机械基础实验指导书(2012.2).doc

机械基础实验 常熟理工学院机械工程学院 机械设计教研室2012.2实验一 平面机构运动简图的测绘 一目的1 初步掌握实际机构或机构模型的机构运动简图的测绘方法；2 应用机构自由度计算方法及机构运动条件分析平面机构运动的确定性。二设备和工具1 各种机构实物或模型；2 钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器等；3 铅笔、橡皮、草稿纸（自备）。 三原理从运动学的观点看，机构运动特性与原动件的运动规律、构件的数目、运动副的数目、种类、相对位置有关。因此，可以撇开构件的实际外形和运动副的具体结构，而用简单的线条和规定的符号（见教材）代表构件和运动副。并按比例定出各运动副的相对位置，绘制出机构运动简图，以此来说明实际机构的运动特性。四步骤1 了解被测机构或机构模型，并记录其编号。2 确定构件数目。将被测的机构或机构摸型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动传递的路线仔细观察机构运动。分清机构中哪些构件是活动构件、哪些是固定构件，从而确定机构中的原动件、从动件、机架及其数目。3 判定各运动副的类型和数目。仔细观察各构件间的接触情况及相对运动的特点，判定各运动副是低副还是高副，并准确数出其数目。4 绘制机构示意图。选定最能清楚地表达各构件相互运动关系的面为视图平面，选定原动件的位置，按构件联接的顺序，用简单的线条和规定的符号在草稿纸上徒手绘出机构示意图，然后在各构件旁标注数字1、2、3、-，在各运动副旁标注字母A、B、C、-。并确定机构类型。5 绘制机构运动简图。仔细测量与机构运动有关的尺寸（如转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等），按选定的比例尺绘出机构运动简图。 = 构件实际尺寸(m)/ 构件图示尺寸(mm)6 分析机构运动的确定性。计算机构的自由度数，并将结果与实际机构的原动件数相对照，若与实际情况不符，要找出原因及时改正。五思考题1 一张正确的机构运动简图应包括哪些必要的内容？2 绘制机构运动简图时，原动件位置能否任意选定？会不会影响运动简图的正确性？3 机构自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？ 实验二 齿轮范成 一. 目的1 掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理；2 通过用齿条刀具范成渐开线齿廓的过程，了解齿轮的根切现象及避免根切的方法；3 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。 二. 设备和工具1 渐开线齿廓范成仪，图1所示；2 A4绘图纸一张、圆规、三角板、剪刀、铅笔、橡皮、计算器等（自备）。图 1 1.图纸托盘；2.滑架； 3.机架； 4.齿条刀具； 5.调节螺钉；6.定位螺钉； 7.刀架；8.锁紧螺钉；9.压环 三. 原理范成法（又称包络法或称展成法）的基本原理是一对齿轮或一个齿轮与齿条啮合时，一个齿轮的齿廓是另一个齿轮齿廓的包络线。因此，若将其中一个齿轮或齿条制成刀具，使刀具与轮坯的运动关系与一对齿轮（或齿轮与齿条）啮合一样（由齿轮加工机床保证），并加上必要的切削运动与进给运动，就可以在轮坯上连续切出所有的轮齿。当齿条刀具中线与轮坯分度圆相切（即刀具调节到刻度“0”位置）时，便能切制出标准齿轮。当齿条刀具离开轮坯中心移动时，切制出正变位齿轮。当齿条刀具靠近轮坯中心移动时，切制出负变位齿轮。四步骤1测量图纸托盘直径（即为轮坯分度圆直径d）。2在齿条刀具上量取齿距p（相邻两齿同侧齿廓对应点之间的距离）。