机械设计基础实验指导书及实验报告

《机械设计基础》实验指导书及实验报告

朱敏红编写

班级

姓名

机电工程系

2013年2月

目录

实验一平面机构和机械传动的陈列演示 .................................. - 1 -

一、实验目的...................................................................... - 1 -

二、实验步骤...................................................................... - 1 - 实验二渐开线齿轮范成原理................................................... - 3 -

一、实验目的 ....................................................................... - 3 -

二、实验仪器和工具............................................................. - 3 -

三、齿轮范成仪结构及原理.................................................. - 3 -

四、实验步骤.................................................................... - 4 -

五、实验报告 ....................................................................... - 5 - 实验三减速器结构分析及拆装实验 .......................................... - 7 -

一、实验目的 ....................................................................... - 7 -

二、实验设备及工具............................................................. - 7 -

三、实验方法 ....................................................................... - 9 -

四、减速器拆装步骤及各步骤中应考虑的问题.................... - 9 -

五、实验要求 ..................................................................... - 11 -

六、注意事项 ..................................................................... - 12 -

七、实验报告 ..................................................................... - 13 -

实验一平面机构和机械传动的陈列演示

一、实验目的

1．“机械设计基础”是高校工科有关专业的一门重要的技术基础课，主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。是一门实践性很强的课程。学生在学习这门课程中必须做到理论联系实际。通过本实验把“机械设计基础”这门课程的绪论部分和课程具体内容有机的联系起来。

2．通过本实验使学生更具体的了解本课程的具体内容，初步了解平面机构和机械传动及通过零部件结构特点、组成、运动和传动特点。使学生对于学习本科程的具体内容及学习方法做到心中有数。

二、实验步骤

1．实验室有两种模型陈列柜：一组为机械原理部分，另一组为机械设计部分。首先让同学观看机械原理部分（平面机构的结构、组成、运动特点），然后观看机械传动部分。实验时让平面机构和机械传动动起来，老师对每一部分进行介绍。

2．观看通用零部件。因每种零部件上都有说明。所以这一部分可以采取教师介绍的方法和同学自己观看的办法，让学生初步了解各种通用零部件的结构特点及用处。

第一柜 ,机器的组成及特征

单缸内燃机、颚式破碎机、缝纫机、运动副（转动副、移动副、平面高副）

第二柜 ,平面连杆机构

五杆铰链机构、曲柄滑块机构、大筛机构、铰链机构、铰链四杆机构、搅拌机、惯性筛机构、机车车辆机构、鹤式起重机、转动导杆机构（牛头刨床主运动机构、小型刨床）曲柄摇块机构、曲柄移动导杆机构、双转块机构、双滑块机构、曲柄摇杆机构的极位夹角、有急回特性的机构、夹紧机构

第三柜 ,凸轮机构

内燃机配气机构、靠模车削机构、自动送料机构、分度转位机构、力锁合凸轮（靠重力、弹簧力）、形锁合凸轮（沟槽凸轮、等宽凸轮、兴轭凸轮）

第四柜 ,间歇运动机构

棘轮机构、双动式棘轮机构（钩头双动式棘爪、直头双动式棘爪）双向棘轮机构、槽轮机构、内啮合槽轮机构、空间槽轮机械、六角车床上的槽轮机构、外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构

第五柜 ,带传动

平带传动（张紧轮装置）、V带传动、（带定期张紧紧装置、滑道式）、V带传动（带定期张紧装置，摆架式）、V带传动（带的自动张紧装置）、园型带传动（张紧轮装置）、同步带传动、V带轮的结构4种

第六柜 ,螺纹联接和螺旋传动

螺纹的牙型（三角形、矩形、梯形、锯齿形）、螺纹的旋向（右旋、左旋）、螺纹的线数，螺距和导程、螺栓联接、双头螺栓联接、螺钉联接、紧定螺钉联接、常用标准螺纹联接件（六角头螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉、六角螺母、垫圈）、常用的防松方法（弹簧垫圈、对顶

螺母、尼龙圈锁紧螺母、槽形螺母和开口销、圆螺母用带翅垫片、止动垫片、冲点法防松、粘合防松、永久防松、串联钢丝）承受横向载荷的减载装置（用减载销、用减载套筒、用减载键）、螺栓承受偏心载荷、凸台与沉头座的应用、斜面垫圈的应用、受横向载荷的螺栓组联接、改善螺纹牙间载荷分布、柔性螺栓、螺母下装弹性元件、金属垫片和密封环密封、螺旋千斤顶、机床刀架进给机构、插管式外循环滚动螺旋

第七柜 ,螺纹联接和螺旋传动

链传动、齿形链、滚子链、双排滚子链、滚子链接头型式（A、B、C）、链轮结构（A、B、C）、链传动的张紧（A、B）

第八柜 ,齿轮传动

外啮合直齿圆柱齿轮传动、内啮合直齿圆柱齿轮传动、齿轮齿条传动、外啮合斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动、传递相交轴运动（直齿锥齿轮传动、斜齿锥齿轮传动、曲线齿齿轮传动）、传递交错轴运动（蜗杆蜗轮）

第九柜 ,齿轮的基本性质

齿轮各部分的名称和符号、渐开线的形式、正确啮合条件、仿开法切制齿轮、展成法切制齿轮、轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、渐开线曲面形成、斜齿条的压力角、斜齿圆柱齿轮的受力分析、圆锥齿轮的受力分析、齿轮轴、实体式齿轮、腹板式圆柱圆锥齿轮、铸造轮辐式圆柱齿轮

第十柜 ,轮系

定轴齿轮系（A、B）、平面行星齿轮第（A、B）、空间行星齿轮系、行星减速器中的齿轮系、可变向的齿轮系、汽车后桥差速器、摆线针轮传动机构、谐波齿轮传动、减速器

第十一柜 ,轴和轴毂联接

传动轴、直轴（光轴、阶梯轴、空心轴）、曲轴、挠性钢丝轴、圆螺母定位、弹性档圈固定、紧定螺钉固定、压板轴端固定装置、平键联接、导向平键联接、楔键联接、半圆键联接、花键联接

第十二柜 ,轴承

滚动体的种类、调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、轴承的直径系列、内圈轴向固定的常用方法、外圈轴向锁紧方法、全固式支承、固游式支承、整体式径向滑支轴承、部分式径向滑动轴承、油孔、油沟

第十三柜 ,其它常用零部件

套筒联轴器、凸缘联轴器、万向联轴器、齿轮联轴器、弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、牙嵌式离合器、磨擦离合器、牙嵌式安全离合器、滚柱式超越离合器、圆截面压缩弹簧、圆截面拉伸、盘簧、板弹簧、圆截面扭转弹簧

实验二 渐开线齿轮范成原理

一、实验目的

1、 掌握范成法切制渐开线齿轮的原理。

2、 观察切制渐开线标准齿轮时产生的根切现象及如何进行变位以避免发生根切现象。

二、实验仪器和工具

1、 齿轮范成仪、剪刀、螺丝起子。

2、 铅笔、圆规、三角板、绘图纸（自备）。

三、齿轮范成仪结构及原理

O

3

4

8

5

6

7

1

B

d

b

c

a

齿条刀具中线

1、半圆盘;

2、钢丝;

3、纵拖板;

4、机架:

5、横拖板;

6、齿轮刀具;

7、压板;

8、螺杆

齿轮范成仪模拟次齿条刀加工齿轮。刀具模型为一齿条（相当于插齿刀），齿轮模型则为半径相当于被切齿轮节圆半径的半圆盘。其基本构造见图。

半圆盘1可绕其固定的轴心O 转动，在半圆盘1周缘刻有凹槽，槽内绕有钢丝2，两根分别固定在半圆盘及纵拖板3上的a 、b 和c 处。纵拖板3则可在机架4上沿水平方向左右移动，同时由于钢丝2使半圆盘相应地向左或向右转动，形成齿条和齿轮啮合运动。

做实验时，将画好齿顶圆、基圆与分度圆和根圆的轮坯图纸安装在半圆盘1上。对准中心由压环7压住，并放在才齿条（刀具）6的下面，旋转螺杆8使横拖板5前后移动，以调整刀具6（齿条）中线使齿轮坯的分度圆相切（在实验中也可调整刀具的齿顶线，使与齿轮的齿根圆相对），这样每移动纵拖板3一定距离用铅笔描下齿条在轮坯图纸上的位置线（相当于切去齿槽部分材料），如此从一端移至另一端即可在轮坯图纸上清晰地描绘出1-2个完整的标准齿轮齿廓曲线。

若需描绘正移距变位齿轮齿廓时，只需调整螺标8使刀具远离轮坯中心，即可作出正移距变位齿轮的齿廓曲线。齿条移动的距离，由齿条中线移动距离来衡量。

四、实验步骤

1、绘制标准齿轮

（1）在图纸上作中心线，按基本参数m=25mm,Z=8,a=20°,ha-=1,c-=0.25,绘出齿顶圆、分度圆、基圆、齿根圆。

（2）用剪刀剪出比齿顶圆大2 mm左右的轮坯。

（3）将轮坯图纸安装在半圆盘1上，对准中心由压环7压住，并放在齿条6的下边。（4）旋转螺杆8使横拖板5前后移动，将齿条刀具6的中心调整到与轮坯分度圆相切。（5）将纵拖板移向一端，然后按相反方向慢慢移动纵拖板，每移动一个位置，用铅笔描下齿条在轮坯图纸上的位置线，当纵拖板移至另一端极限位置，就可得到1-2

个完整的由齿条刀齿廓位置线所形成的包络线—齿轮的齿廓线。

2、绘制修正齿轮

（1）在图纸上作中心线，按前述齿轮参数绘出分度圆、基圆；用ya=m X z/2+m+13.3作齿顶圆,yf=mz/2-1.25m+13.3mm做齿根圆。

（2）剪下轮坯。其外圆比齿顶圆大2mm左右。

（3）按前述方法安装轮坯图纸。

（4）相对于上述齿条到位置远离中心后移xm=13.3mm。

（5）如前，依次画出齿条刀轮廓位置线，得1-2个完整图形。

五、实验报告

渐开线齿轮范成原理实验报告

（一）实验内容（包括目的和要求）

（二）实验设备

（三）实验记录

1、齿轮的基本参数

m= z= a= ha= c=

2、齿轮刀具的基本参数

m = z= a= ha= c=

3、实验结果

附上所画的两个齿轮的齿形图

（四）思考题

1、观察两个实验结果齿形,哪一只齿轮有根切现象?根切在何处开始?

2、经过刀具移位后切制的齿轮为什么不发生根切现象?

实验三减速器结构分析及拆装实验

一、实验目的

1．了解减速器的整体结构及工作要求。

2．了解减速器的箱体零件、轴、齿轮等主要零件的结构及加工工艺。

3．了解减速器主要部件及整机的装配工艺。

4．了解齿轮、轴承的润滑、冷却及密封。

5．通过自己动手拆装，了解轴承及轴上零件的调整、固定方法，及消除和防止零件间发生干涉的方法。

6．了解拆装工具与减速器结构设计间的关系，为课程设计做好前期准备。

二、实验设备及工具

1．Ⅰ级、Ⅱ级圆柱齿轮传动减速器。

Ⅰ级圆柱齿轮传动减速器

Ⅱ级圆柱齿轮传动减速器

2．活动扳手，螺丝起、木锤、游标卡尺、钢板尺等工具。

三、实验方法

在实验室首先由实验指导老师对几种不同类型的减速器现场进行结构分析、介绍，并对其中一种减速器的主要零、部件的结构及加工工艺过程进行分析、讲解及介绍。再由学生们分组进行拆装，指导及辅导老师解答学生们提出的各种问题。在拆装过程中学生们进一步观察了解减速器的各零、部件的结构、相互间配合的性质、零件的精度要求、定位尺寸、装配关系及齿轮、轴承润滑、冷却的方式及润滑系统的结构和布置；输出、输入轴与箱体间的密封装置及轴承工作间隙调整方法及结构等。

四、减速器拆装步骤及各步骤中应考虑的问题

（一）观察外形及外部结构

1．观察外部附件，分清哪个是起吊装置，哪个是定位销、起盖螺钉、油标、油塞，它们各起什么作用？布置在什么位置？

2．箱体、箱盖上为什么要设计筋板？筋板的作用是什么，如何布置？

3．仔细观察轴承座的结构形状，应了解轴承座两侧联接螺栓应如何布置，支承螺栓的凸台高度及空间尺寸应如何确定？

4．铸造成型的箱体最小壁厚是多少？如何减轻其重量及表面加工面积？

5．箱盖上为什么要设置铭牌？其目的是什么？铭牌中有什么内容？

（二）拆卸观察孔盖

1．观察孔起什么作用？应布置在什么位置及设计多大才是适宜的？

2．观察孔盖上为什么要设计通气孔？孔的位置应如何确定？

（三）拆卸箱盖

1．拆卸轴承端盖紧固螺钉(嵌入式端盖无紧固螺钉)；

2．拆卸箱体与箱盖联连螺栓，起出定位销钉，然后拧动起盖螺钉，卸下箱盖；

3．在用扳手拧紧或松开螺栓螺母时扳手至少要旋转多少度才能松紧螺母，这与螺栓中心到外箱壁间距离有何关系？设计时距离应如何确定？

4．起盖螺钉的作用是什么？与普通螺钉结构有什么不同？

5．如果在箱体、箱盖上不设计定位销钉将会产生什么样的严重后果？为什么？

（四）观察减速器内部各零部件的结构和布置

1．箱体与箱盖接触面为什么没有密封垫？是如何解决密封？箱体的分箱面上的沟槽有何作用？

2．看清被拆的减速器内的轴承是油剂还是脂剂润滑，若采用油剂润滑，应了解润滑油剂是如何导入轴承内进行润滑？如果采用脂剂应了解如何防止箱内飞溅的油剂及齿轮啮合区挤压出的热油剂冲刷轴承润滑脂？两种情况的导油槽及回油槽应如何设计？

3．轴承在轴承座上的安放位置离箱体内壁有多大距离，在采用不同的润滑方式时距离应如何确定？

4．目测一下齿轮与箱体内壁的最近距离，设计时距离的尺寸应如何确定？

5．用手轻轻转动高速轴，观察各级啮合时齿轮有无侧隙？并了解侧隙的作用。

6．观察箱内零件间有无干涉现象，并观察结构中是如何防止和调整零件间相互干涉。7．观察调整轴承工作间隙(周向和轴向间隙)结构，在减速器设计时采用不同轴承应如何考虑调整工作间隙装置？应了解轴承内孔与轴的配合性质，轴承外径与轴承座的配合性质。8．设计时应如何考虑对轴的热膨胀进行自行调节。

9．测量各级啮合齿轮的中心距。

（五）从箱体中取出各传动轴部件

1．观察轴上大、小齿轮结构，了解大齿轮上为什么要设计工艺孔？其目的是什么？

2．轴上零件是如何实现周向和轴向定位、固定？

3．各级传动轴为什么要设计成阶梯轴，不设计成光轴？设计阶梯轴时应考虑什么问题？4．采用直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿时，各有什么特点？其轴承在选择时应考虑什么问题？5．计数各齿轮齿数，计算各级齿轮的传动比。高、低各级传动比是是如何分配的？

6．测量大齿轮齿顶圆直径da，估算各级齿轮模数m。测量最大齿轮处箱体分箱面到内壁底部的最大距离H，并计算大齿轮的齿顶(下部)与内壁底部距离L=H-1/2da,L值的大小会影响什么？设计时应根据什么来确定L值？

7．观察输入、输出轴的伸出端与端盖采用什么形式密封结构；

8观察箱体内油标(油尺)、油塞的结构及布置。设计时应注意什么？油塞的密封是如何处理？

（六）装配

1.检查箱体内有无零件及其他杂物留在箱体内后，擦净箱体内部。将各传动轴部件装入箱体内；

2.将嵌入式端盖装入轴承压槽内，并用调整垫圈调整好轴承的工作间隙。

3.将箱内各零件，用棉纱擦净，并塗上机油防锈。再用手转动高速轴，观察有无零件干涉。无误后，经指导老师检查后合上箱盖。

4.松开起盖螺钉，装上定位销，并打紧。装上螺栓、螺母用手逐一拧紧后，再用扳手分多次均匀拧紧。

5.装好轴承小盖，观察所有附件是否都装好。用棉纱擦净减速器外部，放回原处，摆放整齐。

6.清点好工具，擦净后交还指导老师验收。

五、实验要求

1．分析传动方式、级数、输入、输出轴，并绘制传动简图。

2．边拆装、边测量，并分析箱体结构形状，附件（通气孔、油针、油塞等），轴上零件的定位固定方式及装配关系，润滑密封方式等。 3． 计算减速器的有关参数。

传动比

法面模数

端面模数

螺旋角

或

12

21i

Z Z

=34

43i

Z Z

=n

m

h =225

.t m Z Z a =+212

β=+arccos

()n

m Z Z a

1

2

2β=arccos n

t

m m

对于模数较小的齿轮螺旋角的测定可用滚压法：如上图所示，在齿顶圆上用彩色粉笔轻涂后，在白纸上轻轻滚压，测出顶圆螺旋角βa , 然后换算成分度圆螺旋角β。

∵tgβ=πd s

tgβa=πda s

分度圆直径d =m z n cosβ

顶圆直径da =m z

n() cos

+2

β

∴sinβ=z

z

a sinβ+2

β= arcsin z

z

a sinβ+2

4. 绘制减速器输出轴轴系部件图。

六、注意事项

1、拆装时要认真细致地观察，积极思考，不得大声喧哗，不得乱扔乱放，保持现场的安静与整洁。

2、拆装时要爱护工具和零件，轻拿轻放，拆装时用力要适当以防止损坏零件。

3、拆下的零件要妥善的按一定顺序放好，以免丢失、损坏，以便于装配。

4、拆装时要注意安全，互相配合。

5、实验结束后应把减速器按原样装好，点齐工具并交还指导老师后方可离开。

七、实验报告

减速器结构分析及拆装实验报告

（二）传动简图

（三）实验记录及实验结果

（四）按比例绘制减速器输出轴轴系部件图。