1、機械設計基礎實驗指導書合肥工業大學機械與汽車工程學院機械原理及零件教研室機械原理及零件實驗室00二年六月機械設計基礎課程，與工程制圖、電工學、工程力學等一樣， 是我國高等工業學校機械類、近機械類和非機械類各專業的一門技術 基礎課。根據國家教委1995年頒發修訂的機械設計基礎課程教學 基本要求中，實驗課是其中一個重要教學環節。通過實驗教學使學 生了解機器是由機構組成的，了解機器基本組成要素 一一機械零件在 各類機械中的功用及性能，以便更好的學習機械設計基礎課程， 為學習專業設備中的機械部分提供必要的基礎。為了搞好本課程的實驗教學，我們挑選了機構認識、機械零件認 識、機構運動簡圖測繪、齒輪范成原理

2、、直齒圓柱齒輪參數測定與分 析、齒輪傳動、帶傳動和減速器結構分析及拆裝等 8項實驗供任課教 師根據不同專業選選擇。本指導書中術語、名詞、計量單位等全部符合國家最新標準。 由于水平有限，書中錯誤和不適之處敬請廣大教師和同學提出批 評指導。機械原理及零件教研室 機械原理及零件實驗室2002.6合肥工業大學學生實驗守則1 學生應按照課程教學計劃，準時上實驗課，不得遲到早退。2實驗前認真閱讀實驗指導書，明確實驗目的、步驟、原理，預習有關的理 論知識，并接受實驗教師的提問和檢查。3. 進入實驗室必須遵守實驗室的規章制度。不得高聲喧嘩和打鬧，不準抽煙、 隨地吐痰和亂丟雜物。有凈化要求的實驗室，進入必須換拖

3、鞋。4 做實驗時必須嚴格遵守儀器設備的操作規程，愛護儀器設備，節約使用材料，服從實驗教師和技術人員指導。未經許可不得動用與本實驗無關的儀器設備 及其它物品。5實驗中要細心觀察，認真記錄各種試驗數據。不準敷衍， 不準抄襲別組數 據，不得擅自離開操作崗位。6 實驗時必須注意安全，防止人身和設備事故的發生。若出現事故， 應立即 切斷電源，及時向指導教師報告，并保護現場，不得自行處理。7 實驗完畢，應主動清理實驗現場。經指導教師檢查儀器設備、工具、材料 和實驗記錄后方可離開。8.實驗后要認真完成實驗報告，包括分析結果、處理數據、繪制曲線及圖表。 在規定時間內交指導教師批改。9在實驗過程中，由于不慎造成

4、儀器設備、器皿、工具損壞者，應寫出損壞 情況報告，并接受檢查，由領導根據情況進行處理。10.凡違反操作規程，擅自動用與本實驗無關的儀器設備、私自拆卸儀器而 造成事故和損失的，肇事者必須寫出書面檢查，視情節輕重和認識程度，按章程 預以賠償。合肥工業大學1999.7實驗一機構認識實驗1實驗二機械零件認識實驗4實驗三機構運動簡圖測繪實驗 11實驗四齒輪范成原理實驗 16實驗五直齒圓柱齒輪參數的測定與分析實驗 21實驗六齒輪傳動實驗28實驗七帶傳動實驗34實驗八減速器結構分析及拆裝實驗 41實驗一機構認識實驗一、實驗目的1. 初步了解機械原理課程所研究的各種常用機構的結構、類型、特點及 應用實例。2.

5、 增強學生對機構與機器的感性認識。二、實驗方法陳列室展示各種常用機構的模型，通過模型的動態展示，增強學生對機構與 機器的感性認識。實驗教師只作簡單介紹，提出問題，供學生思考，學生通過觀 察，對常用機構的結構、類型、特點有一定的了解。對學習機械原理課程產生一 定的興趣。三、實驗內容（一）對機器的認識通過實物模型和機構的觀察，學生可以認識到：機器是由一個機構或幾個機 構按照一定運動要求組合而成的。所以只要掌握各種機構的運動特性，再去研究 任何機器的特性就不困難了。在機械原理中，運動副是以兩構件的直接接觸形式 的可動聯接及運動特征來命名的。如：高副、低副、轉動副、移動副等。（二）平面四桿機構平面連桿

6、機構中結構最簡單，應用最廣泛的是四桿機構，四桿機構分成三大 類：即鉸鏈四桿機構；單移動副機構；雙移動副機構。1. 鉸鏈四桿機構分為：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構，即根據兩 連架桿為曲柄，或搖桿來確定。2. 單移動副機構，它是以一個移動副代替鉸鏈四桿機構中的一個轉動副演化 而成的。可分為：曲柄滑塊機構，曲柄搖塊機構、轉動導桿機構及擺動導桿機構 等。3. 雙移動副機構是帶有兩個移動副的四桿機構，把它們倒置也可得到：曲柄 移動導桿機構、雙滑塊機構及雙轉塊機構。（三）凸輪機構凸輪機構常用于把主動構件的連續運動，轉變為從動件嚴格地按照預定規律 的運動。只要適當設計凸輪廓線，便可以使從動件獲得任意

7、的運動規律。由于凸 輪機構結構簡單、緊湊，因此廣泛應用于各種機械，儀器及操縱控制裝置中。凸輪機構主要有三部分組成，即：凸輪（它有特定的廓線）、從動件（它由凸輪 廓線控制著）及機架。凸輪機構的類型較多，學生在參觀這部分時應了解各種凸輪的特點和結構， 找出其中的共同特點。（四）齒輪機構齒輪機構是現代機械中應用最廣泛的一種傳動機構。具有傳動準確、可靠、 運轉平穩、承載能力大、體積小、效率高等優點，廣泛應用于各種機器中。根據 輪齒的形狀齒輪分為：直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、圓錐齒輪及蝸輪、蝸桿。 根據主、從動輪的兩軸線相對位置，齒輪傳動分為：平行軸傳動、相交軸傳動、 交錯軸傳動三大類。1 平行軸傳動的

