机械原理实验指导书2007-A4(2)

（ 5 )计算机构自由度，并检验与机构主动件数目是否一致。

（ 6 )仔细测量机构的运动学尺寸，以确定机构位置。

（ 7 )选取适当的比例尺：长度比例尺＝实际长度（ mm） ／图示长度（ mm） （ 8 )绘制机构运动简图，按一定比例尺，用制图仪器画出机构运动简图。 （ 9 )举例：如图l （ a )为某泵的模型， （ b ) 测绘其运动简图。

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l）确定构件数目：该泵由机架 4 、偏心轮 l （原动件）、连杆 2 、和摇块 3 共四个构件组成。

2）确定运动副类型：偏心轮 1 相对机架 4 绕 A 点作回转运动，故构件 l 和构件 4 组成转动副，其转动中心为 A 。连杆 2 相对偏心轮 1 绕 B 点作回转运动，故也组成转动副，其转动中心为 B 。连杆 2 相对于摇块 3 沿导路 B -- C 移动，故连杆 2 与摇块3 组成移动副。摇块 3 相对于机架 4 绕圆心 C 点作回转运动，故摇块 3 与机架 4 组成转动副，其转动中心为 C 。

3）绘制机构运动简图：首先选定视图平面，绘制机构示意图（草图） F = 3x3-2x4 = 1 ，计算自由度与实际相符，测量机构运动尺寸，确定比例尺，而后绘制机构运动简图，如图1

（ b )所示。

实验二 渐开线齿轮的范成实验

一、概述

在多种机械中，直齿圆柱齿轮机构是用来传递两轴平行间的运动和动力的，并且传动平稳可靠，效率也高，是一种广泛应用的机构。通过渐开线齿轮的范成实验，有助于加深对齿轮加工和啮合原理的理解。 二、实验目的

（ l )模拟用范成法切制渐开线齿轮的过程。

（ 2 )进一步了解渐开线标准齿轮产生根切的原因和变位齿轮的概念。

（ 3 )分析比较标准齿轮和变位齿轮在形状和几何尺寸等方面的异同点。

三、实验仪器结构及工作原理

加工齿轮的方法很多，范成法是

以齿轮啮合原理进行加工齿轮的常用方法。范成法加工齿轮是利用一对齿轮互相啮合时，齿廓曲线互为包络线的原理。齿轮轮坯的瞬心线（加工节圆）和齿条刀的瞬心线（加工节线）对滚，刀具齿廓即可包络出被加工齿轮的齿廓。范成法加工齿轮时，需将刀刃形成包络线的各个位置记录下

图2 齿轮范成仪

来，才能看清轮齿的范成过程，做本实验时，用图纸做轮坯，用齿轮范成仪来实现刀具与轮坯的对滚，再用笔

将刀刃的各个位置画在轮坯上，就清楚地显示出轮齿的范成过程。齿轮范成仪的构造如图 2 所

示。

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圆盘 1 绕固定在机架上的轴心O转动，刀具 2 利用圆螺母 4 和拖板 3 固联，圆盘 1 的背面固联一齿轮与拖板 3 上的齿条相啮合。当拖板 3 在机架导轨上水平移动时，圆盘 l 相对与拖板 3 转动，完成范成运动。松开圆螺母 4 后，刀刃 2 相对于被加工齿轮 3 可径向移动，用以调整齿条刀具中线和齿轮分度圆之间的径向距离，则切制出标准齿轮或变位齿轮。圆螺母 5 用来把作为轮坯的图纸固定在圆盘 1 上。 四、实验设备

（ l )齿轮范成仪一台。

（ 2 )直径 200mm白纸一张。

（ 3 )普通测量尺及圆规、铅笔、量角器（学生自备）。 五、实验步骤

（ l )测量确定范成仪上齿条刀具的模数，齿形角，齿顶高系数和顶隙系数。 （ 2 )确定被加工齿轮的齿数并计算被加工齿轮的几何尺寸。

（ 3 )在图纸上画出被加工齿轮的分度圆、基圆、齿顶圆和齿根圆（只画 180）。 （ 4 )把作为轮坯的图纸放在圆盘 1 上，用圆螺母 5 将其压紧。

（ 5 )切制标准齿轮。

① 调制刀具 2 的位置，使刀具中线与被加工齿轮的分度圆相切。

② 把刀具移向左端，使刀具的齿廓退出齿顶圆，用铅笔描下刀具在此位置的齿廓，然后每当刀具向右端移动 1mm时，重复描下齿廓，一直到包络出两个完整的轮齿为止。 （ 6 )观察切制出来的标准齿轮齿廓有无根切。 （ 7 )切制变位齿轮。

