机械设计基础实验指导书
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6
附表：
序号 符号
测量数据记录表
名
称
1
A 中心距
2
δ 箱座壁厚
3
δ1 箱盖壁厚
4
b 箱座凸缘厚度
5
b1 箱盖凸缘厚度
6
b2 箱座底部凸缘厚度
7
df 地脚螺钉孔直径
8
d1 轴承旁联接螺栓直径
9
d2 箱盖与箱座凸缘联接螺栓直径
10
d3 轴承压盖螺钉直径
11
d4 观察孔盖板螺钉直径
12
H 轴承旁凸台高度
三、主要仪器及耗材
1. 若干个机器和机构模型； 2. 自备三角尺或直尺、铅笔、橡皮、草稿纸等。
四、实验内容和步骤
(一) 实验内容 分析机构的组成，绘制机构运动简图，计算机构自由度，理解各种运动副的组成和特点， 分析机构中的虚约束、局部自由度和复合铰链，判断机构具有确定运动的条件。 （二）实验步骤 1. 缓慢地转动被测的机器或模型，从原动件开始观察机构的运动，认清机架，原动件 和从动件； 2. 根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确 定组成机构的构件数目及运动副类型和数目； 3. 合理选择投影面，一般选择能够表达机构中多数构件的运动平面为投影面； 4. 绘制机构的运动简图的草图。首先将原动件固定在适当的位置（避开构件之间重合）， 大致定出各运动副之间的相对位置，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用 数字 1、2、3……及字母 A、B、C……分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件 的运动方向和运动形式，量出机构对应构件的长度尺寸，再将草图按比例画入实验报告中； 5. 计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等； 计算公式：F＝3n－2PL－PH 。 6．对机构进行结构分析，并判断机构的级别。
二、实验原理
减速器由封闭在刚性箱体内的齿轮传动或蜗杆传动等所组成，具有固定传动比的独立的 传动部件。减速器具有结构紧凑、效率高和维护方便等特点，广泛应用于各种机器传动中。 减速器通常用来降低转速传递动力以适应机器的要求。在少数情况下，来增速传递动力，这 时称为增速器。由于减速器具有的特点和应用的广泛性，所以它的主要参数（中心距、传动 比、模数、齿宽系数与齿数和等）已标准化，并由专业工厂成批生产。当然亦可根据具体情 况和需要自行设计和制造。
由上述分析可知，该机构活动杆件数为 8，转动副数为 7，移动副数为 3，高副为 2。但构 件 4 与凸轮 8′之间以滚子 5 实现滚动接触，故此处引进了一个局部自由度，应排除(即设想将 滚子与构件 4 焊成一体)。这样 n=7； PL=9； PH=2； 计算自由度得
F＝3×7-2×9-2=1
五、实验注意事项
仔细观察各连接构件之间的相对运动特点后可知，构件 0 和 1(1′)、1′和 2、2 和 3、3 和 4、4 和 5、6 和 7 及 0 和 8(8′)之间构成转动副；而构件 0 和 3、4 和 6 及 0 和 7 之间构成 移动副；高副为 1 和 8、8′和 5 之间形成。
选定视图投影面及比例尺 uL＝0.001m/mm,顺序确定转动副 A、H 和移动副导路 D、M 的位 置，根据原动件 1′的位置及各杆长等绘出转动副 B、C、E、F、J 的位置按规定符号绘出各 运动副(包括高副 G、N)及各构件等，最后得到该压力机的机构运动简图，如图 1—1（b）所 示。
4
实验项目 2：减速器拆装
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。
三、主要仪器及耗材
1．圆柱齿轮减速器 2. 活动扳手、钢皮尺、游标卡尺、木锤、螺丝刀 3. 润滑油，抹布
四、实验内容和步骤
