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1、1机械设计基础实验指导书主 编：韩贤武副主编：廖先菊 杨晓兰重庆科技学院机械基础实验教学中心2内容简介“机械设计基础实验”是高等工科院校机械基础实验的核心内容之一，它对于培养学生的工程实践能力、科学实验能力、创新能力及动手能力起着重要的作用。本书根据机械设计基础实验体系，将实验分为感知型实验、基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验 4 大类型。内容主要包括：渐开线齿轮范成原理、齿轮参数测定、带传动装置性能参数测试与分析、齿轮传动装置性能参数测试与分析、轴系结构创意组合设计、减速器拆装、机械结构感知与分析等。本书可作为高等工科院校近机械类、非机械类机械设计基础 、 机械基础等课程的实验教材，
2、也可作为相关人员进行教学、科研及实际工作的参考书。序 言重庆科技学院“机械基础实验教学中心”自建立以来，坚持整合优势资源，实施精品化战略。经过多年的建设，进行了一系列的改革与实践，形成了以高素质创新人才和个性化人才培养为目标、以创新与实践能力培养为核心、以提高科学实验素质和工程实践能力为主线的新的机械基础实验教学体系，开设了能满足不同层次教学要求的实验课程，构建了以感知（认知）型实验模块、基本型实验模块、综合设计型实验模块及研究创新型实验模块为构架的机械基础实验教学平台。本书是重庆科技学院“机械基础实验教学中心”组织出版的系列教材之一，是高等院校近机械类、非机械类机械设计基础和机械基础等课程的
3、实验教材。机械设计基础实验是高等工科院校机械基础实验的核心内容之一。它对于培养学生的工程实践能力、科学实验能力、创新能力及动手能力起着重要的作用。针对 21 世纪高素质创新人才和个性化人才培养要求，按照夯实基础、跟踪前沿的原则，本书根据机械设计基础实验的体系，将实验分为感知型实验、基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验 4 大类型，其中的实验项目、内容和方法以重庆科技学院“机械基础实验教学中心”现有的实验资源为基础，各个院校可根据自己的具体情况进行取舍。本书共 7 个实验，实验一、实验二、实验五、实验七由廖先菊、杨晓兰编写，实验三、实验四由李光苹、陆笑容编写，实验六由韩贤武编写，韩贤武副教
4、授担任主编。本书由西南交通大学国家级教学名师吴鹿鸣教授担任主审，对本书的编写和修订提出了宝贵的意见，在此致以衷心的感谢和崇高的敬意。在本书的编写过程中，教研室的杨胜平、白继强、杨波、安培文、韦志峰、邓杰、冯霞、刘敬花等老师都做出了贡献，在这里也向他们表示感谢。限于编者水平有限，加之时间仓促，书中疏漏和不妥之处，诚请读者批评指正。编 者2010 年 12 月I目 录实验一 渐开线齿轮范成原理.1实验二 齿轮参数测定.4实验三 带传动装置性能参数测试与分析.7实验四 齿轮传动装置性能参数测试与分析.11实验五 轴系结构创意组合设计.13实验六 减速器拆装.17实验七 机械结构感知与分析.221实验
5、一 渐开线齿轮范成原理一、实验目的1.掌握用范成法加工渐开线齿轮的原理。 2.了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免产生根切的方法。 3.分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。二、实验内容1.用渐开线齿轮范成仪绘制 9 齿的标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮的 3 个轮 齿。 2.计算并比较标准齿轮与变位齿轮的主要几何尺寸。三、实验仪器与用具图 1-1 渐开线齿轮范成仪1.圆盘 2.盖板 3.盖板螺帽 4.支架 5.齿条刀具 6.刀具螺帽 1.渐开线齿轮范成仪：如图 1-1 所示，主要由圆盘 1（圆盘后带有齿轮） ，盖板2，盖板螺帽 3，支架 4，齿条刀具 5（m=10mm，=20，c*=0.25
