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实验一、机构运动简图测绘与分析实验二、实验预习内容机构组成要素、机构自由度及机构运动简图方面的有关概念，见表1-1。
表1-1常用机构构件、运动副代表符号四、实验方法及步骤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，然后循着运动传递的路线，找出组成机构的构件，弄清各构件之向组成的运动副类型、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、清楚地把机构的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，先确定出各运动副的位置（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），并画上相应的运动副符号，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、运动副的代号字母以及原动件的转向箭头。
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、有几个低副和几个高副。
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之后，再利用公式计算机构的自由度，检查计算的自由度数是否与原动件数目相等，以判断该机构是否具有确定运动．实验二、齿轮范成原理及齿轮参数测定齿轮加工方法基本上有两种—范成法和仿型法。
由于范成法可以用一把刀具加工出不同齿数和变位系数的渐开线齿轮，同时具有较高的加工精度，故以范成法应用最广。
范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。
加工时其中一个为刀具，另一个为轮坯，它们和一对真正的齿轮互相啮合传动一样保持着固定的角速比传动，同时刀具还沿着轮坯的轴向作切削运动，这样得到齿轮的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。
若用渐开线作为刀具的齿廓，则包络线必为渐开线．由于实际加工时看不到刀刃在各个位置形成的过程，故通过齿轮范成仪来实现轮坯与刀具间的传动过程，并用铅笔将刀具刀刃的各个位置描绘在图纸上，这时我们就能清楚地观察到齿轮范成的过程。
机构运动简图测绘与分析实验（机械类）02 实验目的实验目的通过对实际机械的测绘和结构分析，掌握绘制机构运动简图的方法，学会在设计新机械时用机构运动简图表达新机械的运动方案。
03实验预习内容•构件构件是作为一个整体参与机构运动的刚性单元。
构件是运动单元。
零件是制造单元、安装单元。
一、机构的组成要素•运动副运动副是由两个构件直接接触而产生一定相对运动的联接。
a. 运动副是一种联接；b. 一个运动副由且仅由两个构件组成；c. 组成运动副的两个构件之间有相对运动。
二、机构自由度及其计算以及机构具有确定运动的条件3(2)32=-+=--F n P P n P P L H L H——高副的个数n——活动构件的个数P L ——低副的个数P H a. 若机构自由度F ≤0，则机构不能运动；c. 若F >0且原动件个数<F ，则构件间的运动是不确定的；d. 若F >0且原动件个数> F ，则构件间不能运动或产生破坏。
b. 若F >0且等于原动件个数，则各构件间的相对运动是确定的。
即，机构具有确定运动的条件是：机构的原动件个数等于机构的自由度；三、运动副图形符号1V 副旋螺2IV 副销球1V 副动移3III 副低面球1V 副动转4II 副高面柱2IV 副筒套柱圆5I 副高面球自由度副级简图符号形图称名自由度副级简图符号形图称名常用运动副及其简图2-1 表三、运动副图形符号表2-2常用机构运动简图符号实验设备及自备用品• 1. 缝纫机、码边机、插齿机床等；• 2. 草纸、铅笔、橡皮、直尺、圆规等用品（自备）。
无论是对现有机构进行分析，还是设计新的机械，分析或设计人员都需要利用一种工程语言将其分析或设计的思想表达出来，尤其是在设计新机械的运动方案以及对组成新机械的各机构做进一步的运动及动力设计与分析时更是如此。
从机械的原理方案设计的角度看，机构能否实现预定的运动规律以满足机械的功能需求，是由原动件的运动规律、机构中各运动副的类型和各运动副间的相对位置尺寸（即机构的运动尺寸）所决定的，而与构件的具体结构、外形（高副机构的轮廓形状除外）、断面尺寸、组成构件的零件数目及固联方式等无关。
《机械设计基础》实验指导书课程编号：02106220、02106420、02107220、02106520课程名称:机械设计基础（A)、机械设计基础(B）、机械设计基础（C）注：1、实验01和10可合并在一起,分两个单元进行;2、实验03和04应根据学时和专业方向从中选择一个。
实验一机构认识实验一、实验目的1。
初步了解《机械原理》课程所研究的各种常用机构的结构、类型、特点及应用实例。
