认知实验

一、实验目的

1．了解机器的组成原理，加深对机器总体的感性认识。

2．了解机器中常用机构的结构、类型、特点及应用。

3．了解常用的机械零件的结构、类型、特点和应用，对其具有感性认识。

二、实验仪器设备

机械原理和机械设计展示柜

三、实验内容与步骤

1．参观实验室中机械原理展示柜，主要了解机构的组成、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系机构、间歇机构和一些常见机构的组合。

2．参观实验室中机械设计展示柜，主要了解常用的机械零件如齿轮、蜗杆蜗轮、螺栓联接、带传动、链传动、联轴器、轴和轴承等。

四、思考题

1．机器是由什么组成？机构是由什么组成？什么是运动副？

2．铰链四杆机构有哪三种基本类型？铰链四杆机构可以演化为哪些其他四杆机构？

3．凸轮机构是如何分类的？可以分为哪些类型？

4．齿轮机构根据齿形可以分为哪些类型？

5．轮系有哪些类型？轮系有哪些功用并列举应用实例？

6．螺栓联接的基本类型有哪些？螺纹的种类有哪些？

7．带传动和链传动有什么特点？

8．常见的滚动轴承的类型有哪些？

机构运动简图的绘制

一、实验目的

1．熟悉并掌握机构运动简图绘制的原理和方法，学会根据实际机械和模型绘制机构运动简图的技能。

2．加深和巩固机构自由度的计算方法，并判断机构是否具有确定运动。

二、实验仪器设备

各类机构模型及实物机械（如：内燃机模型，缝纫机模型等）；

三、实验原理

由于机构的运动仅与机构中所有构件的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，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或《机械设计手册》中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。

四、实验内容与步骤

1．以内燃机模型为例，绘制内燃机的机构运动简图。确定组成机构的构件数：缓慢转动机器，沿着运动传递的线路仔细看清各构件间的相对运动（注意：有些相互连接构件间的相对运动非常微小），从而确定组成机构的构件数目。

2．确定运动副的类型：根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动特点，确定各个运动副的类型。

3．选定视图平面：一般选择与多数构件运动平面平行的平面为视图平面。

4．绘制机构示意图的草图：凭目测在草稿纸上徒手按规定的运动副代表符号，从原动件开始，按各构件的连接次序，用简单的线条代表构件，逐步画出机构示意图的草图。

5．计算机构的自由度数，并判断机构是否具有确定的运动。

6．测量机构运动尺寸：对转动副测量回转中心间的相对尺寸，对移动副测量导路方向线和与其有关的其他运动副间的相对尺寸。

7．选取适当的比例尺，并按照该比例尺绘制内燃机的机构运动简图。

8．选取实验室中其他任意的机械或实物模型，重复上述步骤绘制另一机构运动简图，并计算其自由度，判断机构是否具有确定的运动。（该模型可以忽略尺寸和比例）

五、数据处理与分析

1．绘制内燃机模型的机构运动简图，计算其自由度，并分析其是否具有确定的运动。

2．任意选取实验室的机械或实物的模型绘制其机构运动简图，计算自由度，并分析其是否具有确定的运动。（可以忽略尺寸和比例）

六、思考题

1．一个正确的“机构与动简图”应能说明那些内容？

2．怎样选择机构运动的平面才是正确的？

减速器拆装实验

一、实验目的

1．熟悉、了解二级圆柱齿轮减速器的结构。

2．了解二级圆柱齿轮减速器中各零件作用，结构形状及装配关系。

3．加深了解轴承部件的结构。

4．初步了解反求的设计思想。

二、实验仪器设备

1．二级圆柱齿轮减速器

2．活动扳手，300mm钢板尺，游标卡尺，内、外卡钳

三、实验内容与步骤

1．观察了解二级圆柱齿轮减速器的外部形状，判断传动方式，级数，输入输出轴，观察有哪些箱体附件，各起什么作用。

2．拧下端盖及箱盖与底座联接螺栓，拨出定位销，借助起盖螺钉打开减速器箱盖。

3．边拆卸边观察，并就箱体形状，轴系定位固定，润滑密封方式。箱体附件（如：通气塞，游标，油塞，起盖螺钉，定位销等）的结构作用，位置要求和零件材料等进行分析。

4．测量各种螺钉的直径和长度，（1）地脚螺钉直径，（2）轴承旁连接螺栓，（3）箱盖与箱座凸缘连接螺栓。通过测量对不同地方应选择多大的螺栓有个感性认识。观察螺钉扳手回旋空间尺寸，孔的大小，深度，加工方法，比较一下不同位置的螺栓直径及作用，放松形式。

