机械设计陈列展示实验.docx
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机械设计陈列展示实验
实验一机械设计陈列展示实验
【实验目的】
结合对理论知识的理解，观察大量丰富的实体零件、实际机械、机构模型等，对实际机械系统增加感性认识，加深理解书本知识，开阔眼界，拓宽思路，启迪创造性思维并激发创新的欲望，培养同学们的观察能力、动手能力和创新能力。
【主要仪器设备】
实验设备：
（1）减速器陈列柜；
（2）各种机构和传动装置。
【实验内容】
参观机械设计陈列柜，所展示的内容具有广泛的代表性，几乎涵盖了课程要求掌握的所有通用零部件，把教材中各部分、各章节的内容，甚至先修课程的知识，用一系列客观存在的实物模型联系起来，使学生对机构、零部件等建立感性认识。
【实验步骤】
1.了解各种机械的用途及工作原理，仔细观察机械的构造及运动情况；思考各机械的机构运动简图。
2.观察各种基本传动机构的组成；这些基本机构在机械中起什么作用。
3.注意观察各种零部件在机械中的安装情况及相互关系，注意零部件的定位与固定。
4.了解各种减速器的用途及结构形式，观察减速器内部零部件的传动情况。
5.注意观察轴的支承方式；注意观察轴的安装位置是如何调整的、轴承是如何预紧的。
6.注意观察减速器箱体结构及与其内部各零部件的关系。
【实验注意事项】
1．分小组按顺序观看，可以提问和讨论。
2．注意安全；不要在实验室内跑动或打闹，以免被设备碰伤。
3．爱护设备，动作要轻，不要随便移动设备，以免损坏设备；禁止从非拆卸设备或展台上取下零件。
4．实验完成后，应清理实验教室，将物品摆放整齐。
【实验报告要求】
1．列出你所看到的所有机构和零部件。
2．写出参观体会。
（不少于300字）
实验二平面机构运动简图的测绘与分析
【实验目的】
1．了解常用平面机构的组成原理；
2．初步掌握绘制平面机构运动简图的方法和技能；
3．分析机构运动的确定性。
【主要仪器设备】
1．典型机构、机器的实物或模型
2．圆规、钢板尺（或三角板）、长钳、量角器
3．学生自备铅笔、橡皮、纸
【实验内容】
机构是用来传递运动和力的，是由若干构件（其中有一构件为机架）用运动副连接起来的构件系统。
为了着重表示机构的特征，略去构件的实际外形和运动副的具体构造，而采用特定的构件和运动副符号来表示机构的一种简化示意图形称为机构简图。
按长度比例尺画出的机构简图是机构运动简图。
【实验步骤】
1．分析构件特征和构件数
通过动力输入构件或转动手柄，使被测机构运动，由主动件开始，循着运动传递路线观察机构中有哪些从动件、哪些固定构件、同时确定构件的数目。
2、判别运动副的类型
根据相连两构件的接触情况和运动特点，判断各运动副的类型，从中确定哪些是高副，哪些是低副，低副中哪些是转动副，哪些是移动副。
3、绘制平面机构简图
正确选择投影面和主动件的位置，按构件运动的传动路线顺序，用运动副和构件的规定符号绘出机构简图，并对机构中每一构件进行编号，在主动件上标注箭头。
4、绘制平面机构运动简图
测量机构中与机构运动有关的尺寸，如构件长度、导路位置或角度等，选择适当的比例尺UL,绘出平面机构运动简图。
长度比例尺UL=
5、检验绘制结果与实物或模型是否相符，分析机构运动的确定性。
【实验注意事项】
1．注意安全；不要在实验室内跑动或打闹，以免被设备碰伤。
2．爱护设备，动作要轻，不要随便移动设备，以免损坏设备；禁止从非拆卸设备或展台上取下零件。
3．实验完成后，应清理实验教室，将物品摆放整齐。
4．对室外大型设备，结合工作原理绘制。
5.提倡设备类型多样化。
6.每位学生绘制机构见图不少于两个。
【实验报告要求】
1.按照所测绘的机构完成下表
序号
机构名称
机构简图
分析机构运动的确定性
1
2
2.思考题：
（1）平面机构简图与平面机构运动简图有何不同？
