机械组成的认识实验

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1、第四章 机械组成的认识实验41 机械的组成机械是机器和机构的总称。机器种类很多，一般机器具有三个特征：实物的组合；各组合部分之间具有确定的相对 运动；可以完成机械功或转换机械能与电能。只具有前两项特征的构件组合，通常称为机构。 机构是由构件组成，而且具有一定的相对运动关系。因此构件是机构运动分析的基本单元。一般机器可分为两大类：动力机和工作机，提供或转换机械能的机器称为动力机，例如 内燃机、燃气轮机、电动机等；利用机械能实现工作功能的机器称为工作机，例如切割机、 起重机、空调机等。用来进行信息传递和变换的机器称为仪器，例如温度测量仪、照相机、显示器、压力测 量仪、光谱仪等。传统的机器由动力装置

2、、传动装置、执行装置及其支持机座四个基本部分组成，现代的 机器普遍自动化程度较高，则由动力装置、传动装置、执行装置、支持机座及自动控制装置 组成。在现代生活和生产活动中，广泛地使用着机器以代替或减轻体力劳动，提高生产质量和 生产效率。如日常生活中所常见的缝纫机，交通运输中的汽车，各工业部门中使用的纺织机、 起重机以及生产机器的工作母机各种机床等。这些机器的性能、用途千差万别。为了便 于识别机器的组成，可根据机器的组成部分的功能进行分析，常见的机器按功能分类一般由 如下四大部分组成。4.1.1 动力部分机器的动力部分是驱动机器运转的动力源。常见的动力设备有电动机和热力机（如内燃 机、汽轮机）及其

3、在特殊情况下应用的联合动力装置。其中电动机的使用最广泛，如常见的 金属切削机床大都使用Y系列三相异步电动机。机器就是依靠这些动力装置来做功。 4.1.2 传动部分机器的传动部分是位于动力部分和工作部分的中间装置，主要用来传递力和运动、分配 能量、改变速度和运动形式等。机器的传动形式有多种类型，主要有机械传动、流体传动、 电气传动以及以上几种方式的联合传动（如机械电气液压联合传动）。机械传动是目前应用最多的传动形式。流体传动分为液体传动和气压传动。用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被 称为液体传动。按作用原理，液体传动又分为液压传动和液力传动。液压传动主要利用液体 压力能来传递能量，如磨

4、床、液压牛头刨床就用到了这种传动方式；而液力传动则主要利用 液体的动能来传递能量。气压传动是利用压缩空气的压力来传递动力或运动的流体传动。其 传动系统是将压缩空气经管道和控制阀送给气动执行元件（如气缸、气马达等），把气体压 力能转变为机械能而对外做功。其特点是成本低，无污染，使用安全，过载保护性好，但结 构尺寸大，噪声较大。电气传动是利用电动机将电能转换为机械能来驱动机器的传动。电气传动通常由电动 机、传递机械能的传动机构、控制电动机运转的电气控制装置和电源组成。电气传动的特点是便于远距离的自动控制，所需电力易于输送和集中生产，运行可靠， 效率高。4.1.3 工作部分工作部分是直接完成机器预定

5、功能、直接进行生产的部分，是综合体现一台机器的用途 及性能的部分，它标志着各种机器的不同特性，是机器设备分类的依据。有不少机器的原动 机和传动部分大致相同，但由于工作部分不同，而构成了用途、功能不同的机器。如汽车、 拖拉机、推土机、挖掘机等，其原动机均为内燃机，且传动部分大同小异，但由于工作部分 不同就形成了不同类型的机器。4.1.4 控制部分控制部分是为了提高产品质量、产量，减轻人们的劳动强度，节省人力、物力等而设置 的那些控制器。控制系统由控制器和被控对象组成。不同控制器组成的系统不一样，如由手 动操纵进行控制的手动控制系统；由机械装置作为控制器的机械控制系统；由气压、液压装 置作为控制器

6、的气动、液压控制系统；由电气装置或计算机作为控制器的电气或计算机控制 系统等。随着科学技术的发展，计算机控制系统广泛应用于工业生产中。一般而言，控制器要完成被控参数的调节，应具备四个基本部件：a）给定值发生器。它输出与被控量目标值相对应的信号。b）比较器。把被控参数的实际值与给定值进行比较，产生误差信号送给驱动器。c）驱动部件和执行机构。它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量，参与被 控量的调节。d）检测及变换元件。对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转换成电量。机器是由零件组成，零件具有一定的形状、尺寸和材料实体关系，是机器的组成要素和 制造单元。为了便于制造、安装、维修和运输