8、類型有：外、內嚙合直齒輪機構、斜齒圓柱齒輪機構、人字 齒輪機構、齒輪齒條機構等。2 相交軸傳動的類型有圓錐齒輪機構，輪齒分布在一個截錐體上，兩軸線夾 角常為90。3 交錯軸傳動的類型有：螺旋齒輪機構、圓柱蝸輪蝸桿機構，弧面蝸輪蝸桿 機構等。在參觀這部分時，學生應注意了解各種機構的傳動特點，運動狀況及應用范 圍等。4. 齒輪機構參數齒輪基本參數有齒數z、模數m分度圓壓力角a、齒頂高系數h*a、頂隙系數 c*等。參觀這部分時，學生需要掌握：什么是漸開線 ？漸開線是如何形成的？什么是 基圓和漸開線發生線？并注意觀察基圓、發生線、漸開線三者間關系，從而得出 漸開線有什么性質？再就觀察擺線的形成，要了解

9、什么是發生圓 ？什么是基圓？動點在發生圓上 位置發生變化時，能得到什么樣軌跡的擺線 ？同時還要通過參觀總結出：齒數、模數、壓力角等參數變化對齒形有何影響?（五）周轉輪系通過各種類型周轉輪系的動態模型演示，學生應該了解什么是定軸輪系？什 么是周轉輪系？根據自由度不同，周轉輪系又分為行星輪系和差動輪系。它們有 什么差異和共同點？差動輪系為什么能將一個運動分解為兩個運動或將兩個運動 合成為一個運動？周轉輪系的功用、形式很多，各種類型都有它自己的缺點和優點。在我們今 后的應用中應如何避開缺點，發揮優點等等都是需要學生實驗后認真思考和總結 的問題。（六）其他常用機構其他常用機構常見的有棘輪機構；摩擦式棘

10、輪機構；槽輪機構；不完全齒輪 機構；凸輪式間歇運動機構；萬向節及非圓齒輪機構等。通過各種機構的動態演 示學生應知道各種機構的運動特點及應用范圍。（七）機構的串、并聯展柜中展示有實際應用的機器設備、儀器儀表的運動機構。從這里可以看出， 機器都是由一個或幾個機構按照一定的運動要求串、并聯組合而成的。所以在學 習機械原理課程中一定要掌握好各類基本機構的運動特性，才能更好地去研究任 何機構（復雜機構）特性。實驗二機械零件認識實驗一、實驗目的1 初步了解機械設計課程所研究的各種常用零件的結構、類型、特點及 應用。2了解各種標準零件的結構形式及相關的國家標準。3 了解各種傳動的特點及應用。4了解各種常用的

11、潤滑劑及相關的國家標準。5增強對各種零部的結構及機器的感性認識。二、實驗方法學生們通過對實驗指導書的學習及 “機械零件陳列柜”中的各種零件的展示， 實驗教學人員的介紹，答疑及同學的觀察去認識機器常用的基本零件，使理論與 實際對應起來，從而增強同學對機械零件的感性認識。并通過展示的機械設備、 機器模型等，使學生們清楚知道機器的基本組成要素一機械零件。三、實驗內容（一）螺紋聯接螺紋聯接是利用螺紋零件工作的，主要用作緊固零件。基本要求是保證聯接 強度及聯接可靠性，同學們應了解如下內容：1. 螺紋的種類：常用的螺紋主要有普通螺紋、米制錐螺紋、管螺紋、梯形螺 紋、矩形螺紋和鋸齒螺紋。前三種主要用于聯接，

12、后三種主要用于傳動。除矩形 螺紋外，都已標準化。除管螺紋保留英制外，其余都采用米制螺紋。2. 螺紋聯接的基本類型：常用的有普通螺栓聯接，雙頭螺柱聯接、 螺釘聯接 及緊定螺釘聯接。除此之外，還有一些特殊結構聯接。如專門用于將機座或機架 固定在地基上的地腳螺栓聯接，裝在大型零部件的頂蓋或機器外殼上便于起吊用 的吊環螺釘聯接及應用在設備中的 T型槽螺栓聯接等。3. 螺紋聯接的防松：防松的根本問題在于防止螺旋副在受載時發生相對轉動。 防松的方法，按其工作原理可分為摩擦防松、機械防松及鉚沖防松等。摩擦防松 簡單、方便，但沒有機械防松可靠。對重要聯接，特別是在機器內部的不易檢查 的聯接，應采機械防松。常見

13、的摩擦防松方法有對頂螺母，彈簧墊圈及自鎖螺母 等；機械防松方法有開口銷與六角開槽螺母、止動墊圈及串聯鋼絲等；鉚沖防松 主要是將螺母擰緊后把螺栓未端伸出部分鉚死，或利用沖頭在螺栓未端與螺母的 旋合處打沖，利用沖點防松。4. 提高螺紋聯接強度的措施1）受軸向變載荷的緊螺栓聯接，一般是因疲勞而破壞。為了提高疲勞強度， 減小螺栓的剛度，可適當增加螺栓長度，或采用腰狀桿螺栓與空心螺栓。2）不論螺栓聯接的結構如何，所受的拉力都是通過螺栓和螺母的螺紋牙相接 觸來傳遞的，由于螺栓和螺母的剛度與變形的性質不同，各圈螺紋牙上的受力也 是不同的。為了改善螺紋牙上的載荷分布不均程度，常用懸置螺母或采用鋼絲螺 套來減小

