机械设计基础实验指导书

崔汉森      何永然    编

班别                    

姓名                    

华南理工大学

二零零二年九月
实验一   平面机构运动简图的测绘

一、目的

1.学会根据实际机械绘出其运动简图的技能；

2.加深对机构自由度计算公式的理解。

二、设备和工具

1.机构模型、钢尺；

2.三角板、铅笔、橡皮和稿纸（学生自备）。

三、测绘运动简图的原理

机械中实际的机构，其结构往往比较复杂，但机构的运动情况却与构件外形、断面尺寸和运动副大小无关，而决定于机构中联接各构件的运动副类型和各运动副的相对位置尺寸以及原动件的运动规律。因此，在进行机构的分析和综合时，所绘制的旨在表达机构各构件之间的相对运动关系和运动特性的图形，必须撇开构件和运动副的具体形状和结构，根据构件之间的相对运动性质，确定各运动副的类型，然后，按一定的比例，用运动副的的具体形状和结构，根据构件之间的相对运动性质，确定各运动副的类型，然后，按一定的比例，用运动副的规定符号和简单线条绘出图形，这样的图称为机构运动简图。

四、测绘运动简图的方法和步骤

1. 仔细观察各机构模型，了解其名称、用途和结构，并找出原动件。

2. 缓慢转动被测机构，从原动件开始，仔细观察机构的运动，从而找出组成机构的固定构件和所有的活动构件。

3. 根据各相互联接的两构件间的接触情况及相对运动性质，确定各运动副的类型。

4. 以纸面以机构的投影面，选择一个能清楚地表达整个机构各构件的位置，用规定的运动副符号表示各运动副，并且用目测大致地确定各运动副的相对位置，画出机构运动简图草稿。注意应使草图与实物大致成比例，并用箭头表示原动件的运动方向。

5. 准确测量各回转副中心之间的距离、移动副导路的相对位置尺寸，并注于草图上。

6. 应用公式F=3n-2P_L-P_H计算机构自由度，要注意复合铰链，局部自由度和虚约束的判别。将计算结果与实际机构对照，机构自由度数应与原动件数相符，否则，应当找出机构运动简图的错误并改正。

7. 选取合适的长度比例尺，在实验报告中绘出机构运动简图并填写有关内容。

机构运动简图的长度比例尺：

五、思考题

1. 机构运动简图有什么用途？一个正确的机构运动简图应能说明哪些问题？

2. 绘制机构运动简图时，选择构件的不同瞬时位置，会不会影响运动简图的正确性？

3. 机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有什么帮助？

实验报告（实验一）

一、机构测绘及自由度计算

班别            

学号            

姓名            

日期            

成绩            

教师            

（注：n——活动构件数；P_L——高副数；F——机构自由度。）

二、思考题讨论

实验二   齿轮范成原理

一、目的

1. 掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理，了解齿廓曲线的渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程；

2. 了解渐开线齿轮的根切现象、齿轮变尖现象及其产生的原因；

3. 了解变位齿轮的切制方法，并比较变位齿轮与标准齿轮的异同点。

二、设备及工具

1. 齿轮范成仪。

2. 3号图纸一张，削尖的铅笔两支，三角板，橡皮，计算器（学生自备）。

三、实验原理

范成法加工渐开线齿廓，是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。如将共轭齿廓中的一个齿廓磨成刀刃（即齿轮刀具），另一为齿轮毛坯，当刀具和齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动时，齿轮刀具的刀刃就可在齿轮毛坯上切出齿廓。又因为两个任意半径的基圆的渐开线都互为包络线，故可以用任一具有渐开线齿廓的刀具范成加工任意基圆的渐开线齿廓。其中基圆半径为无穷大的齿条刀具的渐开线齿廓最简单，是一条直线，这就是加工渐开线齿轮用的齿条刀具的轮廓。

范成仪上齿条刀具齿廓和被加工齿廓的主要参数见下表：

图2—1是齿轮范成仪的简图，图中1为圆盘，它装在机架4上并绕0点转动，表示被加工齿轮的图纸将固定在此圆盘上。3为溜板，它在机架4的导轨上作水平移动。圆盘1与溜板3用齿轮、齿条联接，以保证溜板与圆盘作相对纯滚动，实验时，代表齿条刀具的有机玻璃模型板2用螺钉装在溜板3上，松开螺钉5即可调整它与被加工齿轮的径向距离。

