Transcript 点击浏览 - 燕山大学机械工程学院
Slide 1
Mechanical Design Major’s
Comprehensive Experiment
综合实验——CDIO教学模式示范课
指导教师：解明利
燕山大学机械学院
Slide 2
人之为学，不可自小，又不可自大。——
顾炎武
吾生也有涯，而知也无涯。——《庄子》
中国教育之通病是教用脑的人不用手，不
教用手的人用脑，所以一无所能。中国教
育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑
的力量都可以大到不可思议。 ——陶行知
Slide 3
本课下设实验项目
机械系统速度分析及波动调节实验
机械系统集成及分析实验
PCC-Ⅱ型平面机构创意组合
及参数可视化分析实验
JZCS-Ⅲ型机械系统创意组合
及参数可视化分析实验
Slide 4
课程考核方式说明
1.综合实验实验部分——满分100分，权重
70%。
2.机械创新设计部分——满分100分，权重
30%。
课程总成绩=综合实验实验部分×0.7+机械
创新设计部分×0.3
Slide 5
课程考核方式
综合实验部分
转发关于综合实验成绩量化评定工作的通知
根据学校教务处、学院教务科关于做好实验成绩评定
量化相关通知的精神，并依照机械设计专业实验室的自
身特点，在广泛征求学生意见的基础上，对综合实验成
绩评定细则做出如下说明，相关任课教师和学生要严格
按照本法执行。
1.综合实验共分设4个实验项目，每个实验项目25分，
合计100分。
2.凡无故缺席实验课或不提交实验报告者，符合其中
一项，综合实验课程成绩以0分计，需进行重修。
3.每个实验项目25分的考核如下：
Slide 6
出勤占5分
每次实验按时到不迟到，并做好签到表得5分；
迟到5分钟（含5分钟）以内，得4分
迟到5-10分钟（含10分钟）以内，得3分
迟到10分钟以上，本次实验取消，自寻组合顺延，单独
人不再另开设实验，该次项目总分以0分计。
关于请假的说明：除地震、雪灾等不可抗力自然因
素外，实验课程任何人不得无故缺席，对于确实因为个
人重大事件不能出席课程者，需要辅导员开具请假证
明，课程的出勤以及操作评定即本办法中的A,B两项分值
均以0分计。极特殊情况执行学校教务部门意见。
Slide 7
实验操作评定占8分
本项分值由学生自评和教师评定两部分组成，其
中学生自评占4分，教师评定4`分。具体要求如下：
学生只针对自己小组的操作情况在实验操作后
协定给出自评分数，该实验小组成员对此分数
共享，每组由1～2名代表确认签字；学生应严
肃对待自评环节，不能胡乱评定，要在组与组
之间互相尊重的原则基础上，以客观公正、积
极健康的心态给出自评分数。
教师依据学生操作的情况，给出评定分数，按
A,B,C,D四档给出4.0，3.0，2.0，1.0四个分
数，此分数因人而定，小组人员不共享。`
Slide 8
Especially attention!!!!!!!
—
——
—
对
冯人
玉以
祥诚
信
，
人
不
欺
我
；
对
事
以
诚
信
，
事
无
不
成
实验报告评定占12分
本项分值组成说明如下：
报告书写整洁，完成所有要求内容者，得此项分
人
而 值满分2分；不符合规定者，评分时酌情扣减，原则
无
信 上缺少一项即扣0.5分
，
每个项目小组完成一个实验项目后，必须书写相
不
知 应实验报告，并在第二次实验课来时一同携带过来，
其
可 教师会对每份实验报告进行检查，并在报告上签章做
也 出核查标记。对有雷同报告者，抄袭和被抄袭者均按
及格分数计，即＝0.6×12＝7.2，所以要求报告必须
孔
子 独立书写。对有对抄袭者进行举报的同学请务必在
课程进行中及时进行反映，课程结束后不再受理，
而且举报者要有理有据，提出必要的证据作为教务存
档材料。
实验报告分值分布请参看各实验报告中的分值说
明，不再赘述。
Slide 9
填写下表
评定完别忘
签字啊！
Slide 10
机械创新设计部分
课程考核方式
• 创新项目设计需要同学们3人一组合作完成
项目。并于设计后完成《创新项目设计报告》
• 报告的书写格式严格按照《机械设计专业综
合实验大学生创新项目设计报告书》说明的
办法书写。此报告为成绩评定依据。
Slide 11
关于报告书的撰写说明
• 一、文献综述
文献综述是在确定了选题后，在对选题所涉及的研究领
域的文献进行广泛阅读和理解的基础上，对该研究领域的
研究现状（包括主要学术观点、前人研究成果和研究水平、
争论焦点、存在的问题及可能的原因等）、新水平、新动
态、新技术和新发现、发展前景等内容进行综合分析、归
纳整理文献综述
要求同学们既要对所查阅资料的主要观点进行综合整
理、陈述，还要根据自己的理解和认识，对综合整理后的
文献进行比较专门的、全面的、深入的、系统的论述和相
应的评价，找出存在的问题和不足。。
撰写方法 检索和阅读文献是撰写综述的重要前提工作。一
篇综述的质量如何，很大程度上取决于作者对本题相关的
最新文献的掌握程度。如果没有做好文献检索和阅读工作，
就去撰写综述，是决不会写出高水平的综述的。好的文献
综述，不但可以为下一步的学位论文写作奠定一个坚实的
理论基础和提供某种延伸的契机，而且能表明写作者对既
有研究文献的归纳分析和梳理整合的综合能力，从而有助
于提高对学位论文水平的总体评价。
Slide 12
• 二、方案设计
根据文献综述，对比以前的设计方法。指出自
己改进设计或创新设计的优点，提出解决问题的思
路和办法。
• 三、结构设计
绘制结构方案原理图，指出结构图中各部分的
功能和作用，给出必要的部件参数计算。同学们根
据设计情况自行分配计算的详细程度。结构尺寸自
己拟定。
• 四、三维结构设计
同学们利用三维造型软件进行总体结构的设计，
鼓励学有余力的同学在三维造型的基础上进行动态
仿真，这将作为整体综合加分部分。
Slide 13
• 五、参考文献
同学们在设计中要查阅各种资料，说明书最后要附上参考文
献，参考文献具有多方面的作用：1）对他人研究成果的尊重；
2）提供阅读文章的参考资料；3）表明文章中所引资料的可信
度；4）便于他人参阅从事进一步研究。参考文献的书写要符合
国家标准。
• 常用参考文献编写项目和顺序规定如下：
（1）著作图书文献
序号 作者.书名.版次.出版地:出版者,出版年:引用部分起止页
第一版应省略
（2）翻译图书文献
序号 作者.书名.译者.版次.出版地:出版者,出版年:引用部分起
止页
第一版应省略
（3）学术刊物文献
序号 作者.文章名.学术刊物名,年,卷(期):引用部分起止页
Slide 14
（4）学术会议文献
序号 作者.文章名.编者名.会议名称,会议地址,年
份.出版地,出版者,出版年:引用
部分起止页
（5）学位论文类参考文献
序号 研究生姓名.学位论文题目.[学校及学位论
文级别].答辩年份:引用部分起止页（起止页码之
间采用短横线“-”表示）
Slide 15
• Example：
（1）彭国勋,肖正阳.自动机械的凸轮机构设计.北京:机械工
业出版社,1990:10-15
（2）邹慧君,李瑞琴,郭为忠,等.机构学10年来研究成果和发
展展望.机械工程学报, 2003,39(12):22-30
（3）黎凌霄.基于PC机的开放式结构数控系统的研究及开放
-可编程多轴控制器PMAC的工业应用.[华东理工大学硕士
学位论文].2002:20-32
（4）Anton S, Tonci M,Milan J.Influence of adaptive
change of cutting parameters on the effectiveness of
grinding process.Strojarstvo,1997,39(3):105-109
Slide 16
• 六、PPT讲解答辩
•
同学们将来走向工作岗位，可能在公司中一些
场合向业内人士讲解自己的设计理念和产品。所
以现在大家要有意识的培养自己这方面的能力。
作为项目的收尾，每组同学都要准备PPT进行讲
解，向大家阐述自己的设计思路及今后构想，接
受同学们的提问。同时这也是同学们互相学习的
一个重要环节。（注：组内每个同学们的实现方
案不一致或自主拟定题目者要单独制作自己的
PPT）
Slide 17
综合实验课程简介
1. 综合实验的目的
综合实验为CDIO教改模式下的产物。那么什么
是CDIO（conceive-design-implement-operate）
呢?CDIO是由美国麻省理工学院等四所大学通
过几年的研究，探索和实践建立的一种先进的
工程教育模式。教学的主要目的就是让学生以
主动的、实践的方式来学习和获取工程能力。
CDIO有完成的大纲和标准，是最先进的工程教
育模式。而我们综合实验以前没有，本课程正
是在这种教育改革的大背景下产生的。
Slide 18
2. 我们的“教学形式”（更确切的应该称之
为“游戏形式”）
我们在整体上进行了改革，应该说是以往授课形式
的全方位的变化，变成了小班授课形式，上过外教的
office hour coffee house的同学应该有体会，我们整个
的教学过程就是师生平等的、互动的在交流和协作中完
成实践课学习，因此大家应该从一个全新角度来理解我
们的综合实验课，不同于以往任何形式上的实验，也不
同于大学物理实验。
所以大家千万不要紧张啊！
Slide 19
3. 综合实验的要求
实验安全 要求学生在进行实验的时候要戴上
保护手套。一些机械零部件有尖角划伤、零
件的砸伤都是我们应该注意的问题。注意电
机在低速下实验，以免较大的惯性冲击对设
备造成损害（说说实验台的问题质量不够）。
另外也怕飞出零件打伤学生。
大家装配完相应的机械系统后，注意要做到
以下几点工作：（1）每次安装完模型，要用
手拨动传动端试着转一转，看看转动是不是
灵活，机构有没有卡死现象（2）对一些是高
速旋转的部件，比如电机输入端的带轮飞轮
等有没有松动的现象（3）低速实验保证大家
的安全，维护设备正常运转
Slide 20
4. 共同进步
我们机械设计实验室是一个年轻的实验室，
实验室建设上处于初级阶段，也处在改革
阶段。从教材、讲义一直到授课方式上我
们都在尽力不断完善，力求达到尽善尽美。
所以大家有什么好方法好建议尽量拿出来
我们一起来讨论解决。我们这门课的特点
就是通过自己做游戏来达到认识一些基本
机械设计零件的任务，做中学，学中做。
Slide 21
5 遵守燕山大学实验室的规章制度
（1）学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不
得迟到。
（2） 实验前认真阅读实验教材，明确实验目的、
步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验
教师的提问和检查。
（3） 进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不
得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢
杂物。有净化要求的实验室，进入必须换拖鞋。
（4） 做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，
爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指
导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备
及其它物品。
Slide 22
（5） 实验中要细心观察，认真记录各种试验数据，不
得擅自离开操作岗位。
（6）实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，
并保护现场，不得自行处理。
（7） 实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检
查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
（8） 实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处
理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师
评分。
（9） 在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、
工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由
领导根据情况进行处理。
（10）凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器
设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必
须写出书面检查，视情节按相关章程予以赔偿。
Slide 23
第一讲 综合实验基础知识
在这一章里，通过实物的展示和讲解介
绍，让学生了解通用机械零件、部件的基本
结构、功能和机械设计常用结构的基本形式、
典型零部件的失效形式，建立对机械零部件
的感性认识，有助于对《机械设计》、《机
械设计基础》课程的理解和机器的设计。
Slide 24
一、螺纹
(1)螺栓连接 按照联接的形式，分为普通螺栓联接，这种联
接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆留有间隙，故
通孔的加工精度低，结构简单，装拆方便，使用时不受被
联接件材料的限制，因此应用极为广泛。铰制孔螺纹联接
这种联接能精确固定被联接件的相对位置，并能承受较大
的横向载荷，但孔的加工精度要求较高。
(2)螺钉联接 这种联接的特点是：螺钉直接拧入被联接件的
螺纹孔中，不用螺母，在结构上比双头螺柱联接简单、紧
凑。其用途和双头螺柱联接相似，但如经常拆装时，易使
螺纹孔磨损，可能导致被联接件报废，故多用于受力不大
或不需要经常拆装的场合。
(3)紧定螺钉联接 紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的
螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固
定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。
螺钉除作为联接和紧定用外，还可用于调整零件位置，
如机器、仪器的调节螺钉等。
Slide 25
3. 螺纹联接的防松
在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩
擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，
就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况
