机械设计实验指导书（本科）
编写：方淳
机械工程学院
二零零九年七月
目 录
一、 前言………………………………………………………….3
二、 实验一……………………………………………………… 4
三、 实验二……………………………………………………….7
四、 实验三……………………………………………………… 8
前 言
一、目的
机械设计是机械类专业的一门主干专业基础课，在培养学生的机械设计与创新的综合能力方面占有不可替代的重要地位，机械设计实验是实现机械设计教学目标，培养学生创新意识和实践能力的重要教学环节。帮助学生了解常见机构的组成原理与结构形式、运动的特性及主要参数的确定方法，典型的机械零部件结构，传动装置组成等方面的知识。初步具备进行与本课程有关的实验研究的能力，培养学生实验操作、数据测定、实验现象的观察、分析和归纳能力。要求学生在实验指导教师的帮助下自行完成操作、测定、记录以及实验报告的整理工作。达到提高学生的实践能力、分析解决问题的能力和培养学生创新意识的目的。
二、实验要求与考核
1、实验报告
（1）按照实验指导书中所介绍的方法完成各项实验内容，客观认真地将实验数据填入实验报告，对不合理的实验数据需重测或补测。
（2）每次实验结束离开实验室前，实验报告须交实验指导教师审核、签名认可。
（3）实验结束后，应及时对实验数据进行整理和分析，并将实验报告交任课教师批改、评分。
2、考核（约占课程总成绩的15%）
（1）对完成实验以及实验数据处理与分析能力的考核。主要考核参加实验的情况、完成实验以及实验数据处理与分析的能力，通过在实验结束离开实验室前由实验指导教师在实验报告上签名以及实验报告的批改方式进行。
（2）对实验内容掌握情况的考核。主要考核对实验内容的理解与掌握情况，通过在课程考试中出1-2道有关实验方面试题的方式进。
实验一 机械系统搭接实验
一、概述
日常生活和生产实践中，人们广泛地使用着各种机械。机械的作用是实现能量转换或完成有用的机械功，用来减轻或代替人的劳动。尽管现代机械多种多样，但它们都是由机械系统、控制系统和辅助系统组成。机械系统一般包括原动机、传动装置和执行装置等三大部分。在机械系统中，广泛应用平面连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇机构以及带传动、链传动、联轴器等零部件。
机械系统的设计是一种创造性劳动，要想设计出性能可靠的机械系统，必须很好地选择机构或传动零部件并进行合理的搭接。了解机械系统的基本结构与性能特点，在机械系统设计中具有重要的作用。
二、实验目的
1、通过机械系统搭接实验，进一步了解机械传动系统的基本结构与设计要求。
2、通过机械系统搭接实验，了解通过搭接组合进行机械传动系统创新设计的基本方式，提高机械创新意识。
三、实验内容
机械系统搭接实验在BJX-A型便携式机械系统创意组合实验台进行。该实验台是一种开放性的袖珍式实验台，主要由安装平台、搭接机构或传动零部件所组成。
机械系统搭接方式可以在下面的方案中选择，也可以根据学习者的创意进行其他方式的搭接拼装。
（1）皮带加伞齿轮，加变速箱，加链轮，加联轴器，加槽轮传动，变速箱可以输出九种不同的转速，且可改变转动方向。
（2）齿轮加伞齿轮，加槽轮，加链轮传动。
（3）皮带加链轮加槽轮。
（4）齿轮加弹性联轴器加皮带加槽轮。
（5）齿轮加伞齿轮加槽轮加皮带。
（6）皮带加刚性联轴器，加链轮，加槽轮。
（7）皮带加弹性联轴器，加链轮，加槽轮。
（8）齿轮加凸轮。
（9）曲柄滑块机构。
（10）曲柄摇杆机构。
BJX-A型便携式机械系统创意组合实验台的主要技术参数为：
直流电动机：功率15w 转速：1250转/分
外形：550×503×200mm 重量：15kg
四、实验步骤
