09机械零件设计实验指导书1184.docx

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09机械零件设计实验指导书1184

机械零件设计

实验指导书

汕头大学机械电子工程系编

前言

本实验教程指导书是根据《机械零件设计》教学大纲要求，结合本系的实际情况编写的。

机械零件设计实验是理论学习基础上的一个极其重要的实践环节。

通过实验可以使学生加深对《机械零件设计》课程的基本概念理论的理解，从而提高学生分析和解决问题的能力。

机械设计课程实验项目设计包括演示性、验证性、设计性以及创新性四类实验，项目的设置符合学生的认识规律和实际水平，实现了以学生自我训练为主的教学模式。

学生通过实验教学掌握基本的实验操作方法，能够正确地使用仪器设备、正确地取得实验数据。

培养了学生正确记录、处理和表达实验结果的能力；在不同类型实验中，学生均可通过选择实验方法、选择实验条件和仪器达到设计实验的目的；并通过查阅手册、工具书及其它信息源获得相关信息以达到解决工程实际问题的目的。

由于编写水平有限，书中难免有误漏、不妥之处，恳请广大读者批评指正。

目录

实验一机械零件认识实验1

1.1实验目的1

1.2设备和工具1

1.3实验原理及内容1

1.4思考题3

实验二机械传动组合测试实验4

2.1实验目的4

2.2设备和工具4

2.3实验原理4

2.4实验内容及要求6

2.5实验步骤7

2.6思考题8

实验三轴系设计分析实验9

3.1实验目的9

3.2设备和工具9

3.3实验原理9

3.4实验内容及要求10

3.5实验步骤11

3.6思考题12

实验四机械构件组合实验13

4.1实验目的13

4.2设备和工具13

4.3实验原理13

4.4实验内容及要求16

4.5实验步骤16

4.6思考题17

实验一机械零件认识实验

机械零件设计课程是机械工程的一门重要的专业基础课，内容广泛，理论性强，学习难度较大。

机械零件认知实验是帮助学生理解和掌握该课程理论知识的重要基础环节，在整个教学过程中具有十分重要的地位。

通过这次实验，使学生认识基本的机械零件，加深理解机械设计基础理论知识，为今后学生在生产实际中设计、生产和维护机械设备，打下良好的基础。

1.1实验目的

（1）提高对机器零件的感性认识，熟悉各种基本机械零件的结构、作用及原理。

（2）初步掌握基本机械零件及相关组合构件的应用方法及注意事项，巩固机械零件设计等基本知识。

1.2设备和工具

（1）机械零件陈列柜

（2）基本模型教具

1.3实验原理及内容

机械零件示教陈列柜如下：

序号与名称

第一柜

螺纹联接的基本内容

第二柜

螺纹联接

第三柜

常用标准件与键联接

第四柜

花键和销联接

第五柜

铆、焊、粘和过盈联接

第六柜

带传动的主要类型

第七柜

带传动张紧装置

第八柜

链传动

第九柜

齿轮传动

第十柜

蜗杆传动

第十一柜

滑动轴承

第十二柜

滚动轴承

第十三柜

滚动轴承组合设计

第十四柜

联轴器

第十五柜

离合器

第十六柜

轴的类型与应用

第十七柜

轴上零件的固定方法

第十八柜

弹簧

第十九柜

机座零件分类

第二十柜

润滑与密封

1.4思考题

（1）螺纹联接类别及应用场合

（2）列举键、花键和销的联接方式及应用的优缺点。

（3）列举V型带、同步带、链、齿轮的应用优缺点。

（4）联轴器与离合器的区别。

（5）滑动轴承与滚动轴承的优缺点及应用场合。

（6）列举各种类型的滚动轴承的应用特点。

实验二机械传动组合测试实验

机械系统创意组合及参数可视化分析实验台是机械设计创意及综合设计实验设备，可进行有关“带传动”、“链传动”、“齿轮传动”、“蜗杆传动”及将以上各传动机构任意搭接的“综合机械传动”等实验方案设计，并且通过计算机进行控制，实现预期的运动和数据处理，能够加深学生对典型机械传动性能的认识和理解，达到开发学生创造性的目的。