① 根据被切齿轮的齿数计算出不产生根切的最小变位系数。调整齿条刀的径向位置，将其向远离轮坯中心的方向移动一段距离（等于它的变位量）。 ② 拧松圆螺母 5 ，将图纸转过 180 ，再拧紧圆螺母 5 。

③ 按范成标准齿轮同样的方法，形成两个完整的轮齿。

（ 8 )观察切制出来的变位齿轮齿廓有无根切。

（ 9 )松开圆螺母5，取下图纸，在切制出的两个齿轮上分

别标明分度圆半径r；、齿顶圆半径 ra、基圆半径rb ，齿根圆半径rf、分度圆齿厚s、分度圆齿槽宽e的值。

0

o

实验三 机组运转及飞轮调节实验

一、 实验目的

1、熟悉机组运转的工作阻力的测试方法。

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2、理解机组稳定运转时的速度出现周期性波动的原因。 3、掌握机器周期性速度波动的调节方法和设计指标。 4、掌握飞轮设计方法。

5、能够熟练利用实验数据计算飞轮的等效惯量。 二、实验系统框图

如图3所示，本实验系统由以下部分组成：

1、0~0.7Mpa小型空气压缩机组（DS-II型飞轮实验台）

2、主轴同步脉冲信号传感器（已安装在DS-II型飞轮实验台中）

3、MPX700系列无补偿半导体压力传感器（已安装在DS-II型飞轮实验台上） 4、实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪） 5、计算机及相关实验软件 三、实验设备简介

1、DS-II型动力学实验台

如图所示，DS-II型动力学实验台由空压机组、飞轮、传动轴、机座、压力传感器、主轴同步脉冲信号传感器等组成。压力传感器已经安装在空压机的压缩腔内，8为其输出接口。同步脉冲发生器的分度盘7（光栅盘）固装在空压机的主轴上，与主轴曲柄位置保持一个固定的同步关系，同步脉冲传感器的输出口为8。开机时，改变储气罐压缩空气出口阀门3的大小，就可以改变储气罐2中的空气压强，因而就改变了机组的负载，压强值可以从储气罐上的压力表9上直接读出。根据实验要求，飞轮4可以随时从传动轴上拆下或装上，拆下时注意包管好轴上的平键5，在安装飞轮时应注意放入平键，并且将轴端面固定螺母6拧紧。

实验台采用的压力传动器是美国摩托罗拉公司的MPX700系列补偿半导体压力传感器，该传感器的最大优点是线性度好、集成度高、输出稳定。传感器结构及接线如图4所示，其灵敏元件为半导体敏感材料（膜片），压敏部分采用一个X型电阻四端网络

结构，替代由四个电阻组成的电桥结构。在气压的作用下，膜片产生变形，从而改变电桥的电阻值，输出与压强相对应的电压信号。为了使用方便，该传感器的内部电路已经将电压放大和传感器热补偿电路集成在一起，常温情况下，在5V供电电压时，相对于0~700Mpa的空气压强的输出电压为0.2~4.5V。实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪）的机箱背后有两个调节压力传感器零点和增益的旋钮（调节螺钉），此参数已调好，一般不需重调。 主轴同步脉冲信号传感器是光电式传感器，它将空压机主轴（曲柄）位置传送给实验数据采集系统。在实验台安装时，已经将同步位置安装调整好，一般不需重新调整。 2.DS-II动力学实验仪

DS-II动力学实验仪内部由单片机控制，它完成汽缸压强和同步数据的采集和处理，同时将采集的数据传送到计算机进行处理。打开电源，指示灯亮，表示仪器已经通电。复位键是用来对仪