6、） ，刀具螺1*ah帽 6 等组成。 2.齿轮毛坯：如图 1-2 所示用绘图纸作齿轮毛坯。以图纸中心为圆心，将其均分 成 1200的三等份扇形，分别用来切割标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮。根据被加 工齿轮的参数 z=9， x=0.5 计算出被加工齿轮的齿顶圆直径、分度圆直径、基圆直2径和齿根圆直径，然后根据计算结果分别在标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的毛 坯扇形区域画出相应齿轮的齿顶圆、分度圆、基圆和齿根圆，并沿它们的齿顶圆剪下 作为本实验用的“齿轮毛坯” 。 3. 自备铅笔、橡皮、剪刀。图 1-2 齿轮毛坯四、实验原理范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的。
7、 加工时，将一对相啮合的齿轮中的一个齿轮(或齿条)作为刀具，而另一个齿轮作为齿 轮毛坯，并使它们仍按原来的传动比传动，同时刀具还沿齿轮毛坯作轴向切削运动， 则加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。虽然在齿轮的实际加工过程中， 无法看到刀刃形成包络线的过程，但我们可以通过齿轮范成仪来复演刀具与齿轮毛坯 间的切削过程。将刀具刀刃在“切削”过程中占据的各个位置用铅笔记录在图纸上， 我们就能清楚地观察到齿轮范成的过程。五、实验步骤和方法1.切制标准齿轮齿廓 装夹齿轮毛坯：在齿轮毛坯的中心打孔，将圆盘滚至支架中间，取下圆盘上的 螺帽和盖板，将齿轮毛坯安装到圆盘上的螺栓上，使齿轮毛坯的标准齿轮的
8、120扇 形区域面向刀具，盖上盖板，轻轻拧上螺帽（注意不要拧紧） ，旋转圆盘和齿轮毛坯， 使标准齿轮的 120扇形区域的对称中线与刀具的第 3 个轮齿的对称线重合，然后旋 紧盖板处的螺帽，使齿轮毛坯固定。 调整刀具：刀具上有三条横线，其中，中间一条即刀具中线，用来加工标准齿 轮；上边一条为上分度线，用来加工正变位齿轮；下边一条为下分度线，用来加工负 变位齿轮。调整刀具中线的位置使其整条线与被加工齿轮的分度圆线相切，方法是首 先使刀具的第 3 个轮齿的中线与齿轮毛坯的分度圆相切，轻轻拧上刀具两端的螺帽3（注意不要拧紧） ；然后将圆盘分别滚向刀具的左、右两端，使刀具左、右两端上的 第 2、4 个轮
9、齿与齿轮毛坯的分度圆相切，若不相切则松开刀具相应端的螺帽，调整刀 具的位置，使它们相切并拧紧刀具相应端的螺帽；最后把圆盘滚向一极限端位置，从 该极限端位置滚向另一极限端位置，在这一过程中，刀具的第 2、3、4 个轮齿的中线 应与齿轮毛坯的分度圆相切。使刀具处于切制标准齿轮的位置。 切制齿廓：先把圆盘滚向一极限端位置，然后每转动轮坯 1左右时用铅笔记 录下刀刃在齿轮毛坯图纸上的一系列位置，直到形成 23 个完整的齿廓，此时应注意 观察齿廓形成的过程，并可观察到齿轮的根切现象（如图 1-3 所示） 。 切制齿廓时应注意：铅笔应贴紧刀具的齿廓；圆盘必须从一极限端位置滚到另一 极限端位置，且只能向一个
