试验一平面机构运动简图的测绘.docx

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试验一平面机构运动简图的测绘

机械设计基础实验指导书

崔汉森何永然编

班别

姓名

华南理工大学

二零零二年九月

实验一平面机构运动简图的测绘

一、目的

1.学会根据实际机械绘出其运动简图的技能；

2.加深对机构自由度计算公式的理解。

二、设备和工具

1.机构模型、钢尺；

2.三角板、铅笔、橡皮和稿纸（学生自备）。

三、测绘运动简图的原理

机械中实际的机构，其结构往往比较复杂，但机构的运动情况却与构件外形、断面尺寸和运动副大小无关，而决定于机构中联接各构件的运动副类型和各运动副的相对位置尺寸以及原动件的运动规律。

因此，在进行机构的分析和综合时，所绘制的旨在表达机构各构件之间的相对运动关系和运动特性的图形，必须撇开构件和运动副的具体形状和结构，根据构件之间的相对运动性质，确定各运动副的类型，然后，按一定的比例，用运动副的的具体形状和结构，根据构件之间的相对运动性质，确定各运动副的类型，然后，按一定的比例，用运动副的规定符号和简单线条绘出图形，这样的图称为机构运动简图。

四、测绘运动简图的方法和步骤

1.仔细观察各机构模型，了解其名称、用途和结构，并找出原动件。

2.缓慢转动被测机构，从原动件开始，仔细观察机构的运动，从而找出组成机构的固定构件和所有的活动构件。

3.根据各相互联接的两构件间的接触情况及相对运动性质，确定各运动副的类型。

4.以纸面以机构的投影面，选择一个能清楚地表达整个机构各构件的位置，用规定的运动副符号表示各运动副，并且用目测大致地确定各运动副的相对位置，画出机构运动简图草稿。

注意应使草图与实物大致成比例，并用箭头表示原动件的运动方向。

5.准确测量各回转副中心之间的距离、移动副导路的相对位置尺寸，并注于草图上。

6.应用公式F=3n-2PL-PH计算机构自由度，要注意复合铰链，局部自由度和虚约束的判别。

将计算结果与实际机构对照，机构自由度数应与原动件数相符，否则，应当找出机构运动简图的错误并改正。

7.选取合适的长度比例尺，在实验报告中绘出机构运动简图并填写有关内容。

机构运动简图的长度比例尺：

五、思考题

1.机构运动简图有什么用途？

一个正确的机构运动简图应能说明哪些问题？

2.绘制机构运动简图时，选择构件的不同瞬时位置，会不会影响运动简图的正确性？

3.机构自由度的计算对测量绘制机构运动简图有什么帮助？

实验报告（实验一）

一、机构测绘及自由度计算

编号

机构

名称

机构运动简图

机构自由度计算

n

PL

PH

F

班别

学号

姓名

日期

成绩

教师

（注：

n——活动构件数；PL——高副数；F——机构自由度。

）

二、思考题讨论

实验二齿轮范成原理

一、目的

1.掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理，了解齿廓曲线的渐开线部分及过渡曲线部分的形成过程；

2.了解渐开线齿轮的根切现象、齿轮变尖现象及其产生的原因；

3.了解变位齿轮的切制方法，并比较变位齿轮与标准齿轮的异同点。

二、设备及工具

1.齿轮范成仪。

2.3号图纸一张，削尖的铅笔两支，三角板，橡皮，计算器（学生自备）。

三、实验原理

范成法加工渐开线齿廓，是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。

如将共轭齿廓中的一个齿廓磨成刀刃（即齿轮刀具），另一为齿轮毛坯，当刀具和齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动时，齿轮刀具的刀刃就可在齿轮毛坯上切出齿廓。

又因为两个任意半径的基圆的渐开线都互为包络线，故可以用任一具有渐开线齿廓的刀具范成加工任意基圆的渐开线齿廓。

其中基圆半径为无穷大的齿条刀具的渐开线齿廓最简单，是一条直线，这就是加工渐开线齿轮用的齿条刀具的轮廓。

范成仪上齿条刀具齿廓和被加工齿廓的主要参数见下表：

序号

齿条刀具参数

被加工齿轮

主要参数

类型

1

m=8mmα=20°

Cx=0.25

Z=20x=0

标准

2

m=16mmα=20°

Cx=0.25

Z=10x=0

标准

3

m=16mmα=20°

Cx=0.25

Z=10x=0.4375

xm=7mm

正变位

图2—1是齿轮范成仪的简图，图中1为圆盘，它装在机架4上并绕0点转动，表示被加工齿轮的图纸将固定在此圆盘上。

3为溜板，它在机架4的导轨上作水平移动。

圆盘1与溜板3用齿轮、齿条联接，以保证溜板与圆盘作相对纯滚动，实验时，代表齿条刀具的有机玻璃模型板2用螺钉装在溜板3上，松开螺钉5即可调整它与被加工齿轮的径向距离。

