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机械设计基础实验指导书

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目    录

实验1  机械零件认识实验………………………………………………………….1

实验2  轴承装置设计和分析…………………………………………………...…..3

实验3  轴系结构设计和分析………………………………………………….……5

实验4  齿轮范成原理…………………………………………………………….…6

实验5  机械运动方案创新设计实验…………………………………………….....9

实验1  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．了解各种常用的润滑剂及相关的国家标准。

5．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。

二、实验方法

通过对实验指导书的学习及机械零件模型的展示，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； 2．螺纹联接的基本类型；

3．螺纹联接的防松；4．提高螺纹联接强度的措施。

在掌握上述内容，通过参观螺纹联接模型，同学应区分出：①什么是普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹；②能认识什么是普通螺纹、双头螺纹、螺钉及紧定螺钉联接；③能认识摩擦防松与机械防松的零件；④了解联接螺栓的光杆部分做得比较细的原因是什么等问题。

（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； 2．螺钉；3．螺母；4．垫圈；5．挡圈。

（三）键、花键及销联接

1．键联接；2．花键联接；3．销联接

以上几种联接，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各类零件。

（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．螺旋传动；2.带传动； 3.链传动； 4.齿轮传动； 5.蜗杆传动。

(五)轴系零、部件

1.轴承；2．轴

(六)弹簧

(七)润滑剂及密封

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验2  轴承装置设计和分析

一、实验目的

     了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。

二、实验设备及工具

1．组合式轴系结构设计分析实验箱

2．测量及绘图工具

300mm钢板尺、游标卡尺、铅笔、三角板等。

三、实验内容及要求

1．依据指导教师给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系或蜗杆轴系）观察组装后的轴系结构，绘制轴系部件的装配草图。

    2．测量轴系的主要装配尺寸，分析并测绘轴系零件，绘制主要零件的结构草图。    

四、实验步骤

    1．明确实验内容，理解设计要求；

    2．复习有关轴承组合设计的内容与方法；

    3．构思轴承装置设计方案

    1）根据齿轮类型选择滚动轴承型号；

    2）确定支承轴向固定方式（两端固定：一端固定、一端游动）；

    3）根据齿轮圆周速度（高、中、低）确定轴承润滑方式（脂润滑、油润滑）；

    4）选择端盖形式（凸缘式、嵌入式）并考虑透盖处密封方式（毡圈、皮碗、油沟）；

    5）考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题；

    4．组装轴系部件

    根据轴承装置设计方案，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。

    5．绘制轴承装置结构草图。

6．测量零件结构尺寸（支座不用测量），并作好记录。

7．将所有零件放人实验箱内的规定位置，交还所借工具

    8．根据结构草图及测量数据，在3号图纸上用1：l比例绘制轴系结构装配图，要求装配关系表达正确，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。

9．写出实验报告。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验3  轴系结构设计和分析

一、         实验目的

1．熟悉并掌握轴与轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；

    2．熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；

3．熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计基本方法

二、          实验设备及工具

1．组合式轴系结构设计分析实验箱

实验箱提供了可组成减速器圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系和蜗杆轴系三类轴系结构模型的成套零件（详见实验中的设备介绍）。

2．测量及绘图工具

300mm钢板尺、游标卡尺、铅笔、三角板等。

三、          实验内容及要求

1．依据指导教师给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系或蜗杆轴系）观察组装后的轴系结构，绘制轴系部件的装配草图。

    2．测量轴系的主要装配尺寸，分析并测绘轴系零件，绘制主要零件的结构草图。    

3．每人编写实验报告一份。

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内容与方法；

    3．对轴系部件进行拆解，观察和分析轴系各零件的结构，对其主要的结构尺寸进行测量（支座不用测量）。

4．根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配图。

5．装配轴系部件使其恢复原状。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验4  齿轮范成原理

一、目的要求

    1．巩固和掌握用范成法切制渐开线齿轮的基本原理。观察齿廓的渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程。

    2．了解渐开线的根切现象和齿顶变尖原因以及用变位修正来避免根切的方法，并分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

    3．巩固齿轮基本几何尺寸的计算，并进一步了解基本参数m，z，α，x在齿轮设计和加工中的意义和作用。

二、设备

1．齿轮范成仪：

齿条刀具的主要参数

    m=20mm，a=20°，，

    被切齿轮的主要参数：

    m=20 (mm)，a=20°，z=10，，

2．代替被加工齿轮坯件的图纸一张

3．同学需要自备如下的东西

    (1) 削尖的铅笔二支                  (2) 圆规、三用板及胶皮擦

三、范成仪的构造及工作原理

图2为齿轮范成仪简图，圆盘1表示被加工齿轮的毛坯，安装在机架4上，并可绕机架上的固定轴O转动。齿条刀具2安装在溜板3上，当移动溜板时，轮坯圆盘1上安装的与被加工齿轮具有同等大小分度圆的齿轮与并固接在溜板上的齿条啮合，并保证被加工齿轮的分度圆与溜板3上的齿条节线作纯滚动，从而实现范成运动。

 

 

图2

  

 松开螺母5即可调整齿条刀具相对于轮坯中心的距离，因此，齿条2可以安装在相对于圆盘1的各个位置上，如使齿条分度线与圆盘1的分度圆相切，则可以绘出标准齿轮的齿廓。当齿条2的中线与圆盘1的分度圆间有距离时，（其移距值xm可以在溜板3的刻度上直接读出来），则可按移距的大小和方向绘出各种正移距或负移距变位齿轮。

