机械设计基础课程是一门实践性

1、 前 言 机械设计基础课程是一门实践性、设计性很强的技术基础课。本课程实验指导书是根据机械类专业机械设计基础课程教学基本要求，在科学总结教学经验的基础上编写的。实验教学是培养学生创新精神和实践能力的重要教学环节，不仅对增强学生的感性认识，深化课堂教学内容，培养学生实事求是的科学态度和严谨务实的工作作风具有重要的意义，同时对培养学生分析问题和解决实际问题的能力，建立科学的思维方法，以及提高学生的动手能力亦大有裨益。本指导书在编写过程中，结合高职高专的教学特点，按照机械设计基础教学基本要求，从专业人才培养目标和业务规格出发，突出应用性、实践性，适用我院机械类三个专业，在“必需够

2、用为度”的基本要求前提下，精选实验内容。同时，充分考虑学生的认知规律，注意实验内容的科学性和系统性，使实验能真正起到它应有的作用。实验一 平面四杆机构的基本形式及演化 一、实验目的1、掌握正确绘制平面机构运动简图的方法；2、加深对自由度与平面机构运动确定性关系的理解。二、实验设备及工具1、各种典型机械的实物或模型（见模型库）2、钢直尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳和量角器；3、学生自备纸和笔等文具。 三、实验原理1、实验原理任何机器和机构都是由若干构件和运动副组合而成的。从运动学的观点看，机构运动特性仅与构件的数目、运动副的数目、运动副种类、构件的相对位置及原动件数目有关。因此，可以撇开构

3、件的实际外形和运动副的具体构造，而用规定的符号（参阅gb4460-84）表示构件和运动副，按一定的比例尺表示运动副的相对位置，绘制出机构运动简图。2、举例绘制如图31(a)所示的小型压力机的机构运动简图。(a)                 图                 

4、     (b)    【解】该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮1作顺时针转动，通过构件2、3将主运动传给构件4；同时另一路运动自与偏心轮1固联的齿轮1输出，经齿轮8及与其固联的槽型凸轮8，传递给构件4；两路运动经构件4合成，由滑块6带动压头7作上下移动，实现冲压工艺动作。显然该压力机的机架是构件0，原动件为组件1-1，其他为从动件。仔细观察各连接构件之间的相对运动特点后可知，构件0和1(1)、1和2、2和3、3和4、4和5、6和7及0和8(8)之间构成转动副；而构件0和3、4和6及0和7之间构成移动副；高副为1和8、8

5、和5之间形成。选定视图投影面及比例尺 =0.001m/mm,顺序确定转动副a、h和移动副导路d、m的位置，根据原动件1的位置及各杆长等绘出转动副b、c、e、f、j的位置按规定符号绘出各运动副(包括高副g、n)及各构件等，最后得到该压力机的机构运动简图，如图3(b)所示。由上述分析可知，该机构活动杆件数为8，转动副数为7，移动副数为3，高副为2。但构件4与凸轮8之间以滚子5实现滚动接触，故此处引进了一个局部自由度，应排除(即设想将滚子与构件4焊成一体)。这样n=7；pl=9；ph=2；计算自由度得四、实验步骤1、使被测绘的机器或机构模型缓慢地运动，从原动件开始，依照运动传递的路线，仔细观察机构的

6、运动，分清各运动单元，确定构件的数目。2、根据相连两构件的接触情况及相对运动的特点，确定各运动副的种类和数目。3、选定量能清楚地表达各构件相互关系的面为投影面，选定原动件的位置，按构件连接的顺序，用规定的符号在草稿纸上以目测的比例画出机构示意图两张。在构件旁标注数字1，2，3，在运动副旁标注字母a，b，c，。4、仔细测量与机构运动有关的尺寸（如转动副间的中心距，移动副导路的位置或角度等），按确定的比例尺画出机构运动简图两张。上式长度lab的单位为m，长度ab的单位为mm。5、分析机构运动的确定性，即计算机构的自由度与实际机构的自由度相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。6、草稿纸上自检

7、无误后，将图交指导老师审阅。五、实验报告实验名称 班级 姓名 评分 实验日期 组别 学号 1、测绘结果及分析编  号 机 构 名 称 机构示意图 自由度计算活动构件数=低副数=高副数=自由度数=原动件数=编  号 机 构 名 称  机构示意图 自由度计算活动构件数=低副数=高副数=自由度数=原动件数= 编  号 机 构 名 称  机构运动简图   自由度计算

8、  比例尺=活动构件数=低副数=高副数=自由度数=原动件数=编  号 机 构 名 称  机构运动简图    自由度计算  比例尺=活动构件数=低副数=高副数=自由度数=原动件数=上面所画的四张图中，如有复合铰链、局部自由度、虚约束应在图中注明。2、思考题：（1）一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容?（2）绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定?会不会影响运动简图的正确性?（3）自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果?实验二 平面四杆机构的设计与调试一、实验目的1.

