机械性能及工作能力测定实验(精)

第七章机械性能及工作能力测定实验

7.1 概述

机械零部件的性能和工作能力直接影响机械产品的质量。

机械零部件的性能和工作能力与运动学和动力学特性、承载能力、精确度等密切相关，机械零件加工制造过程的很多问题也难以进行精确的理论分析和定量研究，因此必须通过实验方法进行机械零部件的性能和工作能力的测试。工程设计中许多系数和工作能力的确定都是在大量试验的基础上得出的。机械性能和工作能力的测试项目和内容十分广泛，需根据具体情况而定。

机械零部件工作能力和性能的试验方法一般分为台架试验和现场实际运行试验两大类。试验项目根据具体机械类型、要求和结构而定。例如齿轮的检测包括运动精度、传动平稳性、接触精度、齿侧间隙等等。滑动轴承实验是测量滑动轴承轴套与转轴间隙中的油膜在圆周方向的压力分布。带传动实验主要是测定弹性滑动和打滑，并求出带传动的工作效率。带传动效率实验是在预定带的圆周速度值、预紧力值的条件下，测量工作载荷F由小到大过程中，效率的变化情况。

根据教学基本要求，本章介绍几个机械基础实验，以便了解机械性能和工作能力测试的实验原理、装置、方法和技能。实验过程还应注意下面几点：

1)实验原理和方案的正确性、可能性和合理性；

2)实验设备能满足实验目的和要求，并具有合适的准确度和足够的强度和刚度。

3)实验条件应尽量符合实际工况，并尽量节省人力、物力。

4)加载部件是试验机的关键部分，要正确标定，并能实现空载起动、加载准确、可靠、稳定，在运转中能改变加载的大小和方向，便于测量。

5)合理设计和准备试件。

6)注意观察和采集数据，实验完毕要正确撰写实验报告。

7.2 齿轮检测技术

齿轮机构是各种机构中应用最为广泛的一种机构。它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传动平稳、准确可靠、传动效率高、使用寿命长等特点。

齿轮机构的应用广泛，种类繁多，其中直齿圆柱齿轮是齿轮机构中应用最广、最简单、最基本的一种类型。齿轮检测的内容包括运动精度、传动平稳性、接触精度、齿侧间隙等等。本节主要以直齿圆柱齿轮为对象讲述有关齿轮的检测技术，主要包括齿轮基本参数的测定和齿轮的范成技术。

7.2.1齿轮基本参数的检测实验

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 、齿顶高

h、顶隙系数*c和变位系数x等。这些参数可以通过测量而获得。

系数*

a

齿数z齿轮圆周表面上的轮齿总数。

模数m 当给定齿轮的齿数z 及齿距p 时，分度圆直径可由下式求出。 πpz d =

但由于π为无理数，给设计、制造等带来不便。为了便于设计、制造及互换使用，于是将πp 规定为标准值，此值称为模数m ，即πp m =，单位为mm 。模数m 是决定齿轮尺寸的一个基本参数，齿数相同的齿轮，模数越大，则齿轮尺寸也越大。为了便于制造、检验和互换使用，齿轮的模数已标准化，如表7－1所示。

表7－1 标准模数系列

注：选用模数时，应优先选用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽量不用

压力角α 如图7－1所示 齿廓接触点i K 所受的正压力方向（即齿廓在该点的法线方向）与该齿轮绕轴心O 转动的线速度方向所夹的锐角称为渐开线在该处的压力角，用i α表示。齿廓上各点的压力角是不相同的，压力角的大小影响齿轮的传力效果及齿轮的抗弯强度，我国规定分度圆上的压力角为标准值，即︒

