机械设计基础实验指导书

《机械设计根底》试验指导书《机械设计根底》课题组编景德镇陶瓷学院机电学院机设教研室20065月10目录试验一：机构和机械传动的陈设演示试验三、平面机构运动简图测绘试验四、渐开线齿廓的范成试验试验五、减速器的拆装试验七、轴系构造组合设计试验一：机构和机械传动的陈设演示1、“机械根底”是高校工科有关专业的一门重要的技术根底课，主要争论机试验学生可以初步了解机构及机械零件的组成，建立肯定的工程背景学问。2、通过本试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用零部件构造特点、组成、运动和传动特点。学习本科程的具体内容及学习方法做到心中有数。首先让同学观看机械原理局部〔平面机构的构造、组成、运动特点，然后观看机械传动局部。试验时让平面机构和机械传动动起来，教师对每一局部进展介绍。2、观看通用零部件。因每种零部件上都有说明。所以这一局部可以实行教师用处。机械原理局部有：第一柜：机器的组成及特征；其次柜：平面连杆机构；第三柜：平面连第七柜：组合机构；第八柜：周转轮系功用；第九柜：停留和间歇运动机构；第十柜：空间机构机械设计局部有：第十一柜：机座及箱体；第十二柜：润滑与密封；第十三柜：齿轮传动；第十四柜：滑动轴承；第十五柜：滚动轴承；第十六柜：轴的类型及轴上零件应用；第焊接、胶接、过盈协作；其次十柜：离合器；其次十一柜：常用标准件及键联接常用标准件及螺旋传动；其次十五柜：典型滚动轴承的组合设计；其次十六柜：齿轮与蜗杆构造；其次十七柜：带传动；其次十八柜：带的张紧装置及初拉力掌握；其次十九柜：链传动；第三十柜：弹簧。四、试验要求1、记录不少于三个平面机构，填写下表序号序号一二三参观的机构名称机构示意图2、记录不少于三个所参观的零件并以任一标准件为例，谈谈对其生疏。试验二、低碳钢拉伸时力学性能的测定一、 试验目的1、观看低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。2、测定低碳钢的屈服极限〔屈服点〕σ长率δ和断面收缩率ψ。二、 试验设备及工具WE型液压式万能试验机；SH-350试样分划器；游标卡尺；

σsσ

，断后伸b低碳钢长试样〔=100m，d=10mm。由工作局部、圆弧过渡局部和夹持局部组成。假设以L表示试件工作局部标距，d表示试件直径，则拉伸试件有短试件〔L＝5d〕和长试件〔L＝10d〕两种。本试验承受长试件。图2-1 圆形拉伸试件 图2-2 低碳钢的拉伸曲线三、试验原理及方法将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓慢加载〔加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高〕，直至将试件拉断。低碳钢试件在F－△L2-2准确的拉伸曲线可直接换算出应力应变过弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段等四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。A，对应的应力为比例极限p,E应在此范围内测定。BC段。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到肯定数值时消灭的锯齿现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下屈服点。上屈服点BFSU，即试件发生屈服而力首次下降前的最大力值。下屈服点记为FSL，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值。金属材料的屈服是宏观塑性变形开头的一种标志。服消灭一对峰谷时，则对应于谷低点的位置就是屈服点；当屈服阶段消灭多个波动峰谷时，则除去第一个谷值后所余最小谷值点就是屈服点。用上述方法测得屈服载荷，然后计算出屈服点、下屈服点和上屈服点：Ss＝ F/A Ss＝ SL

