机械设计基础

《机械设计基础》实验指导书班级：姓名：学号：昆明理工大学机电工程学院机械原理及机械设计教研室工程训练中心二OO五年二月前言实验是机械设计基础课程中重要的实践性环节，通过实验不仅可以验证理论，加深对理论知识的理解，而且可以培养同学的动手能力，观察分析能力和勇于探索的创新精神。为了搞好实验教学，对做实验的同学提出如下明确要求：一、预习实验在上实验课前，必须认真预习实验讲义或实验指导书，了解实验的目的、实验用仪器设备的结构及工作原理、实验操作步骤，复习与实验有关的理论知识。二、上实验1．按时上、下课，不得迟到、早退和旷课。2．上课时要认真回答老师提问，要虚心接受教师的指导。3．上课时遵守学生实验守则，精心操作，注意安全。4．上课时要注意观察，认真分析，准确地记录实验原始数据，并经指导教师检查、签字。5．实验结束后要及时关掉电源，对所用仪器设备进行整理，恢复到原始状态。6．经指导老师允许后方可离开。三、撰写实验报告1．实验报告要用统一的实验报告纸撰写；2．书写要工整，曲线要画在坐标纸上，要用曲线板绘制；3．对实验结果要进行分析。希望同学们认真执行“规范”，并遵守实验室的各项规定，爱护公物，保持环境卫生，养成良好的工作习惯。按照“机械设计基础”课程教学大纲和“机械设计基础实验教学大纲”的要求，编写了此实验指导书，共有“机构、机械零件认识实验”、“机构运动简图测绘实研”、“轴系部件分析与测绘实验”和“减速器结构分析及拆装实验”四个必做实验，其中“减速器结构分析及拆装实验”将安排在机械设计基础课程设计中进行。实验成绩占课程总成绩的10%，实验成绩根据实验操作和实验报告来综合评定。机械原理及机械设计教研室、实验室二OO五年二月目录实验一机构、机械零件认识实验（2h）………………………………………1实验二机构运动简图测绘实验（2h）…………………………………………7实验三轴系部件分析与测绘实验（2h）………………………………………12实验一机构、机械零件认识实验Ⅰ机构认识实验一、实验目的1．初步了解《机械原理》课程所研究的各种常用机构的结构、类型、特点及应用实例。2．增强学生对机构与机器的感性认识。二、实验方法陈列室展示各种常用机构的模型，通过模型的动态展示，增强学生对机构与机器的感性认识。实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，对常用机构的结构、类型、特点有一定的了解。对学习机械原理课程产生一定的兴趣。三、实验内容（一）对机器的认识通过实物模型和机构的观察，学生可以认识到：机器是由一个机构或几个机构按照一定运动要求组合而成的。所以只要掌握各种机构的运动特性，再去研究任何机器的特性就不困难了。在机械原理中，运动副是以两构件的直接接触形式的可动联接及运动特征来命名的。如：高副、低副、转动副、移动副等。（二）平面四杆机构平面连杆机构中结构最简单，应用最广泛的是四杆机构，四杆机构分成三大类：即铰链四杆机构；单移动副机构；双移动副机构。1．铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，即根据两连架杆为曲柄，或摇杆来确定。2．单移动副机构，它是以一个移动副代替铰链四杆机构中的一个转动副演化而成的。可分为：曲柄滑块机构，曲柄摇块机构、转动导杆机构及摆动导杆机构等。3．双移动副机构是带有两个移动副的四杆机构，把它们倒置也可得到：曲柄移动导杆机构、双滑块机构及双转块机构。（三）凸轮机构凸轮机构常用于把主动构件的连续运动，转变为从动件严格地按照预定规律的运动。只要适当设计凸轮廓线，便可以使从动件获得任意的运动规律。由于凸轮机构结构简单、紧凑，因此广泛应用于各种机械，仪器及操纵控制装置中。凸轮机构主要有三部分组成，即：凸轮（它有特定的廓线）、从动件（它由凸轮廓线控制着）及机架。凸轮机构的类型较多，学生在参观这部分时应了解各种凸轮的特点和结构，找出其中的共同特点。（四）齿轮机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。具有传动准确、可靠、运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。根据轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、交错轴传动三大类。