《机械设计基础》本科实验报告汇总解析.docx

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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：

① 曲柄摇杆机构；② 双曲柄机构；③ 双摇杆机构

2 平面四杆机构的演化形式

① 对心曲柄滑块机构 ② 偏置取冰滑块机构 ③ 正弦机构 ④ 偏心轮机构⑤ 双重偏心

机构 ⑥ 直动滑杆机构 ⑦ 摇块机构 ⑧ 转动导杆机构⑨ 摆动导杆机构 ⑩ 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

-1-

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：

① 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；② 低副的接触面容易加工，容易获得较高的制造精度；

③ 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；④ 低副的约束

为几何约束，无需附加约束装置。

缺点：

① 低副有间隙，会引起运动误差积累，运动精度不高。

② 连杆机构设计复杂，难于

实现复杂的运动规律。

③ 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。

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  （   ）ABl l mm=  实际长度

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：

图上长度AB（mm）

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

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构是否具有确定的运动。

机构自由度计算公式为

F = 3n - 2PL - PH

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。

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机构名称

牛头刨床机构

比例尺：

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

机构名称

回转偏心泵

比例尺：

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

机构运动简图

机构运动简图

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

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：

Ｆ=原动件数：

机构各构件间的相对运动确定

原动件数

构件间的运动是不确定的

原动件数>F：

构件间不能运动或产生破坏

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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

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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

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项目

相对标准齿轮结果比较定性说明

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

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

ɑ=20

ha*=1

c*=0.25

d=160

z=8

x1=0.5/x2=-0.5

标准

正变位

负变位

如：

手工轮廓图

齿廓图

附页：

渐开线齿轮范成原理实验报告

一、原始数据

二、实验结果 1

三、实验结果 2

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