7、，也可以将一台机器分成若干个相互独立，但 有相互关联的零件组合，称为部件。显然部件是由一定数量的机械零件组成的。42 机械拆装与测试实验机械工程实际中常常需要对各种机械设备进行拆装、测试，正确的拆装方式和步骤，不 仅是正确测试的前提，更是拆装后机器正常运转的保证。首先要熟悉机器的使用说明书，了解机器的操作步骤。然后仔细观察机器各部分，找出 机器的动力部分、传动部分、工作部分和控制部分。对包含电器元件的机器，先断开电源， 切断机器的动力，令机器停止工作。准备纸和笔，用以记录拆卸的部件名称和拆卸的步骤， 必要时绘出部件的简单联接关系图，各电器元件线路标识不详的，应详细绘出。待机器各部 分元件完全停

8、止后（可通过观察机器活动零件或仔细听机器内部噪声来判断），再将机器的 外壳拆开。拆开外壳后，观察机器内部结构，判断机器内部温度状态，是否存在高温区域， 如有高温零件，应待机器内温度降到正常再进行拆卸。根据测试目的，找出需要进一步拆卸 的零部件进行拆卸。用相应的工具拆卸零件，拆卸任何零件都应小心谨慎，不可蛮干，严禁 用榔头或其他工具敲击机器和零件。拆卸下来的机械零件应整齐有序摆放，以利于安装复位。测试、绘制零件的方法和步骤同样需要保证不破坏零件。测试、绘制零件后，按相应顺序将零件装回机器中。用手转动机器的原动件，应能保证 机器可平顺地转动。接上各导线，装上机器的外壳，接通电源，按正确的顺序启动机

9、器，若 机器运转正常，则本次拆装实验完成。减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和相应地增大转 矩。由于原动机（发动机、电动机等）的转速通常较高，而工作机的工作转速通常较低，因 此它们之间常常用减速器来联接。此外，在某些场合，也有用来增速的，可称为增速器。421减速器的种类减速器的种类很多，这里仅讨论齿轮及蜗杆减速器，按其传动和结构特点，大致可分 为三类：1 齿轮减速器其中主要有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器三种。按传动所采用的齿形来分，常用的有渐开线齿形和圆弧齿形两种。2 蜗杆减速器主要有圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器，锥蜗杆减速器和蜗杆齿轮减速器。

10、其中以 圆柱蜗杆减速器最为常用，有普通圆柱蜗杆和圆弧齿圆柱蜗杆两种。3 行星减速器 主要有渐开线行星齿轮减速器，摆线针齿减速器和谐波齿轮减速器等。由于减速器应用很广，为了提高质量，简化构造型式及尺寸，节约生产费用等，在我国 的某些机器制造部门(如起重运输机械，冶金设备及矿山机械等)中，已将减速器系列化了。 目前，我国常用的标准减速器有：渐开线圆柱齿轮减速器，圆弧圆柱齿轮减速器，圆柱蜗杆 减速器，圆弧齿圆柱蜗杆减速器，行星齿轮减速器及摆线针齿减速器等。各类标准减速器常 用于冶金，矿山，起重运输，建筑、化工，轻工业等机械传动中。422常用减速器的主要类型，特点和应用1齿轮减速器 齿轮减速器的特点是

11、效率高，工作耐久，维护简便，因而应用范围很广。 齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级，两级，三级和多级的；按其轴在空间的 相互配置可分为立式和卧式的；按其运动简图的特点可分为展开式、同轴式(又称回归式)和 分流式等。具体形式的特点如下：单级圆柱齿轮减速器的轮齿可用直齿、斜齿或人字齿。直齿用于低速(uW8m/s)或载荷 较轻的传动，斜齿或人字齿用于较高速(u=2550m/s)或载荷较重的传动。箱体常用铸铁制 造，轴承常用滚动轴承。传动比范围：i=36,直齿iW4,斜齿iW6。两级展开式圆柱齿轮减速器的高速级常用斜齿，低速级可用直齿或斜齿。展开式圆柱齿 轮减速器由于齿轮相对于轴承不对称，要求轴具

