《机械设计基础》本科实验报告汇总

- 1 -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： 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 - 2 -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： 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，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。 - 3 -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： ()ABl lm实 际 长 度图 上 长 度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 - 4 -构是否具有确定的运动。机构自由度计算公式为 32LHFnP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。 - 5 -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 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 - 6 -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 - 7 -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。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 - 8 -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 =20 ha*=1 c*=0.25 d=160 z=8 x1=0.5/x2=-0.5二、实验结果 1标准 正变位 负变位齿廓图如：手工轮廓图三、实验结果 2相对标准齿轮结果比较定性说明项目正变位齿轮 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 r 1 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 CC m 部分，以便于在齿坯的根部切制出顶隙 CC 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 - 9 -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 通过测量公法线长度确定模数 m 和压力角 。 确定跨齿数 k： 20.5cot18xzo 测量公法线长度 和 。kW 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(1)kbps1kbps1cosbkWm式中因