2.1实验目的

（1）认识机械设计综合实验台的工作原理，掌握计算机辅助实验的新方法；

（2）掌握典型机械传动装置的组装设计方法；

（3）掌握机械传动参数测试方法，锻炼机械传动过程参数分析能力。

2.2设备和工具

（1）JZCS-III（B）机械系统创意组合及参数可视化分析实验台；

（2）工具：

组装、拆卸工具：

十字起子、活动板手、内六角板手等。

2.3实验原理

1实验台结构

图1实验台结构

1-交流变频电机2-转矩转速传感器3-磁粉制动器4-滑块联轴器

5-转矩转速传感器6-从动链轮7-齿轮减速箱8-链条9-主动链轮

图1所示实验台结构为齿轮-链传动的多级传动组合，实验台主要由驱动部分（交流变频电机1）、传动部分（齿轮减速箱7、主动链轮9、链条8、从动链轮6）、加载部分（磁粉制动器3）和测试部分（转矩转速传感器2、5）组成。

2、测试控制系统组成

图2测试控制系统图

实验利用实验台的自动控制测试技术，能自动测试出机械传动的性能参数,如转速n（r/min）、扭矩M（N.m）、功率P（k.w）。

并按照以下关系绘制参数曲线：

传功比i=n1/n2

扭矩M=9550P/n（Nm）

传功效率η=P2/P1=M2n2/M1n1

根据参数曲线可以对被测机械传动装置或传动系统的传动性能进行分析。

3、主要技术参数

1）．动力部分

交流变频电机YP-50-055-4：

额定功率0.55KW，电压380/220V，额定频率50Hz，电流1.8/3.1A，同步转速1500r/min,额定转矩3.8N·m；变频控制器调速范围：

0-1500r/min，调速精度：

0.1％。

2）．加载部分

CZ5磁粉制动器功率3.5KW，加载范围0-50N·m。

3）．传动部分

a.圆柱齿轮减速器：

减速比1:

10，

摆线针轮减速器：

减速比1:

11，

涡轮减速器：

减速比1:

10；

b.同步带传动：

带轮齿数Z1=34，Z2=51，节距L=9.42，

聚胺脂同步带3×121×20、3×87×20mm；

三角带传动：

带轮基准直径D1=80，D2=120，

三角带A-1000mm、A-700；

平皮带传动：

小带轮直径D1=80mm，D2=120mm，L=985（复合材料）。

c.链传动：

链轮Z1=20，Z2=25，

滚子链08B-1×76，08B-1×56

d．螺纹传动：

公称直径d=32mm，

螺距t=4mm，线数n=1，

三种螺纹：

矩形、梯形、锯齿形。

4）．测试部分

NJ0转矩转速传感器两个，额定转矩20/50N·m，转速范围0–6000r/min，精度均为0.1％；

2.4实验内容及要求

典型一级传动内容

典型二级传动方案内容

带传动

同步带传动

链传动

圆柱齿轮传动

摆线针轮传动

蜗轮传动

螺纹传动

带/链/同步带-圆柱齿轮/摆线针轮传动

圆柱齿轮/摆线针轮-带/链/同步带传动

带-链传动

摆线针轮传动-圆柱齿轮传动

以上几种传动组合，均采用模块化组合结构，每个模块（驱动模块——交流变频电机1和转矩转速传感器2的组合、一个或多个传动模块、加载模块——磁粉制动器3和转矩转速传感器5的组合）之间采用滑块联轴器、挠性爪形联轴器或链轮联轴器进行快速连接，具体安装布局图见附件2，学生还可根据自己的拼装方案进行组装。

选择几种实验方案进行实验组装，测试比较。

无论选择哪类实验,其基本内容都是通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试,来分析机械传动的性能特点。