12、有较大的刚度。高速级齿轮应安排在远离转 矩输入端，以减少因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象。这种类型的减速器常用 于载荷较平稳的场合，应用广泛。传动比范围： i=840。两级同轴式圆柱齿轮减速器的箱体长度较短，轴向尺寸及重量较大，中间轴较长，刚度 较差，其轴承润滑困难。当两大齿轮浸油深度大致相同时，高速级齿轮的承载能力难以充分 利用。这种减速器仅有一个输入轴和输出轴，传动布置受到限制。传动比范围：i=840。单级圆锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴的轴线垂直相交的传动，有卧式和立式两种。 轮齿加工较复杂，圆锥齿轮可用直齿、斜齿或曲齿。传动比范围:i=25,直齿iW3,斜齿 iW5。两级圆锥

13、圆柱齿轮减速器用于输入轴和输出轴的轴线垂直相交且传动比较大的传动。圆锥齿轮宜布置在高速级，以减少圆锥齿轮的尺寸，便于加工。传动比范围：i=825。2蜗杆减速器蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的单级蜗杆减速器，传动比大，结构紧凑，但传动效率低，用于 中小功率、输入轴和输出轴垂直交错的传动。蜗杆下置式的润滑条件较好，应优先选用。当 蜗杆圆周速度u45m/s时,应采用上置式，此时蜗杆轴承润滑条件较差,传动比i=1040。 两级蜗杆减速器则应用较少。3蜗杆齿轮减速器这类减速器在绝大多数情况下都是把蜗杆传动作为高速级，称为蜗杆齿轮减速器

14、，因 为在高速时，蜗杆传动的效率较高，它所适用的传动比一般在50130的范围内，最大可达 250。而把圆柱齿轮传动作为高速级，即齿轮蜗杆减速器则应用较少，它的传动比可达 150 左右。423 减速器的结构减速器拆装实验主要目的是让同学们熟悉减速器的结构特点。为了使后续的课程设计能 顺利完成，所以有必要先介绍减速器的各个部分。（1）箱体 减速器箱体的作用是支承轴系零件，固定轴系的位置，保证轴系运转精度; 箱体内装有 润滑轴系的润滑油，因此箱体必须是密封防尘的，但又要使箱体内与箱体外的大气压平衡。 因此减速器箱体的重要质量指标是整体刚度和稳定性、密封性。大批量生产的减速器箱体常 常采用铸造方法制作

15、，铸造的材料通常是价廉的普通灰铸铁、球墨铸铁与变性灰铸铁等，在 有较高强度和刚度要求时使用铸钢。 在某些场合为了使机器的重量尽可能轻，也有使用铝 合金制作箱体的。如果生产的批量较小，则多数采用焊接的方式来制作箱体。减速器的箱体受力情况较复杂，常常会受到较大的弯曲和扭转应力作用，因此如何在不 大幅度增加重量的情况下提高箱体的刚度就显得很关键，在箱体外设计肋板就是很有效的办 法。但采用肋板使箱体的加工工艺变得更加复杂。铸造工艺方面的要求是箱体形状力求简单，易于造型和拔模，壁厚均匀，过渡平缓，金 属不要局部积聚等。机械加工工艺方面应尽量减少加工面积，以提高生产率和减少刀具的磨 损，应尽量减少工件和刀

16、具的调整次数，以提高加工精度和节省加工时间，例如同轴上的 两个轴承座孔直径应尽量相同。当轴承采用箱体内的油润滑时，须在箱座剖分面的凸缘上开设输油沟，使飞溅到箱盖内 壁上的油经油沟流入轴承。输油沟有铣制和铸造两种形式，设计时应使箱盖斜口处的油能 顺利流入油沟，并经轴承盖的缺口流入轴承。（2）窥视孔和视孔盖 窥视孔应开在箱盖顶部，以便于观察传动零件啮合区的情况，可由孔注入润滑油，孔的 大小应该足够大，以便进行检查操作，窥视孔应设凸台便于加工。视孔盖可用铸铁、钢板或 有机玻璃制成。孔与盖之间加有密封垫片。（3）油标 油标用来指示油面高度，一般安置在低速级附近的油面稳定处。油标形式有油标尺、管状油标、圆形油标等。常用的是带有螺纹部分的油标尺。油标尺的安装位置不能太低，以防 油从该处