    范成法是利用一对齿轮互相啮合时，共轭齿廓互为包络线的原理来加工的。加工时其中一轮为刀具。另一轮为毛坯，而由机床的传动链迫使它们保持固定的角速比旋转，完全和一对齿数比相同的齿轮相互相传动一样，同时刀具还沿轮坯轴线方向作切削运动，如此切出的齿轮的轮廓，就是刀具刀刃的一系列位置，就能清楚的观察到加工齿轮的范成过程。

今若用渐开线作为刀具齿廓，则其包络线必亦为渐开线。由于在实际加工时，不易看到形成包络线的刀刃的一系列位置，故通过范成仪来实现上述的刀具与轮坯间的范成运动，用铅笔画出刀具刀刃的一系位置，就能清楚的观察到加工齿轮的范成过程。

四、实验步骤

1.   根据齿条刀具的模数m、分度圆压力角α和被加工齿轮的齿数z,计算出被加工齿轮的分度圆和基圆直径,以及标准齿轮,正、负移距变位齿轮的齿根圆、齿顶圆直径,将计算结果填在试验报告中,并标注在附图上.

项目	分度圆直径d（mm）	齿顶圆直径da（mm）	齿根圆直径df（mm）	基圆直径db（mm）
标准齿轮
正变位齿轮
负变位齿轮

2.       将绘有毛坯圆、分度圆、基圆等的图纸固定在圆盘上作为毛坯,将溜板(带齿条)置于中间位置,并使标准齿轮象限正对齿条,调节齿条刀具的分度线与毛坯分度圆相切,制作标准齿轮.

3.       将齿条移至右极端位置,开始切制齿轮,并将齿条刀具溜板每次向左移动一个微小的距离(4～5毫米),在代表轮坯的图纸上,用铅笔描下刀具刀刃的位置,直到形成3～4个完整的齿形为止.

4.       调节齿条刀具离开轮坯中心,作正移距xm毫米,再将图纸转动到相应的象限,然后重复步骤3.

5.       调节齿条刀具使其接近轮坯中心,作负移距xm毫米, 再将图纸转动到相应的象限,然后重复步骤3.

6.       比较所画的标准齿轮和变位齿轮在分度圆的齿轮厚、齿间、周节以及齿顶厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相对变化特点.

 

项目	异同		差异
	x >   0	x < 0	x > 0	x > 0
齿顶圆半径（mm）
齿根圆半径（mm）
模数m（mm）
分度圆半径（mm）
分度圆上的齿厚s（mm）
分度圆上的齿槽宽e（mm）
分度圆上的周节p（mm）
齿顶高ha（mm）
齿根高hf（mm）
齿全高h（mm）

 

五、思考题

1.   齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于( + )m?

2.   用齿条刀具加工标准齿轮时,刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求?为什么?

3.   用齿轮插刀加工齿轮时,刀具与轮坯之间应该具备哪几种运动?

 

 

 

 

 

 

 

 

实验5 机械运动方案创新设计实验

一、实验目的

1．加深对平面连杆机构及其设计的理解。

2. 初步了解机构设计的基本原理及各连杆机构的运动特性。

  3．学会用实验的方法进行机构运动及结构分析。

4. 培养学生创新意识及综合设计能力。

二、实验原理

平面连杆机构由原动件、连杆和从动件组成。原动件输出运动和动力，通过连杆实现从动件的输出，达到运动方式的转换和对外做功。

三、实验设备及工具

 1．ZBS-C机构运动创新设计实验台

 2. 工具：外六角扳手（2把），内六角扳手（1个），钢尺（1个），十字起（1把）,一字起（1把）

四、实验步骤  

  1. 每位同学根据自己所做的机构设计简图到零件库中选取相应的零件。

  2. 按工序号找到相对应的试验台架号，按图组装机构

  3. 组装完毕后让其运转，检验是否运转自如，能否满足自己的设计要求。

  4. 机构运动正常后，测量并记录该机构的实际尺寸，回去后完成实验报告。

五、实验报告要求

1．根据对机构的工艺要求，设计拼接机构的运动链结构图，计算机构的自由度；

2．按比例绘制搭接机构的运动简图，标注出机构的运动简图的尺寸参数；

3．说明该机构是否满足给定的工艺要求；

4．分析该机构的优缺点？

要求：在预习报告中确定设计方案。绘制机构运动链结构图。

附录：机构的尺寸及数量。

六、实验步骤   

1、每位同学根据自己所做的机构设计简图到零件库中选取相应的零件。

2、按工序号找到相对应的试验台架号，按图组装机构

3、组装完毕后让其运转，检验是否运转自如，能否满足自己的设计要求。

4、机构运动正常后，测量并记录该机构的实际尺寸，回去后完成实验报告。

1	连     杆	L=100	21
2		L=110	23
3		L=150	14
4		L=160	31
5		L=24	14
6		L=260	6
7		L=300	15
8		L=330	8
9	齿 条	L=350	7
10	轴	综合	106
11	齿 轮	D= 115	6
12		D=90	6
13		D=75	4
14		D=60	4
15	槽 轮	D= 112	1对
16	凸 轮	D=90	6
17	皮 带 轮	D=30	4
18	张 紧 轮	D=30	6
19	转  臂	20*30*50	5