盤與滑板采用齒輪齒條嚙合傳動。圖4 1五、實驗前的準備工作1. 根據下表所給的基本參數計算出標準齒輪、正變位齒輪和負變位齒輪的分 度圓、基圓、齒頂圓和齒根圓的直徑，并將它們記錄下來填入表 41中 齒條刀具參數：m=20mm,二一 _'】，二-_齒輪參數:m=20mm ,Z=8,-圖4 22. 如圖42所示，在圖紙上畫出分度圓，并把它分成三等份 （如圖中的0A、OB、0C），分別作其角平分線（如圖中虛線中的 OD、OE、

20、OF）,然后過角 平分線與分度圓的交點，分別作 OD、OE、OF 的垂線。3. 在圖紙上分別畫出標準齒輪， 正變位齒輪和負變位齒輪的齒頂圓和齒根圓， 它們就分別代表 1/3 個標準齒輪、 正變位齒輪和負變位齒輪的毛坯。 并沿各齒 頂圓將多余的圖紙剪去，又以輪坯的中心為圓心，剪出 16mm 的圓孔。頂圓 將多余的圖紙剪去，又以輪坯的中心為圓心，剪出40mm 的圓孔。六、實驗步驟1將范成儀的螺母 7擰松，拿下壓板 1，把毛坯中心的圓孔套在 O 軸上。 然后使毛坯和扇形盤 2 對心，并調整齒條刀具 3 和輪坯之間的徑向距離 ,使代 表標準齒輪毛坯部分的角平分線及其垂線分別與扇形盤2的中線0O及其垂線

21、 DD 重合，然后放下壓板 1，鎖緊螺母 7。松開螺釘 6，上下移動刀具 3 ， 使其中線EE與毛坯分度圓相切（即EE線與DD線重合），則調好了毛坯與刀 具間的徑向距離，然后鎖緊螺釘 6。2. 將固連在滑板 4上的刀具 2推移到右或左端， 然后向另一端慢慢移動， 每移動一小段距離 （約 1 毫米），則用削尖的鉛筆描畫出刀具 3 的刀刃（每畫一 筆，相當于刀具節削輪坯的齒槽間一刀 ） ，如此重復，直至刀具移到另一端， 即在毛坯紙上描畫出34個完整的標準齒輪齒廓。這樣描繪出的刀具刀刃在 各個位置時的軌跡包絡線，就形成了漸開線齒廊。3. 擰松螺母 7，將毛坯轉過 120°，描繪正變位齒輪毛

22、坯的漸開線齒廊。 依據步驟 1，調整輪坯與扇形盤對心，并保證 EE 線與 DD 線重合，然后將刀 具 3 向外移動 xm 毫米，鎖緊螺釘 6，并左右移動刀具，觀察其頂線是否依次 切于毛坯根圓，否則，應輕輕擰松螺釘 6，進行微調，直至滿足上述要求。重 復步驟 2，則在輪坯紙上描畫出 3-4個完整的正變位齒輪的齒廊曲線。4. 同理，再將輪坯轉過120°使負變位齒輪毛坯與扇形盤對心， 并使EE 線與DD線重合，然后將刀具移向輪坯中心 xm毫米，鎖緊螺釘6。同樣，刀 具頂線應切于輪坯根圓，重復步驟 2,則可以在輪坯紙上描畫出3-4個完整的 負變位齒輪的齒廓曲錢。七、實驗數據1. 根據齒輪參數

23、計算標準齒輪、正變位齒輪和負變位齒輪各部分的尺寸， 并將 結果填入下面的表格中。然后以標準齒輪為準，比較正變位和負變位齒輪尺 寸變化情況。表4- 1名稱計算公式計算結果結果比較標準齒輪正變位齒輪負變位齒輪正變位齒輪負變位齒輪分度圓直徑d基圓直徑db齒頂圓直徑da齒根圓直徑df分度圓周節p分度圓齒厚s分度圓齒槽寬e齒頂圓齒厚sa齒頂咼ha齒根高hf齒全高h2附上所描繪的齒廓圖紙，在圖上標出各個圓的半徑，并用彩筆描出齒廓曲線的根切段。八、思考題1、齒條刀具的齒頂高和齒根高為什么都等于 '1 ' ' J'" ？2、 漸開線齒廊的根切現象是怎樣產生的？如何避免

