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1、机械设计基础实验指导书课程学时： 72 实验学时： 24 适用专业：数控技术、机电一体化编 写 者： 胡 波 审 查 者： 李宏穆 编写日期： 2010 年 7 月 核自学院编写二 O 一 O 年修订机械设计基础实验指导书I目 录（一） 机械认知实验 .1（二） 平面机构运动简图的测绘与分析 .3(附 1) 平面机构运动简图的测绘与分析实验报告 .5（三） 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析 .7(附 2) 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定与分析实验报告 .11（四） 机构运动方案创新设计实验 .13(附 3) 机构运动方案创新设计实验报告 .37（五） 轴系结构设计与分析 .39（附 4） 轴系结
2、构设计与分析实验报告 .42（六） 慧鱼创意组合模型实训 .44(附 5) 慧鱼创意组合模型实训实验报告 .53（七） 减速器拆装及结构分析 .54（附 6） 减速器拆装及结构分析实验报告 .57机械设计基础实验指导书1（一） 机械认知实验实验学时：2 学时实验类别：验证性实验目的：1.了解机器的组成原理，加深对机器总体感性认识。2.了解机器的常用机构的结构、类型、特点及应用。3.了解机器的运动原理和分析方法，使学生对机器总体感性认识上升为理性认识。实验过程要点：通过观察陈列室展示各种常用机构模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师作以简单介绍，提出问题，供学生思考。学生通过观
3、察，对机器的组成、常用机构的结构、类型、特点有一定的了解。(一) 机器观察实物模型和机构，使学生认识到机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。因此掌握各种机构的运动特性，有利于研究任何机器的特性。在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。如：高副、低副、转动副、移动副等。(二)平面四杆机构四杆机构在平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛。四杆机构分成三大类：即铰链四杆机构、单移动副机构、双移动副机构。1.铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。它们根据两连架杆为曲柄或摇杆来确定。2.单移动副机构：是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个
4、转动副演化而成的。分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等。3.双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构。将其倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。(三)凸轮机构凸轮机构主要用于把主动构件的连续运动，转变为从动件按照预定规律的运动。适当设计凸轮廓线可以使从动件获得任意的运动规律。凸轮机构主要有三部分组成，即：凸轮、从动件及机架。凸轮有特定的廓线、从动件由凸轮廓线控制。凸轮机构结构简单、紧凑，因此广泛应用于各种机械。(四)齿轮机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。根据轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从
5、动轮的两轴线相对位置，齿轮机械设计基础实验指导书2传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。1平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿轮机构、齿轮齿条机构等。2相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹角常为 903交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆机构等。齿轮机构具有传动准确、可靠、运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。齿轮基本参数有齿数 z、模数 m、分度圆压力角 、齿顶高系数 h*a、顶隙系数 c*等。仔细观察这部分，掌握渐开线的概念及渐开线的形成，基圆和渐开线发生线的概念
6、及渐开线的性质。同时注意总结齿数、模数、压力角等参数变化对齿形的影响。(五)周转轮系通过观察各种周转轮系的动态模型演示，了解定轴轮系及周转轮系含义。周转轮系又分为行星轮系和差动轮系，注意区分它们的异同点。差动轮系将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动的原理。(六)其他常用机构其他常用机构常见的有棘轮机构、槽轮机构、摩擦式棘轮机构、不完全齿轮机构、万向节及非圆齿轮机构等。通过这些机构的动态演示了解各种机构的运动特点及应用范围。(七)机构的串、并联观察陈列柜中展示的实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构。进一步认识机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以只有掌
7、握好各类基本机构的运动特性，才能更好地去研究任何机构乃至复杂机构的特。实验设备：机械结构设计教学陈列柜实验地点：教学八楼一楼 8103 机原机零实验室联系电话：028-84079753机械设计基础实验指导书3（二） 平面机构运动简图的测绘与分析实验学时：4 学时实验类别：验证性实验目的：1.掌握根据实际机器或机构模型正确绘制平面机构运动简图的方法和技能。2.验证和巩固机构自由度的计算，进一步理解机构自由度的概念。3.应用机构自由度的计算方法分析平面机构运动的确定性。实验过程要点：机构的运动仅与机构所具有的构件数目、构件所组成的运动副的数目、类型及各运动副的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动
