《机械原理》实验指导书。
机电学院机械工程实验室。
2023年9月。
实验一机构认知和平面机构运动简图测绘实验。
机构的认知实验。
一、实验目的。
1、初步了解《机械原理》课程所研究的各种常用机构的结构、类型、特点及应用实例，以便对所学理论知识产生一定的感性认识。
2、分析常用机构基本构造及原理，了解常用机构的实际使用情况。
二、实验方法。
通过观察所展示的各种常用机构的模型，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考；学生通过观察，对常用机构的结构、类型、特点有一定的了解；以便对学习《机械原理》课程产生一定的兴趣。
三、实验内容。
观摩陈列机构包括：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、棘轮机构、齿轮间歇机构、空间机构以及其他教学模型等。陈列了大多数常用的机构，要求对相应的机构进行了结构和基本受力分析，对连接和安装的基本方法的作简要说明，有些常用的机构还给出了简单的应用举例。
通过本实验的观摩，学生可以对照书本所学的基本内容，初步领会机械原理的一些常用机构的基本设计与应用原理，从而达到举一反三的教学目的，对其所学的课本理论知识进一步巩固和深化。
一) 对机器的认识。
通过对实物模型和机构的观察，学生可以认识到：机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。所以只要掌握各种机构的运动特性，再去研究任何机器的特性就不困难了。
在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形成的可动连接及运动特征来命名的。如：高副、低副、转动副、移动副等。
二) 平面四杆机构。
平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛的是四杆机构，四杆机构分成三大类：即铰链四杆机构，单移动副机构，双移动副机构。
1．铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，即根据两连架杆为曲柄，或摇杆来确定。
2．单移动副机构：它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。可分为：曲柄滑块机构、曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等。
3．双移动副机构：它是带有两个移动副的四杆机构，把它们倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。
三) 凸轮机构。
凸轮机构常用于把主动构件的连续运动，转变为从动件严格地按照预定规律的运动。只要适当设计凸轮廓线，便可以使从动件获得任意的运动规律。由于凸轮机构结构简单、紧凑，因此广泛应用于各种机械、仪器及操纵控制装置中。
凸轮机构主要有三部分组成，即：凸轮(它有特定的廓线)、从动件(它由凸轮廓线控制着)及机架。凸轮机构的类型较多，学生在参观这部分时应了解各种凸轮的特点和结构，找出其中的共同特点。
四) 齿轮机构。
齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。具有传动准确、可靠、运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。根据轮齿的形状齿轮分为：
直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。
1．平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿轮机构、齿轮齿条机构等。
2．相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹角常为90°。
3．交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆机构等。
4．齿轮机构参数。
齿轮基本参数有齿数z、模数m、分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、顶隙系数c*等。参观这部分时，学生需要掌握：什么是渐开线？
渐开线是如何形成的？什么是基圆和渐开线发生线？ 并注意观察基圆、发生线、渐开线三者间关系，从而得出渐开线有什么性质？
同时还要通过参观总结出：齿数、模数、压力角等参数变化对齿形有何影响？
五) 周转轮系。
通过各种类型周转轮系的动态模型演示，学生应该了解什么是定轴轮系？什么是周转轮系？根据自由度不同，周转轮系又分为行星轮系和差动轮系。
它们有什么差异和共同点？差动轮系为什么能将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动？
周转轮系的功用、形式很多，各种类型都有它自己的缺点和优点。在我们今后的应用中应如何避开缺点，发挥优点等等都是需要学生实验后认真思考和总结的问题。
六) 其他常用机构。
其他常用机构常见的有棘轮机构；摩擦式棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；凸轮式间歇运动机构；万向节及非圆齿轮机构等。通过各种机构的动态演示学生应知道各种机构的运动特点及应用范围。
七) 机构的串、并联。
通过实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构，可以看出，机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以在学习机械原理课程中一定要掌握好各类基本机构的运动特性，才能更好地去研究任何机构复杂机构特性。
四、实验要求。
1、学生必须带上课本，以便于与书本内容进行对照观察。