14、螺栓旋合段本來受力較大的幾圈螺紋牙的受力面。3）為了提高螺紋聯連強度，還應減小螺栓頭和螺栓桿的過渡處所產生的應力 集中。為了減小應力集中的程度，可采用較大的過渡圓角和卸載結構。在設計、 制造和裝配上應力求避免螺紋聯接產生附加彎曲應力，以免降低螺栓強度；4）再就是采用合理的制造工藝方法，來提高螺栓的疲勞強度。如采用冷鐓螺 栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法或用采用表面氮化、氰化、噴丸等處理工藝都是有效方法。在掌握上述內容，通過參觀螺紋聯接展柜，同學應區分出：什么是普通螺 紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒螺紋；能認識什么是普通螺紋、雙頭螺紋、螺釘 及緊定螺釘聯接；能認識摩擦防松與機械防松的零件；了解聯接螺栓的光

15、桿 部分做得比較細的原因是什么等問題。（二）標準聯接零件標準聯接零件一般是由專業企業按國標（GB成批生產，供應市場的零件。 這類零件的結構形式和尺寸都已標準化，設計時可根據有關標準選用。通過實驗 學生們要能區分螺栓與螺釘；能了解各種標準化零件的結構特點，使用情況；了 解各類零件有那些標準代號，以提高學生們對標準化意識。1. 螺栓：一般是與螺母配合使用以聯接被聯接零件， 無需在被聯接的零件上 加工螺紋，其聯接結構簡單，裝拆方便，種類較多，應用最廣泛。其國家標準有： GB5782-5786六角頭螺栓、GB31.131.3六角頭帶孔螺栓、GB8方頭螺栓、GB27 六角頭鉸制孔用螺栓、GB37T形槽用

16、螺栓、GB799地腳螺栓及GB89900雙頭螺 栓等。2螺釘：螺釘聯接不用螺母，而是緊定在被聯接件之一的螺紋孔中，其結構 與螺栓相同，但頭部形狀較多以適應不同裝配要求。常用于結構緊湊場合。其國 家標準有：GB65開槽圓柱頭螺釘；GB67開槽盤頭螺釘；GB68開槽沉頭螺釘；GB818 十字槽盤頭螺釘；GB819十字槽沉頭螺釘；GB820十字槽半沉頭螺釘；GB70內六 角圓柱頭螺釘；GB71開槽錐端緊定螺釘；GB73開槽平端緊定螺釘；GB74開槽凹 端緊定螺釘；GB75開槽長圓柱端緊定螺釘；GB834滾花高頭螺釘；GB780各種 內六角緊定螺釘；GB886各類方頭緊定螺釘；GB84847各類十字自

17、攻螺釘； GB5285284各類開槽自攻螺釘；GB6560-6561各類十字頭自攻鎖緊螺釘；GB825 吊環螺釘等。3螺母：螺母形式很多，按形狀可分為六角螺母、四方螺母及圓螺母；按聯 接用途可分為普通螺母，鎖緊螺母及懸置螺母等。應用最廣泛的是六角螺母及普 通螺母。其國家標準有：GB6176171、GB6176176 1型及2型A B級六角 螺母；GB41 1型C級螺母；GB6172A B級六角薄螺母；GB6173A B六角薄型細 牙螺母；GB6178 GB6180 1、2 型 A B 級六角開槽螺母；GB9457 GB9458 1、2 型，A、B級六角開槽細牙螺母；GB56六角厚螺母；GB61

18、84六角鎖緊螺母；GB39 方螺母；GB806滾花高螺母；GB923蓋形螺母；GB805扣緊螺母；GB812 GB810 圓螺母及小圓螺母；GB62蝶形螺母等。4 墊圈：墊圈種類有平墊、彈簧墊及鎖緊墊圈等。平墊圈主要用于保護被聯 接件的支承面，彈簧及鎖緊墊圈主要用于摩擦和機械防松場合，其國家標準有： GB97.1 97.2、GB95- 96、GB848 GB5287各類大、小及特大平墊圈；GB852工字 鋼用方斜墊圈；GB853槽鋼用方斜墊圈；GB861.1及GB862.1內齒、外齒鎖緊墊圈； GB93 GB7244 GB859各種類彈簧墊圈；GB85855單耳、雙耳止動墊圈；GB856 外舌

19、止動墊圈；GB858圓螺母止動墊圈。5擋圈：常用于軸端零件固定之用。其國家標準有： GB89892螺釘、螺 栓緊固軸端擋圈；GB893.1893.2A型B型孔用彈性擋圈；GB894.1894.2A型B 型軸用彈性擋圈；GB895.1895.2孔用、軸用鋼絲擋圈；GB886軸肩擋圈等。（三）鍵、花鍵及銷聯接1 鍵聯接：鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂之間的周向固定以傳 遞轉矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。其主要類型有： 平鍵聯接、楔鍵聯接和切向鍵聯接。各類鍵使用的場合不同，鍵槽的加工工藝也 不同。可根據鍵聯接的結構特點，使用要求和工作條件來選擇，鍵的尺寸則應符 合標準規

20、格和強度要求來取定。其國家標準有：GB1091099各類普通平鍵、導向鍵及各類半圓鍵；GB1561566各類楔鍵、切向鍵及薄型平鍵等。2. 花鍵聯接：花鍵聯接是由外花鍵和內花鍵組成。適用于定心精度要求高、 裁荷大或經常滑移的聯接。花鍵聯接的齒數、尺寸，配合等均按標準選取，可用 于靜聯接或動聯接。按其齒形可分為矩形花鍵（GB1144和漸線形花鍵（GB3478.1）， 前一種由于多齒工作，承載能力高、對中性好、導向性好、齒根較淺、應力集中 較小、軸與轂強度削弱小等優點，廣泛應用在飛機、汽車、拖拉機、機床及農業 機械傳動裝置中；漸形線花鍵聯接，受載時齒上有徑向力，能起到定心作用，使 各齒受力均勻，強

