王忠 编写 黄小兵 审核
适用专业：机械工程类本科专业
攀枝花学院
2016 年6月
前言
《机械设计基础》是高等工科院校机械类各专业的一门综合性应用技术基础课程，本课程由“机械原理”与“机械设计”两部分组成。要使学生充分掌握本门课程的所有知识点及实际技能，必须通过相关实验才能达到培养目标。实验教学的目的是巩固理论课讲授的知识，熟悉仪器设备的使用。
一、实验总体目标
通过实验教学，应达到以下目标：
1.巩固本课程所要求的基本理论知识，加强实践认识，提高实践能力；
2.了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法，并且运用实验方法研究机械的技术。
二、适用专业年级
机械设计制造及其自动化专业
三、实验环境
主要面向机械专业开展机械基础实验与机械系统创新设计及制作的实践教学。机械原理实验包括“常用机构陈列柜参观即认知机构”、“机构运动简图测绘分析”、“渐开线齿廓范成原理”、“齿轮参数测量与分析”等。机械设计实验包括“带传动实验”、“齿轮传动效率测定实验”、“减速器拆装实验”等。
四、实验总体要求
首先，学生应认真预习实验教材，明确实验的目的与要求，掌握与实验相关的理论知识，了解要做实验对象的内容；其次，了解实验所用的设备和仪器，实验时了解使用方法和操作过程，实验后对测试数据进行数据处理。
五、本课程的重点、难点及教学方法建议
1.了解典型的机械加工设备的工作原理，各组成部分及其功用，认知机、电、液在机械设备上的应用，重点认知真实机器上的常见机构及其作用。2.初步掌握测绘机构运动简图的技能；验证和巩固机构自由度的计算，并明确自由度数与原动件数的关系。
3、掌握带传动及齿轮传动的工作原理，测定其效率的方法。
4、熟悉减速器拆装过程。
本指导书由王忠编写。由于水平有限，书中难免有疏漏和不当之处，欢迎专家和广大读者批评指正。
编者
XXXX年XX月
目录
实验一机构认知..................................1
实验二机构运动简图的测绘和分析..................5
实验三渐开线齿廓的范成实验......................8
实验四渐开线齿轮参数的测定实验..................11
实验五 带传动实验................................14
实验六 齿轮传动效率测定实验......................16
实验七 减速器拆装实验............................20
课 题：机构认知
教学方案：
一、实验目的：
1、利用机构模型进行运动演示，加深对机构的感性认识；
2、直观了解构件间的相互运动关系；
3、了解运动副类型及结构；
4、通过实验，进一步明确研究机构结构的目的和意义，为学习后续知识打下基础。
二、仪器设备：
1、机构模型展示柜；
2、播讲陈列柜。
三、实验原理：
用电机驱动机构模型，模拟真实机器。
四、实验内容：
在展示柜中布置常用机构模型，演示各类常用机构的运动关系。
五、实验步骤：
1、机构的相关知识
（1）零件、构件、机构的常识（简述）；
（2）研究机构结构的目的；
机构是由若干构件组合起来，各构件之间具有确定相对运动的强制运动链。为了使机构中各构件之间作确定的相对运动，则构件的数目，构件的联结形式及排列，以至某些构件的相对尺寸等等，具有内在的规律性。否则产生的运动是不规则的乱动，或者就不能动。因此，研究机构结构的目的之一，就在于探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件。
在设计机构时，用相同数目的构件组合起来完成确定的运动方式将有若干种，因此在设计新机构时就有多种选择，择其优而用之。为此，研究机构结构的目的之二，就是研究机构结构的形式，探讨其组成学。
（3）研究机构结构的意义；
由于机构结构形式对机构运动学及动力学起决定作用，因此，机构结构理论的研究能对机构运动学及动力学有指导意义，能作为探索机构分析与综合新方法的理论依据。
2、起动展示柜中的机构，参观各类机构运行情况；
3、讲解，提问，答疑；
4、回答思考题；
5、完成实验报告。
思考题：
1、何谓零件、构件及其在机构中的作用？
2、研究机构结构的目的是什么？
课 题：平面机构运动简图测绘
教学方案：
一、实验目的：
1、训练将机构实物或模型抽象绘制机构运动简图的技能；
2、进一步掌握机构自由度的意义及其计算方法；
3、提高对实际机构及机器的感性认识；
4、掌握机构的组成原理，为机构的分析与创新设计打下良好基础。
二、仪器设备：
1、多种典型机械的实物或模型，如缝纫机、牛头刨、各种泵、冲床等；
2、钢皮尺、内外卡等；
3、自备工具：铅笔、橡皮、三角板、量角器、圆规、纸张。
三、实验原理：
