机械基础实验指导书A4最终版学生用0405汇总.docx
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机械基础实验指导书A4最终版学生用0405汇总
第三章验证类实验
验证类实验是通过装拆机械传动装置，演示机构或机械传动装置的相对运动，测试其几何参数、运动学参数（位移、速度、加速度等）及动力学参数（力、变形等），找出变化规律，分析其影响因素，验证课程中的相关理论，加深对理论知识的认识。
验证类实验是机械原理、机械设计、公差与技术测量课程的基本实验，也是课程指导委员会制定的《教学基本要求》中推荐选择的实验。
3.1机构运动简图测绘与结构分析实验
一、实验目的：
1、对运动副、另件、构件及机构等概念建立实感；
2、熟悉并运用各种运动副、构件及机构的代表符号；
3、培养根据实际机械绘制机构运动简图的能力；
4、掌握机构自由度的计算方法。
二、机构运动简图的测绘示例
图示一偏心轮机构，试绘出其机构运动简图，并计算其自由度。
（一）机构简图测绘步骤：
1、认清构件数目。
转动手柄，使机构运动，注意观察此机构中哪些构件是活动构件，并逐一标注构件号码，如1－机架，2－手柄及偏心轮，3－连杆，4－活塞。
2、判断各构件间的运动副性质
反复转动手柄，判定构件2与构件1的相对运动是绕轴A转动，故2与1在A点组成转动副；构件3与2的相对运动是绕偏心轮2的圆心B点转动，故3与2在B点组成转动副；构件4与3绕销子C相对转动；故4与3在C点组成转动副；构件4与1沿水平方向x－x相对移动，故4与1组成方位线为x－x的移动副。
3、画出运动副的构件符号
对于组成转动副的构件，不管其实际形状如何，都只用两转动副之间的连线来代表，例如AB代表构件2，BC代表构件3。
对于组成移动副的构件，不管其截面形状如何，总用滑块表示，例如滑块4代表构件4，并通过滑块上转动副C的中心画出中心线x－x，代表4与1相对移动的方向线。
机架用斜线表示，以便与活动构件区别，如构件1。
主动构件上打箭头表示，以便与从动构件区别，如构件2。
图示（b）即为（a）图所示机构的运动简图。
4、测量构件尺寸并按比例绘制机构简图。
测量AB杆和BC杆的长度以及滑块4移动方向线x－x至转动副A的距离。
选择恰当的长度比例尺
按比例画出机构运动简图。
构件的实际长度（mm）
简图上所画的构件长度（mm）
μe=
有时，只要了解机构运动特征而不需进行定量分析时，可不按比例绘制简图，只需大致按相对位置关系绘出即可。
（二）自由度计算
1、计算机构自由度F
自由度公式
式中：
n－活动构件数
PL－低副数。
Ph－高副数。
在本机构中，n＝3（构件2、3和4是活动构件）。
PL＝3+1=4（转动副A、B和C以及移动副D），Ph＝0，代入上式得
F＝3n-2PL-Ph＝3×3-2（3+1）-0＝1
2、核对计算结果是否正确。
根据计算所得的自由度F＝1，给予机构一个原动件——手柄。
当手柄转动时，可观察到机构各构件运动均是确定的，故计算结果符合实际情况。
三、实验内容
绘制以下机构模型或机器，并计算其自由度
1、牛头刨床机构模型
2、YJ－79插齿原理教具（从电机→插齿刀上下运动）
3、汽车、拖拉机差速器模型
4、其他机构模型
5、参观典型的机械原理教具
四、实验设备及用具
1、所要绘制的机构模型及机器
2、圆规、分规、有刻度的直尺、铅笔、橡皮、白纸（学生自备）
五、实验报告
在实验报告中应画出上述机构的运动简图，其中至少有两张图应按比例画出。
机构运动简图测绘及分析实验报告
班级：
_________ 姓名：
_________ 实验日期：
_________ 审阅：
_________
机构名称
机构运动简图及比例尺
机构自由度计算
3.2渐开线齿廓范成法加工原理实验
一、目的：
1、掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理。
2、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的办法。
建立变位齿轮的基本概念。
二、设备和工具：
1、齿轮范成仪（有两种，但原理一样）。
2、绘图纸、圆规、三角板、剪刀、2－3支2H铅笔。
三、原理：
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。
加工时其中一轮为刀具，另一轮为轮坯。
它们保持固定的角速比传动。