=F /A，SL

＝F /A 〔2.1〕SU③强化阶段对应于拉伸图中的CD段。变形强化标志着材料抵抗连续变形的弹性变形会随之消逝，塑性变形将会永久保存下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后重加载时，加载线仍与弹性阶段平行。重加载后，材料的比例极限明显提高，而塑性性能会相应下降。这种现象称之为形变硬化或冷作硬化。冷SUb限或抗拉极限，记为 ，bbb ＝F/A 〔2.2〕bb④缩颈阶段对应于拉伸图的DE段。载荷到达最大值后，由于材料本身存在量。轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率和断面收缩率来表示。的塑性变形都包含在内，这就要求断口位置到最邻近的标距端线的距离不小于L/3，此时可直接测量试件标距两端的距离得到L1。否则就要用移位法〔见⑥〕使断口居于标距的中心四周。假设断口落在标距之外则试验无效。⑤试件标距对伸长率的影响把试件断裂后的塑性伸长量△L分成均匀变形阶段的伸长量△L1和缩颈阶段的伸长量△L2

两局部。争论说明，△L 沿试件标距长度均匀分布，△L121

主要集中1于缩颈四周。远离缩颈处的变形较小，△L要比△L12

小得多，一般△L1不会超过1△L的5％。试验与理论争论说明，△L 与试件初始标距长度L成正比，而△L1A2 2A与试样横截面面积的大小A有关，伸长率为L/L /L，其中、A是材料常数。则对于同一种材料，只有在试件的 /L值为常数的条件下，其断A5后伸长率才是常数假设面积A一样时大则小反之则大故有 ＞5。。10⑥延长率和断面收缩率的测定试件的原始标距为l0长l，延长率应为1

，拉断后将两段试件严密对接在一起，量出拉断后的标距l l 1 0l

100%

〔2.3〕式中l0

l1

0—试件拉断后标距长度。对于塑性材料，断裂前变形集中在紧缩处，该局部变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置对延长率是有影响的。为了便于比较，规定断口在标距中心三分之一范围内测出的延长率为测量标准。如断口不在此范围内，则需进展折算，也称断口移中。具体方法如下：以断口O为起点，在长度上取根本等于短段格B点，当长段所剩格数为偶数时〔2.2CBC段长度将其移至短段边，则得断口移中得标距长，其计算式为l B2C12.2断口移中示意图B点后所剩格数为奇数〔2.2bC1点和减一格之半得C点，移中后标距长为l B1

BC1将计算所得的l1

代入式中，可求得折算后的延长率。为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿相互垂直的方向各测一次直径，取平均值d计算断口处横截面面积，再按下式计算面积收缩率1A A 0 1A

100%

〔2.4〕0式中 A0—试件原始横截面面积A1—试件拉断后断口处最小面积四、试验步骤1、测量试样尺寸 将试样在划线器上分成十等份并测量出l10

，在标距l 的0两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，取其均值，再以A0。2、加载 将试样安装在试验机上均匀、缓慢加载留意读出F

，最终直到将FSF试样拉断，计下最大载荷。b3、取下试样，试验机恢复原状。测量断后试样尺寸。五、试验数据记录及处理试样尺寸l0

试验前〔mm〕上

l1

试验后〔mm〕1最小直径 中d0〔mm〕 下原始截面积 最小材料的强度指标σ、σ

断裂处最小 21直径d〔mm〕 断裂处截面积A1〔mm2〕1〔KN〕屈服极限σs〔MPa〕〔KN〕强度极限σb〔MPa〕材料的塑性指标δ、ψδδ= 1 0l0l l×100%A Aψ= 01×100%A0六、试验分析及思考题00