21、度、壽命長等特點，主要用于載荷較大、定心精度要求較高以 及尺寸較大的聯接。3. 銷聯接：銷主要用來固定零件之間的相對位置時，稱為定位銷，它是組合 加工和裝配時的重要輔助零件；用于接接時，稱為聯接銷，可傳遞不大的載荷； 作為安全裝置中的過載剪斷元件時，稱為安全銷。銷有多種類型，如圓錐銷、槽銷、銷軸和開口銷等，這些均已標準化，主要 國標代號有：GB119 GB20 GB878 GB879 GB117 GB118 GB881 GB877等。各種銷都有各自的特點，如：圓柱銷多次拆裝會降低定位精度和可靠性；錐 銷在受橫向力時可以自鎖，安裝方便，定位精度高，多次拆裝不影響定位精度等。以上幾種聯接，通過展柜

22、的參觀同學們要仔細觀察其結構，使用場合，并能 分清和認識以上各類零件。（四）機械傳動機械傳動有螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒傳動及蝸桿傳動等。各種傳動都 有不同的特點和使用范圍，這些傳動知識同學們在學習“機械設計”課程中都有 要詳細講授。在這里主要通過實物觀察，增加同學們對各種機械傳動知識的感性 認識，為今后理論學習及課程設計打下良好基礎。1. 螺旋傳動：螺旋傳動是利用螺紋零件工作的， 作為傳動件要求保證螺旋副 的傳動精度，效率和磨損壽命等。其螺紋種類有矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋等。按其用途可分傳力螺旋、傳導螺旋及調整螺旋三種；按摩擦性質不同可分為 滑動螺旋、滾動螺旋及靜壓螺旋等。滑動螺旋常為

23、半干摩擦，摩擦阻力大、傳動效率低（一般為3060%;但其結構簡單，加工方便，易于自鎖，運轉平穩，但在低速時可能出現爬行；其螺紋 有側向間隙，反向時有空行程，定位精度和軸向剛度較差，要提高精度必須采用 消隙機構；磨損快。滑動螺旋應用于傳力或調整螺旋時，要求自鎖，常采用單線 螺紋；用于傳導時，為了提高傳動效率及直線運動速度，常采用多線螺紋（線數 n=34）。滑動螺旋主要應用于金屬切削機床進給； 分度機構的傳導螺紋，摩擦壓 力機及千斤頂的傳動。滾動螺旋因螺旋中含有滾珠或滾子，在傳動時摩擦阻力小，傳動效率高（一 般在90鳩上）；起動力矩小，傳動靈活、工作壽命長等優點，但結構復雜制造較 難；滾動螺旋具有

24、傳動可逆性（可以把旋轉動變為直線運動，也可把直線運動變 成轉運動），為了避免螺旋副受載時逆轉，應設置防止逆轉的機構；其運轉平穩， 起動時無顫動，低速時不爬行；螺母與螺桿經調整預緊后，可得到很高的定位精 度（6卩m/0.3m）和重復定位精度（可達12卩m），并可提高軸的剛度；其工作 壽命長、不易發生故障，但抗沖擊性能較差。主要用在金屬切削精密機床和數控 機床、測試機械、儀表的傳導螺旋和調整螺旋及起重、升降機構和汽車、拖拉機 轉向機構的傳力螺旋；飛機、導彈、船舶、鐵路等自控系統的傳導和傳力螺旋上。靜壓螺旋是為了降低螺旋傳動的摩擦，提高傳動效率，并增強螺旋傳動的剛 性的抗振性能，將靜壓原理應用于螺旋

25、傳動中，制成靜壓螺旋。因為靜壓螺旋是 液體摩擦，摩擦阻力小，傳動效率高（可達 99%，但螺母結構復雜；其具有傳動 的可逆性，必要時應設置防止逆轉的機構；工作穩定，無爬行現象；反向時無空 行程，定位精度高，并有較高軸向剛度；磨損小及壽命長等特點。使用時需要一 套壓力穩定、溫度恒定、有精濾裝置的供油系統。主要用于精密機床進給，分度 機構的傳導螺旋。2. 帶傳動：是帶被張緊（預緊力）而壓在兩個帶輪上，主動輪帶輪通過摩擦 帶動帶以后，再通過摩擦帶動從動帶輪轉動。它具有傳動中心距大、結構簡單、超載打滑（減速）等特點。常有平帶傳動、V型帶傳動，多楔帶及同步帶傳動等。平帶傳動結構最簡單，帶輪容易制造。在傳動

26、中心距較大的情況下應用較多； V型帶為一整圈，無接縫，故質量均勻，在同樣張緊力下，V型帶較平帶傳動 能產生更大的摩擦力，再加上傳動比較大、結構緊湊，并標準化生產，因而應用 廣泛；多楔帶傳動兼有平帶和 V型帶傳動的優點，柔性好、摩擦力大、能傳遞的功 率大，并能解決多根V型帶長短不一使各帶受力不均勻的問題。主要用于傳遞功 率較大而結構要求緊湊的場合，傳動比可達 10，帶速可達40m/s。同步帶是沿縱向制有很多齒，帶輪輪面也制有相應齒，它是靠齒的嚙合進行 傳動，可使帶與輪的速度一致等特點。3. 鏈傳動：是由主動鏈輪齒帶動鏈以后，又通過鏈帶動從動鏈輪，屬于帶有 中間撓性件的嚙合傳動。與屬于摩擦傳動的帶

27、傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現象，能保持準確的平均傳動比，傳動效率高。按用途不同可分為傳動鏈傳動、 輸送鏈傳動和起重鏈傳動。輸送鏈和起重鏈主要用在運輸和起重機械中，而在一 般機械傳動中，常用的傳動鏈。傳動鏈有短節距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈），齒形鏈等。在滾子鏈中為使傳動平穩，結構緊湊，宜選用小節距單排鏈，當速度高、功 率大時則選用小節距多排鏈。齒形鏈又稱無聲鏈，它是由一級帶有兩個齒的鏈板左右交錯并列鉸鏈而成。 齒形鏈設有導板，以防止鏈條在工作時發生側向竄動。與滾子鏈相比，齒形鏈傳 動平穩、無噪聲、承受沖擊性能好、工作可靠。鏈輪是鏈傳動的主要零件，鏈輪齒形已標準化（GB1244 GB10855