完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样，同时刀具还沿轮坯的轴向做切削运动。
由于在实际加工时，看不到刀刃在各个位置形成包络线的过程，故通过齿廓范成仪来实现轮坯与刀具间的传动过程；范成仪所用刀具模型是齿条刀。
轮坯用绘图纸代表。
传动中，将刀具刀刃的各个位置用铅笔记录在绘图纸上。
这样，我们就能清楚地观察到齿轮范成的过程。
四、构造：
实验室有两种范成仪，它们的原理一样，但构造稍有不同。
第一种范成仪所用的刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为m1=20mm，z=8,α=20°，ha*=1，c*=0.25。
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。
第二种范成仪所用的刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为m=25mm，z=8,α=20°，ha*=1，c*=0.25。
左图为第第二种范成仪的结构图。
半圆盘1可绕其固定中心O转动，半圆盘周缘有凹槽，槽内装有钢丝2，保持纯滚动。
纵托板3可在机架4上水平反向左右移动。
形成齿轮齿条的啮合运动。
转动螺杆3可使纵托板沿垂直方向移动，从而调节刀具中心至轮坯中心的距离。
在切制标准齿轮时，将刀具中线调节至被加工齿轮分度圆相切的位置。
在切制正变位齿轮时，将刀具中线调节至远离被加工齿轮分度圆xm的位置。
在切制负变位齿轮时，将刀具中线调节至靠近被加工齿轮分度圆xm的位置。
五、规格及性能
第一种范成仪
第二种范成仪
齿条刀具
模数
压力角
齿顶高系数
径向间隙系数
被切齿轮齿数
z＝8
z＝8
六、实验步骤：
1、根据你所使用的范成仪的参数，计算出被加工齿轮的主要尺寸d、da、df、db，并将上述四个圆画在一张绘图纸上。
计算最小变位系数Xmin及最小变位量（Xmin·m）。
计算该变位齿轮的df、da，并将此变位齿轮的齿顶圆及齿根圆，还有分度圆、基圆画在第二张绘图纸上。
将超出被加工齿轮齿顶圆的图纸剪去，以所得的圆形图纸作为被加工齿轮的轮坯。
2、将代表轮坯的图纸放在刀具下，对准齿轮中心后用压板（或压环）压住。
3、若切制标准齿轮，就调节刀具中线，使与被加工齿轮的分度圆相切。
4、开始“切制”齿廓，此时可先移动啮合溜板（或纵拖板），将刀具推至范成仪的一端，使刀具的齿廓退出标准齿轮轮坯的齿顶圆。
然后向另一端移动，当齿条刀具切入轮坯时，每当移动一个不大的距离时，即在代表轮坯的图纸上用铅笔描绘出刀具刀刃位置。
直到形成一至两个完整的轮齿时为止。
注意轮坯上齿廓形成的过程。
5、观察有无根切现象。
如有根切，分析其原因（观察刀具的顶线是否超过N1点，以判断有无根切）。
6、若切制变位齿轮，让刀具中心线与被加工齿轮的分度圆加上变位量（±）画出的圆相切或让刀具齿顶切于被加工变位齿轮的齿根圆。
观察有无根切现象，为了便于比较，可换用另一种颜色的笔。
七、思考题：
1、通过实验，说明你所看到的根切现象是怎样的？
是由什么原因引起的？
避免根切还有别的办法吗？
2、齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于
？
3、用齿条刀具加工标准齿轮时，刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求？
为什么？
4、比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮与变位齿轮的几何参数：
，哪些变了？
哪些没变？
为什么？
八、实验报告要求：
齿廓图范成好后，将各部分尺寸用分规卡准。
量出，填在实验结果表中。
再将标准正、负变位齿形剪下，将其分度圆、基圆对齐贴在一起，进行齿形比较。
《齿轮范成原理》实验报告
班级 姓名 实验日期
1、原始数据：
①齿条：
模数m＝ 毫米压力角α＝
齿顶高系数
=径向间隙系数
＝
②齿轮：
齿数Z分度圆半径r＝ 毫米
2、齿轮几何参数计算
名称
符号
计算公式
计算结果
标准齿轮
Z＝
变位齿轮
Z＝
基圆
rb
分度圆
r
齿顶圆半径
ra
齿根圆半径
rf
最小变位系数
Xmin
3、实验结果
项 目
标准齿轮X＝0
变位齿轮X＝
分度圆齿厚S
分度圆齿宽e
周节P
基圆齿厚Sb
顶圆齿厚Sa
齿形比较
3.3齿轮几何参数的测定
一、实验目的
1、掌握用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱标准齿轮和变位齿轮参数的方法。
