2011-0410-铰链机构.docx

机械设计基础实验指导书吕晓军 编西安航空技术高等专科学校2003年8月目 录实验一、 低碳钢、铸铁的拉伸和压缩实验实验二、扭转实验实验三、弯曲实验实验四、平面机构和机械传动的陈列演示实验五、平面机构运动简图实验六、渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定实验七、渐开线齿廓的范成实验实验八、减速器的拆装及其轴系的结构分析实验九、回转体动平衡实验实验十、皮带传动实验实验一、 低碳钢、铸铁的拉伸和压缩实验1.实验目的（1）观察分析低碳钢的拉伸过程和铸铁的拉伸、压缩过程，比较其力学性能。（2）测定低碳钢材料的、；测定铸铁材料的和。（3）了解万能材料试验机的结构原理，能正确独立操作使用。2.实验设备及工具（1）液压摆式万能材料试验机。（2）xy记录仪。（3）游标卡尺。（4）拉伸和压缩试件。3.拉伸和压缩试件为了便于比较各种材料在拉伸和压缩时的力学性能，拉伸试件按国标GB/T63971986制作，压缩试件按国标GB/T7314-1987制作。如实11图所示，拉伸试件采用哑铃状，由工作部分、圆弧过渡部分和夹持部分组成。若以L表示试件工作部分标距，d 表示试件直径，则拉伸试件有短试件（L5d）和长试件（L10d）两种。本试验采用长试件。 实1-1图 圆形拉伸试件 实1-3图 低碳钢的拉伸曲线 实1-2图 圆形压缩试件 压缩试件通常为圆柱状，如实1-2图所示。试件受压时，两端面与试验机压头间的摩擦力很大，约束了试件的横向变形，试件越短，影响越大，实验结果越不准确。因此，试件应有一定的长度。但是，试件太长又容易产生纵向弯曲而失稳。铸铁压缩实验时取L(12) d。4.实验原理和方法（1）低碳钢拉伸实验 实验中试件变形3D动画演示将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓慢加载（加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高），直至将试件拉断。低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，即FL曲线，如实1-3图所示。用准确的拉伸曲线可直接换算出应力应变曲线。观察拉伸曲线可见试件依次经过弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段等四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。 弹性阶段 是指拉伸图上的OA段。在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应力为比例极限,此部分载荷与变形是成比例的，材料的弹性模量E应在此范围内测定。屈服阶段 对应拉伸图上的BC段。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现的锯齿现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下屈服点。上屈服点对应拉伸图中的B点，记为FSU，即试件发生屈服而力首次下降前的最大力值。下屈服点记为FSL，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志。一般通过指针法或图示法来确定屈服点，综合起来具体做法可概括为：当屈服出现一对峰谷时，则对应于谷低点的位置就是屈服点；当屈服阶段出现多个波动峰谷时，则除去第一个谷值后所余最小谷值点就是屈服点。用上述方法测得屈服载荷，然后计算出屈服点、下屈服点和上屈服点：FS/A ，=FSL /A ，FSU/A。强化阶段 对应于拉伸图中的CD段。变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增强。这也表明材料要继续变形，就要不断增加载荷。在强化阶段如果卸载，弹性变形会随之消失，塑性变形将会永久保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后重新加载时，加载线仍与弹性阶段平行。