5．测量箱体有关尺寸，观察铸造箱体拨模斜度，加强筋的位置与作用，吊钩位置，以及箱体结构工艺性要求。

6．了解轴承部件的安装，拆卸，固定，调整对结构要求，并绘制轴承部件草图，（轴承部件包括轴，轴承，轴承端盖，调整垫片，密封圈，档油板等）。注意观察轴的结构，阶梯变化，轴上零件的轴向和周向固定方式以及各级轴承选用区别。

7．测量齿轮的参数，并用反求设计的思想对齿轮参数进行修正。

8．在上述各个尺寸测量的过程中，注意利用反求工程的思想进行设计和测量。

9．完成减速器装配：将各传动轴装入箱座内，（检查是否有无安装上的零件），确定无误后盖上箱盖，插入定位销，装上联接螺栓及轴承盖。

四、数据处理与分析

1．绘制二级圆柱齿轮减速器的传动示意图。

2．将各测得的结果填入表格内。

齿轮传动数据

箱体参数数据

五、思考题

1．轴上零件是如何定位和固定的？

2．箱体的中心高度的确定应考虑哪些因素？

3．减速器中哪些零件需要润滑？如何选择润滑剂？

4．如何选择减速器主要零件的配合与精度？如齿轮、联轴器与轴的配合，滚动轴承与轴及箱体孔的配合。

带传动效率实验

一、实验目的

1．了解带传动实验台的组成和工作原理。

2．观察带传动中的弹性滑动和打滑现象。

3．作出带传动的效率曲线和滑动曲线。

二、实验仪器设备

智能带传动实验台

三、实验原理

打滑现象是带传动主要特点之一，且负载越大打滑越明显，其直接影响带传动的效率，因此，通过实验观察带传动在不同负载下的打滑现象和传动效率。

实验台机械部分，有两台直流电机组成。其中一台为原动机，另一台则作为负载的发电机，每按一下“加载”按键，使发电机负载逐步增加。两台电机均为悬挂支承，当传递载荷时，作用于电机定子上的力矩T₁（主动电机力矩）、T₂（从动电机力矩）迫使拉钩作用于拉力传感器，检测T₁、T₂信号，并在面板上显示出来。主动轮n₁和被动轮n₂由转速传感器，并在面板上显示。由此可算出带传动效率η和滑动系数ε：

         

四、实验内容与步骤

1．挂上砝码，对带传动施加预拉力。

2．接通电源，并按一下“清零”键，待力矩显示为“0”后。顺时针旋转调旋钮，电机由起动，逐渐增速，同时观察面板上主动轮转速显示，当主动电机转速达到预定转速时（建议预定转速为1200～1300 转/分左右），停止转速调节。记录面板上的主动轮转速、主动轮转矩，从动轮转速、从动轮转矩。

3．按“加载”键一次，第一个加载指示灯亮，再调节“电机转速”微调旋钮，尽可能使电机转速与设定转速一致，待显示基本稳定后记下主、被动轮的转矩及转速值。

4．重复上述操作，直至7个加载指示灯亮，记录下八组数据。

5．实验结束后，将实验台电机调速电位器开关关断，关闭实验机构的电源。

五、数据处理与分析

1．实验数据

实验数据

2．绘制滑动曲线ε一T₂和传递效率曲线η一T₂

六、思考题

1．为什么开始时效率低？您对此现象作何解释？

2．你认为这次实验结果理想吗？如果不理想，那么你认为问题可能出现在哪里？请写出得出这个结论的理由

齿轮范成实验

一、实验目的

1．掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的基本原理；观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程。

2．了解渐开线齿轮产生根切和齿顶变尖现象的原因及用变位修正来避免根切的方法。

3．分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同。

二、实验仪器设备

1．齿轮范成仪；

2．圆规，三角尺，剪刀，铅笔，Φ220圆形绘图纸一张（学生自备）等常用绘图工具；

三、实验原理

范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮胚，二者对滚时，如同一对齿轮互相啮合传动一样。同时刀具还沿轮胚的轴向做切削运动，最后在轮胚上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮胚。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮胚对滚时。刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然亦为渐开线 。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮胚每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。

