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1、机械设计基础实验指导书教师：李 伟2017年3月实验一 机构展示与认知实验一、实验目的1. 通过实验增强对机构与机器的感性认识；2. 通过实验了解各种常用机构的结构、类型、特点及应用。二、实验方法及主要内容本陈列室陈列了一套CQYG-10B机械原理展示柜，主要展示平面连杆机构、空间连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇机构以及组合机构等常见机构的基本类型和应用。通过演示机构的传动原理，增强学生对机构与机器的感性认识。通过实验指导老师的讲解与介绍，学生的观察、思考和分析，对常用机构的结构、类型、特点有一初步的了解。提高对学习机械原理课程的兴趣。三、展示及分析（一）机构的组成通过对蒸气机、内燃机
2、模型的观察，我们可以看到，机器的主要组成部分是机构。简单机器可能只包含一种机构，比较复杂的机器则可能包含多种类型的机构。可以说，机器乃是能够完成机械功或转化机械能的机构的组合。机构是机械原理课程研究的主要对象。通过对机构的分析，我们可以发现它由构件和运动副所组成。机器中每一个独立运动的单元体称为一个构件，它可以由一个零件组成也可以由几个零件刚性地联接而组成；运动副是指两构件之间的可动联接，常用的有转动副、移动副、螺旋副、球面副和曲面副等。凡两构件通过面的接触而构成的运动副，通称为低副；凡两构件通过点或线的接触而构成的运动副，称为高副。（二）平面连杆机构连杆机构是应用广泛的机构，其中又以四杆机构
3、最为常见。平面连杆机构的主要优点以能够实现多种运动规律和运动轨迹的要求，而且结构简单、制造容易、工作可靠。平面连杆机构分成三大类：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，即根据两连架杆为曲柄，或摇杆来确定。2. 单移动副机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。可分为：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，把它们倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。通过平面连杆机构应用实例，我们可以归纳出平面连杆机构在生产实际中所解决的两类
4、基本问题：一是实现给定的运动规律，二是实现预期的运动轨迹。（三）凸轮机构凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，结构简单紧凑，因此广泛应用于各种机械中。凸轮机构的类型很多，通常按凸轮的形状和推杆（从动件）的形状和运动来分类。凸轮有盘行凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮；推杆按形状分有尖顶、滚子和平底，按运动形式分为直动和摆动推杆；封闭方式分为力封闭、形封闭等。（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。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。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、从动轮的两轴线相对位置，
5、齿轮传动分为：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90。3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。在参观这部分时，学生应注意了解各种机构的传动特点，运动状况及应用范围等。4齿轮机构参数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。（五）轮系的类型所谓轮系，是指由一系列齿轮所组成的齿轮传动系统。轮系的类型很多，其组成也各种各样，通过根据轮系运转时各个齿轮的轴线相对机
6、架的位置是否都是固定的，而将轮系分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系大类。周转轮系按自由度分为行星轮系和差动轮系，还可根据基本构件的不同加以分类，包含一个系杆H，两个中心轮K，称之为2KH型周转轮系；包含有三个中心轮，叫作3K型周转轮系。在实际机构中采用最多的是2KH型轮系。复合轮系可能既包含定轴轮系部分，也包含周转轮系部分，或者是由几部分周转轮系组成。计算复合轮系传动比的正确方法，是将其所包含的各部分定轴轮系和各部分周转轮系加以分开，并分别应用定轴轮系和周转轮系传动比的计算公式求出它们的传动比，然后加以联立求解，从而求出该轮系的传动比。（六）间歇运动机构间歇运动机构广泛用于各种需要非连续传动的场
7、合。常见的有棘轮机构；摩擦式棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮机构；凸轮式间歇运动机构；万向节及非圆齿轮机构等。通过各种机构的动态演示学生应知道各种机构的运动特点及应用范围。（七）组合机构由于生产上对机构运动形式，运动规律和机构性能等方面要求的多样性和复杂性，以及单一机构性能的局限性，以致仅采用某一种基本机构往往不能满足设计要求，因而常需把几种基本机构联合起来组成一种组合机构。组合机构可以是同类基本机构的组合，也可以是不同类型基本机构的组成，常见的组合方式有串联、并联、反馈以及叠加等。四、按要求完成实验报告，实验报告应包含以下内容：(一)?实验目的(二) 实验设备名称及型号(三)?实验方法及主要内
