机械原理课程

《机械原理》课程上机实验指导书盐城工学院机械工程学院机械基础课程组目录实验一连杆机构运动分析 (2)实验二凸轮轮廓设计 (7)实验三齿轮机构设计 (10)实验四齿轮范成原理计算机模拟 (13)附：上机操作及程序编写指导 (15)实验一连杆机构运动分析一、实验目的1、掌握用解析法对连杆机构进行运动分析的原理和方法；2、培养分析问题、解决问题的能力；3、培养计算机应用能力。

二、实验原理用解析法对平面连杆机构进行运动分析，采用矢量方程法进行分析。

1、铰链四杆机构如图1所示的四杆机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。

经过位移分析得图1 平面铰链四杆机构运动分析经过速度分析得经过加速度分析得 2、曲柄滑块机构如图2所示的滑块机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。

经过位移分析得C11231332sin()sin()l l ϕϕωωϕϕ-=-11321223sin()sin()l l ϕϕωωϕϕ-=--图2 曲柄滑块机构运动分析经速度分析展开后得 经加速度分析得3、导杆机构如图3所示的导杆机构，取坐标系原点与曲柄回转中心重合。

经过位移分析得经速度分析得2211cos cos ϕϕl l x C +=2211cos )sin(ϕϕϕυ--=l C 114113cos sin tan ϕϕϕl l l +=311cos cos ϕϕl S =图3 导杆机构运动分析经加速度分析得三、实验方法和步骤1、实验准备取几何尺寸为下面三组数据中任一组数据，实验前编写好计算机机构运动分析程序（利用VB 、VC 或MATLAB 语言编程）。

（1）铰链四杆机构：2.01=l m, 4.02=l m ，35.03=l m, 5.04=l m,101=ωrad/s ；（2）曲柄滑块机构：2.01=l m, 4.02=l m ，101=ωrad/s ；Sl v B B )sin(2312113323ϕϕωωα-+-=)cos(312112332ϕϕωω--=l S a B B（3）导杆机构：2.01=l m, 5.04=l m, 101=ωrad/s ； 2、上机实验（1）打开计算机，输入编写好的程序； （2）调试程序，输入已知数据；（3）按曲柄转角从0˚到360˚之间每间隔30˚输出一组分析数据。

四、填写实验报告 五、思考题1．在曲柄滑块机构中，位移、速度、加速度的变化分别对哪个几何参数最敏感？2．在导杆机构中，位移、速度、加速度的变化分别对哪个几何参数最敏感？3．机构几何参数的变化过程中，位移、速度、加速度曲线的基本形状有无发生根本性的改变？为什么？实验二 凸轮轮廓设计一、实验目的1、掌握用解析法设计凸轮机构的原理和方法；2、培养分析问题、解决问题的能力；3、培养计算机应用能力。

二、实验原理1、从动件推程运动规律方程 （1）等速运动规律推程运动方程： 回程运动方程：0=Φ=Φ=a h v h S ωϕ0')'1(=Φ-=Φ-=a h v h S ωϕ（2）等加速等减速运动规律推程等加速段运动方程： 等减速段运动方程：回程等加速段运动方程： 等减速段运动方程：（3）余弦加速度规律推程运动方程： 回程运动方程：（4）正弦加速度规律推程运动方程： 回程运动方程：2、凸轮轮廓设计如图4所示的直动从动件盘形凸轮机构，凸轮轮廓的方程为 理论轮廓方程：22222442ωϕωϕΦ=Φ=Φ=h a h v h s )cos(2)sin(2)cos(12222ϕπωπϕπωπϕπΦΦ=ΦΦ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ-=h a h v h s )2sin(2)2cos(1)2sin(2122ϕπωπϕπωϕππϕΦΦ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ-Φ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ-Φ=h a h v h s 222224)(4)(2ωϕωϕΦ-=-ΦΦ=-ΦΦ-=h a h v h h s )'cos('2)'sin('2)'cos(12222ϕπωπϕπωπϕπΦΦ-=ΦΦ-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ+=h a h v h s )'2sin('2)'2cos(1')'2sin(21'122ϕπωπϕπωϕππϕΦΦ-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ-Φ-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡Φ+Φ-=h a h v h s式中，e 为偏距；。

实际轮廓方程：图4 凸轮轮廓设计三、实验方法和步骤1、实验准备取设计数据：10=e mm ，40=b r mm, 10=r r mm, 30=h mm,ο150=Φ，ο30'0=Φ，ο120'=Φ，实验前编写好凸轮轮廓设计的计算机程序。

（利用VB 、VC 或MATLAB 语言编程）2、上机实验（1）打开计算机，输入编写好的程序； （2）调试程序，输入已知数据；（3）按凸轮转角从0˚到360˚之间每间隔30˚输出一组轮廓曲线坐标。

四、填写实验报告 五、思考题1. 在凸轮理论廓线一定的条件下，从动件上的滚子半径与凸轮机构的压力角有何关系？2. 在推程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是什么？3．在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的理论廓线与实际廓线间的关系是什么？实验三 齿轮机构设计一、实验目的1、掌握齿轮机构设计的基本原理；2、培养分析问题、解决问题的能力；3、培养计算机应用能力。

二、实验原理渐开线圆柱齿轮机构设计步骤：（给定中心距的情况） 1、按给定的实际中心距'a 计算啮合角 2、计算两轮变位系数和，并作适当分配变位系数按传动要求分配，保证不发生根切且小齿轮的变位系数大于大齿轮的变位系数。