1、认真阅读实验指导书和BJX-A型便携式机械系统创意组合实验台说明书。
2、进行机械系统搭接实验。
（1）观察与思考提供的搭接用的机构与传动零部件的基本特点；
（2）确定机械系统的搭接方案，并进行搭接作业；
（3）观察搭接的机械系统的运动情况。
3、整理实验报告。
实验二 轴系结构测绘与分析
一、目的：
通过对轴系结构的分析和测绘，了解并掌握：1）轴、轴承及轴上零件的功能、结构及装配特点；2）轴上零件的定位及固定方式，以建立对轴系结构的感性认识及巩固所学轴系结构设计的理论知识。
二、内容及要求：
对圆柱齿轮轴系、锥齿轮轴系及蜗杆轴系进行以下分析：
（1）分析轴的各部分结构、尺寸与强度、刚度、加工装配的关系；
（2）分析轴上零件的用途、定位及固定方式；
（3）分析轴承类型、布置和轴系相对机座的固定方式；
（4）了解润滑及密封装置的类型和结构特点。
轴系测绘
（1）测绘轴各段直径、长度及主要零件尺寸（对于拆卸困难或无法测量的有关尺寸，可以根据实物相对大小和结构关系估算出结构尺寸）。
（2）由手册中查出：滚动轴承、键、密封件等有关标准件的尺寸。
画出轴系结构装配示意图
（1）对照轴系实物按机械制图要求画出轴系结构装配示意图，绘图比例为1：1。
（2）对轴承的箱体部分只要求画出与轴承和端盖相配的局部。
（3）在图上标注必要的尺寸：两支撑间跨距，齿轮分度圆直径及宽度，主要的轴孔配合尺寸及公差。
三、报告要求：
按要求填写实验报告，并在实验报告中绘制轴系结构装配示意图。
四、需准备的物品
A4方格纸及绘图所需文具。
五、思考题
1、轴为什么要做成阶梯形状？哪些部分被称为轴颈、轴头、轴身或轴肩？它们的尺寸是根据什么来确定的？轴各段的过渡部位结构应注意什么？
2、所选用轴承的类型是什么？它们的布置和安装方式有何特点？
3、轴系固定方式是用“双支点单向固定”还是“单支点双向固定”，为什么？如何考虑轴的发热伸长问题？
4、轴上零件、轴承在轴上的轴向位置是如何固定的？轴系中是否采用了卡圈、挡圈、锁母、紧定螺钉、压板、定位套筒等零件，它们的作用、结构形状有何特点？
5、轴承的间隙是如何调整的？调整方式有何特点？
6、对于圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系如何调整啮合位置以保证接触良好？
7、轴上传动件及轴承采用什么润滑方式？轴承采用什么密封装置，有何特点？
轴系各零件应选择什么材料？
实验三 减速器结构分析及拆装实验
一、实验目的
1、了解减速器的整体结构及工作要求。
2、了解减速器的箱体零件、轴、齿轮等主要零件的结构及加工工艺。
3、了解减速器主要部件及整机的装配工艺。
4、了解齿轮、轴承的润滑、冷却及密封。
5、通过自己动手拆装，了解轴承及轴上零件的调整、固定方法，及消除和防止零件间发生干涉的方法。
6、了解拆装工具与减速器结构设计间的关系，为课程设计做好前期准备。
二、实验设备及工具
1、Ⅰ级、Ⅱ级圆柱齿轮传动减速器。
2、Ⅰ级蜗杆传动减速器。
3、活动扳手，螺丝起、木锤、钢尺等拆装工具。
三、实验方法
在实验室首先由实验指导老师对几种不同类型的减速器现场进行结构分析、介绍，并对其中一种减速器的主要零、部件的结构及加工工艺过程进行分析、讲解及介绍。再由学生们分组进行拆装，指导及辅导老师解答学生们提出的各种问题。在拆装过程中学生们进一步观察了解减速器的各零、部件的结构、相互间配合的性质、零件的精度要求、定位尺寸、装配关系及齿轮、轴承润滑、冷却的方式及润滑系统的结构和布置；输出、输入轴与箱体间的密封装置及轴承工作间隙调整方法及结构等。
四、减速器拆装步骤及各步骤中应考虑的问题
（一）观察外形及外部结构
1、观察外部附件，分清哪个是起吊装置，哪个是定位销、起盖螺钉、油标、油塞，它们各起什么作用？布置在什么位置？
