实验四机构运动简图测绘
一、实验目的
1.对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感。

2.培养依照实物机械绘制其机构运动简图的能力。

3.熟悉机构自由度的计算方法。

二、实验设备及用具
1.牛头刨床模型，抛光机模型等各种机构模型
2.学生自备：圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮及草稿纸等。

三、实验要求
实验前必须认真预习实验指导书和阅读教材中的有关章节，熟悉绘制机构运动简图的基本要求，掌握机构自由度的计算方法。

实验时根据给出的机构模型，仔细观察和分析后，正确绘制机构运动简图。

要求每位同学画出3~4个机构运动简图，并计算机构自由度，把计算结果与实际机构进行比较，验证其有无错误。

四、基本原理
机构的运动与机构中构件的数目、运动副的类型、数目及运动副的相对位置有关，而与构件的外形、组成构件的零件数目及固联方式、运动副的具体结构等无关。

因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的符号来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，即可表明机构中运动传递的情况。

五、绘制机构运动简图的方法
1．了解要绘制的机械的名称及功用，认清机械的原动件及工作构件（执行机构）。

2．缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件，运动副的数目及其性质。

在了解活动构件及运动副数时，要注意到如下两种情况：
1.当两构件间的相对运动很小时，易误认作为一个构件；
2.由于制造的不精确，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认作为两个构件，碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。

3.要选择最能表示机构特征的平面为视图平面；同时，要将原动件放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。

4.按GB138-74中规定的符号绘制机构运动简图，在绘制时，应从原动件开始，先画出运动副，再用线联接属于同一构件的各运动副，即得各相应的构件。

原动件的运动方向用箭头标出。

在绘制时，在不影响机构运动特征的前提下，允许移动部分 的相对位置，以求图形清晰。

初步绘制时可按大致比例作图（称之为机构示意图）。

图作完后，从原动件开始分别用1、2、3……标明各构件，再用A 、B 、C ……标明各运动副。

5.仔细测量机构的各运动学尺寸（如转动副间的中心距，移动副导路的位置等），对于高副则应仔细测出高副的轮廓曲线及其位置，然后以一适当比例尺μ1作出正式的机构运动简图。

六、计算机构的自由度
对于平面机构其自由度可按如下公式计算： h l P P n F --=23
式中：n ——机构中活动构件的数目； l P ——机构中低副的数目； h P ——机构中高副的数目。

在计算中要注意机构中出现的复合铰链，局部自由度，虚约束等特殊情况。

若计算的机构自由度与实际自由度不一致时，应找出错误原因，加以纠正。

七、思考题
1.作为一个工程技术人员，为什么必须熟练掌握机构运动简图的绘制？
2.一个正确的机构运动简图应说明哪些内容？
3.在绘制机构运动简图时，原动件取在不同位置，会不会影响简图的正确性？
4.机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？
实验七 渐开线齿轮范成原理
一、实验目的
1．掌握范成法切制渐开线齿轮的原理，观察齿轮渐开线齿廓及齿根过渡曲线的形成过程；
2．了解齿轮轮齿的根切现象，产生和原因和发生根切后齿形； 3．了解应用变位法避免根切及变位后所范成的齿形； 4．比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

二、实验设备及用具
1．齿轮范成仪（齿条刀:m=10，α=20°）、剪刀； 2．图纸A 3一张、铅笔、圆规、三角板。

（学生自备） 三、基本原理
范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时，其共轭齿廓互为包络的原理来加工轮齿的一种方法。

加工时其中一轮（或齿廓条）为刀具，另一轮为毛坯，它们保持固定的速比关系，完全和一对真正的齿轮（或齿轮齿条）在啮合的传动一样。

同时刀具还一面作径向进给运动(直至全齿高)，另一面沿轮坯的轴线作切削运动，这样所切制的齿轮的齿廓就是刀刃齿廓各个位置线的包络线。

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为渐开线。

由于在实际加工时看不到刀刃包络出齿轮的过程，故通过齿轮范成实验来表现这一过程。

在实验中所用的齿轮范成仪相当于用齿条型刀具加工齿轮的机床，待加工齿轮的纸坯与刀具模型都安装在范成仪上，由范成仪来保证刀具与轮坯的对滚运动(待加工齿轮的分度圆线速度与刀具的移动速度相等)。

