机械原理实验
《机械原理》实验班级
姓名
机构运动简图测绘学号
一、实验目的：
1．学会运用构件及其运动副联接常用符号和机械中常用机构的简图符号，正确绘制出机构运动简图；
2．通过实验进一步理解机构运动简图的意义；
3．熟练掌握机构自由度的计算方法，学会判断运动链能否成为机构。
二、实验内容：
机构运动简图是用国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出的表示机构的简明图形。不严格按比例绘制的简图称为机构示意图。
在分析研究现有机械和构思设计新机械时都需要绘制机构运动简图。因此，我们必须熟练掌握正确绘制机构运动简图的方法。
1．绘制三个机构的运动简图，测绘对象：1）油泵――摆杆式油泵、摆块式油泵；2)冲床――滚子式、滑块式；3)插齿机――从曲柄开始到插齿刀；4)牛头刨床――从小齿轮开始画起。
其中，1、2必做，3、4选其一。对于油泵，要对其进行必要的尺寸测量，然后按比例画出其机构简图；对其余机构则绘出机构示意图。
2．计算所画机构的自由度，判断其能否成为机构？
3．在东6D座参观常用机构的电动模型，观察各机构的运动。
三、实验步骤：
1．分析机械的组成情况和运动情况：确定机械是由多少个构件组成？哪个是原动件和机架？哪部分是执行构件和传动部分？
2．沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目；
3．适当地选择运动简图的视图平面；
4．选择适当比例尺，绘制机构运动简图。在原动件上标出代表其转动方向的箭头，并从原动件起，按传动路线标出各构件的编号（1、2、3、······）和运动副的代号(A、B、C、······）。
5．绘制完机构运动简图和计算其自由度后，由指导教师签字认可，方可离去。
四、注意事项：
1．上课时自带直尺、橡皮、铅笔和画草图用的白纸。
2．课堂上只要求画出各机构简图的草图，草图应画在自带的白纸上。
五、实验报告：
1．直接将报告填写在后面作业纸上。
2．将课堂上所绘制的各机构简图的草图，按机械制图的要求画出正式的机构运动简图或机构示意图。
3．计算机构自由度时应列出公式，并写明其活动构件数、各级运动副的数目。
4．说明机构是否具有确定运动？为什么？
5．将有教师签字的草图附在实验报告后一同按时交上。
六、思考题：
1．在计算平面机构自由度时应注意哪些事项？
2．机构运动简图与机构示意图的区别？
《机械原理》实验报告姓名
机构运动简图测绘班号
成绩实验日期
机构创新设计搭接实践学号
一、实验目的
1、养学生观察问题、发现问题的能力；
2、培养学生发散思维和创新设计能力；
3、提高学生综合利用所学知识解决实际问题能力、动手能力；
4、培养学生协作能力及团队精神。
二、实验内容（自行选题，要有创意；或从以下内容中择一）
1、观察工程实际中遇到的产品，或日常生活中见过的装置，分析其功能，提出改进设计方案。
说明方案的特点，进行设计，并将自己的设计方案利用实验室所给的散件模型化，验证方案的正确性；
2、将目前用人手完成的动作用机构来实现，给出方案进行设计，并将设计方案在实验室搭接出
来；
3、从“机构构思与搭接”一书中选择题目进行设计和搭接，以班为单位到精仪系馆3401室找李
老师购买。
三、进度安排
第1周：布置任务，调研，制定设计规划，看录像。建议三人为一个小组，其中一人做总体协调工作（组长），将题目分为三个部分，每人一部分。
第2周：方案论证，给出2-3个设计方案，论证给出较优的方案；绘制总体方案图纸，进行必要的运动分析和其它计算。
第3周：尺度综合与分析，建立尺度综合的数学模型；给出计算机程序框图及变量说明表；给出力、力矩（原动机）的曲线；进行改进设计；进行初步搭接。