3计算模数m和齿数z m= p / （取标准模数） ；z = d / m （取整数）4在纸坯上画出四个圆：分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df、基圆db（其公式参见教科书）。5 将纸坯装在范成仪上，调整刀具对准刻度上的“0”位置，范成标准齿轮12个齿（如图2所示），注意观察有否根切。 图2 6 为避免根切，范成正变位齿轮。1） 计算变位量cminm ，其中 cmin = 。2） 计算并在轮坯上画出分度圆d、齿顶圆da、齿根圆df 、基圆db（公式参见教科书或实验报告），其中分度圆d、基圆db与标准齿轮相同。3） 将纸坯装在范成仪上，移动刀具离开轮坯中心，移动量（变位量）为cminm。4） 范成正变位齿轮12个齿（如图3），注意观察此时有否根切。 图3 五思考题 1用齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮时，刀具相对轮坯的位置及运动有何不同？2 用同一把齿条刀具加工标准齿轮和变位齿轮时，定性比较下述几何参数和尺寸的变化：m 、a 、da、d 、df 、 db 、s 、e 和p 。3 根切现象是如何产生的？避免根切可采取哪些措施？4填写本实验相关数据（1）齿条刀具的基本参数m = 10 ，a = 20，ha* =1 ，c*=0.25（2）被加工齿轮基本参数m = ，d = ，z =（3）实验结果比较项 目标准齿轮（mm）正变位齿轮（mm）分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df基圆直径db齿距p分度圆齿厚s分度圆齿槽宽e变位系数cmin 实验三 渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定 一 目的 1掌握用游标卡尺测定正常齿制渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。培养学生解决这一生产实际问题的动手能力。 2巩固齿轮各部分尺寸的计算公式及有关参数之间的关系。 二设备和工具 1待测齿轮两个：齿数为奇数和偶数的齿轮各一个。 2量具：游标卡尺。.3附表：标准直齿圆柱齿轮的跨齿数k及公法线长度W(m=1mm,a =20)。4计算器和笔（自备）。三原理 1测定模数m如图1所示，当卡脚在被测齿轮上跨k个齿时，其公法线长度为Wk = (k-1) Pb + Sb，同理，若跨K+1个齿时，其公法线长度应为Wk+1 = k Pb + Sb则 WK+1 - Wk = Pb又因 Pb = p m cosa ，若 a = 20，故 m = = 图1 2测定变位系数x 与标准齿轮相比，变位齿轮的齿厚发生了变化，两者之差就是公法线长度的增量，它等于2 x m sina。 设Wk为被测齿轮跨k个齿的公法线长度，Wk为同样m、z和a的标准齿轮。跨k个齿的公法线长度（查附表或教科书），则 Wk - Wk = 2 x m sina 即 x = 四步骤 1数出齿数z（奇数、偶数齿轮各做一个，并记下编号）。 2量取齿顶圆直径da，齿根圆直径df（各量三次，取平均值）。 偶数：直接测量，如图2所示。 奇数：间接测量，如图3所示 。 da = D +2H1 df = D +2H2 图2 图3 3按附表（或教科书）查取跨齿数k ，测量公法线长度：Wk、Wk+1 （各量三次，取平均值）。 4确定模数m 并取标准值 ： m = ( a=20)5计算变位系数x（Wk为平均值，Wk为标准值）： x = 6判断是否为变位齿轮 当x 0时，为正变位齿轮；当x 0.1时定为是变位齿轮，否着为标准齿轮。 五思考题 1测量公法线长度时，把卡尺的量足放在渐开线齿廓的不同位置上，对所测得的公法线长度有无影响？为什么？ 2齿轮的哪些误差会影响本实验的测量精度？ 3两个齿轮的参数测定后，怎样判断它们能否正确啮合？如能，又怎样判断它们的传动类型？