四、实验内容与步骤

1．被加工齿轮的模数m=20mm，z=8和变位系数分别为X₁=﹢0.5，X₂=—0.5，分别计算其分度圆、基圆、齿顶圆与齿根圆半径等参数，填入实验报告表内。（表5-1）

2．将圆形绘图纸分成三等份，并轻轻画出各自的角平分线；再画出分度圆、基圆及各自的齿顶圆与齿根圆，其参数及尺寸应分别标注清楚。

3．将绘制好的齿坯装在圆盘上，并压在齿条刀具下后用压环螺母固定。

4．松开齿条刀具上的锁紧螺钉，调整刀具径向位置，使刀具的节线与齿坯分度圆相切，拧紧锁紧螺钉。

5．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2～3mm画一次刀具齿廓曲线，直到绘出2～3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。

6．调整刀具径向位置，与上一步骤类似，使齿条刀具的分度线相对于绘制标准齿轮的位置下移10mm距离（正变位）或上移10mm距离（负变位），分别绘制正变位和负变位齿轮的齿廓。

五、数据处理与分析

1．原始数据

m= 20mm，α=20°，h^*_a=1，c*=0.25，z=8

2．齿轮几何参数计算

表5-1  齿轮几何参数计算

3．粘贴绘制后的齿廓曲线图纸。

六、思考题

1．通过实验，说明根切现象是什么原因引起的？如何避免根切？

2．比较用同一条齿条刀具加工出来的标准齿轮和变位齿轮的几何参数：m、α、r、r_a、r_b、r_f、h_a、h_f、h、p、s、e中哪些变了？哪些没变？为什么？

齿轮效率实验

一、实验目的

1．了解封闭（闭式）齿轮传动实验台的结构特点和工作原理。

2．在封闭齿轮传动实验台上测定齿轮的传动效率。

二、实验仪器设备

CLS-II型齿轮传动实验台

三、实验原理

1．封闭功率流方向的确定

由实验台原理图可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T₉ 作用于齿轮（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T₉′用于齿轮9′（其方向也顺时针，如忽略磨擦，T₉′=T₉）。当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T₉ 与ω的方向相同，T₉ˊ与ω方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9ˊ为从动轮，同理齿轮 5ˊ为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流的大小为：

 P_a=T₉N₉/9550=P₉ˊ(KW)

该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即：P₁=P₉-P₉η_总

故η_总=（P₉-P₁）/P₉=（T₉-T₁）/T₉

单对齿轮η=[（T₉- T₁）/ T₉]^1/2

2．封闭力矩T₉的确定

当悬臂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9，齿轮9^‘就会产生扭矩，其方向都是顺时针，对齿轮9^‘中心取矩，得到封闭扭矩T₉：

T₉=WL/2（N·m）

W—所加砝码重力（N） L—加载杠杆长度

L=0.3m

平均效率为：（本实验台电机为顺时针）

η=[（T₉- T₁）/ T₉]^1/2

T₁—电机输出转矩（电测箱输出转矩显示值）

四、实验内容与步骤

1．打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。

2．打开电源，按一下“清零键”进行清零，此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“.”，说明系统处于“自动校零”状态，校零结束后，转矩显示为“0”。

3．在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋纽，使电动机转速为600r/min.

4．在砝码吊篮上加上第一个砝码，并微调转速使其始终保持在预定转速（600r/min）左右，在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值），记录输出转速和转矩的数值。

