[机械原理]实验指导书

《机械原理》实验指导书

机械设计教研室

福建工程学院 2002年7月15日

目录

实验一、 平面机构运动简图测绘和分析-------------------------1 实验二、渐开线齿廓的范成原理--------------------------------5 实验三、转子动平衡实验--------------------------------------9 实验四、“运动参数及动力参数测定”实验----------------------12 实验五、 机械方案创意设计模拟实施 ------------------------------19

实验一 平面机构运动简图的测绘和分析

一、实验目的

（1）学会根据实际机械或模型的结构测绘机构运动简图； （2）验证和巩固机构自由度计算。 二、实验要求

（1）正确判别两种运动副及其数量； （2）绘制出２～４种平面机构的运动简图； （3）对照实验机械，理解计算机构自由度的目的。 三、实验设备和工具 （1）各种机械实物； （2）各种机构模型； （3）钢板尺； （4）外卡钳；

（5）铅笔与橡皮（自备）； （6）草稿纸（自备）。 四、实验原理

在分析和研究机构运动时，为了使问题简化，便于分析，可以不考虑构件的外形、构件的截面尺寸和运动副的实际构造，只用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此来说明实际机构的运动特征。

五、测绘步骤和方法

（1）测绘时使被测的机器或模型缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构运动，分清各运动单元，从而确定组成机构的构件数目；

（2）根据相互联接两构件的接触情况和相对运动的性质，确定各个运动副的种类； （3）选取平行于机构运动的平面为视图平面，使其能表示某一个瞬时的机构位置，且要求在此位置时的各构件不相互重叠；

（4）在草稿纸上徒手按规定的符号和构件联接的次序逐步画出机构运动简图的草图。然后用数字1、2、3……分别标注各构件，用字母A、B、C……分别标注各运动副；

（5）仔细测量机构的运动学尺寸（如回转副的中心距，移动副导路间的夹角等），任意假设原动件的位置，并按一定的比例尺将草图苏画成规范的机构运动简图，简图比例尺用μ表示，即

μ

（6）计算各机构的自由度数，并将结果与实际相对照，观察是否相符。 六、思考题

1．1 一个正确的平面机构运动简图，应能说明哪些内容？

1．2 绘制平面机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意假定？会不会影响简图的正确性？

1．3 平面机构自由度的计算，对测绘平面机构运动简图有何帮助？

平面机构运动简图的测绘和分析

实验结果

实验结果分析和讨论

实验二 渐开线齿轮范成原理实验

一、实验目的

（1）掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；

（2）掌握渐开线齿轮产生切齿干涉的原因和克服切齿干涉的方法； （3）分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。 二、实验要求

（1） 绘制渐开线标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮的齿廓图各2～3个 完整齿；

（2）比较上述3种齿廓的异同点； （3）指出变位齿轮的优缺点。

三、实验设备和工具 （1）绘图纸（自备）；

（2）齿轮范成仪（包括渐开线标准齿形样板）； （3）圆规（自备）； （4）铅笔（自备）； （5）剪刀（自备）； （6）三角板（自备）。 四、实验原理

范成仪上所用的刀具模型为齿条插刀。范成仪的构造如图3-1所示：圆盘1绕其固定的轴心O转动，在圆盘的外缘有凹槽，槽内绕有尼龙绳2，尼龙绳绕在槽内以后，其中心线所形成的圆应该等于被加工齿轮的分度圆。尼龙绳的一端固定在横拖板3的a处，另一端固定在横拖板的b处。横拖板可以在机架4上沿水平方向移动，通过尼龙绳的作用，使圆盘相对于横拖板的运动等于被加工齿轮相对齿轮的运动（新的范成仪根据此原理已采用齿轮与齿轮条传动）。在横拖板上另一个带有刀具6的纵拖板5，转动螺旋8时，可使纵拖板相对于横拖板沿垂直方向移动，以调节刀具中线到轮坯中心的距离。