第4周：进行搭接（制），完成后由指导教师用数字相机照相。整理设计说明书，要求每一组写出一本说明书，小组成员分别负责编写自己承担部分的内容，由组长负责整个说明书的组成。（周五交设计报告）
第5周：开始答辩，5-10分钟/组。
四、设计报告要求
1、问题的提出：提出功能要求；为什么提出该项设计，其背景和意义。
2、设计要求：要实现哪些功能；需要哪些执行构件；稳定性、机构优化。
3、基本工作要求：机构选型；尺度综合；位置分析；静力分析；绘制机构简图
4、运动要求：运动协调性；结构紧凑。
5、选择动力源：动力源转速或位移速度。
6、搭接出所设计的机械或机构，采用数字相机拍照。（尽量用低副机构，若采用高副机构由学生
应用硬纸等设计制作）
7、撰写设计计算说明书，本课程设计参考书目。
8、进行答辩。
五、地点
地点：东6D座
六、考核方式
书面报告30％；搭接30％；难度及创意10％；答辩30％
家用缝纫机分析任务书学号
一、家用缝纫机的功能要求：
⒈代替人手缝制各种服装、用品。
⒉使用安全，缝纫性能良好，操作简单，省时省力。
二、家用缝纫机的组成：
实验室中缝纫机的线迹为双线锁缝线迹。
缝纫机包括的主要机构及其作用和执行构件的运动：
⒈引线机构：用于刺穿缝料、引过面线并形成线环。
执行构件的运动：针头作往复直线运动。
⒉钩线机构：用于钩住面线抛出的线环，使其套住底线。ta
执行构件按一定规律作旋转运动或摆转运动。
⒊挑线机构：用于输线和收线。
⒋送布机构：用于推送缝料向前或向后运动。
执行构件的运动轨迹为矩形轨迹。
三、缝纫机的设计分工：
⒈引线机构、挑线机构的方案设计（1人）
⒉钩线机构、送布机构的方案设计（1人）
四、报告要求：
⒈绘制缝纫机的机构示意图（用轴测图形式），按比例正确绘制各执行机构（引线机构、挑
线机构、钩线机构、送布机构）的机构运动简图，计算机构的自由度、分析机构的结构组
成；
⒉说明缝纫机的功能、组成和工作原理；
⒊自行设计其它机构或方案实现缝纫的功能;比较自行设计机构与现有机构的优缺点；
⒋回答思考题。
五、思考题：
⒈手工缝纫与缝纫机缝纫的根本区别是什么？它们的线迹有什么不同？
⒉缝纫机的线迹是如何形成的？
⒊引线机构可以采用哪些基本机构？试举出两个例子。
⒋钩线机构可以采用哪些方案？试举出两个例子。
⒌怎样调节送布的距离？
⒍如果希望缝纫机可以随身携带，你有什么想法？
⒎要实现缝纫机的功能要求，整个执行系统各机构如何协同工作？试画出机械运动循环图。
（机械运动循环图的概念参考【机械原理教程】421页）
《机械原理》实验报告姓名
齿轮范成实验学号_____________
一、实验目的
1、观察渐开线齿廓的范成形成过程，由此掌握范成法加工齿轮的原理。
2、观察根切的产生过程，了解根切产生的原因及避免根切的方法。
3、分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。
二、实验设备和工具
4、已知条件：要加工的齿轮参数为：
a）m=15，α＝20?，Z＝10，h a*=1，c*=0.25 (15人)
b）m=15，α＝20?，Z＝6，h a*=1，c*=0.25 （8人）
c）m=10，α＝20?，Z＝9，h a*=1，c*=0.25 （7人）
每班分a)、b）、c）三组进行实验。
5、实验设备：齿轮范成仪
三、实验要求
1、课前要求：
1)复习范成法加工齿轮的原理、渐开线齿轮的根切及变位齿轮的有关内容；
2)根据选定的齿轮参数计算齿轮的下列尺寸：
标准齿轮：r、r b、r f、r a、s、s a及s b
变位齿轮：x（取x= x min）、r、r b、r f、r a、s、s a及s b；