机构的运动仅与机构中所有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、种类、相对位置有关，因此，在机构运动简图中可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的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，从此说明实际机构的运动特征。
四、实验内容：
测绘三个机构，标注运动学尺寸，计算自由度（写出n、PL、PH）。
五、实验步骤：
1、缓慢驱动被测机构或机构模型，观察机构的传动路线及各构件运动情况，确定构件的数目；
2、仔细观察各构件之间相对运动性质和接触情况，从而确定运动副的类型与个数；
3、目测各构件与运动有关的尺寸，画出草图；
4、实测机构运动学尺寸，选取比例尺；
5、画出机构运动简图，计算机构自由度；
6、回答思考题，完成实验报告。
思考题：
1、一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？
2、绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意确定？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？
课 题：齿轮范成原理
教学方案：
一、实验目的：
1、利用范成仪绘出齿廓图，掌握用范成仪加工渐开线齿轮的基本原理；
2、了解渐开齿轮产生根切现象的原因及避免根切的方法；
3、分析比较标准齿轮与移距变位齿轮的异同。
二、仪器设备：
1、渐开线齿廓范成仪；
2、自备工具：A3图纸（每人一张）、圆规、三角板、剪刀、铅笔、橡皮、计算器等。
三、实验原理：
范成法的基本原理是一对齿轮或齿条齿轮相啮合时，一个齿轮的齿廓是另一个齿轮齿廓的包络线。因此，若将其中一个齿轮或齿条制成刀具，使刀具与轮坯的运动关系与一对齿轮啮合一样，并加上必要的切削运动与进给运动，就可以在轮坯上连续切出所有的轮齿。
当齿条刀具中线与轮坯分度圆相切时，切出标准齿轮；
当齿条刀具离开轮坯中心移动时，切出正变位齿轮；
当齿条刀具靠近轮坯中心移动时，切出负变位齿轮。
四、实验内容：
用范成仪进行齿廓范成实验。
五、实验步骤：
1、测量图纸托盘直径（即轮坯分度圆直径d）；
2、在齿条刀具上量取齿距p；
3、计算模数m和齿数z
m=p/π (取标准模数) z=d/m （取整数）
4、在纸坯上画出4个圆：d、da、df、db；
5、将纸坯装在范成仪上，调整刀具对准刻度上的“0”位置，范成标准齿轮1—2个齿，注意观察是否根切；
6、范成正变位齿轮；
1）计算变位量xm，xmin=(zmin-z)/zmin
2）移动刀具离开轮坯中心，移动量（变位量）为xm；
3）范成正变位齿轮1—2个齿，注意观察是否根切；
7、范成负变位齿轮，移动刀具靠近轮坯中心，移动量（变位量）为xm，范成负变位齿轮1—2个齿，注意观察是否根切。
（附：齿条刀具的基本参数，m= ，α=200， 
,c*=0.25）
思考题：
1、齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于
？
2、用齿条型刀具加工齿轮时，刀具和轮坯之间应保持怎样的相对运动关系？
3、产生根切的原因是什么？为什么移距变位可以避免根切？
课 题：齿轮参数测定
教学方案：
一、实验目的：
掌握测量齿轮基本参数的方法，巩固所学渐开线齿轮的基本知识。
二、仪器设备：
1、齿轮2个（奇、偶数齿各1）；
2、游标卡尺1把；
3、渐开线函数表、计算工具、纸张等。
三、实验原理：
1、测定基节Pb，
Pb=Wk+1-Wk (1)
2、确定齿轮模数m和压力角α，
Pb=πmcosα
m= Pb/πcosα (2)
m和α已标准化，通过(2)式用试凑法求得m和α，对于公制齿轮α为200或150，
α=200时：m=0.339 Pb (3)
α=150时：m=0.33 Pb (4)
用(3)或(4)式求得m值中最接近标准值的一个按标准值圆整即为所求的m，与之对应的α亦为所求。
3、计算变位系数x（被测齿轮也许是变位齿轮），
标准齿轮公法线长：
WK=mcosα[(k-0.5)π+zinvα] (5)
将WK与WKm比较，若相等为标准齿轮，否则为变位齿轮，变位系数：
（6）
式中：WKm——跨K个齿时公法线的实测长度
WK——跨K个齿时公法线的计算长度
4、测定齿顶圆直径da，齿根圆直径df,
偶数齿直接测da、df，奇数齿按图2b（P10）测量并计算：
式中：H1—齿顶到齿轮孔壁的最短距离
H2—齿根到齿轮孔壁的最短距离
d2—齿轮孔径
四、实验内容：
用游标卡尺测量2个齿轮的相关尺寸，计算确定m、α。
五、实验步骤：
1、看清齿轮编号，填入实验报告；
2、直接数出齿轮齿数Z；