加工标准齿轮时，应保证齿条工具的中线与被加工齿轮的分度圆相切。加工变位齿轮时，可按变位量xm 调整刀具中线与被加工齿轮中心的距离（其移动的距离 xm值可在溜板上的刻度尺读出）。

四、实验步骤

1. 根据所用范成仪的齿条刀具基本参数和被加工齿轮的齿数Z、变位系数X，由齿条刀具加工齿轮不发生根切的条件求出最小变位系数X_mino

分别计算出分度圆直径、基圆直径以及标准齿轮、变位齿轮的根圆、顶圆直径，并将计算结果填在实验报告表中。

2. 在图纸上作出基圆、分度圆，并把它们分为三等分（即每部分的圆心角均为120⁰）。为了对心方便，需分别作出这三等分圆心角的角平分线，再作这些角平分线的垂线。然后，分别在这三等分上画出两个标准齿轮（m₁=8mm，Z₁=20；m₂=16mm，Z₂=10），一个正移距变位齿轮（m=16mm，Z=10）的顶圆和根圆。（上述步骤必需在实验之前做好，并按外径φ210、孔径φ36将图纸剪成一穿孔圆纸片，实验时带来。）

3. 把代表轮坯的穿孔圆纸片在对准中心固定在圆盘上，使相应于标准齿轮部分的角平线垂直于齿条刀具的中线，并调节齿条刀具的中线与轮坯分度圆相切。

4. 先“切制” m₁=8mm，Z₁=20r的标准齿轮，后“切制”m₂=16mm，Z₂=10的标准齿轮。开始“切制”齿廓时，将齿条刀具溜板推到最右（或最左）边，然后把溜板3向左（或向右）移动，每移动一个微小的距离（约2～3毫米）时，在图纸上用削尖的铅笔描下刀具刃的轮廓，直到形成2～3个完整的齿为止。

5. 切完m=16mm，Z=10的标准齿轮后，调整齿条刀具离开轮坯中心，作正移距xm（毫米），再将图纸转到相应于正移距变位齿轮的部分，重复步骤3和4。

6. 比较所得的不同齿数之标准齿轮在分度圆与根圆上的齿厚，并比较标准齿轮和变位齿轮在分度圆上的齿厚、齿间、周节以及齿顶齿厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相应变化和特点。

[注]若需“切制”负移距变位齿轮，则图纸除应作出基圆、分度圆外，还需画出相应于负移距变位齿轮的顶圆和根圆，“切制”时将齿条刀具调离标准位置，移近轮坯中心，作负移距xm（毫米），重复步骤3和4。

五、思考题

1. 齿轮根切现象是如何产生的?如何避免?在图形上如何判断齿轮是否根切?

2. 齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于（） m?

3. 用齿条刀具加工标准齿轮时,刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求?

4. 为什么说齿轮的分度圆是加工时的节圆?

实验报告（实验二）

班  别               学  号                姓    名              

日  期               成  绩                教师签名              

一、齿轮尺寸计算和比较表

正变位系数：X=

二、附上所描绘的齿廓图，并在图上注明各个圆的直径。

三、思考题讨论。

实验三    齿轮参数的测定

一、目的

1. 熟悉齿轮各部分名称和几何关系。

2. 学会运用一般测量工具测定渐开线齿轮的各基本参数，通过参数测量，从中掌握标准齿轮与变位齿轮的基本判别方法。

3. 学会测量齿厚的一般方法。

二、设备和工具

被测齿轮、游标卡尺，并自备计算器和稿纸。

三、测量原理和方法

齿数Z、模数 m、压力角α、齿顶高系数、顶隙系数C^x、变位系数X等是齿轮的基本参数，这些参数可能过测量或计算而得。这些参数一旦被确定，则该齿轮的各部分尺寸即可确定。

