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1、工程学院机械设计课程实验指导书机械设计是高等院校机械类专业的一门技术基础课。实验课 是其中一个重要教学环节。通过实验教学使学生了解机器是由机构 组成的，了解机器基本组成要素机械零件在各类机械中的功用 及性能，以便更好的学习机械设计课程，为学习专业设备中的 机械部分提供必要的基础。为了搞好本课程的实验教学，我们挑选了机构与机械零件认识、 螺栓联接、带传动和减速器结构分析及拆装等实验供任课教师根据 不同专业选选择。本指导书中术语、名词、计量单位等全部符合国家最新标准。 由于水平有限，书中错误和不适之处敬请广大教师和同学提出 批评指导。实验一：机械零件认识实验实验二：带传动实验实验三：减速器结构分析
2、及拆装实验实验四：轴系结构分析及拆装实验实验一 机械零件认识实验一、实验目的1. 初步了解各种常用零件的结构、类型、特点及应用实例。2. 增强学生对机构与机器的感性认识。3. 了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准；了解各种传动的特点及应用；了 解各种常用的润滑剂及相关的国家标准。二、实验容列室展示各种常用机构和机械零件的模型，通过模型的动态展示，增强学生对机构与 机器的感性认识。实验教师只作简单介绍，提出问题，供学生思考，学生通过观察，增加 对常用机构和常用零件的结构、类型、特点的理解，培养对课程理论学习和专业方向的兴 趣。三、实验设备和工具机构列室机构展柜和各种机构和常用机械零件模型。
3、四、实验原理机械零件（一）螺纹联接螺纹联接是利用螺纹零件工作的，主要用作紧固零件。基本要保证联接强度及联接可 靠性，同学们应了解如下容：1螺纹的种类：常用的螺纹主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形 螺纹和锯齿螺纹。前三种主要用于联接，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已标准 化。除管螺纹保留英制外，其余都采用米制螺纹。2螺纹联接的基本类型： 常用的有普通螺栓联接， 双头螺柱联接、 螺钉联接及紧定螺 钉联接。除此之外，还有一些特殊结构联接。如专门用于将机座或机架固定在地基上的地 脚螺栓联接，装在大型零部件的顶盖或机器外壳上便于起吊用的吊环螺钉联接及应用在设 备中的 T 型槽螺栓联
4、接等。3螺纹联接的防松： 防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松及铆冲防松等。摩擦防松简单、方便，但 没有机械防松可靠。对重要联接，特别是在机器部的不易检查的联接，应采机械防松。常 见的摩擦防松方法有对顶螺母，弹簧垫圈及自锁螺母等；机械防松方法有开口销与六角开 槽螺母、 止动垫圈及串联钢丝等； 铆冲防松主要是将螺母拧紧后把螺栓未端伸出部分铆死， 或利用冲头在螺栓未端与螺母的旋合处打冲，利用冲点防松。4提高螺纹联接强度的措施1）受轴向变载荷的紧螺栓联接， 一般是因疲劳而破坏。 为了提高疲劳强度， 减小螺栓 的刚度，可适当增加螺栓长度，或
5、采用腰状杆螺栓与空心螺栓。2）不论螺栓联接的结构如何， 所受的拉力都是通过螺栓和螺母的螺纹牙相接触来传递 的，由于螺栓和螺母的刚度与变形的性质不同，各圈螺纹牙上的受力也是不同的。为了改 善螺纹牙上的载荷分布不均程度，常用悬置螺母或采用钢丝螺套来减小螺栓旋合段本来受 力较大的几圈螺纹牙的受力面。3）为了提高螺纹联连强度， 还应减小螺栓头和螺栓杆的过渡处所产生的应力集中。 为 了减小应力集中的程度，可采用较大的过渡圆角和卸载结构。在设计、制造和装配上应力 求避免螺纹联接产生附加弯曲应力，以免降低螺栓强度；4）再就是采用合理的制造工艺方法， 来提高螺栓的疲劳强度。 如采用冷镦螺栓头部和 滚压螺纹的工
