机械设计基础本科实验报告

实验一：平面机构认知实验一、实验目的和要求机构分类、组成、运动特性及应用。加深对本课程学习内容及研究对象的了解。要求：1、认真观察陈列柜，仔细揣摩分析2、结合有关的实验展柜和教材的相关章节内容回答下列简答题，完成实验报告。二、实验原理分批地组织学生观看、听讲陈列柜的展出和演示。初步了解《机械设计基础》课程所研究的各种常用机构的结构、类型、组成、运动特性及应用。三、主要仪器设备及材料JY-10B1080四、试验方法及步骤第1柜机构的组成机构的组成：蒸汽机、内燃机2平面四杆机构的演化形式①对心曲柄滑块机构②偏置取冰滑块机构③正弦机构④偏心轮机构⑤双重偏心机构⑥直动滑杆机构⑦摇块机构⑧转动导杆机构⑨摆动导杆机构⑩双滑块机构第3柜连杆机构的应用1鄂式破碎机、飞剪；2惯性筛；3摄影机平台、机车车轮联动机构；4鹤式起重机；5牛头刨床的主体机构；6插床模型。第4柜空间连杆机构RSSR空间机构、4R万向节、RRSRRRCCRRCRCSARRUT5盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮、槽状凸轮、等宽凸轮、等径凸轮和主回凸轮等多种形式；移动和摆动从动件；尖顶、棍子和平底从动件等；空间凸轮机构第6柜齿轮机构类型1平行轴齿轮机构；2相交轴齿轮机构；3交错轴齿轮机构第7柜轮系的类型根据轮系中各齿轮的几何轴线是否变动分：定轴轮系、周转轮系、复合轮系第8柜轮系的功用：摆线针轮减速器、谐波传动减速器第9柜间歇运动机构间歇运动机构的类型：齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构、超越离合器、外槽轮机构、内槽轮机构、球面槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。第10柜组合机构反馈组合机构、叠加组合机构、串联组合机构、并联组合机构、复合组合机构五、实验数据记录、处理及结果分析思考题1：机构由哪几部分组成？解答：机构由构件和运动副组成。其中，机构中的构件又可分成机架、原动件和从动件；而运动副又有低副和高副之分。思考题2：平面连杆机构的特点是什么？解答：优点：①平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件之间为面接触，压强小、耐磨损，可承受较大的载荷；②低副的接触面容易加工，容易获得较高的制造精度；几何约束，无需附加约束装置。缺点：①低副有间隙，会引起运动误差积累，运动精度不高。②连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。③连杆机构运动时产生惯性力难以平衡，所以不适用于高速的场合。思考题3：轮系的功用？解答：1实现大功率传动；2获得较大传动比；3用作运动合成；4用作运动分解；5实现变速传动；6实现换向运动。六、讨论、心得通过实验了解了机构的基本组成、分类及实际模型。实验二：机构运动简图测绘及分析实验一、实验目的和要求掌握根据实际的机器绘制机构运动简图的方法案。二、实验原理对运动关系的工程图形称为机构运动简图。三、主要仪器设备及材料1、测绘的机构2、草纸、铅笔、橡皮、直尺、圆规等用品（自备。四、试验方法及步骤1、分析机构的运动情况，判别运动副的性质2、恰当地选择投影面3、选择适当的比例尺根据机构的运动尺寸，先确定各运动副的位置（位及高副接触点的位置等，并画上相应运动副的符号，然后用简单的线条和规定的符号画出机构运动简图，最后要标出构件号数、运动副的代号字母及原动件的转向箭头。比例尺：实际长度l AB

