齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。具有传动准确、可靠、 运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点,广泛应用于各种机器中。根据 轮齿的形状齿轮分为:直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。 根据主、从动轮的两轴线相对位置,齿轮传动分为:平行轴传动、相交轴传动 交错轴传动三大类。 1.平行轴传动的类型有:外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字 齿轮机构、齿轮齿条机构等。 2.相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构,轮齿分布在一个截锥体上,两轴线夹 角常为90°。 3.交错轴传动的类型有:螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杄机构,弧面蜗轮蜗杄 机构等。 在参观这部分时,学生应注意了解各种机构的传动特点,运动状况及应用范 围等。 4.齿轮机构参数 齿轮基本参数有齿数z、模数皿、分度圆压力角α、齿顶高系数h、顶隙系数 等 参观这部分时,学生需要掌握:什么是渐开线?渐开线是如何形成的?什么是 基圆和渐开线发生线?并注意观察基圆、发生线、渐开线三者间关系,从而得出 渐开线有什么性质? 再就观察摆线的形成,要了解什么是发生圆?什么是基圆?动点在发生圆上 位置发生变化时,能得到什么样轨迹的摆线? 同时还要通过参观总结出:齿数、模数、压力角等参数变化对齿形有何影响? (五)周转轮系 通过各种类型周转轮系的动态模型演示,学生应该了解什么是定轴轮系?什 么是周转轮系?根据自由度不同,周转轮系又分为行星轮系和差动轮系。它们有 什么差异和共同点?差动轮系为什么能将一个运动分解为两个运动或将两个运动 合成为一个运动? 周转轮系的功用、形式很多,各种类型都有它自己的缺点和优点。在我们今 后的应用中应如何避开缺点,发挥优点等等都是需要学生实验后认真思考和总结 的问题 (六)其他常用机构 其他常用机构常见的有棘轮杋构;摩擦式棘轮机构;槽轮机构;不完全齿轮 机构;凸轮式间歇运动机构:万向节及非圆齿轮机构等。通过各种机构的动态演 示学生应知道各种机构的运动特点及应用范围。 (七)机构的串、并联 展柜中展示有实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构。从这里可以看出
２ 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。具有传动准确、可靠、 运转平稳、承载能力大、体积小、效率高等优点，广泛应用于各种机器中。根据 轮齿的形状齿轮分为：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮、蜗杆。 根据主、从动轮的两轴线相对位置，齿轮传动分为：平行轴传动、相交轴传动、 交错轴传动三大类。 1．平行轴传动的类型有：外、内啮合直齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字 齿轮机构、齿轮齿条机构等。 2．相交轴传动的类型有圆锥齿轮机构，轮齿分布在一个截锥体上，两轴线夹 角常为 90°。 3．交错轴传动的类型有：螺旋齿轮机构、圆柱蜗轮蜗杆机构，弧面蜗轮蜗杆 机构等。 在参观这部分时，学生应注意了解各种机构的传动特点，运动状况及应用范 围等。 4．齿轮机构参数 齿轮基本参数有齿数 z、模数 m、分度圆压力角α、齿顶高系数 h * a、顶隙系数 c *等。 参观这部分时，学生需要掌握：什么是渐开线?渐开线是如何形成的?什么是 基圆和渐开线发生线? 并注意观察基圆、发生线、渐开线三者间关系，从而得出 渐开线有什么性质? 再就观察摆线的形成，要了解什么是发生圆? 什么是基圆? 动点在发生圆上 位置发生变化时，能得到什么样轨迹的摆线? 同时还要通过参观总结出：齿数、模数、压力角等参数变化对齿形有何影响? (五)周转轮系 通过各种类型周转轮系的动态模型演示，学生应该了解什么是定轴轮系？什 么是周转轮系？根据自由度不同，周转轮系又分为行星轮系和差动轮系。它们有 什么差异和共同点？差动轮系为什么能将一个运动分解为两个运动或将两个运动 合成为一个运动? 周转轮系的功用、形式很多，各种类型都有它自己的缺点和优点。在我们今 后的应用中应如何避开缺点，发挥优点等等都是需要学生实验后认真思考和总结 的问题。 (六)其他常用机构 其他常用机构常见的有棘轮机构；摩擦式棘轮机构；槽轮机构；不完全齿轮 机构；凸轮式间歇运动机构；万向节及非圆齿轮机构等。通过各种机构的动态演 示学生应知道各种机构的运动特点及应用范围。 (七)机构的串、并联 展柜中展示有实际应用的机器设备、仪器仪表的运动机构。从这里可以看出
机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以在学 习机械原理课程中一定要掌握妤各类基本机构的运动特性,才能更好地去硏究任 何机构(复杂机构)特性
３ 机器都是由一个或几个机构按照一定的运动要求串、并联组合而成的。所以在学 习机械原理课程中一定要掌握好各类基本机构的运动特性，才能更好地去研究任 何机构(复杂机构)特性
实验二机械零件认识实验 实验目的 1.初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及 应用。 2.了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。 3.了解各种传动的特点及应用 4.了解各种常用的润滑剂及相关的国家标准 5.增强对各种零部的结构及机器的感性认识 二、实验方法 学生们通过对实验指导书的学习及“机械零件陈列柜”中的各种零件的展示, 实验教学人员的介绍,答疑及同学的观察去认识机器常用的基本零件,使理论与 实际对应起来,从而增强同学对机械零件的感性认识。并通过展示的机械设备、 机器模型等,使学生们清楚知道机器的基本组成要素一机械零件。 三、实验内容 (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。基本要求是保证联接 强度及联接可靠性,同学们应了解如下内容: l.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,特别是在机器内部的不易检査 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岀部分铆死,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.提髙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。为了提髙疲劳强度, 减小螺栓的刚度,可适当増加螺栓长度,或采用腰状杄螺栓与空心螺栓
