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机械设计基础实验指导书（含机械原理、机械设计两部分）二OO五年二月目录实验须知·····················································2实验一机构、机械零部件认知实验················3实验二机构运动简图测绘与分析实验·············6实验三渐开线齿轮范成实验·························8实验四齿轮几何参数测定实验······················11实验五机构创意组合实验····························15实验六组合式轴系结构设计与分析实验··········16实验七减速器拆装与结构分析实验················18湖南工学院机械系实验室1实验八带传动的特性测试与分析实验·············222实验须知为了培养学生严肃认真和一丝不苟的工作作风，保证教学实验顺利进行，达到实验教学的要求和目的，每个学生应做到如下几点：一、做好实验前的准备工作1、认真预习实验指导书，并复习教材中的有关内容，明确本次实验的目的、方法和步骤。2、根据实验所要求的内容结合所学有关理论知识，弄清楚与本次实验有关的基本原理。3、对实验中所用到的仪器、设备和工具有一定的了解，规定学生自备的物品一定要准备齐。4、除了解实验指导书中规定的实验方案外，亦可多设想其它方案。二、遵守实验室的规章制度1、实验时应严肃认真，保持安静和整洁，不准乱抛纸屑，不准随地吐痰，严禁吸烟。2、爱护仪器和设备，严格遵守操作规程，如发现故障应及时报告。3、凡与本次实验无关的仪器与设备切勿任意动用。4、实验完毕，应将设备及仪器擦拭干净，并恢复到原来正常状态。三、认真做好实验1、认真听好指导老师对本次实验的讲解，实验时，应有严格科学作风，认真细致地按照实验指导书中所要求的实验方法和步骤进行。2、对于带电或贵重的仪器及设备，在接电或布置后，应请指导老师检查，检查通过后，才能开始实验。3、在实验过程中，应密切注意观察实验现象，记录下全部所需测量数据，随时进行分析，若发现异常现象，应及时总结。4、实验是培养学生动手操作技能的重要环节，因此每个学生都必须自己动手，完成所有的实验环节。5、实验所测的数据和图表，应以实事求是的科学态度，当场记录清楚，不要拼凑和抄袭，所得结果交指导老师审阅认可后可才能离开实验室，若不符合实验要求应重做。6、学生在完成规定实验项目后，如果希望观察一些与本实验有关的其它现象，或用另外方案来进行测试，经老师同意可以进行。四、实验报告的一般内容与要求实验报告是实验的总结，通过书写实验报告，可以提高学生的分析能力，因此每个学生必须独立完成实验报告，并要求学生对每个实验应该做到原理清楚，方法正确，数据准备可靠，会简单处理和分析测试数据。要有自己的观点和见解，并加以讨论，实验报告要求书写工整。3一般实验报告应具有下列基本内容：1、实验名称、实验日期、实验者及同组人员。2、实验所用的仪器和设备的名称、型号（及编号），精度及量程等。3、实验目的、原理、方法及步骤简述。4、实验数据及其处理：实验数据应包括全部的测量原始数据，并注明测量单位，最好以表格形式，列出数据的运算过程，进行数据处理和误并分析。5、讨论及实验心得体会：根据实验所得到的结果及实验中观察到的现象，结合基本原理进地分析讨论。如实验对象有理论解，则希望能与理论结果进行比较，最后写出心得体会。6、提出建议和期望：通过实验课教学实践，根据自己的收获，客观地进行评价，或提出建议和期望。五、实验成绩1、根据学生参加实验的态度和表现，在老师审阅报告的基础上，按优秀、良好、中等、及格、不及格五级评定实验成绩。2、未完成所规定的实验或实验成绩不及格者，应补做或重做实验，否则不准参加本课程的期终考试。3、本课程的实验成绩，按比例计入本课程的总评成绩。4实验一机构、机械零部件认知实验一、实验目的1、初步了解课程所研究的各种常用机构的结构、类型、特点及应用。2、了解机械零、部件的类型和结构，了解其特点和应用。3、了解机械零、部件的常用材料和工作原理。4、增强对机构与机器、机械零、部件的感性认识，为理论学习打好基础二、方式和要求1、实验方式以学生观察、自学为主，教师辅导答疑为辅，并进行现场讨论、分析此为开放式教学形式，学生可利用课余时间来陈列室参观、学习。