原始数据和指定的变位系数

图3-1 齿轮范成仪

五、实验步骤

（1）切制标准齿轮时，将刀具中线调节至与被加工齿轮分度圆相切（或刀具的齿顶与被加工齿轮的齿轮根圆相切）的位置。

（2）切制变位齿轮时，将刀具中线调节至离开被加工齿轮分度圆的切线一段距离xm（变位值），此值可由横拖板端面上的刻度读出。

（3）根据刀具的原始参数和被加工齿轮分度圆直径，计算出被加工的标准齿轮和

变位齿轮的基圆、根圆以及顶圆的直径，并将上述四个圆画在图纸上。然后将纸剪成比顶圆直径大出1～2mm的圆形作为轮坯（见图3-2）（变位齿轮顶圆直径以高度变位传动计算）。

（4）把代表轮坯的图纸放在圆盘1上，对准中心后用压环7压紧。

（5）开始“切制”齿廓时，可移动横拖板，将刀具推到范成仪的一端，然后每次表轮坯的图纸上用铅笔描下刀具刀刃的位

置，直到形成2～3个完整的齿轮时为止。在上述过程中，应注意轮坯上的齿廓是怎样 被包络线逐渐包络出来的。图3-3为标准渐开线齿轮的齿廓。

（6）用渐开线标准齿形样板检验齿轮的渐开线齿廓，如有切齿干涉现象，分析其

向另一端移动一个不大的距离，这时就在代

原因，并计算出最小变位系数xmin。

（7）按教师指定的变位系数x和第二条所说的方法，重新调节刀具的位置，使其处于切削变位齿轮的位置进行“切削”齿轮。然后进行变位齿轮的齿廓检验。图3-4 为正变位齿廓。

（8）比较“切削”出的标准齿轮和变位齿轮的齿厚、齿槽宽、齿距、齿顶厚、根 圆、顶圆、分度圆和基圆相对变化情况。 六、思考题

3．1用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求？为什么要有这样的要求？

3．2齿条刀具的齿顶高为什么等于（ha*+c*）m？

3．3通过实验，你认为切齿干涉现象产生的原因是什么？避免切齿干涉的方法有哪些？

渐开线齿轮范成原理实验报告

原始数据

实验结果1

实验结果分析和讨论

《机械原理》实验指导书

机械设计教研室

福建工程学院 2002年7月15日

目录

实验一、 平面机构运动简图测绘和分析-------------------------1 实验二、渐开线齿廓的范成原理--------------------------------5 实验三、转子动平衡实验--------------------------------------9 实验四、“运动参数及动力参数测定”实验----------------------12 实验五、 机械方案创意设计模拟实施 ------------------------------19

实验一 平面机构运动简图的测绘和分析

一、实验目的

（1）学会根据实际机械或模型的结构测绘机构运动简图； （2）验证和巩固机构自由度计算。 二、实验要求

（1）正确判别两种运动副及其数量； （2）绘制出２～４种平面机构的运动简图； （3）对照实验机械，理解计算机构自由度的目的。 三、实验设备和工具 （1）各种机械实物； （2）各种机构模型； （3）钢板尺； （4）外卡钳；

（5）铅笔与橡皮（自备）； （6）草稿纸（自备）。 四、实验原理

在分析和研究机构运动时，为了使问题简化，便于分析，可以不考虑构件的外形、构件的截面尺寸和运动副的实际构造，只用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此来说明实际机构的运动特征。

五、测绘步骤和方法

（1）测绘时使被测的机器或模型缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构运动，分清各运动单元，从而确定组成机构的构件数目；

（2）根据相互联接两构件的接触情况和相对运动的性质，确定各个运动副的种类； （3）选取平行于机构运动的平面为视图平面，使其能表示某一个瞬时的机构位置，且要求在此位置时的各构件不相互重叠；

（4）在草稿纸上徒手按规定的符号和构件联接的次序逐步画出机构运动简图的草图。然后用数字1、2、3……分别标注各构件，用字母A、B、C……分别标注各运动副；

（5）仔细测量机构的运动学尺寸（如回转副的中心距，移动副导路间的夹角等），任意假设原动件的位置，并按一定的比例尺将草图苏画成规范的机构运动简图，简图比例尺用μ表示，即

