机械设计基础实验指导书.docx
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机械设计基础实验指导书
《机械设计基础》实验指导书
集美大学机械设计及理论教研室
编
集美大学机械基础实验中心
2010年7月
实验一机构运动简图的测绘与分析…………………………………………2
实验二齿轮范成实验（选开）…………………………………………..…..3
实验三轴系结构设计与分析实验……………………………..…...………...6
实验四减速器拆装实验………………………………………………………9
实验一机构运动简图的测绘与分析
一、实验目的
1、学会根据各种机械实物或模型绘制机构运动简图；
2、分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法。
二、实验设备和工具
1、各类典型机械的实物和模型（如：
缝纫机机头、油泵模型、机构模型等）；
2、钢皮尺、内外卡尺、剪刀等。
三、实验原理和方法
1、原理
由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。
2、方法
1）测绘时使被测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目；
2）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。
3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。
用数字1、2、3、…分别标注各构件，用拉丁字母A、B、C、…分别标注各运动副；
4）仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。
四、实验步骤和要求
1、对绘制指定的几种机器或机构模型的机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图；
2、分析机构有无局部自由度、复合铰链、虚约束等，计算机构自由度数，并将结果与实际机构的自由度相对照，观察计算结果与实际是否相符。
五、思考题
1、一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？
2、绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选定？
会不会影响简图的正确性？
3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？
实验二齿轮范成实验
一、实验目的
1、掌握用范成法制造渐开线齿轮齿廓的基本原理；
2、了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；
3、分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
二、实验设备和工具
1、齿轮范成仪；
2、圆规、三角尺、绘图纸、剪刀、两支不同颜色的铅笔或圆珠笔（学生自备）。
三、实验原理和方法
范成法是利用一对齿轮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，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，二者相互滚动时，好象一对齿轮互相啮合传动一样；同时刀具还沿轮坯的轴向做切削运动，最后在轮坯上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。
为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯。
在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯相互滚动时，刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线。
目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然亦为渐开线。
为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮坯每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。
齿轮范成用的仪器虽有多种型式，但其基本原理是相同的。
现就某一范成仪（如图2-1所示）简介如下：
图2-1
圆盘2绕固定于机架1上的轴心O转动。
在圆盘的周缘刻有凹槽，槽内嵌有两根钢丝3，其中心线（图2-1中圆盘2上虚线为钢丝3的中心线）形成的圆相当于被加工齿轮的分度圆。
两根钢丝的一端分别固定在圆盘2的B、B′处，另一端分别固定在拖板4的A、A′处，拖板可在机架上沿水平方向移动，钢丝便拖动圆盘转动。
这与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动相同。
在拖板4上还装有带刀具6的小拖板5，转动螺旋7可使其相对拖板4垂直移动，从而可调节刀具中线至轮坯中心的距离。
在范成仪中，齿条插刀的已知参数是：
压力角α=200；
齿顶高系数ha*=1；
径向间隙系数c*=0.25；
模数m=25mm；
被加工齿轮的齿数Z=8。
四、实验步骤和要求
1．根据已知的刀具参数，计算被加工齿轮的分度圆、基圆、最小变位系数、最小变位量、标准齿轮的齿顶圆与齿根圆直径以及变位齿轮的齿顶圆与齿根圆直径。
然后根据计算数据将上述六个圆画在同一张图纸上，并沿最大圆周剪成圆形纸片，作为本实验用的“轮坯”；
2．把“轮坯”安装到仪器的圆盘上，必须注意对准中心；
3．调节刀具中线，使其与被加工齿轮的分度圆相切。
刀具处于切制标准齿轮时的安装位置上；
4．“切制”齿廓时，先把刀具移向一端，使刀具的齿顶退出轮坯中标准齿轮的齿顶圆；然后每当刀具向另一端移动2~3mm距离时，描下刀刃在图纸轮坯上的位置，直到形成两个完整的轮齿时为止。
此时应注意轮坯上齿廓形成的过程；
5．观察根切现象（用标准渐开线齿廓检验所绘得的渐开线齿廓或观察刀具的齿顶线是否超过被加工齿轮的极限点）；
6．重新调整刀具，使刀具中线远离轮坯中心，移动距离为避免根切的最小变位量，再“切制”齿廓。
此时也就是刀具齿顶线与变位齿轮的齿根圆相切。
按照上述的操作过程，同样可以“切制”得到两个完整的正变位齿轮的齿廓曲线。
为了便于比较，此齿廓可以用另一种较深的颜色笔画出。
五、思考题
1．记录得到的标准齿轮和正变位齿轮的渐开线是否相同？
为什么？
2．通过实验，你所观察到的根切现象是由什么原因引起的？
如何避免根切？
3．比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮和正变位齿轮的以下各参数尺寸：
m、ａ、r、rb、ha、hf、h、p、s、sa,哪些变了？
哪些没有变？
为什么？
4．如果是负变位齿轮，那么齿廓形状和主要参数尺寸又发生了哪些变化？
图2-2
实验三轴系结构设计与分析实验
一、实验目的
1.熟悉并掌握轴及轴上零件的结构形状、功用、工艺要求和装配关系；
2.熟悉轴的结构设计和轴承部件组合设计的基本要求，掌握轴及轴上零件的定位与固定方法，轴承的调整、润滑和密封方法；
3.通过轴系部件的组装与测绘，学会对现有机械部件进行结构分析，培养结构设计能力。
二、实验设备与工具
1、轴系结构设计与分析实验箱：
内装轴、齿轮、蜗杆、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、密封件、螺栓、螺母等（如下图）；
2、工具：
游标卡尺、钢板尺、活搬手、内外卡尺等。
三、实验内容与要求
1、熟悉轴系结构设计与分析实验箱内的各种零件及功用；
2、指导教师根据附表可以选择性安排每组的实验内容（方案号）或学生自行确定两种以上实验方案；
3、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计；
每组学生根据不同的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择，轴上零件固定，轴承安装与间隙调节、润滑及密封等问题，对所设计的轴系结构进行分析；
4、绘制轴系结构装配草图。
四、实验步骤
1、明确实验内容，理解设计要求;
2、复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法;
3、构思轴系结构方案
（1）根据齿轮类型选择滚动轴承型号；
（2）确定轴向固定方式（两端固定；一端固定、一端游动）；
（3）绘制轴系结构方案示意图；
4、组装轴系部件
根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组装成轴系部件、检查所设计组装的轴系结构是否正确（参考轴系布置图）;
5、绘制轴系结构装配草图;
6、将所有零件放入实验箱内的规定位置。
轴系布置图
五、思考题
1、轴上零件的固定方式具体有哪些?