（一) 实验内容 1、 了解各种类型减速器的特点及其使用范围。 2、 了解一级或二级圆柱齿轮减速器箱体的结构特点及其功能。 3、 了解轴和齿轮的结构特点和功能。 4、 了解轴承端盖、观察孔、油面指示器、通气器、出油孔、定位销，起盖螺钉等所处
实验项目 1：机构运动简图测绘与分析
一、实验目的
1. 初步掌握根据实际机器或机构模型绘制机构运动简图的技能。 2. 验证和巩固机构自由度的计算方法。 3. 通过实验机构的比较，巩固对机构结构分析的了解。
二、实验原理
机构运动简图是工程上常用的一种图形，是用符号和线条来清晰、简明地表达出机构的 运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。在机器中各种机构尽管外形和功用各不相同， 但只要是同种机构 其运动简图都是相同的。
实验中应遵守实验室实验规则。各种模型观察和分析后，放回原处，不得损坏或任意放 置。
2
六、思考题
1.一个正确的“机构运动简图”能说明那些问题？ 2.机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有何帮助？
附：实验报告主要内容及要求
1、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PΒιβλιοθήκη Baidu＝
F＝
2、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PH＝
F＝
3、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PH＝
F＝
思考题讨论：
3
附：常用运动副、构件的表示法（选自 GB4460） 常用运动副、构件的表示法（选自 GB4460）的表示法（选自 GB4460）
的位置、结构特点及其功能。 5、了解各部件之间的相对位置，例如齿轮啮合的侧隙；轴系的轴向游隙;齿轮顶面和端
面与箱体间的距离;轴承端面与箱体内侧的距离等。 6、进行必要的参数测量。
（二）实验步骤 1、观察减速器外貌，了解各零部件所处的位置和结构特点及其功能。正反转动高速轴、
手感齿轮啮合的侧隙。轴向移动高速轴和低速轴，手感轴系的轴向游隙。 2、打开观察孔盖，转动高速轴，观察齿轮啮合情况，注意观察孔的数目和所在位置。
7
尺 寸(mm)
5、 取出定位销钉和箱盖的轴承压盖螺钉，并取出箱体联接螺钉，然后旋动起盖螺钉， 待箱盖离开下箱体 3~5mm 后，利用吊环螺钉取下箱盖，并翻转 180·放置平稳，以免损伤 接合面和出意外事故。
6、 观察各零部件间的相互位置，并进行必要的测量（附表中序号 1，14，15，16）。 7、 取出轴承压盖，取出轴系部件放于朩板上，详细观察了解齿轮、轴和箱体的结构。 并进行必要的测量。 8、 全部工作完成后，用棉丝擦净各零部件，首先放入轴系部件，再装上轴承压盖并旋 入下箱体上的压盖螺钉。然后旋回起盖螺钉再装好箱盖，打入定位销钉，旋入箱盖上的压盖 螺钉，亦不要拧紧。装入箱体联接螺钉并拧紧。然后拧紧压盖螺钉。最后装好观察孔盖。
1
例：绘制如图 1-1（a）所示的小型压力机的机构运动简图。
（a）
图 1—1 小型压力机机构简图
（b）
解： 该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮 1′作顺时针转动，通过构件 2、3 将主 运动传给构件 4；同时另一路运动自与偏心轮 1′固联的齿轮 1 输出，经齿轮 8 及与其固联的 槽型凸轮 8′，传递给构件 4；两路运动经构件 4 合成，由滑块 6 带动压头 7 作上下移动，实 现冲压工艺动作。显然该压力机的机架是构件 0，原动件为组件 1-1′，其他为从动件。
机构的运动仅与机构所具有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置 有关。因此在绘制机构运动简图时，可以不考虑构件的复杂外形，运动副的具体构造，而用 简单的线条和规定的符号(参看附表 GB4460)来代表构件和运动副，并按一定的比例尺寸表 示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。