2.5实验步骤

准备阶段

测试阶段

分析阶段

图3实验步骤

1、准备阶段

（1）认真阅读《实验指导书》,搭接实验装置前应仔细阅读本实验台的说明书，熟悉各主要设备性能、参数及使用方法，正确使用仪器设备及教学专用软件；

（2）确定实验类型与实验内容；确定选用的典型机械传动装置及其组合布置方案，并进行方案比较实验。

（3）布置、安装被测机械传动装置（系统）。

搭接实验装置时，由于电动机、被测试传动装置、传感器、加载器的中心高不一致，搭接时应选择合适的垫板、支撑座、联轴器，调整好设备的安装精度，从而保证测试的数据精确；

（4）在搭接好实验装置后，用手驱动电机轴，如果装置运转灵活，便可接通电源，进入实验装置，否则应仔细检查并分析造成运转干涉的原因，并重新调整装配，直到运转灵活。

（5）要求对测试设备进行调零，以保证测量精度。

2.测试阶段

（1）打开实验台电源总开关和工控机电源开关；

（2）点击Test显示测试控制系统主界面，熟悉主界面的各项内容；

（3）键入实验教学信息标：

实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、指导老师、实验日期等；

（4）点击“设置”，确定实验测试参数：

转速n1、n2扭矩M1、M2等；

（5）点击“分析”，确定实验分析所需项目：

曲线选项、绘制曲线、打印表格等；

（6）启动主电机，进入“试验”。

使电动机转速加快至接近同步转速后，进行加载。

加载时要缓慢平稳，否则会影响采样的测试精度；待数据显示稳定后，即可进行数据采样。

分级加载，分级采样，采集数据10组左右即可；

（7）从“分析”中调看参数曲线，确认实验结果；

（8）打印实验结果；

（9）结束测试。

注意逐步卸载，关闭电源开关。

2.6思考题

如何提高机械效率？

本次实验中机械效率的提高是什么原因？

实验三轴系设计分析实验

轴系结构是机械的重要组成部分，也是机械设计课程的核心教学内容。

由于轴系结构设计设计的问题多、实践性强，灵活性大，因此既是教师讲授的难点，也是学生学习中最不易掌握的内容。

本实验通过学生自己动手，经过设计、装配、调整、拆卸等全过程，不仅可以增强学生对轴系零部件结构的感性认识，还能帮助学生深入理解轴承组合结构设计的基本要领，达到提高设计能力和工程实践能力的目的。

3.1实验目的

（1）熟悉常用轴系零部件的结构；

（2）掌握轴的结构设计基本要求；

（3）掌握轴承组合结构设计的基本方法。

3.2设备和工具

（1）轴系实验箱

（2）工具：

活动扳手、钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等

3.3实验原理

模块化轴段（可组装成不同结构形状的阶梯轴）；轴上零件：

齿轮、蜗轮、带轮、联轴器、轴承、端盖、套杯、套通、圆螺母、轴端、挡板、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等；

