机械设计基础-实验报告

实验1机构认知实验报告班级姓名日期成绩实验目的深入了解机器的组成结构和工作原理，明确机器各部分之间的相互关系和协同作用。掌握铰链四杆机构的基本形式及其运动特性，学会分析不同形式铰链四杆机构在实际应用中的优缺点。通过观察和分析工业及日常生活中的机构实例，提高对机构的认知能力，培养将理论知识与实际应用相结合的思维方式。实验原理与实验设备实验原理：机器是由多个机构组成的，能够实现能量转换、物料输送或完成有用机械功的装置。机构则是由若干构件通过运动副连接而成的具有确定相对运动的组合体。铰链四杆机构是最基本的平面连杆机构，其基本形式包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构，它们的运动形式取决于各构件的长度关系和相对位置。实验设备：机构认知实验台，包含各种常见机构模型，如铰链四杆机构、凸轮机构、齿轮机构等；多媒体演示设备，用于展示机构的动画演示和实际应用案例。实验内容观察机构认知实验台上的各种机构模型，了解其组成构件、运动副类型和运动方式。分析铰链四杆机构模型中各构件的长度关系，判断其属于哪种基本形式，并通过手动操作观察其运动特性。结合多媒体演示，研究工业及日常生活中不同机构的应用实例，如汽车发动机中的曲柄连杆机构、缝纫机中的曲柄摇杆机构、港口起重机中的双摇杆机构等，分析机构在这些实例中所起的作用和实现的功能。思考讨论题a）阐述机器的组成。机器通常由动力部分、传动部分、执行部分和控制部分组成。动力部分为机器提供动力，如电动机、内燃机等；传动部分将动力传递到执行部分，并实现速度、扭矩的变换，常见的传动方式有机械传动（如齿轮传动、带传动、链传动）、液压传动、气压传动等；执行部分完成机器的预定工作任务，如机床的刀具、起重机的吊钩等；控制部分则负责控制机器的启动、停止、运动方向和速度等，包括各种控制开关、传感器和控制器等。b)铰链四杆机构的基本形式。曲柄摇杆机构：具有一个曲柄和一个摇杆。曲柄能够整周回转，摇杆则只能在一定角度范围内摆动。例如，缝纫机的踏板机构，踏板相当于摇杆，通过连杆带动曲轴（曲柄）转动，实现缝纫针的上下运动。双曲柄机构：两个连架杆均为曲柄，可整周回转。如火车车轮联动机构，保证车轮同步转动，实现车辆的平稳运行。双摇杆机构：两个连架杆均为摇杆，只能在一定范围内摆动。港口起重机的变幅机构常采用双摇杆机构，通过摇杆的摆动实现起重臂的俯仰运动，调整吊运货物的幅度。c)举例说明三种工业及日常生活中的机构应用实例。工业应用-齿轮机构：在汽车变速器中广泛应用。通过不同齿数的齿轮啮合，实现不同的传动比，从而使汽车能够根据行驶条件（如起步、加速、爬坡、高速行驶等）选择合适的速度和扭矩输出，保证发动机在高效工况下工作，同时满足车辆对动力性和经济性的要求。工业应用-凸轮机构：在自动化生产线上的自动送料机构中使用。凸轮作为主动件，通过其轮廓曲线的变化推动从动件（如推杆或摆杆）实现精确的间歇运动，将工件按一定的节拍逐个输送到加工位置，保证生产过程的连续性和准确性。日常生活应用-拉链机构：是一种简单而实用的机构。它由链牙、拉头、上下止（或前码和后码）等组成。通过拉头的移动，使链牙相互啮合或脱开，实现衣物、包包等物品的开合功能。拉链机构的巧妙设计使得开合操作方便快捷，广泛应用于服装、箱包等日常用品中。指导教师实验2减速器拆装实验报告班级姓名日期成绩1.实验目的熟悉减速器的结构和工作原理，了解其各组成部分的功能和相互关系。掌握减速器的拆装方法和步骤，培养实际动手能力和工程实践技能。通过对减速器结构尺寸参数的测量和分析，加深对机械零件设计和装配工艺的理解，为后续课程的学习和实际工程设计奠定基础。2.