5．在砝码吊篮上加上第二个砝码，从复上述操作并记录输出转速和转矩的数值。

6．重复上述操作，直至加上8个砝码，记录相应数值，实验结束。

7．记录下各组数据后，应先将电机转速慢慢调速至零，然后卸去砝码，再关闭实验台电源。

8．由记录数据，作出齿轮传动的传动效率η- T₉曲线。

五、数据处理与分析

1．实验数据

实验数据

2．绘制传动效率（η-T₉）曲线

六、思考题

1．哪些因素影响齿轮传动的效率？加载力矩的测量中存在哪些误差？

机械设计综合实验

一、实验目的

1、熟悉并掌握轴、轴上零件的结构开关及功用、工艺要求和装配关系；

2、并掌握轴及轴上零件的定位与紧固方法；

3、了解轴承的类型、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。

二、实验仪器设备

轴承装置及轴系结构设计分析实验箱。

三、实验内容与步骤

1、了解实验箱零件，构思轴系结构的配置方案

（1）根据齿轮类型选择滚动轴承型号；

（2）确定支承轴向固定方向（两端固定：一端固定、一端流动）；

（3）选择端盖形式（凸缘式、嵌入式）并考虑透盖处密封要求；

（4）考虑轴上零件的定位与紧固，轴承间隙调节等问题；

（5）绘制轴系结构方案示意图。

2、组装轴系部件

根据轴系结构方案，从实验箱中选择取合适零件并组装成轴系部件，检查所设计组装的轴承装置是否正确。

3、绘制轴系结构草图。

4、分析所设计的轴系结构的特点。

5、重复上述步骤，至少设计2个不同的轴系结构。

六、数据处理与分析

所设计的轴系结构的草图和实物照片附图。

七、思考题

分析你所设计的轴系结构的优缺点。

第二篇：《机械设计基础》本科实验报告汇总

实验一：平面机构认知实验

一、实验目的和要求

目的：通过观察机械原理陈列柜，认知各种常见运动副的组成及结构特点，认知各类常见机构分类、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-10B型机械原理陈列柜，共10柜，有近80个常用机构。

四、试验方法与步骤

第1柜 机构的组成

1 机构的组成：蒸汽机、内燃机

2 运动副模型：平面运动副、空间运动副。

第2柜 平面连杆机构

1 铰链四杆机构三种形式：① 曲柄摇杆机构；② 双曲柄机构；③ 双摇杆机构

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、RRSRR机构、RCCR联轴节、RCRC揉面机构、SARRUT机构

第5柜 凸轮机构

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；③ 连杆的长度尺寸可做的较大，可在较长距离传递运动，适合于操纵机构；④ 低副的约束为几何约束，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：机构运动简图测绘与分析实验

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，学会用机构运动简图表达机械系统设计方案。

二、实验原理

撇开实际机构中与运动关系无关的因素，并按一定比例及规定的简化画法表示各构件间相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、试验方法与步骤

1、分析机构的运动情况，判别运动副的性质

通过观察和分析机构的运动情况和实际组成，先搞清楚机构的原动部分和执行部分，使其缓慢运动，然后循着运动传递路线，找出组成机构的构件，弄清各构件之间组成的运动副类型、数目及各运动副的相对位置。

2、恰当地选择投影面

选择时应以能简单、清楚地把机构运动情况表示清楚为原则。一般选机构中多数构件的运动平面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或多个投影面，然后展开到同一平面上。

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（如转动副的中心位置、移动副的导路方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：

4、计算机构自由度并判断该机构是否具有确定运动

　在计算机构自由度时要正确分析该机构中有几个活动构件、有几个低幅和几个高副。并在图上指出机构中存在的局部自由度、虚约束及复合铰链，在排除了局部自由度和虚约束后，再利用公式计算机构的自由度，并检查计算的自由度数是否与原动件数目相等，以判断该机构是否具有确定的运动。机构自由度计算公式为

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

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

1 绘制机构运动简图

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
该机构是否具有确定运动规律？因为：F=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	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
该机构是否具有确定运动规律？因为：F=原动件数= 1 >0 所以：机构具有确定的运动

2、思考题

（1）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。

（2）自由度大于或小于原动件数目时，会产生什么结果？

解答：Ｆ=原动件数：机构各构件间的相对运动确定

原动件数

原动件数>F：构件间不能运动或产生破坏

实验三：渐开线齿轮齿廓范成原理实验

一、实验目的和要求

目的：掌握用范成法制造渐开线的基本原理; 掌握渐开线产生切齿干涉的原因和克服切齿干涉的方法；分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。

二、实验原理

范成仪上所用的刀具模型为齿条插刀。范成仪的构造如图所示，圆盘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该等于被加工齿轮的分度圆。尼龙绳的一端固定在横拖板3的a处，另一端固定在横板拖板的b处。横拖板可以在机架4上沿水平方向移动，通过尼龙绳的作用，使圆盘相对于横拖板的运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与齿条传动）。在横拖板上另有一个带有刀具6的纵拖板5，转动螺旋8时，可使纵拖板相对于横拖板沿垂直方向移动，以调节刀具中线到轮抷中心的距离。

图 齿轮展成仪结构示意图

1-托盘；2-轮坯分度圆；3-滑架；4-支座；5-齿条（刀具）；6-调节螺旋；7、9-螺钉；8-刀架；10-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、试验方法与步骤