对于在对滚中的刀具与轮坯的各个对应位置，依次用铅笔在纸上描绘出刀具的刀刃廓线，每次所描下的刀刃廓线相当于齿坯在该位置被刀刃所切去的部分。

这样我们就能清楚地观察到刀刃廓线逐渐包络出待加工齿轮的渐开线齿廓，形成轮齿切削加工的全过程。

在范成过程中，轮齿的齿根过渡曲线是用刀具的齿顶尖角（齿条插刀）或齿顶圆角（齿条插刀）加工出来的。

为了能形成被加工齿轮的径向间隙。

刀具的齿顶高应加高，即
25.1)(**
=+=m C h h a a m 。

四、齿轮范成仪的构造
齿轮范成仪的结构简图如图11所示，所用刀具为渐开线齿条刀2，刀具用螺母7固定在溜板3一道在导轨内左右移动。

圆盘4相当于被加工的毛坯，并绕着固定铰链01回转，为保持齿条刀和被加工齿轮间的固定速比关系（齿条刀的移动速度=被加工齿轮的分度圆线速度），圆盘4和溜板3之间用二条钢带6来传动。

O1
图11
齿条刀具的主要参数（图1）
m=10mm ，α=20°，00.1*
=a
h ，25.0*=C
图12 被加工齿轮的主要参数：
m=10 (mm)，α=20°，z =17，.1*
=a h =1
，25.0*=C
五、实验方法和步骤 1．标准齿形的绘制：
（1）计算被加工齿轮的齿数Z ，齿顶圆直径d a ，基圆直径d b 。

需在图纸上画出齿轮顶圆、分度圆、基圆、齿根圆，并按齿顶毛圆φ200剪出；
（2）将图纸装在圆盘4上，注意对准中心，用压板5压紧； （3）调整齿条刀的位置，使齿条的中线与轮坯的分度圆相切； （4）将溜板3移至一极端位置，然后向另一端缓慢移动溜板。

（注意只能向一个方向移动，不得来回移动，否则由于间隙将会影响到所绘制齿廓的精确性），每移动一个小距离后，即用削尖的钢笔或圆珠笔紧贴齿条刀的齿廓在图纸上绘出刀刃位置线。

如此继续进行，直至溜板移至另一极端位置为止。

这时在图纸上形成2～3个完整的轮齿。

最后按齿顶圆剪去多余的毛边。

在绘制过程中，要注意观察轮齿齿廓和齿根曲线的形成过程，并观察有无根切现象。

2．正变位齿轮的绘制
（1）按下式计算齿轮的最小变位系数 17
17*
min Z
h x a
-= 取齿轮的实际变位系数min x x =或稍大于m in x （消除根切） 本实验取x=0.5
（2）计算齿轮的齿顶圆（不考虑齿顶削减）)22(*
x h Z m d a a ++=。

图纸上画出齿顶圆、分度圆、基圆、齿根圆，并按齿顶毛圆φ210剪出；
（3）将图纸装在圆盘4上，注意对准中心，用压板5压紧；
（4）调整齿条刀的位置，使齿条的中线从轮坯的分度圆外移动x ·m 距离（即作正变位）； 其余操作步骤同前。

3．负变位齿轮的绘制与正变位类同。

六：要求：
（1）认真预习实验指导书；
（2）计算好标准、正变位、负变位三种齿形的齿顶圆、齿根圆、分度圆和基圆直径并且把各圆画在毛圆φ200的图纸上（如图A 、B 缩小图所示三等分）；
以上二项必须在进实验室以前完成。

七、思考题
1．什么叫正变位？什么叫负变位？
2．齿条刀具的齿顶和齿根高为什么都等于m C h a )(**
+？
3．正变位、负变位过大的齿轮会出现哪些不良现象？
4．为什么齿条刀具能切出齿轮的渐开线齿廓？
5．通过实验、说明你所观察到的根切现象是怎样的？是由于什么原因？根切现象发生在基圆内还是发生在基圆之外？避免根切的方法有哪些？。