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1、机械原理Theory of Machines and Mechanisms 课程编号： 20L162Q 适用专业： 080305Y、 080401、 080501、110103 课程层次与学位课否：必修，是学 时 数： 10 学分数： 4 课内实验学时数：10 执 笔 者：房海蓉邹骅编写时间： 2005.5.24 一、 教学任务和目标实验课是机械原理课程中重要的实践环节，以培养学生运用实验方法研究解决机械工程问题的能力。 在新的课程体系中提出对实验的内容改革要有科学性、系统性， 要改变过去那种重知识灌输而轻能力培养的实验教学方法，实验课的内容可根据教育部颁发的“机械原理课程教学基本要求” ，通
2、过开设系列实验，逐步增加实验的广度、深度和难度，并减少验证性实验， 增加设计性、 综合性实验。 实验项目根据专业需要和实际情况从所列实验项目中选取，实验学时为课内10 学时（软件上机实验4 学时，动手操作实验6 学时） 。二、实验内容及基本要求第一部分：操作实验实验一：平面机构运动简图测绘与分析实验（2 学时）在机械原理设计过程中，无论是进行新机构的设计，还是对现有机械进行运动和动力的分析， 都需要画出能表明其组成情况和运动情况的机构运动简图。机构运动简图是国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出的表示机构的简明图形。如果不按比例绘制的简图称为机
3、构示意图。实验的基本要求：1.学会运用构件及其运动副的常用标准符号，正确绘制平面机构运动简图。机构运动简图是机械设计的一种工程语言，所以要求学生要熟练掌握它的绘制方法。2.通过学习确定机构的运动副类型和构件数，熟练掌握机构自由度的计算方法，判断运动链能否成为机构。3.增进对机构组成原理的了解，理解机构运动简图的工程意义。实验二：平面连杆机构特性分析实验（2 学时）平面连杆机构在工程和日常生活中被广泛应用，特别在很多机械（例如装载机械、压力机、 自卸汽车、医疗床等）利用平面连杆机构作为主体机构，因此连杆机构在机械设计中占有重要的地位。 本实验以连杆机构的基础类型平面四杆机构为研究对象，利用组合式
4、可调平面连杆机构模型，通过学生自己设计、试凑选型、 组装机构，学习分析连杆机构的特性，为机械创新设计打下基础，提高机械原理课程的设计水平。实验的基本要求：1.掌握以不同构件为机架进行变异机构设计的方法和加深对机构具有确定运动条件的理解；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 2.通过独立设计连杆机构，增强同学们的实际操作能力和分析能力；3.通过观察平面铰链四杆机构，认清机构发生死点的位置、极限位置，区别极位夹角、摆角、
5、传动角、 压力角，观察当其四个杆轮流做机架时的运动状态，加深理解铰链平面四杆机构有曲柄存在的充分必要条件；通过观察曲柄摇杆机构的运动，研究其传动角达到其最小值的条件和产生急回运动的原因。实验三：渐开线直齿圆柱齿轮参数测绘与分析实验（2 学时）齿轮传动的精度与齿轮、轴、箱体和轴承等零部件有关，尤其是齿轮本身的精度对保证齿轮传动性能起着重要的作用。对齿轮传动性能的要求包括传动运动的准确性（运动精度） 、传动的平稳性 （平稳性精度） 、载荷分布的均匀性（接触精度） 以及合理的齿轮副侧隙，这些精度的保障都基于设计和制造的精度。本实验从设计的角度出发，从齿轮参数的测绘入手使学生通过对齿轮参数的测量，理解
6、和掌握齿轮设计的过程，增强工程意识。实验的基本要求：1. 掌握用机械通用量具测定齿轮参数的过程；2. 掌握和理解渐开线齿轮的若干重要概念和计算公式；3. 掌握齿轮的设计方法，并培养运用所学知识解决实际生产问题的能力和实际操作技能。理解测定齿轮参数的方法在工程上有重要的实用价值。实验四：机构运动参数测量与分析实验(设计型 ) （2 学时）机械中运动构件的位移（s） 、速度 (v)、加速度 (a)，及构件上某点的轨迹、角位移、角速度（ ）和角加速度（ ）等指标统称为机械运动参数，确定这些参数对机械性能的影响致关重要。 本实验的设计目标就是实现对机构的运动参数的测量。通过对实验系统的设计和对机械运动