2.增强学生对机构与机器的感性认识.二、实验内容陈列室展示各种常用机构的模型，通过模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识.实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，增加对常用机构的结构、类型、特点的理解，培养对课程理论学习和专业方向的兴趣。
三、实验设备和工具机构陈列室机构展柜和各种机构模型。
四、实验原理(一)对机器的认识：通过实物模型和机构的观察，学生可以认识到:机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。
所以只要掌握各种机构的运动特性,再去研究任何机器的特性就不困难了。
在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。
如：高副、低副、转动副、移动副等。
(二)平面四杆机构：平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛的是四杆机构，四杆机构分成三大类: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.（三)凸轮机构：凸轮机构常用于把主动构件的连续运动,转变为从动件严格地按照预定规律的运动。
只要适当设计凸轮廓线，便可以使从动件获得任意的运动规律。
【关键字】精品目录实验一机械运动简图测绘和结构分析 (1)实验二直齿圆柱齿轮参数测定 (8)实验三机构运动创新方案设计 (13)实验一机构运动简图测绘一、实验目的1．学会根据实际机器或模型测绘机构运动简图的原理和方法。
2．验证和巩固机构自由度的计算，加深理解机构具有确定运动的条件。
二、设备和工具1．各种机构模型2．钢板尺、三角板、圆规、纸张、铅笔、橡皮（自备）三、实验要求实验前必须认真预习实验指导书和阅读教材中的有关章节，熟悉绘制机构运动简图的基本要求，掌握机构自由度的计算方法。
实验时根据给出的机构模型，仔细观察和分析后，正确绘制机构运动简图。
要求每位同学画出3~4个机构运动简图，并计算机构自由度，把计算结果与实际机构进行比较，验证其有无错误。
在全班完成实验后一周内交教师审阅。
四、原理和方法1．原理机构运动简图是用来研究机构运动学和动力学不可缺少的一种简单图形。
一般在设计的初始阶段都用它来表达设计方案和进行必要的计算，根据运动简图还可以全面了解整个机构及其局部的组成形式。
由于机构的运动状态仅与机构中的构件数目以及这些构件所组成运动副的数目、种类和相对位置有关，因此我们可以抛开构件的复杂外形和运动副的具体结构，利用简单的线条和规定的符号去代表每一个构件和运动副，并按着一定的比率尺准确的将实际机构的运动特征表达出来，这种简单图形称为机构运动简图。
运动副和构件的表示方法在绘制机构运动简图时，应尽量采用国家制图标准中规定的符号去表示，表1-1是绘制机构运动简图常用的符号。
机构运动简图可分为定性机构运动简图和定量机构运动简图，本实验要求对每一个机构进行定量测绘。
2．测绘方法及步骤1）分析机构运动情况，判别运动副性质测绘时，首先使被测机器或模型缓慢运动。
通过观察和分析机构的运动情况和机构的组成，找出机构的原动部分和执行部分，从原动件开始，循着运动传递的路线确定组成机构的构件数目、运动副类型、数目及各运动副的相对位置。
实验1 典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘1.1 实验目的通过对(1) 测绘时使被测绘的机械缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。
(2) 根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的类型。
(3) 在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接顺序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图的草图。
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。
(4) 仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副某点导路的方位线等，选定原动件的位置，并按下式选择一定的比例尺画出正式的机构运动简图。
比例尺)m m ()m (图上长度实际长度=l μ1.4 实验步骤和要求1. 对于指定的几种机器或机构，要求其中至少有两种需按比例尺绘制机构运动简图，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。
2. 计算机构自由度，并将结果与实际机构的自由度对照，观察计算结果与实际是否相符。
3. 对上述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确定杆组和机构级别等）。
1.5 思考题与实验报告1. 思考题(1) 通过本实验，阐述机构运动简图的内涵。