1、基本标准件名称及规格

深沟球轴承6205

圆锥滚子轴承30205

单向推力球轴承8204

圆柱孔调心球轴承1205

圆柱滚子轴承

角接触球轴承

轴承座上盖

轴承座下座

双轴承座上盖

双轴承座下座

轴承闷盖

轴承透盖

嵌入式闷盖

嵌入式透盖

小直齿轮

大直齿轮

大斜齿轮

小斜齿轮

小锥齿轮

大锥齿轮

蜗杆

蜗轮

阶梯轴

斜齿轮轴

直齿轮轴

锥齿轮轴

挡圈52B型孔用弹性挡圈

挡圈22B型轴用弹性挡圈

轴端挡圈

轴间挡圈

套杯

轴承隔套

过渡套

轴套

圆螺母

石棉密封垫

油封PD22*40*10

骨架橡胶油封

毡圈22羊毛毡

毡圈30羊毛毡

调整垫、标准型弹簧垫圈、键、垫圈、螺栓、螺钉、螺母、底板等

2、轴系布置简图

（1）齿轮轴系

（2）蜗杆轴系

（3）锥齿轮轴系

3、轴系装配方案选择

（1）主要承受单向轴向力

（2）承受大的双向轴向力及一定的径向力

（3）蜗轮蜗杆、重载

（4）人字齿轮，两端游动

（5）载荷作用在两轴承外侧

3.4实验内容及要求

1、实验准备要求

（1）选择设计方案。

（2）绘出选定的轴系结构设计方案装配草图（可参照教材中有关轴的结构设计内容）。

（3）绘制装配草图时应注意以下两点：

①设计应满足轴的结构设计，轴承组合设计的基本要求，如轴上零件的固定、拆装、轴承间隙的调整、密封、轴的结构工艺性等（暂不考录润滑问题）。

②标出每段轴的直径和长度，其余零件的尺寸可不标注。

③按照装配草图中的设计条件，列出所需零件的名称和数量。

注意：

以上三项准备工作应在进入实验室前完成。

2、实验完成自检提纲

（1）轴上各键槽是否同在一条母线上。

（2）轴上个零件（如齿轮，轴承等）能否装到指定位置。

（3）轴上零件的轴向，周向固定是否可靠。

（4）轴承能否拆下。

（5）轴承游隙是否需要调整，如何调整。

（6）轴承位置是否需要调整，如何调整。

（7）轴系能否实现工作的回转运动，运动是否灵活。

（8）轴系沿轴线方向位置是否固定，若为固定原因是什么。

3、实验图纸内容

在实验报告后面附一张1:

1比例完成轴系结构设计装配图（只标出各段轴的直径和长度即可,公差配合及其余尺寸不注,但要注明零件序号及标题栏。

3.5实验步骤

（1）每组根据自己选择的轴系部件设计实验方案进行认真分析，充分理解设计要求；

（2）根据轴系部件设计实验方案从实验箱中选择相应的零件实物，按装配工艺要求顺序装到轴上，完成轴系部件结构设计。

要注意：

①合理选择滚动轴承类型；

②根据支承方式（两端固定或一端固定、一端游动）确定轴承内外圈的固定方法；

③根据润滑方式选择相应的轴承座及端盖并考虑透盖处密封方式（毛毡圈、橡胶圈）；

④考虑轴上零件拆装、固定、轴承间隙的调整等问题。

（3）安装完成后检查轴承结构是否合理，并对不合理结构提出修改方案。

合理的轴系结构应满足下述要求：

①轴上零件定位准确、固定（轴向、周向）可靠；

②轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良好；

③轴承的固定、润滑及密封方式应符合给定的设计条件，轴承间隙调整方便；

④轴受力合理，尽量减少应力集中。

（4）轴系部件拆卸后，测绘各主要零件的实际结构尺寸，按1：

1比例画出轴系部件的结构简图。

（5）将轴系部件的所有零件放入实验箱内，工具摆放好。

注意:

因实验条件的限制,本设计忽略过盈配合的松紧程度，轴肩过渡圆角及润滑问题。

3.6思考题

1、列出深沟球轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、推力球轴承、圆柱孔调心球轴承的主要特点及应用场合

2、轴系组件装配图一张（装配图粘贴在word文档上面），标注主要尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。

实验四机械构件组合实验

“慧鱼创意组合模型”（Fischertechnik）是一种积木式插装模型，技术含量较高，几乎可以实现任何工业技术过程。

一般机械所用的零部件，如齿轮、电机、电气开关等都可以在模型中找到。

模型可以用于模拟大型机械和设备的操作，实验室仿真演示和仿真操作。

而且该模型尺寸精确，易于拼装，运用设计构思和实验分析，能实现技术“还原”，解释复杂的技术原理。

“慧鱼”创意组合模型广泛地用于教学，并且不断创新、发展，是一种培养学生创造力的很有效的工具。

4.1实验目的

（1）认识“慧鱼”创意模型组合包中的各种硬件，掌握模型系统各种模块单元的使用方法；

（2）掌握基本模型的组装设计方法，应用机械零件传动基础知识；

（3）锻炼机械创新设计能力。

4.2设备和工具

（1）慧鱼模型零件若干；

（2）铅笔、三角板等。

4.3实验原理

“慧鱼”创意组合模型基本机械零件构件主要包括：

齿轮、连杆、链条、履带、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内咬合齿轮、外咬合齿轮）、齿轴、齿条、蜗轮、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。