实验设备单级圆柱齿轮减速器实验装置若干套，包括减速器箱体、齿轮轴、轴承、端盖、螺栓、螺母等零部件。常用拆装工具，如扳手、螺丝刀、铜棒、拉马等。量具，如卡尺、千分尺、钢尺等，用于测量减速器的结构尺寸参数。3.实验数据记录减速器结构尺寸参数表名称符号数据（mm）中心距A175中心高H150箱座下凸缘的厚度δ18mm箱座下凸缘的宽度b112mm箱座上凸缘的厚度δ28mm箱座上凸缘的宽度b220mm上筋板的厚度δ36mm下筋板的厚度δ46mm大齿轮端面与箱体内壁间的间距Δ110mm大齿轮齿顶圆与箱体内壁的间隙Δ212mm轴承内端面与箱体内壁的距离Δ36mm4.思考讨论题a)啮合传动的减速器的箱体可以用哪几种机械制造方法制造？铸造：适用于形状复杂、批量生产的箱体。铸造工艺可以制造出具有复杂内腔结构的箱体，能够满足减速器对强度、刚度和散热等方面的要求。常用的铸造材料有铸铁（如灰铸铁HT200、球墨铸铁QT400-18等），铸铁具有良好的铸造性能、减震性和耐磨性，但铸造过程中可能会产生缺陷，需要进行质量控制。焊接：对于单件或小批量生产的减速器箱体，焊接是一种可行的制造方法。焊接箱体可以采用钢板拼接而成，具有制造周期短、成本相对较低、结构设计灵活等优点。但焊接箱体的焊接质量对箱体性能影响较大，需要保证焊接接头的强度和密封性，同时要注意焊接变形的控制。锻造+机械加工：在一些对箱体强度和可靠性要求极高的场合，可采用锻造毛坯，然后进行机械加工的方法制造箱体。锻造可以改善金属的组织结构，提高材料的力学性能，但锻造工艺复杂、成本高，仅适用于特定的高端应用。b)滚动轴承的润滑方式有哪些？脂润滑：将润滑脂填充在轴承内部及周围空间，形成一层润滑膜，起到减少摩擦和磨损、防止腐蚀的作用。脂润滑具有密封简单、不易泄漏、一次填充可长期使用等优点，适用于转速较低、温度不高、不易经常添加润滑剂的场合，如小型减速器、农业机械等。但脂润滑的摩擦阻力较大，散热性能相对较差，在高速运转时可能导致轴承温度过高。油润滑：通过油泵将润滑油输送到轴承的工作表面进行润滑。油润滑的冷却效果好，能承受较高的转速和载荷，适用于大多数工业减速器和高速运转的设备。根据不同的润滑系统，油润滑又可分为浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑等方式。浸油润滑是将轴承部分浸入油池中，依靠油的粘性将油带到轴承工作表面；飞溅润滑是利用齿轮或其他旋转零件将油池中的油溅起，再通过专门的导油装置将油输送到轴承处；喷油润滑则是通过油泵将高压油直接喷射到轴承上，适用于高速、重载的轴承润滑。c)为什么箱体上的螺栓连接处均做成凸台或沉孔形式？提高连接强度：凸台或沉孔可以增加螺栓连接的接触面积，使螺栓所受的应力分布更加均匀，从而提高连接的可靠性和强度。在承受较大载荷或振动的情况下，这种设计能够有效防止螺栓松动和连接失效。便于加工和装配：凸台或沉孔的设计为螺栓的安装提供了定位和导向作用，使螺栓更容易对准螺纹孔，便于装配操作。同时，在加工箱体时，凸台或沉孔可以在一次装夹中完成加工，保证了各螺栓孔的位置精度，有利于提高装配质量。保护螺栓头部和螺母：沉孔形式可以使螺栓头部或螺母沉入箱体表面以下，避免在设备运行过程中因碰撞、摩擦等原因造成螺栓头部或螺母的损坏，同时也使箱体表面更加平整美观。保证密封性：对于一些需要密封的减速器箱体，如采用密封垫进行密封时，凸台或沉孔的设计可以确保密封垫在螺栓紧固过程中受到均匀的压力，从而提高密封效果，防止润滑油泄漏和灰尘、杂质进入箱体内部。指导教师实验3轴系结构测绘与分析试验报告实验目的了解轴系结构的基本组成和连接方式，掌握轴上零件的定位和固定方法。通过测绘轴系结构草图，培养学生的工程绘图能力和空间想象能力，提高对轴系结构设计的认识。