2、箱体、箱盖上为什么要设计筋板？筋板的作用是什么，如何布置？
3、仔细观察轴承座的结构形状，应了解轴承座两侧联接螺栓应如何布置，支承螺栓的凸台高度及空间尺寸应如何确定？
4、铸造成型的箱体最小壁厚是多少？如何减轻其重量及表面加工面积？
5、箱盖上为什么要设置铭牌？其目的是什么？铭牌中有什么内容？
（二）拆卸观察孔盖
1、观察孔起什么作用？应布置在什么位置及设计多大才是适宜的？
2、观察孔盖上为什么要设计通气孔？孔的位置应如何确定？
（三）拆卸箱盖
1、拆卸轴承端盖紧固螺钉(嵌入式端盖无紧固螺钉)；
2、拆卸箱体与箱盖联连螺栓，起出定位销钉，然后拧动起盖螺钉，卸下箱盖；
3、在用扳手拧紧或松开螺栓螺母时扳手至少要旋转多少度才能松紧螺母，这与螺栓中心到外箱壁间距离有何关系？设计时距离应如何确定？
4、起盖螺钉的作用是什么？与普通螺钉结构有什么不同？
5、如果在箱体、箱盖上不设计定位销钉将会产生什么样的严重后果？为什么？
（四）观察减速器内部各零部件的结构和布置。
1、箱体与箱盖接触面为什么没有密封垫？是如何解决密封？箱体的分箱面上的沟槽有何作用？
2、看清被拆的减速器内的轴承是油剂还是脂剂润滑，若采用油剂润滑，应了解润滑油剂是如何导入轴承内进行润滑？如果采用脂剂应了解如何防止箱内飞溅的油剂及齿轮啮合区挤压出的热油剂冲刷轴承润滑脂？两种情况的导油槽及回油槽应如何设计？
3、轴承在轴承座上的安放位置离箱体内壁有多大距离，在采用不同的润滑方式时距离应如何确定？
4、目测一下齿轮与箱体内壁的最近距离，设计时距离的尺寸应如何确定？
5、用手轻轻转动高速轴，观察各级啮合时齿轮有无侧隙？并了解侧隙的作用。
6、观察箱内零件间有无干涉现象，并观察结构中是如何防止和调整零件间相互干涉。
7、观察调整轴承工作间隙(周向和轴向间隙)结构，在减速器设计时采用不同轴承应如何考虑调整工作间隙装置？应了解轴承内孔与轴的配合性质，轴承外径与轴承座的配合性质。
8、设计时应如何考虑对轴的热膨胀进行自行调节。
9、测量各级啮合齿轮的中心距。
（五）从箱体中取出各传动轴部件
1、观察轴上大、小齿轮结构，了解大齿轮上为什么要设计工艺孔？其目的是什么？
2、轴上零件是如何实现周向和轴向定位、固定？
3、各级传动轴为什么要设计成阶梯轴，不设计成光轴？设计阶梯轴时应考虑什么问题？
4、采用直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿时，各有什么特点？其轴承在选择时应考虑什么问题？
5、计数各齿轮齿数，计算各级齿轮的传动比。高、低各级传动比是是如何分配的？
6、测量大齿轮齿顶圆直径da，估算各级齿轮模数m。测量最大齿轮处箱体分箱面到内壁底部的最大距离H，并计算大齿轮的齿顶(下部)与内壁底部距离L=H-1/2da,L值的大小会影响什么？设计时应根据什么来确定L值？
7、观察输入、输出轴的伸出端与端盖采用什么形式密封结构；
8、观察箱体内油标(油尺)、油塞的结构及布置。设计时应注意什么？油塞的密封是如何处理？
（六）装配
1、检查箱体内有无零件及其他杂物留在箱体内后，擦净箱体内部。将各传动轴部件装入箱体内；
2、将嵌入式端盖装入轴承压槽内，并用调整垫圈调整好轴承的工作间隙。
3、将箱内各零件，用棉纱擦净，并塗上机油防锈。再用手转动高速轴，观察有无零件干涉。无误后，经指导老师检查后合上箱盖。
4、松开起盖螺钉，装上定位销，并打紧。装上螺栓、螺母用手逐一拧紧后，再用扳手分多次均匀拧紧。
5、装好轴承小盖，观察所有附件是否都装好。用棉纱擦净减速器外部，放回原处，摆放整齐。
6、清点好工具，擦净后交还指导老师验收。
五、实验要求
实验前必须预习实验指导书及课程设计指导书，初步了解减速器的基本结构。多提出实际问题，以便在实验中加以解决。