重新加载后，材料的比例极限明显提高，而塑性性能会相应下降。这种现象称之为形变硬化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料的宝贵性质之一。工程中利用冷作硬化工艺的例子很多，如挤压、冷拔、喷丸等。D点是拉伸曲线的最高点，载荷为Fb，对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限，记为，Fb/A。 缩颈阶段 对应于拉伸图的DE段。载荷达到最大值后，由于材料本身存在缺陷，于是均匀变形转化为集中变形，导致形成缩颈。缩颈阶段，承载面积急剧减小，试件承受的载荷也不断下降，直至断裂。断裂后，试件的弹性变形消失，塑性变形则永久保留在破断的试件上。材料的塑性性能通常用试件断后残留的变形来衡量。轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率和断面收缩率来表示，计算公式见第四章。塑性材料缩颈部分的变形在总变形中占很大比例，研究表明，低碳钢试件缩颈部分的变形占塑性变形的80左右。测定断后伸长率时，缩颈部分及其影响区的塑性变形都包含在内，这就要求断口位置到最邻近的标距端线的距离不小于L/3，此时可直接测量试件标距两端的距离得到L1。否则就要用移位法（见有关资料）使断口居于标距的中央附近。若断口落在标距之外则试验无效。 试件标距对伸长率的影响把试件断裂后的塑性伸长量L分成均匀变形阶段的伸长量L1和缩颈阶段的伸长量L2两部分。研究表明，L1沿试件标距长度均匀分布，L2主要集中于缩颈附近。远离缩颈处的变形较小，L1要比L2小得多，一般L1不会超过L2的5。实验与理论研究表明，L1与试件初始标距长度L成正比，而L2与试样横截面面积的大小A有关，伸长率为，其中、是材料常数。则对于同一种材料，只有在试件的值为常数的条件下，其断后伸长率才是常数。若面积A相同时，L大，则小；反之，则大。故有。（2）铸铁拉伸实验 实验中试件变形3D动画演示铸铁是典型的脆性材料，拉伸曲线如实1-4图所示，可以近似认为经弹性阶段直接断裂。断裂面平齐且为闪光的结晶状组织，说明是由拉应力引起的。其强度指标也只有抗拉强度，用实验测得的最大力值Fb，除以试样的原始面积A，就得到铸铁的抗拉强度，即=Fb/A。 图1-7 实1-4图 铸铁的拉伸曲线实1-5图 铸铁压缩试验a)压缩试验时球形支承垫 b)铸铁压缩图 c)铸铁试样在压缩下的破坏图（3）铸铁压缩实验 铸铁压缩3D动画铸铁在压缩实验过程中，压缩曲线有明显的非线性。试件在到达最大压缩载荷时有明显的塑性变形，圆柱形被压缩成鼓形，最后破坏。测出压缩破坏载荷Fb，按式=Fb/A计算铸铁的抗压强度。进行压缩试验时，常用球面支承加载，以保证试件端面与垫板均匀接触、均匀受压和压力通过试件轴线。实l-5图给出了铸铁压缩试验的支承、曲线和断口情况。5.实验步骤(1)试件准备 在低碳钢试件上划出长度为L的标距线，并把L分成n等份（一般10等份）。对于拉伸试件，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向测量直径，以其平均值计算各横截面面积，再取三者中的最小值为试件的A。对于压缩试件，以试件中间截面相互垂直方向直径的平均值计算A。(2)试验机准备 对于液压试验机，根据试件的材料和尺寸选择合适的示力盘和相应的摆锤。对于电子拉力试验机，要选择合适的量程和加载速度。标定记录仪的轴（一般为变形L）和轴（一般为拉力F）。(3)安装试件(4)正式实验 控制液压机的进油阀或电子拉力试验机的升降开关缓慢加载。实验过程中，注意记录FS值。屈服阶段后，打开峰值保持开关，以便自动记录Fb值。(5)关机取试件 试件破坏后，立即关机。取下试件，量取有关尺寸。观察断口形貌。6.实验结果处理以表格的形式处理实验结果。根据记录的原始数据，计算出低碳钢的、和，铸铁的抗拉强度和抗压强度。7.思考题(1)本次实验自动绘制的低碳钢拉伸曲线中，横坐标量L与试件标距内的变形量是否一致，为什么？(2) 材料和面积相同而标距长短不同的两根比例试样，其断后伸长率和是否相同？(3) 实验时如何观察低碳钢的屈服点？测定时为何要对加载速度提出要求？