6、艺方法或用采用表面氮化、氰化、喷丸等处理工艺都是有效方法。在掌握上述容， 通过参观螺纹联接展柜， 同学应区分出： 什么是普通螺纹、 管螺纹、 梯形螺纹和锯齿螺纹；能认识什么是普通螺纹、双头螺纹、螺钉及紧定螺钉联接；能认识摩擦防松与机械防松的零件； 了解联接螺栓的光杆部分做得比较细的原因是什么等 问题。（二）标准联接零件标准联接零件一般是由专业企业按国标（GB成批生产，供应市场的零件。这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。通过实验学生们要能区分螺 栓与螺钉； 能了解各种标准化零件的结构特点， 使用情况； 了解各类零件有那些标准代号， 以提高学生们对标准化意识。1螺栓：一般
7、是与螺母配合使用以联接被联接零件，无需在被联接的零件上加工螺纹，其联接结构简单，装拆方便，种类较多，应用最广泛。其国家标准有：GB57825786六角头螺栓、GB31.131.3六角头带孔螺栓、GB8方头螺栓、GB27六角头铰制孔用螺栓、 GB37 T形槽用螺栓、GB799地脚螺栓及GB897900双头螺栓等。2螺钉： 螺钉联接不用螺母， 而是紧定在被联接件之一的螺纹孔中， 其结构与螺栓相 同，但头部形状较多以适应不同装配要求。常用于结构紧凑场合。其国家标准有：GB65开槽圆柱头螺钉；GB67开槽盘头螺钉；GB68开槽沉头螺钉；GB818十字槽盘头螺钉；GB819 十字槽沉头螺钉；GB820十
8、字槽半沉头螺钉；GB70六角圆柱头螺钉；GB71开槽锥端紧定螺 钉；GB73开槽平端紧定螺钉；GB74开槽凹端紧定螺钉；GB75开槽长圆柱端紧定螺钉；GB834 滚花高头螺钉； GB77 80 各种六角紧定螺钉； GB83 86 各类方头紧定螺钉； GB845 847 各类十字自攻螺钉； GB5282 5284 各类开槽自攻螺钉； GB6560 6561 各类十字头自攻锁紧 螺钉；GB825吊环螺钉等。3螺母：螺母形式很多，按形状可分为六角螺母、四方螺母及圆螺母；按联接用途可 分为普通螺母，锁紧螺母及悬置螺母等。应用最广泛的是六角螺母及普通螺母。其国家标 准有：GB617L6171、GB617
9、旷6176 1型及2型A、B级六角螺母；GB41 1型C级螺母； GB6172A B级六角薄螺母； GB6173A B六角薄型细牙螺母；GB6178 GB61801、2型A B级六角开槽螺母； GB9457 GB94581、2型，A、B级六角开槽细牙螺母；GB56六角厚螺母；GB618 4六角锁紧螺母；GB39方螺母；GB806滚花高螺母；GB923盖形螺母；GB805扣紧螺 母；GB812 GB810圆螺母及小圆螺母； GB62蝶形螺母等。4垫圈： 垫圈种类有平垫、 弹簧垫及锁紧垫圈等。 平垫圈主要用于保护被联接件的支 承面，弹簧及锁紧垫圈主要用于摩擦和机械防松场合，其国家标准有：GB97.
10、197.2、GB95-96、GB848 GB5287各类大、小及特大平垫圈；GB852工字钢用方斜垫圈； GB853槽钢用方斜垫圈；GB861.1及GB862.1齿、外齿锁紧垫圈；GB93 GB7244 GB859各种类弹簧垫圈；GB854- 855单耳、双耳止动垫圈；GB856外舌止动垫圈；GB858圆螺母止动垫圈。5挡圈：常用于轴端零件固定之用。其国家标准有：GB891892 螺钉、螺栓紧固轴端挡圈；GB893.1893.2A型B型孔用弹性挡圈； GB894.1894.2A型B型轴用弹性挡圈； GB895.1895.2孔用、轴用钢丝挡圈； GB886轴肩挡圈等。（三）键、花键及销联接 1键
11、联接：键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩， 有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。其主要类型有：平键联接、楔键联 接和切向键联接。各类键使用的场合不同，键槽的加工工艺也不同。可根据键联接的结构 特点，使用要求和工作条件来选择，键的尺寸则应符合标准规格和强度要求来取定。其国 家标准有：GB1096- 1099各类普通平键、导向键及各类半圆键；GB1564 1566各类楔键、切向键及薄型平键等。2花键联接： 花键联接是由外花键和花键组成。 适用于定心精度要求高、 裁荷大或经 常滑移的联接。花键联接的齿数、尺寸，配合等均按标准选取，可用于静联接或动联接。按其齿形