1 切制标准齿轮时，将刀具中线调节至与被加工分度圆相切的位置。

2 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，此值可由横拖板端面上的刻度读出。

3 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。

4 把代表轮抷的图纸放在圆盘上，对准中心后用压环压紧。

5 开始切制齿廓时，可移动横拖板，将刀具推到范成仪的一端。然后每次向另一端移动一个不大的距离，这时就在代表轮抷的图纸上有铅笔押下刀具刃的位置，直到形成2-3个完整的轮齿为止。

6 用渐开线标准齿形样板检验齿轮的渐开线齿廓，观察有无切齿干涉现象。如有切齿干涉现象，则分析其原因，并计算出最小变位系数Xmin。

7 按教师指定的变位系数X和步骤2所述的方法，重新调切刀具的位置，使其处于切削变位齿轮的位置进行切制齿轮。然后进行变位齿轮的齿廓检验。

8 比较切制出的标准齿轮和变位齿轮的具厚、齿槽宽、齿距、齿顶厚、基圆齿厚、根圆、顶圆、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

通过实验，对渐开线标准齿轮以及变位齿轮的形成过程进行了深入了解，对它们的区别有了更深的认识。并且对齿条刀具的结构形状进行了了解，对根切现象以及根切现象的形成原因有了深入认识

附页： 渐开线齿轮范成原理实验报告

一、原始数据

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=20	ɑ=20	ha*=1	c*=0.25	d=160	z=8	x1=0.5/x2=-0.5

二、实验结果1

齿廓图	标准	正变位	负变位
	如：手工轮廓图

三、实验结果2

项目	相对标准齿轮结果比较定性说明
	正变位齿轮	负变位齿轮
齿距p	不变	不变
齿槽宽e	减小	增大
齿厚s	增大	减小
齿顶圆直径da	增大	减小
齿根圆直径df	增大	减小

思考题：

1 用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮抷之间的相对位置和相对运动有何要求？为什么要有这样的要求？

解答：当切制标准齿轮时，相当于齿轮与齿条处于“标准安装”位置，即：齿坯的分度圆与节圆重合、齿条刀具的中线与机床节线重合，所以齿坯的分度圆与齿条刀具的中线相切。齿坯的分度圆与齿条刀具的中线亦在做无摩擦的纯滚动，即在节点处Ｖ刀＝Ｖ坯＝r1ω坯。

2 齿条刀具的齿顶高为什么等于（ha*+c*）m ?

解答：与齿条不同的是，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。

3 通过实验，你认为根切现象产生的原因是什么？避免根切的方法有哪些？

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

1通过测量公法线长度确定模数m和压力角：

2通过测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df，确定齿顶高系数ha*和顶隙系数c*；

3通过标准齿轮公法线长度与实测公法线长度的比较，判断齿轮的变位类型，并计算变位系数x，确定齿轮是否根切；

二、实验原理

1 通过测量公法线长度确定模数m和压力角α。

① 确定跨齿数k：② 测量公法线长度和。

③ 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。

所以式中因一般只为20。或15。，m应符合标准模数系列，由此可试算确定齿轮的模数m和压力角。

（2）通过测量齿顶圆直径da与齿根圆直径df，确定齿顶高系数ha*和顶隙系数c*：

对于标准齿轮h=（2ha*+c*）m，分别将ha*=1、c*=0.25（正常齿制）或ha*=0.8、c*=0.3（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，可确定齿轮是正常齿还是短齿，进而确定ha*、c*。

（3）计算变位系数x：

标准齿轮的公法线长度=mcos [(k－0.5)π+zinv]