加工标准齿轮时，应保证齿条工具的中线与被加工齿轮的分度圆相切。

加工变位齿轮时，可按变位量xm调整刀具中线与被加工齿轮中心的距离（其移动的距离xm值可在溜板上的刻度尺读出）。

四、实验步骤

1.根据所用范成仪的齿条刀具基本参数和被加工齿轮的齿数Z、变位系数X，由齿条刀具加工齿轮不发生根切的条件求出最小变位系数Xmino

分别计算出分度圆直径、基圆直径以及标准齿轮、变位齿轮的根圆、顶圆直径，并将计算结果填在实验报告表中。

2.在图纸上作出基圆、分度圆，并把它们分为三等分（即每部分的圆心角均为1200）。

为了对心方便，需分别作出这三等分圆心角的角平分线，再作这些角平分线的垂线。

然后，分别在这三等分上画出两个标准齿轮（m1=8mm，Z1=20；m2=16mm，Z2=10），一个正移距变位齿轮（m=16mm，Z=10）的顶圆和根圆。

（上述步骤必需在实验之前做好，并按外径φ210、孔径φ36将图纸剪成一穿孔圆纸片，实验时带来。

）

3.把代表轮坯的穿孔圆纸片在对准中心固定在圆盘上，使相应于标准齿轮部分的角平线垂直于齿条刀具的中线，并调节齿条刀具的中线与轮坯分度圆相切。

4.先“切制”m1=8mm，Z1=20r的标准齿轮，后“切制”m2=16mm，Z2=10的标准齿轮。

开始“切制”齿廓时，将齿条刀具溜板推到最右（或最左）边，然后把溜板3向左（或向右）移动，每移动一个微小的距离（约2～3毫米）时，在图纸上用削尖的铅笔描下刀具刃的轮廓，直到形成2～3个完整的齿为止。

5.切完m=16mm，Z=10的标准齿轮后，调整齿条刀具离开轮坯中心，作正移距xm（毫米），再将图纸转到相应于正移距变位齿轮的部分，重复步骤3和4。

6.比较所得的不同齿数之标准齿轮在分度圆与根圆上的齿厚，并比较标准齿轮和变位齿轮在分度圆上的齿厚、齿间、周节以及齿顶齿厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相应变化和特点。

[注]若需“切制”负移距变位齿轮，则图纸除应作出基圆、分度圆外，还需画出相应于负移距变位齿轮的顶圆和根圆，“切制”时将齿条刀具调离标准位置，移近轮坯中心，作负移距xm（毫米），重复步骤3和4。

五、思考题

1.齿轮根切现象是如何产生的?

如何避免?

在图形上如何判断齿轮是否根切?

2.齿条刀具的齿顶高和齿根高为什么都等于（

）m?

3.用齿条刀具加工标准齿轮时,刀具和轮坯之间的相对位置和相对运动有何要求?

4.为什么说齿轮的分度圆是加工时的节圆?