=10d0

l0

=5d0

其断后伸长率δ是否一样？为消退加载偏心的影响应实行什么措施？试验时如何观看低碳钢的屈服极限？测定σs时为何要限制加载速度？试验三、平面机构运动简图测绘1、学会依据各种机械实物或模型，绘制机构简图。1、各类典型机械的模型。2、钢皮尺、卡尺、量角器等(依据需要选用)。3、三角板、铅笔、橡皮、草稿纸等(自备)。1、原理构简图。以此表示机构的运动特性。表3-1为常用符号例如。2、方法动。分清各个运动单元。从而确定组成机构的构件数目。确定各个运动副的种类。可依据相互连接构件间的接触状况及相对运动特点来确定各运动副的种类。绘制机构示意草图——机构构造简图。动简图的草图。用数字l、2、3⋯分别标注构件。用英文字母A、B、C、D⋯分别标注回转副。绘制正规的机构运动简图。图。绘制。其余可凭目测，使图与实物大致成比例。(不按比例绘制简图称为机构示意图)实际是否相符合。1、机构运动简图有哪些用途?2、一个“正确的机构运动简图”应能说明什么内容?3、为什么在绘制机构运动简图时，原动件可以任意选定位置?会不会影响简图正确性?4、当机构的自由度大于或小于主动件数时，将消灭什么状况?3-1常用运动副符号名称名称符号转动副低移动副副螺旋副凸轮副高齿轮副副活动构件构件机架试验四、渐开线齿廓的范成试验一、试验目的把握展成法加工渐开线齿廓的原理。了解齿轮的根切现象及承受变位修正来避开根切的方法。二、试验设备与工具齿轮展成仪。钢直尺、圆规、剪刀。铅笔、三角板、绘图纸。三、试验原理录在图纸上，这样就能清楚地观看到渐开线齿廓的展成过程。齿轮展成仪所4-1所示。图4-1 齿轮展成仪构造示意图1—托盘；2—轮坯分度圆；3—滑架；4—支座；5—齿条〔刀具〕；6—调整螺旋；7、9—螺钉；8—刀架；10—压环101上，托盘可绕固定轴O转动。5783上的径向导槽6，可使刀架带着齿条刀具相对于托盘中心O作径向移动。因此，齿5331之间承受齿轮齿条啮合传动，保证轮坯分度圆与滑架基准刻线作纯滚动，5的分度线与基准刻线对齐时，能展成标准齿轮齿廓。调整齿条刀具相对齿坯中心的径向位置，可以展成变位齿轮齿廓。四、试验步骤展成标准齿轮m和托盘中心至刀具中线的距离〔轮坯分度圆半径a r求出被加工标准齿轮的齿数z齿顶圆直径d 齿根圆直径df和基圆直径d a d②在一张图纸上，分别以d 、d 、d 和分度圆直径画出4个同心圆，并将da f b图纸剪成直径为d 的圆形轮坯。a③将圆形纸片〔轮坯〕放在展成仪的托盘1上，使二者圆心重合，然后用压环109将纸片夹紧在托盘上。53〔此时齿条刀具的分度线应与圆形纸片上所画的分度圆相切〕。3推至左〔或右〕极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸片〔代表被加工轮坯〕5的齿廓在该位置上的投影线〔代表齿条刀具插齿加工每次切削所形成的痕迹〕。然后将滑架向右〔或左〕移动一个很小的距离，此时通过啮线画在圆形纸片上。连续重复上述工作，绘出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线，这些投影线的包络线即为被加工齿轮的渐开线齿廓。2~34-2所示。图4-2 标准渐形线齿轮齿廓的展成过程展成正变位齿轮①依据所用展成仪的参数，计算出不发生根切现象时的最小变位系数xmin。然x后确定变位系数〔xx 计算变位齿轮的齿顶圆直径d 和齿根圆直径d〔dxmin a f a和d 由指导教师计算〕。fd②在另一张图纸上，分别以d 、d 、d 和分度圆直径画出四个同心圆，并da f b将图纸剪成直径为d 的圆形轮坯。a③同展成标准齿轮步骤③。5向离开齿坯中心Oxm。⑤同展成标准齿轮步骤⑤。4-3所示。图4-3 正变位渐形线齿轮齿廓的展成过程五、留意事项本试验最好选用模数较大〔m15mm〕而分度圆较小的展成仪，使齿数z10，以便在展成标准齿轮齿廓时能观看到较为明显的根切现象。代表轮坯的纸片应有肯定厚度〔用70g以上纸〕，纸面应平坦无明显翘5的齿顶部。为了节约试验时间与纸片，亦可将标准齿轮与变位齿轮的轮坯以直径为界画在同一张纸上使用。轮坯纸片装在托盘1上时应固定牢靠，在试验过程中不得随便松开或重固定，否则可能导致试验失败。在做试验步骤⑤时，应自始至终将滑架从一个极限位沿一个方向渐渐推性。六、思考题产生根切现象的缘由是什么？如何避开？齿廓曲线是否全是渐开线？变位后齿轮的哪些尺寸不变？轮齿尺寸将发生什么变化？试验五、减速器的拆装一、试验目的通过对减速器的拆装与观看，了解减速器的整体构造、功能及设计布局。工艺〔加工与装配〕要求及润滑与密封等要求。通过对减速器中某轴系部件的拆装与分析，了解轴上零件的定位方式、艺构造。通过对不同类型减速器的分析比较，加深对机械零、部件构造设计的感二、试验设备和工具拆装用减速器单级直齿圆柱齿轮减速器，两级直齿圆柱齿轮减速器，锥齿轮减速器，蜗杆减速器〔下置式〕。观看、比较用减速器单级斜齿圆柱齿轮减速器，两级斜齿圆柱齿轮减速器，蜗杆减速器〔上置式〕，摆线针轮行星减速器。表及表架。三、减速器的类型与构造减速器是一种由封闭在箱体内的齿轮、蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，速器构造紧凑、传动效率高、使用维护便利，因而在工业中应用广泛。5-la、bc所示。a〕单级圆柱齿轮减速器 b〕锥齿轮减速器 c〕下置式蜗杆减速器图5-1 减速器的类型在圆柱齿轮减速器中，按齿轮传动级数可分为单级、两级和多级。蜗杆减速器又可分为蜗杆上置式和蜗杆下置式。两级和两级以上的减速器的传动布置形式有开放式、分流式和同轴式三种形5-2图a、b、c所示。开放式用于载荷平稳的场合，分流式用于变载荷的场合，同轴式用于原动机与工作机同轴的特别的工作场合。a〕开放式 b〕分流式 c〕同轴式图5-2减速器传动布置形式减速器的构造随其类型和要求的不同而异，一般由齿轮、轴、轴承、箱体和附5-3为单级圆柱齿轮减速器的构造图。1－起盖螺钉；2—3—视孔盖；4—箱箱体为剖分式构造，由箱盖和箱座还要在轴承座孔处设加强肋以增加支承1－起盖螺钉；2—3—视孔盖；4—箱一般先将箱盖与箱座的剖分面加轴承孔的圆度误差在允许范围内。证轴承孔的联接刚度，轴承座图9—油塞；10—油沟；11—定位销图5-3 单级圆柱齿轮减速器构造