(m)l 图上长度AB(mm)4、计算机构自由度并判断该机构是否具有确定运动否具有确定的运动。机构自由度计算公式为F3n2PPL H见附页：实验报告六、讨论、心得通过对模型的实际测绘，了解并掌握了机构的运动简图的实际绘制方法。附页：平面机构运动简图测绘实验报告机构名称回转偏心泵机构名称回转偏心泵比例尺：机构运动简图原动件数：1机构自由度计算：n=3；PL=4；PH=0；F=3n-2PL-PH=3X3-2X4-0=1=原动件数=1>0所以：机构具有确定的运动机构名称牛头刨床机构机构名称牛头刨床机构比例尺：机构运动简图原动件数：1机构自由度计算：n=6；PL=8；PH=1；F=3n-2PL-PH=3X6-2X8-1=1=原动件数=1>0所以：机构具有确定的运动机构运动简图应包括哪些内容？解答：比例尺、机架、原动件、从动件、运动副。<F：构件间的运动是不确定的>F：实验三：渐开线齿轮齿廓范成原理实验一、实验目的和要求的方法；分析比较标准齿轮及变位齿轮的异同点。二、实验原理1绕其固定的轴心O转动，在圆盘的周缘有凹槽，槽内绕有尼龙绳2，尼龙绳在槽内以后，其中心线所形成的圆应3a处。横拖板可以在机架4动等于被加工齿轮相对齿条的运动（新的范成仪根据此原理已采用齿轮及齿条传动。在横拖65，转动螺旋8图齿轮展成仪结构示意图1-托盘；2-轮坯分度圆；3-4-支座；5-齿条（刀具；6-调节螺旋；79810-压环三、主要仪器设备及材料1仪器：齿轮范成仪2自备：圆规、铅笔、剪刀、三角板、绘图纸。四、试验方法及步骤切制标准齿轮时，将刀具中线调节至及被加工分度圆相切的位置。切制变位齿轮时，将刀具中线调节至离开被加工齿轮分度圆的切线一段距离xm横拖板端面上的刻度读出。根据刀具的原始参数和被加工齿轮分度圆直径，计算出被加工的标准齿轮和变位齿轮的基圆、根圆以及顶圆的直径，并将上述四个圆画在纸上。然后将纸剪成比顶圆直径大出1-2mm的圆形作为轮抷。变位齿轮顶圆直径以高度变位传动计算。把代表轮抷的图纸放在圆盘上，对准中心后用压环压紧。2-3个完整的轮齿为止。用渐开线标准齿形样板检验齿轮的渐开线齿廓则分析其原因，并计算出最小变位系数Xmin。X和步骤2齿轮的位置进行切制齿轮。然后进行变位齿轮的齿廓检验。分度圆和基圆的相对变化情况。五、实验数据记录、处理及结果分析附页：渐开线齿轮范成原理实验报告六、讨论、心得附页： 渐开线齿轮范成原理实验报告模数压力角齿顶高系数模数压力角齿顶高系数顶隙系数分度圆直径齿数变位系数m=20ɑ=20ha*=1c*=0.25d=160z=8x1=0.5/x2=-0.51齿廓图齿廓图标准正变位负变位如：手工轮廓图2项目齿距psdf思考题：

相对标准齿轮结果比较定性说明正变位齿轮 负变位齿轮不变 不变减小 增大增大 减小增大 减小增大 减小这样的要求？解答：当切制标准齿轮时，相当于齿轮及齿条处于“标准安装”位置，即：齿坯的分度圆及节圆重合、齿条刀具的中线及机床节线重合，所以齿坯的分度圆及齿条刀具的中线相切。齿坯的Ｖ＝Ｖ＝rω。刀 坯 1 坯齿条刀具的齿顶高为什么等于?解答：及齿条不同的是，在刀具的齿顶多了一个顶部C＝C※m部分，以便于在齿坯的根部切制出顶隙C＝C※m。解答：根切现象原因：刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N避免根切：变位修正实验四：渐开线齿轮参数测量实验一、实验目的和要求m和压力角：daha*c；x，确定齿轮是否根切；二、实验原理1mα。kk180

z0.52xcot②测量公法线长度W和W 。k k③确定模数m、压力角：根据渐开线性质：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长。W(k1)ps

W kps

pW Wmcosk b

b

b k式中因20。15m和压力角。daha*和顶隙系数c*：h2ha*+cha*1c*0.2（正常齿制ha*0.8、短齿制）代入，若等式成立，即可确定齿轮是正常齿或是短齿，进而确定ha*c*。若等式都不成立，则齿轮是变位齿轮，根据等式接近成立的原则，可确ha*c*。x：标准齿轮的公法线长度Wk