用细铅丝一段（直径不超过侧间隙的 3~4 倍）放于非工作齿面上，旋转一周后，取出，测量 铅丝的厚度，即为齿侧间隙（数据填入附表中序号 22）。
5
3、取下高速轴或低速轴一端的轴承压盖，用三段细铅丝均匀置于压盖的凸台上，重新 装好盖于箱体上，再取下压盖并测量铅丝厚度，其值即为轴系的轴向游隙（数据填入附表中 序号 23）。如果装配减速器，在压盖与箱体端面间放入细铅丝，拧紧端盖螺钉至轴不能转动 为止，取出并测量铅丝厚度，再加上轴向游隙，即为压盖的垫片厚度（数据填入附表中序号 24）。
13
L1 箱体外壁至轴承座端面距离
14
△ 大小齿轮顶圆至箱体内侧距离
15
A1 齿轮端面至箱体内侧距离
16
E 轴承端面至箱体内侧距离
17
M 上箱体筋板厚
18
M1 下箱体筋板厚
19
D2 轴承压盖最大外径
20
S 轴承旁联接螺钉距离
21
S1 地脚螺钉间距
22
Cn 齿侧间隙
23 Dδ 轴向游隙
24
f 轴承压盖垫片厚度
五、实验注意事项
1、遵守操作规程，注意人身安全。 2、遵守实验室实验规则，爱护实验设备，不得随意用工具敲打减速器及其零件，以免 损坏设备。 3、实验结束后，清点好工、量具，擦净后交指导老师验收。
六、思考题
1．圆柱齿轮减速器箱体为什么沿轴线平面做成剖分式？蜗杆减速器箱体沿蜗杆轴线为 什么不剖分？
2． 圆锥-圆柱齿轮减速器为什么把圆锥齿轮放在高速级？ 3．箱体上的筋板起什么作用？ 4．上下箱联接的凸缘为什么在轴承两侧要比其它地方高？ 5．上箱体上有吊环（或钩），为什么下箱体还设计有吊钩？ 6．上下箱体联接螺钉处及地脚螺钉处的凸缘宽度，受何因素影响？ 7．你认为该减速器轴承是采用何种方式润滑？有的轴承孔内侧设计有挡油环，有的没 有，为什么？ 8．如果该减速器轴承反装时，轴和箱体的结构应作哪些变化，为什么？ 9．高低速轴上的齿轮、齿顶圆距箱体内侧的距离为什么不同？ 10．你认为该减速器的结构是否有不合理的地方？
附表：
序号 符号
测量数据记录表
名
称
1
A 中心距
2
δ 箱座壁厚
3
δ1 箱盖壁厚
4
b 箱座凸缘厚度
5
b1 箱盖凸缘厚度
6
b2 箱座底部凸缘厚度
7
df 地脚螺钉孔直径
8
d1 轴承旁联接螺栓直径
9
d2 箱盖与箱座凸缘联接螺栓直径
10
d3 轴承压盖螺钉直径
11
d4 观察孔盖板螺钉直径
12
H 轴承旁凸台高度
三、主要仪器及耗材
1. 若干个机器和机构模型； 2. 自备三角尺或直尺、铅笔、橡皮、草稿纸等。
四、实验内容和步骤
(一) 实验内容 分析机构的组成，绘制机构运动简图，计算机构自由度，理解各种运动副的组成和特点， 分析机构中的虚约束、局部自由度和复合铰链，判断机构具有确定运动的条件。 （二）实验步骤 1. 缓慢地转动被测的机器或模型，从原动件开始观察机构的运动，认清机架，原动件 和从动件； 2. 根据运动传递的顺序，仔细分析相互连接两构件间的接触方式及相对运动形式，确 定组成机构的构件数目及运动副类型和数目； 3. 合理选择投影面，一般选择能够表达机构中多数构件的运动平面为投影面； 4. 绘制机构的运动简图的草图。首先将原动件固定在适当的位置（避开构件之间重合）， 大致定出各运动副之间的相对位置，用规定的符号画出运动副，并用线条连接起来，然后用 数字 1、2、3……及字母 A、B、C……分别标注相应的构件和运动副，并用箭头表示原动件 的运动方向和运动形式，量出机构对应构件的长度尺寸，再将草图按比例画入实验报告中； 5. 计算自由度，并与实际机构对照，观察原动件数与自由度是否相等； 计算公式：F＝3n－2PL－PH 。 6．对机构进行结构分析，并判断机构的级别。
二、实验原理
减速器由封闭在刚性箱体内的齿轮传动或蜗杆传动等所组成，具有固定传动比的独立的 传动部件。减速器具有结构紧凑、效率高和维护方便等特点，广泛应用于各种机器传动中。 减速器通常用来降低转速传递动力以适应机器的要求。在少数情况下，来增速传递动力，这 时称为增速器。由于减速器具有的特点和应用的广泛性，所以它的主要参数（中心距、传动 比、模数、齿宽系数与齿数和等）已标准化，并由专业工厂成批生产。当然亦可根据具体情 况和需要自行设计和制造。