28、鏈輪設計主 要是確定其結構尺寸，選擇材料及熱處理方法等。4. 齒輪傳動：齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，型式多、應用廣泛。 其主要特點是：效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩定等。可做成開式、半 開式及封閉式傳動。失效形式主要有輪齒折斷、齒面點銹、齒面磨損、齒面膠合及塑性變形等。常用的漸開線齒輪有直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、標準錐齒齒輪 傳動、圓弧齒圓柱齒傳動等。齒輪傳動嚙合方式有內嚙合、外嚙合、齒輪與齒條 嚙合等。參觀時一定要了解各種齒輪特征，主要參數的名稱及幾種失效形式的主 要特征，使實驗在真正意義上的與理論教學上產生互補作用。5. 蝸桿傳動：蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞

29、運動和動力的一種傳動機 構，兩軸線交錯的夾角可為任意角，常用的為 90 °。蝸桿傳動有下述特點：當使用單頭蝸桿（相當于單線螺紋）時，蝸桿旋轉一周，蝸輪只轉過一個齒距，因此能實現大傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5 80;在分度機構或手動機構 的傳動中，傳動比可達300;若只傳遞運動，傳動比 可達1000。由于傳動比大，零件數目又少，因而結構很緊湊。在傳動中，蝸桿齒 是連續不斷的螺旋齒，與蝸輪嚙合是逐漸進入與逐漸退出，故沖擊載荷小，傳動 平衡，噪聲低；但當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動便 具有自鎖；再就是蝸桿傳動與螺旋傳動相似，在嚙合處的有相對滑動，當速度很 大

30、，工作條件不夠良好時會產生嚴重摩擦與磨損，引起發熱，摩擦損失較大，效 率低。根據蝸桿形狀不同，分為圓柱蝸桿傳動，環面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動。通 過實驗同學應了解蝸桿傳動結構及蝸桿減速器種類和形式。（五）軸系零、部件1. 軸承：軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一。軸承根據摩擦性質不同分 為滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數小，起動阻力小，而且它 已標準化（標準代號有：GB/T281、GB/T276 GB/T288 GB/T292、GB/T285 GB/T5801、 GB/T297 GB/T301及GB/T4663 GB/T5859等），選用，潤滑、維護都很方便，因 此在一般機器應用較

31、廣。滑動軸承按其承受載荷方向的不同分為徑向滑動軸承和 止推軸承；按潤滑表面狀態不同又可分為液體潤滑軸承、不完全液體潤滑軸承及 無潤滑軸承（指工作時不加潤滑劑）；根據液體潤滑承載機理不同，又可分為液體 動力潤滑軸承（簡稱液體動壓軸承）和液體靜壓潤滑軸承（簡稱液體靜壓軸承）。軸承理論課程，將詳細講授機理、 結構、材料等，并且還有實驗與之相配合， 這次實驗同學們主要要了解各類，各種軸承的結構及特征，擴大自己的眼界。2軸：軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件（如齒輪、 蝸輪等），都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。軸的主要功用是支承回 轉零件及傳遞運動和動力。按承受載荷的不同，可

32、分為轉軸、心軸和傳動軸三類；按軸線形狀不同，可 分為曲軸和直軸兩大類，直軸又可分為光軸和階梯軸。光軸形狀簡單，加工容易， 應力集中源少，但軸上的零件不易裝配及定位；階梯軸正好與光軸相反。所以光 軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則常用于轉軸；此外，還有一種鋼絲軟軸（撓性 軸），它可以把回轉運動靈活地傳到不開敞的空間位置。軸的失效形式主要是疲勞斷裂和磨損。防止失效的措施是：從結構設計上力 求降低應力集中（如減小直徑差，加大過渡圓半徑等，可詳看實物）再就是提高軸 的表面品質，包括降低軸的表面粗糙度，對軸進行熱處理或表面強化處等。軸上零件的固定，主要是軸向和周向固定。軸向固定可采用軸肩、軸環、套 筒、擋

33、圈、圓錐面、圓螺母、軸端擋圈、軸端擋板、彈簧擋圈、緊定螺釘方式； 周向固定可采用平鍵、楔鍵、切向鍵，花鍵、圓柱銷、圓錐銷及過盈配合等聯連 方式。軸看似簡單，但軸的知識，內容都比較豐富，完全掌握是很不容易。只有通 過理論學習及實踐知識的積累（多看、多觀察）逐步掌握。（六）彈簧彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用產生較大的彈性變形。在各類機械 中應用十分廣泛。主要應用于：1. 控制機構的運動，如制動器、離合器中的控制彈簧，內燃機氣缸的閥門彈 簧等02. 減振和緩沖，如汽車、火車車廂下的減振簧，及各種緩沖器用的彈簧等。3. 儲存及輸出能量，如鐘表彈簧，槍內彈簧等。4. 測量力的大小，如測力器和彈簧秤

34、中的彈簧等。彈簧的種類比較多，按承受的載荷不同可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈 簧及彎曲彈簧四種；按形狀不同又可分為螺旋彈簧、環形彈簧、碟形彈簧、板簧 和平面渦卷彈簧等，觀看時要看清各種彈簧的結構、材料，并能與名稱對應起來。（七）潤滑劑及密封1. 潤滑劑：在摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護零件 不遭銹蝕，而且在采用循環潤滑時還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓 縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。使用膏狀潤滑脂，既可防止內部的潤 滑劑外泄，又可阻止外部雜質侵入，避免加劇零件的磨損，起到密封作用。潤滑劑可分為氣體、液體，半固體和固體四種基本類型。在液體潤滑劑中應 用最廣泛