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器进行复位的。如果发现一起工作不正常或者与计算机通讯有问题，可以通过按复位键来消除。仪器的背面，有两个5芯航空插头，分别标明压强输入和同步信号输入，将DS-II型动力学实验台的相应插头插入插座即可。在压强输入插座上方，有两个调节螺钉，分别标明“零点”和“放大”的字样，是用来对系统的零点和放大倍数进行校核的。设备出厂时一般已调好，一般不要对这两个调节螺钉进行调节，以免使系统标定产生混乱。背面上还有两个通讯接口，一个是标准的9针RS232接口，用于仪器与计算机直接连接，另一个是多机通讯口，用于将本仪器与多机通讯转换器连接，通过多机通讯转换器再接入计算机。可以使用这两个接口中的任一个与计算机通讯。 四、实验原理

飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度ωm和许多的不均匀系数δ来确定飞轮的转动惯量J。当设计飞轮时，因为研究的范围时在稳定运动时期的任一个运动循环内，我们假定在循环开始和循环结束时系统的状态是一样的，对回转机械来说，也就是在循环开始和结束时它们的速度是一样的，这时驱动力提供的能量全部用来克服工作阻力（不计摩擦等阻力）所做的功，在这样的前提下，我们就可以用盈亏功的方法来计算机械系统所需要的飞轮惯量。具体的来说，计算一个运动周期中驱动力矩所做的盈功和阻力矩所做的亏功，最大盈功和最小亏功的差就是系统的最大能量变化，用这个能量变化就可以计算机械系统所需要的飞轮惯量。 五、操作步骤

本实验的操作步骤如下：

1.连接RS232通讯线

本实验必须通过计算机来完成。将计算机RS232串行口，通过标准的通讯线，连接到DS-II动力学实验仪背面的RS232接口，如果采用多机通讯转换器，则需要首先将多机通讯转换器通过RS232通讯连接到计算机，然后用双端电话线插头，将DS-II动力学实验仪连接多机通讯转换器的任一个输入端口。

2.启动实验应用程序

如果使用多机通讯转换器，则启动多串口通讯主程序。根据计算机与多机通讯转换器的串口通道，在程序界面的左上角串口选择框中选择合适的通道号（COM1或COM2）。根据飞轮实验在多机通讯转换器上所接的通道口，选择该通道口的应用程序为飞轮实验，然后点击该通道。此时，多机通讯转换器的相应通道指示灯应该点亮，飞轮实验系统应用程序将自动启动。如果多机通讯转换器的相应通道指示灯不亮，检查多机通讯转换器与计算机的通讯线是否连接正确，确认通讯的通道是否与键入的通讯口（COM1或COM2）一致。如果选择的是实验系统与计算机直接连接，则将实验系统的实验数据采集控制器（DS-II动力学实验仪）后背的RS232与计算机的串行口（COM1或COM2） 直接连接，启动的“飞轮实验系统”应用程序。 3.拆卸飞轮，启动空压机组

飞轮实验系统程序启动以后，应该检查通讯口与实际连接的通讯口（COM1或COM2）是否一致。如果不一致，重新通过串口选择菜单设置正确的通讯口。然后将飞轮从空压机组上拆卸下来，注意保存连接平键。启动空压机组。

4.对实验系统进行标定

在实验系统第一次应用之前，或者必要时，应该对系统进行标定。点击应用程序界面上的标定菜单，首先进行大气压强的标定。根据提示，关闭飞轮机组，打开储气罐阀门，并点击确定。 大气压强标定以后，将出现第二个界面，提示对汽缸压强进行标定。启动空压机组，关闭阀门，让储气罐达到最大压力，在方框内输入此压力值，点击确定即可完成标定。

5.数据采集

系统标定以后，就可以用数据采集安钮对实验数据进行采集了。数据采集的结果将分别显示在程序界面上。界面左边显示的汽缸压强值和主轴回转速度值，实验数据是以主轴（曲柄）的转角为同步信号采集，每一点的采集间隔为曲柄转动6度。右边用图表曲线显示汽缸压强和主轴

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