两侧联接螺栓尽量靠近轴承座间。圆锥销。箱盖上设有窥视孔，以便观看齿轮或蜗杆蜗轮的啮合状况。窥视孔盖上装有通气器，使箱体内外气压平衡，否则易造成漏油。为便于拆卸箱盖，其上装有起盖螺钉。为拆卸便利，箱盖上设有吊耳或吊环螺钉。为搬运整台减速器，在箱座上铸有吊钩。箱座上设有油标尺用来检查箱内油池的油面高度。最低处有放油油塞，以便排并留出扳手空间。四、减速器的润滑与密封关章节。封通常于装配时在箱体接合面上涂密封胶或水玻璃。五、试验步骤观看减速器外部构造，推断传动级数、输入轴、输出轴及安装方式。出外廓尺寸、中心距、中心高。轴至另一端，百分表所指示出的量值差即是轴承轴向间隙的大小。〔嵌入式端盖除外〕，拔出定位销，借助起盖螺钉翻开箱盖。变形后的厚度即是齿轮副侧隙的大小，用游标卡尺测量其值。认真观看箱体剖分面及内部构造、箱体内轴系零部件间相互位置关系，轴承型号及安装方式。绘制机构传动示意图。向定位、间隙调整、润滑、密封等问题。把各零件编号并分类放置。分析轴承内圈与轴的协作，轴承外圈与机座的协作状况。在煤油里清洗各零件。六、留意事项并留意人身安全。拆卸箱盖时应先拆开联接螺钉与定位销，再用起盖螺钉将盖、座分别，止碰坏或擦伤。不得将力施加于外圈上通过滚动体带动内圈，否则将损坏轴承滚道。七、思考题箱体结合面用什么方法密封？减速器箱体上有哪些附件？各起什么作用？分别安排在什么位置？测得的轴承轴向间隙如不符合要求，应如何调整？〔或轴环〕构造，为什么此处不用轴套？扳手空间如何考虑？正确的扳手空间位置如何确定？试验六、渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定一、试验目的把握用常用量具测定渐开线直齿圆柱齿轮根本参数的方法。通过测量和计算，加深理解齿轮各参数之间的相互关系和渐开线的性质。二、试验设备和工具被测齿轮两个〔偶、奇数齿各一个〕。游标卡尺和公法线千分尺各一把。三、试验原理f通过测量齿顶圆直径d 与齿根圆直径d 计算出全齿高h，再用试算法确fac定齿轮的m、h*与*。caa 如图6-1a所示，偶数齿齿轮的d 与d 可直接用游标卡尺测量；如图6-1ba 示，奇数齿齿轮的d 与d 须间接测量a f，d D2H d D2H，a 1 f 2则h(d d )/2H H则a f 1 2式中,D为齿轮内孔直径〔mm〕；H1为齿轮齿顶圆至内孔壁的径向距离〔mm〕；2H 为齿轮齿根圆至内孔壁的径向距离〔mm〕。2a)偶数齿齿轮 b)奇数齿齿轮图6-1 齿轮da