2、进入实验室必须保持安静，不得大声喧哗，以免影响其他同学。
3、服从实验人员的安排，认真领会机构的构造原理。
五、实验报告。
对常用的机构，分别写出4～6个模型的名称，并说明其对应的实物应用情况。
平面机构运动简图测绘实验。
一、实验目的。
1、通过实验机构的比较，了解常用平面机构的组成原理，巩固对机构结构分析的了解。
2、初步掌握根据实际机器或机构模型绘制平面机构运动简图的方法，并能正确表达有关机构、运动副及构件。
3、验证和巩固平面机构自由度的计算方法，分析机构运动的确定性，并比较与实物(或模型)是否相符。
二、实验原理。
机构的运动简图是工程上常用的一种图形，是用符号和线条来清晰、简明的表达出机构的运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。在机器中各种机构尽管它们的外形和功用各不相同，但只要是同种机构，其运动简图都是相同的。
机构的运动仅与机构所具有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关。因此在绘制机构运动简图时，可以不考虑构件的复杂外形，运动副的具体构造，而用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺寸表示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。
三、实验内容。
选择一些典型机构、机器的实物或模型进行平面机构的运动简图测绘，计算其自由度，并分析机构运动的确定性。
四、实验设备及自备用品。
1、若干个机器和机构模型；
2、实验前，学生应预习实验指导书，学习教材中与本实验有关的内容，熟记各种平面运动副及构件的代表符号；
3、学生自带下列实验用品：圆规、三角板(或钢板尺)、铅笔、橡皮和纸。
五、实验步骤。
1、分析构件特征和构件数。
分析平面机构的实物(或模型)，通过动力输入构件或转动手柄，使机构运动，观察并判断平面机构中哪些为原动件，哪些为从动件，哪些是输出构件，哪些是机架，同时确定构件的数目。
2、转动原动件使机构缓慢运动，按照运动的传递路线，依次判断相邻两构件之间组成运动副的类别。从中确定哪些是低副，哪些是高副，低副中哪些是转动副，哪些是移动副。
3、分清机构中哪些是复合铰链，哪些是局部自由度，哪些是虚约束，这对正确计算机构自由度尤为重要。
4、绘制平面机构的示意图。
正确选择投影面和原动件的位置，运动的传递路线及**运动副、构件的规定符号绘制出机构运动的示意图，并对机构中的每一构件和运动副进行编号，在原动件上标注箭头，绘制机构示意图可供定性分析机构运动特征时使用，也可为正确绘制运动简图作好准备。
5、绘制机构的运动简图，首先将原动件固定在适当的位置（避开构件之间重合），大致定出各运动副之间的相对位置，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用数字……及字母a、b、c……分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件的运动方向和运动形式，测量机构中各构件的长度，选择适当的比例尺μl，按比例确定各运动副之间的相对位置，并以简单的线条和规定的运动副符号正确绘出平面机构的运动简图。
长度比例尺
简图上所画构件的图示长度应等于构件的实际长度除以所选比例尺。
6、机构运动简图上标注与运动有关的尺寸。
在机构运动简图中，不仅要标出各运动副之间的相互位置，而且还要标注与运动有关的尺寸，如杆长l、偏心距等。
7、计算平面机构的自由度，并判断机械的级别。
平面机构自由度f的计算公式为：f=3n-2p-p
式中n为活动构件的数目，p为低副数目，p为高副数目。
对机构进行结构分析，并判断机械的级别。
8、核验计算结果是否与实物(或模型)相符，分析机构运动的确定性。比较所测绘的平面机构自由度与计算结果是否一致，若计算准确无误，再核对其自由度数目是否与机构原动件数目相等，两者相等，则说明该平面机构具有运动的确定性。
六、实验报告。
1、实验目的；
2、被测绘机械或模型名称；
3、机构运动简图；
4、计算机构自由度并判断机构是否具有确定运动；
5、分析自己测绘机器的功能及其如何实现该功能？
6、从实现功能要求出发，对自己测绘的机器提出另一种机构方案并画出机构运动简图（对某一部分亦可）。所测绘的平面机构运动简图中，至少有一张运动简图要按比例绘制。
7、实验报告格式如下：
七、思考题。
1、一个正确的机构运动简图应能说明哪些内容？
2、绘制机构运动简图时，原动件位置为什么可以任意选定？会不会影响简图的正确性？
3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？
常用运动副、构件的表示法（选自gb4460/t-1984）
实验二动平衡实验。
一、概述 对于b/d＞1/5的刚性转子，需要进行动平衡实验。刚性转子的动平衡实验要在动平衡机（实验台）上进行。转子的不平衡而产生的离心惯性力和惯性力偶矩，将使转子的支承产生强迫振动，转子支承处振动的强度反映了转子的不平衡情况。
各类动平衡机的工作原理都是通过测量转子支承处的振动强度和相位来测定转子的不平衡量的大小和方位的。由于可在两个选定的平面上加重或减重进行动平衡，所以测量弹性支承处的振动就可以知道两平面的平衡结果。
动平衡机（实验台）主要由动力驱动系统、转子支承系统、测量系统等组成。被平衡转子安装在转子支承系统的轴上，用联轴器与电动机相连接。直流电机通过一对鼓形齿轮联轴器，带动轴与转子旋转，电动机的一端用三角支承点支承轴，支承点用外弧形轴承支承，电动机的另一端，在转子与平衡盘之间装有一套差动行星齿轮机构，通过一对靠背轮与轴连接。
转动手轮旋转螺杆，借助差动行星齿轮机构可以调整平衡盘的相位角。
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