下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变
和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐
渐减小，最终将导致联接失效。
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。防松
的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防
松以及铆冲防松等。一般来说，摩擦防松简单、
方便，但没有机械防松可靠，对于重要的联接，
特别是在机器内部的不易检查的联接，应采用机
械防松。
还有一些特殊的防松方法，如在旋合螺纹件涂以
液体粘黏剂或在螺母末端镶嵌尼龙环等。
Slide 26
二、键、花键和销联接
键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间
的周向固定，并将转矩从轴传递到毂或从毂传递
到轴。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向
滑动。键可分为下列四大类：
(1)平键 键的两侧面是工作面，工作时，靠键同
键槽侧面的挤压来传递转矩。其特点为结构简单
装拆方便、对中性较好。这种键联接不能承受轴
向力，因而轴上的零件不能起到轴向固定的作用。
平键按构造可分为：圆头、方头、单圆头。
(2)半圆键 半圆键工作时，靠其侧面来传递转矩。
其优点是：工艺性较好，装配方便，尤其适用于
锥形轴与轮毂的联接。缺点是：轴上键槽较深，
对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载联接中。
Slide 27
2. 花键
花键按其齿形可分为：矩形花键、渐开线花键、三角花键
等。
由于结构型式和制造工艺的不同，与平键相比，花键在强
度、工艺和使用上有如下特点：①因为在轴上与毂孔上直
接而匀称地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀。②
因槽较浅，齿根处应力集中较小，对轴与毂的强度削弱较
少。③齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载
荷。④轴上零件与轴的对中性好(这对高速及精密机器很
重要)。⑤导向性较好(这对动联接很重要)。⑥可用研磨的
方法提高加工精度及联接质量。缺点为：齿根仍有应力集
中，有时需用专门设备加工，成本较高。
3. 销
销主要用来固定零件之间的相对位置，也用于轴与毂的联
接或其它零件的联接，并可传递不大的载荷，还可作为安
全装置中的过载剪断元件，称为安全销。
销可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销、特殊形状的销
等。
Slide 28
三、带传动
1. 带传动
在带传动中，常用的有平带传动和V带传动。
常用的平带有橡胶布带、缝合棉布带、棉织带和毛织带等数件。
V带有普通V带、窄V带、宽V带、接头V带等近十种。普通V带其结构
主要有两类：①帘布芯结构，主要由伸张层(胶料)、强力层(胶帘布)、
压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。②绳芯结构，主要由伸张层(胶
料)、强力层(胶线绳)、压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。
2. 其它带传动
(1)高速带传动 高速带传动主要用于增速以驱动高速机床、粉碎机、
离心机及某些其它机器。高速带传动的增速比为2-4，有时可达8。
(2)同步带传动 同步带传动工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进
行啮合传动。由于强力层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，
故带与带轮间没有相对滑动，从而保持了同步传动。
同步带传动有以下优点：①无滑动，能保持固定的传动比。②初拉力
较小，轴和轴承上所受的载荷小。③带的厚度小，单位长度的质量小，
故允许的线速度较高。④带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。
其主要缺点：安装时中心距的要求较为严格，且价格较高。
Slide 29
四、链传动
链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。
链传动的主要优点：①链传动无弹性滑动和打滑
现象，因而能保持平均传动比为常数。②链条不
需要张紧，所以作用于轴上的径向压力较小。③
在同样使用的条件下，链传动的结构较为紧凑，
同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。
与齿轮传动相比，链传动较易安装，成本低廉。
④在远距离传动(中心距离最大可达十多米)时，
其结构要比齿轮传动轻便得多。
链传动的主要缺点：①在两根平行轴间只能用于
同向回转的传动。②瞬时传动比不为常数。③工
作时有噪声，不宜在载荷变化较大或急速反向的
传动中应用。
按用途不同，链可分为传动链、起重链和牵引链。
传动链又分为套筒滚子链(简称滚子链)和齿形链。
Slide 30
五、齿轮传动
1. 齿轮传动分类
按照齿轮传动轴的相对位置将其分为三类：
(1)传递平行轴间旋转运动的圆柱齿轮传动 这种圆柱齿轮
传动又分为：直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动两种。
直齿圆柱齿轮传动又分为：外啮合齿轮传动、内啮合齿轮
传动和齿轮齿条传动等类型。
(2)传递交错轴间旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分
为交错轴斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆与蜗轮传动和准双曲线
圆锥齿轮传动。
(3)传递相交轴旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分为
直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动和弧齿圆锥齿轮传
动。
2. 齿轮传动的主要失效形式
(1)轮齿折断 轮齿折断可分为：疲劳断齿和过载折断两种。
(2)轮齿工作面的失效 轮齿工作面的失效包括以下几种情
况：①磨损；②点蚀；③胶合；④塑性变形等。
Slide 31
六、蜗杆传动
蜗杆传动是用来传递空间互相垂直而
不相交的两轴间运动和动力的传动机构。
其优点是：蜗杆传动一般具有传动比大而
结构尺寸紧凑的特性。
其缺点是在传动时两齿轮之间存在着
相当大的滑动速度，因而齿面容易磨损，
机械效率低。
Slide 32
七、联轴器和离合器
联轴器和离合器是用来联接轴与轴以传递运动与转矩，有时也可用作安全保
护的装置。
联轴器和离合器的分类
根据工作特性可分为以下四类：
(1)联轴器 用来把两轴联接在一起的一种装置。机器运转时两轴不能分离，
只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。
(2)离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可
用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。
(3)安全联轴器和安全离合器 这两种装置在工作时，如果转矩超过规定值，
联轴器及离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因为过
载而损坏。
(4)特殊功用的联轴器和离合器 这两种机器用于某些特殊要求处，如在一定
的同转方向或达到一定的转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等。
2. 联轴器的主要结构
联轴器根据内部是否包含弹性元件可分为：①刚性联轴器。刚性联轴器又分
为固定式和可移动式两种。可移动式刚性联轴器对两轴间的偏移量具有一定
的补偿能力。②弹性联轴器。弹性联轴器因有弹性元件，故可缓冲减振，亦
可在不同程度上补偿两轴间的偏移。
3. 离合器
离合器的要求：①接合、分离迅速而平稳；②调节和修理方便，外廓尺
寸小，质量小；③耐磨性好和有足够的散热能力；④操纵方便省力。
常用的离合器可分为牙嵌式与摩擦式两类。
Slide 33
八、轴
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转
运动的传动零件(如齿轮、蜗杆等)，都必须安装
在轴上才能完成运动及动力的传递。
按照轴的轴线形状轴可分为曲轴和直轴两种。
(1)曲轴 曲轴(通过曲柄滑块机构)可以将旋转运动
改变为直线运动，或作相反的运动转换。
(2)直轴 直轴按其所受载荷性质的不同可分为①心
轴。心轴只承受弯矩而不承受扭矩。②转轴。转
轴既承受弯矩又承受扭矩。③传动轴。传动轴主
要承受扭矩的轴。
Slide 34
九、减速器
减速器系指原动机与工作机之间独立的闭式
传动装置，用来降低转速(相应地增大转矩)。
减速器按其传动和结构特点可分为：①齿轮减
速器。齿轮减速器又可分为圆柱齿轮减速器、圆
锥齿轮减速器和圆锥—圆柱齿轮减速器三种。按
齿轮所采用的齿形来说，常用的有渐开线齿形和
圆弧齿形两种。②蜗杆减速器。蜗杆减速器主要
有圆柱蜗杆减速器、圆弧旋转面蜗杆减速器、锥
蜗杆减速器和蜗杆齿轮减速器等。③行星减速器。
行星减速器主要有渐开线行星齿轮减速器、摆线
针齿速器、谐波齿轮减速器等。
Slide 35
我国常用的标准减速器有：①渐开线圆柱齿轮
减速器；②圆弧圆柱齿轮减速器；③圆柱蜗杆减
速器；④圆弧齿圆柱蜗杆减速器；⑤行星齿轮减
速器；⑥摆线针齿减速器等。
(1)齿轮减速器的主要特点
这种减速器的特点是：效率高，工作耐久，
维护简单，因而应用范围很广。①按其减速器齿
轮的对数可分为：单级、双级、多级等。②按其
轴在空间的相互配置可分为：立式、卧式。③按
其运动简图的特点可分为：展开式、同轴式(又称
回归式)、分流式等。
Slide 36
(2)蜗杆减速器的主要特点
蜗杆减速器在外廓尺寸不大的情况下，可
以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，
但效率较低。
蜗杆减速器可分为：单级蜗杆减速器、蜗
杆—齿轮减速器、两级蜗杆减速器等类型。
在多数情况下，都是把蜗杆传动作为高速
级。其传动比一般在50～130的范围内，最
大可达250。
Slide 37
（3）摆线针轮减速器
1-输入轴
图1 摆线针齿减速器结构简图
2-摆线轮 3-转臂 4-输出轴
5-针齿壳
Slide 38
摆线针齿减速器是采用K-H-V少齿差一式传动原
理及摆线针齿啮合的新颖传动机械，广泛应用于
纺织印染、轻工食品、冶金矿山、石油化工、起
重运输及工程机械领域中的驱动和减速装置。摆
线针齿减速器具有减速比大，传动效率高，体积
小，重量轻，故障少，寿命长，运转平稳可靠，
噪音小，拆装方便，容易维修，结构简单，过载
能力强，耐冲击，惯性力矩小等特点。
当输入轴1旋转时，转臂3和输入轴1一起绕中心oo转动。摆线轮2即随转臂一道绕中心o-o公转。摆
线轮空套在转臂o’-o’上，由于固定于针齿壳5上的
针齿对摆线轮的反作用，使摆线轮又绕o’-o’自转，
方向和输入轴的方向相反，通过销轴将自转等速
传递给输出轴。
Slide 39
十、润滑
在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保
护零件，减少锈蚀，如果采用循环润滑时还能起到散热降
温的作用。由于液体的存在，润滑油膜还具有缓冲、吸震
的作用。
根据工作条件的不同，工程中所用的润滑剂有：①液体
(如油、水及液态金属)；②气体(如空气或其它气态工作介
质)；③半固体(如润滑脂)；④固体(如石墨、二硫化钼、
聚四氯乙烯)等。
根据摩擦面间油膜形成的原理，可把流体润滑润滑分为：
①流体动压润滑(利用摩擦面间的相对运动而自动形成承
载油膜的润滑)；②流体静压润滑(从外部将加压的油送入
摩擦面间，强迫形成承载油膜的润滑)
Slide 40
十一、机械零件的失效形式
机械零件常见的失效形式：
1. 整体断裂
零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，
由于某一危险剖面上发生的应力超过零件的强度
极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，
危险剖面上发生的疲劳断裂均属此类。
2. 过大的残余变形
如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极
限，则零件将产生残余变形。
Slide 41
3. 零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲
劳。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学
侵蚀现象。腐蚀的结果使金属表面产生锈蚀，从
而使零件表面遭到破坏。磨损是两个接触表面在
作相对运动的过程中发生物质丧失或转移的现象。
零件表面的疲劳是受到接触变应力长期作用的表
面产生裂纹或微粒剥落的现象。
4. 破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工
作。如液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的
润滑油膜时才能正常地工作；带传动和摩擦轮传
动，只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时
才能正常地工作；高速转动的零件，只有其转速
和转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔时
才能正常地工作等。如果破坏了这些必备的条件，
则将发生不同类型的失效。
Slide 42
第二讲 机械系统速度分
析及波动调节实验
预热实验——你准备好了吗？
Slide 43
连杆机构 (Linkages) 是由若干刚性构件用低副 (转动
副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等)联接组成的机
构。
连杆机构应用十分广泛。
连杆机构的传动特点
Slide 44
连杆机构的分类
● 按构件之间的相对运动关系分
平面连杆机构
(Planar linkage)
空间连杆机构
(Spatial linkage)
Slide 45
Slide 46
一、平面连杆机构的基本结构