35、的是潤滑油，包括礦物油、動植物油、合成油和各種乳劑。半固體潤滑 劑主要是指各種潤滑脂，它是潤滑油和稠化劑的穩定混合物。固體潤油劑是任何 可以形成固體膜以減少摩擦阻力的物質，如石墨、三硫化鉬、聚四氟乙烯等。任 何氣體都可作為氣體潤滑劑，其中用的最多的是空氣，主要用在氣體軸承中。各 類潤滑劑潤滑原理，性能教課中都會講授。液體、半固體潤滑劑，在生產中其成 份及各種分類（品種）都是嚴格按照國家有關標準進行生產。學生們不但要了解展 柜展出油劑，脂劑各種實物，潤滑方法與潤滑裝置，還應了解其相關國家標準， 如潤滑油的粘度等級GB3141標準；石油產品及潤滑劑的總分類GB498標準；潤滑 劑GB7631.17

36、631.8標準等。國家標準中油劑共有20大組類、70余個品種，脂 劑有14個種類品種等。2. 密封機器在運轉過程中及氣動、液壓傳動中需潤滑劑、氣、油潤滑、冷卻、傳力 保壓等，在零件的接合面、軸的伸出端等處容易產生油、脂、水、氣等滲漏。為 了防止這些滲漏，在這些地方常要采用一些密封的措施。 但密封方法和類型很多。 如填料密封，機械密封、0形圈密封，迷宮式密封、離心密封、螺旋密封等。這 些密封廣泛應用在泵、水輪機、閥、壓氣機、軸承、活塞等部件的密封中。學生 們在參觀時應認清各類密零件及應用場合。實驗三機構運動簡圖測繪實驗一、實驗目的1. 初步掌握根據實際機器或機構模型繪制機構運動簡圖的技能。2驗證

37、和鞏固機構自由度的計算方法。3. 通過實驗機構的比較，鞏固對機構結構分析的了解。二、實驗設備和工具1若干個機器和機構模型；2自備三角尺、圓規、鉛筆、稿紙等。三、實驗原理機構的運動簡圖是工程上常用的一種圖形，是用符號和線條來清晰、簡明的 表達出機構的運動情況，使人看了對機器的動作一目了然。在機器中各種機構盡 管它們的外形和功用各不相同，但只要是同種機構 其運動簡圖都是相同的。機構的運動僅與機構所具有的構件數目和構件所組成的運動副的數目、類型、相對位置有關。因此在繪制機構運動簡圖時，可以不考慮構件的復雜外形，運動 副的具體構造，而用簡單的線條和規定的符號（參看附表GB4460）來代表構件和運 動副

38、，并按一定的比例尺寸表示各運動副的相對位置，畫出能準確表達機構運動 特性的機構運動簡圖。四、實驗方法和步驟1. 選擇58種機構模型和機器，（根據不同專業要求，規定必畫模型，選畫模 型）。2. 選好模型后緩慢地轉動被測的機器或模型，從原動件開始觀察機構的運動， 認清機架，原動件和從動件。3. 根據運動傳遞的順序，仔細分析相互連接兩構件間的接觸方式及相對運動形 式，確定組成機構的構件數目及運動副類型和數目。4. 合理選擇投影面，一般選擇能夠表達機構中多數構件的運動平面為投影面。5. 繪制機構的運動簡圖的草圖。首先將原動件固定在適當的位置，（避開構件 之間重合）大致定出各運動副之間的相對位置，用規定

39、的符號畫出運動副，并用 線條連接起來，然后用數字1、2、3及字母A、B、C分別標注相應的構 件和運動副，并用箭頭表示原動件的運動方向和運動形式，量出機構對應運動副間的尺寸，再將草圖按比例畫入實驗報告中構中的實際尺寸（米）圖示尺寸（毫米）6. 計算自由度，并與實際機構對照，觀察原動件數與自由度是否相等；計算公式:F = 3n - 2R - Ph7 對機構進行結構分析，并判斷機械的級別。8舉例繪制如圖3- 1(a)所示的小型壓力機的機構運動簡圖【解】該小型壓力機的工作原理是電機帶動偏心輪1'作順時針轉動，通過構件 2、3將主運動傳給構件4;同時另一路運動自與偏心輪 1'固聯的齒輪1

40、輸出，經齒輪8及與其固聯 的槽型凸輪8',傳遞給構件4;兩路運動經構件 4合成，由滑塊6帶動壓頭7作上下移動， 實現沖壓工藝動作。顯然該壓力機的機架是構件0，原動件為組件1-1 '，其他為從動件。仔細觀察各連接構件之間的相對運動特點后可知，構件 0和1(1' )、1'和2、2 和3、3和4、4和5、6和7及0和8(8')之間構成轉動副；而構件 0和3、4和6 及0和7之間構成移動副；高副為1和8、8'和5之間形成。選定視圖投影面及比例尺 譏=0.001m/mm,順序確定轉動副A、H和移動副導路 D、M的位置，根據原動件1'的位置及各桿長等

41、繪出轉動副 B、C、E、F、J的 位置按規定符號繪出各運動副(包括高副G、N)及各構件等，最后得到該壓力機的 機構運動簡圖，如圖31 (b)所示。由上述分析可知，該機構活動桿件數為 8，轉動副數為7，移動副數為3，高副 為2。但構件4與凸輪8'之間以滾子5實現滾動接觸，故此處引進了一個局部自由 度，應排除(即設想將滾子與構件4焊成一體)。這樣n=7; Pl=9; Ph=2;計算自由 度得F =3n -2PL -PH =3 7-2 9-2 =1五、思考題1. 一個正確的“機構運動簡圖”能說明那些問題 ？2. 機構自由度的計算對測量繪制機構運動簡圖有何幫助六、實驗報告常用運動副、構件的表示

42、法（選自 GB4460轉動副関運動掏悴所形成的運動團熾構件之一為機舉時所理醴的雖MJH機構運動簡圖實驗報告編號機構名稱運動簡圖自由度計算判斷 原動件 數及機 構級別1n=Pl=Ph=F=2n=Pl=Ph=F=3n=Pl=Ph=F=4n=Pl=Ph=F=編號機構名稱運動簡圖自由度計算判斷 原動件 數及機 構級別5n=Pl=Ph=F=6n=Pl=Ph=F=7n=Pl=Ph=F=8n=Pl=Ph=F=實驗四齒輪范成原理實驗一、實驗目的1 掌握用范成法加工漸開線齒輪的基本原理，觀察漸開線齒輪齒廓曲線的形 成過程。2 了解漸開線齒輪齒廓的根切現象和用徑向變位避免根切的方法。3. 分析比較標準齒輪與變位齒