将计算好的数值填入尺寸计算表格中（要求计算精度：小数点后2位）。
3)在绘图纸（或其它厚纸）上画出中心线、分度圆、基圆及齿顶圆和齿根圆（注意：半
个圆画标准齿轮的，另半个圆画变位齿轮的）。根据变位齿轮的齿顶圆大小剪好直径为
d a的齿轮轮坯，然后在其中心剪出直径为28毫米的圆孔。
4)准备好铅笔或圆珠笔、圆规、三角板等用具。
2、实验课上：
1)了解齿轮范成仪的原理、结构及安装。根据选择所要加工齿轮的参数安装好齿轮范成仪。
2)将纸质“轮坯”安装到范成仪的圆盘上，必须注意对准中心。
3)调节刀具位置，使刀具中线与被加工齿轮分度圆相切，此时切制的齿轮是标准齿轮。切制变
位齿轮时重新调整刀具位置。
4)“切制”齿廓时，先把刀具移向一端，然后当刀具向另一端移动2mm左右距离时，描下刀
刃在图纸轮坯上的位置，直到形成2～3个完整的齿形为止（注意半个圆上画标准齿轮，另
半个圆上画变位齿轮）。
5)“切制”齿廓的同时应注意齿廓的形成过程；观察根切现象。
四、实验报告要求
1)画好的图上标注出s，e，s b及s a, 并测量出各个量的大小（圆弧长度可分为若干小段圆弧，
然后近似地用其所对应的弦长代替）填入尺寸计算表格；
2)比较标准齿轮与变位齿轮的异同点；比较计算结果与实验结果，分析误差产生的原因；
3)回答思考题。
五、思考题
1)范成法切出的齿廓曲线全部是渐开线吗?在图上画出其渐开线部分及根切部分。
2)齿轮正变位后，分度圆齿厚增加时，其齿顶圆齿厚是否也相应地增加？
3)用实验的范成仪能范成（绘制）出Z=26的齿轮轮齿吗？为什么？若用它绘制需对范
成仪作那些修改？
4)用实验的范成仪能否加工出m=2mm，m=3mm，m=4mm的完整齿轮？若用它绘制
需对范成仪分别作那些修改？
5)标准齿条型刀具的齿廓与普通齿条相比，有什么不同？
6)能否用α=0?的齿条刀具加工出分度圆上α=20?的渐开线齿轮？为什么？
六、渐开线齿轮范成仪工作原理
图1 渐开线齿轮范成仪
实验所用渐开线齿轮范成仪如图1所示，工作台（图纸托盘1）绕定轴转动，齿轮2带动有齿条的滑架3在水平底座4的水平导向条上作水平移动；齿条刀具5通过螺钉7固定在滑架3上，松开螺钉7可使齿条刀具5作上下移动，实现刀具的变位运动。
当齿条刀具5的中线与被加工齿轮分度圆相切时，此时滑架3的齿条中线与刀具中线重合（齿条刀具5上的标尺刻度与滑架3上的零刻度线对准）。推动滑架3时，工作台上的被加工齿轮分度圆与齿条刀具中线作纯滚动，这是切制标准齿轮的状态。
改变刀具5的位置可使刀具中线与滑架3齿条中线分离，即齿条刀具5的中线远离或接近被加工齿轮分度圆，移动的距离为x m可由端部的标度尺上读出，从而可切制变位齿轮。
《机械原理》实验报告姓名
渐开线齿轮范成实验报告学号_____________
附录1 任意圆上齿厚的计算公式
齿顶圆齿厚：
a α为齿顶圆压力角
节圆齿厚：
α'为节圆压力角
基圆齿厚：
在上述公式中s 为分度圆齿厚。
对于标准齿轮，
对于变位齿轮，
备注：
1.渐开线函数：
其中： 为渐开线齿廓在任意一点K 的压力角；
称为压力角αk 的渐开线函数，工程上用inv αk 表示θk
2.法向齿距：
αααθ
k k k k
inv -==tan
α
k
θ
k
απcos m p
n
=
《机械原理》实验报告姓名
姓名
渐开线齿轮基本参数测定学号
一、实验目的
1、掌握应用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法；
2、了解齿轮基本参数m, α，h a*，c*，x与基本尺寸之间的关系。
二、实验内容
每人测量两个齿轮的基本参数m, α, h a*, c*及x。
三、实验设备及用具