由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构，如
平面四杆机构、平面六杆机构等等。
连杆
有关机构构件和运动副的其它名称和概念
铰链四杆机构
连架杆(Side link)—用低
副与机架相联接的构件。
连杆(Coupler )—不与机架
联接的构件。
曲柄
连架杆
摇杆
连架杆
曲柄(Crank)—能相对于机
架作整周转动的连架杆。
摇杆(Rocker)—不能相对于机架作整周转动的连架杆。
Slide 47
根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，
铰链四杆机构有三种基本形式
A在铰链四杆机构中，两连架杆中一个为曲柄而
另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。
当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的
连续转动，转变为摇杆的往复摆动 。
Slide 48
Slide 49
B双曲柄机构 在铰链四杆机构中，两连架扦均
为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。它可
将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速
或变速转动。
Slide 50
Slide 51
C双摇杆机构 两连架杆都是摇杆的四杆机构称
为双摇杆机构。
Slide 52
平面四杆机构的演化形式
铰链四杆机构中，当摇杆CD长度趋于无穷大时，
点C圆弧轨迹变成直线，此时，该铰链四杆机构
演化成含有滑块的机构，如图所示。
Slide 53
A滑块机构 如图所示，当构件1能整周回转成
为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该
机构称为摆杆滑块机构：
Slide 54
B 导杆机构 在图1—11a所示的对心曲柄滑块机
构中，若改取构件1为机架，该机构则成为导杆
机构，构件1、2的杆长分别为ll和l2当l1＜l2时，
该机构称为转动导杆机构，当l1>l2时，该机构
称为摆动导杆机构，分别如图1—ll b、c所示，
图1—12中的基础机构ABC即为牛头刨床中的摆
动导杆机构。
Slide 55
Slide 56
Slide 57
C曲柄摇块与曲柄转块机构 在图1—11A所示曲
柄滑块机构中，若改取构件2为机架，当L1＜L2
时，该机构则演化成曲柄摇块机构，如图1—13a
所示，当L1＞L2时，该机构为曲柄转块机构，
如图1—13b所示；其区别在于构件3能否整周回
转。
Slide 58
在《机械原理》的课程中，我们对构件的
研究有一个前提，就是一般假设原动件做
等速转动，而且运行规律是已知的。然而
实际上机构原动件的运动规律是由其各构
件的质量、转动惯量和作用于其上的驱动
力与阻抗力等因素决定的。因而在实际情
况下，原动件的速度和加速度是随时间变
化的。因此，为了对机构进行精确的运动
分析和力分析，这就需要首先确定机构原
动件的真实运动规律。这对于机构设计，
特别是高速、重载、高精度和高自动化程
度的机械是十分重要的
Slide 59
（一）机械运转的三个阶段
当机械运动时，从机械开始运动到停止运动所经
过的时间间隔称为机械运动的全时期。由于机械
所有运动构件的运动规律都是由原动件的运动规
律所决定的，因此上述的全时期也就是机械原动
件运动的全时期。如图所示为机械主轴的角速度
ω随时间变化的曲线。
Slide 60
（1）起动阶段 主动件的角速度ω出零上升到
正常运转的角速度ωm机械的动能增加，驱动
力所做的功大于阻抗功。
（2）稳定运动阶段 原动件ωm保持稳定，即
为一常数，原动件ω作周期性的波动。一个周
期的始末ω是相等的，因此机械具有的动能也
是相等的（等速稳定运转阶段）
（3）停车阶段 机械主动件的角速度从ωm下
降到零，机械所具有的动能减少，驱动力所做
的功小于阻抗功。停车阶段一般不加驱动力，
有时为缩短停车时间，用制动装置增加阻力。
Slide 61
在工程实际中平均角速度ωm常用其算术平均值来
表示，即
Slide 62
机械运转速度不均匀系数δ来表示机械速度波
动的程度，定义为角速度的波动幅度与平均
速度之比，即
所谓机器运转周期性速度波动的调节，其目的就在于
减小速度波动，使其达到机器工作所允许的程度，或
者说，减小机器运转速度的不均运系数使其不超过许
用值。周期性速度波动的调节方法，是在机器中安装
一个具有很大转动惯量的构件即所谓飞轮。
其调速原理如下：
Slide 63
在一个周期中最大动能Emax与最小动能之差
称为最大盈亏功。以[W]来表示，即
Slide 64
Slide 65
调速的一个现实意义——例子
在汽车车轮的轮毂边缘上，有的有一块或多块大小不等的小铅
块。与各式各样漂亮的轮毂相比，这些个小铅块好像有些不太
相衬。但正是这一个个小小的铅块，对汽车高速行驶的稳定性
起着非常重要的作用。 汽车的车轮是由轮胎、轮毂组成的一个
整体。但由于制造上的原因，使这个整体各部分的质量分布不
可能非常均匀。当汽车车轮高速旋转起来后，就会形成动不平
衡状态，造成车辆在行驶中车轮抖动、方向盘震动的现象。为
了避免这种现象或是消除已经发生的这种现象，就要使车轮在
动态情况下通过增加配重的方法，使车轮校正各边缘部分的平
衡。这个校正的过程就是人们常说的动平衡。 轮胎应当定期做
动平衡检查,用动平衡检测仪检查。轮胎平衡分为动态平衡和静
态平衡两种。动态不平衡会使车轮摇摆，令轮胎产生波浪型磨
损；静态不平衡会产生颠簸和跳动现象，往往使轮胎产生平斑
现象。因此，定期检测平衡不但能延长轮胎寿命，还能提高汽
车行驶时的稳定性，避免在高速行驶时因轮胎摆动、跳动，失
去控制而造成的交通事故。
Slide 66
实验一 曲柄滑块机构的设计及功
能解析
一、实验目的
1.利用计算机对实际平面机构进行动态参数采集
和处理，做出实测的机构动态运动和动力参
数曲线，并与相应的仿真曲线进行对照，从
而实现理论与实际的紧密结合；
2. 通过机械系统动力学调速实验，观察机械的
周期性波动现象，并掌握利用飞轮进行速度
波动调节的原理和方法；
Slide 67
二、实验设备与仪器
实验台结构如图1，2所示：
实验台主要由传动部分(电
动机11、小带轮10、V型胶
带3、大带轮13)、曲柄导杆
滑块机构(曲柄14、滑块4、
导杆5、连杆6、滑块7、滑
杆8)，负载模拟装置9和测
试控制部分(直线位移传感
器1、角位移传感器12、AD
采集卡和计算机)组成。
主要技术参数
1. 供电电源：220V/50HZ；
2. 直流电机功率：125W；转速可调：
0～280转/分
3. 曲柄长度40mm；
4. 导杆长度200 mm，导杆最大摆角39度；
5. 连杆长度200可调；
6. 滑块最大行程133mm，滑块偏距
60mm可调；
7. 外型尺寸：600×400×480。
Slide 68
三、实验内容与要求
1. 设计组装曲柄滑块机构，给出曲柄的极为夹角
和行程速比系数。
2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿
真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿真，
并作出曲柄运动仿真和实测曲线。
3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿
真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿真，
并作出滑块运动仿真和实测曲线。
4. 速度波动调节分析：分别不装飞轮、在曲柄轴
上装大飞轮或小飞轮，观察并比较它们的系统
运转的不均匀性。
5. 每2-3人一组，每人完成一份实验报告。
Slide 69
60度
2. 急回运动特性
曲柄摇杆机构
极限位置1
连杆与曲柄拉伸共线
极限位置2
B2
连杆与曲柄重叠共线
180º
B
A
C C
1
C2
B1
D
180º
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在
对应位置所夹的锐角。
工作行程(慢行程)
曲柄转过180º ，摇杆摆角 ，
耗时t1，平均角速度m1 t1
返回行程(快行程)
曲柄转过180º ，摇杆摆角 ，
耗时t2，平均角速度m2 t2
Slide 70
常用行程速度变化系数(Advance-to return-time ratio)K
来衡量急回运动的相对程度。
C1
C2
B2
K
m 2
m1
180º+
A
B1
D
180º-
180
/ t1
/ t2
180 180
180
设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。
K 1
K 1
180
Slide 71
Slide 72
Slide 73
Slide 74
三、实验内容与要求
1. 给出曲柄的极为夹角和行程速比系数。
2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过计算机测试
仿真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿
真，并作出曲柄运动仿真和实测曲线。
3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试
仿真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿
真，并作出滑块运动仿真和实测曲线。
4. 速度波动调节分析：分别在曲柄轴上装大飞
轮或小飞轮，观察并比较它们的系统运转的不
均匀性。
5. 每2-3人一组，每人完成一份实验报告。
Slide 75
Back to front
Slide 76
Slide 77
第三讲 机械系统集成及
分析实验
有了热身，开始行走吧——行走训练
马上开始………..
Slide 78
本项目主要锻炼同学们进行简单传动系
统设计、安装的能力。
所谓传动系统，就是将动力机的力和运
动传递给执行机构或执行构件的中间装置
称作传动系统，每个执行构件与动力机之
间存在着一个传动联系，有时执行机构与
执行机构之间也有传动联系，组成传动联
系的一系列传动件称作传动链。所有传动
链以及它们之间的相互联系组成了传动系
统。
Slide 79
一、传动系统综述
1. 传动系统的作用
传动系统是把动力机
的力和运动传递给执行系统的中间装置。
如果动力机的性能和指标符合执行系统的
要求，传动系统当然可以省略，将动力机
与执行机构直接联接。
2. 传动系统的分类
固定传动比系统；可
调传动比系统
Slide 80
二 传动系统的组成
尽管传动系统的种类繁多，用途也各不相
同，但它们常包括下列几个组成部分：变
速装置、启停和换向装置、制动装置、安
全保护装置等。
（1）变速装置 变速装置的作用是改变动力
机的输出转速和转矩以适合执行机构的需
要。
常用的变速装置有以下几种
Slide 81
1.变换齿轮变速机构
变速时需要更换齿轮
2.滑移齿轮变速机构
传动系统中某一轴上装一双联或三联可滑
移的齿轮，通过改变滑移齿轮的啮合位置，
即可获得不同的各级转速。
3.离合器变速机构
离合器变速机构有牙嵌式、齿轮式、摩擦
片式离合器。
Slide 82
2. 启停和换向装置
3. 制动装置 运动着的构件具有惯性，需
要停止时不能马上停止，而是逐渐减速后
才能停止。停车前的转速愈高，惯性愈大，
摩擦阻力愈小，停车的时间愈长。为了节
省辅助时间，对于起停频繁或惯性大、运
动件速度高的传动系统，应安装制动装置。
应当注意，必须先制动停车后再换向。制
动装置还可用于设备一旦发生事故时的紧
急停车或使某个运动件可靠地停在所需位
置上。
Slide 83
4. 安全保护装置
机械设备在工作中若载荷变化频繁且变
化幅度较大，可能过载而本身又无保护作
用时那是非常危险的。因此应在传动链中
设置保护装置，以避免损坏传动系统。系
统中如有摩擦副时，则具有过载保护作用。
也可在传动链中安装安全离合器、安全销
等过载保护装置。当所传递的转矩超过规
定值时，靠保护装置中的联接件的折断、
分离或打滑来停止或限制转矩的传递。
Slide 84
机械系统集成及分析实验
一、实验目的
1. 了解并认识机械系统的组成和功能；
2. 设计、拼装机械传动系统；
3. 对机械系统进行检测和分析；
4. 了解检测及控制原理、计算机软件数
据分析原理。
Slide 85
该实验台机械平台如图所示，机械平台主要由底座(安装平台)、
驱动模块、模拟负载、离合器部件、变载荷以及减速器、联轴
器、带、链、三角带轮、链轮库、基本机构(杆机构、槽轮机构)
等组成。可根据需要按一定的形式组合成不同的机械传动系统。
具体安装及装配可见下面给大家提供的四种组合方案。
Slide 86
Slide 87
Slide 88
实验台部件简介
1-测力传感器 2-电机固定板 3-左支撑座 4-连接轴 5-轴承 6-固定法兰 7-直
流电机 8-测力压头 9-右支撑座 10-接头 11-传感器座 12-光栅角位移传感器
Slide 89
驱动模块主要由固定在电机固定板(2)的测力传感器(1)、
左支撑座(3)、右支撑座(9)，直流电机(7)通过固定其上
的固定法兰(6)经过轴承(5)分别与左支撑座(3)、右支撑
座(9)连接，直流电机(7)壳体可绕其轴线摆动，连接轴
(4)、接头(10)通过键分别与直流电机(7)的左右轴伸联
接, 连接轴(4)可根据安装要求装配联轴器、链轮、带轮
等，光栅角位移传感器(12)固定在传感器座(11)上并与
接头(10)联接。
其功能为当直流电机(7)得电后带动固定其左右轴伸上
的连接轴(4)、接头(10)旋转，通过光栅角位移传感器
(12)可检测出电机的实时转速。通过联接在电机外壳的
测力压头(8)作用于测力传感器(1),通过测力传感器(1)可
检测出电驱的反作用力,该值与力臂的乘积即为反力矩，
根据平衡原理可得出电机的实时转矩。电机的转向应
为测力压头(8)紧压测力传感器(1)为准。
Slide 90
模拟负载的组成
模拟负载由磁粉制动器组成。磁粉离合器是由
传动单元(输入轴)和从动单元(输出轴)合并而成。
在两组单元之间的空间，填有粒状的磁粉（休
积大约40微米）。当磁性线圈不导电时，转矩
不会从传动轴传于从动轴，但如将线圈电磁通
电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现
象，在连继滑动之间会把转矩传达。
由于磁粉离合器、制动器具有以上特点，现已
被广泛应用于造纸、印刷、 塑料、橡胶、纺织、
印染、电线电缆、冶金以及其他有关卷取加工
行业中的放卷和收卷张力控制。另外磁粉离合
器还可用于缓冲起动、过载保护、调速等。磁
粉制动器还经常被用于传动机械的测功加载和
制动等。
Slide 91
加模拟负载照片
Slide 92