μ

（6）计算各机构的自由度数，并将结果与实际相对照，观察是否相符。 六、思考题

1．1 一个正确的平面机构运动简图，应能说明哪些内容？

1．2 绘制平面机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意假定？会不会影响简图的正确性？

1．3 平面机构自由度的计算，对测绘平面机构运动简图有何帮助？

平面机构运动简图的测绘和分析

实验结果

实验结果分析和讨论

实验二 渐开线齿轮范成原理实验

一、实验目的

（1）掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；

（2）掌握渐开线齿轮产生切齿干涉的原因和克服切齿干涉的方法； （3）分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。 二、实验要求

（1） 绘制渐开线标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮的齿廓图各2～3个 完整齿；

（2）比较上述3种齿廓的异同点； （3）指出变位齿轮的优缺点。

三、实验设备和工具 （1）绘图纸（自备）；

（2）齿轮范成仪（包括渐开线标准齿形样板）； （3）圆规（自备）； （4）铅笔（自备）； （5）剪刀（自备）； （6）三角板（自备）。 四、实验原理

范成仪上所用的刀具模型为齿条插刀。范成仪的构造如图3-1所示：圆盘1绕其固定的轴心O转动，在圆盘的外缘有凹槽，槽内绕有尼龙绳2，尼龙绳绕在槽内以后，其中心线所形成的圆应该等于被加工齿轮的分度圆。尼龙绳的一端固定在横拖板3的a处，另一端固定在横拖板的b处。横拖板可以在机架4上沿水平方向移动，通过尼龙绳的作用，使圆盘相对于横拖板的运动等于被加工齿轮相对齿轮的运动（新的范成仪根据此原理已采用齿轮与齿轮条传动）。在横拖板上另一个带有刀具6的纵拖板5，转动螺旋8时，可使纵拖板相对于横拖板沿垂直方向移动，以调节刀具中线到轮坯中心的距离。

原始数据和指定的变位系数

图3-1 齿轮范成仪

五、实验步骤

（1）切制标准齿轮时，将刀具中线调节至与被加工齿轮分度圆相切（或刀具的齿顶与被加工齿轮的齿轮根圆相切）的位置。

（2）切制变位齿轮时，将刀具中线调节至离开被加工齿轮分度圆的切线一段距离xm（变位值），此值可由横拖板端面上的刻度读出。

（3）根据刀具的原始参数和被加工齿轮分度圆直径，计算出被加工的标准齿轮和

变位齿轮的基圆、根圆以及顶圆的直径，并将上述四个圆画在图纸上。然后将纸剪成比顶圆直径大出1～2mm的圆形作为轮坯（见图3-2）（变位齿轮顶圆直径以高度变位传动计算）。

（4）把代表轮坯的图纸放在圆盘1上，对准中心后用压环7压紧。

（5）开始“切制”齿廓时，可移动横拖板，将刀具推到范成仪的一端，然后每次表轮坯的图纸上用铅笔描下刀具刀刃的位

置，直到形成2～3个完整的齿轮时为止。在上述过程中，应注意轮坯上的齿廓是怎样 被包络线逐渐包络出来的。图3-3为标准渐开线齿轮的齿廓。

（6）用渐开线标准齿形样板检验齿轮的渐开线齿廓，如有切齿干涉现象，分析其

向另一端移动一个不大的距离，这时就在代

原因，并计算出最小变位系数xmin。

（7）按教师指定的变位系数x和第二条所说的方法，重新调节刀具的位置，使其处于切削变位齿轮的位置进行“切削”齿轮。然后进行变位齿轮的齿廓检验。图3-4 为正变位齿廓。

（8）比较“切削”出的标准齿轮和变位齿轮的齿厚、齿槽宽、齿距、齿顶厚、根 圆、顶圆、分度圆和基圆相对变化情况。 六、思考题

3．1用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求？为什么要有这样的要求？

3．2齿条刀具的齿顶高为什么等于（ha*+c*）m？

3．3通过实验，你认为切齿干涉现象产生的原因是什么？避免切齿干涉的方法有哪些？

渐开线齿轮范成原理实验报告

原始数据

实验结果1

实验结果分析和讨论