8、容(四)?实验结果1 完成如下相关的习题1) 机器是由什么组成？机构是由什么组成？什么叫构件? 什么叫运动副？2) 铰链四杆机构有哪三种基本类型？铰链四杆机构可演化成哪些其他四杆机构？试列举应用实例。3) 凸轮机构是如何分类的？可分哪些类型?4) 齿轮机构根据其齿形可分为哪些类型？根据两轴线的位置又可分为哪些类型？分析各种类型的特点及应用场合。5) 轮系有哪些类型？轮系有哪些功用并列举应用实例？2实验的体会与收获实验二 机构运动简图测绘与分析实验一、 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，并检验机构
9、是否具有确定运动；3 加深对平面机构结构分析的了解。二、 实验内容及要求1 以指定的34种机构模型或机器为研究对象，进行机构运动简图的绘制；2 分析所画各机构的构件数、运动副类型和数目，计算机构的自由度，并验证它们是否具有确定的运动；3 进行机构的结构分析。三、 实验设备和工具1 各种机器实物和模型；2 学生自备铅笔、直尺、圆规、橡皮、草稿纸等；四、 实验原理机器和机构都是由若干构件及运动副组合而成。而机构的运动是由原动件的运动规律、联接各构件的运动副类型和机构的运动尺寸（即各运动副间相对位置尺寸）来决定的。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，而用一些简单的线条来
10、代替构件。构件的表示法见图1。用规定的符号代表运动副，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。常用运动符号示例见表11。五、 实验步骤1、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(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
11、出机构示意图的草图。用数字1、2、3分别标准各构件，用字母A、B、C分别标准各运动副。5、计算机构的自由度数，并将计算结果与实际机构的自由度相对照，观察二者是否相符。机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH(式中： n为活动构件的数目;PL为低副的数目; PH为高副的数目。)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：长度比例尺 8、绘制机构运动简图：按一定的比例尺。用制图仪器画成正式的机构运动简图。图1 构件的表示法表11常用运动符号 六、实验安排 1、先由指导教师对测绘过程进行讲解示范，然后分组
12、进行测绘。 2、每个同学应测量4个机构。 机构运动简图测绘实验报告机构运动简图绘制1.机构名称： 2.机构名称： 比例尺 比例尺 计算自由度：机构运动是否确定？理由： 计算自由度：机构运动是否确定？理由：3.机构名称： 4.机构名称： 比例尺 比例尺 计算自由度：机构运动是否确定？理由： 计算自由度：机构运动是否确定？理由：七、思考题1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？ 3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？ 4、自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？ 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
13、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、测量原理和方法通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为径向变位。改变标准刀具的齿槽宽称为切向变位。最常用的是径向变位，切向变位一般用于圆锥齿轮的变位。用展成法加工齿轮时,若齿条形刀具的中线NN与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，加工出来的齿轮称为标准齿轮。若齿条形刀具的中线不与齿轮毛坯的分度圆相切，而是与刀具中线平行的另一条分度线 （机床节线）与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，则加工出来的齿轮称为径向变位齿轮。加工径向变位齿轮时，齿条形刀具的中线相对被加工齿轮分度圆移动的距离称为变位量,用xm表示,x称为变位系数，m为模数。通常规定，刀具中线相对轮心移远时，x取正值,称为正变位；刀具中线相对轮心移近时，x取负值，称为负变位。变位齿轮与标准齿轮相比，其模数、齿数、压力角均无变化；但是正变位时，齿廓曲线段离基圆较远，齿顶圆和齿根圆也相应增大，齿根高减小，齿顶高增大，分度圆齿厚与齿根圆齿厚都增