9、增强学生综合分析问题和解决问题的能力2.培养学生的创新意识，提高其创造力；二、实验原理图解法设计平面机构三、实验设备及工具1.机构实验机；2.活扳手、螺丝刀、手锤等。 3. 三角板、园规、铅笔、橡皮擦、草稿纸（学生自备）。四、实验步骤1.先用图解法设计；2.在实验机上组装实验；3.从原理、功能、运动、结构等方面，分析优缺点，指出创新点所在；4.分析所选新机械在创新设计中所包含的创造原理和创新技法。五、实验报告实验名称 班级 姓名 评分 实验日期 组别 学号 1、设计说明：设计时应根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺

10、寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。拼接中应注意各构件的运动平面是相互平行的，所拼接机构的延伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。2、思考题：(1)常用创造技法有哪些？(2)试举几个创新设计的实例。实验三 凸轮机构一、被测对象及基本参数1. 基本参数直动凸轮机构如图3-1所示，各参数如下：对心式 ：基圆半径 ro=40mm；行程：h=20mm；推动的推

11、程为等加等减速运动规律；推杆的回程为等加等减速运动规律。推程运动角=150°；远休止角=30°；回程运动角=150°；近休止角s=60。凸轮转速：n1=35r/min；偏距 e=20mm（自选）；图3-12. 测试内容一个运动循环内，从动推杆的位移s、速度和加速度a与机构位置（凸轮转角）之间关系，并绘制s-、v-和a-运动线图。改变构件尺度参数后，再进行测试。（自选）二、实验步骤原始各部尺寸（参见被测对象基本参数）1.仔细检查实验线路是否正确，在各转动处加入润滑油，试运转后停车；2.测量数据；3.对机构进行调整使之变为偏心距为e=20的偏置凸轮机构，（可左偏、右偏

12、）比较从动件运动规律的变化，进行测试采集数据；4.更换从动构件型式（换为平底和滚子），进行测试采集数据；（自选）画出运动线图。三、问题讨论1. 改变从动构件后，从动件运动规律是否发生变化？为什么？2. 对心凸轮机构和偏置凸轮机构的从动件运动规律的是否发生变化？为什么？3. 实验的测试数据和计算数值，误差多大？有哪些影响因素？实验四 间歇运动机构在机械中经常需要其中某些构件产生周期性的运动和停歇，这种运动机构称为间歇运动机构。在本实验中要认识两种间歇运动机构：棘轮机构和槽轮机构。一、棘轮机构棘轮机构的典型结构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇

13、转动。其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。棘轮上的齿大多做在棘轮的外缘上，构成外接棘轮机构，也有做在圆筒内缘上的，这时构成内接棘轮机构。二、槽轮机构 槽轮机构的典型机构是由由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。普通槽轮机构有外槽轮机构和内槽轮机构之分。为了满足某些特殊的工作要求，在某些机械中还用到一些特殊型式的槽轮机构，如不等臂长的多销槽轮机构、球面槽轮机构、偏置槽轮机构等。三、实验要求认识棘轮机构和槽轮机构，绘制机构运动简

14、图，理解间歇运动规律的特点。实验五 齿轮范成一、实验目的1、掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的原理；2、了解用范成法加工渐开线齿轮时，齿廓产生根切现象的原因及避免根切的方法；3、了解刀具径向变位对齿轮齿形和几何尺寸的影响。二、实验设备及工具1、设备：齿轮范成仪；2、学生自备工具：绘图纸、剪刀、圆规、三角板、铅笔（或圆珠笔）、橡皮、计算器。三、实验原理范成法（也称展成法或包络法）是利用一对渐开线齿轮或齿条与齿轮相互啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切制齿轮的一种方法。如果把其中一个（齿轮或齿条）当做刀具，另一个当做轮坯，使两者以恒定的传动比转动（范成运动），则在各个瞬时所画刀刃位置的包络线，便在