齿轮不发生根切的最小变位系数为3、按表1的公式计算两轮的几何尺寸。

4、校验重合度αε和正变位齿轮的齿顶圆厚度。

一般要求m s a )4.0~25.0(,2.1≥≥αε若给定传动比i ，则首先确定两轮的齿数，由公式计算将1z 、2z 圆整。

圆整时应取齿数比12/z z u 与给定传动比i 误差较小的一 对齿数方案。

然后按上述步骤设计。

1、实验准备取设计数据：一对渐开线直齿圆柱齿轮机构，传动比，齿轮的中心距mma64' ，，，，，设计这对齿轮机构。

实验前编写好齿轮机构设计的计算机程序。

（利用VB、VC或MATLAB语言编程）2、上机实验（1）打开计算机，输入编写好的程序；（2）调试程序，输入已知数据；（3）输出齿轮几何尺寸计算结果。

四、填写实验报告五、思考题1．渐开线齿轮的齿数、模数、齿顶高系数和两轮的中心距、啮合角，对渐开线齿轮传动的重合度各有何影响？2．齿轮机构设计应满足哪些基本要求？实验四齿轮范成原理计算机模拟一、实验目的1．掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理，观察渐开线齿轮齿廓曲线的形成过程。

2．了解渐开线齿轮齿廓的根切现象和用径向变位避免根切的方法。

3．分析比较标准齿轮与变位齿轮齿形的异同。

二、实验原理由齿轮啮合原理知：一对渐开线齿轮啮合传动时，两轮的齿廓曲线互为包络线。

范成法就是利用这一原理来加工齿轮的。

用范成法加工齿轮时，其中一轮为齿条型刀具，另一轮为待加工齿轮的轮坯。

刀具与轮坯按齿数比作定传动比的回转运动，与一对齿轮的啮合传动完全相同。

在传动中刀具齿廓曲线的包络线就是待加工齿轮的齿廓曲线。

由于在实际加工时看不到刀刃包络出齿轮的过程，故通过齿轮范成实验来表现这一过程。

对于在传动中的刀具与轮坯的各个对应位置，依次描绘出刀具的刀刃廓线，每次所描下的刀刃廓线相当于齿坯在该位置被刀刃所切去的部分。

这样我们就能清楚地观察到刀刃廓线逐渐包络出待加工齿轮的渐开线齿廓，形成轮齿切削加工的全过程。

加工标准齿轮时，齿条刀具的中线与被加工齿轮的分度圆相切；加工变位齿轮时，齿条刀具的中线与齿轮的分度圆相距xm 的距离。

三、实验方法和步骤1、实验准备已知被加工齿轮参数：20=m ，10=z ，ο20=α，1*=ah ，25.0*=c 。

计算齿轮不发生根切的最小变位系数，并计算出标准齿轮和变位齿轮的分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径。

2、上机实验（1）打开计算机，进入齿轮范成实验模拟系统；（2）加工标准齿轮，输入被加工齿轮的齿数和模数，观察齿廓形成的过程和齿廓的形状，找出根切的位置；（3）加工变位齿轮，输入被加工齿轮的参数，观察齿廓形成的过程和齿廓的形状，观察有无根切和齿顶是否变尖；（4）观察变位系数的变化，齿轮齿形的变化情况。

四、填写实验报告五、思考题1．范成法切制z=12，β=30°的斜齿圆柱齿轮，会不会产生根切？2．用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮，发生根切的原因是什么？3．用齿条型刀具切制标准齿轮时，齿条刀具与齿轮轮坯的位置关系如何？附：上机操作及程序编写指导一、C++语言编程指导1、程序的建立过程1）启动VC++6.0。

2）点选文件——>新建，选中工程页中的Win32 Application,并取名test，选择文件存放位置，最后点确定。

3）确定后出现下面的界面，选择 An empty project 点击完成。

4）接着出现下面的界面，单击确定即可。

5）建立了一个Windows应用程序工程后，下面要新建源代码文件。

6）点选文件——>新建，选中文件中的C++ Sourse File，并取文件名为test，最后点确定。

7）然后就可以在下图中的右边空白区填写代码。

8）代码填写完成后，Ctrl+F7进行编译，如下图。

9）编译通过后，用Ctrl+F5执行。

2、程序代码的编写1) 程序头文件# include <graphics.h># define pi 3.1415926# include <stdio.h>#include <windows.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <math.h>#include <iostream.h>2) 数据变量的定义double d, A, h, Delta, B1, B2, B11, B22;int a,b;3) 数据输入、输出cin>>A>>B1>>B11;cout<<”A=”<<A<<’\t’<<”B1=”<<B1<<’\t’<<”B11”<<B11<<\n’;3、程序示例#include<iostream.h>#include<math.h>V oid main(V oid){double f1.f2,l1,l2,w1,w2,xc,vc,a2,ac;cin>>l1>>l2>>w1;cout<<”c1=”<<l1<<’\t’<<”l2=”<<l2<<’\t’<<”w1”<<’\n’;for (f1＝0′＜360′＋＝30)｛f2＝asin((-l1)*sin(f1)/l2);xc=l1*cos(f2)+l2*cos(f2);w2=((-l1)*w1*cos(f1))/(l1*cos(f2));vc=((-l1)*sin(f1-f2))/cos(f2);a2=ac=cont<<”f1=”<<f1<<’\t’<<”xc=”<<xc<<’\t’<<”w2=”<<w2<<’\t’<<”vc=”<< vc<<’\t’<<”ac=”<<ac<<’\n’;}}二、VB语言编程指导1、程序的建立过程1）首先启动Visual Basic 6.0。