机械设计基础实验指南.docx

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机械设计基础实验指南

机械设计基础实验指导书

2010年

华南农业大学工程学院

机械设计基础实验分室

前言

实验是机械设计基础课程教学的一个重要环节。

目的是加强学生的理论与实践相结合的能力，培养学生严肃认真和实事求是的工作作风和严谨的科学态度，培养、提高学生分析问题和解决问题的能力，激发学生的开拓和创新精神。

希望学生在实验之前：

1．认真阅读实验指导书，明确实验目的和要求，理解实验原理，掌握实验步骤，遵守操作规程。

2．实验时认真做好实验记录，细心观察实验现象。

3．保持实验室清洁，实验结束后把仪器设备整理好。

4．按要求完成实验报告，字迹要清晰、整齐。

2010年

实验一．机构运动简图的测绘与分析3

实验二．齿轮的范成实验5

实验三．减速器拆装实验11

实验报告一Ⅰ

实验报告二Ⅱ

实验报告三Ⅳ

实验一平面机构运动简图的测绘

一、实验目的

1．学会运用构件及其运动副联接的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，学习判断运动链能否成为机构。

二、实验设备和工具

1.机构模型、钢尺；

2.三角板、铅笔、橡皮和稿纸（学生自备）。

三、测绘运动简图的原理

机械中实际的机构，其结构往往比较复杂，但机构的运动情况与构件的形状、组成构件的零件数目和运动副的具体结构等因素无关，而决定于机构中联接各构件的运动副的类型和各运动副的相对位置以及构件数目。

因此，在进行机构的分析和设计新机构时，所绘制的旨在表达机构各构件之间相对运动关系的图形，须撇开构件的形状和运动副的具体结构，根据构件之间的相对运动关系，确定各运动副的类型，然后，按一定的比例，用国标规定的运动副符号和线条绘出图形，这样的图形称为机构运动简图。

不严格按比例绘制的简图则称为机构示意图。

四、测绘运动简图的方法和步骤

1.仔细观察各机构模型，了解其名称、用途和结构。

2.找出各构件。

从原动件开始，仔细观察机构的运动，按运动传递顺序，找出组成机构的固定构件和所有的活动构件。

3.选定视图平面。

选取与构件运动平面相平行的平面作为绘制机构运动简图的视图平面。

4.找出各构件之间的联系--------运动副。

根据各相互联接的两构件间的接触情况及相对运动性质，从机架一端开始，按构件联接顺序，确定各运动副的类型。

5.用简单线条表示构件，画出该机构运动简图的草图。

6.测量各运动副间相对位置。

测量各回转副中心之间的距离、移动副导路的相对位置尺寸。

7.应用公式F=3n-2PL-PH计算机构自由度，要注意复合铰链，局部自由度和虚约束的判别。

将计算结果与实际机构对照，机构自由度数应与原动件数相符，否则，应当找出机构运动简图的错误并改正。

8.作机构运动简图。

选取合适的长度比例尺，在实验报告中绘出机构运动简图并填写有关内容。

机构运动简图的长度比例尺：

五、实验要求

在实验室提供的机构模型中，选择六种机构模型，三种要求做出其机构运动简图，三种做出机构示意图。

五、思考题

1.机构运动简图有什么用途？

一个正确的机构运动简图应能说明哪些问题？

2.绘制机构运动简图时，选择构件的不同瞬时位置，会不会影响运动简图的正确性？

3.机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有什么帮助？

实验二齿轮的范成实验

一．实验目的

1．掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理，观察齿廓渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程。

2．了解渐开线齿轮的根切现象和齿顶变尖现象，分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

二．实验内容

用范成仪在圆形图纸上（预先将图纸按标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮分成三等分，并分别画出它们的分度圆、齿顶圆、齿根圆，如图1示），依次用铅笔描绘出渐开线齿条刀具相对于轮坯在各个位置的包络线，该包络线即为被切削齿轮的渐开线齿廓。

三．实验设备

1．齿轮范成仪

范成齿轮参数：

，

，

，

2．同学自备

（1）一张剪好的圆形图纸，将其分成三等分，分别表示标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮，并分别标注分度园、齿顶圆和齿根圆，如图1所示。

参数：

m=20mm，z=8，

，

，

，

孔径=35mm，x1=0.6，x2=-0.4图1

（2）铅笔，橡皮。

四．范成仪的构造及工作原理

齿轮范成加工是应用一对齿轮啮合的原理加工齿轮的一种方法。

制造齿轮的刀具具有齿轮（或齿条）的外形，渐开线齿廓的刀具节圆与齿轮轮坯的节圆作纯滚动，在此啮合过程中，刀具切去与它啮合的轮坯上的材料，留下轮坯的渐开线齿廓外形的包络线，即是被切齿轮轮坯的渐开线齿廓。