=20α 。在某些场合也可采用

︒=5.14α、︒15、︒5.22、︒25和︒28等的齿轮

图 7－1

齿顶高系数*

a h 和顶隙系数*

c ，齿轮的齿顶圆和齿根圆之间的径向尺寸称为齿全高，

用h 表示，而分度圆以上的齿高称为齿顶高，用a h 表示，m h h a a *

=。分度圆以下的齿

高称为齿根高，用f h 表示，m c h h a f )(**+=。式中*a h 和*

c 分别称为齿顶高系数和顶

隙系数。这两个系数在我国也已经标准化，其标准值为1*=a h ，25.0*

=c 。也有非标准的短齿，其值为8.0*=a h ，3.0*

=c 。

7.2.1.1很大实验目的

1．掌握应用游标卡尺测量渐开线齿轮的有关尺寸，从而确定齿轮的基本参数的简单方

法；

2. 通过测量和计算，掌握齿轮各部分尺寸与基本参数的关系，理解和巩固渐开线的性

质。

7.2.1.2 实验设备与工具 1. 被测量齿轮； 2．游标卡尺；

2. 学生自备计算器、纸和笔等文具。 7.2.1.3 实验原理

齿轮各部分尺寸一般可以用普通量具测量，而各部分尺寸又与齿轮的齿数z 、模数m 、压力角α、齿顶高系数*

a h 和变位系数x 等基本参数之间有确定的关系，所以通过测量齿轮

的有关尺寸，可以计算出齿轮的基本参数。

本实验利用游标卡尺测量齿轮的齿顶圆直径，齿根圆直径和公法线长度，从而计算出齿轮基本参数。如图7-2所示，用游标卡尺两量爪的测量平面与渐开线齿廓相切，所测量的跨距称为齿轮的公法线长度，以w 表示。游标卡尺的两量爪所跨的齿数n 不能太少也不能太多,跨齿数n 由齿轮的齿数z 决定，可查看表

7-2.

图7－2

表7－2

n b b n s p n w +-=)1( …………………………………………… (7-1) 同理，如果跨齿数为(n+l)，其公法线长度为；

b b n s np w +=+1 ……………………………………………………(7-2) 由式(2)减式(1)得

n n b w w p -=+1 ……………………………………………… (7-3)

又因 απαcos cos m p p b == 上两式联立可得齿轮模数:

α

παπcos cos 1b

n n p w w m =

-=

+ ……………………………(7-4)

7.2.1.4 实验步骤

(一)、确定齿轮的模数m 和压力角α

1. 记录被测齿轮的编号和齿数z ，根据z 查表7－2可得跨齿数n 。

2. 用游标卡尺尽量精确地测量跨n 个和(n+l)个齿的公法线长度各三次，每次测量不同的齿廓，而且必须使量爪的测量平面与齿廓相切，然后记下每次的读数，并填入实验报告书的表7－4中，取其平均值作为公法线长度n w 和1+n w 。

3．将n w 和1+n w 和︒=20α或︒=15α代入式(4)，计算出模数︒=20αm 和︒=15αm ,然后把它们与标准模数系列表(GB1357-87)比较，选取其中与某标准模数同值或与其接近的标准模数作为该齿轮的模数m(标准化)，而它所对应的压力角就是齿轮的压力角α。

(二）、确定齿轮的变位系数x 根据齿轮基圆齿厚公式

ααααπ

inv mz xtg m s b cos cos )22

(

++= ………………………… …………(7-5)

将公式(3)代入式(2)整理得:

1)1(+--=n n b w n nw s ……………………………………………… ……(7-6)

将上两式联立整理后，得到变位系数

ααπ

αtg zinv m s x b 2)

2

cos (

--= ……………………………………………………(7-7) （三）、确定齿顶高系数*a h 和顶隙系数*

c

用游标卡尺尽量精确地测量齿顶圆直径和齿根圆直径各三次,并取其平均值，作为a

d '和f d '填入表7－4中。计算分度圆直径d=zm ，并利用齿顶高公式

2

d d h a

a -'= …………………………………………(7-8)

又因： )(*

x h m h a a += ……………………………………(7-9)

由（8）和（9）式得齿顶高系数

x m

d d h a a --'=2*

…………………………………(7-10)

由式（10）计算出的齿顶高系数*

a h 应符合标准值，然后查表7－3取其对应的标准顶隙系数