2、常用的轴承配置方法有哪些？
各适用于哪些场合？
你所设计的实验方案中轴承配置方法属于哪种？
附表：
轴系结构设计实验方案
方案号
轴系布置简图
轴承固定方式
传动件
润滑
方式
密封
方式
轴承
端盖
1
两端固定
直齿圆
柱齿轮
油润滑
橡胶圈
凸缘式
2
两端固定
斜齿圆
柱齿轮
油润滑
橡胶圈
凸缘式
3
两端固定
直齿圆
柱齿轮
脂润滑
橡胶圈
凸缘式
4
两端固定
直齿圆柱齿轮
脂润滑
毛毡
凸缘式
5
两端固定
斜齿圆
柱齿轮
脂润滑
橡胶圈
凸缘式
6
两端固定
斜齿圆
柱齿轮
脂润滑
毛毡
凸缘式
7
两端固定
直齿圆
柱齿轮
脂润滑
毛毡
嵌入式
8
两端固定
斜齿圆
柱齿轮
脂润滑
毛毡
嵌入式
9
一端固定
一端游动
蜗杆轴
油润滑
橡胶圈
凸缘式
实验四减速器拆装实验
一、实验目的
1、熟悉、了解减速器的结构；
2、了解减速器上各零件的结构、安装位置及作用；
3、加深了解轴与轴承部件的结构。
二、实验设备
1、单级、二级圆柱齿轮减速器；
2、一级蜗轮减速器。
三、测量工具
1、游标卡尺一把
2、内外卡尺各一把
3、活动扳手二把
4、600mm钢尺一把
5、螺丝刀二把
四、实验内容
1、测量各种螺栓直径：
轴承旁联接螺栓直径d1，箱盖与底座联接螺栓直径d2，轴承端盖螺钉直径d3（专指涡轮减速器），窥视孔盖螺钉直径d4,起盖螺钉直径d5，吊环螺钉直径d6；
2、测量箱体有关尺寸：
中心距、中心高、壁厚、地脚凸缘高度、筋板厚度、大齿轮顶圆与内机壁的距离；
观察、了解蜗轮减速器箱体侧面宽度与蜗杆的轴承盖外圆之间的关系。
3、了解轴承部件的安装、拆卸、固定、间隙调整对结构的要求，并且绘制轴承部件结构草图；
轴承部件包括轴、轴承、轴承端盖、调整垫片、密封垫圈、挡油板等。
4、观察、了解减速器各辅助零件的用途、结构和位置的要求，包括通气器、窥视孔、吊钩（或吊环）、起盖螺钉、定位销、油塞、油标等；
5、了解测量齿侧间隙与接触斑点的方法。
五、实验步骤
1、拧下盖与座联接螺栓，（蜗轮减速器要先拧下轴承端盖螺钉，取下轴承端盖和垫片。
）拔出定位销，借用起盖螺钉打开箱体上盖。
2、取下轴承端盖和垫片。
3、测量各种螺栓的直径。
观察螺栓扳手空间尺寸，鱼眼坑的大小、深度。
比较螺栓直径和孔径间的大小关系及防松方式。
4、观察铸造箱体的凸缘宽度，轴承旁凸台高度，拔模斜度，加强筋的位置和作用。
了解箱体加工工艺对结构的要求。
5、分析轴承部件的结构，并绘出结构草图。
了解如何实现安装、拆卸、固定和调整。
6、测量实验内容之2所列的其他箱体有关尺寸。
7、观察、了解减速器上各辅助零件的用途、结构和位置的要求（实验内容之4）
8、扣上箱盖，将减速器安装好。
六、实验结果
1、绘制减速器中一根轴的轴承部件结构草图。
2、将测得的各种螺栓直径填入下表：
名称
符号
齿轮减速器
蜗轮减速器
轴承旁联接螺栓直径
d1
盖与座联接螺栓直径
d2
轴承端盖螺钉直径（蜗轮）
d3
窥视孔盖螺钉直径
d4
起盖螺钉直径
d5
吊环螺钉直径
d6
3、将测得的箱体有关尺寸填入下表：
名称
符号
齿轮减速器
蜗轮减速器
中心距
a1
a2
中心高
h
机座壁厚
δ1
机盖壁厚
δ2
机座凸缘厚度
b1
机盖凸缘厚度
b2
大齿轮顶圆距内机壁距离
△1
上机体筋厚
m1
下机体筋厚
m2
七、思考题
1、轴承端盖有哪些结构形式？
各有什么特点？
2、一对相互啮合的齿轮，齿宽应如何考虑？
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