2、学生可根据理论教学的时间不同，结合教科书的有关章节，随时到实验室观，回答思考题，可阶段性回答，也可一次性回答。3、在观察过程中，应着重了解：（1）常用机构的运动特点和应用。（2）机构简图的表示。（3）机械零、部件的类型、结构，掌握其特点和应用。（4）机械零、部件的常用材料和工作原理。（5）机械零、部件的失效形式。（6）加深对标准件如：滚动轴承、螺纹等零件代号的理解，为正确选用打好基础三、实验内容1、机械原理陈列柜内容机械原理陈列柜，展出十柜各种典型机构，实际上是一部直观、活动的教材，所陈列的机构，采用微电机驱动，点动开关控制运行，并配有录音讲解与机械同步运行，陈列内容主要有：第一柜：机械的组成两种机器及各种运动第二柜：齿轮机构的类型平面和空间的齿轮机构的常见类型第三柜：齿轮的基本参数渐开线形成、齿轮各部分名称及五个基本参数第四柜：轮系的类型平面和空间轴轮系，周转轮系的类型第五柜：轮系的功能轮系的六种功能，摆线针轮潜波减速器等第六柜：凸轮机构凸轮机构类型、推杆形状、凸轮机构封闭方式第七柜：平面连杆机构类型铰链四连杆机构的基本类型及其演化方式第八柜：平面连杆机构应用平面连杆机构在八种机构上的应用示例第九柜：间隙运动机构棘轮机构、槽轮机构、不完全有轮机构第十柜：联动凸轮、凸轮齿轮、凸轮连杆齿轮连杆机构等组合机构。2、机械零件陈列柜内容机械零件陈列柜，展出十柜各种典型机械零件，实际上是一部现实的教材，所陈列典型零件为了观察方便有的进行了剖切，并配有文字，图表说明，主要内容有：第一柜：螺纹联接与应用5第二柜：键、花键、无键、销、铆、焊、胶接第三柜：带传动第四柜：链传动第五柜：齿轮传动第六柜：蜗杆传动第七柜：滑动轴承与润滑密封第八柜：滚动轴承与装置设计第九柜：轴的分析与设计第十柜：弹簧、联轴器、离合器、减速器。6实验二机构运动简图测绘与分析实验一、实验目的1、掌握根据实际机械或模型绘制机构运动简图的技能和正确标注运动尺寸。2、进一步加深理解机构自由度的含义，掌握机构自由度的计算方法及其具有确定运动的条件。3、了解机械运动简图与实际机械结构的区别。4、通过对机构进行结构分析，进一步加深理解机构的组成原理。二、实验内容对一些典型机构或机器的实物或模型进行机构运动简图的测绘，计算其自由度，验证其运动是否确定，并通过机构运动简图进行机构结构分析。三、实验设备和工具1、典型机构或机器的实物或模型若干件。2、测量工具：钢尺、内外卡规等。3、绘图工具（学生自备）：三角板、直尺、圆规、铅笔、橡皮擦、草稿纸（供测绘、画草图用）。四、测绘原理和方法1、测绘原理机构是各种机器用来传递运动和力的基本组成部分，它由若干个构件按一定的方式联接而成，并实现确定的运动。从运动的观点来看，机构的运动仅与机构中构件的数目，各构件组成的运动副的类型、数目以及各运动副之间的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动副的具体结构无关。因此，在进行机构分析和机构设计时，常常不考虑那些与机构运动无关的因素，而仅用简单线条和规定符号来表示运动副和构件，并按一定比例表示各运动副间的相对位置。这种能正确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。2、测绘方法（1）使被测绘的机构或模型缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动构件，从而确定组成机构的数目。对于两个构件的相对运动非常微小而不易察觉到的地方应特别加以注意，切不可误认为刚性联接。（2）根据相联接的两构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的类型。（3）选择恰当的视图，并在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接次序逐步画出机构运动简图的草图，然后用数字1，2，3……分别标出各构件，用字母A、B、C……分别标出各运动副。7（4）计算机构的自由度并以此检查所绘机构运动简图的草图是否正确。应当注意，在计算自由度时应除去局部自由度及虚约束条件。