机械设计基础实训指导书

《机械设计基础》实验指导书二零零九年十一月机械设计基础实训规则及要求一、作好实训前的准备工作（1）按各次实训的预习要求，认真阅读实训指导复习有关理论知识，明确实训目的，掌握实训原理，了解实训的步骤和方法。

（2）对实训中所使用的仪器、实训装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。

（3）必须清楚地知道本次实训须记录的数据项目及其数据处理的方法。

二、严格遵守实训室的规章制度（1）课程规定的时间准时进入实训室。

保持实训室整洁、安静。

（2）未经许可，不得随意动用实训室内的机器、仪器等一切设备。

（3）作实训时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。

（4）实训结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。

三、认真做好实训（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实训内容的讲解。

（2）实训时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实训步骤、方法逐步进行。

（3）实训过程中，要密切注意观察实训现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。

四、实训报告的一般要求实训报告是对所完成的实训结果整理成书面形式的综合资料。

通过实训报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实训结果。

因此，要求学习者在自己动手完成实训的基础上，用自己的语言扼要地叙述实训目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实训结果、问题讨论等内容，独立地写出实训报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。

目录实验一平面机构运动简图的测绘和分析实验 (4)实验二齿轮范成原理实验 (8)实验三渐开线直齿圆柱齿轮的参数测量实验 (13)实验四组合式轴系结构设计与分析实验 (19)实验五机械传动性能综合测试实验 (32)实验一平面机构运动简图的测绘和分析一、实验目的（1）学会根据实际机械或模型的结构测绘机构运动简图；（2）验证和巩固机构自由度计算。

二、实验要求（1）正确判别两种运动副及其数量；（2）绘制出２～４种平面机构的运动简图；（3）对照实验机械，理解计算机构自由度的目的。

三、实验设备和工具（1）各种机械实物；（2）各种机构模型；（3）钢板尺；（4）外卡钳；（5）铅笔与橡皮（自备）；（6）草稿纸（自备）。

四、实验原理在分析和研究机构运动时，为了使问题简化，便于分析，可以不考虑构件的外形、构件的截面尺寸和运动副的实际构造，只用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此来说明实际机构的运动特征。

五、测绘步骤和方法（1）测绘时使被测的机器或模型缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构运动，分清各运动单元，从而确定组成机构的构件数目；（2）根据相互联接两构件的接触情况和相对运动的性质，确定各个运动副的种类；（3）选取平行于机构运动的平面为视图平面，使其能表示某一个瞬时的机构位置，且要求在此位置时的各构件不相互重叠；（4）在草稿纸上徒手按规定的符号和构件联接的次序逐步画出机构运动简图的草图。

然后用数字1、2、3……分别标注各构件，用字母A、B、C……分别标注各运动副；（5）仔细测量机构的运动学尺寸（如回转副的中心距，移动副导路间的夹角等），任意假设原动件的位置，并按一定的比例尺将草图苏画成规范的机构运动简图，简图比例尺用μ表示，即（6）计算各机构的自由度数，并将结果与实际相对照，观察是否相符。

六、思考题1．1 一个正确的平面机构运动简图，应能说明哪些内容？1．2 绘制平面机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意假定？会不会影响简图的正确性？1．3 平面机构自由度的计算，对测绘平面机构运动简图有何帮助？平面机构运动简图的测绘和分析实验结果实验结果分析和讨论实验二齿轮范成原理实验一、实验目的：1、掌握用范成法加工渐开线齿廓的切齿原理，观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；2、了解渐开线齿轮产生根切现象和齿顶变尖现象的原因及用变位来避免发生根切的方法；3、分析、比较渐开线标准齿轮和变位齿轮齿形的异同点。

4、（选作）分析、比较分度圆相同、模数不同的两种标准渐开线齿轮齿形的异同点。

二、实验设备和用具：1、齿轮范成仪；2、自备：￠220㎜圆形绘图纸一张（圆心要标记清楚）；3、HB铅笔、橡皮、圆规（带延伸杆）、三角尺、剪刀、计算器。

三、实验原理：范成法是利用一对齿轮（或齿条与齿轮）相互啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿廓的方法。

刀具刃廓为渐开线齿轮（齿条）的齿形，它与被切削齿轮坯的相对运动，完全与相互啮合的一对齿轮（或齿条与齿轮）的啮合传动一样，显然这样切制得到的轮齿齿廓就是刀具的刃廓在各个位置时的包络线。

本范成仪所用的两把刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为m1=20mm和m2=8， =20°，ha*=1，c*=0.25。

仪器构造简图如图1所示。

圆盘2代表齿轮加工机床的工作台；固定在它上面的圆形纸代表被加工齿轮的轮坯，它们可以绕机架5上的轴线O转动。

齿条3代表切齿刀具，安装在滑板4上，移动滑板时，齿轮齿条使圆盘2与滑板4作纯滚动，用铅笔依次描下齿条刃廓各瞬时位置，即可包络出渐开线齿廓。

齿条刀具3可以相对于圆盘作径向移动，当齿条刀具中线与轮坯分度圆之间移距为xm时（由滑板4上的刻度指示），被切齿轮分度圆则和与刀具中线相平行的节线相切并作纯滚动，可切制出标准齿轮（xm=0）或正变位（xm＞0）、负变位（xm ＜0＝齿轮的齿廓。