2、巩固并熟悉齿轮各部分尺寸、参数关系及计算。
二、实验用具
游标卡尺、直齿圆柱齿轮、自带计算器
三、实验说明
齿轮测量是一项比较复杂的工作。
由于各国参用的标准不一，有模数制和径节制。
就是同一标准中又有正常齿和短齿之分；还有标准制齿轮和变位齿轮之分，而且压力角
若干种。
所以要想全面掌握，应进一步看有关的齿轮测量方面的资料。
本实验只对我国制造的渐开线直齿圆柱齿轮（模数制、压力角α＝20°）进行测量，以达到实验的目的和要求。
四、实验步骤
1、确定齿轮齿数Z
2、测量公法线长度
先用游标卡尺的一对脚卡住K（K≥2）个齿，如图1所示。
跨齿数K由近似公式
求出（四舍五入取整数）。
此时两卡脚应切于齿廓，其距离为WK，为了减少测量误差，WK在不同的齿上重复测量三次，取其平均值。
再用同样的方法量出（K+1）个齿时的公法线长度WK+1。
考虑到齿轮存在公法线长度变动误差，所以测量WK和WK+1值时，应在测量WK后的相同齿上再加一个齿测出WK+1值。
3、确定基节Pb、模数和压力角
基节
（mm）
根据计算出的基节值，查表（附表1）与之相近的值。
即可确定该齿轮的模数和压力角（若已知
，则只需确定模数）。
4、测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df，为了减少测量误差，同一数值应在不同位置上测量三次，取其平均值（小数部分保留两位）。
当Z为偶数时，da和df可直接测量出如图二（a）。
当Z为奇数时，da和df可间接测量出如图二（b）。
然后用下式计算出值。
5、计算齿根高hf，齿顶高ha及全齿高h
或
6、确定变位系数X
根据被测齿轮的模数。
齿数可查出标准齿轮公法线长度值（附表2）或用公式计算出
，用公法线的测量值与理论值加以比较，就能判定出这个齿轮是标准的还是变位的。
若
，则被测齿轮为标准齿轮。
若
，则被测齿轮为变位齿轮。
对于变位齿轮用下列公式求出变位系数
（mm）
当x＞0时，则为正变位齿轮（+）。
当x＜0时，则为负变位齿轮（-）。
7、计算齿顶高系数
，径向间隙系数
用
或
分别代入下式
如果代入的一组数据使得左边等于右边或非常相近，证明这一组数据就是要确定的参数。
附表1 基节Pb＝πmcosα的数值（毫米）
模数
m
径节
DP
Pb＝πmcosα
1
1.5
2
2.5
3
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
25.4000
16.9333
12.7000
10.1600
8.4667
6.3500
5.6444
5.0800
4.6182
4.2333
3.9077
3.6286
3.1750
2.902
4.354
5.805
7.256
8.707
11.610
13.061
14.512
15.963
17.415
18.866
20.317
23.220
2.952
4.428
5.904
7.380
8.856
11.809
13.285
14.761
16.237
17.713
19.189
20.665
23.617
2.996
4.494
5.992
7.490
8.989
11.986
13.483
14.981
16.479
17.977
19.475
20.973
23.969
3.034
4.552
6.069
7.586
9.104
12.138
13.655
15.173
16.690
18.207
19.724
21.242
24.276
3.041
4.562
6.083
7.604
9.125
12.166
13.687
15.728
16.728
18.249
19.770
21.291
24.332
附表2 标准直齿圆柱齿轮。
跨齿数和公法线长度（mm）
（用于m=1毫米、压力角＝20°）
齿数
跨齿数
m=1的公法线长度
齿数
跨齿数
m=1的公法线长度
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
4.5683
4.5823
4.5963
4.6103
4.6243
4.6383
4.6523
4.6663
7.6324
7.6464
7.6604
7.6744
7.6885
7.7025
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
7.7165
7.7305
7.7445
10.7106
10.7246
10.7386
