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機械設計基礎實驗指導書

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目    錄

實驗1  機械零件認識實驗………………………………………………………….1

實驗2  軸承裝置設計和分析…………………………………………………...…..3

實驗3  軸系結構設計和分析………………………………………………….……5

實驗4  齒輪範成原理…………………………………………………………….…6

實驗5  機械運動方案創新設計實驗…………………………………………….....9

實驗1  機械零件認識實驗

一、實驗目的

1．初步了解《機械設計》課程所研究的各種常用零件的結構、類型、特點及應用。

2．了解各種标準零件的結構形式及相關的國家标準。

3．了解各種傳動的特點及應用。

4．了解各種常用的潤滑劑及相關的國家标準。

5．增強對各種零部的結構及機器的感性認識。

二、實驗方法

通過對實驗指導書的學習及機械零件模型的展示，實驗教學人員的介紹，答疑及同學的觀察去認識機器常用的基本零件，使理論與實際對應起來，從而增強同學對機械零件的感性認識。并通過展示的機械設備、機器模型等，使學生們清楚知道機器的基本組成要素—機械零件。

三、實驗内容

（一）螺紋聯接

螺紋聯接是利用螺紋零件工作的，主要用作緊固零件。基本要求是保證聯接強度及聯接可靠性，同學們應了解如下内容：

1．螺紋的種類； 2．螺紋聯接的基本類型；

3．螺紋聯接的防松；4．提高螺紋聯接強度的措施。

在掌握上述内容，通過參觀螺紋聯接模型，同學應區分出：①什麼是普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒螺紋；②能認識什麼是普通螺紋、雙頭螺紋、螺釘及緊定螺釘聯接；③能認識摩擦防松與機械防松的零件；④了解聯接螺栓的光杆部分做得比較細的原因是什麼等問題。

（二）标準聯接零件

标準聯接零件一般是由專業企業按國标（GB）成批生産，供應市場的零件。這類零件的結構形式和尺寸都已标準化，設計時可根據有關标準選用。通過實驗學生們要能區分螺栓與螺釘；能了解各種标準化零件的結構特點，使用情況；了解各類零件有那些标準代号，以提高學生們對标準化意識。

1．螺栓； 2．螺釘；3．螺母；4．墊圈；5．擋圈。

（三）鍵、花鍵及銷聯接

1．鍵聯接；2．花鍵聯接；3．銷聯接

以上幾種聯接，通過展櫃的參觀同學們要仔細觀察其結構，使用場合，并能分清和認識以上各類零件。

（四）機械傳動

機械傳動有螺旋傳動、帶傳動、鍊傳動、齒傳動及蝸杆傳動等。各種傳動都有不同的特點和使用範圍，這些傳動知識同學們在學習“機械設計”課程中都有要詳細講授。在這裡主要通過實物觀察，增加同學們對各種機械傳動知識的感性認識，為今後理論學習及課程設計打下良好基礎。

1．螺旋傳動；2.帶傳動； 3.鍊傳動； 4.齒輪傳動； 5.蝸杆傳動。

(五)軸系零、部件

1.軸承；2．軸

(六)彈簧

(七)潤滑劑及密封

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

實驗2  軸承裝置設計和分析

一、實驗目的

     了解軸承的類型、布置、安裝及調整方法，以及潤滑和密封方式。

二、實驗設備及工具

1．組合式軸系結構設計分析實驗箱

2．測量及繪圖工具

300mm鋼闆尺、遊标卡尺、鉛筆、三角闆等。

三、實驗内容及要求

1．依據指導教師給每組指定實驗内容（圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系或蝸杆軸系）觀察組裝後的軸系結構，繪制軸系部件的裝配草圖。

    2．測量軸系的主要裝配尺寸，分析并測繪軸系零件，繪制主要零件的結構草圖。    

四、實驗步驟

    1．明确實驗内容，理解設計要求；

    2．複習有關軸承組合設計的内容與方法；

    3．構思軸承裝置設計方案

    1）根據齒輪類型選擇滾動軸承型号；

    2）确定支承軸向固定方式（兩端固定：一端固定、一端遊動）；

    3）根據齒輪圓周速度（高、中、低）确定軸承潤滑方式（脂潤滑、油潤滑）；

    4）選擇端蓋形式（凸緣式、嵌入式）并考慮透蓋處密封方式（氈圈、皮碗、油溝）；

    5）考慮軸上零件的定位與固定，軸承間隙調整等問題；

    4．組裝軸系部件

    根據軸承裝置設計方案，從實驗箱中選取合适零件并組裝成軸系部件，檢查所設計組裝的軸系結構是否正确。

    5．繪制軸承裝置結構草圖。

6．測量零件結構尺寸（支座不用測量），并作好記錄。

7．将所有零件放人實驗箱内的規定位置，交還所借工具

    8．根據結構草圖及測量數據，在3号圖紙上用1：l比例繪制軸系結構裝配圖，要求裝配關系表達正确，注明必要尺寸（如支承跨距、齒輪直徑與寬度、主要配合尺寸），填寫标題欄和明細表。

