机械设计基础实验指导书

机械设计基础实验指导书机械原理与零件教研室2010年3月目录实验一机构运动简图测绘与分析实验 (1)实验二渐开线齿轮范成原理实验 (4)实验三渐开线齿轮参数测量实验 (9)实验四带传动性能分析实验 (15)实验五减速器装拆实验 (21)实验一机构运动简图测绘与分析实验一、实验目的1、掌握根据机器械或机构模型绘制机构运动简图的基本技能；2、通过实验进一步加深理解机构的组成原理，熟悉构件和运动副的代表符号、机构自由度的含义及自由度的计算；3、通过实验了解机构运动简图与实际机械结构的区别。

二、实验设备和工具1、机器（牛头刨床、插齿机、内燃机等），机构模型；2、测量工具：钢尺、内外卡规、量角器；3、绘图工具：三角板、圆规、铅笔、橡皮擦、草稿纸（学生自备）。

三、实验原理任何机构都是由若干构件和运动副组合而成的。

从运动学的观点看，机构的运动仅与构件数目、运动副的数目和种类及它们的相对位置有关。

因此，在绘制机构运动简图时可以撇开构件的实际外形和运动副的具体构造，而用统一规定的符号来表示构件和运动副，并按一定的比例尺绘出各运动副的相对位置和机构结构，以此表明实际机构的运动特征，从而便于进行机构的运动分析和动力分析。

凡没有按比例绘出的图称机构示意图，它只能定性的研究机构的某些运动特性（如自由度）；凡按比例尺绘出的图称机构运动简图，根据机构运动简图可定量地分析机构的运动特性。

常用运动副的代表符号见表1-1所示。

四、方法与步骤1、使被测绘的机器或机构模型缓慢地运动，从原动件开始，循着运动的传递路线仔细观察机构的运动，从而确定组成机构的构件数目。

2、根据相互连接的两构件间的相对运动的性质及接触情况，确定各个运动副的类型。

3、适当选择最能清楚表达各构件相互关系的面为投影面，选定原动件的位置，按构件的顺序，用规定的符号画出机构示意图。

然后用数字1，2，3……分别标出各构件，用字母A，B，C……分别标出各运动副。

4、计算机构的自由度并以此检查所绘机构运动简图草图是否正确。

应当注意，在计算自由度时应除去虚约束及局部自由度。

5、测量与机构运动有关的尺寸（转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等），按确定的比例尺画出机构运动简图。

1=图示长度（mm）比例尺实际长度（m）6、在草图上自检无误后，将图交指导教师签字。

五、实验安排1、先由指导教师对测绘过程进行讲解示范，然后分组进行测绘。

2、每个同学应至少测量5个机构。

其中齿轮插齿机插刀的主传动和牛头刨教具刨头的主传动必做，剩下3个机构自选。

六、思考题1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？4、自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？附：常用运动副的代表符号表1-1常用运动副的代表符号机构运动简图测绘实验报告一、实验目的二、实验内容三、机构运动简图绘制1、机构运动简图在工程上有什么作用？2、正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？4、自由度大于或小于原动件数时会产生什么结果？实验二 渐开线齿轮范成原理实验一、实验目的1、了解范成法加工渐开线齿轮的基本原理；2、观察渐开线齿轮的轮廓曲线具体形成过程；3、了解齿轮加工产生根切现象的原因及其避免根切的方法。

4、观察标准齿轮和变位齿轮齿形，分析比较它们的异同点。

二、实验仪器及工具1、JXF-C 齿轮范成仪2、铅笔、圆规、A4纸、三角尺、剪刀等（自备）。

三、实验原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）相互啮合时互为包络线的原理加工齿轮的。

加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯。

刀具与轮坯在机床传动链作用下一方面按固定传动比传动，就像一对真正的齿轮互相啮合传动一样，另一方面齿轮刀具沿轮坯的轴向作往复切削运动和径向的让刀运动，为了切出齿高，轮胚沿径向作进给运动。