10.7526
10.7666
10.7806
10.7946
10.8086
10.8227
13.7888
13.8028
五、实验报告表
名 称
符号
获得途径
公 式
齿轮编号
测量计算
1
2
3
4
5
6
7
8
齿数
Z
√
跨齿数
K
√
公法线长度
WK
√
取平均值
WK+1
√
取平均值
基节
Pb
√
模数
m
√
压力角
α
查表
变位系数
x
√
分度圆直径
d
√
齿顶圆直径
da
√
取平均值
齿根圆直径
df
√
齿根高
hf
√
齿顶高系数
√
用
或
代入
径向间隙系数
c*
√
齿顶高
ha
√
齿全高
h
√
或
3.5带传动实验指导书
一、实验目的
1．观察带传动中的弹性滑动和打滑现象以及它们与带传递的载荷之间的关系。
2．测定载荷与弹性滑动率、载荷和带传动效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。
3．了解带传动实验台的设计原理与扭矩、转速的测量方法。
二、实验台的构造和工作原理
由于弹性滑动率ε之值与打滑现象的出现以及带传动的效率η都与带传递的载荷的大小有密切关系，本实验台用灯泡作负载。
本实验台由主机和测量系统两大部分组成如图3所示。
1主机
主机是一个装有平带的传动装置。
图3
主电机是直流电动机装在滑座上，可沿滑座滑动，电机轴上装有主动轮，通过平带带动从动轮，从动轮装在直流发电机的轴上。
在直流发电机的输出电路上，并联了八个灯泡，每个40瓦（即图3上的负载灯泡），作为带传动的加载装置。
砝码通过钢丝绳、定滑轮拉紧滑座，从而使带张紧，并保证一定的初拉力。
开启灯泡，以改变发电机的负载电阻，随着开启灯泡的增多，发电机的负载增大，带的受力增大，两边拉力差也增大，带的弹性滑动逐步增加。
当带传递的载荷刚好达到所能传递的最大有效圆周力时，带开始打滑，当负载继续增加时则完全打滑。
2测量系统
测量系统由转速测定装置和测扭矩装置两部分组成。
A光电测转速装置
在主动轮和从动轮的轴上分别安装一同步转盘，在转盘的同一半径上钻有一个小孔，在小孔一侧固定有光电传感器，并使传感器的测头正对小孔。
带轮转动时，就可在数码管上直接读出带轮的转速。
B扭矩测量装置
主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2均通过电机外壳来测定。
电动机和发电机的外壳支承在支座的滚动轴承中，并可绕与转子相重合的轴线摆动。
当电动机启动和发电机负载后，由于定子磁场和转子磁场的相互作用，电动机的外壳将向转子旋转的反向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的同向倾倒，它们的倾倒力矩可分别通过固定在定子外壳上的测力计所测得的力矩来平衡。
即：
主动轮上的扭矩T1=QlKlLl（N·mm）
从动轮上的扭矩T2=Q2K2L2（N·mm）
式中Q1,Q2——测力计上百分表的读数。
K1,K2——测力计标定值。
（K1=K2）
L1,L2——测力计的力臂。
Ll=L2=120mm。
带传动的效率η=
我们只要测得不同负载下主动轮的转速n1和从动轮的转速n2以及主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率ε（
，在两带轮的直径相同时，
）以及效率η之值。
以有效拉力F为横坐标，分别以不同载荷下的ε和η之值为纵坐标，就可画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线，如图4所示。
图4
三、实验步骤
1．接通电源，实验台的指示灯亮，检查一下测力计的测力杆是否处于平衡状态，若不平衡则调整到平衡。
2．加砝码3Kg，使带具有初拉力。
3．慢慢地沿顺时针方向旋转调速按扭，使电机从开始运转逐渐加速到n1=1000转/分左右，记录nl、n2、Q1、Q2一组数据。
4．打开一个灯泡（即加载），记录一组nl、n2、Q1和Q2一组数据，注意此时nl和n2之间的差值，即观察带的弹性滑动现象。
5．逐渐增加负载（即每次打开一个40瓦的灯泡），重复第4步，直到ε≥3％左右，带传动开始进入打滑区。
若再打开灯泡，则n1和n2之差值迅速增大。
四、完成实验报告
绘制弹性滑动和效率曲线
（注：
本实验台的主要参数：
带轮直径D1=120nnm，D2=120mm，测力杆长度L1=120mm，L2=120mm。
）
3.6液体动压滑动轴承实验指导书
一、实验目的
1.了解滑动轴承润滑及承载机理。