3、测量：Wk、Wk+1、da、df、d2、H1、H2，每项测三次取其平均值；
4、计算并确定m、α、x，（x要精确到0.001）。
思考题：
1、决定齿廓形状的参数有哪些？
2、测量时卡尺的卡脚若放在渐开线齿廓的不同位置，对测得的W值有无影响？为什么实际上经常要在齿高中部附近测量？
课 题：带传动实验
教学方案：
一、实验目的：
1、观察带传动的工作情况，加深理解带传动的工作原理及力的变化情况；
2、了解带传动的实验方法，熟悉实验设备；
3、掌握绘制带传动效率曲线和滑动曲线的方法及确定带初拉力的方法。
二、仪器设备：
西南交大研制的ZJS50系列综合设计型机械设计实验装置。
三、实验原理：
通过对模块的选择及装配搭接，实现带传动的性能测试，由数据处理模块显示数据并绘出曲线。
四、实验内容：
单根V带传动，观察弹性滑动和打滑，测绘η—P（T），ε—P（T）曲线。
五、实验步骤：
1、仔细观察实验平台的各部分结构，检查平台上设备、电路及测试仪器间的线路是否可靠连接；
2、用手转动被测传动装置（是否转动灵活）；
3、测试设备调零（测试软件实现）；
4、实验数据测试：开机——加载；
5、打印数据，回答思考题，填写实验报告。
附：实验报告附页填写
1、实验条件
带型号 |
Z |
带轮直径 |
D1 |
106 |
D2 |
106 |
布置形式 |
开口传动 |
传动中心距 |
|
标准带长 |
|
主电机功率 |
1.5KW |
2、测试数据（打印粘贴）
3、绘制η—P（T），ε—P（T）曲线（打印粘贴）
4、回答思考题，完成实验报告。
思考题：
1、带传动的弹性滑动和打滑有何区别？它们产生的原因是什么？
2、影响带传动弹性滑动和传动能力的因素有哪些？
课 题：齿轮传动效率测定
教学方案：
一、实验目的：
1、了解实验装置的基本构造及工作原理；
2、掌握n、T、P、η等参数测试的基本原理和方法；
3、通过实验，了解齿轮传动的特点，对其传动效率有直观认识。
二、仪器设备：
西南交大研制的ZJS50系列综合设计型机械设计实验装置。
三、实验原理：
通过对模块的选择及装配搭接，实现齿轮传动的效率测试，由数据处理模块显示数据并绘出曲线。
四、实验内容：
单级齿轮传动，测绘η—P（T）曲线。
五、实验步骤：
1、仔细观察实验平台的各部分结构，检查平台上设备、电路及测试仪器间的线路是否可靠连接；
2、用手转动被测传动装置（是否转动灵活）；
3、测试设备调零（测试软件实现）；
4、实验数据测试：开机——加载；
5、打印数据，回答思考题，填写实验报告。
附：实验报告附页填写
1、实验条件
齿轮减速器类型：JSQ-XC-120
齿数：Z1=38，Z2=57 ；传动比i=1.5 ；螺旋角β=8016’3.8”；
中心距a=120mm；法面模数mn=2.5 。
2、测试数据（打印粘贴）
3、绘制η—P（T）曲线（打印粘贴）
4、回答思考题，完成实验报告。
思考题：
1、齿轮传动有何特点？
2、分析影响齿轮传动效率的因素？
课 题：减速器拆装
教学方案：
一、实验目的：
1、了解减速器铸造箱体内的结构，以及齿轮和轴系的结构；
2、了解轴上零件的定位和固定方式；
3、熟悉减速器拆装和调整过程。
二、仪器设备：
1、减速器（圆柱、圆锥、蜗杆等类型）；
2、手动工具（扳手、卡钳等）。
三、实验原理：
将减速器放置在工作台上，拆卸（解体）整个减速器，测量并记录有关数据，然后进行分析研究。
四、实验内容：
拆装一个减速器（三个人一组）。
五、实验步骤：
1、仔细观察减速器外形，了解其结构；
2、测量减速器外形尺寸（长、宽、高）及中心距；
3、拆卸减速器，将零、部件依次摆放；
4、仔细观察内部结构，测量并记录有关数据；
5、装配减速器（将零部件依次装配）；
6、回答思考题，填写实验报告。
附：实验报告附页填写
1、实验条件
（1）减速器类型：
（2）减速器简图：
2、测试数据：
名称 |
符号 |
数据 |
减速器总体尺寸（长×宽×高） |
L×B×H |
|
中心距 |
a |
|
a1 |
|
a2 |
|
箱盖凸缘厚度 |
b |
|
箱座上凸缘厚度 |
b1 |
|
箱座下凸缘厚度 |
b2 |
|
上筋板厚度 |
δ1 |
|
下筋板厚度 |
δ2 |
|
大齿轮端面与箱体内壁距离 |
△1 |
|
大齿轮顶圆与箱体内壁距离 |
△2 |
|
轴承端面与箱体内壁距离 |
|
|
轴承端盖外直径 |
D |
|
齿轮模数 |
m |
|
齿轮压力角 |
α |
|
螺旋角（斜齿） |
β |
|
3、绘制轴的结构图（按尺寸比例，绘制一根主动轴、一根从动轴）
4、回答思考题，完成实验报告。
思考题：
1、如何保证箱体支承具有足够的刚度？
2、如何减轻箱体重量和减少加工面积？
3、箱盖应做成怎样的结构才能使盖上的油顺利进入油沟？
4、为了使润滑油经油沟进入轴承，轴承盖的结构应如何设计？
