机械原理与机械设计实验教程

nbsp; 言
    创新源于问题，始于实践。作为认识世界、改造世界的科学实验，是培养学生创新意识
与实践能力的重要环节，是培养学生理论联系实际的作风、严谨求实的科学态度的重要过
程，是培养学生懂得仪器设备的原理与实验方法的有效渠道。为此，机械原理与机械设计课
程通过开设实验项目，以达到培养学生认识实验对象、了解实验设备、明白实验原理、懂得实
验方法的目的，使学生从实验中理解理论的价值、从实践中发现实验结果与理论计算的一致
与偏离的原因，进而促进学生创新意识与实践能力的提高。
    本实验教材不仅注重实验项目的基础性，即掌握所做实验的仪器设备的基本使用方法、
实验操作的基本技能；也注重实验项目的系统性，即兼顾实践与理论的平衡、基础与前沿的
平衡、单项与综合的平衡；同时，也考虑了实验项目的层次性，即体现了因材施教。
    本书共分3章，第1章简要介绍机械原理与机械设计课程实验教学的地位与作用、实验
的内容与目的、实验大纲与实验要求，第2章介绍机械原理的实验项目与要求，第3章介绍
机械设计的实验项目与要求。另外还附有各个实验项目的实验报告格式与要求。
    本书与中国矿业大学王洪欣、冯雪君主编的《机械原理》教材(东南大学出版社出版)，王
洪欣、戴宁主编的《机械原理课程上机与设计》教材(东南大学出版社出版)，中国矿业大学程
志红主编的《机械设计》教材(东南大学出版社出版)，程志红、唐大放编著的《机械设计课程
上机与设计》教材(东南大学出版社出版)构成一套完整的机械原理与机械设计课堂教学、课
程上机、课程设计与课程实验体系。
    本书的实验大纲、绪论、第2章中的第五、第六个实验与指导书由王洪欣编写；第2章中
的第八、第九个实验与指导书，第3章中的**、第六、第十个实验与指导书由程志红编写；
其余的实验与指导书由付顺玲编写。本书中除了第3章第十、第十一个实验的插图、第2章
第九个实验中由计算机生成的视窗图之外，其余的机构与机器图形均由王洪欣绘制。本书
由王洪欣审定。
    由于编者水平有限，不够到位或不妥当之处在所难免，敬请同仁和广大读者不吝指正。
  编  者
2008年4月

机械设计实验
3．1机械设计认知实验
    设计是一种创造性的实践活动，创造性与继承性息息相关，实践需要理论的指导与经验
的积累。为此，机械设计认知实验就是展示机械设计中的基本要素，了解常用的标准零件与
部件，了解常用的机械传动类型，以便对机器、部件、零件、机械传动有一些直观的认识与经
验的积累。
3．1．1实验目的
    (1)了解常用联接件的类型、标准参数及结构形式。
    (2)了解常用机械传动的类型、失效形式、设计要求及应用。
    (3)了解轴系部件的结构、类型、调整及应用。
    (4)了解通用零部件在整机设计中的应用，增强感知认识，提高设计能力。
    (5)了解通用机械零部件的类型、结构、特点及应用，增强对零部件的感性认识。
3．1．2实验方法
    通过参观机械设计陈列柜，认知机械设计课程中将要讲述的标准件、通用零部件、机械
传动的类型与特点，了解机器的基本组成要素，增强对机械零件与机械传动的感性认识。
3．1．3实验内容
    1)认识螺纹联接的类型
    螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作的，常用螺纹的类型很多，如用于紧固的粗
牙普通螺纹、细牙普通螺纹、圆柱螺纹、圆锥管螺纹和圆锥螺纹；用于传动的矩形螺纹，梯形
螺纹、锯齿形螺纹以及左、右旋螺纹。
    螺纹联接在结构上对应螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接与紧定螺钉联接。在螺栓联
接中，有普通螺栓联接与配合螺栓联接之分，普通螺栓联接的螺栓与被联接件通孔之间设有
间隙，而配合螺栓与被联接件通孑L之间采用过渡配合。除这四种基本类型外，还有吊环螺钉
联接，T形槽螺栓联接、地脚螺栓联接和配合螺栓联接等特殊结构类型，它们都是标准件。
    2)认知螺纹联接的防松方法
    在螺纹联接中，联接的紧密程度随着振动强度的增强与次数的增多而减小，为了防止联
接松脱，设计螺纹联接时必须采取有效的防松措施。根据防松原理的不同，分有靠摩擦防松
的对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母；靠机械防松的开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢
丝，以及特殊的端铆，冲点等防松方法。
     3)认知提高螺纹联接疲劳强度的方法
    螺栓联接常常工作在交变应力状态下，为了提高螺栓联接的疲劳强度，可以采取很多措
施，如腰状杆螺栓，空心螺栓以及在汽缸螺栓联接中采用刚度较大的有色金属垫片，都能降
低影响螺栓疲劳强度的应力幅值。采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母等均载螺母，能改善
螺纹牙上载荷分布的不均现象。采用球面垫圈，腰环螺栓联接，在粗糙支承面上加工出凸台
或沉孑L座，倾斜支承面上加斜面垫圈等，都能减少附加弯曲应力。
    4)认识键、花键与无键联接
    键是实现轴、毂联接的标准件。键联接的主要类型依次为普通平键联接、导向平键联接、