=mcos [(k－0.5)π+zinv]变位齿轮的公法线长度W=mcos [(k－0.5)π+zinv]+2xmsink若测得W及计算值Wx=0，该齿轮为标准齿轮；k k WW若W≠Wk k

，则齿轮为变位齿轮，变位系数x：x k kzmcos三、主要仪器设备及材料齿轮模型、游标卡尺、公法线千分尺四、试验方法及步骤k。分别测出各齿轮的公法线长度Wk

、W+1；Pb

=Wkkk

－W=πmcosα确定各齿轮m、；+1 kdadf；DH1H2dadf；h=（2ha*+c*）mha*c*；计算标准齿轮公法线长度Wk

=mcos [(k－0.5)π+zinvα]；W及W比较：k k若W=W

，齿轮为标准齿轮x=0；k k若W≠W，齿轮为变位齿轮，x=（W－W

）/（2mcos）k k k kxmin

h*(za

min

z)/

min

判断各齿轮有无根切；五、实验数据记录、处理及结果分析附页：渐开线齿轮参数测定实验报告六、讨论、心得通过测量渐开线齿轮的基本参数，对齿轮的主要尺寸计算公式进行了验证。附页： 渐开线齿轮参数测定实验报告kkkk被测齿轮1#2#3#4#5#6#z4014362722跨齿数k252434W13.8732.5130.96544.19W43.0856.31m(mm)2.52.533442da(mm)41.5103.548114113.8998.4df(mm)30.2592.2534.5100.599.283.712ha*11110.80.8c*0.250.250.250.250.30.3Wk12.0234.0913.8732.5130.9943.01x+0.3—0.3000+0.57实验五：机械零件认知实验一、实验目的和要求1．了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。了解各种传动的特点及应用。二、实验原理观看陈列柜、听讲解。三、主要仪器设备及材料机械零件设计陈列教学柜（18各种通用机械零件实物四、试验方法及步骤（一）螺纹联接靠性，同学们应了解如下内容：螺纹的种类螺纹联接的基本类型螺纹联接的防松提高螺纹联接强度的措施（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标成批生产，供应市场的零件。这类零件的结（三）键、花键及销联接1．（四）机械传动1．螺旋传动；带传动：类型、张紧装置和初拉力的控制。链传动：类型、张紧(五)轴系零、部件轴承：滑动轴承和滚动轴承的类型、典型滚动轴承的组合设计、轴承的润滑及密封。轴：轴的类型及轴上零件的应用、轴的典型结构及轴上零件的固定方法。牙嵌式离合器、摩擦式离合器。(六)弹簧弹簧的类型及结构、弹簧的变形。主要应用于：1．控制机构的运动；2．减振和缓冲；3．储存及输出能量；4．测量力的大小。(七)润滑剂及密封1．(八)机座及箱体轴承座孔、支撑肋板或凸壁式箱体、轴承座凸台、凸缘的厚度。五、实验数据记录、处理及结果分析见附页：实验报告六、讨论、心得的各种常用零件的结构、类型、特点及应用有了更直观的深入了解。附页:机械零件认知实验报告一、哪些是可拆联接、哪些是不可拆联接，各有什么特点？解答：可拆连接：螺纹连接、键连接、花键连接、销联接、无键连接、过盈连接。可拆连接的特点是：允许多次拆装而无须损坏连接中的零件，且不影响其使用性能不可拆连接：焊接、粘结、铆接不可拆连接的特点：在拆开连接时，至少要损坏连接中的一个零件。二、带传动正常运转的条件是什么？F1≧12超速以免造成打滑现象；带运行过程中必须加防护罩。三、齿轮失效形式有哪几种？各常发生在哪种场合？解答：齿面点蚀——闭式软齿面齿轮主要失效形式齿根折断——闭式硬齿面齿轮主要失效形式齿面磨粒磨损——开式齿轮传动的主要失效形式齿面胶合——高速重载传动塑性变形——齿面硬度不够，齿面发热，造成齿面甚至整个轮齿发生塑性变形四、轴的结构设计应满足哪些基本条件？解答：1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装)2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位)各零件要牢固而可靠地相对固定； 固)改善应力状况，减小应力集中。实验六：带传动性能实验一、实验目的和要求观察带传动工作中的弹性滑动和打滑现象并分析其产生原因。动效率曲线。了解本实验所用设备的工作原理和使用方法。二、实验原理11011098237465调速负载转速、转矩显示工作时电动机通过V带传动把动力传给发电机，发电机把所得到的机械恩那个转变为电能，使作为负载的发热丝绕组升温。若改变发热丝的电流强度，即可改变负载大小。载荷不同带传动的弹性滑动程度也不同，由装在发电机端部测转差盘上的光轴（由五个发光二极管沿径1向排列而成）发转速度之快慢显示出来。根据光轴逆转速度n和电动机转速n1