计算平面机构自由度公式F=3n—2P1—Ph式中：n——活动构件；P1——低副数目；Ph——高副数目。（5）自由度检查无误后，仔细测量机构各运动副间相对位置（即运动尺寸），最后按一定比例尺将草图绘成正式的机构运动简图。实际长度（米）比例尺=图上尺度（毫米）五、实验步骤1、目测各运动副之间的相对位置，使实物与图形大致成比例，在草稿纸上用铅笔徒手绘出指定的几种机构的示意图。2、在自选的几种机构示意图中任选两种，按适当的比例绘制机构运动简图。3、计算所测绘机构的自由度，并验证此机构是否具有确定的运动。4、对所测绘的机构进行结构分析。（1）检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。（2）用低副代替机构中的高副。（3）从机构中分离杆组。任何机构都包含机架、原动件和从动件系统三个部分。分离杆组是将该从动件系统分解为若干个不可再分的、自由度为零的构件组。4）确定机构的级别。平面机构的级别是按其中最高级杆组的级别确定。8实验三渐开线齿轮范成实验一、实验目的1、掌握用范成法切制渐开线齿轮的基本原理。2、了解工厂中实际加工渐开线齿轮（滚齿加工与插齿加工）的生产过程。3、熟悉渐开线齿轮各参数的计算公式以及不同参数对齿形的影响。4、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法。5、分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。二、实验内容1、用m＝8或m=16的齿轮插刀分别绘出标准齿轮和变位齿轮的完整齿形1一2个2、在绘制过程中，注意观察齿轮产生根切的现象及根切的部位，并分析产生根切的原因然后绘制不产生根切的齿廓。三、实验仪器和工具1、齿轮范成仪。2、铅笔、圆规、三角板、剪刀等（自备）。3、300×300mm2的厚图纸两张。四、齿轮范成法原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时，共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，刀具和轮坯在机床链作用下保持定传动比传动，完全和一对真正的齿轮相互啮合传动一样；刀具作径向进给运动的同时，还沿轮坯的轴向作切削运动。这样切出的齿廓就是刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作刀具的齿廓，可以证明其所包廓就是刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作刀具的齿廓，可以证明其所包络出的齿廓必为渐开线，今用齿条渐开线（基圆半径为无限大时渐开线为一倾斜直线）齿廓加工齿轮，那么刀具刀刃在各个位置的包络线就是渐开线，即加工出的齿廓为渐开线齿廓。因为在实际加工时，看不到刀刃形成包络轮齿的过程，所以通过齿轮范成仪来表现这一过程，用铅笔将刀刃在各个位置描绘在轮坯纸上，这样就能清楚地观察到轮齿范成的过程。五、齿轮范成仪的构造及使用方法简介齿轮范成仪所用的刀具模型为齿条插刀，其结构示意图如下图所示。圆盘1绕其固定轴心O转动，在圆盘1上固定有周边切有齿的扇形齿2，扇形齿轮上的两种不完全齿轮具有相同的模数（m=2），但分度圆不同（大齿轮分度直径d=256，小齿轮d=160）。齿条3固定在横板4上，并可沿机座7作水平方向移动，齿条移动时带动扇形齿转动，齿条与齿啮合的中心线所形成的圆（以O为圆心）等于被加工齿轮的分度圆。通过齿条、扇形齿的作用使圆盘相对于横拖板的运动与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动一样。松开紧固螺钉5；刀具69可以在横拖板4上沿垂直方向移动，从而可以调节刀具中线至被加工轮坯中心的距离，这样就能加工标准或变位齿轮，变位移距可以从刻度上读出。六、实验步骤1、轮坯纸的准备（1）根据所用范成仪的扇形齿轮的分度圆直径d和齿条刀的模数m，求出被切齿轮的齿数Z。（2）计算出被加工的标准齿轮和正负变位（变位系数x=±0.5）齿轮的齿顶圆直径da、齿根圆直径df和基圆直径db，并在纸上画出da和df。（3）接着将图纸剪成比顶圆直径da大2－3mm的圆形，最后剪下直径为35mm的安装中心孔。2、