(4) 比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸和压缩的断口，分析破坏的力学原因。实验报告1实验名称日 期班 级姓 名学号成 绩1.试件尺寸拉伸试件尺寸试验前试验后材料名称标距L/mm直径d/mm最小截面断后标距缩颈直径缩颈面积A/mm2L1/mmd1/mmA1/mm2平均平均平均压缩试件尺寸材料直径d/mm长度L/mm2.实验数据及计算结果受力形式材料强 度塑 性屈服载荷Fs/kN最大载荷Fb/kN屈服点s/MPa抗拉(压)强度b/MPa伸长率(%)断面收缩率(%)拉伸压缩3.绘制一曲线图（在下面三图中绘制出低碳钢、铸铁的拉压曲线图） 图1 图2 图3 实验二、扭转实验 一、试验目的 1、测定低碳钢的剪切弹性模量，验证扭转时的虎克定律；2、观察比较低碳钢和铸铁在扭转时的破坏现象。二 、实验设备仪器1、NT50型扭转实验机2、扭角仪3、游标卡尺 三、试件 本实验铸铁、低碳钢都用圆试件，其直径d=10，试件的其它尺寸视扭转机夹头形式而定。四、实验原理及方法 1、验证扭转时的虎克定律. 最大剪应力不超过材料的比例极限时,相对扭转角与扭矩T有如下关系. =TL0/GIp 式中L0、G、Ip皆为常值,T、为变量;若有一扭矩T则对应一值,每增加同样大小的扭矩T,扭转角的增量大致相等,这就验证了虎克定律.2、扭转破坏Tn曲线. 低碳钢铸铁低碳钢和铸铁试件受扭直至破坏,它们的T曲线如图所示.低碳钢有直线段,有明显的屈服阶段,测力指针暂时不动或摆动,而扭转角很快增加.最终破坏时,可看到低碳钢试件的扭转角非常大,沿横截面扭断,而铸铁试件的扭转角很小,沿4555螺旋面扭断。五、实验步骤将试件装在NT50型扭转实验机上,试件上涂以颜色线条,校正示力盘指针为零,打开(或调整)自动绘图装置开关。旋转电位器加扭矩至试件破坏。取下破坏试件,观察试件的破坏情况。低碳钢扭转实验3D动画 铸铁扭转实验3D动画实验三、弯曲实验 一、实验目的1.学习用电测法测量应力的方法；2.研究纯弯曲梁的应力分布；3.验证直梁弯曲正应力计算公式；4.测定弯曲时的中点挠度并与理论共识进行比较。二、实验设备及仪器1.液压万能实验机；2.电阻应变仪，预调平衡箱；3.表架、百分表。三、实验用试件机装置矩形截面梁试件，材料为A3钢，试件尺寸及实验装置简图简下图：载荷通过副梁及两个磙子施加到试件上，应变片接线采用多点半桥式接法。R6为温度补偿片，五个工作片的粘贴位置为顶面1。底面5、中性层3及距中性层h/4处的2、4。四、实验原理：1.纯弯曲梁衡截面上应力的测试及应力的分布规律实验采用等载荷增量法。当载荷P作用时利用应变仪可测出相应的应变度ds,根据胡克定律实=Eds，平均可求得个点正应力分布图，可看出纯弯曲梁正应力分规律。利用理论公式计算正应力理=M/l *Y. 其中M=Pa/2,如果理和实的结果基本吻合。即说明理论公式是正确的。2直梁弯曲时中点挠度测定实验采用等载荷增量法，在载荷P的作用下从百分表上可直接读出梁中点C处的挠度Yc实，与理论公式Yc=Pa(3L*L-4a*a)/48Ei的计算结果比较，如果基本吻合则说明理论公式式正确的。五、实验步骤1.将应变仪预调平衡，百分表指针对零，试验机按操作规程调整。2.把5KN作为处载荷，按P=5KN加载至20KN,记录各级载荷下的应变仪读数及百分表读数Yc实。3.卸载，关闭应变仪选择开关。低碳钢弯曲模拟动画 低碳钢弯曲模拟动画实验四、平面机构和机械传动的陈列演示一、 实验目的1“机械设计基础”是高校工科有关专业的一门重要的技术基础课，主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。是一门实践性很强的课程。学生在学习这门课程中必须做到理论联系实际。通过本实验把“机械设计基础”这门课程的绪论部分和课程具体内容有机的联系起来。2通过本实验使学生更具体的了解本课程的具体内容，初步了解平面机构和机械传动及通过零部件结构特点、组成、运动和传动特点。使学生对于学习本科程的具体内容及学习方法做到心中有数。二、 实验步骤1 实验室有两种模型陈列柜：一组为机械原理部分，另一组为机械设计部分。