由图3—1可知，当游标卡尺的两卡脚分别与两渐开线齿廓的不同位置相切时，两切点间距和均为两渐开线的公法线，根据渐开线性质可知：＝＝，且必与基圆相切。

卡脚与齿廓的切点位置与卡测数Ｋ的多少有关，如果卡测齿数过多，则卡脚可能与两齿顶相接触而不是相切；相反，如果卡齿数过少，则两卡脚可能与齿根接触，也不一定是相切。这时所测出的两触点间的距离不是真正的公法线长度。测量公法线长度时，最好使两卡脚与两齿廓的切点大致落在分度线附近。为此卡测齿线Ｋ可按下表选取：

通过测量公法线长度、，齿数Z、顶圆直径d_a则可求出齿轮的主要参数：m、α、x、和C^x。方法如下：

1. 齿数Z：可直接由具体齿轮数出。

2. 模数m和压力角α

根据齿数Z由上表查出卡测数K（或由附表3—1）求得，并分别测出公法线长度、（亦可），由图3—2可得，

=P_b（k-1）+S_b                                                                  （1）

=P_b·k+S_b                                                                     （2）

由（2）与（1）相减得基圆齿距

P_b=-=πcosα

∴  模数     m=                   （3）

其中：α——分度圆压力角。

一般α=20°但也有α=15°，故分别以α=20°和15°代入式求出m值，如与标准值相符或极接近者，则此压力角为该齿轮压力角。所求得的m值为该齿轮的模数。

3. 变位系数

根据测得的公法线长度和（由附表3—1求得），则可得齿轮变位系数

X=                       （4）

根据计算结果：如X=0，则为标准齿轮；如果X>0，则为正变位齿轮；如果X<0，则为负变位齿轮。对非机类专业，由于变位齿轮是超出其教学要求，故不要求非机类同学进一步测定和计算变位齿轮的有关参数和尺寸。

4. 分度圆直径d：对直齿圆柱齿轮

d=mz                       （5）

5. 测量齿顶圆直径d_a和齿根圆直径d_f，，当齿数Z为偶数时，可直接量出和.。当齿数Z为奇数时

（6）

（7）

（

H₁和H₂分别为从齿轮孔壁到齿顶和齿根之距（见图3—3）

6. 齿顶高系数

齿顶高

                     （8）

对标准直齿圆柱齿轮

                                                     （9）

由（8）和（9）式得出齿顶高系数

                                                     （10）

如果求出的符合标准值：如=1则为正常齿，此时C^x=0.25，如=0.8，则为短齿，此时C^x=0.80。

7. 齿厚测量

齿厚测量常是切齿过程用以测量和检验切削用量以及控制齿侧间隙的一种方法。

圆柱齿轮齿厚测量常用公法线长度或分度圆弦齿厚（或固定弦齿厚）。公法线长度的测量原理和它所用的工具如前所述。测量时，卡测齿数K及公法线长度W_k的理论值可由附表3—1求得。分度圆弦齿厚的测量可用齿轮游标卡尺来进行（图3—4）。齿轮游标卡尺实际上是由垂直和水平方向上的两把游标卡尺组成。测量时，分度圆弦齿高按附表3—2求得，以齿顶为基准，并按调整垂直方向上的游标卡尺。然后在水平游标卡尺上读出分度圆弦齿厚。

四、实验步骤

单个齿轮参数的测量可按下列方框图所示的方法和步骤进行。

五、思考题

1. 决定齿廓形状的基本参数有哪些？

2. 测量公法线长度时，卡尺的卡脚若放在渐开线齿廓的不同位置上，对所测定的公法线长度和有无影响？为什么？

1. 在测量顶圆直径d_a和根圆直径d_f时，对偶数齿和奇数齿的齿数的齿轮在测量方法上有什么不同？

实验报告（实验三）

班  别               学  号                姓    名              

日  期               成  绩                教师签名              

一、测量与计算结果

二、思考题讨论

附表3—1标准直齿圆柱齿轮公法线长度W_k与卡测齿数K（α=20°）

注：1. 当m≠1时，公法线长度：Wk等于表中数值乘以该轮模数而得。

2. 变位直齿圆柱齿轮公法线长度Wk=（W_ko+0.684x）m

卡测齿数=0.111Z+0.5+1.75x

附表3—2标准圆柱齿轮分度圆弦齿厚和弦齿高（α=20°，m=1mm，=1）

注：当m≠1时，实际的和值可用表中数值第乘以该模数m而得。

实验四   减速装拆装及轴系测绘

一、实验目的

了解减速器的结构、各零件作用及装配关系。了解减速器装配的基本要求。加深对轴系部件结构的理解。熟悉并掌握轴、轴承、轴上零件结构和功用、工艺要求、尺寸装配关系及轴上零件定位和固定方法。