分析轴系结构的合理性，学会根据实际工作条件和要求对轴系结构进行优化设计，培养学生的工程分析和解决问题的能力实验原理轴系是机械传动系统中的重要组成部分，它由轴、轴承、齿轮、联轴器等零件组成，通过合理的结构设计，实现各零件之间的正确连接和相对运动，将动力和运动从一个部件传递到另一个部件，并保证轴系在工作过程中的强度、刚度、稳定性和可靠性。轴上零件的定位和固定是轴系结构设计的关键，常用的定位方式有轴肩、轴环、套筒、圆螺母、弹性挡圈、紧定螺钉等，这些定位方式可以根据零件的受力情况、工作要求和装配工艺等因素进行选择和组合。实验内容观察给定的轴系实物模型或装配体，分析其组成零件、各零件之间的连接关系和相对位置。测量轴系的主要结构尺寸，如轴的直径、长度，齿轮的模数、齿数、齿宽，轴承的型号和尺寸等，并记录相关数据。根据测量数据和观察结果，绘制轴系结构测绘草图，要求表达清晰、准确，符合工程制图标准。草图应包括轴、齿轮、轴承、键、套筒、端盖等主要零件的形状和位置关系，标注出各零件的主要尺寸、公差配合、形位公差以及装配关系等。对绘制的轴系结构草图进行分析，讨论其结构的合理性，包括轴上零件的定位是否可靠、固定是否牢固、装拆是否方便、润滑和密封是否良好等方面，并提出改进建议。轴系结构测绘草图（另附A4轴系装配图）思考讨论题轴系结构一般采用什么形式？如工作轴的温度变化较大，则轴系结构一般采用什么形式？轴系结构一般采用阶梯轴形式。阶梯轴的各段直径不同，可以根据轴上零件的受力情况、安装要求和定位方式等因素进行合理设计，便于轴上零件的装配和定位，同时能够提高轴的强度和刚度。在阶梯轴上，通过轴肩、轴环、套筒等结构实现轴上零件的轴向定位，利用键、花键、过盈配合等方式实现周向固定。如果工作轴的温度变化较大，轴系结构一般采用以下形式：热补偿结构：例如在轴的一端或两端设置轴向间隙，使轴在温度变化时能够自由伸缩，避免因热胀冷缩产生过大的轴向应力。可以采用滑动轴承或弹性联轴器等部件来实现轴向间隙的补偿，保证轴系的正常工作。选用合适的材料和热处理工艺：选择线膨胀系数较小的材料制造轴，或者对轴进行适当的热处理，提高其尺寸稳定性，减少温度变化对轴系结构的影响。加强散热措施：如在箱体上设置散热片、采用循环冷却系统等，降低轴系工作时的温度，减小因温度变化引起的热变形。b)轴上零件的定位方式有哪些？轴向定位方式：轴肩和轴环：轴肩是轴上截面尺寸变化的部分，通过轴肩与零件端面的接触实现轴向定位。轴环则是单独设置在轴上的环形凸起，其作用与轴肩类似。轴肩和轴环结构简单、定位可靠，能承受较大的轴向力，常用于齿轮、轴承等零件的轴向定位。套筒：套筒套在轴上，与轴肩或其他定位元件配合使用，用于定位两个相邻的零件。套筒可以增加定位的接触面积，提高定位的稳定性，同时还能对零件起到保护作用，防止其在轴上滑动。圆螺母和止动垫圈：圆螺母通过螺纹旋合在轴上，并用止动垫圈防止其松动。这种定位方式适用于零件间距较大或需要经常调整位置的场合，但螺纹处的应力集中较大，对轴的强度有一定影响。弹性挡圈：弹性挡圈安装在轴的沟槽内，利用其弹性变形卡住轴上零件的端部，实现轴向定位。弹性挡圈结构简单、紧凑，常用于轴向力较小、转速不高的场合，如滚动轴承的轴向定位。紧定螺钉：紧定螺钉通过螺纹旋入轴上的螺纹孔，顶住轴上零件的表面，实现轴向定位。紧定螺钉常用于光轴上零件的定位，定位精度不高，但装拆方便。周向定位方式：键连接：键是一种常用的周向定位元件，通过键与轴上键槽和轮毂键槽的配合，将轴上零件与轴连接在一起，实现周向固定，并传递扭矩。常见的键有平键、半圆键、楔键和花键等，不同类型的键适用于不同的工作条件和载荷要求。花键连接：花键连接是由多个键齿与键槽组成的连接方式，其承载能力高、定心精度好、导向性好，适用于载荷较大、定