（2）怎样判断你所绘制的运动简图是否正确？
实验三带传动实验
【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．测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传效率之间的关系，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。
【主要仪器设备】
PDC皮带传动测试台
实验台的构造和工作原理：
本实验台由主机和测量系统两大部分组成。
1．主机
主机是一个装有平带的传动装置。
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，并接了五个灯泡，每个60W，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安全打滑。
2．测量系统
测量系统由电转速测定装置和电机的测扭矩装置两部分组成。
（1）光电测转速装置
主动轮的扭矩下T1和从动轮的扭矩T2均通过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。
（2）扭矩测量装置
主动轮的扭矩T1和从动轮的扭矩T2下均通过电动机外壳来测定。
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同向倾倒，发电机的外壳将向转子旋转的反向倾倒，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=Q1K1L1（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——测力计算定值
L1、L2——测力计的力臂L1=L2=120mm
从动轮的功率为N2，主动轮的功率N1。
带传动的效率
只要测得不同负载下主动轮的转速N1和从动轮的转速N2以及主动轮的扭矩下T1和从动轮的扭矩下T2，就可算出在不同的有效拉力下的弹性滑动率ε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，就可以画出带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。
【实验内容】
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荷，通过实验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，并测定弹性滑动率与所传递的载荷和带传效率之间的关系，绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。
【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钮，使电机从开始运转逐渐加速到N1=1000转/分左右，记录N2、Q1、Q2一组数据。
4、打开一个灯泡（即加载），记录一组N1、N2、Q1和Q2数据，注意此时N1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60W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。
【实验注意事项】
1．调速时应缓慢旋转调速按钮，若使电机突然旋转很快，容易使设备中保险烧断。
2．设备连续使用不得超过3个小时。
3．本实验主要参数：
带轮直径D1=120mm，D2=120mm
测力杆长度L1=120mm，L2=120mm
【实验报告要求】
1.实验数据记录
F01=N
序号
n1（rpm）
n2（rpm）
ε%
T1（N.mm）
T2（N.mm）
η%
1
2
3
4
5
2.实验数据处理