7、参数的测量，深入理解机构设计理论，增强学生综合运用知识的能力。实验的基本要求：1.围绕设计目标确定实验方案（计算机仿真、搭接实验台）；2.实验系统的设计（测量机构类型选择，设计动力模块、传动模块、执行模块、操作模块和控制模块） ；3.实验系统的测量系统设计（测量方式确定：传感器选型、测量仪表选型等）；4.实验结果数据分析。实验五：转子动平衡实验（2 学时）为了消除或减少机械系统中的构件所产生的惯性力，提高机械的工作性能，需要研究机械的平衡。刚性转子动平衡的方法可分为在平衡机上平衡和现场平衡两种基本方法。现场动平衡是指通过直接测量机座上转子支承的震动的办法来测量转子不平衡重的大小和相位，而利用动
8、平衡机平衡转子则是把转子从机器中拆下来（或在装到机器上之前）将转子放在动平衡机上进行动平衡实验。 上述两种平衡方法的基本原理是相同的，都是通过测量支撑或转子本身的振动强度和相位来测定转子不平衡量的大小和位置。具体应用哪一种方法要根据具体情况决定。但一般说来， 对一些工作转速提高、初始不平衡重又大的转子或由于结构上限制不便于在现场进行动平衡的转子，都需要在动平衡机上进行动平衡。动平衡机根据其支撑刚度的大小和弹性系统的振动规律，可分为软支撑动平衡机和硬支撑动平衡机两种基本类型。所谓软支撑动平衡机是指转子在平衡机上进行平衡时的回转角度（简称平衡转速） 高名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
9、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 于转子及其支撑系统的固有频率c的情况。 现代软支撑动平衡机一般都设计成2c，反之，当平衡转速 低于转子及其支撑系统的固有频率时，则称为硬支撑动平衡机（又称刚性支撑动平衡机） 。一般硬支撑动平衡机都设计成0.3c。本实验即包括这两种类型的动平衡机的动平衡实验。其基本要求如下：1.掌握动平衡实验的基本原理；2.掌握转子的平衡方法。3.巩固刚性转子动平衡的理论知识。4.了解和掌握真正工业上用的硬支承动平衡机的工作原理以及平衡工作的操
10、作过程。第二部分：软件上机实验实验一：机械系统运动分析软件的应用实验（设计型、 2 学时）实验内容： 结合现代先进的机械设计与分析软件，学会使用软件对机械系统进行运动仿真分析。基本要求如下：1 设计运动机构装配模型，或导入已经设计好的CAD 装配模型。2 进入分析环境，并定义部件的运动状态。3 定义机构中存在的旋转副(Revolute)、圆柱副 (Cylindrical) 、移动副 (Translational) 约束参数。4 定义单自由度CAD 装配模型的原动件运动状态。5 根据实验需要设置仿真时间和帧数并进行仿真。6 输出仿真录像，输出运动的位移、速度曲线，并观察运动轨迹是否合理1熟练运用
11、计算机辅助分析软件分析机构位移、速度和加速度的技能。2具有设计常用的四杆机构、凸轮机构和齿轮机构及其它常用机构的基本知识和能力。实验二：机械系统动力分析软件的应用实验（设计型、 2 学时）实验内容： 结合现代先进的机械设计与分析软件，学会使用软件对机械系统进行动力分析分析。基本要求如下：1 自行设计运动机构装配模型，或导入已经设计好的CAD 装配模型。2 进入分析环境，并定义部件的运动状态。3 定义机构中存在的旋转副(Revolute) 、圆柱副 (Cylindrical) 、移动副 (Translational) 、平面副(Planar)等主要约束参数，并定义可能存在的碰撞和耦合参数，添加力
12、的参数。4 根据 CAD 装配模型的自由度定义原动件状态。5 根据实验需要设置仿真参数（包括材料特性、仿真参数、求解器参数等）并仿真。6 输出仿真结果（加速度、力的曲线），对实验结果的正确性作出判断，分析机构存在的问题以及实验数据与理想数值存在差异的原因。7.能熟练运用计算机辅助分析软件进行机构的力分析。三、考核与成绩评定根据实验表现和实验报告给成绩。课堂表现： 30% 实验报告： 70% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 四、与理论课程的联系各实验的安排要在机械原理 课程中的相关章节学完后安排，以利于学生理解和掌握机械原理的基本理论和基本方法。五、建议教材及参考材料1.孙桓等主编 .机械原理 .高等教育出版社，2002 2. 北京交通大学编，机械原理实验指导书。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -