《机械设计基础》实验指导书

《机械设计基础》实验指导书1机构简图测绘及分析实验机构运动简图是将组成机构的构件、运动副用表1的符号、并根据构件的实际尺寸按比例画出的图形。它具有与原机构完全相当的运动。运动简图除了能表达原机构的传动情况外，还可据此用图解法进行机构的运动分析和力分析。不按尺寸比例绘制的机构运动简图，称机构示意图。实际机构的外形可能很复杂，如果直接进行分析，往往非常困难。工程上为了方便，通常撇开构件的复杂外形连接处的具体结构，而用抽象的机构简图来表示。在机械设计的初始阶段，机构简图是用来表达设计方案的重要工具。1.1实验目的（1）掌握正确测绘机构简图的方法，熟悉常用运动副的代表符号。（2）通过机构简图的测绘，深入了解机构简图与实际构造间的联系与差别。（3）运用基本杆组组成原理的知识分析机构。1.2实验原理与方法机构运动简图是真实机器抽象图形。如图1表示一个轨梁步进式运输机构，它是采用了四杆机构的连杆曲线，用一个平行四边形机构复制相同的运动。（注意，机构右边部分虚线所示的完全相同的曲柄和连杆是多余的，因此把多余的部分去掉。）图1直线移动轨梁步进式八杆运输机构图2所示为一剪切机的结构图，图2切机结构图图3即为其按一定比例尺绘制的机构运动简图。图3切机机构简图为了真实的反映机器的结构、运动及动力性质，机构简图就必须按照机器的尺寸并选取一定的比例尺来绘制。例如在图4-3中所示的剪切机中，各构件的尺寸为：L=360mm，L=355mm，L=700mm，R=50mm而长度比例尺为：)()(mmmmml图中构件的尺寸或构件的实际尺寸=µ则mmmmABLABl/10550===µ在机构简图中，一般构件是用符号1，2，3……来标注的（由主动件起）；而运动副的符号是用A，B，C……来表示。为了检查所绘制的机构运动简图是否正确，在绘制完毕后必须用机构的结构公式LH32FnPP=−−（1）来计算其活动度，校核是否与机器的主动件数相符合。1.3实验设备与工具本实验设备及工具包括牛头刨床、插齿机、双缸内燃机、颚式破碎机、缝纫机、绘图用铅笔、圆规、直尺和橡皮等。1.4实验要求绘制下列各机器的机构简图：（1）牛头刨刨刀往复移动机构；（2）缝纫机走针、摆梭机构；（3）插齿机插刀切削运动机构；（4）颚式破碎机的颚板摆动机构；5）双缸内燃机活塞往复运动机构。1.5实验步骤（1）了解机构的作用，分析机构的运动，认清固定构件（机架）与活动构件。确认活动构件及其数目。（2）找出主动件和从动件。缓慢转动主动件，仔细观察各构件的运动情况。（3）从主动件开始，按照运动的传递顺序，仔细观察两联接构件之间的接触性质及相对运动，以确认运动副的类型。最后找出各类运动副的数目。（4）合理选择机构的运动平面，并作为视图平面。一般选择与绝大多数构件的运动平面相平行的平面作为视图平面。（5）按所选的视图平面，在草稿纸上徒手画出机构示意图。并从主动件开始，依次用数字表示各构件，用字母表示各运动副。原动件要画上表示运动方向的箭头。（6）计算机构自由度，并检验与机构主动件数目是否一致。（7）选取适当长度比例尺，按任选主动件的某个位置，画出机构运动简图。1.6注意事项机构简图应能准确地表达原机构的运动特点。绘制时应注意以下几点：（1）简图上的构件数目要与原来机构的构件数目相等；（2）简图上构件间的联结形式、数目及相对位置要与原机构一致；（3）简图上机构的原动件和固定件(机架)要与原来机构一致。（4）注意各构件间的比例关系与原机构相对应。1.7实验报告按要求写出实验报告。详见光盘。附录：机构简图符号机构简图符号见表1-1，1-2。表1-1常用运动副的符号表1-2常用机构运动简图符号2减速器的拆装实验2.1概述减速器是由封闭在箱体内的齿轮传动或蜗杆传动所组成的独立部件，常安装在机械的原动机与工作机之间，用以降低输入的转速并相应地增大输出的转矩。减速器类型很多，单级和二级的齿轮、蜗杆减速器的主要型式及分类见表2-1。　2.2实验目的（1）熟悉、了解各种减速器的结构，分析减速器中各零件的作用及装配关系，（2）测定减速器的主要参数和精度，加深对此轴系为主的传动部件结构原理的理解，提高对机械结构的分析及设计能力。2.3实验要求（1）按正确程序拆装一种减速器，分析减速器的结构特点及各零部件功用。　（2）测定减速器的主要参数，绘制传动示意图。　（3）测量减速器传动副的齿侧间隙及接触精度，测量轴承的轴向间隙并了解间隙调整方法。2.4实验设备单级圆柱齿轮减速器、二级展开式圆柱齿轮减速器、圆锥-圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器等实物和其它各种类型的减速器模型。　拆装及测量工具有：扳手、手锤、改锥、钢板尺、游标卡尺、百分表、内外卡钳、紫铜棒、铅丝、涂料等。表2-1减速器的主要型式及分类2.5实验步骤（1）观察减速器外部形状，判断传动方式、级数、输入输出轴等。　（2）拧下箱盖与箱体间的联接螺栓，拔出定位销，借助起盖螺钉打开箱盖。　（3）边拆卸、边观察，并就箱体形状、轴上零件的定位固定方式及装配关系、润滑密封方式、箱体附件(如通气器、油标、油塞、起盖螺钉、定位销等)的结构特点和作用、位置要求、加工方法和零件材料等进行分析比较。　（4）画传动示意图，测定减速器的主要参数21zzma、、、……等，将测得的参数或计算得出的参数记录于实验报告表中，传动示意图中也相应注明必要的参数。　（5）小结减速器结构设计中如何考虑装拆的要求及注意问题。　（6）将减速器复原装好。　下面应在实物减速器上(仅打开视孔盖，其它均为原装)检验齿侧间隙、接触精度和轴向间隙。　（7）测量齿侧间隙nj的大小。为此在齿侧之间插入一铅丝，其直径稍大于所估计的侧隙。转动齿轮辗压轮齿之间的铅丝，铅丝变形部分的厚度即相当于侧隙大小。用千分尺或游标卡尺测出其厚度，检验该减速器是否符合GB标准中所规定的侧隙要求。　（8）检验齿轮接触斑点精度。仔细擦净每个轮齿表面，在主动轮的3～4个轮齿表面均匀地涂上一薄层涂料(如红铅油等)，然后在轻的制动下，用手转动主动轮数周，测量从动轮轮齿表面上分布的接触擦亮痕迹。接触痕迹的大小在齿面展开图上用百分比计算。　图2-2齿面接触痕迹的分布情况沿齿长方向：接触痕迹的长度b′′(扣除超过模数值的断开部分c与工作长度b′之比，即%100×′−′′bcb沿齿高方向：接触痕迹的平均高度h′′与工作高度h′之比，即：　%100×′′′hh检查计算结果是否符合GB标准中所规定的接触斑点精度要求。　（9）轴承轴向间隙的测定与调整。固定好百分表，用手推动轴至一端，然后再推动它至另一端，百分表上所指示的量即轴向间隙的大小。检查测量值是否符合规范要求，如不符合要求，则可用增减轴承端盖处垫片的方法进行调整(对嵌入式端盖可用调整螺钉或调整环来调整轴向间隙)。　记录实验数据和计算结果。　2.6思考题（1）减速器由哪几部分组成?齿轮减速器传动方式(展开式或同轴式)和蜗杆减速器传动方式(上置式或下置式)的确定与什么因素有关?各有什么优点?　（2）轴系各零件(包括轴承)如何定位和固定?轴系本身在箱体中如何定位和固定?比较各种固定方式和固定元件的优缺点。　（3）调整轴系轴承的作用是什么?有哪几种调整方法?如何保证轴承的游动间隙。　（4）分析窥视孔的作用、布置位置及尺寸；分析通气器的作用及如何防止灰尘的进入?　（5）油标、放油螺塞、启盖螺钉和定位销的作用是什么?它们的结构及位置有何特点?　（6）如何保证减速器的密封性能?如何使剖分面上的油流回到箱体内?剖分面间为什么不能加垫片?　（7）如何保证箱体有足够的刚性?决定箱体的中心高要考虑哪些因素?如何考虑剖分面?（8）齿轮与蜗杆、蜗轮是如何润滑的?轴承是如何润滑的?润滑方式各有何特点?　（9）箱体选用什么材料?在进行铸造和机械加工时应考虑哪些问题?　（10）为什么减速器箱体一般采用剖分式?如采用整体式箱体，则在装配轴系零件时应考虑什么问题?　3机械方案创意设计模拟实施的实验3.1实验目的（1）通过自行构思设计机械运动方案，培养学生创新构思和设计的能力，提高综合运用所学的理论知识分析和解决机构设计问题的能力。（2）通过平面连杆机构的选型及综合，培养学生具有初步的机构选型、组合和确定机构系统运动方案的能力。（3）进一步掌握平面连杆机构的工作特性，熟悉平面连杆机构的特点及功能。3.2实验内容和要求（1）构思一个有实际用途的平面连杆机构新机械装置。画出机构运动简图或机构示意图，确定机构中构件的数目及运动副的类型和数目，分析该机构是否有确定运动。（2）按照机械系统运动传递的顺序，通过在实验平台上进行组合式、模块式搭接，分析该机构在实验平台上搭接的可行性。（3）通过机械方案构思组装模拟，说明自行设计机构的效果、特点、功能与用途。（4）撰写实验报告。3.3实验装置简介（1）组合式可调平面连杆机构模型该实验仪由一套多功能零件组成，供使用者组装。图3-1组合式可调平面连杆机构模型（2）主要零部件如下图所示：图3-2（3）专用工具箱。包括组装工具，多功能零件和一些标准件，如螺母、螺栓、垫圈、螺丝等。3.4实验注意事项（1）应注意机构的各个构件不会相互干涉（各杆组应分层，保证各构件的运动在相互平行的平面内进行）；（2）机构是否存在曲柄，能否连续运动；（3）机构的运动能否顺序实现指定的连杆位置或动点轨迹或连架杆对应位移。（4）实验完成后，将实验桌上零部件清理，归类放入实验工具箱。经教师检查通过后，方可离开。4机械系统构思创意组装模拟实验4.1概述机械系统构思创意组装模拟实验装置，使学生利用多功能机械零、部件，进行积木式组合，按比例组装实物模型、安装电机、调整系统，并实现动态演示和观察机器各部分的运动情况和传动性能，从而完成自己的构思设计。本实验将整部机器的设计和组装融为一体，最终使学生用实验方法自行确定切实可行的机械系统设计方案，也就是通过构思组装、模拟实施、动态演示等环节来培养学生创意动手能力和整部机器设计的思想。4.2实验目的(1)培养学生综合设计能力和整部机器设计的思想。(2)熟悉、了解各种原动机、传动机和工作机的结构，分析机械系统中各零、部件的作用及装配关系。(3)加深对多种齿轮副结构型式的认识：了解它们所能组成的多种传动系统。(4)根据传动系统的需要，学习怎样合理选择轴承部件：掌握轴承部件的安装、配合、紧固、调节、润滑、密封等知识。(5)动态演示观察机器各部分的运动情况和传动性能，使得学生对整部机器的运行情况有一个比较直观的了解，为正确设计机械传动系统、合理选用联轴器和轴承部件加深感性认识。4.3实验要求(1)拟定一种机械系统设计方案，绘制系统简图。(2)根据所确定的传动方案，选出所需的齿轮副和轴。(3)根据齿轮副的受力分析，选出所需轴承。如仅受径向力或受轴向力很小时，应选用向心球轴承；如轴向力较大时，应选用圆锥滚子轴承，这种轴承必须成对使用，放在轴的两端各一个或轴的一端两个，另一端放其它型号轴承，也可悬臂，但这种轴承间隙必须调整。(4)按预先拟定的传动方案组装该机械系统，分析系统中各部分的结构特点及功用。(5)测定传动机和工作机的主要参数，绘制机构传动示意图。(6)测量减速器传动副的齿侧间隙及接触精度，测量轴承的轴向间隙并了解间隙调整方法。4.4实验设备(1)原动机部分：电动机(功率为150W)及自耦变压器(500W)，可调速范围为0～750r／min。(2)传动部分：一级传动组合(一级圆柱直齿减速器、一级圆柱斜齿减速器、一级直齿圆锥减速器、一级蜗杆减速器)；二级传动组合(二级展开式圆柱减速器、二级同轴式圆柱减速器、二级圆柱圆锥减速器)。(3)工作机部分：曲柄——滑块机构、曲柄——摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构以及各种类型的组合机构等。(4)其它部分：各种类型联轴器、搭接实验平台用的槽钢，调平用的垫板等。(5)组装及测量工具有：扳手、螺丝刀、钢板尺、游标卡尺及水平尺等。4.5实验方法与步骤(1)根据机械系统设计方案，搭接实验用平台，确定原动机，选出齿轮、轴、轴承、轴承座、密封件、工作机和联轴器等，并对它们进行主要尺寸的测量，将测得的数据填入实验报