华北理工大学机械原理实验指导模板

实验一机械原理展示开放实验一、实验目的了解常见机构的类型、特点、用途、基本原理以及运动特性，对《机械原理》课程有一个全面的感性认识，培养对本课程的学习兴趣。

二、实验设备本实验设备为VCD视盘机控制的机构学示教板，它由10个机构陈列柜组成，主要展示常见的各类机构，介绍机构的型式和用途，演示机构的基本原理和运动特性。

机构学示教板三、实验内容1.序言，介绍了单缸汽油机、蒸汽机和家用缝纫机三种典型机器以及各种运动副。

2.平面连杆机构。

3.机构运动简图及平面连杆机构的应用。

4.凸轮机构。

盘形凸轮、移动凸轮、空间凸轮。

5.齿轮机构。

平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、相错轴齿轮传动。

6.渐开线齿轮的基本参数及渐开线、摆线的形成。

7.周转轮系。

8.间歇运动机构。

棘轮机构、槽轮机构、齿轮式间歇机构、连杆停歇机构。

9.组合机构。

串联组合、并联组合、叠合组合。

10.空间机构。

空间四杆机构、空间连杆机构、空间五杆机构、空间六杆机构。

实验二机构运动简图的测绘和自由度预备知识1.什么是机构？什么是机构运动简图？2.构件、零件、运动副的定义是什么？机构具有确定运动的条件是什么？一、实验目的1.学会依照实际的机器或机构模型，绘制机构运动简图；2.巩固和验证机构自由度的计算方法；3.分析机构具有确定运动的必要条件和加深对机构分析的了解。

二、设备和工具1.各种实际机器及各种机构模型；2.钢板尺、卷尺、内外卡尺、量角器等；3.自备铅笔、橡皮、草稿纸等。

三、实验原理和方法由于机构的运动仅与机构中可动的构件数目、运动副的数目和类型及相对位置有关，因此，绘制机构运动简图要抛开构件的外形及运动副的具体构造，而用国家标准规定的简略符号来代表运动副和构件（可参阅GB4460－84“机构运动简图符号”），并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此说明机构的运动特征。

要正确地反映机构的运动特征，就必须首先清楚地了解机构的运动。

其方法是：1.在机构缓慢运动中观察，搞清运动的传递顺序，找出机构的原动构件、从动构件（包括执行机构）和固定构件（机架）。

2.确定组成机构的可动构件数目以及构件之间所形成的相对运动关系（即组成何种运动副）。

3.分析各构件的运动平面，选择多数构件的运动平面作为运动简图的视图平面。

4.将机构停止在适当的位置（即能反映全部运动副和构件的位置），确定原动件，并选择适当比例尺，按照与实际机构相应的比例关系，确定其它运动副的相对位置，直到机构中所有运动副全部表示清楚。

5.测量实际机构的运动尺寸，如转动副的中心距、移动副的方向、齿轮副的中心距等。

6.按所测的实际尺寸，修定所画的草图并将所测的实际尺寸标注在草图上的相应位置，按同一比例尺将草图画成正规的运动简图。

7.按运动的传递顺序用数字1，2，3……和大写字母A，B，C……分别标出构件和运动副。

8.按机构自由度的计算公式计算机构的自由度，并检查是否与实际机构相符，以检验运动简图的正确性。

四、实验步骤1.观察所画机构，搞懂运动原理；2.熟悉运动副的标准代表符号；3.描绘简图的草图；4.测量实际机构的运动尺寸并标注在草图上；5.选择比例尺，标注构件和运动副；6.计算机构的自由度；7.做机构的结构分析。

实验三回转构件的动平衡实验预备知识：1.动平衡和静平衡的基本概念；2.动平衡的理论依据是什么？3.质径积、相位的含义是什么？一、实验目的：1.巩固动平衡的基本理论知识；2.通过“补偿重径积式”动平衡实验机的平衡原理和实践，加深对动平衡理论的理解。