由上述分析可知，该机构活动杆件数为 8，转动副数为 7，移动副数为 3，高副为 2。但构 件 4 与凸轮 8′之间以滚子 5 实现滚动接触，故此处引进了一个局部自由度，应排除(即设想将 滚子与构件 4 焊成一体)。这样 n=7； PL=9； PH=2； 计算自由度得
F＝3×7-2×9-2=1
五、实验注意事项
仔细观察各连接构件之间的相对运动特点后可知，构件 0 和 1(1′)、1′和 2、2 和 3、3 和 4、4 和 5、6 和 7 及 0 和 8(8′)之间构成转动副；而构件 0 和 3、4 和 6 及 0 和 7 之间构成 移动副；高副为 1 和 8、8′和 5 之间形成。
选定视图投影面及比例尺 uL＝0.001m/mm,顺序确定转动副 A、H 和移动副导路 D、M 的位 置，根据原动件 1′的位置及各杆长等绘出转动副 B、C、E、F、J 的位置按规定符号绘出各 运动副(包括高副 G、N)及各构件等，最后得到该压力机的机构运动简图，如图 1—1（b）所 示。
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实验项目 2：减速器拆装
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。
三、主要仪器及耗材
1．圆柱齿轮减速器 2. 活动扳手、钢皮尺、游标卡尺、木锤、螺丝刀 3. 润滑油，抹布
四、实验内容和步骤
（一) 实验内容 1、 了解各种类型减速器的特点及其使用范围。 2、 了解一级或二级圆柱齿轮减速器箱体的结构特点及其功能。 3、 了解轴和齿轮的结构特点和功能。 4、 了解轴承端盖、观察孔、油面指示器、通气器、出油孔、定位销，起盖螺钉等所处
实验项目 1：机构运动简图测绘与分析
一、实验目的
1. 初步掌握根据实际机器或机构模型绘制机构运动简图的技能。 2. 验证和巩固机构自由度的计算方法。 3. 通过实验机构的比较，巩固对机构结构分析的了解。
二、实验原理
机构运动简图是工程上常用的一种图形，是用符号和线条来清晰、简明地表达出机构的 运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。在机器中各种机构尽管外形和功用各不相同， 但只要是同种机构 其运动简图都是相同的。
实验中应遵守实验室实验规则。各种模型观察和分析后，放回原处，不得损坏或任意放 置。
2
六、思考题
1.一个正确的“机构运动简图”能说明那些问题？ 2.机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有何帮助？
附：实验报告主要内容及要求
1、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PΒιβλιοθήκη Baidu＝
F＝
2、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PH＝
F＝
3、 机构名称： 实测尺寸： 比例尺：uL＝ 运动简图：
自由度计算： n＝
PL＝
PH＝
F＝
思考题讨论：
3
附：常用运动副、构件的表示法（选自 GB4460） 常用运动副、构件的表示法（选自 GB4460）的表示法（选自 GB4460）
的位置、结构特点及其功能。 5、了解各部件之间的相对位置，例如齿轮啮合的侧隙；轴系的轴向游隙;齿轮顶面和端
面与箱体间的距离;轴承端面与箱体内侧的距离等。 6、进行必要的参数测量。
（二）实验步骤 1、观察减速器外貌，了解各零部件所处的位置和结构特点及其功能。正反转动高速轴、
手感齿轮啮合的侧隙。轴向移动高速轴和低速轴，手感轴系的轴向游隙。 2、打开观察孔盖，转动高速轴，观察齿轮啮合情况，注意观察孔的数目和所在位置。
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尺 寸(mm)