（1）滑动系数ε的计算
（2）传动效率η的计算
式中：
P1、P2分别为主、从动轮的功率（KW）；
n1、n2分别为主、从动轮的转速（r／mm）；
T1、T2分别为主、从动轮的转矩（N．mm）。
（3）绘制滑动系数ε及传动效率η的曲线（用坐标纸绘出）。
3.简要描述带传动的弹性滑动与打滑现象。
实验四渐开线齿廓的范成原理
【实验目的】
1．理解范成法切制渐开线齿轮的基本原理，观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程。
2．理解渐开线齿轮产生根切的原因，了解用变位修正来避免根切的道理，并验证最小变位系数。
3．加深对互相啮合的齿廓互为包络线的理解。
4、分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
【主要仪器设备】
本实验需要以下设备
1．CLF-A型齿轮范成仪一台，结构如图1所示。
2．代替被加工齿轮坯件的图纸一张（每范成一次需要图纸一张）。
范成齿廓的轮坯图样，制作如图2所示。
被加工齿轮主要参数为：
齿轮1：
m=20,z=10,a=20°,ha*=1,c*=0.25
齿轮2：
m=8,z=25,a=20°,ha*=1,c*=0.25
3．三角板、圆规、铅笔、橡皮等（学生自备）。
4.实验原理
范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。
加工时，其中一轮（或齿条）为刀具，另一轮为轮坯，二者对滚，就象一对齿轮（或齿轮齿条）啮合传动一样；同时，刀具还沿轮坯的轴向作切削运动。
最后在轮坯上加工出来的齿廓实际上是刀刃在各个瞬时位置的包络线。
为了看清楚齿廓形成过程，用图纸作轮坯，刀具和轮坯对滚时，刀刃在图纸上各个投影位置的包络线就是被加工齿轮的齿廓曲线。
齿廓范成仪能逐步再现上述加工中刀刃相对轮坯每个位置形成包络线的详细过程。
图1为渐开线齿廓范成仪的结构示意图。
绘图纸代表齿坯，通过压板9，锁紧螺母10固定在托盘1上，托盘1可绕固定轴O转动。
齿条刀具2安装在溜板4的径向导槽中，溜板4安装在机架3的水平导槽中。
钢丝7绕在托盘1下面半圆盘边缘相当于齿轮分度圆的凹槽内，两端将托盘1（齿坯）和溜板4（齿条刀具）联系起来，形成齿条刀具和齿轮的范成运动关系。
图中刀具中线与节线E重合，范成标准齿轮齿廓；通过调节齿条刀具相对齿坯的径向位置，可以范成变位齿轮的齿廓。
加工齿轮的方法很多，范成法是以齿轮啮合原理进行加工齿轮的常用方法。
范成法加工齿轮是利用一对齿轮互相啮合时，齿轮曲线互为包络线的原理。
齿轮轮坯的瞬心线（加工节圆）和齿条刀的瞬心线（加工节线）对滚，刀具轮廓即可包络出被加工齿轮的齿廓。
范成法加工齿轮时，需将刀刃形成包络线的各个位置记录下来，才能看清齿轮的范成过程。
做本实
验时，用图纸做轮坯，用齿轮范成仪来实现刀具与轮坯的对滚，再用笔将刀刃的各个位置画在轮坯上，就清楚地显示出齿轮的范成过程。
图1范成仪结构示意图
1、托盘2、齿条刀具3、机架4、溜板5、锁紧螺母6、调节螺钉
7、钢丝8、定位销9、压板10、锁紧螺母11、半圆盘
【实验内容】
要求完成切制m=20mm、z=8的标准、正变位（x1=0.5）和负变位（x2=-0.5）渐开线齿廓，三种齿廓每种都须画出两个完整的齿形，比较这三种齿廓。
【实验步骤】
1.将轮坯图样安装在范成仪上，根据模数选择齿条刀，置标准扇形区对齿条位置，要求齿条刀中线与扇形区中线相重合，同时移动齿条刀使齿中的横线与图样的虚线（分度圆相切）相重合，然后旋紧压图螺母和齿条刀螺帽。
2.绘制前移动滑动齿条连带齿条刀到一端，然后向另一端间歇性平移，滑动齿条一次移动2-3㎜，每移动一次，用铅笔描画出刀具在图样上加工的相对位置，视同于刀具在坯件上切去部份的吃刀线。
多次平移并重复描下刀具轮廓，一直到描绘包络出两个完整的轮齿为止。