d的测量方法f依据h(2h*a

c*mh*a

0.25〔正常齿或h*a

0.3〔短齿〕mh/(2h*a

c*)接近标准值者即为该齿轮的实际模数〔肯定要圆整成标准值〕。h(2h*a

m,按上述方法确定m时可能会与标准值差m异较大而难以圆整。这时可先假定一个pmb

mcos与后述确定压力角值结合起来验证。假设试算出来的接近标准值，即可推断该m值是正确的。通过测量公法线长度求出p ，进而确定齿轮的压力角。b按kz/9)0.5，确定被测齿轮的跨齿数k。如图6-2所示测出跨k个齿的公法线长度W

，然后再测出跨k＋1个齿的公k法线长度W 。k1图6-2 齿轮公法线长度的测量于是 pb

Wk1 coskcos

pb

W Wk1 k则 marccos(

mW Wk1 k)m所求得的值应圆整到标准值，如=20º，=15º等。x。由于 Wk

mcos [(

Wmcos[(k0.5)zinv]2xmsinkW

Wk

x0，该齿轮为标准齿轮；假设WW ，则k k

WW 2xmsink kWWx k k2msin即可求出被测齿轮的变位系数x。四、试验步骤生疏游标卡尺与公法线千分尺的使用和正确读数方法。数出被测齿轮的齿数并作好记录。测量各齿轮的d 、d 、W和W 。a f k k1cm、、h*、*x。ca五、留意事项设法修正。齿轮被测量的部位应选择在光整无缺陷之处，以免影响测量结果的正确性。在测量公法线长度时，必需保证卡尺与齿廓渐开线相切，假设卡入k1齿时不能k1，而pb