1．平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿轮机构、齿轮齿条机构等。2．相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹角常为90°。3．交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆机构等。在参观这部分时，学生应注意了解各种机构的传动特点，运动状况及应用范围等。4．齿轮机构参数齿轮基本参数有齿数z、模数m、分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、顶隙系数c*等。参观这部分时，学生需要掌握：什么是渐开线?渐开线是如何形成的?什么是基圆和渐开线发生线?并注意观察基圆、发生线、渐开线三者间关系，从而得出渐开线有什么性质?再就观察摆线的形成，要了解什么是发生圆?什么是基圆?动点在发生圆上位置发生变化时，能得到什么样轨迹的摆线?同时还要通过参观总结出：齿数、模数、压力角等参数变化对齿形有何影响?（五）周转轮系通过各种类型周转轮系的动态模型演示，学生应该了解什么是定轴轮系？什么是周转轮系？根据自由度不同，周转轮系又分为行星轮系和差动轮系。它们有什么差异和共同点？差动轮系为什么能将一个运动分解为两个运动或将两个运动合成为一个运动?周转轮系的功用、形式很多，各种类型都有它自己的缺点和优点。在我们今后的应用中应如何避开缺点，发挥优点等等都是需要学生实验后认真思考和总结的问题。Ⅱ机械零件认识实验一、实验目的1．初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及应用。2．了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。3．了解各种传动的特点及应用。4．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。二、实验方法学生们通过对实验指导书的学习及“机械零件陈列柜”中的各种零件的展示，实验教学人员的介绍，答疑及同学的观察去认识机器常用的基本零件，使理论与实际对应起来，从而增强同学对机械零件的感性认识。并通过展示的机械设备、机器模型等，使学生们清楚知道机器的基本组成要素—机械零件。三、实验内容（一）螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要求是保证联接强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容：1．螺纹的种类：常用的螺纹主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿螺纹。前三种主要用于联接，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已标准化。除管螺纹保留英制外，其余都采用米制螺纹。2．螺纹联接的基本类型：常用的有普通螺栓联接，双头螺柱联接、螺钉联接及紧定螺钉联接。除此之外，还有一些特殊结构联接。如专门用于将机座或机架固定在地基上的地脚螺栓联接，装在大型零部件的顶盖或机器外壳上便于起吊用的吊环螺钉联接及应用在设备中的T型槽螺栓联接等。3．螺纹联接的防松：防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松及铆冲防松等。摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠。对重要联接，特别是在机器内部的不易检查的联接，应采机械防松。常见的摩擦防松方法有对顶螺母，弹簧垫圈及自锁螺母等；机械防松方法有开口销与六角开槽螺母、止动垫圈及串联钢丝等；铆冲防松主要是将螺母拧紧后把螺栓未端伸出部分铆死，或利用冲头在螺栓未端与螺母的旋合处打冲，利用冲点防松。（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标（GB）成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺栓与螺钉；能了解各种标准化零件的结构特点，使用情况；了解各类零件有那些标准代号，以提高学生们对标准化意识。