首先让同学观看机械原理部分（平面机构的结构、组成、运动特点），然后观看机械传动部分。实验时让平面机构和机械传动动起来，老师对每一部分进行介绍。2 观看通用零部件。因每种零部件上都有说明。所以这一部分可以采取教师介绍的方法和同学自己观看的办法，让学生初步了解各种通用零部件的结构特点及用处。第一柜 ,机器的组成及特征 单缸内燃机、颚式破碎机、缝纫机、运动副（转动副、移动副、平面高副） 第二柜 ,平面连杆机构 五杆铰链机构、曲柄滑块机构、大筛机构、铰链机构、铰链四杆机构、搅拌机、惯性筛机构、机车车辆机构、鹤式起重机、转动导杆机构（牛头刨床主运动机构、小型刨床）曲柄摇块机构、曲柄移动导杆机构、双转块机构、双滑块机构、曲柄摇杆机构的极位夹角、有急回特性的机构、夹紧机构 第三柜 ,凸轮机构 内燃机配气机构、靠模车削机构、自动送料机构、分度转位机构、力锁合凸轮（靠重力、弹簧力）、形锁合凸轮（沟槽凸轮、等宽凸轮、兴轭凸轮） 第四柜 ,间歇运动机构 棘轮机构、双动式棘轮机构（钩头双动式棘爪、直头双动式棘爪）双向棘轮机构、槽轮机构、内啮合槽轮机构、空间槽轮机械、六角车床上的槽轮机构、外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构 第五柜 ,带传动平带传动（张紧轮装置）、V带传动、（带定期张紧紧装置、滑道式）、V带传动（带定期张紧装置，摆架式）、V带传动（带的自动张紧装置）、园型带传动（张紧轮装置）、同步带传动、V带轮的结构4种 第六柜 ,螺纹联接和螺旋传动 螺纹的牙型（三角形、矩形、梯形、锯齿形）、螺纹的旋向（右旋、左旋）、螺纹的线数，螺距和导程、螺栓联接、双头螺栓联接、螺钉联接、紧定螺钉联接、常用标准螺纹联接件（六角头螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉、六角螺母、垫圈）、常用的防松方法（弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母、槽形螺母和开口销、圆螺母用带翅垫片、止动垫片、冲点法防松、粘合防松、永久防松、串联钢丝）承受横向载荷的减载装置（用减载销、用减载套筒、用减载键）、螺栓承受偏心载荷、凸台与沉头座的应用、斜面垫圈的应用、受横向载荷的螺栓组联接、改善螺纹牙间载荷分布、柔性螺栓、螺母下装弹性元件、金属垫片和密封环密封、螺旋千斤顶、机床刀架进给机构、插管式外循环滚动螺旋 第七柜 ,螺纹联接和螺旋传动链传动、齿形链、滚子链、双排滚子链、滚子链接头型式（A、B、C）、链轮结构（A、B、C）、链传动的张紧（A、B） 第八柜 ,齿轮传动 外啮合直齿圆柱齿轮传动、内啮合直齿圆柱齿轮传动、齿轮齿条传动、外啮合斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动、传递相交轴运动（直齿锥齿轮传动、斜齿锥齿轮传动、曲线齿齿轮传动）、传递交错轴运动（蜗杆蜗轮） 第九柜 ,齿轮的基本性质 齿轮各部分的名称和符号、渐开线的形式、正确啮合条件、仿开法切制齿轮、展成法切制齿轮、轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、渐开线曲面形成、斜齿条的压力角、斜齿圆柱齿轮的受力分析、圆锥齿轮的受力分析、齿轮轴、实体式齿轮、腹板式圆柱圆锥齿轮、铸造轮辐式圆柱齿轮 第十柜 ,轮系 定轴齿轮系（A、B）、平面行星齿轮第（A、B）、空间行星齿轮系、行星减速器中的齿轮系、可变向的齿轮系、汽车后桥差速器、摆线针轮传动机构、谐波齿轮传动、减速器 第十一柜 ,轴和轴毂联接传动轴、直轴（光轴、阶梯轴、空心轴）、曲轴、挠性钢丝轴、圆螺母定位、弹性档圈固定、紧定螺钉固定、压板轴端固定装置、平键联接、导向平键联接、楔键联接、半圆键联接、花键联接 第十二柜 ,轴承滚动体的种类、调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、轴承的直径系列、内圈轴向固定的常用方法、外圈轴向锁紧方法、全固式支承、固游式支承、整体式径向滑支轴承、部分式径向滑动轴承、油孔、油沟 第十三柜 ,其它常用零部件 套筒联轴器、凸缘联轴器、万向联轴器、齿轮联轴器、弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、牙嵌式离合器、磨擦离合器、牙嵌式安全离合器、滚柱式超越离合器、圆截面压缩弹簧、圆截面拉伸、盘簧、板弹簧、圆截面扭转弹簧 实验五、平面机构运动简图一、 实验目的由于实际的机械往往都具有很复杂的外形和结构，为了便于对机构进行分析，通常是先从实际的机械中绘出能反映出机构的运动特性和组织情况的机构运动简图再根据它进行机构的结构、运动和动力分析。