４ 实验二 机械零件认识实验 一、实验目的 1．初步了解《机械设计》课程所研究的各种常用零件的结构、类型、特点及 应用。 2．了解各种标准零件的结构形式及相关的国家标准。 3．了解各种传动的特点及应用。 4．了解各种常用的润滑剂及相关的国家标准。 5．增强对各种零部的结构及机器的感性认识。 二、实验方法 学生们通过对实验指导书的学习及“机械零件陈列柜”中的各种零件的展示， 实验教学人员的介绍，答疑及同学的观察去认识机器常用的基本零件，使理论与 实际对应起来，从而增强同学对机械零件的感性认识。并通过展示的机械设备、 机器模型等，使学生们清楚知道机器的基本组成要素—机械零件。 三、实验内容 （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。基本要求是保证联接 强度及联接可靠性，同学们应了解如下内容： 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，特别是在机器内部的不易检查 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)为了提髙螺纹联连强度,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,来提髙螺栓的疲劳强度。如采用冷镦螺 栓头部和滚压螺纹的工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。 在掌握上述内容,通过参观螺纹联接展柜,同学应区分出:①什么是普通螺 纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹:②能认识什么是普通螺纹、双头螺纹、螺钉 及紧定螺钉联接:③能认识摩擦防松与杋械防松的零件;④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: GB5782~5786六角头螺栓、GB31.1~31.3六角头带孔螺栓、GB8方头螺栓、GB27 六角头铰制孔用螺栓、GB37T形槽用螺栓、GBτ99地脚螺栓及GB897~900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:GB820十字槽半沉头螺钉:GB70内六 角圆柱头螺钉;GBn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滚花髙头螺钉;GBηˆ~80各种 内六角紧定螺钉;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:GB6170~6171、GB6175~61761型及2型A、B级六角
５ 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。 在掌握上述内容，通过参观螺纹联接展柜，同学应区分出：①什么是普通螺 纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹；②能认识什么是普通螺纹、双头螺纹、螺钉 及紧定螺钉联接；③能认识摩擦防松与机械防松的零件；④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： GB5782～5786 六角头螺栓、GB31.1～31.3 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 GB897～900 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 十字槽半沉头螺钉；GB70 内六 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 内六角紧定螺钉；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：GB6170～6171、GB6175～6176 1 型及 2 型 A、B 级六角
螺母;GB41型C级螺母;GB6172A、B级六角薄螺母;GB6173A、B六角薄型细 牙螺母;GB6l78、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;GB6184六角锁紧螺母;GB39 方螺母;GB806滚花髙螺母;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: GB97.1~97.2、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内齿、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:GB891~892螺钉、螺 栓紧固轴端挡圈;GB893.1~893.2A型B型孔用弹性挡圈:GB894.1~894.2A型B 型轴用弹性挡圈;GB895.1~895.2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;GB1563~1566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内花键组成。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。按其齿形可分为矩形花键(GBl144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、销轴和开口销等,这些均已标准化,主要 国标代号有:GB1l9、GB20、GB878、GB879、GB117、GBl18、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
６ 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、GB6180 1、2 型 A、B 级六角开槽螺母；GB9457、GB9458 1、2 型，A、B 级六角开槽细牙螺母；GB56 六角厚螺母；GB6184 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： GB97.1～97.2、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 内齿、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：GB891～892 螺钉、螺 栓紧固轴端挡圈；GB893.1～893.2A 型 B 型孔用弹性挡圈；GB894.1～894.2A 型 B 型轴用弹性挡圈；GB895.1～895.2 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；GB1563～1566 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内花键组成。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