12、可分为矩形花键（GB1144）和渐线形花键（GB3478.1）,前一种由于多齿工作，承 载能力高、对中性好、导向性好、齿根较浅、应力集中较小、轴与毂强度削弱小等优点， 广泛应用在飞机、汽车、拖拉机、机床及农业机械传动装置中；渐形线花键联接，受载时 齿上有径向力，能起到定心作用，使各齿受力均匀，强度、寿命长等特点，主要用于载荷 较大、定心精度要求较高以及尺寸较大的联接。3销联接： 销主要用来固定零件之间的相对位置时， 称为定位销， 它是组合加工和装 配时的重要辅助零件；用于接接时，称为联接销，可传递不大的载荷；作为安全装置中的 过载剪断元件时，称为安全销。销有多种类型，如圆锥销、槽销、销轴和开口
13、销等，这些均已标准化，主要国标代号有：GB119 GB20 GB878 GB879 GB117 GB118 GB881、GB877等。各种销都有各自的特点，如：圆柱销多次拆装会降低定位精度和可靠性；锥销在受横 向力时可以自锁，安装方便，定位精度高，多次拆装不影响定位精度等。以上几种联接，通过展柜的参观同学们要仔细观察其结构，使用场合，并能分清和认 识以上各类零件。（四）机械传动机械传动有螺旋传动 带传动 链传动 齿传动及蜗杆传动等。各种传动都有不同的 特点和使用围，这些传动知识同学们在学习“机械设计”课程中都有要详细讲授。在这里 主要通过实物观察，增加同学们对各种机械传动知识的感性认识，为今后
14、理论学习及课程 设计打下良好基础。1 螺旋传动： 螺旋传动是利用螺纹零件工作的， 作为传动件要求保证螺旋副的传动精 度，效率和磨损寿命等。其螺纹种类有矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿螺纹等。按其用途可分 传力螺旋 传导螺旋及调整螺旋三种；按摩擦性质不同可分为滑动螺旋 滚动螺旋及静压 螺旋等。滑动螺旋常为半干摩擦，摩擦阻力大、传动效率低（一般为3060%;但其结构简单，加工方便，易于自锁，运转平稳，但在低速时可能出现爬行；其螺纹有侧向间隙，反向时 有空行程，定位精度和轴向刚度较差，要提高精度必须采用消隙机构;磨损快。滑动螺旋 应用于传力或调整螺旋时，要求自锁，常采用单线螺纹;用于传导时，为了提高传动效率
15、 及直线运动速度，常采用多线螺纹（线数n=3 4）。滑动螺旋主要应用于金属切削机床进给;分度机构的传导螺纹，摩擦压力机及千斤顶的传动。滚动螺旋因螺旋中含有滚珠或滚子，在传动时摩擦阻力小，传动效率高（一般在90%以上）;起动力矩小，传动灵活 工作寿命长等优点，但结构复杂制造较难;滚动螺旋具有 传动可逆性 （可以把旋转动变为直线运动， 也可把直线运动变成转运动） ，为了避免螺旋副 受载时逆转，应设置防止逆转的机构;其运转平稳，起动时无颤动，低速时不爬行;螺母 与螺杆经调整预紧后，可得到很高的定位精度（6卩m/0.3m ）和重复定位精度（可达 12卩m）,并可提高轴的刚度；其工作寿命长、不易发生故障
16、，但抗冲击性能较差。主要用在 金属切削精密机床和数控机床 测试机械 仪表的传导螺旋和调整螺旋及起重 升降机构 和汽车 拖拉机转向机构的传力螺旋；飞机 导弹 船舶 铁路等自控系统的传导和传力 螺旋上。静压螺旋是为了降低螺旋传动的摩擦，提高传动效率，并增强螺旋传动的刚性的抗振 性能，将静压原理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。因为静压螺旋是液体摩擦，摩擦阻 力小，传动效率高（可达 99%），但螺母结构复杂；其具有传动的可逆性，必要时应设置防 止逆转的机构；工作稳定，无爬行现象；反向时无空行程，定位精度高，并有较高轴向刚 度；磨损小及寿命长等特点。使用时需要一套压力稳定、温度恒定、有精滤装置的供油系 统。主