1 掌握从实际机械中绘出机构运动简图的原则、方法和技巧。2 进一步巩固机构结构分析的基本原理。3 验证和巩固机构活动度的计算。二、 实验步骤1 测绘时使测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构运动，分清各运动单位，确定原动件、机架、传动部件和执行部件。从而确定组成机构的构件数目，运动副的数目。2 根据联接构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的种类。3 要选择最能表现机构特征的平面作为视图平面。4 在稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接次序逐步画出机构运动简图的草图。然后用数字1、2、3 分别标出各构件，用A、B、C 分别标出各运动副。5 仔细测量机构各运动尺寸（如转动副间的中心距、移动副导路的位置），对于高副则应仔细测出高副的轮廓曲线及其位置，然后以适当的比例做出机构运动简图绘制机构运动简图的步骤 1、搞清机械的实际构造、动作原理和运动情况， 2、沿运动传递路线，逐一分析每两个构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 3、恰当选择运动简图的视图平面，通常选择机械中多数构件的运动平面为视图平面。 4、选择恰当的作图比例尺。 5、确定各运动副的相对位置，用各运动副的代表符号、常用机构运动简图符号和简单线条，绘制机构运动简图。 6、在原动件上标出箭头以表示其运动方向。三、绘制机构运动简图实用技巧1、绘制机构运动简图实例1 2、绘制机构运动简图实例2四、计算自由度1、机构自由度计算 虚约束(Passive Constraint)（1）用双转动副杆联接两构件上距离保持不变的两点 机构运动过程中，如果两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则若用双转动副杆将这两点相连，将带入一个虚约束。 右图机构的自由度是：F=33-24=1,（2）两构件上运动轨迹重合的点用转动副联接 在机构中，如果用转动副联接的时两构件上运动轨迹重合的点，将带入一个虚约束。 右图机构的自由度是：F=33-24=1, （3）机构中对运动不起作用的对称部分 机构的自由度F=33-23-2=12、机构自由度计算: 虚约束(Passive Constraint) 机构的自由度F=37-210=13、机构的高副低代-永久替代- 组成高副的元素都是圆圆半径分别为r1和r2,机构自由度F=32-22-1=1,高副低代后机构自由度F=33-24=14、机构的高副低代-永久替代-组成高副的元素分别为圆和点机构自由度F=32-22-1=1, 高副低代后机构自由度F=33-24=1, 5、机构的高副低代永久替代组成高副的元素分别为圆和直线机构自由度F=32-22-1=1,高副低代后机构自由度F=33-24=1,实验报告5 实验名称日 期班 级姓 名学 号成 绩机构1名称： 机构示意图： 机构运动简图： 机构2名称： 机构示意图： 机构运动简图： 注：实验报告2由学生参照以上格式自制。实验六、渐开线直齿圆柱齿轮的参数测定1.实验目的（1）掌握用常用量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。（2）通过测量和计算，加深理解齿轮各参数之间的相互关系和渐开线的性质。2.实验设备和工具（1）被测齿轮两个（偶、奇数齿各一个）。（2）游标卡尺和公法线千分尺各一把。（3）计算器。3.实验原理（1）通过测量齿顶圆直径与齿根圆直径计算出全齿高，再用试算法确定齿轮的、与。