实验报告（实验二）

班别学号姓名

日期成绩教师签名

一、齿轮尺寸计算和比较表

正变位系数：

X=

名称

计算公式

计算结果

结果比较（与标准齿轮比较）

m1=8mm，Z1=20；

m2=16mm，Z2=10

标准

变位

标准

标准

正变位

正变位

分度圆直径d

基圆直径d

顶圆直径dα

根圆直径df

分度圆周节P

分度圆齿厚S

分度圆齿间e

齿顶厚Sa＇

基圆齿厚Sb

齿全高h

齿根高hf

齿顶高hα

二、附上所描绘的齿廓图，并在图上注明各个圆的直径。

三、思考题讨论。

实验三齿轮参数的测定

一、目的

1.熟悉齿轮各部分名称和几何关系。

2.学会运用一般测量工具测定渐开线齿轮的各基本参数，通过参数测量，从中掌握标准齿轮与变位齿轮的基本判别方法。

3.学会测量齿厚的一般方法。

二、设备和工具

被测齿轮、游标卡尺，并自备计算器和稿纸。

三、测量原理和方法

齿数Z、模数m、压力角α、齿顶高系数

、顶隙系数Cx、变位系数X等是齿轮的基本参数，这些参数可能过测量或计算而得。

这些参数一旦被确定，则该齿轮的各部分尺寸即可确定。

由图3—1可知，当游标卡尺的两卡脚分别与两渐开线齿廓的不同位置相切时，两切点间距

和

均为两渐开线的公法线，根据渐开线性质可知：

＝

＝

，且必与基圆相切。

卡脚与齿廓的切点位置与卡测数Ｋ的多少有关，如果卡测齿数过多，则卡脚可能与两齿顶相接触而不是相切；相反，如果卡齿数过少，则两卡脚可能与齿根接触，也不一定是相切。

这时所测出的两触点间的距离不是真正的公法线长度。

测量公法线长度时，最好使两卡脚与两齿廓的切点大致落在分度线附近。

为此卡测齿线Ｋ可按下表选取：

z

12～18

19～26

27～36

37～45

46～54

55～63

64～72

k

２

３

４

５

６

７

８

通过测量公法线长度

、

，齿数Z、顶圆直径da则可求出齿轮的主要参数：

m、α、x、

和Cx。

方法如下：

1.齿数Z：

可直接由具体齿轮数出。

2.模数m和压力角α

根据齿数Z由上表查出卡测数K（或由附表3—1）求得，并分别测出公法线长度

、

（

亦可），由图3—2可得，

=Pb（k-1）+Sb

（1）

=Pb·k+Sb

（2）

由

（2）与

（1）相减得基圆齿距

Pb=

-

=πcosα

∴模数m=

（3）

其中：

α——分度圆压力角。

一般α=20°但也有α=15°，故分别以α=20°和15°代入式求出m值，如与标准值相符或极接近者，则此压力角为该齿轮压力角。

所求得的m值为该齿轮的模数。

3.变位系数

根据测得的公法线长度

和

（由附表3—1求得），则可得齿轮变位系数

X=

（4）

根据计算结果：

如X=0，则为标准齿轮；如果X>0，则为正变位齿轮；如果X<0，则为负变位齿轮。

对非机类专业，由于变位齿轮是超出其教学要求，故不要求非机类同学进一步测定和计算变位齿轮的有关参数和尺寸。

4.分度圆直径d：

对直齿圆柱齿轮

d=mz（5）

5.测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df，，当齿数Z为偶数时，可直接量出

和

.。

当

齿数Z为奇数时

（6）

（7）

（

H1和H2分别为从齿轮孔壁到齿顶和齿根之距（见图3—3）

6.齿顶高系数

齿顶高

（8）

对标准直齿圆柱齿轮

（9）

由（8）和（9）式得出齿顶高系数

（10）

如果求出的

符合标准值：

如

=1则为正常齿，此时Cx=0.25，如

=0.8，则为短齿，此时Cx=0.80。

7.齿厚测量

齿厚测量常是切齿过程用以测量和检验切削用量以及控制齿侧间隙的一种方法。

圆柱齿轮齿厚测量常用公法线长度或分度圆弦齿厚（或固定弦齿厚）。

公法线长度的测量原理和它所用的工具如前所述。

测量时，卡测齿数K及公法线长度Wk的理论值可由附表3—1求得。

分度圆弦齿厚

的测量可用齿轮游标卡尺来进行（图3—4）。

齿轮游标卡尺实际上是由垂直和水平方向上的两把游标卡尺组成。

测量时，分度圆弦齿高

按附表3—2求得，以齿顶为基准，并按

调整垂直方向上的游标卡尺。

然后在水平游标卡尺上读出分度圆弦齿厚

。

四、实验步骤

单个齿轮参数的测量可按下列方框图所示的方法和步骤进行。

五、思考题

1.决定齿廓形状的基本参数有哪些？

2.测量公法线长度时，卡尺的卡脚若放在渐开线齿廓的不同位置上，对所测定的公法线长度

和

有无影响？

为什么？

1.在测量顶圆直径da和根圆直径df时，对偶数齿和奇数齿的齿数的齿轮在测量方法上有什么不同？

实验报告（实验三）

班别学号姓名

日期成绩教师签名

一、测量与计算结果

齿轮齿数Z

跨测齿数K

公法线长度测量值