机构运动简图应准确反映实际机构中的哪些项目？(2) 绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选择？会不会影响简图的正确性？ (3) 机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？机构具有确定运动的条件是什么？ (4) 对所测绘的机构能否改进和创意新的机构运动简图？2. 实验报告基本内容 (1) 填写完成下表内容实验1：典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘实验报告(2) 思考题讨论(3) 实验心得和建议实验2 齿轮传动效率测定与分析2.1 实验目的1.了解机械传动效率的测定原理，掌握用扭矩仪测定传动效率的方法；2.测定齿轮传动的传递功率和传动效率；3.了解封闭加载原理。
2.2 实验设备和工具1.齿轮传动效率试验台；2.测力计；3.数据处理与分析软件；4.计算机、打印机。
2.3 实验原理和方法1. 齿轮传动的效率及其测定方法齿轮传动的功率损失主要在于：(1)啮合面的摩擦损失；(2)轮齿搅动润滑油时的油阻损失；(3)轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。
齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。
对于采用滚动轴承支承的齿轮传动，满负荷时计入上述损失后，平均效率如表3.1所示。
表2.1 齿轮传动的平均效率传动类型 齿轮精度等级与结构型式6、7级，闭式8级，闭式 脂润滑，开式圆柱齿轮传动 0.98 0.97 0.95 圆锥齿轮传动0.970.960.94测定效率的方式主要有两种：开放功率流式与封闭功率流式。
前者借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。
其优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验），消耗能力尤其严重。
而后者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗，因此这种实验方案采用较多。
2. 封闭式试验台加载原理图3.1表示一个加载系统，电机功率通过联轴器1传到齿轮2，带动齿轮3及同一轴上的齿轮6，齿轮6再带动齿轮5。
齿轮5的轴与齿轮2的轴之间以一只特殊联轴器和加载器相联接。
设齿轮齿数6532,z z z z ==，齿轮5的转速为5n (r/min)、扭矩为)m N (5⋅M ，则齿轮5处的功率为)kW ( 9550555n M N =若齿轮2、5的轴不作封闭联接，则电机的功率为)kW ( 9550/5551ηη⨯==n M N N式中η为传动系统的效率。
而当封闭加载时，在5M 不变的情况下，齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力产生封闭力矩4M )m N (⋅，其封闭功率为)kW ( 9550444n M N =该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为)kW ( /441N N N -='η 由此可见，11N N <<'，若%95≈η，则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的1/20。
图2.1 加载系统 图2.2 试验台结构3. 效率计算要计算效率，应先决定被试齿轮2处于主动还是被动。
在齿轮传动中，主动轮的转向与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相反，而从动轮的转向则与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相同。
如图3.1所示，由电机联轴器1决定的方向与齿轮2所受扭矩方向相反，所以持论2为主动轮。
设齿轮2、3间的传动效率为32-η，齿轮6、5间的传动效率为56-η（均含支承轴承效率及搅油损失，以便于计算），则电机供给功率可计算如下)kW ( 4563241N N N -='--ηη 电机力矩4563241M M M -=--ηη当设==--5632ηη平均效率η时，由上式可得144M M M +=η若电机转向与图3.1中所示的由联轴器力矩1表示的方向相反（本实验所采用的试验台便是这种情况），砝码形成的负荷将保持捏合面不变。
从齿轮2的转向来判断，转向与所承受轮齿啮合力的扭矩方向相同，所以齿轮2即为被动轮，而齿轮3和5就成为主动轮，功率流的方向变为5→6→3→2。
此时功率流功率4N 大于传出的功率，则电机供给的摩擦功率为)1()1(24652346523441ηηηηη-=-=-=----N N N N N所以 )1(241η-=M M 则平均效率为414M M M -=η4. 试验台结构试验台结构如图3.2所示。
其中电机1悬挂式安装，2是重锤式测力计，3是两套相同传动比的齿轮减速器，通过联轴器和加载器4组成封闭加载回路，5是机架，6是电器控制箱。
若测力计的读数为f (mN)，测力矩臂长为l =195mm ，则功耗力矩为)m N ( 10195.01000195.0100032⋅⨯===-f f lf M f 减速器采用了螺旋槽加载机构，如图3.3所示。