5. 联轴器的类型及结构
本实验台采用了弹性柱销联轴器、挠
性爪型联轴器、滚子链联轴器、单叉铰链
联轴器、双叉铰链联轴器等四类五种联轴
器。
弹性柱销联轴器的结构
挠性爪型联轴器的结构
SHOW
滚子链联轴器的结构
单叉铰链联轴器的结构
双叉铰链联轴器的结构
Slide 93
实验台测控系统
测控系统为一检测信号和动力控制集成的控制
采集盒，其面板及背板图如图2所示
输入转矩
输入转速
输出转矩
加速
减速
输出转速
停止
电源输出
串口通信
开关
1
2
模拟
3
1
2
数字
3
AC220V
输入
Slide 94
检测系统原理
本检测系统利用51系列单片机作为中央处理器，系统
中含有通道选择、放大、滤波、A/D转换、辨向细分、
PWM调速等电路，能检测机械系统中力、直线位移、
角位移等机械信号，并能利用按键和计算机控制命令
控制单片机输出脉冲宽度，进而对电机转速进行控制
和调节，其原理框图如图所示。
测力传感器
通道选择-放
大-滤波
直线位移传感器
A/D转换
51数据
处理
角位移传感器
辨向细分
手动调速
电
机
计数
数码管显示
软件调速
PC数据采集
RS232
Slide 95
软件平台
软件平台是数据处理、分析以及教学演
示的平台，本软件以VB为开发平台，以
串口通讯为原始数据来源。利用此平台
可进行数据分析处理，实时曲线显示、
采集，发送控制命令等。
Slide 96
四、实验步骤
1. 根据需要和功能涉及机械传动系统。
如：a. 静态负载方案
b. 动态负载方案
c. 指定传动比方案
2. 根据设计或选择方案选择传动零部件，并进行装配，可参考产品的装
配图。
3. 对装配的机械系统进行调整，并用手拨动电机进行试运行，以确保系
统的能正常工作。
4. 将控制采集盒连上电源和电机线，切记不能将电源线和电机线接错。
5. 通电低速运行，观察其运行状态，找出装配不合理的地方进行分析调
整。
6. 连接相关传感器，并使数据采集箱与PC机运行软件对系统进行数据分
析。在进行效率测试和动态负载测试时请不要连接上直线位移传感器，
以免干扰。
7. 根据分析结构与设计目标的差异对系统进行设计，再调整。
8. 对已完成系统进行评估。(包括功能目标、结构优劣、动力学、运动学
特征等)
9. 完成实验报告。
Slide 97
注意事项
1. 装配时应小心，不要碰坏机件。特别是电机尾部的
光栅角位移传感器。
2. 应仔细看懂装配图或熟悉装配方案。
3. 试开机前，一定要确保系统运动无障碍，如有故障，
立即切断电源。
4. 由于有机械操作，长发同学应将头发盘起，并注意
操作安全。
4. 检测系统要求接地。
5. 调速应匀速进行，切忌乱操作。
6. 最大负载转矩不得超过10.4Nm。
7. 电气故障，应首先检查接触问题，大的故障可询问
厂家。
Slide 98
指导书第五部分：实验结果分析不用写在
报告上，因为已经含在第七部分中了。
七、实验报告内容
1、预习作业：
(1) 什么是带传动，带传动的优缺点是什么？
(2) 什么是链传动，链传动的特点是什么？
(3) 磁粉制动器的原理是什么？
(4) 负载转矩及电机转矩的测量原理是什么？
Slide 99
实验结果：(填写表1，此表可自行在实
验报告上绘制)
表1. 机械系统集成及分析实验结果
Slide 100
3 思考题：
(1) 自己所设计的方案是否有运动冲击，
运行状况如何？
(2) 对自己设计的系统的传动效率进行
评价。
(3) 对设计的传动方案的装配结构进行
比较，指出优缺点？
(4) 对数据曲线进行分析(分析波动、冲
击和不稳定的原因)。
Slide 101
实验二 平面机构参数可视化分析实验
平面机构是组成机械传动系统的主要组成部
分，也是我们在《机械原理》课程中学习和了
解的对象，不同的机构有着不同的结构特点和
运动学、动力学特点。为了认识基本机构的构
成及运动特点，我们特别设计了该组合实验台。
该实验台在主要构件上设计了安装传感器的位
置，并配备了监测系统和数据处理软件，学生
可通过运动参数变化曲线，了解不同机构运动
构件的运动规律。
Slide 102
一、实验目的
1 认识典型机构
2 对运动构件进行运动检测分析
（位移、速度、加速度分析）
Slide 103
二、实验原理
机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一个环节，其
中了解常用传动机构，合理设计传动系统是一个认识和创新
的过程。为了实现执行机构工作的需求（运动、动力），我
们必须利用不同机构的组合系统来完成。因此对于常用机构，
如杆机构，齿轮传动机构，间歇运动机构，带、链传动机构
的结构及运动特点应有充分的了解，在此基础上，我们可以
利用它们所在组合成我们需要的传动系统。
执行机构常见的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动，
传动系统方案的设计将以此为目标。
执行机构的运动不仅仅有运动形式的要求，而且有运动学和
动力学的要求。因此我们必须对设计好的传动系统中的重要
运动构件进行运动学和动力学分析（速度、加速度分析），
使执行构件满足运动要求（如工作行程与回程的速度要求，
惯性力要求，工作行程要求等）。任何传动机构系统都有其
特点，适应于不同的工作要求和安装位置，我们应该学会在
设计和拼装中进行系统分析和评估。
Slide 104
三、实验台机械结构
1-安装平台 2-滑块组件（回转付Ⅳ） 3-连杆 4-导杆部件 5-大
齿轮(曲柄)部件 6-光栅角位移传感器 7-导杆铰支部件 8-小齿轮
组合 9-三角胶带O-630 10-直线位移传感器
Slide 105
该实验台主要有安装平台、平面机构组
合和测试部分组成。
安装平台由底板、直流电机、左右垂直
支撑和可上下调节的横梁组成。
测试系统由光栅角位移传感器、直线位
移传感器、测试控制箱及计算机测试分析软
件组成。
主要技术参数：供电电源220V/50HZ;直
流电机功率125W；电机转速可调0—200rpm
光栅角位移传感器：1000删/转；直线位移传
感器L=200mm，精度：0.5%；外形尺寸：
600*400*480；重量85 kg
Slide 106
四、检测分析系统及使用
实验台配备了硬件检测系统及软件分析系统，同时还具有两
种调速方式。硬件系统采用单片机与A/D转换集成相结合进
行数据采集，处理分析及实现与PC机的通信，达到适时显示
运动曲线的目的。该测试系统先进、测试稳定、抗干扰性强。
同时该系统采用光电传感器、位移传感器和加速度传感器作
为信号采集手段，具有较高的检测精度。数据通过传感器与
数据采集分析箱将机构的运动数据通过计算机串口送到PC机
内进行处理，形成运动构件运动参数变化的实测曲线，为机
构运动分析提供手段和检测方法。
平
面
创
意
机
构
直线位移传感器
放大
A/D转换
单
片
机
光栅角位移传感器
采集 分析 打印
计算机
相位辨向
微机接口
计数器
RS232接口
Slide 107
1. 传感器安装
该实验台配备了一个光栅角位移传感器、一个直线位移传感
器，可分别安装在旋转及移动构件上。在每种机构的输入及输
出端均有安装位置。(见每种机构装配图的传感器安装位置)
2. 检测
面板上三个键为调速键，依次为“加速”、“减速”、“停
止”，显示窗口将显示调速等(0～30)。背板上有一个数字量接
口和一个模拟量接口，将光栅传感器接线接在“数字通道”上，
直线位移传感器接线接在“模拟通道”上即可。
3. 运动曲线显示：
被测构件的实时动态运动曲线由计算机相应软件进行显示，
打开检测界面后，点击“采集”按钮即可显示被测构件的运动
曲线。另外，测试界面内也有调速控件，可通过计算机直接调
节电机转速。
本实验台电机转速控制系统有两种方式：
(1)手动控制：通过调节控制箱上的两个调速按钮调节电机转速。
(2)软件控制：在实验软件中根据实验需要来调节。
Slide 108
五、软件说明
1. 软件操作说明如下：
点击可执行文件就会进入主界面。主界面包括8个主菜单:
打开 、运动仿真、原理说明、仅数字信号、仅模拟信号、数
字和模拟信号、关于、退出。点击“退出”可以终止程序的运
行；点击“关于”可以了解有关软件版本的相关信息；点击
“原理说明”可以了解实验原理；点击“打开”可以打开以前
所保存的文件；点击“运动仿真”进入仿真窗体。
Slide 109
仿真窗体
Slide 110
机构的仿真过程
仿真窗体包括两个图片框：上方的是机构简
图框，显示各机构的简单示意图。下方黑色的是
仿真图框，可以对有四杆机构、曲柄滑块、导杆
滑块、导杆摇杆、凸轮、槽轮6种机构进行仿真。
机构简图框右边是机构选项卡，可以对以上6种仿
真机构类型进行选择。
进入该界面后点击界面右边的机构选项卡，
选择其中一种机构，然后确认好选项卡上文本框
中的机构各构件尺寸，看是否与仿真的实际机构
尺寸一样，如果不一样则需将实际构件尺寸输入
到文本框中。最后点击“仿真”按钮，便可以把
仿真机构的位移、速度、加速度曲线在窗体下方
的黑色坐标框中绘制出来。
如果仿真出来的位移、速度、加速度数值较小，
无法显示在当前坐标区内，可以进行坐标调整(一
般情况下无需调整)，
Slide 111
参数检测主要包括：数字和模拟信号的检测。如果想同时检
测二者的信号，选择“数字和模拟信号”，如果只想检测其中
一个参数，选择“仅模拟信号”或“仅数字信号”。选择后单
击进入相应的实测窗体：可以看到有“操作(O)”、“工具(T)”
和“帮助(H)”菜单。
(1)“文件(F)”下有“新建、打开、保存、打印、退出”五个子
菜单，它们分别有“新建一个文件、打开一个已保存文件和退
出此测试界面的功能。
(2)“实验项目(P)”有“数字信号”、“模拟信号”、“数字和
模拟信号”菜单，分别具有单一测试数字信号、模拟信号以及
同时测试数字和模拟信号的功能。
(3)“调速(D)”有“加速”、“减速”、“停机”菜单，分别具
有让电机加速、减速、停止的功能。
(4)“操作(O)”下有“采集”和“停止采集”菜单，分别有采集
信号和停止采集信号的功能。
(5)“工具(T)”下有“选项”子菜单，点击出现选项卡，可以通
过选择“纵坐标缩放”、“角位移”、“直线位移”、“角位
移采样方向”对实测窗体进行相关的设置，还可以选择“帮助”
菜单来获得相关的帮助信息。在菜单栏的下面有工具栏，工具
栏上有很多的快捷图标，只要把鼠标停留在快捷图标上，系统
会自动提示它相应的功能。通过快捷图标同样可以完成菜单栏
Slide 112
六、实验步骤
1. 认识实验台提供的各种传动机构的结构及传动特点。
2. 确定执行构件的运动方式(回转运动、间隙运动等)。
3. 设计或选择所要拼装的机构。
4. 看懂该机构的装配图和零部件结构图。
5. 找出有关零部件，并按装配图进行安装。
6. 机构运动正常后，用手拨动机构，检查机构运动是否正
常。
7. 机构运动正常后，可将传感器安装在被测构件上，并连
接在数据采集箱接线端口上。
8. 打开采集箱电源，按“加速”键，逐步增加电机转速，
观察机构运动。
9. 打开计算机，并进入“检测”界面，观察相应构件的运
动情况，如果有仿真界面内提供的机构，则可按实际机
构的几何参数，对执行构件的运动进行仿真。
10. 实验完毕后，关闭电源，拆下构件。
Slide 113
燕山大学机械学院
Slide 114
刀架的结构
中溜板
大托板
方刀台
刀架转盘
小刀架
Slide 115
实验操作评定占8分
本项分值由学生自评和教师评定两部分组成，其
中学生自评占5分，教师评定3分。具体要求如下：
学生只针对自己小组的操作情况在实验操作后
协定给出自评分数，该实验小组成员对此分数
共享，每组由1～2名代表确认签字；学生应严
肃对待自评环节，不能胡乱评定，要在组与组
之间互相尊重的原则基础上，以客观公正、积
极健康的心态给出自评分数。
教师依据学生操作的情况，给出评定分数，按
A,B,C,D四档给出3.0，2.0，1.0，0.5四个分
数，此分数因人而定，小组人员不共享。
Slide 116
工作进度计划
12-14周
15-16周
17周
齿轮设计及校正，
零件图
说明书，外文资料翻
译
汇报PPT，准备答辩
Mechanical Design Major’s
Comprehensive Experiment
综合实验——CDIO教学模式示范课
指导教师：解明利
燕山大学机械学院
Slide 2
人之为学，不可自小，又不可自大。——
顾炎武
吾生也有涯，而知也无涯。——《庄子》
中国教育之通病是教用脑的人不用手，不
教用手的人用脑，所以一无所能。中国教
育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑
的力量都可以大到不可思议。 ——陶行知
Slide 3
本课下设实验项目
机械系统速度分析及波动调节实验
机械系统集成及分析实验
PCC-Ⅱ型平面机构创意组合
及参数可视化分析实验
JZCS-Ⅲ型机械系统创意组合
及参数可视化分析实验
Slide 4
课程考核方式说明
1.综合实验实验部分——满分100分，权重
70%。
2.机械创新设计部分——满分100分，权重
30%。
课程总成绩=综合实验实验部分×0.7+机械
创新设计部分×0.3
Slide 5
课程考核方式
综合实验部分
转发关于综合实验成绩量化评定工作的通知
根据学校教务处、学院教务科关于做好实验成绩评定
量化相关通知的精神，并依照机械设计专业实验室的自
身特点，在广泛征求学生意见的基础上，对综合实验成
绩评定细则做出如下说明，相关任课教师和学生要严格
按照本法执行。
1.综合实验共分设4个实验项目，每个实验项目25分，
合计100分。
2.凡无故缺席实验课或不提交实验报告者，符合其中
一项，综合实验课程成绩以0分计，需进行重修。
3.每个实验项目25分的考核如下：
Slide 6
出勤占5分
每次实验按时到不迟到，并做好签到表得5分；
迟到5分钟（含5分钟）以内，得4分
迟到5-10分钟（含10分钟）以内，得3分
迟到10分钟以上，本次实验取消，自寻组合顺延，单独
人不再另开设实验，该次项目总分以0分计。
关于请假的说明：除地震、雪灾等不可抗力自然因
素外，实验课程任何人不得无故缺席，对于确实因为个
人重大事件不能出席课程者，需要辅导员开具请假证
明，课程的出勤以及操作评定即本办法中的A,B两项分值
均以0分计。极特殊情况执行学校教务部门意见。
Slide 7
实验操作评定占8分
本项分值由学生自评和教师评定两部分组成，其
中学生自评占4分，教师评定4`分。具体要求如下：
学生只针对自己小组的操作情况在实验操作后
协定给出自评分数，该实验小组成员对此分数
共享，每组由1～2名代表确认签字；学生应严
肃对待自评环节，不能胡乱评定，要在组与组
之间互相尊重的原则基础上，以客观公正、积
极健康的心态给出自评分数。
教师依据学生操作的情况，给出评定分数，按
A,B,C,D四档给出4.0，3.0，2.0，1.0四个分
数，此分数因人而定，小组人员不共享。`
Slide 8
Especially attention!!!!!!!