变位齿轮的公法线长度= mcos [(k－0.5)π+zinv]+2xmsin 若测得与计算值相等，则x=0，该齿轮为标准齿轮；

若≠，则齿轮为变位齿轮，变位系数x：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、试验方法与步骤

1. 数出各轮齿数，确定测量公法线长度的跨齿k。

2. 分别测出各齿轮的公法线长度、+1；

3. 通过Pb= +1－=πmcosα确定各齿轮m、；

4. 测量各偶数齿齿轮的da、df ；

5. 测量各奇数齿齿轮的D、H1、H2 ，算出da、df ；

6. 计算齿高，通过h=（2ha*+c*）m确定ha*、c*；

7. 计算标准齿轮公法线长度=mcos [(k－0.5)π+zinvα]；

与比较：

若=，齿轮为标准齿轮 x=0；

若≠，齿轮为变位齿轮，x=（－）/（2mcos）

8. 通过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

渐开线齿轮参数测定结果

被测齿轮	1#	2#	3#	4#	5#	6#
z		40	14	36	27	22
跨齿数k	2	5	2	4	3	4
			13.87	32.51	30.965	44.19
					43.08	56.31
m(mm)	2.5	2.5	3	3	4	4
	20	20	20	20	15	15
da(mm)	41.5	103.5	48	114	113.89	98.4
df(mm)	30.25	92.25	34.5	100.5	99.2	83.712
ha*	1	1	1	1	0.8	0.8
c*	0.25	0.25	0.25	0.25	0.3	0.3
Wk	12.02	34.09	13.87	32.51	30.99	43.01
x	+0.3	—0.3	0	0	0	+0.57

实验五：机械零件认知实验

一、实验目的和要求

1．初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及应用。

2．了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。

3．了解各种传动的特点及应用。

4．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。

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。（共18柜）

各种通用机械零件实物

四、试验方法与步骤

（一）螺纹联接

螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要求是保证联接强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容：

1．螺纹的种类

2．螺纹联接的基本类型

3．螺纹联接的防松

4．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（GB）成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺栓与螺钉；能了解各种标准化零件的结构特点，使用情况；了解各类零件有那些标准代号，以提高学生们对标准化意识。

1．螺栓；2螺钉；3．螺母；4．垫圈；5．挡圈。

（三）键、花键及销联接

1．键联接；2．花键联接；3．销联接。

（四）机械传动

1．螺旋传动；

2．带传动：类型、张紧装置和初拉力的控制。

3．链传动：类型、张紧

4．齿轮传动：齿轮传动及失效形式、齿轮与蜗杆结构

(五)轴系零、部件

1．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、轴承的润滑与密封。

2．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。

3. 联轴器和离合器：固定刚式联轴器、可移式刚式联轴器、弹性联轴器、安全联轴器、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．润滑剂；2．密封。

(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

通过对机械零件陈列柜和一些通用机械零件实物的观察，对《机械设计基础》课程所研究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？

解答：首先要保证有适当的初拉力F0；小带轮的包角α1≧120º；带传动传递的载荷不能过载、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)

3.各零件要牢固而可靠地相对固定； (固定)

4.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

1 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。

2 测定带传动在实验条件下的弹性滑动率与传动效率，并绘制弹性滑动曲线和传动效率曲线。

3 了解本实验所用设备的工作原理和使用方法。

二、实验原理

实验台外形结构如图1所示，主要由动力及传动系统、负载调节、转矩测量和单行滑动显示装置等部分组成。

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向排列而成）发转速度之快慢显示出来。根据光轴逆转速度和电动机转速之比即可求得滑动系数。发电机工作时对电动机产生阻转矩，它与其角速度之积为发电机的输出功率,而与由电动机输出的功率之比值就是带传动的效率。

1.动力及传动系统

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。

2.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。

3.弹性滑动显示装置

装在电动机主轴另一端的圆盘周边上鋃有一颗磁钢，正对该圆盘的下方在实验台机座上装有一个舌簧管，装在发电机主轴另一端的测转差盘沿径向排列了五个高频发光二极管，他们与舌簧管组成一回路。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，由于视觉暂留所致，观察者会看到光轴是连续地向后飘移，其逆转速度快慢显示了带的弹性滑动程度。

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，他们通过一绳钩各自拉住一个装于实验台上的拉力计，测力杆从受力点至定子轴线之距分别为，且。电动机启动后，转子按图2所示方向受力的作用并旋转，按电磁作用规则定子同时受力的作用，其大小与相等，方向则相反。通过测力杆，对拉力计产生向下的作用力，它与测力杆长度之积为电动机输出的转矩，即:=

通过带传动，发电机轴和转子将按方向旋转，当定子绕组中有电流流过时定子受力方向为，通过测力杆，对2号拉力计产生向下的作用力，它与测力杆长度之积为发电机对电动机的阻转矩，即:=