之比即可求得2滑动系数。发电机工作时对电动机产生阻转矩T2

，它及其角速度2

之积为发电机的输出功率22PP率22

及由电动机输出的功率P之比值就是带传动的效率。1动力及传动系统1电动机拖动发电机靠V带传动。主动轮装在电动机轴上，从动轮装在发电机轴上，主、从动轮直径相等，V带一根，它的张紧是靠砝码力拉紧钢丝绳，使电动机及其支撑罩沿滚珠导轨移动来实现。负载调节发电机之激磁绕组两端接在外界直流电源上，电路接通后，激磁绕组获得0-2.5A的可调电流，改变激磁电流，可使发电机的发热丝负载盘电流获得调节，从而实现负载值改变。弹性滑动显示装置舌簧管组成一回路。当电动机圆盘上的磁钢转到舌簧管正上方时，舌簧管迅即闭合，五个二极管同时发光，形成“一”字形光轴。当磁钢转离舌簧管上方，电路断开，光轴熄灭。就这样主动轮每转一周，舌簧管闭合一次，光轴亮一次。由于带传动有弹性滑动，当磁钢第二次到达舌簧管正上方时，光轴则滞后于先前位置发光，每转都这样滞后某一角度。高速运转时，由于视4.转矩测量电动机和发电机的定子侧边均装有一根等长杆——测力杆LLLL。电动机启1 2 1 2121

ff

力的作用，111其大小及f相等，方向则相反。通过测力杆，对拉力计产生向下的作用力F，它及测力杆长111L之积为电动机输出的转矩TTFL1 1 1 1 12通过带传动，发电机轴和转子将按n方向旋转，当定子绕组中有电流流过时定子受力方2=2向为f'=2