滑键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。在这些键联接中，普通平键应用*为广泛。
    轴上的外花键与孔上的内花键组成花键联接。花键联接按其齿形不同，分为矩形花键，
渐开线花键和三角形花键，它们都已标准化。
    非圆轴与对应孔的联接称为型面联接。型面联接因减少了应力集中而能传递更大的
转矩。
    确定两个零件之间的相对位置、过载时释放零件之间的约束的联接件称为销。销在功
能上区分为定位销与安全销，销在结构上区分为圆柱销、圆锥销、槽销、开口销等。
    5)认识铆焊、胶接和过盈配合联接
    通过铆钉实现的联接称为铆接。典型的铆缝结构依次为搭接，单盖板对接和双盖板对
接。铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点，在桥梁、建筑、造船等工业部
门继续使用。
    通过焊条与热熔合的方式将被联接件联接在一起的操作称为焊接。按焊缝形式区分，
焊接有正接填角焊，搭接填角焊，对接焊和塞焊等形式。
    通过胶黏剂实现合二为一的联接称为胶接。胶接的承载能力、耐久性相对焊接要低一
些，胶接在常温作业时不改变被联接件的局部性能，焊接因高温作业而改变被联接件的局部
性能。
    采用过盈配合而实现的联接称为过盈配合联接。
    6)认知带传动
    由皮带、两个或以上带轮与机架组成的传动称为带传动。带可区分为平带、标准普通V
带、接头V带、多楔V带及同步带。其中以标准普通V带应用*广。标准普通V带按截面
尺寸分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。带传动属于摩擦传动，需要张紧，张紧的方法有
滑道式定期张紧装置，摆架式定期张紧装置，利用电动机自重的自动张紧装置以及张紧轮
装置。
    7)认知链传动
    由链条、两个或以上链轮与机架组成的传动称为链传动。链区分为传动链与起重运输
链。在一般机械传动中，常用的是传动链。传动链区分为单排滚子链、双排滚子链、齿形链
和起重链。链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，不需要预紧，但是需要布置合适。
    8)认知齿轮传动
    由两个齿轮与机架组成的传动称为齿轮传动。齿轮传动是机械传动中*主要的一类传
动，常用的有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动、齿轮齿条传动、直齿圆
锥齿轮传动和曲齿锥齿轮传动。
     齿轮传动存在的失效形式是轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合与塑性变形。目
前已经建立了防止轮齿折断与齿面点蚀的设计公式。
  9)认知蜗杆传动
  由蜗杆、蜗轮与机架组成的传动称为蜗杆传动。蜗杆、蜗轮的轴线垂直交错，传动比比
较大。蜗杆传动有普通圆柱蜗杆传动，圆弧面蜗杆传动、锥蜗杆传动与环面蜗杆传动等。
    lO)认识滑动轴承
    轴与孔以面接触、被润滑剂完全分开或部分分开的相对转动关系称为滑动轴承。若承
受载荷的方向垂直于轴线，称为向心滑动轴承；若承受载荷的方向沿着轴线，称为推力滑动
轴承。滑动轴承的主要矛盾是设法减少轴与孔的直接接触，从而减少摩擦、减轻磨损。解决
矛盾的途径是轴与孔的材料搭配得当，孔的结构、载荷、转速与润滑剂相互作用后，比较稳定
的润滑油膜被形成，为此得到了多种轴承结构。根据滑动轴承的两个相对运动表面间油膜
形成原理的不同，滑动轴承分为动压轴承和静压轴承。
    11)认识滚动轴承
    轴与孔以滚动摩擦而实现的相对转动关系称为滚动轴承。滚动轴承的基本元件是内
圈、外圈、滚动体与保持架。滚动体可以是球体、柱体、锥体、螺旋体等，以适应轴与孔之间的
载荷大小与相对位置的变化情况。滚动轴承按承受外载荷的不同而分为向心轴承，推力轴
承和向心推力轴承三大类。要保证滚动轴承正常工作，必须解决轴承的安装、紧固、调整、润
滑、密封等问题，即进行轴承的结构设计。
    12)认识联轴器
    用于连接两根轴、传递运动与转矩的部件称为联轴器。按两根轴被连接后所能允许的
微小相对运动状态，联轴器被分为不允许微小相对运动的固定式刚性联轴器、允许微小相对
运动的可移式刚性联轴器与弹性联轴器。联轴器已标准化或规格化，设计时只需要参考手
册，根据机器的工作特点及要求，结合联轴器的性能选定合适的类型即可。
    13)认识离合器
    两根轴在转动中随时可以分离或接合的部件称为离合器。离合器分为啮合型与摩擦
型。啮合型有牙嵌离合器、齿轮啮合式离合器；摩擦型离合器有单盘摩擦离合器、多盘摩擦
离合器和锥形摩擦离合器。实现摩擦离合的动力可以是机械的、液压的或电磁的。若离合
器只能传递单向转矩，则称为超越离合器。
    14)认知轴的结构设计   
    用于支承其他零件或同时传递转矩的零件称为轴。按几何形状分，轴被分为光轴、阶梯
轴、空心轴、曲轴及钢丝软轴，它们具有不同的力学特征与应用场合。确定轴的几何尺寸时，
要考虑其上零件的安装与定位以及考虑加工的需要。
    15)认识弹簧
    利用材料的明显变形来工作的零件称为弹簧。按几何形状分，弹簧被分为螺旋状弹簧、
板弹簧与碟形弹簧。弹簧的主要作用是实现零件的复位、对物体测力、受激激发抛射力以及
缓冲减振。