图11、压板2、圆盘3、齿条刀4、滑板5、机架四、实验内容：本实验可分必做与选做两部分。

必须要求完成切制m=20mm、z=8的标准、正变位（x1=0.5）和负变位（x2=-0.5）渐开线齿廓，三种齿廓每种都须画出两个完整的齿形，比较这三种齿廓。

选做要求完成切制m1=20mm、z1=8和m2=8mm、z2=20的标准渐开线齿廓，两种齿廓每种都须画出两个完整的齿形，比较这两种齿廓。

五、实验步骤：1、按m=20mm、z=8、 =20°、ha*=1、c*=0.25、x1=0.5、x2=-0.5分别计算标准、正复位、负变位三种渐开线齿廓的分度圆直径d、齿顶圆直径d a、齿根圆直径d f、基圆直径d b和标准齿轮的周节P、分度圆齿厚S、齿间距e。

将作为轮坯的圆形绘图纸均分为三个扇形区，分别在三个扇形区内画出三种齿廓的上述四个圆d、d a 、d f 、d b 。

此步骤应在实验课前完成。

2、绘制标准齿轮齿廓（1）将轮坯圆纸安装在范成仪上，使标准齿扇形区正对齿条位置，旋紧螺母用压板1压紧圆纸；（2）调整齿条刀3位置，使其中线与轮坯分度圆相切，并将齿条刀3与滑板4固紧；（3）将齿条刀推至一边极限位置，依次移动齿条刀（单向移动，每次不超过1mm ），并依次用铅笔描出刀具刃廓各瞬时位置，要求绘出两个以上完整齿形。

（4） 测量分度圆齿厚S 、齿间距e ，并观察根切现象。

3、绘制正变位齿轮齿廓。

（1） 松动压紧螺母，转动轮坯圆纸，将正变位扇形区正对齿条位置，并压紧圆纸；（2） 将齿条刀3中线调整到远离齿坯分度圆x 1 m =0.5×20=10mm 处，并将齿条刀3与滑板4固紧；（3） 绘制出两个以上完整齿形（重复2（3）步）；（4） 观察此齿形与标准齿形的区别（齿根、齿根及分度圆S 、e ）。

4、绘制负变位齿轮齿廓。

（1） 松动压紧螺母，转动齿坯圆纸，将负变位扇形区正对齿条位置，并压紧圆纸；（2） 将齿条刀3中线调整到靠近齿坯圆中心，距分度圆-0.5X 20 = 10m m =2处，并将齿条刀3与滑板4固紧；（3） 绘制出两个以上完整齿形（重复2（3）步）； （4） 观察此齿形与标准、正复位齿形的区别及根切现象。

5、选作部分（1） 按m 1=20mm 、z 1=8、α=20°、ha *=1、c *=0.25及m 2=8mm 、α=20°、ha *=1、c *=0.25 制作轮坯分别计算并画出上述两种廓标准齿轮的分度圆d 、齿顶圆d a 、齿根圆d f 、基圆d b ；（2） 绘制m 1=20mm 、z 1=8、α=20°、ha *=1、c *=0.25的标准齿轮齿廓； （3） 绘制m 2=8mm 、z 2=20、α=20°、ha *=1、c *=0.25的标准齿轮齿廓； （4） 比较上述两种标准齿轮齿廓的异同点。

六、思考题1、 用范成法加工齿轮时齿廓曲线是如何形成的？2、 试比较标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的齿形有什么不同？并分析其原因。

3、 产生根切的原因是什么？如何避免根切现象？4、 分度圆相同、模数不同的两标准齿轮齿形异同点是什么？七、渐开线齿廓范成原理实验报告格式（附表）八、范成齿廓的轮坯图样（见图2）渐开线齿廓的范成原理实验报告专业班级姓名日期同组人指导老师成绩1、标准齿轮：第一组m1=20mm、z1=8、α=20°、ha*=1、c*=0.25第二组m2、变位齿轮：m=20mm、z=8、α=20°、ha*=1、c*=0.25；正变位：x3、心得体会实验三渐开线齿轮参数测定及啮合传动实验指导书一、实验目的1. 测定渐开线直齿圆柱齿轮的几何参数；（1）通过测量公法线长度确定模数m和压力角α：（2）通过测量齿顶圆直径d a和齿根圆直径d f，确定齿顶高系数h a*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；2. 观察直齿圆柱齿轮的啮合传动过程，测定重合度。

3. 确定变位齿轮的传动类型及啮合参数。

二、实验仪结构及实验原理1. 实验仪结构，如图1所示：图1 实验仪结构图齿轮轴1、2固定在台板上，其中心距为100±0.027mm，齿轮1的轴颈上可分别安装2#、3#、5#、6#实验齿轮，齿轮2的轴颈上可分别安装1#、4#实验齿轮，1#齿轮可分别与2#、3#齿轮啮合，4#齿轮可分别与5#、6#齿轮啮合，共组成四对不同的齿轮传动。

实验仪还配有4块有机玻璃制的透明面板，面板相当于齿轮箱体的一部分，面板上刻有齿顶圆、基圆、啮合线等，两孔同时安装在齿轮轴1、2的轴颈上。

面板I和面板II分别用于齿轮1～2和齿轮1～3两对啮合传动，面板III和面板IV分别用于齿轮4～5和齿轮4～6两对啮合传动。

2. 渐开线直齿圆柱齿轮参数测定原理渐开线齿轮的基本参数有五个：z、m、α、h a*、c*，其中m、α、h a*、c*均应取标准值，z 为正整数。

对于变位齿轮，还有一个重要参数，即变位系数x ，变位齿轮及变位齿轮传动的诸多尺寸均与x 有关。

（1）通过测量公法线长度确定模数m 和压力角α，见图2。

① 确定跨齿数k ：20.5cot 180xk z ααπ=++o② 测量公法线长度k W '和1k W +'。