（见参考图）
3.绘制变位齿轮齿廓
当被加工齿轮的齿数Z少于17时，齿轮范成会出现根切现象。
为避免根切，使齿轮能正常啮合，采用变位齿轮可解决这个问题。
（此外，变位齿轮可改善轮齿的磨损情况，提高轮齿的强度以及修复废旧齿轮等）
（1）计算变位轮齿的尺寸
根据不产生根切的最小变位系数公式Xmin=（17-z）∕17,计算被加工齿轮的最小变位系数Xmin,同时计算出被加工变位后的分度圆、基圆、齿顶圆和齿根圆的相关尺寸，注意齿轮的齿顶圆直径φ为：
da=mz+2xm+2m。
（2）绘制齿轮齿廓的步骤类同2
（1）
（2）步。
只是将轮坯图样的安装换成正变位（或负变位）扇形区正对齿条刀位置。
（3）观察分析绘制出的正变位和负变位齿轮齿廓的特点。
附：
范成齿廓图
图2范成齿廓图
【实验注意事项】
1.实验时必须遵守分组原则。
2.实验仪器应小心轻放，以防损坏，应严格按照实验步骤进行。
3.实验完毕应清洁实验仪器，并放回原位，摆放整齐。
4.清理实验场所，带回实验原始资料。
【实验报告要求】
1.记录实验所用的齿条刀具和被加工标准齿轮、变位齿轮的基本参数，并进行几何尺寸计算。
被加工齿轮齿数：
正变位系数：
负变位系数
名称
计算公式
计算结果
标准齿轮
正变位齿轮
负变位齿轮
分度圆直径
基圆直径
顶圆直径
根圆直径
分度圆齿厚
分度圆齿间
齿顶厚
基圆齿厚
齿总高
齿根高
齿顶高
2.附录范成齿轮齿廓图样
3.思考题
（1）用齿条刀具加工标准齿轮时，刀具与轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求？
为什么？
（2）移距的目的是什么？
刀具相对轮坯坐正移距或负移距，相对标准齿轮而言，轮齿的形状有何不同？
（3）通过实验，你所观察到的根切现象发生在基圆内还是在基圆之外，发现产生根切的原因。
（4）用范成法加工渐开线的齿轮时，可以用同一把刀具加工同一模数和分度圆压力角而不同齿数的齿轮，为什么？
仿形法行否？
实验五减速器拆装及轴系结构的观察分析
【实验目的】
1．熟悉减速器的拆装步骤，掌握减速器的各零、部件的安装、固定和调整方法；
2．熟悉轴的结构及轴承的组合设计。
【主要仪器设备】
1.实验设备：
展开式二级圆柱齿轮减速器,同轴式圆柱齿轮减速器,圆锥圆柱斜齿轮减速器,蜗杆蜗轮减速器（下置式）；单级圆柱斜齿轮减速器,二级圆柱斜齿轮减速器,单级圆锥齿轮减速器。
2．工具与量具：
扳手、锤子、螺丝刀、游标卡尺；学生自备纸、铅笔、三角板、圆规等。
【实验内容】
1.按正确程序拆、装减速器，通过观察、测量和分析讨论，了解减速器整体结构以及零、部件结构特点和作用；
2.测定减速器主要参数，如中心距、齿轮齿数、传动比、传动方式；判定输入、输出轴；
3.确定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力；观察轴承代号及安装方式；绘出传动示意图.画出轴系结构草图（用方格坐标纸），观察其它几种类型的减速器，并比较。
下图为一单级斜齿圆柱齿轮减速器的主要结构分析
（1）箱体结构
减速器的箱体用来支承和固定轴系零件，应保证传动件轴线相互位置的正确性，因而轴孔必须精确加工。
箱体必须具有足够的强度和刚度，以免引起沿齿轮齿宽上载荷分布不匀。
为了增加箱体的刚度，通常在箱体上制出筋板。
为了便于轴系零件的安装和拆卸，箱体通常制成削分式。
剖分面一般取在轴线所在的水平面内（即水平剖分），以便于加工。
箱盖（件4）和箱座（件20）之间用螺栓（件17、18、19和件31、32、33）联接成一整体，为了使轴承座旁的联接螺栓尽量靠近轴承座孔，并增加轴承支座的刚性，应在轴承座旁制出凸台。
设计螺栓孔位置时，应注意留出扳手空间。
箱体通常用灰铸铁（HTl50或HT200）铸成，对于受冲击载荷的重型减速器也可采用铸钢箱体。
单件生产时为了简化工艺，降低成本可采用钢板焊接箱体。