测量次数

1

2

3

公法线长度平均值

基节Pb=

-

m=

α=20°

α=15°

与标准比较后取值

m

α

公法线长度计算值Wk

变位系数X=

判断齿轮

属标准齿轮

属变位齿轮

齿轮的其他参数

测量值

计算值

测量值

计算值

测量值

计算值

分度圆直径d

顶圆直径do

根圆直径df

分度圆弦齿厚S

分度圆弦齿高ho

二、思考题讨论

附表3—1标准直齿圆柱齿轮公法线长度Wk与卡测齿数K（α=20°）

Z

12

18

25

33

34

Wko（m=1mm）

4.582

4.680

7.730

10.795

10.809

K

2

2

3

4

4

注：

1.当m≠1时，公法线长度：

Wk等于表中数值乘以该轮模数而得。

2.变位直齿圆柱齿轮公法线长度Wk=（Wko+0.684x）m

卡测齿数

=0.111Z+0.5+1.75x

附表3—2标准圆柱齿轮分度圆弦齿厚

和弦齿高

（α=20°，m=1mm，

=1）

Z

12

18

25

33

34

1.5663

1.5688

1.5698

1.5702

1.5702

1.559

1.0342

1.0247

1.0187

1.0181

注：

当m≠1时，实际的

和

值可用表中数值第乘以该模数m而得。

实验四减速装拆装及轴系测绘

一、实验目的

了解减速器的结构、各零件作用及装配关系。

了解减速器装配的基本要求。

加深对轴系部件结构的理解。

熟悉并掌握轴、轴承、轴上零件结构和功用、工艺要求、尺寸装配关系及轴上零件定位和固定方法。

二、实验要求

1.按正确程序拆开减速器，分析减速器结构及各零件功用。

2.测定减速器的主要参数，绘出传动示意图。

画轴系结构装配图一张。

3.测量减速器传动副的齿侧间隙及接触斑点。

三、实验设备及工具

齿轮减速器、蜗杆减速器、钢尺、游标卡尺、内、外卡尺、铅丝、涂料等。

四、实验步骤

1.开箱盖前先观察减速器外部形状，判断传动方式、级数、输入和输出轴。

并观察有哪些箱体附件。

2.拧下箱盖与底座联接螺栓及端盖螺钉，拔出定位销，借助起盖螺钉顶起减速器箱盖。

3.边拆卸边观察，并就箱体形状，轴系零件的定位的固定，润滑密封方式，箱体附件（如通气器、油标、油塞、起盖螺钉、定位销等）结构和作用，位置要求和零件材料等进行分析。

4.画传动示意图，测定减速器的主要参数a、m、Z1、Z2……等，测得的参数或计算得出的参数记录于表中。

传动示意图也应注明必要的参数。

5.轴系结构测绘

轴系结构分析：

分析和测绘轴系结构，明确轴系结构设计需要满足的要求。

应了解轴的各部分结构作用，形状尺寸，它与强度、刚度、加工装配的关系，轴上各零件的用途、轴承类型、布置、安装调整方式、轴和轴上零件的定位及固定方法、润滑和密封等。

画轴系结构装配图一张：

将测得各零件的定位及固定方法、润滑和密封等。

6.测量齿侧间隙：

在两轮齿之间插入一铅丝，其厚度稍大于所假设的侧隙，转动齿

轮，使两齿面间的铅丝被辗压，然后取出铅丝，用游标卡尺测出被辗压后铅丝的厚度，以检验该对齿轮的齿侧间隙是否符合JB179—83标准的要求。

7.检查接触斑点。

仔细擦净每一个轮齿在主动轮3～4个轮齿上均匀地涂上一薄层涂料（如红丹油），在从动轮被轻轻制动下，用手转动主动轮，然后确定从动轮轮齿上接触斑点的分布情况和尺寸。

接触斑点的大小在齿面展开图上用百分比计算（图4—1）。

沿齿长方向：

接触斑点的长度

（除去超过模数值的的断开的部分C）与工作长度

之比，即

沿齿高方向，接触斑点的平均高度

和工作高度

之比，即

检查是否符合JB标准中所规定的接触精度要求。

五、思考题

1.试说明减速器各零件的名称及其作用？

2.试述减速器的拆装步骤？

3.试以中间轴或低速轴为例，说明轴上零件的周向固定和轴向固定？

4.减速器的齿轮和轴承采用什么方法润滑？

实验报告（实验四）

班别学号姓名

日期成绩教师

一、实验结果

1.减速器传动示意图

2.减速器传动参数表4—1

齿轮减速器

蜗轮减速器

名称

符合

高速级

低速级

名称

符合

高速级

低速级

中心距

a

中心距

a

模数

m

模数

m

压力角

α

压力角

α

螺旋角

β

蜗杆头数

Z1

齿数

z2/z1

蜗轮齿数

Z2

变位系数

X1、X2

特性系数

q

传动比

i

蜗杆升角

λ

变位系数

X

3.装配要求测定表4—2

减速器名称

设备编号

精度等级

（JB179—83）

高速级齿轮

低速级齿轮

项目

测量值

标准值

结果比较

齿侧间隙

（jn）

高速级齿轮

低速级齿轮

接触斑点

（%）

沿齿长方向

沿齿高方向

4.轴系结构装配图（草图）