如实4-1图所示，偶数齿齿轮的与可直接用游标卡尺测量；如实4-1图所示，奇数齿齿轮的与须间接测量，则 式中,为齿轮内孔直径（）；为齿轮齿顶圆至内孔壁的径向距离（）；为齿轮齿根圆至内孔壁的径向距离（）。)偶数齿齿轮 )奇数齿齿轮实4-1图 齿轮da与df的测量方法根据，分别将、（正常齿）或、（短齿）代入进行试算，所求得的模数接近标准值者即为该齿轮的实际模数（一定要圆整成标准值）。对于变位齿轮，由于,按上述方法确定时可能会与标准值差异较大而难以圆整。这时可先假定一个的标准值，再根据与后述确定压力角值结合起来验证。若试算出来的接近标准值，即可判断该值是正确的。（2）通过测量公法线长度求出，进而确定齿轮的压力角。按，确定被测齿轮的跨齿数。如实4-2图所示测出跨个齿的公法线长度，然后再测出跨1个齿的公法线长度。实4-2图 齿轮公法线长度的测量于是 则 所求得的值应圆整到标准值，如=20，=15等。（3）计算出变位系数。因为 若测得的与计算出来的相等，则说明，该齿轮为标准齿轮；若 ，则即可求出被测齿轮的变位系数。4.实验步骤（1）熟悉游标卡尺与公法线千分尺的使用和正确读数方法。（2）数出被测齿轮的齿数并作好记录。（3）测量各齿轮的、和。（4）确定各被测齿轮的基本参数：、及变位系数。5.注意事项（1）实验前应检查游标卡尺与公法线千分尺的初读数是否为零，若不为零应设法修正。（2）齿轮被测量的部位应选择在光整无缺陷之处，以免影响测量结果的正确性。在测量公法线长度时，必须保证卡尺与齿廓渐开线相切，若卡入齿时不能保证这一点，需调整卡入齿数为，而。（3）测量齿轮的几何尺寸时，应选择不同位置测量3次，取其平均值作为测量结果。（4）通过实验求出的基本参数、必须圆整为标准值。（5）测量的尺寸精确到小数点后第2位。计算时取小数点后两位数字。6.思考题（1）测量偶数与奇数齿齿轮的与时，所用的方法有什么不同？为什么？（2）由实42图可知，齿轮公法线长度的计算公式为，此公式是依据渐开线的哪条性质推导得到的？（3）影响公法线长度测量精度的因素有哪些？实验报告6实验名称日期班 级姓名学号成绩1.测量数据已知参数测量内容模数制齿轮(正常齿)(短齿)(正常齿)(短齿) 的测量齿数为偶数时(= )被测齿轮编号( )测量次数123平均值 齿数为奇数时(= )被测齿轮编号( )测量次数123平均值 2.计算结果确定、哦=判定被测齿轮是否为标准齿轮，并计算变位系数 结论：实验七、 渐开线齿廓的范成实验1.实验目的（1）掌握展成法加工渐开线齿廓的原理。（2）了解齿轮的根切现象及采用变位修正来避免根切的方法。（3）了解变位后对轮齿尺寸产生的影响。2.实验设备与工具（1）齿轮展成仪。（2）钢直尺、圆规、剪刀。（3）铅笔、三角板、绘图纸。3.实验原理齿轮在实际加工中，看不到轮齿齿廓渐开线的形成过程。本实验通过齿轮展成仪来实现轮坯与刀具之间的相对运动过程，并用铅笔将刀具相对轮坯的各个位置记录在图纸上，这样就能清楚地观察到渐开线齿廓的展成过程。齿轮展成仪所用的刀具模型为齿条插刀，仪器构造如实3-1图所示。实3-1图 齿轮展成仪结构示意图1托盘；2轮坯分度圆；3滑架；4支座；5齿条（刀具）；6调节螺旋；7、9螺钉；8刀架；10压环绘图纸做成圆形轮坯，用压环10固定在托盘1上，托盘可绕固定轴转动。代表齿条刀具的齿条5通过螺钉7固定在刀架8上，刀架装在滑架3上的径向导槽内，旋转螺旋6，可使刀架带着齿条刀具相对于托盘中心作径向移动。因此，齿条刀具5既可以随滑架3作水平左右移动，又可以随刀架一起作径向移动。滑架3与托盘1之间采用齿轮齿条啮合传动，保证轮坯分度圆与滑架基准刻线作纯滚动，当齿条刀具5的分度线与基准刻线对齐时，能展成标准齿轮齿廓。调节齿条刀具相对齿坯中心的径向位置，可以展成变位齿轮齿廓。4.实验步骤（1）展成标准齿轮根据所用展成仪的模数和托盘中心至刀具中线的距离（轮坯分度圆半径），求出被加工标准齿轮的齿数，齿顶圆直径，齿根圆直径和基圆直径。在一张图纸上，分别以、和分度圆直径画出4个同心圆，并将图纸剪成直径为的圆形轮坯。将圆形纸片（轮坯）放在展成仪的托盘1上，使二者圆心重合，然后用压环10和螺钉9将纸片夹紧在托盘上。