4填写 测定结果 数据项目齿轮编号： z =齿轮编号： z =123平均值123平均值dadf跨齿数kWkWk+1Pb =Wk+1 -Wkamm = =m = =Wkxx =x =结 论 实验四 轴系结构设计一目的1熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法；2培养学生的工程实践能力、动手能力和设计能力。二设备及工具1组合式轴系结构设计分析实验箱实验箱提供能进行减速器圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。 2测量及绘图工具300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板三实验内容 （每组选择下列任务之一）实验题号已 知 条 件齿轮类型载荷转速其他条件示 意 图1小直齿轮轻低2中高3大直齿轮中低4重中5小斜齿轮轻中6中高7大斜齿轮中中8重低9小锥齿轮轻低锥齿轮轴10中高锥齿轮与轴分开11蜗杆轻低发热量小12重中发热量大四实验步骤1 选择设计任务，（两人一组）根据设计任务拟定装配方案。1） 根据齿轮类型选择滚动轴承代号；2） 确定支承的轴向固定方式（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） 确定轴上零件的轴向和周向定位与固定，轴承间隙调整等问题，并满足零件的装拆及工艺要求；2 根据装配方案，选取合适的零件，按装配顺序装配轴系部件。3 根据装配结果，绘制轴系部件装配图。4 实验完毕，拆卸全部零件，并按原位置放好。五思考题 1 在你的设计中，如何实现齿轮的固定及定位？2 本设计中采用哪种轴承？为什么？3 在你的设计中，轴承如何润滑及采用什么密封方法？4 绘出轴系方案装配图。 实验五 减速器拆装一、概述减速器是由封闭在箱体内的齿轮传动或蜗杆传动所组成的独立部件，为了提高电动机的效率，原动机提供的回转速度一般比工作机械所需的转速高，因此齿轮减速器、蜗杆减速器常安装在机械的原动机与工作机之间，用以降低输入的转速并相应地增大输出的转矩，在机器设备中被广泛采用。例如宝山钢铁公司就有10多万台减速器，在其他机器中减速器也有大量应用。作为机械类专业的学生有必要熟悉减速器的结构与设计，本实验是为了解减速器的结构、主要零件的加工工艺性，对于详细的减速器技术设计过程在“机械设计课程设计”这一课程中予以介绍。齿轮减速器、蜗杆减速器的种类繁多，但其基本结构有很多相似之处。本实验为了使同学了解减速器的一般结构设计、主要零件加工工艺而设立的。实验中应注意掌握减速器的结构、主要零件的加工工艺。减速器的结构随其类型和要求不同而异，其基本结构由箱体、轴系零件和附件三部分组成。图5-1、图5-2为单级圆柱齿轮减速器，现结合该图简要介绍一下减速器的结构。图5-1 减速器的结构图5-2 减速器的结构1箱体结构减速器的箱体用来支承和固定轴系零件，应保证传动件轴线相互位置的正确性，因而轴孔必须精确加工。箱体必须具有足够的强度和刚度，以免引起沿齿轮齿宽上载荷分布不匀。为了增加箱体的刚度，通常在箱体上制出筋板。为了便于轴系零件的安装和拆卸，箱体通常制成削分式。剖分面一般取在轴线所在的水平面内（即水平剖分），以便于加工。箱盖（件4）和箱座（件20）之间用螺栓（件17、18、19和件31、32、33）联接成一整体，为了使轴承座旁的联接螺栓尽量靠近轴承座孔，并增加轴承支座的刚性，应在轴承座旁制出凸台。设计螺栓孔位置时，应注意留出扳手空间。箱体通常用灰铸铁（HTl50或HT200）铸成，对于受冲击载荷的重型减速器也可采用铸钢箱体。单件生产时为了简化工艺，降低成本可采用钢板焊接箱体。2轴系零件图中高速级的小齿轮直径和轴的直径相差不大，将小齿轮与轴制成一体（件10）。大齿轮与轴分开制造，用普通平键（件15）作周向固定。轴上零件用轴肩，轴套（件22），封油环（件24、30）与轴承端盖（件21、13、12、27）作轴向固定。