实验对象————两个齿轮；
实验工具————游标卡尺；
四、实验原理和方法
1、确定齿轮的模数m和压力角α
直齿圆柱齿轮公法线长度的概念：如图所示，若卡
尺跨测三个齿时，两个卡脚与两条反向的渐开线相切，
两切点之间的连线，就称为跨三个齿的公法线长度，用
W3来表示。跨测k个齿时就得到跨k个齿的公法线长度，
用W k来表示。
由渐开线性质和图上可以看出，当跨测三个齿时，
它包含两个基圆齿距和一个基圆齿厚，即
W3=2P b+S b
因此当跨测k个齿时，
W k＝(k-1)P b＋S b（1）
当跨测k＋1个齿时
W k＋1＝kP b＋S b
则W k＋1－W k＝P b
又因P b＝πmcosα
测得P b，查附录2即可得m和α
跨齿数k可按下式计算：
k＝(α/180)z＋0.5 也可查附录1
2、确定齿轮的变位系数
将标准齿轮的P b和S b带入式（1）得到跨测k个齿时的公法线长度
W k＝mcosα [(k－0.5)π＋zinvα]
变位齿轮与标准齿轮的基圆齿距相等，但基圆齿厚不同；将变位齿轮的S b带入式（1）得到跨测k个齿时的公法线长度
W k变＝ mcosα [(k－0.5)π＋zinvα]＋2xmsinα＝W k＋2xmsinα
则 x= (W k变-W k)/2msinα
五、实验要求
实验课前：认真复习关于齿轮各部分几何尺寸与基本参数的关系；根据实验原理拟定出实验方案，制定好全部测量数据记录表；考虑被测齿轮有加工误差、测量误差，每个数据均应测量三次以上，取
其平均值；
六、实验报告要求
1)根据所测量的数据，查表或计算出所测两个齿轮的全部基本参数m,α,ha*,c*x，填好的测
量数据表格也作为实验报告内容之一上交；
2)实验报告中请回答如下问题
a) 若采用公法线测量时，为什么要规定测量齿数（跨齿数）？跨齿数太多或太少会有什
么问题？测量齿轮公法线时宜在齿轮的什么部位进行测量？为什么？
b) 如上所述，为减少制造查和测量误差，每个数据要测量三次以上并取其平均值，请问具
体该怎样测量？
c) 实测的标准齿轮为什么x≠0? 而且为负值？
七、实验结果记录
渐开线齿轮参数测定
A B
公法线长度w3
实测w4实测w3实测w4实测
1
2
3
平均值
P b=?w4实测-?w3实测
查p18 基圆齿矩表m= α= m= α=
查p17表得w3
理论
x= (?w3实测-w3理论)/2msinα
d a d f d a d f
1
2
3
平均值
h a*
C*
《机械原理》实验报告姓名
______________
姓名______________
渐开线直齿圆柱齿轮的实验研究学号
______________
一、研究目的：
通过实验研究培养学生在实际工作中发现问题、分析问题和解决问题的能力；
培养学生的动手能力和表达能力。
二、实验研究内容：
1、渐开线齿轮的加工原理及方法；
2、范成法加工齿轮时可能出现的问题及对策；
3、渐开线变位齿轮。
三、研究步骤
●准备好铅笔、圆规、三角板、量角器和绘图纸（或其它厚纸）等用具。
1、两个人一组，范成齿轮(从a、b、c三组中任选一组)，利用实验室提供的搭接件，搭接
齿轮范成仪，范成所选齿轮；
2、在所范成齿轮上标出d b、d、d a、d f 、 p、s、e、p b、p n ；
3、观察所范成的齿轮，发现并解决范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮产生的问题；
4、对范成装置中齿轮、齿条及刀具的基本参数进行测量。
●需范成齿轮的参数如下：
1、 m=15，α＝20?，Z＝10，h a*=1，c*=0.25
m=10，α＝20?，Z＝18，h a*=1，c*=0.25