将展成仪上的齿条5的中线与滑架3上的标尺刻度零线对准（此时齿条刀具的分度线应与圆形纸片上所画的分度圆相切）。实3-2图 标准渐形线齿轮齿廓的展成过程将滑架3推至左（或右）极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸片（代表被加工轮坯）上画下齿条刀具5的齿廓在该位置上的投影线（代表齿条刀具插齿加工每次切削所形成的痕迹）。然后将滑架向右（或左）移动一个很小的距离，此时通过啮合传动带动托盘1也相应转过一个小角度，再将齿条刀具的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸片上。连续重复上实3-3图 正变位渐形线齿轮齿廓的展成过程述工作，绘出齿条刀具的齿廓在各个位置上的投影线，这些投影线的包络线即为被加工齿轮的渐开线齿廓。按上述方法，绘出23个完整的齿形，如实3-2图所示。（2）展成正变位齿轮根据所用展成仪的参数，计算出不发生根切现象时的最小变位系数。然后确定变位系数（），计算变位齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径（和由指导教师计算）。在另一张图纸上，分别以、和分度圆直径画出四个同心圆，并将图纸剪成直径为的圆形轮坯。同展成标准齿轮步骤。将齿条5向离开齿坯中心的方向移动一段距离。同展成标准齿轮步骤。同展成标准齿轮步骤，绘出的齿廓如实3-3图所示。5.注意事项（1）本实验最好选用模数较大（）而分度圆较小的展成仪，使齿数10，以便在展成标准齿轮齿廓时能观察到较为明显的根切现象。（2）代表轮坯的纸片应有一定厚度（用70g以上纸），纸面应平整无明显翘曲，以防在实验过程中顶在齿条5的齿顶部。为了节约实验时间与纸片，亦可将标准齿轮与变位齿轮的轮坯以直径为界画在同一张纸上使用。（3）轮坯纸片装在托盘1上时应固定可靠，在实验过程中不得随意松开或重新固定，否则可能导致实验失败。（4）在做实验步骤时，应自始至终将滑架从一个极限位沿一个方向逐渐推动直到画出所需的全部齿廓，不得来回推动以免展成仪啮合间隙影响实验结果的精确性。6.思考题（1）产生根切现象的原因是什么？如何避免？（2）齿廓曲线是否全是渐开线？（3）变位后齿轮的哪些尺寸不变？轮齿尺寸将发生什么变化？实验报告7 实验名称日期班 级姓名学号成绩1.测量数据基本参数m=z=h*a=c*=变位量X=xm=2.计算结果项 目标准齿轮变位齿轮分度圆直径d/mm齿顶圆直径da/mm齿根圆直径df/mm基圆直径db/mm齿距p/mm分度圆齿厚s/mm分度圆齿槽宽e/mm变位系数x齿形比较 实验八、减速器的拆装及其轴系的结构分析1.实验目的（1）通过对减速器的拆装与观察，了解减速器的整体结构、功能及设计布局。（2）通过减速器的结构分析，了解其如何满足功能要求和强度、刚度要求、工艺（加工与装配）要求及润滑与密封等要求。（3）通过对减速器中某轴系部件的拆装与分析，了解轴上零件的定位方式、轴系与箱体的定位方式、轴承及其间隙调整方法、密封装置等；观察与分析轴的工艺结构。（4）通过对不同类型减速器的分析比较，加深对机械零、部件结构设计的感性认识，为机械零、部件设计打下基础。2.实验设备和工具（1）拆装用减速器 单级直齿圆柱齿轮减速器，两级直齿圆柱齿轮减速器，锥齿轮减速器，蜗杆减速器（下置式）。（2）观察、比较用减速器 单级斜齿圆柱齿轮减速器，两级斜齿圆柱齿轮减速器，蜗杆减速器（上置式），摆线针轮行星减速器。（3）活动扳手、手锤、铜棒、钢直尺、铅丝、轴承拆卸器、游标卡尺、百分表及表架。（4）煤油若干量、油盘若干只。3.减速器的类型与结构减速器是一种由封闭在箱体内的齿轮、蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，装在原动机和工作机之间用来改变轴的转速和转矩，以适应工作机的需要。由于减速器结构紧凑、传动效率高、使用维护方便，因而在工业中应用广泛。减速器常见类型有以下三种：圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器和蜗杆减速器，分别见实5-l图、所示。）单级圆柱齿轮减速器 ）锥齿轮减速器 ）下置式蜗杆减速器实5-1图 减速器的类型在圆柱齿轮减速器中，按齿轮传动级数可分为单级、两级和多级。