二、实验设备及工具：1.JDK-1型“补偿式”动平衡实验机；2.实验专用转子；3.平衡用重块或橡皮泥；4.天平和砝码；三、实验原理和方法1.实验原理理论上已经阐明，任何回转构件的动不平衡，都可以认为是分别由该构件上任意选择的两个回转平面T′和T″的不平衡重量m0′和m0″所产生的。

因此，在进行动平衡实验时，便可以不管被平衡构件的实际不平衡量所在的位置及大小如何，只需要根据构件的实际外形的许可，任选两个回转平面作为平衡校正面，且把不平衡重量m0′和m0″看作就处在被选定的两个平衡校正面上，然后针对m0′和m0″进行平衡，就可以达到使整个构件平衡的目的。

2.实验机的结构概述和实验方法本实验采用补偿式平衡实验机，又叫框架式平衡实验机。

它是利用补偿重径积法测定两个平衡校正面的不平衡量m0′和m0″的大小和相位，它的结构如图6-2所示。

框架1经弹簧2与固定机架3相连接，并被O－X轴线以刀口的形式所支撑，构成了一个以O－X轴线为支撑的振摆系统。

在框架上装有主轴4，由固定在机架上的电动机14通过皮带和带轮12所驱动。

在主轴上还装有斜齿轮6，它与齿轮5齿数相等并互相啮合，构成交错轴斜齿轮传动。

齿轮6还可以沿主轴4作轴向移动，移动的距离和齿轮6的轴向宽度相等。

略比齿轮5的基圆周长大一些，当调整手轮18时可以使齿轮6左右移动，齿轮5和固定的轴9也可以同时回转。

齿轮5与圆盘7固定在轴9上，圆盘8除随轴9转动外，可以通过调节手轮17使之沿轴9上下移动，以改变两圆盘间的距离L C，L C值由指针16指示。

圆盘7、8大小、质量完全相等，上面各装有一个质量为m C的重块，其质心都与回转轴线相距r C，但相位差1800。

因此，当圆盘7、8转动时，m C的离心力F C便构成了一个可调的力偶矩F C L C，它与框架振摆面的夹角以φC表示，轴9上端的指针15即用来指示F C L C的作用平面和方向，指针的指向即为F C L C的转向，调节手轮18就可调节瞬时的φC值。

实验时，将待平衡的专门转子10架于两个滚动支撑13上，由主轴4带动。

此时转子的不平衡质量可以看成在所选的两个平衡校正面T′和T″内，由向量半径分别为r0′和r 0″的两个不平衡质量m 0′和m 0″所产生。

平衡时可先令校正面T″通过振摆轴线O －X ，如图中所示。

当转子转动以后，T″面上的的离心力F 10″所产生的力矩为零，不引起框架的振动，而T’面上的不平衡量m 0′产生的离心力F 10′对振摆轴线O －X 形成力矩M 0，使框架发生振动，其大小为：M 0＝F 10′Lcosφ图2 JDK-1型动平衡实验台振幅可由指针20指示。

同时主轴4带动齿轮6、5，因而圆盘7、8以相同的转速旋转。

F C L C 对于O －X 轴也产生力偶矩M C ，也直接影响框架的振动。

这样就产生了补偿质径积m C r C 的力偶矩M C ，其大小为M C ＝F C L C cosφC 。

因此，使框架产生绕O －X 轴振动的合力矩大小为：M ＝M 0＋M C当M ＝0时，框架便静止不动，此时M 0的方向和M C 的方向相反，故：M ＝M 0－M C ＝F 10′L －F C L C cosφC则 F 10′L －F C L C cosφC ＝0即 m 0′r 0′Lcosφ－m C r C cosφC ＝0满足上式的条件为：''00r m =LL r m C C C （1） φ＝φC （2）所以，通过移动圆盘8来调节L C 满足（6-1）式条件，移动齿轮6来调节φC 满足（2）式条件，当两条件都满足以后框架便静止不动。