2、 m=15，α＝20?，Z＝6，h a*=1，c*=0.25
m=7.5，α＝20?，Z＝20，h a*=1，c*=0.25
3、 m=10，α＝20?，Z＝9，h a*=1，c*=0.25
m=10，α＝20?，Z＝15，h a*=1，c*=0.25
四、交流与总结
1、交流内容划分为五个小节：
1）渐开线齿廓的根切现象及避免根切的措施（讲12分钟，提问5分钟）；
2）变位齿轮几何尺寸的变化（讲10分钟，提问5分钟）；
3）变位齿轮的啮合传动（讲10分钟，提问5分钟）；
4）传动类型及其选择（讲10分钟，提问5分钟）；
5）齿轮传动的设计步骤及变位系数的选择（讲10分钟，提问5分钟）。
2、交流形式：
1）每班分成五组，每组六人，每组分派两人讲课、两人提问、两人参加评委会。
2）讨论课上，每组用powerpoint讲授一小节内容（讲授哪一小节由抽签方式决定），后面一组进行提问；提问对象：讲课小组的其余四人（讲课两人除外）；问题数量：至少四
个。
3）评分：评分项目：a．概念阐述清楚，表达准确 b、内容充实、信息量大
c、是否有效利用各种媒体（图像、动画及视频等）
由评委会根据评分项目评出的名次决定交流成绩；评委会成员不评本组成绩。
五、实验研究报告
报告包括以下四个部分内容：
1、实验内容
2、实验装置及参数测量： 1）范成装置中齿轮、齿条、刀具的基本参数
2）范成装置示意图
3、小论文：范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮的研究
从以下四个方面进行阐述：1）问题的提出 2）分析问题产生的原因
3）解决问题的方法 4）结论
4、总结发现问题及解决问题的思路；本次项目训练的收获及意见。
六、评分标准
实验研究及报告70％，交流与总结30％
渐开线直齿圆柱齿轮的实验研究
思考题
1.齿轮加工的方法有哪些？加工原理是什么？
2.齿轮与齿条啮合传动的特点；用齿条型刀具加工齿轮的两个重要因素？
3.用范成法加工的齿廓曲线全部是渐开线吗？齿廓曲线由哪几部分组成？
4.作为加工齿轮刀具的齿条与普通齿条有什么不同？被加工齿轮齿廓的渐开线是由刀具的什么部
位切制出来的？过渡曲线又是由刀具的什么部位切制出来的？
5.用齿条型刀具加工齿轮时，齿轮分度圆上的槽宽和刀具上的什么部位相同？为什么？
6.用范成法加工的变位齿轮，齿廓渐开线的起始位置在什么部位？
7.用齿条型刀具和齿轮型刀具加工齿轮有什么不同？各自的优缺点.
8.用仿形法加工齿数小于17的齿轮是否有根切现象？
9.能否用α＝0?的齿条刀具加工出分度圆上α＝20?的渐开线齿轮？为什么？
10.根切现象的危害？
11.用一句话总结出根切发生的原因。
12.当齿数大于17，xmin为负值，说明了什么？
13.正变位、负变位和标准齿轮的齿廓曲线有什么不同？
14.（第163页）非变位齿轮与标准齿轮有什么不同？
15.齿轮变位的目的是什么？
16.变位齿轮与标准齿轮的异同点是什么？
17.变位齿轮啮合传动需要满足什么条件？
18.研究一对齿轮的中心距问题的两个基本要求是什么？
19.为什么要引入齿高变动系数？
20.顶隙的作用是什么？在齿轮传动时是否必须保证是标准值？
21.正、负变位与正、负传动的区别?
22.实际中，一对齿轮传动时，齿侧是否有间隙？
23.模数和压力角的确定和什么有关？
24.渐开线直齿圆柱齿轮的传动类型有几种？各种传动类型的特点是什么？如何选择齿轮的传动类
型？
25.正传动类型中的齿轮是否一定都是正变位齿轮？负传动类型中的齿轮是否一定都是负变位齿
轮？
26.在哪种传动类型中，必须将齿轮的齿顶高降低，为什么？齿高变动系数如何确定？
27.变位系数是否能任意取值？