5、 取出定位销钉和箱盖的轴承压盖螺钉，并取出箱体联接螺钉，然后旋动起盖螺钉， 待箱盖离开下箱体 3~5mm 后，利用吊环螺钉取下箱盖，并翻转 180·放置平稳，以免损伤 接合面和出意外事故。
6、 观察各零部件间的相互位置，并进行必要的测量（附表中序号 1，14，15，16）。 7、 取出轴承压盖，取出轴系部件放于朩板上，详细观察了解齿轮、轴和箱体的结构。 并进行必要的测量。 8、 全部工作完成后，用棉丝擦净各零部件，首先放入轴系部件，再装上轴承压盖并旋 入下箱体上的压盖螺钉。然后旋回起盖螺钉再装好箱盖，打入定位销钉，旋入箱盖上的压盖 螺钉，亦不要拧紧。装入箱体联接螺钉并拧紧。然后拧紧压盖螺钉。最后装好观察孔盖。
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例：绘制如图 1-1（a）所示的小型压力机的机构运动简图。
（a）
图 1—1 小型压力机机构简图
（b）
解： 该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮 1′作顺时针转动，通过构件 2、3 将主 运动传给构件 4；同时另一路运动自与偏心轮 1′固联的齿轮 1 输出，经齿轮 8 及与其固联的 槽型凸轮 8′，传递给构件 4；两路运动经构件 4 合成，由滑块 6 带动压头 7 作上下移动，实 现冲压工艺动作。显然该压力机的机架是构件 0，原动件为组件 1-1′，其他为从动件。
机构的运动仅与机构所具有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置 有关。因此在绘制机构运动简图时，可以不考虑构件的复杂外形，运动副的具体构造，而用 简单的线条和规定的符号(参看附表 GB4460)来代表构件和运动副，并按一定的比例尺寸表 示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运动简图。
用细铅丝一段（直径不超过侧间隙的 3~4 倍）放于非工作齿面上，旋转一周后，取出，测量 铅丝的厚度，即为齿侧间隙（数据填入附表中序号 22）。
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3、取下高速轴或低速轴一端的轴承压盖，用三段细铅丝均匀置于压盖的凸台上，重新 装好盖于箱体上，再取下压盖并测量铅丝厚度，其值即为轴系的轴向游隙（数据填入附表中 序号 23）。如果装配减速器，在压盖与箱体端面间放入细铅丝，拧紧端盖螺钉至轴不能转动 为止，取出并测量铅丝厚度，再加上轴向游隙，即为压盖的垫片厚度（数据填入附表中序号 24）。
13
L1 箱体外壁至轴承座端面距离
14
△ 大小齿轮顶圆至箱体内侧距离
15
A1 齿轮端面至箱体内侧距离
16
E 轴承端面至箱体内侧距离
17
M 上箱体筋板厚
18
M1 下箱体筋板厚
19
D2 轴承压盖最大外径
20
S 轴承旁联接螺钉距离
21
S1 地脚螺钉间距
22
Cn 齿侧间隙
23 Dδ 轴向游隙
24
f 轴承压盖垫片厚度
五、实验注意事项
1、遵守操作规程，注意人身安全。 2、遵守实验室实验规则，爱护实验设备，不得随意用工具敲打减速器及其零件，以免 损坏设备。 3、实验结束后，清点好工、量具，擦净后交指导老师验收。
六、思考题
1．圆柱齿轮减速器箱体为什么沿轴线平面做成剖分式？蜗杆减速器箱体沿蜗杆轴线为 什么不剖分？
2． 圆锥-圆柱齿轮减速器为什么把圆锥齿轮放在高速级？ 3．箱体上的筋板起什么作用？ 4．上下箱联接的凸缘为什么在轴承两侧要比其它地方高？ 5．上箱体上有吊环（或钩），为什么下箱体还设计有吊钩？ 6．上下箱体联接螺钉处及地脚螺钉处的凸缘宽度，受何因素影响？ 7．你认为该减速器轴承是采用何种方式润滑？有的轴承孔内侧设计有挡油环，有的没 有，为什么？ 8．如果该减速器轴承反装时，轴和箱体的结构应作哪些变化，为什么？ 9．高低速轴上的齿轮、齿顶圆距箱体内侧的距离为什么不同？ 10．你认为该减速器的结构是否有不合理的地方？