10、方向滚动，不能倒滚回去补描绘刀刃在“切削”时占据的 位置；描绘刀刃在“切削”时占据的各个位置时，只需描绘出刀刃与标准齿轮区域相 交的一系列位置，刀刃与正、负变位齿轮区域相交的一系列位置不应描绘。图 1-3 切制齿廓2.切制正变位齿轮齿廓与切削标准齿轮类似，重新装夹齿轮毛坯和调整刀具，使刀具上分度线与齿轮毛 坯的分度圆相切，按照切削标准齿轮的操作过程便可得到正变位齿廓。3.切制负变位齿轮齿廓与切削标准齿轮类似，重新装夹齿轮毛坯和调整刀具，使刀具下分度线与齿轮毛 坯的分度圆相切，按照切削标准齿轮的操作过程便可得到正变位齿廓。六、思考题1.观察齿廓根切后轮齿形状有何特点？分析轮齿根切对于轮齿受力有何
11、影响？ 2.齿轮毛坯图纸上的轮齿是如何形成的？ 3.变位齿轮与标准齿轮的齿廓形状有何不同？4实验二 渐开线齿轮参数测定一、实验目的1.培养学生运用所学知识解决齿轮参数测定这一生产实际问题的动手能力。 2.初步掌握齿轮参数的基本测定方法，进一步巩固有关齿轮方面的基本知识。二、实验内容1.测定一个奇数齿轮和一个偶数齿轮的模数 m、压力角 、齿顶高系数 ha*、顶隙 系数 c*、变位系数 x 等参数。 2.判定所测齿轮是标准齿轮还是变位齿轮。三、实验设备与工具1.奇数齿轮和偶数齿轮各一个。 2.游标卡尺、公法线长度千分尺。四、实验原理渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数 z、模数 m、齿顶高系数 h
12、a*、顶隙系数 c*、分度圆压力角 和变位系数 x 等。本实验通过对齿轮有关几何尺寸的测量，再通 过计算（或查表）得出该齿轮的基本参数。其原理分别为：1.模数和压力角的测定当用公法线千分尺在齿轮上跨过 k 个齿时，两卡脚与齿廓相切于 AB 两点，两切 点间的距离即为公法线长度(如图 2-1 所示)，用 Wk表示。标准齿轮的公法线长度为： Wk=m2.952(k-0.5)+0.014z （2- 1） k=0.5+0.111z (四舍五入取整) 图 2-1 图 2-2 为保证卡尺的两个量足与齿廓的渐开线部分相切，卡尺的两量足所跨的齿数 k 可 通过上式求得，也可根据被测齿轮的齿数 z 参照表 2-
13、1 选取。 由图 2-1 知：当跨齿数为 k 时，其公法线长度为： Wk=(k-1)Pb+Sb （2-52） 式中：Pb为基圆齿距，Sb为基圆上的齿厚 由式（2-2）和图 2-2 知：当跨齿数 k+1 时，其公法线长度可分别表示为： Wk+1=kPb+Sb 故有 Wk+1 -Wk =kPb+Sb - (k-1)Pb-Sb=Pb 又因 Pb =mcos故有 (2-3)1 coscosbkkPWWm式中的 可能是 20，也可能是 15。分别用 15和 20代入式（2-3） ，算出 两个模数并与标准值对比，最接近标准模数的一组 m 和 ，即为所求齿轮的模数和压 力角。表 2-1 跨测齿数 k 的推荐值齿数 z12181927283637454654556364727381跨齿数 k234567892.变位系数的测定变位直齿圆柱齿轮公法线长度的计算公式为sin2xmWWkk将测得的齿轮公法线长度值与通过式（2-1）计算得到的作比较，可判断被测kWkW齿轮是否为变位齿轮。其判断方法为：若，则被测齿轮为标准齿轮。kkWW若，则被测齿轮为变位齿轮。kkWW变位齿轮的变位系数为：(2-4)sin2/ )(mWWxkk若 x0，则被测齿轮为正变位齿轮。 若 x0，则被测齿轮为负变位齿轮。3.齿顶高系数 ha*、顶隙系数 c*的测定通过测量齿根圆直径 df，可测定 ha*和 c*。若测出 df值，则