8、副的具体构造无关。因此在绘制机构运动简图时，可以用简单的线条和统一规定的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。由于机构运动简图既简单而又能正确地反映一部复杂机器的运动特征，因此，正确地测量和绘制机构运动简图是机械设计课程中的重要组成部分。1.先了解测绘的机械实物或模型的名称、用途和结构，并找出它的机架、原动构件和活动构件数目。缓慢驱动被测的机器或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相联接两零件间是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，认清机架，原动件和从动件，弄清级成机构的活动构件数目。2.分析各构件之间
9、相对运动的性质，确定各运动副的类型、运动副的数目。根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确定运动副类型和数目。3.合理选择机构运动简图的投影面。要以清楚地把机构的运动情况正确地表达出来为原则。一般选择选择与机构中多数构件的运动平面平行的平面为投影面。4.绘制机构的运动简图的草图。首先将原动件转到适当的位置， （避开构件之间重合）大致定出各运动副之间的相对位置，在草稿纸上，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用数字 1、2、3及字母 A、B 、 C分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件的运动方向和运动形式，量出机构对应运动副间的尺寸，再将草图按比
10、例画入实验报告中。5.计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等。计算公式： HLPnF26分析机构运动的确定性，机械设计基础实验指导书4即将前面计算的机构自由度与实际机构的自由度相对照，若与实际相符则机构具有确定的运动；若与实际情况不符，要找出原因及时改正。在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按选定的长度比例尺实验设备和工具：1若干机械实物或模型；2自备三角板、圆规、铅笔和草稿纸等文具。实验报告：（见附 1）机械设计基础实验指导书5(附 1) 平面机构运动简图的测绘与分析实验报告实验名称 日 期班级 姓 名 指 导教 师 成 绩一、测绘结果及分析编号 机构名称 机构运 动
11、 简 图 自由度计算判断机构运动的确定性1n=PL=PH=F=原动件数=2n=PL=PH=F=原动件数=3n=PL=PH=F=原动件数=4n=PL=PH=F=原动件数=机械设计基础实验指导书65n=PL=PH=F=原动件数=6n=PL=PH=F=原动件数=7n=PL=PH=F=原动件数=8n=PL=PH=F=原动件数=实验地点：教学八楼一楼 8103 机原机零实验室联系电话：028-84079753机械设计基础实验指导书7（三） 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验学时：2 学时实验类别：验证性实验目的：1. 掌握测量渐开线直齿圆柱变位齿轮参数的方法。2. 通过测量和计算，进一步掌握有关齿轮
12、各几何参数之间的相互关系和渐开线性质。实验过程要点：渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数 Z、模数 m、分度圆压力角 齿顶高系数 h*a、顶隙系数 C*、中心距 和变位系数 X 等。本实验是用游标卡尺和公法千分尺测量，并通过计算来确定齿轮的基本参数。1 确定齿数 Z齿数 Z 从被测齿轮上直接数出。 确定模数 m 和分度圆压力角 在图 4-1 中，由渐开线性质可知，齿廓间的公法线长度 与所对应的基圆弧长 相AB0等。根据这一性质，用公法线千分尺跨过 n 个齿，测得齿廓间公法线长度为 Wn，然后再跨过 n+1 个齿测得其长度为 。1nWbnbn SPSP 1,)(nb1式中 ， Pb 为基圆齿距，
13、 (mm)，与齿轮变位与否无关。cosbm为实测基圆齿厚，与变位量有关。由此可见，测定公法线长度 和 后就可求出S n1基圆齿距 Pb，实测基圆齿厚 Sb，进而可确定出齿轮的压力角 、模数 m 和变位系数 X。因此，齿轮基本参数测定中的关键环节是准确测定公法线长度。机械设计基础实验指导书8图 31 公法线长度测量（1）测定公法线长度 和nW1根据被齿轮的齿数 Z，按下式计算跨齿数： 5.08an式中： 压力角；z 被测齿轮的齿数我国采用模数制齿轮，其分度圆标准压力角是 20和 15。若压力角为 20可直接参照下表确定跨齿数 n。z 1218 1927 2836 3745 4654 5563 6
14、472 7381 8290n 2 3 4 5 6 7 8 9 10公法线长度测量按图 31 所示方法进行，首先测出跨 n 个齿时的公法线长度 。测定nW时应注意使千分尺的卡脚与齿廓工作段中部（齿轮两个渐开线齿面分度圆）附近相切。为减少测量误差， 值应在齿轮一周的三个均分位置各测量一次，取其平均值。nW按同样方法量出跨测 n+1 齿时的公法线长度 。1nW（2）确定基圆齿距 Pb，实际基圆齿厚 SbPb= 1nSb=Wn-(n-1)Pb（3）确定模数 m 和压力角 根据求得的基圆齿距 Pb，可按下式计算出模数：m=Pb/( cos)由于式中 可能是 15也可能是 20，故分别用 =15和 =20代入计算出两个相应机械设计基础实验指导书9模数，取数值接近于标准模数的一组 m 和 ，即是被测齿轮的模数 m 和压力角 。3测定齿顶圆直径 da 和齿根圆直径 df 及计算全齿高 h为减少测量误差，同一数值在不同位置上测量三次，然后取其算术平均值。当齿数为偶数时，d a 和 df 可用游标卡尺直接测量，如图 32 所示。当齿数为奇数时，直接测量得不到 da