三、主要仪器设备及材料

带传动实验台、转速表和秒表等。

四、试验方法与步骤

1、效率测量

电动机输出的功率一部分消耗于带、轴承等的摩擦损耗，绝大部分经发电机负载盘转化为焦耳-楞次热。

效率：

由上式可知，只要测出两轮转速和两个拉力计读出的示值，即可计算出效率。

2、滑动系数测量

带传动时由于有弹性滑动，所以从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，即，故弹性滑动系数：

（为主、从动轮直径）

带传动的弹性滑动现象可从发电机的测转差盘上光轴逆转速度之快慢直接地看到。

3、绘制曲线图

带传动的有效拉力为

实验过程，保持不变，正比于，因此可用大小表征有效驱动力的大小。根据值即可绘出如图4所示的弹性滑动系数曲线图和效率曲线图。

五、实验数据记录、处理及结果分析

见附页：带传动特性实验报告

六、实验结果分析与讨论

1、在弹性滑动的范围内，滑动效率与成线性关系，随着的增大而提高。

2、在比较小的时候，传动效率与呈线性递增关系，当达到某个临界值后，效率达到最大值，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，则带与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

1、实验数据

项目	单位	1	2	3	4	5	6	7	8
主动轮 转速	rpm	1445	1435	1425	1415	1405	1395	1385	1375
从动轮 转速	rpm	1452.3	1442.3	1432.3	1422.3	1412.3	1402.3	1392.3	1382.3
转速差	rpm	7.3	7.3	7.3	7.3	7.3	7.3	7.3	7.3
电动机测力 杆拉力	kgf	100	200	300	400	500	600	700	800
发电机测力 杆拉力	kgf	53.89	156.39	258.89	361.39	463.89	566.39	668.89	771.39
滑动系数		5.05	5.09	5.12	5.16	5.20	5.23	5.27	5.31
传动效率	％	54.16	78.85	86.74	90.81	93.26	94.89	96.06	96.94

2、绘制-、-曲线

1为-曲线，2为-曲线

实验七：减速器拆装实验

一、实验目的和要求

了解和熟悉各种减速器的结构，分析减速器中各零件的作用及装配关系。测定减速器的主要参数和精度，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、试验方法与步骤

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、测量齿轮端面与箱体内壁的距离；大齿轮的顶圆与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、α２	100.53	149.42
小齿轮齿数Z1、Z3	11	14
大齿轮齿数Z2、Z4	88	85
大齿轮齿宽B2、B4	B1=58 B2= 65	B3= 40 B4=78
传动比 i12、i34	8	6.07
箱座上凸缘的厚度	b	14.08/14.93/19.27
箱座上凸缘的宽度	k	100.07/101.66/149.53
箱座下凸缘的厚度	p	13.55/14.50/22.04
箱座下凸缘的宽度	k1	98.09/100.25/154.16
上筋板厚度	m1	14.08
下筋板厚度	m2	8.23
齿轮端面与箱体内壁的间距	a	11.20/55.1
大齿轮顶圆与箱体内壁的间隙	Δ1	5.51
大齿轮顶圆与箱体底面的距离	Δ2	15
轴承内端面至箱内壁的距离	l2	11.1

思考题

1. 轴上零件是如何定位和固定的?

答： 齿轮：中间的带键槽的是安装齿轮的，进行周向固定，通过轴肩和轴套径向固定；

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。

2. 滚动轴承在安装时为什么要留出轴向间隙？应如何调整？

答： 轴承一般是配对使用，安装方向相反，在轴上它有一个调节螺母，安装时留一点轴向间隙防止轴承工作时温度升高膨胀而卡死从而损坏设备。间隙的大小视负荷轻重即轴承大小而定。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。

3. 滚动轴承的安装、调整、润滑与密封等问题

答：（1）轴和安装轴承的外壳或轴承座，以及轴承装置中的其他受力零件必须足够的刚性，因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。

（2）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，常用的轴承配置方法有：双支点各单向固定、一支点双向固定，另一端支点游动、两端游动支承。

（3）锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。

（4）轴承的配合是指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合。

（5）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，还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用，常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。

（6）轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的，可分为接触式和非接触式两大类。

4. 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、受力与运动情况。其次，还需达到需求刚度，满足力学性能和工艺要求。

5. 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。

6. 如何选择减速器主要零件的配合与精度？如齿轮、联轴器与轴的配合，滚动轴承与轴及箱体孔的配合。

答：齿轮和联轴器与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。滚动轴承与轴需要有较高的相对转动，固采用基孔制间隙配合，轴的精度可为IT8；滚动轴承与箱体孔可采用基轴制有一定过盈量的过渡配合，孔的精度采用IT9。