“慧鱼”零件构件大致可分为以下十类。

（1）柱（图4-1）：

主要用于固定支撑和机器人的实体搭建，可以从六个面进行拼装，主要根据不同长度进行种类区分，其中中间带孔的柱体可以用来作为轴的支撑。

（2）板（图4-2）：

板的一侧具有平滑的表面，可以减少磨擦，通常用于制作平台和外形装饰，板的厚度比较薄，呈片状，其种类可根据其长度和宽度的不同进行区分。

图4-1图4-2

（3）块（图4-3）：

块比板厚，与柱体功能类似，只是受外形所限不能六面拼装，主要用于固定和机器人实体搭建，可根据形状，角度的不同使用在不同的部位，制作出不同的外形效果。

图4-3

（4）轮（图4-4）：

轮具有圆形的外围，主要用于滚动，可根据直径和材质来划分，承担滑轮、轮毂和轮胎等工作。

（5）齿轮（图4-5）：

齿轮主要用于传动，可以用来改变传动方向或改变转动的速度，主要根据模数和直径来区分，相同模数不同直径的齿轮可以相互啮合。

图4-4图4-5

（6）轴（图4-6）：

轴主要用来连接各种运动部件，主体结构是断面为圆形的细长杆，棒状，可根据其长度的不同进行分类。

此外，还有一种固定了小齿轮的轴，可以与电机和齿轮箱配套使用，是传递动力时必不可少的构件。

图4-6

（7）轴套（图4-7）：

普通轴套是内孔为圆形的短圆柱，可以套在轴上，主要用来固定轴上的零件。

还有一种特殊的轴套，如下图右面两列，左列与右列的零件成对使用，通过旋转紧扣在轴上，可以将自身或齿轮等基础构件固定在轴上，随轴转动，安装时一定要注意旋紧，否则会有打滑的现象出现。

图4-7

（8）孔条（图4-8）：

孔条是一种中间分布有均匀装配孔的条状构件，可以用来支撑轴和连接杆件，也可以用作外表装饰，负载比较轻时，也可以适当分担柱的工作，使用范围广泛。

（9）连接件（图4-9）：

连接件的个体通常比较小，在结构制作中起衔接的作用，可以连接柱、块、轴等不同的慧鱼构件，在固定连接和活动连接两种，可用于轴的延长、关节活动和构件固定。

（10）连杆件（图4-10）：

连杆件为细条状，有均匀分布装配孔和仅在两端存在装配孔两种，可根据其不同长度进行分类，主要用来实现各种机构的连接，如组成连杆机构、凸轮机构等，以活动连接最为普遍，有时也用来稳固结构。

图4-8

图4-9图4-10

4.4实验内容及要求

（1）实验内容

利用实验室现有模型资源，设计一套机构或装置，要求具有一定的使用功能。

实验时可任意选择以下（或自行构思）的一样机构为实验拼装内容：

车床、刨床、锯床、钻床、磨床、铣床、冲压机等。

（1）实验要求

模型应能进行稳定的演示，模型可不包括电动机等动力部分，用手替代机构动力即可。

要求完成机构拼装，实现基本功能，画出所建模型的工作原理及机构简图，标出机构的名称，并作相应的运动分解及功能说明。

4.5实验步骤

（1）课前预习认识“慧鱼”的基本构件及创意模型中已搭建的示例模型；

（2）课时选择方案，根据自己选择的方案进行分析设计，画出机构简图及搭建简图；

（3）模型的装配；

参照实验指导书给出的参考图示，按照搭建简图首先选出所需要的构件，然后完成装配。

构件装配时要确保构件到位，不滑动，整个模型完成后还要考虑模型的美观性与规范性。

（4）调试所搭建模型，进行必要的修正作业；

（5）拆卸模型，将所有零件放回实验箱内，工具摆放好。

4.6思考题

产品结构的分析说明。

包含内容：

产品结构与功能原理的说明介绍，即模型的工作原理、结构组成等介绍。

结构图的类型不限，立体图、平面图、机构运动简图、示意简图都可以结合起来，能够把模型的结构功能及传动形式等介绍明白为准。