9．寫出實驗報告。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

實驗3  軸系結構設計和分析

一、         實驗目的

1．熟悉并掌握軸與軸上零件的結構形狀及功用、工藝要求和裝配關系；

    2．熟悉并掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；

3．熟悉并掌握軸系結構設計中有關軸的結構設計基本方法

二、          實驗設備及工具

1．組合式軸系結構設計分析實驗箱

實驗箱提供了可組成減速器圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系和蝸杆軸系三類軸系結構模型的成套零件（詳見實驗中的設備介紹）。

2．測量及繪圖工具

300mm鋼闆尺、遊标卡尺、鉛筆、三角闆等。

三、          實驗内容及要求

1．依據指導教師給每組指定實驗内容（圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系或蝸杆軸系）觀察組裝後的軸系結構，繪制軸系部件的裝配草圖。

    2．測量軸系的主要裝配尺寸，分析并測繪軸系零件，繪制主要零件的結構草圖。    

3．每人編寫實驗報告一份。

四、實驗步驟

    1．明确實驗内容，理解設計要求；

    2．複習有關軸的結構設計内容與方法；

    3．對軸系部件進行拆解，觀察和分析軸系各零件的結構，對其主要的結構尺寸進行測量（支座不用測量）。

4．根據裝配草圖和測量數據，繪制軸系部件裝配圖。

5．裝配軸系部件使其恢複原狀。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

實驗4  齒輪範成原理

一、目的要求

    1．鞏固和掌握用範成法切制漸開線齒輪的基本原理。觀察齒廓的漸開線部分及過渡曲線部分的形成過程。

    2．了解漸開線的根切現象和齒頂變尖原因以及用變位修正來避免根切的方法，并分析、比較标準齒輪和變位齒輪的異同點。

    3．鞏固齒輪基本幾何尺寸的計算，并進一步了解基本參數m，z，α，x在齒輪設計和加工中的意義和作用。

二、設備

1．齒輪範成儀：

齒條刀具的主要參數

    m=20mm，a=20°，，

    被切齒輪的主要參數：

    m=20 (mm)，a=20°，z=10，，

2．代替被加工齒輪坯件的圖紙一張

3．同學需要自備如下的東西

    (1) 削尖的鉛筆二支                  (2) 圓規、三用闆及膠皮擦

三、範成儀的構造及工作原理

圖2為齒輪範成儀簡圖，圓盤1表示被加工齒輪的毛坯，安裝在機架4上，并可繞機架上的固定軸O轉動。齒條刀具2安裝在溜闆3上，當移動溜闆時，輪坯圓盤1上安裝的與被加工齒輪具有同等大小分度圓的齒輪與并固接在溜闆上的齒條齧合，并保證被加工齒輪的分度圓與溜闆3上的齒條節線作純滾動，從而實現範成運動。

 

 

圖2

  

 松開螺母5即可調整齒條刀具相對于輪坯中心的距離，因此，齒條2可以安裝在相對于圓盤1的各個位置上，如使齒條分度線與圓盤1的分度圓相切，則可以繪出标準齒輪的齒廓。當齒條2的中線與圓盤1的分度圓間有距離時，（其移距值xm可以在溜闆3的刻度上直接讀出來），則可按移距的大小和方向繪出各種正移距或負移距變位齒輪。

    範成法是利用一對齒輪互相齧合時，共轭齒廓互為包絡線的原理來加工的。加工時其中一輪為刀具。另一輪為毛坯，而由機床的傳動鍊迫使它們保持固定的角速比旋轉，完全和一對齒數比相同的齒輪相互相傳動一樣，同時刀具還沿輪坯軸線方向作切削運動，如此切出的齒輪的輪廓，就是刀具刀刃的一系列位置，就能清楚的觀察到加工齒輪的範成過程。

今若用漸開線作為刀具齒廓，則其包絡線必亦為漸開線。由于在實際加工時，不易看到形成包絡線的刀刃的一系列位置，故通過範成儀來實現上述的刀具與輪坯間的範成運動，用鉛筆畫出刀具刀刃的一系位置，就能清楚的觀察到加工齒輪的範成過程。

四、實驗步驟

1.   根據齒條刀具的模數m、分度圓壓力角α和被加工齒輪的齒數z,計算出被加工齒輪的分度圓和基圓直徑,以及标準齒輪,正、負移距變位齒輪的齒根圓、齒頂圓直徑,将計算結果填在試驗報告中,并标注在附圖上.