43、輪齒形的異同。二、實驗儀器和工具1. 齒輪范成儀（每人一臺）。2. 鉛筆、橡皮、剪刀（學生自備）。三、實驗原理由齒輪嚙合原理可知：一對漸開線齒輪（或齒輪和齒條）嚙合傳動時，兩輪的齒 廓曲線互為包絡線。范成法就是利用這一原理來加工齒輪的。用范成法加工齒輪 時，其中一輪為形同齒輪或齒條的刀具，另一輪為待加工齒輪的輪坯。刀具與輪 坯都安裝在機床上，在機床傳動鏈的作用下，刀具與輪坯按齒數比作定傳動比的 回轉運動，與一對齒輪（它們的齒數分別與刀具和待加工齒輪的齒數相同 ）的嚙合 傳動完全相同。在對滾中刀具齒廓曲線的包絡線就是待加工齒輪的齒廓曲線。與 此同時，刀具還一面作徑向進給運動（直至全齒高），另一面

44、沿輪坯的軸線作切削 運動，這樣刀具的刀刃就可切削出待加工齒輪的齒廓。由于在實際加工時看不到 刀刃包絡出齒輪的過程，故通過齒輪范成實驗來表現這一過程。在實驗中所用的 齒輪范成儀相當于用齒條型刀具加工齒輪的機床，待加工齒輪的紙坯與刀具模型 都安裝在范成儀上，由范成儀來保證刀具與輪坯的對滾運動（待加工齒輪的分度圓 線速度與刀具的移動速度相等）。對于在對滾中的刀具與輪坯的各個對應位置， 依 次用鉛筆在紙上描繪出刀具的刀刃廓線，每次所描下的刀刃廓線相當于齒坯在該 位置被刀刃所切去的部分。這樣我們就能清楚地觀察到刀刃廓線逐漸包絡出待加 工齒輪的漸開線齒廓，形成輪齒切削加工的全過程。四、齒輪范成儀的結構及使

45、用方法簡介實驗所用的范成儀有三種規格，它們的結構原理相同，僅介紹一種。范成儀 結構如圖4 1所示，由機座1,扇形盤2,旋鈕3,齒條刀4,溜板5,螺母6等 組成。機座上有兩孔為 01和02；扇形盤可繞軸心（大扇繞01，小扇02）轉動，扇 形盤上裝有扇形齒輪，溜板上裝有齒條，它與扇形齒輪相嚙合，在扇形齒輪的分 度圓與溜板齒條的節線（分度線）上該有數字，移動溜板時可看到它們一一對應， 即表示齒輪的分度圓與齒條的節線（分度線）作純滾動。把一個分度圓直徑與扇形 齒輪的分度圓直徑相等的待加工齒輪的紙坯固聯在扇形盤上，把齒條型刀具固聯 在溜板上，隨著扇形齒輪與溜板齒條的嚙合傳動，輪坯的分度圓與齒條型刀具的某

46、條節線作純滾動。旋鈕3是用來固聯紙坯，螺母6可把齒條刀具固聯在溜板上， 松開螺母后可調整刀具與輪坯的相對位置。如果齒條刀具的中線與輪坯的分度圓 相切(此時刀具的標線與溜板兩側標尺的“ 0”線對齊)，范成出標準齒輪的齒廓。 如果改變齒條刀具與輪坯的相對位置，即刀具的中線與輪坯的分度圓不相切，有 一段距離(距離xm值可在溜板兩側的標尺上直接讀出)，則可按移距變位值的大小 及方向分別范成出正變位齒輪或負變位齒輪。機驅1扇形盤2Sfctn 3齒初4嘲板:;圖4 1齒輪范成儀五、實驗步驟1 按照指導教師的要求剪好輪坯紙。2. 標準齒輪的繪制。(1) 松開螺母6及旋鈕3,將輪坯紙放在刀具下面，且在圓盤上面

47、，然后旋上 旋鈕3,此時暫不要旋緊，將輪坯紙上已印好的 X=0的區域轉到下方正中。(2) 調節齒條插刀，使刀具標線對準溜板兩側標尺上的0線，此時刀具中線與輪坯分度圓相切，然后旋緊旋鈕3及螺母6。(3) 開始“切制”齒廓時，先將溜板 5推向左端，然后用左手將溜板向右推進2-3m m,右手用鉛筆在輪坯紙上描下刀具刀刃齒廓。隨后依此重復，直到刀具推 到右端為止，輪坯上所描下的一系列刀具齒廓所包絡出的曲線就是漸開線齒形。 最后用鉛筆鉤下一個你認為是完整的齒形(即用“廣辰小)3. 正變位齒輪的繪制(1) 松開旋鈕3,將輪坯紙旋轉120°,使紙坯上印好的X=0.5的區域位下方正 中，旋緊旋鈕3。

48、松開螺母6,將齒條刀具遠離輪坯中心xm距離，其數據可在標 尺上讀出，然后將螺母6擰緊。(2) 重復標準齒輪繪制方法的第 步驟。4. 負變位齒輪的繪制其繪制方法和步驟與正變位齒輪基本相同，其不同的是將齒條刀具向著輪坯中心移動I xm I距離。5. 繪制完畢后取下圖紙，并將范成儀恢復到原狀態。六、實驗內容本實驗所用的范成儀有三種規格；齒輪的壓力角a =20o；齒頂高系數h*a=1 ；頂隙系數c =0.25;但齒數z與模數m不同，它們分別是：A、m=20Z=10; B、m=15Z=10; C、m=16Z=17。每個同學只用其中一種范成儀。實驗時每個同學須完成以下內容：1. 范成標準齒輪使用A、B兩種