2.学习动压轴承油膜压力分布的测定方法，绘制周向油膜压力分布曲线。
3.观察载荷和转速改变时，径向滑动轴承油膜压力的分布情况。
二、实验原理及装置
本实验使用湖南长庆科教仪器有限公司生产的HS-A型液体动压轴承实验台如图1所示，它由操纵面板、传动装置、加载装置、油膜压力测量装置和被试验轴承等组成。
在轴承上半部中间即轴承有效宽度B/2处的剖面上，沿圆周1200内钻有七个均匀分布的小孔，每个小孔联接一个压力表，在轴承轴向有效宽度B/4处也钻有一个小孔，并连接一只压力表。
从而可绘出轴承的周向和轴向压力分布曲线，（见图2）。
图2周向油膜压力分布曲线
油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。
当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线也是不同的。
本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小。
所加载荷之值通过传感器，在实验台的操纵面板中的外加载荷显示窗数码管直接读出。
转速由主轴转速调速旋钮4控制直流调速电源进行无级调速。
主轴转速又由装在主轴后部的光电测速传感器采集，最后由操纵面板中的主轴转速显示窗数码管直接读出。
另外，操纵面板上还有无油膜指示灯。
当轴不转动时，可看到灯泡很亮；低速转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于油膜很薄，轴与轴瓦见部分微观不平度的峰高仍在接触，故灯忽亮忽灭；当转速达到一定值时，压力油膜完全遮盖凸峰高度，即油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。
三、实验步骤：
1．开机前检查箱体油液是否超过油标1/2处；外加载螺杆是否脱开传感器；主轴调速旋钮是否在零位；百分表是否固定，表针是否能复位；轴瓦能否摆动自如；各个压力表指针是否为零。
2．按下电源开关，无油膜指示灯亮。
3．启动电机，缓慢旋转主轴调速按钮，主轴缓慢增速，无油膜指示灯熄灭，表示轴与轴瓦已经处于完全液体润滑状态。
4．缓慢旋转外加载螺杆逐渐加载，同时观察各个压力表指针逐渐上升。
5．将主轴调速旋钮旋至350转/分，数据有显示窗读出。
6．将外加载螺杆旋钮旋至外载荷70Kg，数据有显示窗读出。
7．待各个压力表数值稳定后，由左至右依次记录。
8．停机卸载，使加载螺杆脱离加载传感器，加载显示窗显示零；使主轴停止转动，主轴转速显示窗显示零。
9.关断电源。
四、注意事项
1、由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，使用的润滑油必须是经过过滤的清洁机油，使用过程中严禁灰尘与金属屑进入油内。
2、外加载荷传感器所加负载不允许超过100kg，以免损坏传感器元件。
3、为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装有无油膜报警指示灯，正常工作是指示灯是熄灭的，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。
五、思考题
1.径向油膜压力最大值在什么位置？
2.油膜压力的大小与哪些因素有关？
3.如何确定轴与轴瓦之间已形成动压润滑？
4.形成流体动压润滑的充要条件是什么？
液体动压滑动轴承实验报告
班级学号
姓 名
实验日期
同组人
指导教师
成 绩
1.数据记录（注：
按轴瓦各个压力表排列顺序从左至右填写，表8为测轴向压力的压力表读数。
）
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
2.绘制曲线
径向油膜压力曲线
3.思考题
4.心得体会
3.7互换性与技术测量实验
3.7.1立式光学比较仪测量轴的直径
一、实验目的：
掌握立式光学比较仪的测量原理和操作方法。
二、仪器说明：
1.概述：
立式光学比较仪是一种精度较高、结构简单的常用光学量仪。
它可用来鉴定5等（或3~4级）量块；用量块为基准，可按比较测量法来检测各种工件的外尺寸。
光学仪有立式、卧式之分，后者还可测量内尺寸（如孔径、槽宽等等）。
仪器的基本参数如下：
分度值（每小格）————————————0.001mm。
示值范围（自中央零线算起）———————±0.
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