1、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
2、：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： 曲柄摇杆机构； 双曲柄机构； 双摇杆机构2 平面四杆机构的演化形式 对心曲柄滑块机构 偏置取冰滑块机构 正弦机构 偏心轮机构 双重偏心机构 直动滑杆机构 摇块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构 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
3、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
4、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： 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； 低副的接触面容易加工，容易获得较高的制造精度； 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； 低副的约束为几何约束，无需附加约束装置。缺点： 低副有间隙，会引起运动误差积累，运动精度不高。 连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。 连杆机构运动时产生惯性力难以平衡
5、，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
6、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，
7、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
8、 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：=原
9、动件数：机构各构件间的相对运动确定 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
10、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。
11、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
12、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。5、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=20ha*=1c*
13、=0.25d=160z=8x1=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，即在节点处刀坯r1坯。2 齿条
14、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CCm部分，以便于在齿坯的根部切制出顶隙CCm。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
15、度确定模数m和压力角。 确定跨齿数k： 测量公法线长度和。 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
16、而确定ha*、c*。（3）计算变位系数x： 标准齿轮的公法线长度=mcos (k0.5)+zinv 变位齿轮的公法线长度= mcos (k0.5)+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4、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=mcos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*+
17、c*）m确定ha*、c*；7. 计算标准齿轮公法线长度=mcos (k0.5)+zinv； 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 4014362722跨齿数k25243413.8732.5130.96544.1943.0856.31m(mm)2.52.5334420202020151
18、5da(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+0.30.3000+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
19、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
20、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。(6)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
21、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1、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。2、带传动正常运转的条件是什么？解答：
22、首先要保证有适当的初拉力F0；小带轮的包角1120；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。3、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4、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
23、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
24、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
25、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
26、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
27、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。5、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
28、，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12345678主动轮转速rpm14451435142514151405139513851375从动轮转速rpm1452.31442.31432.31422.31412.31402.31392.31382.3转速差rpm7.37.37.37.37.37.37.37.3电动机测力杆拉力kgf100200300400500600700800
29、发电机测力杆拉力kgf53.89156.39258.89361.39463.89566.39668.89771.39滑动系数5.055.095.125.165.205.235.275.31传动效率54.1678.8586.7490.8193.2694.8996.0696.942、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