WWk

。k1测量齿轮的几何尺寸时，应选择不同位置测量3次，取其平均值作为测量结果。c通过试验求出的根本参数m、、h*、*必需圆整为标准值。ca测量的尺寸准确到小数点后第2x时取小数点后两位数字。六、思考题da与df时，所用的方法有什么不同？为什么？由实4－2图可知，齿轮公法线长度的计算公式为Wkk1)pbsb，此公式是依据渐开线的哪条性质推导得到的？影响公法线长度测量精度的因素有哪些？试验七轴系构造组合设计一、试验目的二、试验设备组合式轴系构造设计试验箱〔绘图工具学生自备〕三、试验内容型1小直齿轻低2轮中高3大直齿中低4轮重中5小斜齿轻中6轮中高7大斜齿中中8轮重低9轻低锥齿轮轴11低发热量小蜗12杆重中发热量大条件试验题号条件试验题号齿轮类载荷转速其它条件示意图10轮中高开轻轴上零件的定位与固定、轴承的安装与调整、润滑与密封等问题。3、绘制轴系构造装配图。四、试验步骤1、复习教材上有关轴的构造设计与轴承组合设计的内容。2、构思轴系构造设计方案：依据齿轮类型和载荷状况选择滚动轴承类型及型号；确定轴的支承的轴向固定方式〔如：两端单向固定；一端固定，一端游动；两端游动等〕；依据轴承内径和轴的转速确定轴承的润滑方式〔脂润滑或油润滑〕；〔凸缘式、嵌入式〕，并考虑透盖处密封方式〔毡圈、橡胶圈、皮碗、油沟等〕；考虑轴上零件的定位与固定；轴承的固定、装拆、间隙调整等问题；绘制轴系构造设计方案示意图。3、依据轴系构造设计方案，从试验箱中选取适宜的零件组装轴系部件。4、依据所组装的轴系部件绘制轴系构造草图。5、测量轴系各零部件及构造尺寸，并作好记录。6、将全部零件放入试验箱内〔要求能够盖好箱盖〕，交还所借工具。73#1:1主要的构造尺寸和协作尺寸，填写标题栏和零件明细表。试验八机械传动测试试验一、目的与要求1、依据给定的试验内容，设备及条件，通过试验，到达开发、培育、提高学原理和方法，增加创意识与工程实践力量。实现预期试验目的。2、依据试验工程要求，进展有关“带传动”、“链传动”、“齿轮传动”、组装及调试、试验测试方法的选择、试验操作规程的制定、试验数据的测试、试验结果的分析及绘制试验装置的构造简图。二、供给试验设备如下⒈动力库⑴一般电机Y90 L-4-1.5 额定功率1.5kW 满载转速1420r/min⑵变频沟通电机额定功率1.5kW 转速0~6000r/min⒉测试库⑴转速转矩测量仪额定转速50N.m 转速范围0~6000r/min⑵机械效率仪 PC201⑶温度测量仪⑷振动与噪声测量仪⑸磨损状态监测仪⒊传动库(2)常用根底传动件①V〔AB〕；大带轮〔AB〕②链传动：小链轮B〕；大链轮B〕；滚子链B链条⒋加载库⑴磁粉制动器CZ5额定转矩50N.m 滑差功率4kW⑵系列化扭杆⒌联接、调整库⑴轴系列联接件①各种规格弹性联轴器假设干②各种规格联接键假设干③各种规格轴端锁紧螺母及垫片假设干⑵联接轴系①联接轴假设干②滚动轴假设干③轴承座假设干⑶联接螺栓、垫片、螺母T②各种规格一般联接螺栓、垫片、螺母假设干⑷根底平台假设干⑸支撑平台假设干⑹调整导轨假设干⑺中心调整装置①中心调整平台假设干②调整螺栓、垫片、螺母假设干③组合调整套筒假设干⒍文件、工具库三、试验内容试验设计方案传动设计方案测试方案及测试仪器选择设计试验装置搭建及调试试验操作规程的制订试验结果测试绘制试验装置的构造简图四、留意事项1、增加创意识与工程实践力量，树立严峻认真、一丝不苟的工作精神，养成实验时的正确方法和良好习惯，维护国家财产不受损失；