直齿圆柱齿轮的参数测量实验

2.1实验任务

⑴加深理解渐开线的性质、方程及渐开线直齿圆柱齿轮基本参数与几何尺寸间的关系；

⑵掌握用游标卡尺、公法线千分尺和齿轮卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮几何参数的方法；

⑶掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮与变位齿轮的判别方法。

2.2实验内容

⑴测量渐开线标准直齿圆柱齿轮和变位齿轮各一对；

⑵判别标准齿轮和变位齿轮；计算齿轮各部分尺寸。

2.3实验设备与工具

(1)渐开线标准直齿圆柱齿轮和变位齿轮各一对；

(2)游标卡尺、公法线千分尺和齿轮卡尺；

(3)学生自备：笔、计数器。

2.4实验原理

决定渐开线齿轮几何尺寸的是其基本参数，它们是齿数z、模数m、压力角α、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*和变位系数x。其中模数m、压力角α、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*为国家标准中规定的标准值。

在生产中，为修配齿轮，必须对原有齿轮进行测绘，确定基本参数。这些基本参数可以通过游标卡尺、公法线千分尺测量得到的数据根据渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的公式计算出来。

1)模数m的确定

如图一，由渐开线性质可知：齿廓间的公法线长度ab与所对的基圆上的园弧a0b0的长度相等，因此用公法线千分尺卡住K个齿的公法线长度Wk为：

Wk=（K-1）Pb+Sb

式中：Pb——轮齿在基园上的齿距，即基节；mm 

Sb——轮齿在基园上的齿厚

Sb=Srb/r+2rbinvα=rb（S/r+2invα）=Scosα+2rbinvα

K——跨齿数，可查表或用下式计算

K=αz/180°+1/2-2xtgα/m ，计算时因x未知，可先估计一值代入进行计算，注意K一定是个正整数，确定后再代入公式计算Wk。

当公法线千分尺卡住（K+1）个齿时，公法线长度Wk+1为：

Wk+1 =KPb+Sb

Wk+1 -Wk=Pb

Wk+1-KPb=Sb

所以可以得到齿轮基园上的齿距Pb和齿厚

由Pb=πmcosα，可得m=Pb/bcosα

2)变位系数x的确定

轮齿在基园上的齿厚Sb由任意园上的齿厚的计算公式可得到

Sb =rb（S/r+2invα）=Scosα+2rbinvα

  =m（π/2+2xtgα）cosα+mzcosαinvα

  =mcosα[（π/2+2xtgα）+zinvα]

x=（Sb/mcosα-zinvα-π/2）/2tgα

于是可得到x1、x2。

               图1 

3)啮合角α´和中心距a´

    由无齿侧间隙啮合方程   invα´=2tgα（x1+x2）/（z1+z2）+invα

    由invα查渐开线函数可得到啮合角α´

    由a´=mcosα（z1+z2）/2cosα´可得到安装中心距。

4)变位齿轮齿顶降低系数σ的确定

    因为da=mz+2（ha*+x-σ）m

    所以σ=ha*+x-（da-z）/2

2.5 测量尺寸

2.5.1 测量有关尺寸

(1)数出齿轮齿数z；

(2)测量公法线长度Wk、Wk+1；

选定跨齿数K

查表或计算。计算时，α取20°或15°然后圆整成正整数。

测量公法线长度时必须使公法线千分尺的两个卡脚与轮齿的渐开线齿廓相切，且使切点位于牙齿的中部附近，因为对于标准齿轮是按切点正好位于分度圆上的情况导出跨齿数公式的。

对于跨齿数K，如果跨测齿数过多，则卡脚可能与轮齿的顶点形成不相切的接触；如果跨测齿数太少，则卡脚尖点可能与轮齿齿根部非渐开线部分接触，这两种情况测得的数据都是不正确的。

(3)   测量齿轮的齿顶圆和齿根圆直径da、df

当齿轮的齿数为偶数时，可用游标卡尺直接测出，如图二。

当齿轮的齿数为奇数时，可用游标卡尺分别测出齿轮的轴孔直径dk、孔壁到某一齿顶的距离H1和齿顶到某一齿根的距离H2，如图三，于是

                da=dk+2H1

                df=2H2-2H1-dk

             图2                             图3

2.5.2 确定基本参数 

(1)   齿轮模数m=Pb/πcosα

通过测量尺寸a´、da、df、Sb验证m、α并取标准值。

(2)  齿顶高系数 ha*、顶隙系数c*

由测量尺寸da、df确定ha*、c*并取标准值。

(3)  计算齿轮几何尺寸

2.6思考题

1决定渐开线齿轮轮齿齿廓形状的参数有哪些？

2测量渐开线齿法线长度是根据渐开线的什么性质？

3通过测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度可间接得到齿轮的哪些几何尺寸和基本参数？

4在测量渐开线直齿圆柱齿轮的齿根圆和齿顶圆时，齿数为奇数和偶数时有何不同？