24、？在圖形上如何判斷齒 廓是否根切？3、在同一個實驗儀上，你畫出的標準齒輪、正變位齒輪和負變位齒輪的齒 廓曲線是不是同一條漸開線？為什么？實驗五 平面機構運動創新設計實驗平面機構在機械工程中具有廣泛的應用，它是很多種機械（例如裝載機、壓力機、自 卸汽車、醫療床等）的主體機構。所謂平面機構，是指構件在同一平面和相互平行的平面 作相互非旋轉運動的機構，如平面連桿機構、平面齒輪機構、平面凸輪機構和平面槽輪機 構等。由于生產上對機構運動形式、運動規律和機構性能等方面要求的多樣性和復雜性，以 及單一機構性能的局限性，以致僅僅采用某一種基本機構往往不能滿足設計要求，因而常 常需要進行機構的變異與組合。如在平

25、面連桿機構設計中，可以對曲柄搖桿機構、雙曲柄 機構和雙搖桿機構等基本類型進行變異，從而獲得許多新的平面連桿機構。此外，也可以 在平面連桿機構、平面齒輪機構、平面凸輪機構和平面槽輪機構之間進行組合，以獲得新 的組合機構。一、實驗目的（ 1）利用各種給定的平面機構， 根據提供的拼裝題目 （方案） 進行搭接， 獲得一個完整的機械傳動方案，加深對機構組成的理解；（2）利用各種給定的平面機構，根據想象力進行機構搭接，獲得新的組 合機構或機械傳動方案，進行機械創新設計的實際訓練；（ 3）在機構搭接或組合的基礎上，進行機械傳動系統的運動分析，對運 動方案設計中的一些基本知識點融會貫通，對機構系統的運動特性有

26、一個更 全面更深入的理解。二、實驗儀器及設備1、PJC-A型平面機構運動設計分析實驗臺一套，包括臺架、電機、皮帶、 帶輪、齒輪、凸輪、槽輪、撥盤、插件及各種高低轉副，回轉副及移動副等。2、自備三角板、圓規、鉛筆和草稿紙等文具；3、活動扳手、內六角扳手等 。三、實驗內容及實驗項目1 、機械創新設計綜合展示2、機械的結構分析與設計3、機械運動方案的創新與設計四、實驗原理根據平面機構的組成原理，平面機構是由各個桿組依次聯結到機架和原 動件上形成的。機構具有確定運動的條件是機構的自由度大于零，且原動件 數和機構的自由度相等。所拼接的機構必須滿足以上兩個條件。PJC-A型平面機構運動設計分析實驗臺一套如

27、圖 5-1所示，包括臺架、電 機、皮帶、帶輪、齒輪、凸輪、槽輪、撥盤、插件及各種高、低轉副，回轉 副及移動副等組成，可做多種機構運動方案（見表5-1 ）。實驗臺每套四臺單面機架，每個機架配一臺電機，電機在底板上滑動，互不干涉。實驗臺根據 創新性、認識性原則特別采用了兩種連桿形式，一種為圓形，一種為方扁形， 所有連桿、構件采用迭加組合原理，自由拼接。圖5-1 PJC-A型平面機構運動設計分析實驗臺移動時請用雙手推動、并盡可能使立柱在移動過程中保持鉛垂狀態。立 柱移動到預定的位置后，用螺栓將立柱上、下兩端鎖緊（*安全注意事項：不允許將立柱上、下兩端的螺栓卸下，在移動立柱前只需將螺栓擰松即可）。立柱上的滑塊可沿y方向移動。將滑塊移動到預定的位置后，用螺栓將滑塊緊 定在立柱上。按圖示方法即可在 x、y平面內確定一個固定點，這樣活動構件 相對機架的連接位置就確定了。實驗中可以選擇