实验所用渐开线齿轮范成仪如图2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xm可由端部的标度尺上读出，从而可切制变位齿轮。

图2齿轮范成仪简图

五．实验步骤

1．根据齿条刀具的模数m和被加工齿轮的齿数z，计算出分度圆直径，以及标准齿轮、正负变位齿轮的基圆、齿根圆及齿顶圆直径，按上述尺寸将图纸准备好。

2．将图纸固定在圆盘上，对准中心，调节中线与轮坯分度圆相切，制作标准齿轮。

3．开始切制齿轮时，将刀具推到最左边，然后每当把溜板向右推动一小段距离时，在代表轮坯的图纸上，用铅笔描下刀具刀刃的位置，到右端极限位置后，推动溜板刀具左移，描下刀具刀刃位置，直到形成2~3个完整的齿形为止。

4．使刀具离开沿轮坯中心外移，移动量为正变位量（x1*m）

，绘出齿廓，观察齿廓形状，看齿顶有无变尖现象。

5．使刀具接近轮坯中心，移动量为负变位量（x2*m），绘出齿廓，观察齿廓形状，看有无根切现象。

6．比较所得的标准齿轮和变位齿轮的齿厚、齿间距、周节、齿顶厚、基圆齿厚、齿根圆、齿顶圆、分度圆和基圆的相对变化特点。

六．思考题

1．齿轮与齿条啮合时，若中心距改变，则齿轮的节圆有何变化？

为什么？

2．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？

3．正变位、负变位和标准齿轮的齿廓曲线有什么不同？

实验三减速器拆装实验

一．实验目的

１．通过拆装，了解并熟悉减速器的结构。

２．分析减速器中各零件的作用、结构形状及装配关系。

３．加深对轴系部件结构的了解。

二．实验仪器、设备、工具和材料

1、实验设备

单级圆柱齿轮减速器、新型结构单级圆柱齿轮减速器、二级展开式圆柱齿轮减速器、二级同轴式圆柱齿轮减速器、二级分流式圆柱齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器、单级圆锥齿轮减速器、拆装用蜗轮蜗杆下置式减速器。

