齿轮范成实验

一、实验目的

1．掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓的基本原理；观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程。

2．了解渐开线齿轮产生根切和齿顶变尖现象的原因及用变位修正来避免根切的方法。

3．分析、比较标准齿轮和变位齿轮的异同。

二、实验仪器设备

1．齿轮范成仪；

2．圆规，三角尺，剪刀，铅笔，Φ220圆形绘图纸一张（学生自备）等常用绘图工具；

三、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轮齿的一种方法。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮胚，二者对滚时，如同一对齿轮互相啮合传动一样。同时刀具还沿轮胚的轴向做切削运动，最后在轮胚上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮胚。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具和轮胚对滚时。刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然亦为渐开线 。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮胚每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。

四、实验内容和步骤

1．被加工齿轮的模数m=20mm，z=8和变位系数分别为X1=﹢0.5，X2=—0.5，分别计算其分度圆、基圆、齿顶圆和齿根圆半径等参数，填入实验报告表内。（表5-1）

2．将圆形绘图纸分成三等份，并轻轻画出各自的角平分线；再画出分度圆、基圆及各自的齿顶圆和齿根圆，其参数及尺寸应分别标注清楚。

3．将绘制好的齿坯装在圆盘上，并压在齿条刀具下后用压环螺母固定。

4．松开齿条刀具上的锁紧螺钉，调整刀具径向位置，使刀具的节线和齿坯分度圆相切，拧紧锁紧螺钉。

5．将齿条刀具推至左边（或右边）极限位置，用笔在轮坯上画出齿条刀具的齿廓曲线，然后向右（或左）每次移动刀具2～3mm画一次刀具齿廓曲线，直到绘出2～3个完整的齿廓为止。这些齿廓的包络线即为标准渐开线齿轮的齿廓。

6．调整刀具径向位置，和上一步骤类似，使齿条刀具的分度线相对于绘制标准齿轮的位置下移10mm距离（正变位）或上移10mm距离（负变位），分别绘制正变位和负变位齿轮的齿廓。

五、数据处理和分析

1．原始数据

m= 20mm，α=20°，h*a=1，c*=0.25，z=8 2．齿轮几何参数计算

表5-1 齿轮几何参数计算

计 算 结 果 项 目 分度圆半径 变位系数 变位量 基圆半径 齿顶圆半径 齿根圆半径 计算公式 标准齿轮 r=mz/2 / x·m rb=mzcosα/2 ra=mz/2+ham+xm rf=mz/2-ham-c*m+xm **正变位齿轮 负变位齿轮 3．粘贴绘制后的齿廓曲线图纸。

六、思考题

1．通过实验，说明根切现象是什么原因引起的？如何避免根切？

2．比较用同一条齿条刀具加工出来的标准齿轮和变位齿轮的几何参数：m、α、r、ra、rb、rf、ha、hf、h、p、s、e中哪些变了？哪些没变？为什么？

齿轮效率实验

一、实验目的

1．了解封闭（闭式）齿轮传动实验台的结构特点和工作原理。 2．在封闭齿轮传动实验台上测定齿轮的传动效率。

二、实验仪器设备

CLS-II型齿轮传动实验台

三、实验原理

1．封闭功率流方向的确定

由实验台原理图可知，实验台空载时，悬臂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上一定载荷之后，悬臂齿轮箱会产生一定角度的翻转，这时扭力轴将有一力矩T9 作用于齿轮（其方向为顺时针），万向节轴也有一力矩T9′用于齿轮9′（其方向也顺时针，如忽略磨擦，T9′=T9）。当电机顺时针方向以角速度ω转动时，T9 和ω的方向相同，T9ˊ和ω方向相反，故这时齿轮9为主动轮，齿轮9ˊ为从动轮，同理齿轮 5ˊ为主动轮，齿轮5为从动轮，封闭功率流的大小为：

Pa=T9N9/9550=P9ˊ(KW)

该功率流的大小决定于加载力矩和扭力轴的转速，而不是决定于电动机。电机提供的功率仅为封闭传动中损耗功率，即：P1=P9-P9η总

故η总=（P9-P1）/P9=（T9-T1）/T9 单对齿轮η=[（T9- T1）/ T9]1/2 2．封闭力矩T9的确定

当悬臂齿轮箱杠杆加上载荷后，齿轮9，齿轮9‘就会产生扭矩，其方向都是顺时针，对齿轮9‘中心取矩，得到封闭扭矩T9：

T9=WL/2（N·m）

W—所加砝码重力（N） L—加载杠杆长度

L=0.3m

平均效率为：（本实验台电机为顺时针）

η=[（T9- T1）/ T9]1/2

T1—电机输出转矩（电测箱输出转矩显示值）

四、实验内容和步骤

1．打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。

2．打开电源，按一下“清零键”进行清零，此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“.”，说明系统处于“自动校零”状态，校零结束后，转矩显示为“0”。

3．在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋纽，使电动机转速为600r/min. 4．在砝码吊篮上加上第一个砝码，并微调转速使其始终保持在预定转速（600r/min）左右，在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值），记录输出转速和转矩的数值。

5．在砝码吊篮上加上第二个砝码，从复上述操作并记录输出转速和转矩的数值。 6．重复上述操作，直至加上8个砝码，记录相应数值，实验结束。

7．记录下各组数据后，应先将电机转速慢慢调速至零，然后卸去砝码，再关闭实验台电源。

8．由记录数据，作出齿轮传动的传动效率η- T9曲线。

五、数据处理和分析

1．实验数据

实验数据

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 砝码重量W 10N 20N 30N 40N 50M 60N 70N 80N 转速n 电机转矩T1 负载力矩T9 齿轮效率η 2．绘制传动效率（η-T9）曲线

六、思考题