，通过测力杆，对2号拉力计产生向下的作用力F

，它及测力杆长度L

之积为发电机222对电动机的阻转矩T222

，即:T FL22 22 带传动实验台、转速表和秒表等。四、试验方法及步骤1、效率测量PT

2n 1F

n 1FL,

2n 2F

n 2FL1 11

60 1

30 11

22 60 2

30 22效率： P nFL 2 222P nFL1 111 nFLL

2100%1 2 nF112动系数： VV

DnDn 1 2V

11 22Dn1 11DD1 2 nn n 1 2n n

D,D1 1 （

2为主、从动轮直径）32FLF 1 111带传动的有效拉力为 D D1实验过程，D,L保持不变，F正比于F，因此可用F大小表征有效驱动力的大小。根据1 1 1 11F,,4五、实验数据记录、处理及结果分析1见附页：带传动特性实验报告六、实验结果分析及讨论1、在弹性滑动的范围内，滑动效率及F成线性关系，随着F的增大而提高。1 12F比较小的时候，传动效率FF达到某个临界值后，效率达1 1 1到最大值，几乎不再变化。3、当带传动的有效拉力达到最大临界值时，如果工作载荷进一步增大，则带及带轮间就将发生明显的相对滑动，即打滑，此时效率和滑动率都会急剧下降。附页： 带传动特性实验报告项目主动轮项目主动轮n1从动轮n2转速差n电动机测力杆拉力F1发电机测力F2滑动系数传动效率单位12345678rpm144514351425143851375rpm1452.31442.31432.31422.31412.31402.31392.31382.3rpm7.37.37.37.37.37.37.37.3kgf15kgf53.89156.39258.89361.39463.89566.39668.89771.395.055.095.125.165.205.235.275.31％54.1678.8586.7490.8193.2694.8996.0696.941F曲线，2F曲线1F曲线，2F曲线1 11 1实验七：减速器拆装实验一、实验目的和要求要参数和精度，培养和提高机械结构的设计能力。二、实验原理1、按照正确的顺序拆开减速器和轴系，分析减速器中各个零件的功用；2、测定减速器的主要参数，画出减速器传动布置简图三、主要仪器设备及材料实验设备：级展开式圆柱齿轮减速器模型。拆装和测量的工具：扳手、钢板尺、木棰、起子、内外卡钳、卡尺。四、试验方法及步骤1、仔细观察减速器外面各部分的结构。2、用扳手拆下观察孔的盖板，观察观察孔的位置是否恰当，大小是否合适。3、拧下箱盖和箱座联接螺栓以及轴承端盖螺钉，拔出定位销，借助起盖螺钉打开箱盖。4、分析轴系结构5、测定减速器的主要参数，记录在表中。6、测量箱座上、下凸缘的宽度和厚度，箱壁厚度。7、测量齿轮端面及箱体内壁的距离；大齿轮的顶圆及箱体内壁之间的距离；轴承内端面到箱体内壁之间的距离。8、将减速器还原。按照先内部后外部的合理顺序进行；装配轴套和滚动轴承时候应该注意方向等。五、实验数据记录、处理及结果分析见附页：减速器拆装实验报告六、讨论、心得通过对减速器进行拆装，对其结构有了进一步了解，为接下来的《机械设计基础》课程设计，进行减速器的设计很有帮助。附页： 减速器拆装实验报告基本参数高速级低速级中心距α１、α２100.53149.42小齿轮齿数Z1、Z31114大齿轮齿数Z2、Z48885大齿轮齿宽B2、B4B1=58B2=65B3=40B4=78传动比i12、i3486.07箱座上凸缘的厚度b14.08/14.93/19.27箱座上凸缘的宽度k100.07/101.66/149.53箱座下凸缘的厚度p13.55/14.50/22.04箱座下凸缘的宽度k198.09/100.25/154.16上筋板厚度m114.08下筋板厚度m28.23齿轮端面及箱体内壁的间距a11.20/55.1大齿轮顶圆及箱体内壁的间隙Δ15.51大齿轮顶圆及箱体底面的距离Δ215轴承内端面至箱内壁的距离l211.1思考题轴承：轴承端盖用螺钉或箱体连接而使轴承外圈得到轴向定位；联轴器：键槽固定，防止轴向滑动；定位螺丝固定，定位位置。滚动轴承在安装时为什么要留出轴向间隙？应如何调整？小而定。轴承使用一段时间后还应重新调整轴承间隙，不然会加速轴承的损坏。滚动轴承的安装、调整、润滑及密封等问题（）为这些零件的变形都要阻滞滚动体的滚动而使轴承提前破坏。一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或一个以上的轴承组成，常用游动支承。锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。轴承的配合是指内圈及轴颈及外圈及外壳孔的配合。润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以及脂润滑两类。失而设置的，可分为接触式和非接触式两大类。箱体的中心高度的确定应考虑哪些因素？答：箱体中心高度决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的尺寸和形状及其相互配置、受力及运动情况。其次，还需达到需求刚度，满足力学性能和工艺要求。减速器中哪些零件需要润滑？如何选择润滑剂？答：齿轮、轴承、传动轴等等。选用润滑剂时要考虑的几个主要因素：运动速度、载荷大小、工作环境温度、摩擦副表面、周围环境、润滑装置。体孔的配合。答：齿轮和联轴器及轴使用的是键连接的方式，有定心要求且是可拆连接，固采用有一定过盈量的过渡配合，公差等级可均为IT9。滚