1．螺栓：一般是与螺母配合使用以联接被联接零件，无需在被联接的零件上加工螺纹，其联接结构简单，装拆方便，种类较多，应用最广泛。其国家标准有：GB5782～5786六角头螺栓、GB31.1～31.3六角头带孔螺栓、GB8方头螺栓、GB27六角头铰制孔用螺栓、GB37T形槽用螺栓、GB799地脚螺栓及GB897～900双头螺栓等。2．螺钉：螺钉联接不用螺母，而是紧定在被联接件之一的螺纹孔中，其结构与螺栓相同，但头部形状较多以适应不同装配要求。常用于结构紧凑场合。其国家标准有：GB65开槽圆柱头螺钉；GB67开槽盘头螺钉；GB68开槽沉头螺钉；GB818十字槽盘头螺钉；GB819十字槽沉头螺钉；GB820十字槽半沉头螺钉；GB70内六角圆柱头螺钉；GB71开槽锥端紧定螺钉；GB73开槽平端紧定螺钉；GB74开槽凹端紧定螺钉；GB75开槽长圆柱端紧定螺钉；GB834滚花高头螺钉；GB77～80各种内六角紧定螺钉；GB83～86各类方头紧定螺钉；GB845～847各类十字自攻螺钉；GB5282～5284各类开槽自攻螺钉；GB6560～6561各类十字头自攻锁紧螺钉；GB825吊环螺钉等。3．螺母：螺母形式很多，按形状可分为六角螺母、四方螺母及圆螺母；按联接用途可分为普通螺母，锁紧螺母及悬置螺母等。应用最广泛的是六角螺母及普通螺母。其国家标准有：GB6170～6171、GB6175～61761型及2型A、B级六角螺母；GB411型C级螺母；GB6172A、B级六角薄螺母；GB6173A、B六角薄型细牙螺母；GB6178、GB61801、2型A、B级六角开槽螺母；GB9457、GB94581、2型，A、B级六角开槽细牙螺母；GB56六角厚螺母；GB6184六角锁紧螺母；GB39方螺母；GB806滚花高螺母；GB923盖形螺母；GB805扣紧螺母；GB812、GB810圆螺母及小圆螺母；GB62蝶形螺母等。4．垫圈：垫圈种类有平垫、弹簧垫及锁紧垫圈等。平垫圈主要用于保护被联接件的支承面，弹簧及锁紧垫圈主要用于摩擦和机械防松场合，其国家标准有：GB97.1～97.2、GB95～96、GB848、GB5287各类大、小及特大平垫圈；GB852工字钢用方斜垫圈；GB853槽钢用方斜垫圈；GB861.1及GB862.1内齿、外齿锁紧垫圈；GB93、GB7244、GB859各种类弹簧垫圈；GB854～855单耳、双耳止动垫圈；GB856外舌止动垫圈；GB858圆螺母止动垫圈。5．挡圈：常用于轴端零件固定之用。其国家标准有：GB891～892螺钉、螺栓紧固轴端挡圈；GB893.1～893.2A型B型孔用弹性挡圈；GB894.1～894.2A型B型轴用弹性挡圈；GB895.1～895.2孔用、轴用钢丝挡圈；GB886轴肩挡圈等。（三）键联接键联接：键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。其主要类型有：平键联接、楔键联接和切向键联接。各类键使用的场合不同，键槽的加工工艺也不同。可根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择，键的尺寸则应符合标准规格和强度要求来取定。其国家标准有：GB1096～1099各类普通平键、导向键及各类半圆键；GB1563～1566各类楔键、切向键及薄型平键等。通过展柜的参观同学们要仔细观察其结构，使用场合，并能分清和认识以上零件。（四）机械传动机械传动有螺旋传动、带传动、链传动、齿传动及蜗杆传动等。各种传动都有不同的特点和使用范围，这些传动知识同学们在学习“机械设计”课程中都有要详细讲授。在这里主要通过实物观察，增加同学们对各种机械传动知识的感性认识，为今后理论学习及课程设计打下良好基础。1．带传动：是带被张紧（预紧力）而压在两个带轮上，主动轮带轮通过摩擦带动带以后，再通过摩擦带动从动带轮转动。它具有传动中心距大、结构简单、超载打滑（减速）等特点。常有平带传动、V型带传动，多楔带及同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮容易制造。在传动中心距较大的情况下应用较多；V型带为一整圈，无接缝，故质量均匀，在同样张紧力下，V型带较平带传动能产生更大的摩擦力，再加上传动比较大、结构紧凑，并标准化生产，因而应用广泛；多楔带