—
——
—
对
冯人
玉以
祥诚
信
，
人
不
欺
我
；
对
事
以
诚
信
，
事
无
不
成
实验报告评定占12分
本项分值组成说明如下：
报告书写整洁，完成所有要求内容者，得此项分
人
而 值满分2分；不符合规定者，评分时酌情扣减，原则
无
信 上缺少一项即扣0.5分
，
每个项目小组完成一个实验项目后，必须书写相
不
知 应实验报告，并在第二次实验课来时一同携带过来，
其
可 教师会对每份实验报告进行检查，并在报告上签章做
也 出核查标记。对有雷同报告者，抄袭和被抄袭者均按
及格分数计，即＝0.6×12＝7.2，所以要求报告必须
孔
子 独立书写。对有对抄袭者进行举报的同学请务必在
课程进行中及时进行反映，课程结束后不再受理，
而且举报者要有理有据，提出必要的证据作为教务存
档材料。
实验报告分值分布请参看各实验报告中的分值说
明，不再赘述。
Slide 9
填写下表
评定完别忘
签字啊！
Slide 10
机械创新设计部分
课程考核方式
• 创新项目设计需要同学们3人一组合作完成
项目。并于设计后完成《创新项目设计报告》
• 报告的书写格式严格按照《机械设计专业综
合实验大学生创新项目设计报告书》说明的
办法书写。此报告为成绩评定依据。
Slide 11
关于报告书的撰写说明
• 一、文献综述
文献综述是在确定了选题后，在对选题所涉及的研究领
域的文献进行广泛阅读和理解的基础上，对该研究领域的
研究现状（包括主要学术观点、前人研究成果和研究水平、
争论焦点、存在的问题及可能的原因等）、新水平、新动
态、新技术和新发现、发展前景等内容进行综合分析、归
纳整理文献综述
要求同学们既要对所查阅资料的主要观点进行综合整
理、陈述，还要根据自己的理解和认识，对综合整理后的
文献进行比较专门的、全面的、深入的、系统的论述和相
应的评价，找出存在的问题和不足。。
撰写方法 检索和阅读文献是撰写综述的重要前提工作。一
篇综述的质量如何，很大程度上取决于作者对本题相关的
最新文献的掌握程度。如果没有做好文献检索和阅读工作，
就去撰写综述，是决不会写出高水平的综述的。好的文献
综述，不但可以为下一步的学位论文写作奠定一个坚实的
理论基础和提供某种延伸的契机，而且能表明写作者对既
有研究文献的归纳分析和梳理整合的综合能力，从而有助
于提高对学位论文水平的总体评价。
Slide 12
• 二、方案设计
根据文献综述，对比以前的设计方法。指出自
己改进设计或创新设计的优点，提出解决问题的思
路和办法。
• 三、结构设计
绘制结构方案原理图，指出结构图中各部分的
功能和作用，给出必要的部件参数计算。同学们根
据设计情况自行分配计算的详细程度。结构尺寸自
己拟定。
• 四、三维结构设计
同学们利用三维造型软件进行总体结构的设计，
鼓励学有余力的同学在三维造型的基础上进行动态
仿真，这将作为整体综合加分部分。
Slide 13
• 五、参考文献
同学们在设计中要查阅各种资料，说明书最后要附上参考文
献，参考文献具有多方面的作用：1）对他人研究成果的尊重；
2）提供阅读文章的参考资料；3）表明文章中所引资料的可信
度；4）便于他人参阅从事进一步研究。参考文献的书写要符合
国家标准。
• 常用参考文献编写项目和顺序规定如下：
（1）著作图书文献
序号 作者.书名.版次.出版地:出版者,出版年:引用部分起止页
第一版应省略
（2）翻译图书文献
序号 作者.书名.译者.版次.出版地:出版者,出版年:引用部分起
止页
第一版应省略
（3）学术刊物文献
序号 作者.文章名.学术刊物名,年,卷(期):引用部分起止页
Slide 14
（4）学术会议文献
序号 作者.文章名.编者名.会议名称,会议地址,年
份.出版地,出版者,出版年:引用
部分起止页
（5）学位论文类参考文献
序号 研究生姓名.学位论文题目.[学校及学位论
文级别].答辩年份:引用部分起止页（起止页码之
间采用短横线“-”表示）
Slide 15
• Example：
（1）彭国勋,肖正阳.自动机械的凸轮机构设计.北京:机械工
业出版社,1990:10-15
（2）邹慧君,李瑞琴,郭为忠,等.机构学10年来研究成果和发
展展望.机械工程学报, 2003,39(12):22-30
（3）黎凌霄.基于PC机的开放式结构数控系统的研究及开放
-可编程多轴控制器PMAC的工业应用.[华东理工大学硕士
学位论文].2002:20-32
（4）Anton S, Tonci M,Milan J.Influence of adaptive
change of cutting parameters on the effectiveness of
grinding process.Strojarstvo,1997,39(3):105-109
Slide 16
• 六、PPT讲解答辩
•
同学们将来走向工作岗位，可能在公司中一些
场合向业内人士讲解自己的设计理念和产品。所
以现在大家要有意识的培养自己这方面的能力。
作为项目的收尾，每组同学都要准备PPT进行讲
解，向大家阐述自己的设计思路及今后构想，接
受同学们的提问。同时这也是同学们互相学习的
一个重要环节。（注：组内每个同学们的实现方
案不一致或自主拟定题目者要单独制作自己的
PPT）
Slide 17
综合实验课程简介
1. 综合实验的目的
综合实验为CDIO教改模式下的产物。那么什么
是CDIO（conceive-design-implement-operate）
呢?CDIO是由美国麻省理工学院等四所大学通
过几年的研究，探索和实践建立的一种先进的
工程教育模式。教学的主要目的就是让学生以
主动的、实践的方式来学习和获取工程能力。
CDIO有完成的大纲和标准，是最先进的工程教
育模式。而我们综合实验以前没有，本课程正
是在这种教育改革的大背景下产生的。
Slide 18
2. 我们的“教学形式”（更确切的应该称之
为“游戏形式”）
我们在整体上进行了改革，应该说是以往授课形式
的全方位的变化，变成了小班授课形式，上过外教的
office hour coffee house的同学应该有体会，我们整个
的教学过程就是师生平等的、互动的在交流和协作中完
成实践课学习，因此大家应该从一个全新角度来理解我
们的综合实验课，不同于以往任何形式上的实验，也不
同于大学物理实验。
所以大家千万不要紧张啊！
Slide 19
3. 综合实验的要求
实验安全 要求学生在进行实验的时候要戴上
保护手套。一些机械零部件有尖角划伤、零
件的砸伤都是我们应该注意的问题。注意电
机在低速下实验，以免较大的惯性冲击对设
备造成损害（说说实验台的问题质量不够）。
另外也怕飞出零件打伤学生。
大家装配完相应的机械系统后，注意要做到
以下几点工作：（1）每次安装完模型，要用
手拨动传动端试着转一转，看看转动是不是
灵活，机构有没有卡死现象（2）对一些是高
速旋转的部件，比如电机输入端的带轮飞轮
等有没有松动的现象（3）低速实验保证大家
的安全，维护设备正常运转
Slide 20
4. 共同进步
我们机械设计实验室是一个年轻的实验室，
实验室建设上处于初级阶段，也处在改革
阶段。从教材、讲义一直到授课方式上我
们都在尽力不断完善，力求达到尽善尽美。
所以大家有什么好方法好建议尽量拿出来
我们一起来讨论解决。我们这门课的特点
就是通过自己做游戏来达到认识一些基本
机械设计零件的任务，做中学，学中做。
Slide 21
5 遵守燕山大学实验室的规章制度
（1）学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不
得迟到。
（2） 实验前认真阅读实验教材，明确实验目的、
步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验
教师的提问和检查。
（3） 进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不
得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢
杂物。有净化要求的实验室，进入必须换拖鞋。
（4） 做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，
爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指
导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备
及其它物品。
Slide 22
（5） 实验中要细心观察，认真记录各种试验数据，不
得擅自离开操作岗位。
（6）实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，
并保护现场，不得自行处理。
（7） 实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检
查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
（8） 实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处
理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师
评分。
（9） 在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、
工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由
领导根据情况进行处理。
（10）凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器
设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必
须写出书面检查，视情节按相关章程予以赔偿。
Slide 23
第一讲 综合实验基础知识
在这一章里，通过实物的展示和讲解介
绍，让学生了解通用机械零件、部件的基本
结构、功能和机械设计常用结构的基本形式、
典型零部件的失效形式，建立对机械零部件
的感性认识，有助于对《机械设计》、《机
械设计基础》课程的理解和机器的设计。
Slide 24
一、螺纹
(1)螺栓连接 按照联接的形式，分为普通螺栓联接，这种联
接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆留有间隙，故
通孔的加工精度低，结构简单，装拆方便，使用时不受被
联接件材料的限制，因此应用极为广泛。铰制孔螺纹联接
这种联接能精确固定被联接件的相对位置，并能承受较大
的横向载荷，但孔的加工精度要求较高。
(2)螺钉联接 这种联接的特点是：螺钉直接拧入被联接件的
螺纹孔中，不用螺母，在结构上比双头螺柱联接简单、紧
凑。其用途和双头螺柱联接相似，但如经常拆装时，易使
螺纹孔磨损，可能导致被联接件报废，故多用于受力不大
或不需要经常拆装的场合。
(3)紧定螺钉联接 紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的
螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固
定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。
螺钉除作为联接和紧定用外，还可用于调整零件位置，
如机器、仪器的调节螺钉等。
Slide 25
3. 螺纹联接的防松
在冲击、振动或变载荷的作用下，螺纹副间的摩
擦力可能减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，
就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况
下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变
和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐
渐减小，最终将导致联接失效。
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。防松
的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防
松以及铆冲防松等。一般来说，摩擦防松简单、
方便，但没有机械防松可靠，对于重要的联接，
特别是在机器内部的不易检查的联接，应采用机
械防松。
还有一些特殊的防松方法，如在旋合螺纹件涂以
液体粘黏剂或在螺母末端镶嵌尼龙环等。
Slide 26
二、键、花键和销联接
键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间
的周向固定，并将转矩从轴传递到毂或从毂传递
到轴。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向
滑动。键可分为下列四大类：
(1)平键 键的两侧面是工作面，工作时，靠键同
键槽侧面的挤压来传递转矩。其特点为结构简单
装拆方便、对中性较好。这种键联接不能承受轴
向力，因而轴上的零件不能起到轴向固定的作用。