这样切出的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。

若用渐开线作为刀具的齿廓，可以证明其所包络出来的齿廓也是渐开线。

现在用渐开线齿条刀具加工齿轮，那么加工出的齿廓为渐开线齿廓。

因为在实际加工时，我们看不清刀刃形成包络线轮齿的过程，所以通过齿轮范成仪来表现这一过程。

用铅笔将刀具刀刃不同时刻的各个位置描绘在轮坯纸上，这样就能清楚地观察到轮齿范成的过程。

在形成过程中，为了保证被加工齿轮的齿根高，刀具的齿顶高应加高。

即： **()a a h h c m =+，如图2－l 所示。

图2-1 齿条刀具四、齿轮范成仪使用方法简介范成仪由机座、圆盘、螺母、齿条刀、溜板、螺钉等组成。

圆形盘可绕轴心转动，齿条刀具安装在溜板上，当移动溜板时借助齿轮齿条的传动迫使轮坯（圆盘）上的分度圆与溜板上的齿条中线作纯滚动。

松开螺钉可改变齿条刀具相对于轮坯分度圆的距离，因此齿条刀具与圆盘的位置可以改变，如把齿条中线固定在与轮胚的分度圆相切的位置上，则可绘制出标准齿轮的齿廓；当齿条中线固定在与轮胚的分度圆切线有一段距离时，（即变位距离，其值xm可在溜板两侧的刻度上读出），则为按变位距离的大小和方向绘出的正、负变位齿轮的齿廓。

根据给定参数制作出的轮胚纸安装在圆盘上，旋紧大螺母可将纸固定在圆盘上。

齿条刀具的基本参数为：模数m=20mm 压力角α=20°齿顶高系数ha*=1 顶隙系数c*=0.25切制齿轮齿数z=8，变位系数x=0.5。

五、实验内容1、分别绘出标准齿轮和变位齿轮的完整齿形2~3个。

2、在绘制过程中，注意观察齿轮产生根切的现象及根切的部位，并分析产生根切的原因，然后绘制不产生根切的齿廓。

六、实验步骤1、实验齿轮尺寸的计算原是参数：模数m=20mm，压力角α=20°，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25 ，切制齿轮齿数z=8，变位系数x=0.5。

2、轮坯纸的准备（轮胚纸的制作应在实验课前完成）（1）根据以上的计算结果，在A4纸上用虚线画出分度圆d，用点画线将纸坯按120°角分为三个区域，在三个区域内分别用实线画出①标准齿轮m=20，z=8，x=0的齿顶圆直径和齿根圆直径；②正变位齿轮m=20，z=8，x=0.5齿顶圆直径和齿根圆直径；③负变位齿轮m=20，z=8，x=-0.5齿顶圆直径和齿根圆直径；（2）将图纸按正变位齿顶圆直径大小剪下，最后剪下直径为8mm的安装中心孔, 如图2-2。

图2-2 范成齿廓的轮坯图样3、标准齿轮的绘制（1）旋下大螺母，再将轮坯纸装于圆盘上，用螺母固定。

（2）拧开螺钉，调节齿条刀具的位置，要求刀具中线与轮坯的分度圆切线重合，再旋紧螺钉，固定刀具的位置。

（3）开始“切制”齿廓时，先将溜板和刀具推向一端，然后每当向另一端推进一个间隔（1~2）mm，就用铅笔描下刀具齿廓（即刀刃）所占据的所有位置。

依此进行，直到把刀具推到另一端为止，那么一系列的刀刃齿廓所包络的曲线就是渐开线齿形。

绘制出的标准齿廓如图2-3所示,渐开线齿廓齿廓的根切如图2-4图2-3 标准齿廓图2-4 渐开线齿廓的根切4、正变位齿轮的绘制（1）旋松螺母，将轮胚纸转至空白处重新固定；松开螺钉，将齿轮刀具的中线远离轮胚分度园一段距离xm，然后将螺钉拧紧。