蜗杆减速器又可分为蜗杆上置式和蜗杆下置式。两级和两级以上的减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式三种形式，分别见实5-2图、所示。展开式用于载荷平稳的场合，分流式用于变载荷的场合，同轴式用于原动机与工作机同轴的特殊的工作场合。减速器的结构随其类型和要求的不同而异，一般由齿轮、轴、轴承、箱体和附件等组成。实5-3图为单级圆柱齿轮减速器的结构图。箱体为剖分式结构，由箱盖和箱座组成，剖分面通过齿轮轴线平面。箱体应有足够的强度和刚度，除适当的壁厚外，还要在轴承座孔处设加强肋以增加支承刚度。 ）展开式 ）分流式 ）同轴式 实5-2图 减速器传动布置形式一般先将箱盖与箱座的剖分面加工平整，合拢后用螺栓联接并以定位销定位，找正后加工轴承孔。对支承同一轴的轴承孔应一次镗出。装配时，在剖分面上不允许用垫片，否则将不能保证轴承孔的圆度误差在允许范围内。箱盖与箱座用一组螺栓联接。为保证轴承孔的联接刚度，轴承座安装螺栓处做出凸台，并使轴承座孔两侧联接螺栓尽量靠近轴承座孔。安装螺栓的凸台处应留有扳手空间。 为便于箱盖与箱座加工及安装定位，在剖分面的长度方向两端各有一个定位圆锥销。箱盖上设有窥视孔，以便观察齿轮或蜗杆蜗轮的啮合情况。窥视孔盖上装有通气 实5-3图 单级圆柱齿轮减速器结构图器，使箱体内外气压平衡，否则易造成漏油。 1起盖螺钉；2通气器；3视孔盖；4箱盖；为便于拆卸箱盖，其上装有起盖螺钉。 5吊耳；6吊钩；7箱座；8油标尺；为拆卸方便，箱盖上设有吊耳或吊环螺 9油塞；10油沟；11定位销钉。为搬运整台减速器，在箱座上铸有吊钩。箱座上设有油标尺用来检查箱内油池的油面高度。最低处有放油油塞，以便排净污油和清洗箱体内腔底部。箱座与基座用地脚螺栓联接，地脚螺栓孔端制成沉孔，并留出扳手空间。4.减速器的润滑与密封减速器的润滑主要指齿轮与轴承的润滑，其润滑方式及润滑剂的选择见第17章。减速器需密封的部位很多，可根据不同的工作条件和使用要求选择不同的密封结构。轴伸出端的密封和轴承靠箱体内侧的密封见第17章。箱体接合面的密封通常于装配时在箱体接合面上涂密封胶或水玻璃。5.实验步骤（1）观察减速器外部结构，判断传动级数、输入轴、输出轴及安装方式。（2）观察减速器的外形与箱体附件，了解附件的功能、结构特点和位置，测出外廓尺寸、中心距、中心高。（3）测定轴承的轴向间隙。固定好百分表，用手推动轴至一端，然后再推动轴至另一端，百分表所指示出的量值差即是轴承轴向间隙的大小。（4）拧下箱盖和箱座联接螺栓，拧下端盖螺钉（嵌入式端盖除外），拔出定位销，借助起盖螺钉打开箱盖。（5）测定齿轮副的侧隙。将一段铅丝插入齿轮间，转动齿轮碾压铅丝，铅丝变形后的厚度即是齿轮副侧隙的大小，用游标卡尺测量其值。（6）仔细观察箱体剖分面及内部结构、箱体内轴系零部件间相互位置关系，确定传动方式。数出齿轮齿数并计算传动比，判定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力、轴承型号及安装方式。绘制机构传动示意图。（7）取出轴系部件，拆零件并观察分析各零件的作用、结构、周向定位、轴向定位、间隙调整、润滑、密封等问题。把各零件编号并分类放置。（8）分析轴承内圈与轴的配合，轴承外圈与机座的配合情况。（9）在煤油里清洗各零件。（10）拆、量、观察分析过程结束后，按拆卸的反顺序装配好减速器。6.注意事项（1）减速器拆装过程中，若需搬动，必须按规则用箱座上的吊钩缓吊轻放，并注意人身安全。（2）拆卸箱盖时应先拆开联接螺钉与定位销，再用起盖螺钉将盖、座分离，然后利用盖上的吊耳或环首螺钉起吊。拆开的箱盖与箱座应注意保护其结合面，防止碰坏或擦伤。（3）拆装轴承时须用专用工具，不得用锤子乱敲。无论是拆卸还是装配，均不得将力施加于外圈上通过滚动体带动内圈，否则将损坏轴承滚道。7.思考题（1）箱体结合面用什么方法密封？（2）减速器箱体上有哪些附件？各起什么作用？分别安排在什么位置？（3）测得的轴承轴向间隙如不符合要求，应如何调整？（4）轴上安装齿轮的一端总要设计成轴肩（或轴环）结构，为什么此处不用轴套？（5）扳手空间如何考虑？