15、轮坯上形成了渐开线齿廓。为了能清楚地观察到刀刃相对轮坯的各个位置形成包络线的过程，通常用齿轮范成仪进行范成实验。范成仪的结构形式较多，例如，刀具与轮坯间的传动方式有摩擦传动、钢丝绳传动和齿轮齿条啮合传动等，但基本原理都是保证刀具和轮坯做范成运动。图5-1所示为钢丝绳传动的齿轮范成仪的结构。绘图纸表示轮坯固定在托盘1上，齿条刀具2安装在溜板4的径向导槽中，它可上下调节，用锁紧螺母5固定。溜板4安装在机架3的水平导槽中，齿条刀具2可随4做水平移动。钢丝7将托盘1和齿条刀具2联系起来，钢丝圆弧代表被加工齿轮的分度圆，它与刀具节线e做纯滚动（范成运动）。在图5-1中，刀具的分度线与节线e重合，通过调节

16、齿条刀具相对轮坯的径向位置，可以范成出标准齿轮和变位齿轮的齿廓。四、实验步骤1、制作轮坯（1）按照指导教师给出的齿轮参数，计算齿轮的几何尺寸并在绘图纸上绘出标准齿轮的齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆，以及变位齿轮的齿根圆、齿顶圆（变位系数x值由指导教师给出，或按最小变位系数确定）。（2）用剪刀沿比齿顶圆稍大一些的圆周剪下得到轮坯。2、绘制标准齿轮齿廓（1）参看图3-1，将轮坯安装到托盘上，应保证两者的圆心重合。图5-1  齿轮范成仪1-图纸托盘；2-齿条刀具；3-机架；4-溜板；5-锁紧螺母；6-调节螺钉；7-钢丝；8-定位销；9-压板；10-锁紧螺母；11-半圆盘（2）调整齿条刀具的径

17、向位置，使刀具分度线与轮坯的分度圆相切。（3）将齿条刀具推至左边（或右边）极限位置，用笔在轮坯上画出齿条刀具的齿廓曲线，然后向右（或左）每次移动刀具35mm画一次刀具齿廓曲线，直到绘出23个完整的齿廓为止。这些齿廓的包络线即为标准渐开线齿轮的齿廓，如图5-2所示。3、绘制变位齿轮齿廓（1）将轮坯相对齿条刀具转动120º，重新安装轮坯。（2）调整刀具径向位置，使齿条刀具的分度线相对于绘制标准齿轮的位置下移xm距离（正变位）或上移xm距离（负变位）。（3）按绘制标准齿轮齿廓的方法，绘出23个完整齿的变位齿轮齿廓。图5-3所示为正变位齿廓。4、完成实验报告观察绘得的标准齿轮齿廓和变位齿轮齿

18、廓，进行对照和分析，并完成实验报告。图5-2  标准渐开线齿轮的齿廓图5-3  正变位齿轮的齿廓五、实验报告实验名称 班级 姓名 评分 实验日期 组别 学号    1、被加工齿轮的参数基本参数：m=  mm；=  ；z=  ；=  ；c*=  。变 位 量：xm=  mm。2、被加工齿轮的几何尺寸：序号项  目计 算 公 式计 算 结 果标准齿轮变位齿轮正变位负变位1变位系数   

19、60;2齿顶高    3齿根高    4全齿高    5分度圆直径    6齿顶圆直径    7齿根圆直径    8基圆直径    9齿距    10分度圆齿厚    11分度圆齿槽宽    12齿廓

20、平均曲率半径    13是否发生根切       3、齿廓范成图            4、回答下列问题：（1）用同一把齿条插刀加工的标准齿轮和变位齿轮时，哪些参数和尺寸不变?哪些参数和尺寸发生变化，并说明变化情况。（2）根切现象是如何产生的，为了避免根切可采取哪些措施?实验六 齿轮检测一、实验目的1、掌握用简单的量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法2、加深对渐开线的性质及

21、齿轮各参数之间相互关系的理解。二、实验设备1、齿轮两个，其中小齿轮为奇数齿齿轮，大齿轮为偶数齿齿轮；2、公法线千分尺；3、精度为0.02 mm的游标卡尺。三、实验原理1、测定模数m和压力角图6-1  公法线测量示意图如图6-1所示，当公法线千分尺的测足在被测齿轮上跨k个齿数时，其公法线长度为：wk =（k -1）pb + sb同理，当跨k+1个齿时，其公法线长度应为：wk+1 = k pb + sb所以  pb = wk+1 - wk （6.1）又因为pb = m cos所以模数为： m = pb/cos=（wk+1 - wk）/cos  &#