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。画轴系结构装配图一张。

3. 测量减速器传动副的齿侧间隙及接触斑点。

三、实验设备及工具

齿轮减速器、蜗杆减速器、钢尺、游标卡尺、内、外卡尺、铅丝、涂料等。

四、实验步骤

1. 开箱盖前先观察减速器外部形状，判断传动方式、级数、输入和输出轴。并观察有哪些箱体附件。

2. 拧下箱盖与底座联接螺栓及端盖螺钉，拔出定位销，借助起盖螺钉顶起减速器箱盖。

3. 边拆卸边观察，并就箱体形状，轴系零件的定位的固定，润滑密封方式，箱体附件（如通气器、油标、油塞、起盖螺钉、定位销等）结构和作用，位置要求和零件材料等进行分析。

4. 画传动示意图，测定减速器的主要参数a、m、Z_1、Z₂……等，测得的参数或计算得出的参数记录于表中。传动示意图也应注明必要的参数。

5. 轴系结构测绘

轴系结构分析：分析和测绘轴系结构，明确轴系结构设计需要满足的要求。应了解轴的各部分结构作用，形状尺寸，它与强度、刚度、加工装配的关系，轴上各零件的用途、轴承类型、布置、安装调整方式、轴和轴上零件的定位及固定方法、润滑和密封等。

画轴系结构装配图一张：将测得各零件的定位及固定方法、润滑和密封等。

6. 测量齿侧间隙：在两轮齿之间插入一铅丝，其厚度稍大于所假设的侧隙，转动齿轮，使两齿面间的铅丝被辗压，然后取出铅丝，用游标卡尺测出被辗压后铅丝的厚度，以检验该对齿轮的齿侧间隙是否符合JB179—83标准的要求。

7. 检查接触斑点。仔细擦净每一个轮齿在主动轮3～4个轮齿上均匀地涂上一薄层涂料（如红丹油），在从动轮被轻轻制动下，用手转动主动轮，然后确定从动轮轮齿上接触斑点的分布情况和尺寸。接触斑点的大小在齿面展开图上用百分比计算（图4—1）。

沿齿长方向：接触斑点的长度（除去超过模数值的的断开的部分C）与工作长度之比，即

沿齿高方向，接触斑点的平均高度和工作高度之比，即

检查是否符合JB标准中所规定的接触精度要求。

五、思考题

1. 试说明减速器各零件的名称及其作用？

2. 试述减速器的拆装步骤？

3. 试以中间轴或低速轴为例，说明轴上零件的周向固定和轴向固定？

4. 减速器的齿轮和轴承采用什么方法润滑？

实验报告（实验四）

班  别               学  号                姓  名              

日  期               成  绩                教  师              

一、实验结果

1. 减速器传动示意图

2. 减速器传动参数                                                表4—1

3. 装配要求测定                                                 表4—2

4. 轴系结构装配图（草图）

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

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<F：构件间的运动是不确定的

      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

二、实验结果1

三、实验结果2

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d_a和齿根圆直径d_f，确定齿顶高系数h_a*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d_a与齿根圆直径d_f，确定齿顶高系数h_a*和顶隙系数c*：

对于标准齿轮h=（2h_a*+c*）m，分别将h_a*=1、c*=0.25（正常齿制）或h_a*=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h_a*、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h_a*、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P_b= ₊₁－=πmcosα确定各齿轮m、；

4. 测量各偶数齿齿轮的d_a、d_f ；

5. 测量各奇数齿齿轮的D、H₁、H₂，算出d_a、d_f ；

6. 计算齿高，通过h=（2h_a*+c*）m确定h_a*、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

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

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

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

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。