49、范成儀的學生可看到所范成的齒廓有明顯的根切現象，其原 因這是齒數Z=10，少于不根切的最少齒數 Zmin，范成時刀具的齒頂線超過嚙合 極限點N，而產生根切。使用C種范成儀的學生所范成的齒廓沒有根切現象，這是因為所范成的齒輪 的齒數Z=17=Zmin，范成時刀具的齒頂線通過 N點，因而沒有根切。2. 范成變位齒輪使用A、B兩種范成儀的學生范成變位系數 X=0.5的正變位齒輪，其齒廓沒 有根切現象。這是因為在 Z=10時不根切的最小變位系數Xmin=ha(Zmin -Z)Zmin(17 -10)170.41而實驗所用的變位系數 X=0.5, X>Xmin。因此把刀具由加工標準齒輪的位置遠 離

50、輪心平移xm距離后，刀具的齒頂線就低于 N點，因而根切消除。使用C種范成儀的學生范成變位系數 x= - 0.5的負變位齒輪，其齒廓有根切 現象。這是因為在范成Z=17的標準齒輪時刀具的齒頂通過 N點，而將刀具向輪 心平移xm距離，刀具的齒頂線超過 N點，因而產生根切。七、實驗報告漸開線齒輪范成原理實驗報告班級姓名組別 日期（一）、齒輪的基本參數mZa*h axX1X2X320o00.50.5（二）記錄有關數據（單位：mm）標準正變位負變位變位量xm分別計算下列參數分度圓直徑d齒頂圓直徑da齒根圓直徑df從齒廓圖上量出下列參數分度圓齒厚齒頂圓齒厚齒根圓齒厚（三）比較和結論用上面數據，將下面各項與

51、標準齒輪進行定性比較得出相應的結論:正變位負變位正變位負變位1分度圓齒厚3.齒根圓齒厚2.齒頂圓齒厚4.根切實驗五 直齒圓柱齒輪參數的測定與分析實驗一、實驗目的1 掌握應用普通游標卡尺和公法線千分尺測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數 的方法。2 進一步鞏固并熟悉齒輪各部分名稱、尺寸與基本參數之間的關系及漸開線 的性質。二、實驗內容測定一對相嚙合的漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數，并判別它是否為標準輪。對非標準齒輪，求出其變位系數。三、實驗設備和工具1. 一對相互嚙合齒輪（齒數為奇數和齒數為偶數的各一個）。2游標卡尺，公法線千分尺。3. 漸開線函數表（自備）。4. 計算器（自備）。四、實驗原理及步驟漸開

52、線直齒圓柱齒輪的基本參數有：齒數Z、模數m、分度圓壓力角a齒頂高系數h*a、頂隙系數C*、中心距a和變位系數X等。本實驗是用游標卡尺和公 法千分尺測量，并通過計算來確定齒輪的基本參數。1 .確定齒數z齒數z可直接從被測齒輪上數出。2. 確定模數m和分度圓壓力角:在圖5 1中，由漸開線性質可知，齒廓間的公法線長度 AB與所對應的基圓 弧長AB相等。根據這一性質，用公法線千分尺跨過 n個齒，測得齒廓間公法線 長度為Wn '，然后再跨過n+1個齒測得其長度為Wn1。由圖51可知Wn =（n- 1）Pb Sb,WG 二 nPb SbPb =Wn 1 -Wn式中，Pb為基圓齒距，Pb = ：mc

53、os（mm），與齒輪變位與否無關。Sb為實測基圓齒厚，與變位量有關。由此可見，測定公法線長度 Wn和Wn1后 就可求出基圓齒距Pb，實測基圓齒厚Sb,進而可確定出齒輪的壓力角、模數m 和變位系數X。因此，準確測定公法線長度是齒輪基本參數測定中的關鍵環節。圖5 - 1公法線長度測量(1)測定公法線長度W n和Wn1 首先根據被齒輪的齒數Z,按下列公式計算跨齒數。a 口nZ 0.5180式中：一壓力角；z 被測齒輪的齒數我國采用模數制齒輪，其分度圓標準壓力角是20°和15°。若壓力角為20。可 直接參照下表確定跨齒數n。z12 1819 2728 3637 4546 5455

54、6364 7273 8182 90n2345678910公法線長度測量按圖5 1所示方法進行，首先測出跨n個齒時的公法線長度 W；。測定時應注意使千分尺的卡腳與齒廓工作段中部附近相切， 即卡腳與齒輪兩 個漸開線齒面相切在分度圓附近。為減少測量誤差，W；值應在齒輪一周的三個均 分位置各測量一次，取其平均值。為求出基圓齒距Pb，還應按同樣方法量出跨測n+1齒時的公法線長度 Wn1(2) 確定基圓齒距Pb，實際基圓齒厚SbPb=W1 WnSb=Vn-( n-1)Pb(3) 確定模數m和壓力角根據求得的基圓齒距Pb,可按下式計算出模數：m=Pb/ ( n cos a )由于式中a可能是15°

55、也可能是20°,故分別代入計算出兩個相應模數，取 其最接近于標準值的一組m和a。3測定齒頂圓直徑da'和齒根圓直徑df'及計算全齒高h'為減少測量誤差，同一數值在不同位置上測量三次，然后取其算術平均值。 當齒數為偶數時，da'和df'可用游標卡尺直接測量，如圖5 2所示。當齒數為奇數時，直接測量得不到 da'和df'的真實值，而須采用間接測量 方法，如圖5 3所示，先量出齒輪安裝孔值徑 D，再分別量出孔壁到某一齒頂 的距離Hi，和孔壁到某一齒根的距離 出。則da'和df'可按下式求出；齒頂圓直徑da'da' =S+2H1(mm)齒根圓直徑df'df' =S+2H2(mm)計算全齒高h奇數齒全齒高h'h' =H1-