2、拆装工具和测量工具（每组）

名称

型号或规格

数量

备注

活扳手

呆扳手

榔头

内外卡钳

游标卡尺

钢皮尺

三．实验内容

１．了解铸造箱体的结构。

２．观察、了解减速器中各零件的用途、结构和安装位置的要求。

３．了解轴承的润滑方式和密封位置，包括密封的形式。

轴承内侧挡油环、封油环的作用原理及其结构和安装位置。

4．了解轴承的组合结构以及轴承的拆装、固定和轴向间隙的调整。

四．实验步骤

（一）、拆卸

1、仔细观察减速器外面各部分的结构，从观察中思考以下问题：

①如何保证厢体支撑具有足够的刚度？

②轴承座两侧的上下厢体连接螺栓应如何布置？

③支撑该螺栓的凸台高度应如何确定？

④如何减轻厢体的重量和减少厢体的加工面积？

⑤减速器的附件如吊钩、定位销钉、启盖螺钉油标、油塞、观察孔和通气等各起何作用？

其结构如何？

应如何合理布置？

2、用扳手拆下观察孔盖板，考虑观察孔位置是否妥当，大小是否合适。

3、拆卸厢盖

（ａ）、用扳手拆下轴承端盖的紧固螺钉。

（ｂ）、用扳手或套筒扳手拆卸上、下厢体之间的连接螺栓；拆下定位销钉。

将螺钉、螺栓、垫圈、螺母和销钉等放在塑料盘中，以免丢失。

然后拧动启盖螺钉卸下厢盖。

（ｃ）、仔细观察厢体内各零部件的结构及位置。

从观察中思考以下问题：

①对轴向游隙可调的轴承应如何进行调整？

轴的热膨胀如何进行补偿？

②轴承是如何进行润滑的？

如厢座的结合面上有油沟，则厢盖应采取怎样的相应结构才能使厢盖上的油进入油沟？

油沟有几种加工方法？

加工方法不同时，油沟的形状有何不同？

③为了使润滑油经油沟后进入轴承，轴承盖的结构应如何设计？

在何种条件下滚动轴承的内侧要用挡油环或封油环？

其作用原理、构造和安装位置如何？

（ｄ）、测量实验内容之3所列的有关尺寸，并记录于表。

（ｅ）、卸下轴承盖；将轴和轴上零件随轴一起从箱座取出，按合理的顺序拆卸轴上零件。

（二）、装配

按原样将减速器装配好。

装配时按先内部后外部的合理顺序进行；装配轴套和滚动轴承时，应注意方向；应注意滚动轴承的合理拆装方法。

经指导教师检查后才能合上箱盖。

装配上、下箱之间的连接螺栓前应先安装好定位销钉。

五．注意事项

1．实验前必须预习实习指导书，初步了解有关减速器装配图。

2．文明拆装、切忌盲目。

拆卸前要仔细观察零部件的结构及位置，考虑好合理的拆装顺序，拆下的零部件要妥善安放好，避免丢失和损坏。

禁止用铁器直接打击加工表面和配合表面。

3．注意安全，轻拿轻放。

爱护工具和设备，操作要认真，特别要注意手脚安全。

4．认真完成实验报告。

实验名称

学生姓名

学号

班级、组别

实验日期

成绩

指导教师

实验报告（实验一）

一、机构测绘及自由度计算

编号

机构

名称

机构运动简图

机构自由度计算

n

PL

PH

F

（注：

n——活动构件数；PL——低副数；PH——高副数；F——机构自由度。

）

二、思考题讨论

实验报告（实验二）

实验名称

学生姓名

学号

班级、组别

实验日期

成绩

指导教师

一．实验目的

二．刀具参数

，

，

，

三．齿轮尺寸计算比较表（见后）

被加工齿轮齿数

正变位系数

负变位系数

四．附上所描绘的齿廓图，并注明尺寸。

五．思考题

1．齿轮与齿条啮合时，若中心距改变，则齿轮的节圆有何变化？

为什么？

2．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？

3．正变位、负变位和标准齿轮的齿廓曲线有什么不同？

10

名称

计算公式

计算结果

结果比较

标准齿轮

正变位齿轮

负变位齿轮

正变位齿轮

负变位齿轮

分度圆直径

基圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

分度圆周节

分度圆齿厚

分度圆齿间距

齿顶厚

基圆齿厚

齿全高

齿根高

齿顶高

注：

结果比较栏中，尺寸比标准齿大的填入“+”号，小的填入“-”号，一样大小的填入“O”号。

实验报告（实验三）

实验名称

学生姓名

学号

班级、组别

实验日期

成绩

指导教师

一．实验目的

二．实验设备

三．实验记录及实验结果

基　本　参　数

高　速　级

低　速　级

中心距α１、α２

小齿轮齿数Z1、Z3

大齿轮齿数Z2、Z4

小齿轮顶圆直径dα１、dα３

大齿轮顶圆直径dα２、dα４

小齿轮全齿高h１、h３

大齿轮全齿高h２、h4

大齿轮齿宽B2、B4

小齿轮螺旋线方向

大齿轮螺旋线方向

传动比i12、i34

法面模数mn1、mn3

端面模数mt1、mt3

螺旋角β1、β3

四．传动简图

五．思考题

1.轴上零件（如齿轮、轴承、联轴器等）是如何定位和固定的?

2.滚动轴承在安装时为什么要留出轴向间隙?

应如何调整?

3.减速器中哪些零件需要润滑?

如何选择润滑剂?

4.箱体的中心高度是如何确定的，应考虑哪些因素？

5.如何选择减速器主要零件的配合与精度?

如齿轮、联轴器与轴的配合，滚动轴承与轴及箱体孔的配合。

实验报告（实验四）

实验名称

学生姓名

学号

班级、组别

实验日期

成绩

指导教师

一．实验目的

二．简述实验原理与方法

三．结构设计与分析（简要说明轴上零件的定位固定，滚动轴承的安装、调整、润滑与密封等问题）简要说明：

四．根据结构草图及测量数据，按比例绘制轴系结构装配图。

要求装配关系表示正确，注明必要尺寸（如支承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸）。

填写标题栏和明细表。

绘图：

比例1：

2

实验报告（实验五）

实验名称

学生姓名

学号

班级、组别

实验日期

成绩

指导教师

机构名称：

机构名称：

机构简图及其实测的机构运动学尺寸：

机构简图及其实测的机构运动学尺寸：

自由度计算：

自由度计算：

实验过程中遇到的问题及解决的办法：

实验过程中遇到的问题及解决的办法：