平键按构造可分为：圆头、方头、单圆头。
(2)半圆键 半圆键工作时，靠其侧面来传递转矩。
其优点是：工艺性较好，装配方便，尤其适用于
锥形轴与轮毂的联接。缺点是：轴上键槽较深，
对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载联接中。
Slide 27
2. 花键
花键按其齿形可分为：矩形花键、渐开线花键、三角花键
等。
由于结构型式和制造工艺的不同，与平键相比，花键在强
度、工艺和使用上有如下特点：①因为在轴上与毂孔上直
接而匀称地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀。②
因槽较浅，齿根处应力集中较小，对轴与毂的强度削弱较
少。③齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载
荷。④轴上零件与轴的对中性好(这对高速及精密机器很
重要)。⑤导向性较好(这对动联接很重要)。⑥可用研磨的
方法提高加工精度及联接质量。缺点为：齿根仍有应力集
中，有时需用专门设备加工，成本较高。
3. 销
销主要用来固定零件之间的相对位置，也用于轴与毂的联
接或其它零件的联接，并可传递不大的载荷，还可作为安
全装置中的过载剪断元件，称为安全销。
销可分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销、特殊形状的销
等。
Slide 28
三、带传动
1. 带传动
在带传动中，常用的有平带传动和V带传动。
常用的平带有橡胶布带、缝合棉布带、棉织带和毛织带等数件。
V带有普通V带、窄V带、宽V带、接头V带等近十种。普通V带其结构
主要有两类：①帘布芯结构，主要由伸张层(胶料)、强力层(胶帘布)、
压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。②绳芯结构，主要由伸张层(胶
料)、强力层(胶线绳)、压缩层(胶料)和包布层(胶帆布)组成。
2. 其它带传动
(1)高速带传动 高速带传动主要用于增速以驱动高速机床、粉碎机、
离心机及某些其它机器。高速带传动的增速比为2-4，有时可达8。
(2)同步带传动 同步带传动工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进
行啮合传动。由于强力层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，
故带与带轮间没有相对滑动，从而保持了同步传动。
同步带传动有以下优点：①无滑动，能保持固定的传动比。②初拉力
较小，轴和轴承上所受的载荷小。③带的厚度小，单位长度的质量小，
故允许的线速度较高。④带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。
其主要缺点：安装时中心距的要求较为严格，且价格较高。
Slide 29
四、链传动
链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。
链传动的主要优点：①链传动无弹性滑动和打滑
现象，因而能保持平均传动比为常数。②链条不
需要张紧，所以作用于轴上的径向压力较小。③
在同样使用的条件下，链传动的结构较为紧凑，
同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。
与齿轮传动相比，链传动较易安装，成本低廉。
④在远距离传动(中心距离最大可达十多米)时，
其结构要比齿轮传动轻便得多。
链传动的主要缺点：①在两根平行轴间只能用于
同向回转的传动。②瞬时传动比不为常数。③工
作时有噪声，不宜在载荷变化较大或急速反向的
传动中应用。
按用途不同，链可分为传动链、起重链和牵引链。
传动链又分为套筒滚子链(简称滚子链)和齿形链。
Slide 30
五、齿轮传动
1. 齿轮传动分类
按照齿轮传动轴的相对位置将其分为三类：
(1)传递平行轴间旋转运动的圆柱齿轮传动 这种圆柱齿轮
传动又分为：直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动两种。
直齿圆柱齿轮传动又分为：外啮合齿轮传动、内啮合齿轮
传动和齿轮齿条传动等类型。
(2)传递交错轴间旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分
为交错轴斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆与蜗轮传动和准双曲线
圆锥齿轮传动。
(3)传递相交轴旋转运动的齿轮传动 这种齿轮传动又分为
直齿圆锥齿轮传动、斜齿圆锥齿轮传动和弧齿圆锥齿轮传
动。
2. 齿轮传动的主要失效形式
(1)轮齿折断 轮齿折断可分为：疲劳断齿和过载折断两种。
(2)轮齿工作面的失效 轮齿工作面的失效包括以下几种情
况：①磨损；②点蚀；③胶合；④塑性变形等。
Slide 31
六、蜗杆传动
蜗杆传动是用来传递空间互相垂直而
不相交的两轴间运动和动力的传动机构。
其优点是：蜗杆传动一般具有传动比大而
结构尺寸紧凑的特性。
其缺点是在传动时两齿轮之间存在着
相当大的滑动速度，因而齿面容易磨损，
机械效率低。
Slide 32
七、联轴器和离合器
联轴器和离合器是用来联接轴与轴以传递运动与转矩，有时也可用作安全保
护的装置。
联轴器和离合器的分类
根据工作特性可分为以下四类：
(1)联轴器 用来把两轴联接在一起的一种装置。机器运转时两轴不能分离，
只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。
(2)离合器 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可
用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。
(3)安全联轴器和安全离合器 这两种装置在工作时，如果转矩超过规定值，
联轴器及离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因为过
载而损坏。
(4)特殊功用的联轴器和离合器 这两种机器用于某些特殊要求处，如在一定
的同转方向或达到一定的转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等。
2. 联轴器的主要结构
联轴器根据内部是否包含弹性元件可分为：①刚性联轴器。刚性联轴器又分
为固定式和可移动式两种。可移动式刚性联轴器对两轴间的偏移量具有一定
的补偿能力。②弹性联轴器。弹性联轴器因有弹性元件，故可缓冲减振，亦
可在不同程度上补偿两轴间的偏移。
3. 离合器
离合器的要求：①接合、分离迅速而平稳；②调节和修理方便，外廓尺
寸小，质量小；③耐磨性好和有足够的散热能力；④操纵方便省力。
常用的离合器可分为牙嵌式与摩擦式两类。
Slide 33
八、轴
轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转
运动的传动零件(如齿轮、蜗杆等)，都必须安装
在轴上才能完成运动及动力的传递。
按照轴的轴线形状轴可分为曲轴和直轴两种。
(1)曲轴 曲轴(通过曲柄滑块机构)可以将旋转运动
改变为直线运动，或作相反的运动转换。
(2)直轴 直轴按其所受载荷性质的不同可分为①心
轴。心轴只承受弯矩而不承受扭矩。②转轴。转
轴既承受弯矩又承受扭矩。③传动轴。传动轴主
要承受扭矩的轴。
Slide 34
九、减速器
减速器系指原动机与工作机之间独立的闭式
传动装置，用来降低转速(相应地增大转矩)。
减速器按其传动和结构特点可分为：①齿轮减
速器。齿轮减速器又可分为圆柱齿轮减速器、圆
锥齿轮减速器和圆锥—圆柱齿轮减速器三种。按
齿轮所采用的齿形来说，常用的有渐开线齿形和
圆弧齿形两种。②蜗杆减速器。蜗杆减速器主要
有圆柱蜗杆减速器、圆弧旋转面蜗杆减速器、锥
蜗杆减速器和蜗杆齿轮减速器等。③行星减速器。
行星减速器主要有渐开线行星齿轮减速器、摆线
针齿速器、谐波齿轮减速器等。
Slide 35
我国常用的标准减速器有：①渐开线圆柱齿轮
减速器；②圆弧圆柱齿轮减速器；③圆柱蜗杆减
速器；④圆弧齿圆柱蜗杆减速器；⑤行星齿轮减
速器；⑥摆线针齿减速器等。
(1)齿轮减速器的主要特点
这种减速器的特点是：效率高，工作耐久，
维护简单，因而应用范围很广。①按其减速器齿
轮的对数可分为：单级、双级、多级等。②按其
轴在空间的相互配置可分为：立式、卧式。③按
其运动简图的特点可分为：展开式、同轴式(又称
回归式)、分流式等。
Slide 36
(2)蜗杆减速器的主要特点
蜗杆减速器在外廓尺寸不大的情况下，可
以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，
但效率较低。
蜗杆减速器可分为：单级蜗杆减速器、蜗
杆—齿轮减速器、两级蜗杆减速器等类型。
在多数情况下，都是把蜗杆传动作为高速
级。其传动比一般在50～130的范围内，最
大可达250。
Slide 37
（3）摆线针轮减速器
1-输入轴
图1 摆线针齿减速器结构简图
2-摆线轮 3-转臂 4-输出轴
5-针齿壳
Slide 38
摆线针齿减速器是采用K-H-V少齿差一式传动原
理及摆线针齿啮合的新颖传动机械，广泛应用于
纺织印染、轻工食品、冶金矿山、石油化工、起
重运输及工程机械领域中的驱动和减速装置。摆
线针齿减速器具有减速比大，传动效率高，体积
小，重量轻，故障少，寿命长，运转平稳可靠，
噪音小，拆装方便，容易维修，结构简单，过载
能力强，耐冲击，惯性力矩小等特点。
当输入轴1旋转时，转臂3和输入轴1一起绕中心oo转动。摆线轮2即随转臂一道绕中心o-o公转。摆
线轮空套在转臂o’-o’上，由于固定于针齿壳5上的
针齿对摆线轮的反作用，使摆线轮又绕o’-o’自转，
方向和输入轴的方向相反，通过销轴将自转等速
传递给输出轴。
Slide 39
十、润滑
在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保
护零件，减少锈蚀，如果采用循环润滑时还能起到散热降
温的作用。由于液体的存在，润滑油膜还具有缓冲、吸震
的作用。
根据工作条件的不同，工程中所用的润滑剂有：①液体
(如油、水及液态金属)；②气体(如空气或其它气态工作介
质)；③半固体(如润滑脂)；④固体(如石墨、二硫化钼、
聚四氯乙烯)等。
根据摩擦面间油膜形成的原理，可把流体润滑润滑分为：
①流体动压润滑(利用摩擦面间的相对运动而自动形成承
载油膜的润滑)；②流体静压润滑(从外部将加压的油送入
摩擦面间，强迫形成承载油膜的润滑)
Slide 40
十一、机械零件的失效形式
机械零件常见的失效形式：
1. 整体断裂
零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，
由于某一危险剖面上发生的应力超过零件的强度
极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，
危险剖面上发生的疲劳断裂均属此类。
2. 过大的残余变形
如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极
限，则零件将产生残余变形。
Slide 41
3. 零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲
劳。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学
侵蚀现象。腐蚀的结果使金属表面产生锈蚀，从
而使零件表面遭到破坏。磨损是两个接触表面在
作相对运动的过程中发生物质丧失或转移的现象。
零件表面的疲劳是受到接触变应力长期作用的表
面产生裂纹或微粒剥落的现象。
4. 破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工
作。如液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的
润滑油膜时才能正常地工作；带传动和摩擦轮传
动，只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时
才能正常地工作；高速转动的零件，只有其转速
和转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔时
才能正常地工作等。如果破坏了这些必备的条件，
则将发生不同类型的失效。
Slide 42
第二讲 机械系统速度分
析及波动调节实验
预热实验——你准备好了吗？
Slide 43
连杆机构 (Linkages) 是由若干刚性构件用低副 (转动
副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等)联接组成的机
构。
连杆机构应用十分广泛。
连杆机构的传动特点
Slide 44
连杆机构的分类
● 按构件之间的相对运动关系分
平面连杆机构
(Planar linkage)
空间连杆机构
(Spatial linkage)
Slide 45
Slide 46
一、平面连杆机构的基本结构