22、160;（6.2）从齿轮标准可知压力角可能是15º，也可能是20º，故应分别代入式（6.2）算出两个模数值，最接近于标准的一组模数m和值，即是被测量齿轮的模m和压力角值。为了保证公法线千分尺的测足能与齿廓的渐开线部分相切，不致出现测足卡在齿根或齿顶，被测齿轮所需的跨齿数k不能随意定，它受到齿数z、压力角及变位系数x等多种因素的影响，实验时可初步参照表6-1确定。表6-1  跨测齿数选择表总齿数z121819272836374546545563测跨齿k2345672、测定齿顶高系数和顶隙系数c*为了测定和c*，必须先测出齿根圆直径df。对于齿数为偶数的齿轮，df可用

23、游标卡尺测得。对于齿数是奇数的齿轮，则须用间接法测量。图6-2  奇数齿齿轮df的间接法测量法由图可知df  = dk + 2h由此可求得齿根高hf的测定值hf  =（mz - df）/ 2又知齿根高的计算公式为：hf  = m（+ c*）  （6.3）其中，仅有和c*为未知数。因为不同齿制的和c*都是已知数，故以正常齿制=1，c* =0.25和短齿制的=0.8，c* =0.3两种标准值分别代人式（6.3）中计算，最接近齿根高hf测定值那一组和c*，即为所求值。   四、实验步骤1、数出齿轮的齿数，按表6-1查出跨齿数k。2

24、、每个齿轮分别在三个位置（约相隔120º）用公法线千分尺测出公法线长度wk和wk+1值，取其平均值作为测量结果。3每个齿轮分别在三个位置（约相隔120º）用游标卡尺测量齿根圆直径df（注意奇、偶齿数测量方法不同），取其平均值为测量结果。4按有关公式分别计算出齿轮的各个参数。 五、实验报告实验名称 班级 姓名 评分 实验日期 组别 学号    1、测量数据记录齿轮编号小齿轮大齿轮z  k   测量次数测量数据123平均值123平均值wk/mm

25、60;       wk+1/mm        dk /mm    偶数齿齿轮，无须测量dk和h2h/mm    df /mm           2、计算结果参数计算公式计算结果小齿轮z1=大齿轮z2=wk上表中的平均值  wk+1上表中的平均值

26、  hf上表中的平均值  pbpb = wk+1 - wkpb1 =pb2 =m和m = pb/cosm1=m2=1=2=齿根高hfhf  =（mz - df）/ 2hf1  =  hf2  =和c*  hf  = m（+ c*）= 3回答下列问题（1）渐开线标准直齿圆柱齿轮公法线长度公式wk =（k -1）pb + sb，是根据渐开线的哪条性质推导而得到的?（2）渐开线齿轮之所以得到广泛的应用，是因为渐开线齿廓具有许多优点，其中一个优点就是便于测量。本实验中便于测量的优点体现在何处?（3）一对

27、齿轮的参数测定后，怎样判断它们能否正确啮合?实验七 减速器拆装一、实验目的1、熟悉减速器的基本构造、结构特点及零部件的功用；2、了解轴系零件的装配关系及轴承部件的调整、润滑和密封：3、加深对轴系结构设计的理解；4、为机械零件课程设计提供感性认识。二、实验要求1. 按正确程序拆开减速器，分析减速器结构及各零件功用。2. 测定减速器的主要参数，绘出传动示意图。3. 测量减速器传动副的齿侧间隙及接触斑点。三、实验原理减速器是位于原动机和工作机之间的机械传动装置，是机器中广泛应用的一种典型部件。它主要由轴系零部件和箱体等通用零件组成，常用减速器已经标准化和规格化。其功用是把原动机输出的高速、小转矩转化

28、成工作机所需的低速、大转矩。通过拆装、观察及分析减速器的各个组成部分，达到本实验的预期目的。 四、实验设备及工具1、几种典型的减速器；2、活动扳手、百分表及表架、游标卡尺、钢板尺、手锤、轴承拆卸器、铅丝和涂料等。 五、实验步骤1、观察减速器的外形，认识减速器附件及各附件的安装位置，并分析各附件的功能用。测出外廓尺寸、中心距、中心高、长×宽×高、地脚螺栓孔距。2、用扳手拆下减速器箱盖和底座连接螺栓，顶出定位销，拧动其盖螺钉，打开箱盖。3、观察箱体内零件及各零件的相对位置，并用手转动两轴伸出端，观察运动件和不动件及零件之间的运动间隙、两轴之间的速度变化，感觉所加转矩大小的差异。4、观察相互啮合的齿轮对数，并数出各对齿轮齿数，计算出各级传动比，填人实验报告。5、从减速器中取出各轴系，边观