此时将动平衡机所指示的L C 值代入（1）式，便可求得m 0′r 0′的大小。

因为（6-1）式中的m C r C 和L 是动平衡机已知的参数，故可写成：m 0′r 0′＝CL C当选定所加平衡质量的半径r 0′后，m 0′即可确定：'0m =C r L C '0 （3） 根据（3）式即可确定平衡质量的大小。

相位的确定是这样的：当满足机器平衡条件后使机器停止转动，将指针15转到与O －X 轴线垂直的方向上，此时m 0′的相位必定在T′校正面的垂直方向上，然后根据补偿力偶矩的已知方向，选择与力偶方向相反方向即为平衡重量m 0′所在的实际相位了。

适当选择r 0′，即可求得m 0′，对T″校正面的平衡也按同样的方法进行，从而完成对整个转子的平衡。

四、实验步骤1. 充分了解试验机的整体结构和各部分的作用以及调整的方法和顺序。

2. 记录所用试验机的固有参数C 。

3. 调节手轮17使指针16所指示的L C 值为零，在无转子的条件下启动电机，此时框架应无振动，指针20所指示的振幅也应为零。

4. 将转子装在主轴4上，启动电机使转子转动，此时T″校正面应与O －X 支撑轴在同一个垂直面内，框架只是在T′校正面内的不平衡重径积作用下开始振摆，此时的振摆是单一的M 0作用的结果。

5. 调节手轮17，使圆盘8上升一初距L C ，此时可产生一个补偿力偶矩M C ，框架的振摆作用力矩就不是单一的，而是M 0和M C 的合成。

6. 调节手轮18，改变补偿力矩M C 的相位，使φC ＝φ，此时振幅指示应相对最小。

7. 再仔细调节手轮17，改变L C 的大小，直到振幅为零满足CL C ＝m 0′r 0′的条件，此时记下L C 的值。

8. 计算m 0′r 0′的值。

m 0′0′＝CL C9. 选择r 0′的大小（测量T’面圆弧槽中心到转轴的距离），计算m 0′的值。

10. 在天平上称得一份质量为m 0′的重块（螺栓加橡皮泥的重），加在槽的中心并紧固。

启动电机，此时框架又振动起来，这时的振动作用力矩完全是由M C 所致，因为M 0已被m 0′r 0′所平衡。

此时调节手轮17，使Lc ＝0，框架应无振动。

11. 掉转专门转子方向，再用同样的步骤和方法平衡T″面，整个转子才被完全平衡好。

五、 注意事项：1. 要注意安全，安装转子及重块螺栓一定要装牢固，以免脱开伤人。

2. 框架的平衡指示20不可能一点不动，只要振幅小于1mm 左右，即认为平衡。

3. 用天平称重时，应精确到0.1g 。

4. 填好实验报告，回答报告中的思考题。

实验四 机械运动参数的测定一、实验目的1、 通过实验，了解位移、速度、加速度的测定方法；角位移、角速度、角加速度的测定方法；转速及回转不匀率的测定方法；2、 通过实验，初步了解“MEC-B 机械动态参数测试仪”及光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）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、角速度，特别是加速度、角加速度的感性认识；4、 比较曲柄导杆滑块机构与曲柄滑块机构的性能差别。

二、实验设备本试验的试验系统如图1所示，它由以下设备组成：图1 MEC －B 机械运动参数测试实验系统1、实验机构；2、MEC-B 机械动态参数测试仪；3、PP-40四色绘图仪；4、磁带记录仪（普通家用录音机）；5、光电脉冲编码器（也可采用其它各种数字式或模拟式传感器）；6、同步脉冲发生器（或称角度传感器）。

三、工作原理1、 实验机构本实验配套的为曲柄滑块机构及曲柄导杆滑块机构（也可采用其它各类实验机构），其原动力采用直流调速电机，电机转速可在0~3600r/min 范围作无级调速。