由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构，如
平面四杆机构、平面六杆机构等等。
连杆
有关机构构件和运动副的其它名称和概念
铰链四杆机构
连架杆(Side link)—用低
副与机架相联接的构件。
连杆(Coupler )—不与机架
联接的构件。
曲柄
连架杆
摇杆
连架杆
曲柄(Crank)—能相对于机
架作整周转动的连架杆。
摇杆(Rocker)—不能相对于机架作整周转动的连架杆。
Slide 47
根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，
铰链四杆机构有三种基本形式
A在铰链四杆机构中，两连架杆中一个为曲柄而
另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。
当曲柄为原动件，摇杆为从动件时，可将曲柄的
连续转动，转变为摇杆的往复摆动 。
Slide 48
Slide 49
B双曲柄机构 在铰链四杆机构中，两连架扦均
为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。它可
将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速
或变速转动。
Slide 50
Slide 51
C双摇杆机构 两连架杆都是摇杆的四杆机构称
为双摇杆机构。
Slide 52
平面四杆机构的演化形式
铰链四杆机构中，当摇杆CD长度趋于无穷大时，
点C圆弧轨迹变成直线，此时，该铰链四杆机构
演化成含有滑块的机构，如图所示。
Slide 53
A滑块机构 如图所示，当构件1能整周回转成
为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该
机构称为摆杆滑块机构：
Slide 54
B 导杆机构 在图1—11a所示的对心曲柄滑块机
构中，若改取构件1为机架，该机构则成为导杆
机构，构件1、2的杆长分别为ll和l2当l1＜l2时，
该机构称为转动导杆机构，当l1>l2时，该机构
称为摆动导杆机构，分别如图1—ll b、c所示，
图1—12中的基础机构ABC即为牛头刨床中的摆
动导杆机构。
Slide 55
Slide 56
Slide 57
C曲柄摇块与曲柄转块机构 在图1—11A所示曲
柄滑块机构中，若改取构件2为机架，当L1＜L2
时，该机构则演化成曲柄摇块机构，如图1—13a
所示，当L1＞L2时，该机构为曲柄转块机构，
如图1—13b所示；其区别在于构件3能否整周回
转。
Slide 58
在《机械原理》的课程中，我们对构件的
研究有一个前提，就是一般假设原动件做
等速转动，而且运行规律是已知的。然而
实际上机构原动件的运动规律是由其各构
件的质量、转动惯量和作用于其上的驱动
力与阻抗力等因素决定的。因而在实际情
况下，原动件的速度和加速度是随时间变
化的。因此，为了对机构进行精确的运动
分析和力分析，这就需要首先确定机构原
动件的真实运动规律。这对于机构设计，
特别是高速、重载、高精度和高自动化程
度的机械是十分重要的
Slide 59
（一）机械运转的三个阶段
当机械运动时，从机械开始运动到停止运动所经
过的时间间隔称为机械运动的全时期。由于机械
所有运动构件的运动规律都是由原动件的运动规
律所决定的，因此上述的全时期也就是机械原动
件运动的全时期。如图所示为机械主轴的角速度
ω随时间变化的曲线。
Slide 60
（1）起动阶段 主动件的角速度ω出零上升到
正常运转的角速度ωm机械的动能增加，驱动
力所做的功大于阻抗功。
（2）稳定运动阶段 原动件ωm保持稳定，即
为一常数，原动件ω作周期性的波动。一个周
期的始末ω是相等的，因此机械具有的动能也
是相等的（等速稳定运转阶段）
（3）停车阶段 机械主动件的角速度从ωm下
降到零，机械所具有的动能减少，驱动力所做
的功小于阻抗功。停车阶段一般不加驱动力，
有时为缩短停车时间，用制动装置增加阻力。
Slide 61
在工程实际中平均角速度ωm常用其算术平均值来
表示，即
Slide 62
机械运转速度不均匀系数δ来表示机械速度波
动的程度，定义为角速度的波动幅度与平均
速度之比，即
所谓机器运转周期性速度波动的调节，其目的就在于
减小速度波动，使其达到机器工作所允许的程度，或
者说，减小机器运转速度的不均运系数使其不超过许
用值。周期性速度波动的调节方法，是在机器中安装
一个具有很大转动惯量的构件即所谓飞轮。
其调速原理如下：
Slide 63
在一个周期中最大动能Emax与最小动能之差
称为最大盈亏功。以[W]来表示，即
Slide 64
Slide 65
调速的一个现实意义——例子
在汽车车轮的轮毂边缘上，有的有一块或多块大小不等的小铅
块。与各式各样漂亮的轮毂相比，这些个小铅块好像有些不太
相衬。但正是这一个个小小的铅块，对汽车高速行驶的稳定性
起着非常重要的作用。 汽车的车轮是由轮胎、轮毂组成的一个
整体。但由于制造上的原因，使这个整体各部分的质量分布不
可能非常均匀。当汽车车轮高速旋转起来后，就会形成动不平
衡状态，造成车辆在行驶中车轮抖动、方向盘震动的现象。为
了避免这种现象或是消除已经发生的这种现象，就要使车轮在
动态情况下通过增加配重的方法，使车轮校正各边缘部分的平
衡。这个校正的过程就是人们常说的动平衡。 轮胎应当定期做
动平衡检查,用动平衡检测仪检查。轮胎平衡分为动态平衡和静
态平衡两种。动态不平衡会使车轮摇摆，令轮胎产生波浪型磨
损；静态不平衡会产生颠簸和跳动现象，往往使轮胎产生平斑
现象。因此，定期检测平衡不但能延长轮胎寿命，还能提高汽
车行驶时的稳定性，避免在高速行驶时因轮胎摆动、跳动，失
去控制而造成的交通事故。
Slide 66
实验一 曲柄滑块机构的设计及功
能解析
一、实验目的
1.利用计算机对实际平面机构进行动态参数采集
和处理，做出实测的机构动态运动和动力参
数曲线，并与相应的仿真曲线进行对照，从
而实现理论与实际的紧密结合；
2. 通过机械系统动力学调速实验，观察机械的
周期性波动现象，并掌握利用飞轮进行速度
波动调节的原理和方法；
Slide 67
二、实验设备与仪器
实验台结构如图1，2所示：
实验台主要由传动部分(电
动机11、小带轮10、V型胶
带3、大带轮13)、曲柄导杆
滑块机构(曲柄14、滑块4、
导杆5、连杆6、滑块7、滑
杆8)，负载模拟装置9和测
试控制部分(直线位移传感
器1、角位移传感器12、AD
采集卡和计算机)组成。
主要技术参数
1. 供电电源：220V/50HZ；
2. 直流电机功率：125W；转速可调：
0～280转/分
3. 曲柄长度40mm；
4. 导杆长度200 mm，导杆最大摆角39度；
5. 连杆长度200可调；
6. 滑块最大行程133mm，滑块偏距
60mm可调；
7. 外型尺寸：600×400×480。
Slide 68
三、实验内容与要求
1. 设计组装曲柄滑块机构，给出曲柄的极为夹角
和行程速比系数。
2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿
真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿真，
并作出曲柄运动仿真和实测曲线。
3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试仿
真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿真，
并作出滑块运动仿真和实测曲线。
4. 速度波动调节分析：分别不装飞轮、在曲柄轴
上装大飞轮或小飞轮，观察并比较它们的系统
运转的不均匀性。
5. 每2-3人一组，每人完成一份实验报告。
Slide 69
60度
2. 急回运动特性
曲柄摇杆机构
极限位置1
连杆与曲柄拉伸共线
极限位置2
B2
连杆与曲柄重叠共线
180º
B
A
C C
1
C2
B1
D
180º
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在
对应位置所夹的锐角。
工作行程(慢行程)
曲柄转过180º ，摇杆摆角 ，
耗时t1，平均角速度m1 t1
返回行程(快行程)
曲柄转过180º ，摇杆摆角 ，
耗时t2，平均角速度m2 t2
Slide 70
常用行程速度变化系数(Advance-to return-time ratio)K
来衡量急回运动的相对程度。
C1
C2
B2
K
m 2
m1
180º+
A
B1
D
180º-
180
/ t1
/ t2
180 180
180
设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。
K 1
K 1
180
Slide 71
Slide 72
Slide 73
Slide 74
三、实验内容与要求
1. 给出曲柄的极为夹角和行程速比系数。
2. 曲柄运动仿真及实测分析：通过计算机测试
仿真软件对曲柄的真实运动规律进行实测和仿
真，并作出曲柄运动仿真和实测曲线。
3. 滑块运动仿真及实测分析：通过计算机测试
仿真软件对滑块的真实运动规律进行实测和仿
真，并作出滑块运动仿真和实测曲线。
4. 速度波动调节分析：分别在曲柄轴上装大飞
轮或小飞轮，观察并比较它们的系统运转的不
均匀性。
5. 每2-3人一组，每人完成一份实验报告。
Slide 75
Back to front
Slide 76
Slide 77
第三讲 机械系统集成及
分析实验
有了热身，开始行走吧——行走训练
马上开始………..
Slide 78
本项目主要锻炼同学们进行简单传动系
统设计、安装的能力。
所谓传动系统，就是将动力机的力和运
动传递给执行机构或执行构件的中间装置
称作传动系统，每个执行构件与动力机之
间存在着一个传动联系，有时执行机构与
执行机构之间也有传动联系，组成传动联
系的一系列传动件称作传动链。所有传动
链以及它们之间的相互联系组成了传动系
统。
Slide 79
一、传动系统综述
1. 传动系统的作用
传动系统是把动力机
的力和运动传递给执行系统的中间装置。
如果动力机的性能和指标符合执行系统的
要求，传动系统当然可以省略，将动力机
与执行机构直接联接。
2. 传动系统的分类
固定传动比系统；可
调传动比系统
Slide 80
二 传动系统的组成
尽管传动系统的种类繁多，用途也各不相
同，但它们常包括下列几个组成部分：变
速装置、启停和换向装置、制动装置、安
全保护装置等。
（1）变速装置 变速装置的作用是改变动力
机的输出转速和转矩以适合执行机构的需
要。
常用的变速装置有以下几种
Slide 81
1.变换齿轮变速机构
变速时需要更换齿轮
2.滑移齿轮变速机构
传动系统中某一轴上装一双联或三联可滑
移的齿轮，通过改变滑移齿轮的啮合位置，
即可获得不同的各级转速。
3.离合器变速机构
离合器变速机构有牙嵌式、齿轮式、摩擦
片式离合器。
Slide 82
2. 启停和换向装置
3. 制动装置 运动着的构件具有惯性，需
要停止时不能马上停止，而是逐渐减速后
才能停止。停车前的转速愈高，惯性愈大，
摩擦阻力愈小，停车的时间愈长。为了节
省辅助时间，对于起停频繁或惯性大、运
动件速度高的传动系统，应安装制动装置。
应当注意，必须先制动停车后再换向。制
动装置还可用于设备一旦发生事故时的紧
急停车或使某个运动件可靠地停在所需位
置上。
Slide 83
4. 安全保护装置
机械设备在工作中若载荷变化频繁且变
化幅度较大，可能过载而本身又无保护作
用时那是非常危险的。因此应在传动链中
设置保护装置，以避免损坏传动系统。系
统中如有摩擦副时，则具有过载保护作用。
也可在传动链中安装安全离合器、安全销
等过载保护装置。当所传递的转矩超过规
定值时，靠保护装置中的联接件的折断、
分离或打滑来停止或限制转矩的传递。
Slide 84
机械系统集成及分析实验
一、实验目的
1. 了解并认识机械系统的组成和功能；
2. 设计、拼装机械传动系统；
3. 对机械系统进行检测和分析；
4. 了解检测及控制原理、计算机软件数
据分析原理。
Slide 85
该实验台机械平台如图所示，机械平台主要由底座(安装平台)、
驱动模块、模拟负载、离合器部件、变载荷以及减速器、联轴
器、带、链、三角带轮、链轮库、基本机构(杆机构、槽轮机构)
等组成。可根据需要按一定的形式组合成不同的机械传动系统。
具体安装及装配可见下面给大家提供的四种组合方案。
Slide 86
Slide 87
Slide 88
实验台部件简介
1-测力传感器 2-电机固定板 3-左支撑座 4-连接轴 5-轴承 6-固定法兰 7-直
流电机 8-测力压头 9-右支撑座 10-接头 11-传感器座 12-光栅角位移传感器
Slide 89
驱动模块主要由固定在电机固定板(2)的测力传感器(1)、
左支撑座(3)、右支撑座(9)，直流电机(7)通过固定其上
的固定法兰(6)经过轴承(5)分别与左支撑座(3)、右支撑
座(9)连接，直流电机(7)壳体可绕其轴线摆动，连接轴
(4)、接头(10)通过键分别与直流电机(7)的左右轴伸联
接, 连接轴(4)可根据安装要求装配联轴器、链轮、带轮
等，光栅角位移传感器(12)固定在传感器座(11)上并与