（2）重复标准齿轮绘制方法的第(3)步骤。

绘制出的标准齿廓如图2-5所示。

5、负变位齿轮的绘制其绘制方法和步骤与绘制正变位齿形基本相同，不同的只是齿条刀具位置的变化，这时刀具的中线与分度圆处于相交的位置，相对分度圆的切线位置向上移动距离xm。

6、绘制完毕后取下图纸，并将范成仪恢复到原状态。

图2-5正变位齿廓七、思考题1、齿条刀具的齿顶高和齿根高各等于多少？2、用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮胚之间相对位置和相对运动有何要求？为什么？3、通过实验，你所观察到的根切现象是什么样的？是由什么原因引起的？避免根切的方法有哪些？渐开线齿轮范成原理实验报告一、实验目的二、实验仪器三、实验原理四、实验数据及处理原是参数：模数m=20mm，压力角 =20°，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25 ，切制齿轮齿数z=8，变为系数x=0.5。

项目计算公式计算结果结果比较标准齿轮正变位齿轮负变位齿轮正变位负变位齿顶圆直径分度圆直径齿根圆直径分度圆齿距分度圆齿厚分度圆齿槽齿根高齿顶高注：结果在比较栏中：尺寸比标准齿轮大的填入“+”号小的填入“-”号。

五、思考题1、齿条刀具的齿顶高和齿根高各等于多少？2、用齿轮刀具加工标准齿轮时，刀具和轮胚之间相对位置和相对运动有何要求？为什么？3、通过实验，你所观察到的根切现象是什么样的？是由什么原因引起的？避免根切的方法有哪些？实验三 渐开线齿轮参数测量实验一、实验目的1、根据所学相关知识解决齿轮参数测定这一工程应用问题。

2、通过实验使学生熟练的掌握使用游标卡尺、齿轮公法线千分卡尺测量渐开线直齿圆柱齿轮几何参数的方法。

3、通过对渐开线直齿圆柱齿轮几何参数的测量和计算，进一步掌握有关齿轮各几何参数之间的相互关系。

4、通过实验使学生掌握对测量数据的处理方法，减小测量数据的误差。

二、实验预习的内容1、渐开线的形成及特性。

2、齿轮的各部分名称、基本参数和齿轮尺寸计算。

三、实验设备和工具1、被测量齿轮；2、游标卡尺，齿轮公法线千分卡尺；3、计算器。

四、原理和方法本实验要测量和计算的渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数z 、模数m 、分度圆压力角α、齿顶高系数*a h 、顶隙系数*c 和变位系数x 等。

1、确定齿轮的模数m 和压力角α 要确定m 和α，首先应测出基圆齿距b p ，因渐开线的法线切于基圆，故由图3-1可知，基圆切线与齿廓垂直。

因此，用游标卡尺跨过k 个齿，测的齿廓间的公法线距离为k w 毫米，再跨过1k +个齿，测的齿廓间的公法线距离为1k w +毫米。

为保证卡尺的两个卡爪与齿廓的渐开线部分相切，跨齿数k 可以根据被测齿轮的齿数参考表3-1决定。

由渐开线的性质可知，齿廓间的公法线AB 与所对应的基圆上圆弧ab 长度相等，因此得：(-1)k b b w k p s =+； 同理1k b b w kp s +=+消去b s ，则基圆齿距为：1-b k k p w w +=根据所测得的基圆齿距b p ，查表3—6可得出相应的m （或p D ）和α。

因为cos b p m πα=，且式中m 和α都已标准化，所以可根据附表3-6查出其相应的的模数m和压力角α。

图3-1 齿轮参数测定原理2、确定齿轮的齿顶高系数*a h 、齿顶系数*c 和齿全高h当被测齿轮的齿数为偶数时，可用卡尺直接测得齿顶圆直径a d '及齿根圆直径f d '。

如果被测齿轮齿数为奇数时，则应先测量出齿轮轴孔直径d 孔，然后再测量孔到齿顶的距离H 顶和轴孔到齿根的距离H 根。