（2）轴系零件
图中高速级的小齿轮直径和轴的直径相差不大，将小齿轮与轴制成一体（件10）。
大齿轮与轴分开制造，用普通平键（件15）作周向固定。
轴上零件用轴肩，轴套（件22），封油环（件24、30）与轴承端盖（件21、13、12、27）作轴向固定。
两轴均采用角接触轴承（件25、28）作支承，承受径向载荷和轴向载荷的联合作用。
轴承端盖与箱体座孔外端面之间垫有调整垫片组（件16、29），以调整轴承游隙，保证轴承正常工作。
该减速器中的齿轮传动采用油池浸油润滑，大轮齿的轮齿浸入油池中，靠它把润滑油带到啮合处进行润滑。
滚动轴承采用润滑脂润滑，为了防止箱体内的润滑油进入轴承，应在轴承和齿轮之间设置封油环（件24、30）。
轴伸出的轴承端盖孔内装有密封元件，图中采用的内包骨架旋转轴唇型密封圈（件11、23），对防止箱内润滑油泄漏以及外界灰尘、异物浸入箱体，具有良好的密封效果。
（3）减速器附件
a定位销（件6）：
在精加工轴承座孔前，在箱盖和箱座的联接凸缘上配装定位销，以保证箱盖和箱座的装配精度，同时也保证了轴承座孔的精度。
两定位圆锥销应设在箱体纵向两侧联接凸缘上，且不宜对称布置，以加强定位效果。
b观察孔盖板（件2）：
为了检查传动零件的啮合情况，并向箱体内加注润滑油，在箱盖的适当位置设置一观察孔，观察孔多为长方形，观察孔盖板平时用螺钉固定在箱盖上，盖板下垫有有纸质密封垫片（件3）；以防漏油。
c通气器（件1）：
通气器用来沟通箱体内、外的气流，箱体内的气压不会因减速器运转时的油温升高而增大，从而提高了箱体分箱面、轴伸端缝隙处的密封性能，通气器多装在箱盖顶部或观察孔盖上，以便箱内的膨胀气体自由溢出。
d油面指示器（件9）：
为了检查箱体内的油面高度，及时补充润滑油，应在油箱便于观察和油面稳定的部位，装设油面指示器。
油面指示器分油标和油尺两类，图中采用的是油尺。
e放油螺塞（件⑦）：
换油时，为了排放污油和清洗剂，应在箱体底部、油池最低位置开设放油孔，平时放油孔用油螺塞旋紧，放油螺塞和箱体结合面之间应加防漏垫圈（件8）。
f启箱螺钉（件5）：
装配减速器时，常常在箱盖和箱座的结合面处涂上水玻璃或密封胶，以增强密封效果，但却给开启箱盖带来困难。
为此，在箱盖侧边的凸缘上开设螺纹孔，并拧人启箱螺钉。
开启箱盖时，拧动启箱螺钉，迫使箱盖与箱座分离。
g起吊装置：
为了便于搬运，需在箱体上设置起吊装置。
图中箱盖上铸有两个吊耳，用于起吊箱盖。
箱座上铸有两个吊钩，用于吊运整台减速器。
【实验步骤】
1．观察减速器外部结构，拆除减速器外部的动力源或其它传动零部件（如带轮、链轮、联轴器等）；
2．拆箱盖：
先拆去凸缘和凸台上的联接螺栓、定位销，再拆轴承端盖上的联接螺钉，然后旋扭起盖螺钉，将箱盖与箱座分开；
3．观察并分析减速器箱盖和箱座的结构、减速器内部传动路线、传动件的啮合方式及轴上零件的布置；
4．取下轴承端盖，观察轴承的密封和润滑方法；
5．观察轴上零件的结构及其定位方法；分析轴系位置固定方式和调整方法；
6、分别拆去轴上轴承、齿轮，观察齿轮与轴之间的键联接，分析轴与轴承孔、轴与齿轮孔的配合类型；
7．观察并分析轴的结构，测量各部分尺寸，画轴的结构草图；
8．装配减速器：
按照由内而外的装配顺序，注意安装、固定和调整方法，装配减速器。
【实验注意事项】
1.先清点工具,量具,放在安全,方便的地方。
2.必须爱护实验设备，禁止用力过猛而损坏零部件。
9．实验完毕后整理工具，经指导老师检查后，才能离开实验室。
【实验报告要求】
1．所拆减速器类型及规格：
类型；级数；
箱体形式；箱盖型式；
齿轮类型。
2．减速器中轴上零件在轴上是如何布置？
如何定位、固定的？
该轴系位置如何固定，
3．测绘减速器中一根轴，画出其结构草图。
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