实验八：轴系结构实验

一、实验目的和要求

1 减速器结构分析及拆装实验基础上，在测量一种轴系的各部结构尺寸，并绘出轴系结构装配图。

2 熟悉并掌握轴、轴承、轴上零件的结构形状与功用，工艺要求，尺寸装配关系以及轴、轴上零件的定位固定方式，巩固轴系结构相关知识。

二、实验原理

学生根据测量轴系的各部结构尺寸，按图纸和轴系结构设计的思路进行组合装配，并绘出轴系结构装配图。

三、主要仪器设备及材料

1设备：减速器模型。

2工具：钢板尺（300），游标卡尺，内、外卡钳等。

四、试验方法与步骤

1、分析轴系结构并绘制轴系结构装配草图

①打开轴系所在机器或模型的箱盖，仔细观察轴系的整体结构，观察轴上共有哪些零件，每一个轴上零件采用的是哪种定位方式。

②观察分析轴上每一个轴肩的作用，确定出哪些是定位轴肩，哪些为非定位轴肩，并分析非定位轴肩的作用。

③观察轴系结构所选用的滚动轴承的类型以及每个轴承的轴向定位与固定方式，观察轴系采用的轴承间隙调整方式、轴承的密封装置。观察轴系的轴承组合，采用的是哪种轴向固定方式。

④观察分析每一个轴上零件的结构及作用。

⑤观察轴、轴上零件及其与相邻零件的装配关系，按比例画出轴系结构的装配草图。

2、测量有关尺寸

①将轴系结构拆开并记住拆卸顺序，用钢尺与游标卡尺测量出阶梯轴上每个轴段的直径和长度。判断各轴段直径是否符合国家标准，判断每个定位轴肩、非定位轴肩的高度是否合适。

②观察轴上的键槽，判断键槽位置是否便于加工，测出键槽尺寸，检测是否符合国家标准。

③观察轴上是否有砂轮越程槽、退刀槽等，判断越程槽的位置是否合适。测量出其具体尺寸，并检测是否符合国家标准规定。

④用钢板尺测量每个轴上零件的轴向长度，并与阶梯上对应的轴段长度相比较，判定每个轴段长度是否合理，是否能够保证每个零件定位与固定可靠。

⑤确定轴系结构所用的轴承型号，并测量出（或查出）有关尺寸，测量出轴承端盖与箱体有关的尺寸。

⑥测绘完成后，按顺序安装、高度，使轴系结构复原。

五、实验数据记录、处理及结果分析

见附页：轴系结构测绘与分析实验报告

六、讨论、心得

对轴的结构尺寸、轴承选择、轴承组的设计有了进一步了解。

附页： 轴系结构测绘与分析实验报告

轴系名称		二级圆柱齿轮减速器转轴一
轴上零件	定位方式		轴环、套筒、轴肩、轴端挡圈
	固定方式		普通平键
轴 承	型号		左：角接触球轴承	右：角接触球轴承
	定位与固定方式		轴环、轴肩、轴承盖	过盈配合
	轴承间隙调整方式		调整垫圈	调整垫圈
轴 承 组 合	轴向固定方式		两端单向固定
	轴向位置调整方式		调整垫圈
	轴承密封方式		接触式毛毡圈密封

1、轴上各轴段直径及长度如何确定，轴各段的过渡部位结构应注意什么？

解答：轴的直径确定：按照轴所受扭矩初步估算轴的最小直径，然后按照轴上零件的装配方案和定位要求，从最小直径处起逐一确定各段的直径。有配合要求的轴段，尽量采用标准直径。

确定各轴段的长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需装配或调整空间。

轴段过渡部位应该圆弧过渡，以减小应力集中。

2、轴系中是否采用了档圈、紧定螺钉、压板、定位套筒等零件，它们的作用是什么，结构形状有何特点？

解答：轴系中采用了挡圈、定位套筒，作用是对轴上零件进行轴向固定。挡圈用于端部对零件进行轴向固定，而定位套筒用于轴的中间部位。

3、轴承采用什么类型，布置和安装方式有什么特点，采用什么结构固定，如何调整轴承间隙及轴承轴向位置？

解答：轴承采用的是一对角接触球轴承面对面安装，采用轴肩、轴环及轴承座端盖轴向固定，轴承间隙通过调整垫圈进行调节。