項目	分度圓直徑d（mm）	齒頂圓直徑da（mm）	齒根圓直徑df（mm）	基圓直徑db（mm）
标準齒輪
正變位齒輪
負變位齒輪

2.       将繪有毛坯圓、分度圓、基圓等的圖紙固定在圓盤上作為毛坯,将溜闆(帶齒條)置于中間位置,并使标準齒輪象限正對齒條,調節齒條刀具的分度線與毛坯分度圓相切,制作标準齒輪.

3.       将齒條移至右極端位置,開始切制齒輪,并将齒條刀具溜闆每次向左移動一個微小的距離(4～5毫米),在代表輪坯的圖紙上,用鉛筆描下刀具刀刃的位置,直到形成3～4個完整的齒形為止.

4.       調節齒條刀具離開輪坯中心,作正移距xm毫米,再将圖紙轉動到相應的象限,然後重複步驟3.

5.       調節齒條刀具使其接近輪坯中心,作負移距xm毫米, 再将圖紙轉動到相應的象限,然後重複步驟3.

6.       比較所畫的标準齒輪和變位齒輪在分度圓的齒輪厚、齒間、周節以及齒頂厚、根圓、頂圓、分度圓和基圓的相對變化特點.

 

項目	異同		差異
	x >   0	x < 0	x > 0	x > 0
齒頂圓半徑（mm）
齒根圓半徑（mm）
模數m（mm）
分度圓半徑（mm）
分度圓上的齒厚s（mm）
分度圓上的齒槽寬e（mm）
分度圓上的周節p（mm）
齒頂高ha（mm）
齒根高hf（mm）
齒全高h（mm）

 

五、思考題

1.   齒條刀具的齒頂高和齒根高為什麼都等于( + )m?

2.   用齒條刀具加工标準齒輪時,刀具和輪坯之間的相對位置和相對運動有何要求?為什麼?

3.   用齒輪插刀加工齒輪時,刀具與輪坯之間應該具備哪幾種運動?

 

 

 

 

 

 

 

 

實驗5 機械運動方案創新設計實驗

一、實驗目的

1．加深對平面連杆機構及其設計的理解。

2. 初步了解機構設計的基本原理及各連杆機構的運動特性。

  3．學會用實驗的方法進行機構運動及結構分析。

4. 培養學生創新意識及綜合設計能力。

二、實驗原理

平面連杆機構由原動件、連杆和從動件組成。原動件輸出運動和動力，通過連杆實現從動件的輸出，達到運動方式的轉換和對外做功。

三、實驗設備及工具

 1．ZBS-C機構運動創新設計實驗台

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

四、實驗步驟  

  1. 每位同學根據自己所做的機構設計簡圖到零件庫中選取相應的零件。

  2. 按工序号找到相對應的試驗台架号，按圖組裝機構

  3. 組裝完畢後讓其運轉，檢驗是否運轉自如，能否滿足自己的設計要求。

  4. 機構運動正常後，測量并記錄該機構的實際尺寸，回去後完成實驗報告。

五、實驗報告要求

1．根據對機構的工藝要求，設計拼接機構的運動鍊結構圖，計算機構的自由度；

2．按比例繪制搭接機構的運動簡圖，标注出機構的運動簡圖的尺寸參數；

3．說明該機構是否滿足給定的工藝要求；

4．分析該機構的優缺點？

要求：在預習報告中确定設計方案。繪制機構運動鍊結構圖。

附錄：機構的尺寸及數量。

六、實驗步驟   

1、每位同學根據自己所做的機構設計簡圖到零件庫中選取相應的零件。

2、按工序号找到相對應的試驗台架号，按圖組裝機構

3、組裝完畢後讓其運轉，檢驗是否運轉自如，能否滿足自己的設計要求。

4、機構運動正常後，測量并記錄該機構的實際尺寸，回去後完成實驗報告。

1	連     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	齒 條	L=350	7
10	軸	綜合	106
11	齒 輪	D= 115	6
12		D=90	6
13		D=75	4
14		D=60	4
15	槽 輪	D= 112	1對
16	凸 輪	D=90	6
17	皮 帶 輪	D=30	4
18	張 緊 輪	D=30	6
19	轉  臂	20*30*50	5