其螺旋角︒=14.11β。
当砝码1的重量G (N)经动滑轮2施加于滑架3时，滑架即在滑轨4上移动。
由于螺旋槽的作用，此时销轴5不动，而槽体产生旋转，带动轴6旋转而产生加载力。
加载受力情况如图3.3的上图所示。
Q 为螺旋槽压在销轴上的载荷，其分力Q '与加载砝码重量相平衡，即G Q 2='；分力Q ''则为圆周力，它乘以作用半径r 即为作用在封闭系统内的封闭力矩B M 。
图2.3 螺旋槽加载机构)m N ( 100014.112 /⋅⨯︒='=''tg rGM tg Q Q B β当mm 5.21=r 时，)m N (22.0⋅=G M B 。
测力计的结构和作用原理见实验12。
2.4 实验步骤和要求1. 脱开测力计挂钩并调零。
判断电机转向应为测力杆向下回转。
2. 卸去所有砝码，使加载器销轴处于轴向移动起点附近约2~3mm 处。
3. 手扶测力杆，启动电机，空转一分钟。
4. 将测力杆挂上测力计挂钩，读出空载下功耗力矩的力。
（该力矩是与载荷无关的因素所引起的损失，如轴承的空载阻力，密封件阻力，箱体内的搅油损失等）。
5. 逐步加载到砝码重250N ，每次加载后运转5~10min 使趋于稳定状态，记录砝码重及测力计读数，同时注意此两数之间是否大致保持相应关系。
如有明显不正常，则应查明原因采取措施后重做一遍。
数据正常则停机。
6. 将数据输入计算机，打印出加载力矩B M 、功耗力矩f M 及传动效率η诸值，并作出B f M M -曲线和B M -η曲线图。
2.5 思考题与实验报告1. 思考题(1) 为什么B f M M -基本为直线关系，而B M -η则为曲线关系？ (2) 油温对传动效率将有何影响？(3) 加载力矩的测量值介入了哪些误差？2. 实验报告基本内容(1) 填写完成下表内容实验2：齿轮传动效率测定与分析实验报告实验3 典型机械结构展示及拆装与测绘3.1 实验目的1.了解典型机械的功用和传动机构的组成情况以及运动、动力的传递路线和变换形式；2.了解典型机械中各零部件的结构特点、装配关系及其调整方法；3.通过拆装进一步熟悉和掌握典型机械零部件结构设计的一般原则；4.了解零部件的测绘方法，培养机械结构设计和反求设计的能力。
3.2 实验设备和工具1.各种典型传动装置；2.各种常用拆装工具和测量工具。
3.3 实验步骤和要求1.打开传动装置的机盖，仔细观察传动装置的运动与动力输入、输出件、传递路线和变换形式，分析其功用和所含传动机构类型，绘制传动系统示意图。
2.观察各零部件的结构特点、装配关系及其调整方法，用手感觉配合松紧程度和间隙大小，考虑合理的拆装顺序。
3.按顺序拆下各零部件并作记录，将拆下的零部件按一定顺序放置，以免丢失、损坏，以便于装配。
4.选择其中的代表性结构（如轴系）徒手绘制其装配草图。
5.选择2个关键零件，绘制其结构草图，并通过实测，标注全部尺寸，推测配合处的配合制、名义尺寸和配合精度等级与公差，从功能要求考虑，选择合理的形位公差和表面粗糙度。
6.将传动装置按一定顺序安装并调整好，使其运转灵活。
3.4 思考题与实验报告1. 思考题(1)传动装置中为实现零部件周向和轴向定位与固定采用了哪些方法？(2)传动装置中哪些零件需要对安装间隙进行调整，采用什么方法进行调整？(3)机械结构设计时应注意和考虑哪些问题？(4)结构测绘时如何才能获得较为精确的测量结果？2. 实验报告基本内容(1) 填写完成下表内容传动装置名称：所含传动机构类型及名称：传动系统示意图：(2) 思考题讨论(3) 实验心得和建议实验4 渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定与分析4.1 实验目的1. 掌握运用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法；2. 通过测量和计算，熟练掌握齿轮各参数之间的相互关系和渐开线性质。
4.2 实验设备和工具1. 一对齿轮（齿数为奇数和偶数的各一个）；2. 游标卡尺（游标读数值不大于0.05mm ）；3. 渐开线函数表、计算工具（学生自备）。
4.3 实验原理和方法单个渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数z 、模数m 、压力角α、齿顶高系数*a h 、顶隙系数*c 、变位系数x ；一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合的基本参数有：啮合角α'、中心距a 。
本实验用游标卡尺来测量轮齿，并通过计算得出一对直齿圆柱齿轮的基本参数。
其原理如下：1. 确定齿轮的模数和压力角图4.1 齿轮公法线长度的测量标准直齿圆柱齿轮公法线长度的计算如下：如图7.1所示，若卡尺跨n 个齿，其公法线长度为b b n s p n l +-=)1( 同理，若卡尺跨1+n 个齿，其公法线长度则应为b b n s np l +=+1所以 b n n p l l =-+1 (4.1) 又因απαcos cos m p p b ==所以 απcos bp m =(4.2)式中b p 为齿轮基圆齿距，它由测量得到的公法线长度n l 和1+n l 代入式(7.1)求得。