接头(10)联接。
其功能为当直流电机(7)得电后带动固定其左右轴伸上
的连接轴(4)、接头(10)旋转，通过光栅角位移传感器
(12)可检测出电机的实时转速。通过联接在电机外壳的
测力压头(8)作用于测力传感器(1),通过测力传感器(1)可
检测出电驱的反作用力,该值与力臂的乘积即为反力矩，
根据平衡原理可得出电机的实时转矩。电机的转向应
为测力压头(8)紧压测力传感器(1)为准。
Slide 90
模拟负载的组成
模拟负载由磁粉制动器组成。磁粉离合器是由
传动单元(输入轴)和从动单元(输出轴)合并而成。
在两组单元之间的空间，填有粒状的磁粉（休
积大约40微米）。当磁性线圈不导电时，转矩
不会从传动轴传于从动轴，但如将线圈电磁通
电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现
象，在连继滑动之间会把转矩传达。
由于磁粉离合器、制动器具有以上特点，现已
被广泛应用于造纸、印刷、 塑料、橡胶、纺织、
印染、电线电缆、冶金以及其他有关卷取加工
行业中的放卷和收卷张力控制。另外磁粉离合
器还可用于缓冲起动、过载保护、调速等。磁
粉制动器还经常被用于传动机械的测功加载和
制动等。
Slide 91
加模拟负载照片
Slide 92
5. 联轴器的类型及结构
本实验台采用了弹性柱销联轴器、挠
性爪型联轴器、滚子链联轴器、单叉铰链
联轴器、双叉铰链联轴器等四类五种联轴
器。
弹性柱销联轴器的结构
挠性爪型联轴器的结构
SHOW
滚子链联轴器的结构
单叉铰链联轴器的结构
双叉铰链联轴器的结构
Slide 93
实验台测控系统
测控系统为一检测信号和动力控制集成的控制
采集盒，其面板及背板图如图2所示
输入转矩
输入转速
输出转矩
加速
减速
输出转速
停止
电源输出
串口通信
开关
1
2
模拟
3
1
2
数字
3
AC220V
输入
Slide 94
检测系统原理
本检测系统利用51系列单片机作为中央处理器，系统
中含有通道选择、放大、滤波、A/D转换、辨向细分、
PWM调速等电路，能检测机械系统中力、直线位移、
角位移等机械信号，并能利用按键和计算机控制命令
控制单片机输出脉冲宽度，进而对电机转速进行控制
和调节，其原理框图如图所示。
测力传感器
通道选择-放
大-滤波
直线位移传感器
A/D转换
51数据
处理
角位移传感器
辨向细分
手动调速
电
机
计数
数码管显示
软件调速
PC数据采集
RS232
Slide 95
软件平台
软件平台是数据处理、分析以及教学演
示的平台，本软件以VB为开发平台，以
串口通讯为原始数据来源。利用此平台
可进行数据分析处理，实时曲线显示、
采集，发送控制命令等。
Slide 96
四、实验步骤
1. 根据需要和功能涉及机械传动系统。
如：a. 静态负载方案
b. 动态负载方案
c. 指定传动比方案
2. 根据设计或选择方案选择传动零部件，并进行装配，可参考产品的装
配图。
3. 对装配的机械系统进行调整，并用手拨动电机进行试运行，以确保系
统的能正常工作。
4. 将控制采集盒连上电源和电机线，切记不能将电源线和电机线接错。
5. 通电低速运行，观察其运行状态，找出装配不合理的地方进行分析调
整。
6. 连接相关传感器，并使数据采集箱与PC机运行软件对系统进行数据分
析。在进行效率测试和动态负载测试时请不要连接上直线位移传感器，
以免干扰。
7. 根据分析结构与设计目标的差异对系统进行设计，再调整。
8. 对已完成系统进行评估。(包括功能目标、结构优劣、动力学、运动学
特征等)
9. 完成实验报告。
Slide 97
注意事项
1. 装配时应小心，不要碰坏机件。特别是电机尾部的
光栅角位移传感器。
2. 应仔细看懂装配图或熟悉装配方案。
3. 试开机前，一定要确保系统运动无障碍，如有故障，
立即切断电源。
4. 由于有机械操作，长发同学应将头发盘起，并注意
操作安全。
4. 检测系统要求接地。
5. 调速应匀速进行，切忌乱操作。
6. 最大负载转矩不得超过10.4Nm。
7. 电气故障，应首先检查接触问题，大的故障可询问
厂家。
Slide 98
指导书第五部分：实验结果分析不用写在
报告上，因为已经含在第七部分中了。
七、实验报告内容
1、预习作业：
(1) 什么是带传动，带传动的优缺点是什么？
(2) 什么是链传动，链传动的特点是什么？
(3) 磁粉制动器的原理是什么？
(4) 负载转矩及电机转矩的测量原理是什么？
Slide 99
实验结果：(填写表1，此表可自行在实
验报告上绘制)
表1. 机械系统集成及分析实验结果
Slide 100
3 思考题：
(1) 自己所设计的方案是否有运动冲击，
运行状况如何？
(2) 对自己设计的系统的传动效率进行
评价。
(3) 对设计的传动方案的装配结构进行
比较，指出优缺点？
(4) 对数据曲线进行分析(分析波动、冲
击和不稳定的原因)。
Slide 101
实验二 平面机构参数可视化分析实验
平面机构是组成机械传动系统的主要组成部
分，也是我们在《机械原理》课程中学习和了
解的对象，不同的机构有着不同的结构特点和
运动学、动力学特点。为了认识基本机构的构
成及运动特点，我们特别设计了该组合实验台。
该实验台在主要构件上设计了安装传感器的位
置，并配备了监测系统和数据处理软件，学生
可通过运动参数变化曲线，了解不同机构运动
构件的运动规律。
Slide 102
一、实验目的
1 认识典型机构
2 对运动构件进行运动检测分析
（位移、速度、加速度分析）
Slide 103
二、实验原理
机械传动系统的设计是机械设计中极其重要的一个环节，其
中了解常用传动机构，合理设计传动系统是一个认识和创新
的过程。为了实现执行机构工作的需求（运动、动力），我
们必须利用不同机构的组合系统来完成。因此对于常用机构，
如杆机构，齿轮传动机构，间歇运动机构，带、链传动机构
的结构及运动特点应有充分的了解，在此基础上，我们可以
利用它们所在组合成我们需要的传动系统。
执行机构常见的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动，
传动系统方案的设计将以此为目标。
执行机构的运动不仅仅有运动形式的要求，而且有运动学和
动力学的要求。因此我们必须对设计好的传动系统中的重要
运动构件进行运动学和动力学分析（速度、加速度分析），
使执行构件满足运动要求（如工作行程与回程的速度要求，
惯性力要求，工作行程要求等）。任何传动机构系统都有其
特点，适应于不同的工作要求和安装位置，我们应该学会在
设计和拼装中进行系统分析和评估。
Slide 104
三、实验台机械结构
1-安装平台 2-滑块组件（回转付Ⅳ） 3-连杆 4-导杆部件 5-大
齿轮(曲柄)部件 6-光栅角位移传感器 7-导杆铰支部件 8-小齿轮
组合 9-三角胶带O-630 10-直线位移传感器
Slide 105
该实验台主要有安装平台、平面机构组
合和测试部分组成。
安装平台由底板、直流电机、左右垂直
支撑和可上下调节的横梁组成。
测试系统由光栅角位移传感器、直线位
移传感器、测试控制箱及计算机测试分析软
件组成。
主要技术参数：供电电源220V/50HZ;直
流电机功率125W；电机转速可调0—200rpm
光栅角位移传感器：1000删/转；直线位移传
感器L=200mm，精度：0.5%；外形尺寸：
600*400*480；重量85 kg
Slide 106
四、检测分析系统及使用
实验台配备了硬件检测系统及软件分析系统，同时还具有两
种调速方式。硬件系统采用单片机与A/D转换集成相结合进
行数据采集，处理分析及实现与PC机的通信，达到适时显示
运动曲线的目的。该测试系统先进、测试稳定、抗干扰性强。
同时该系统采用光电传感器、位移传感器和加速度传感器作
为信号采集手段，具有较高的检测精度。数据通过传感器与
数据采集分析箱将机构的运动数据通过计算机串口送到PC机
内进行处理，形成运动构件运动参数变化的实测曲线，为机
构运动分析提供手段和检测方法。
平
面
创
意
机
构
直线位移传感器
放大
A/D转换
单
片
机
光栅角位移传感器
采集 分析 打印
计算机
相位辨向
微机接口
计数器
RS232接口
Slide 107
1. 传感器安装
该实验台配备了一个光栅角位移传感器、一个直线位移传感
器，可分别安装在旋转及移动构件上。在每种机构的输入及输
出端均有安装位置。(见每种机构装配图的传感器安装位置)
2. 检测
面板上三个键为调速键，依次为“加速”、“减速”、“停
止”，显示窗口将显示调速等(0～30)。背板上有一个数字量接
口和一个模拟量接口，将光栅传感器接线接在“数字通道”上，
直线位移传感器接线接在“模拟通道”上即可。
3. 运动曲线显示：
被测构件的实时动态运动曲线由计算机相应软件进行显示，
打开检测界面后，点击“采集”按钮即可显示被测构件的运动
曲线。另外，测试界面内也有调速控件，可通过计算机直接调
节电机转速。
本实验台电机转速控制系统有两种方式：
(1)手动控制：通过调节控制箱上的两个调速按钮调节电机转速。
(2)软件控制：在实验软件中根据实验需要来调节。
Slide 108
五、软件说明
1. 软件操作说明如下：
点击可执行文件就会进入主界面。主界面包括8个主菜单:
打开 、运动仿真、原理说明、仅数字信号、仅模拟信号、数
字和模拟信号、关于、退出。点击“退出”可以终止程序的运
行；点击“关于”可以了解有关软件版本的相关信息；点击
“原理说明”可以了解实验原理；点击“打开”可以打开以前
所保存的文件；点击“运动仿真”进入仿真窗体。
Slide 109
仿真窗体
Slide 110
机构的仿真过程
仿真窗体包括两个图片框：上方的是机构简
图框，显示各机构的简单示意图。下方黑色的是
仿真图框，可以对有四杆机构、曲柄滑块、导杆
滑块、导杆摇杆、凸轮、槽轮6种机构进行仿真。
机构简图框右边是机构选项卡，可以对以上6种仿
真机构类型进行选择。
进入该界面后点击界面右边的机构选项卡，
选择其中一种机构，然后确认好选项卡上文本框
中的机构各构件尺寸，看是否与仿真的实际机构
尺寸一样，如果不一样则需将实际构件尺寸输入
到文本框中。最后点击“仿真”按钮，便可以把
仿真机构的位移、速度、加速度曲线在窗体下方
的黑色坐标框中绘制出来。
如果仿真出来的位移、速度、加速度数值较小，
无法显示在当前坐标区内，可以进行坐标调整(一
般情况下无需调整)，
Slide 111
参数检测主要包括：数字和模拟信号的检测。如果想同时检
测二者的信号，选择“数字和模拟信号”，如果只想检测其中
一个参数，选择“仅模拟信号”或“仅数字信号”。选择后单
击进入相应的实测窗体：可以看到有“操作(O)”、“工具(T)”
和“帮助(H)”菜单。
(1)“文件(F)”下有“新建、打开、保存、打印、退出”五个子
菜单，它们分别有“新建一个文件、打开一个已保存文件和退
出此测试界面的功能。
(2)“实验项目(P)”有“数字信号”、“模拟信号”、“数字和
模拟信号”菜单，分别具有单一测试数字信号、模拟信号以及
同时测试数字和模拟信号的功能。
(3)“调速(D)”有“加速”、“减速”、“停机”菜单，分别具
有让电机加速、减速、停止的功能。
(4)“操作(O)”下有“采集”和“停止采集”菜单，分别有采集
信号和停止采集信号的功能。
(5)“工具(T)”下有“选项”子菜单，点击出现选项卡，可以通
过选择“纵坐标缩放”、“角位移”、“直线位移”、“角位
移采样方向”对实测窗体进行相关的设置，还可以选择“帮助”
菜单来获得相关的帮助信息。在菜单栏的下面有工具栏，工具
栏上有很多的快捷图标，只要把鼠标停留在快捷图标上，系统
会自动提示它相应的功能。通过快捷图标同样可以完成菜单栏
Slide 112
六、实验步骤
1. 认识实验台提供的各种传动机构的结构及传动特点。
2. 确定执行构件的运动方式(回转运动、间隙运动等)。
3. 设计或选择所要拼装的机构。
4. 看懂该机构的装配图和零部件结构图。
5. 找出有关零部件，并按装配图进行安装。
6. 机构运动正常后，用手拨动机构，检查机构运动是否正
常。
7. 机构运动正常后，可将传感器安装在被测构件上，并连
接在数据采集箱接线端口上。
8. 打开采集箱电源，按“加速”键，逐步增加电机转速，
观察机构运动。
9. 打开计算机，并进入“检测”界面，观察相应构件的运
动情况，如果有仿真界面内提供的机构，则可按实际机
构的几何参数，对执行构件的运动进行仿真。
10. 实验完毕后，关闭电源，拆下构件。
Slide 113
燕山大学机械学院
Slide 114
刀架的结构
中溜板
大托板
方刀台
刀架转盘
小刀架
Slide 115
实验操作评定占8分
本项分值由学生自评和教师评定两部分组成，其
中学生自评占5分，教师评定3分。具体要求如下：
学生只针对自己小组的操作情况在实验操作后
协定给出自评分数，该实验小组成员对此分数
共享，每组由1～2名代表确认签字；学生应严
肃对待自评环节，不能胡乱评定，要在组与组
之间互相尊重的原则基础上，以客观公正、积
极健康的心态给出自评分数。
教师依据学生操作的情况，给出评定分数，按
A,B,C,D四档给出3.0，2.0，1.0，0.5四个分
数，此分数因人而定，小组人员不共享。
Slide 116
工作进度计划
12-14周
15-16周
17周
齿轮设计及校正，
零件图
说明书，外文资料翻
译
汇报PPT，准备答辩