两轴均采用角接触轴承（件25、28）作支承，承受径向载荷和轴向载荷的联合作用。轴承端盖与箱体座孔外端面之间垫有调整垫片组（件16、29），以调整轴承游隙，保证轴承正常工作。该减速器中的齿轮传动采用油池浸油润滑，大轮齿的轮齿浸入油池中，靠它把润滑油带到啮合处进行润滑。滚动轴承采用润滑脂润滑，为了防止箱体内的润滑油进入轴承，应在轴承和齿轮之间设置封油环（件24、30）。轴伸出的轴承端盖孔内装有密封元件，图中采用的内包骨架旋转轴唇型密封圈（件11、23），对防止箱内润滑油泄漏以及外界灰尘、异物浸入箱体，具有良好的密封效果。3减速器附件（1）定位销（件6）：在精加工轴承座孔前，在箱盖和箱座的联接凸缘上配装定位销，以保证箱盖和箱座的装配精度，同时也保证了轴承座孔的精度。两定位圆锥销应设在箱体纵向两侧联接凸缘上，且不宜对称布置，以加强定位效果。（2）观察孔盖板（件2）：为了检查传动零件的啮合情况，并向箱体内加注润滑油，在箱盖的适当位置设置一观察孔，观察孔多为长方形，观察孔盖板平时用螺钉固定在箱盖上，盖板下垫有有纸质密封垫片（件3）；以防漏油。（3）通气器（件1）：通气器用来沟通箱体内、外的气流，箱体内的气压不会因减速器运转时的油温升高而增大，从而提高了箱体分箱面、轴伸端缝隙处的密封性能，通气器多装在箱盖顶部或观察孔盖上，以便箱内的膨胀气体自由溢出。（4）油面指示器（件9）：为了检查箱体内的油面高度，及时补充润滑油，应在油箱便于观察和油面稳定的部位，装设油面指示器。油面指示器分油标和油尺两类，图中采用的是油尺。（5）放油螺塞（件7）：换油时，为了排放污油和清洗剂，应在箱体底部、油池最低位置开设放油孔，平时放油孔用油螺塞旋紧，放油螺塞和箱体结合面之间应加防漏垫圈（件8）。（6）启箱螺钉（件5）：装配减速器时，常常在箱盖和箱座的结合面处涂上水玻璃或密封胶，以增强密封效果，但却给开启箱盖带来困难。为此，在箱盖侧边的凸缘上开设螺纹孔，并拧人启箱螺钉。开启箱盖时，拧动启箱螺钉，迫使箱盖与箱座分离。 （7）起吊装置：为了便于搬运，需在箱体上设置起吊装置。图中箱盖上铸有两个吊耳，用于起吊箱盖。箱座上铸有两个吊钩，用于吊运整台减速器。二、实验目的1 熟悉减速箱的基本结构，了解常用减速箱的用途及特点。2了解减速箱各组成零件的结构及功用，并分析其结构工艺性。3了解减速箱中零件的装配关系及安装、调整过程。4了解轴承和齿轮的润滑。5学习减速箱的基本参数测定方法。6为课程设计时，能设计一台合理的减速器打下良好的基础。三、实验设备与工具1二级圆柱齿轮减速器。2锥齿轮圆柱齿轮减速器。3蜗轮蜗杆减速器。4拆装工具。5测量工具。四、实验步骤1课前仔细阅读实验指导书，结合图4-1了解减速器的使用场合、作用及其主要结构特点。2观察减速器的外形，用手来回推动减速器的输入输出轴，体会轴向窜动；打开观察孔盖，转动高速轴，观察齿轮的啮合情况。注意观察孔开设的位置及尺寸大小；通气器的结构及特点；螺栓凸台位置（并注意扳手空间是否合理）；轴承座加强筋的位置及结构；吊耳及吊钩的型式；减速器箱体的铸造工艺特点以及加工方法。特别要注意观察箱体与轴承盖接合面的凸台结构。3观察定位销孔的位置，取出定位销，再用扳手旋下箱盖上的有关螺钉，借助启盖螺钉将箱盖与箱体分离。利用起吊装置取下箱盖，并翻转180一旁放置平稳，以免损坏结合面。4观察箱体内轴及轴系零件的结构、各零、部件间的相互位置，分析传动零件所受的径向力和轴向力向机体基础传递的过程，并进行必要的测量，将测量结果记于实验报告的表格中。画出传动示意图。5取出轴承压盖，将轴系部件取出并放在木板或胶皮上，详细观察轴系部件上齿轮、轴承、封油环等零件的结构，分析轴及轴上零件的轴向定位方法及轴上零件的周向定位方法；分析由于轴的热胀冷缩时轴承预紧力的调整方法和零件安装、拆卸方法。6观察减速器润滑与密封结构装置，分析齿轮与轴承的润滑方法及轴承的密封方法；油槽及封油环、甩油环的应用；加油方式、放油塞，油面指示器的位置和结构。 7利用钢皮尺、