项目八任务二.docx
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项目八任务二
项目八典型复杂零件的测量
任务二直齿圆柱齿轮的测量
一、教案头
任务
直齿圆柱齿轮的测量
授课时间
年月日
授课班级
教学方法
讲授、讨论、示范、练习
授课时数
10课时
参考资料
教材
教学配套
课件
课前准备
被测齿轮、齿厚游标卡尺、公法线千分尺、齿轮周节检查仪、齿轮基节检查仪、径向跳动检查仪、测量报告等
教学目标
知识目标：
1.了解齿轮传动的基本要求，理解齿轮精度等级、公差组及检验组的含义。
2.熟悉直齿圆柱齿轮常用测量器具的结构及工作原理，掌握其使用方法。
3.了解齿轮误差的评定指标及测量。
技能目标：
1.能正确使用齿厚游标卡尺、齿轮周节检查仪分别测量齿轮齿厚偏差和齿距偏差、齿距累积误差，掌握测量数据的处理方法。
2.掌握齿轮分度圆弦齿高和弦齿厚公称值的计算方法及齿厚偏差的测量方法。
3.能正确使用齿轮基节检查仪测量齿轮基节偏差，使用齿轮径向跳动检查仪测量齿轮的径向跳动误差。
教学重点
1.直齿圆柱齿轮常用测量器具的结构、工作原理、适用范围、使用方法。
2.用齿厚游标卡尺、齿轮周节检查仪分别测量齿轮齿厚偏差和齿距偏差、齿距累积误差的方法，及测量数据的处理方法。
3.用齿轮基节检查仪测量齿轮基节偏差的方法。
4.用齿轮径向跳动检查仪测量齿轮的径向跳动误差的方法。
教学难点
1.用齿轮周节检查仪测量齿距偏差、齿距累积误差的方法，及测量数据的处理方法。
2.用齿轮基节检查仪测量齿轮基节偏差的方法。
3.用齿轮径向跳动检查仪测量齿轮的径向跳动误差的方法。
实施建议
1.充分利用实物、课件、图片、示范演示等直观教学。
2.及时鼓励学生，提高学生学习兴趣。
教学后记（总结）
二、教学实施过程
实施环节
教学内容
导学方法
组织教学
1.检查学生出勤情况并做好记录。
2.调整学生的注意力，为上课作准备。
互动交流
导入
齿轮传动在机器和仪器仪表中应用极为广泛，是一种重要的机械传动形式，通常用来传递运动或动力。
本次的任务是学习渐开线直齿圆柱齿轮的检测方法。
讲授法
讲授新课
一、齿轮传动的要求
现代工业对齿轮传动的使用要求，归纳起来主要有以下四个方面。
1.传递运动的准确性
传递运动的准确性是要求齿轮在一转范围内，最大转角误差限制在一定范围，以保证从动件与主动件的运动协调一致。
2.传动的平稳性
传动的平稳性是要求齿轮传动的瞬时传动比尽量小，以防止瞬时传动比的变化引起齿轮传动的冲击、振动和噪音。
3.载荷分布的均匀性
载荷分布的均匀性是要求齿轮啮合时，齿面应接触良好，以免引起应力集中，造成齿面局部磨损，影响齿轮使用寿命。
4.传动侧隙的合理性
传动侧隙的合理性是要求齿轮啮合时，非工作齿面间应有一定的间隙，用于贮存润滑油，补偿弹性变形和热变形以及齿轮的制造和装配误差等。
由于齿轮传动的用途和工作条件不同，对上述四方面的要求也各不相同。
例如，精密机床的分度齿轮和测量仪器的读数装置中的齿轮传动，其传动功率小、模数小和转速低，主要要求传递运动要准确。
机床、汽车、飞机的变速齿轮和汽轮机的减速齿轮，其圆周速度高，传递功率大，主要要求传动平稳，振动小，噪声小。
矿山机械、起重机械等低速动力齿轮，其载荷大，传动功率大，转速低，主要要求啮合齿面接触良好，载荷分布均匀。
高速或重载齿轮的变形大，要求较大的侧隙。
经常正反转的齿轮，为减小回程误差，应适当减小侧隙。
二、齿轮的精度等级及公差组
1.精度等级
国家标准GB/T10095.1—2008对单个齿轮规定13个精度等级。
其中，0级的精度最高，12级的精度最低。
其中，5级精度为基本等级，是计算其他等级偏差允许值的基础。
0、1、2级精度的加工工艺水平和测量手段尚难以达到，一般不用。
3至12级分三档：
高精度等级为3、4、5级；中等精度等级为6、7、8级；低精度等级为9、10、11、12级。
GB/T10095.2—2008标准对于径向综合偏差的轮齿精度规定了9个精度等级，其中，4级的精度最高，9级的精度最低。
在表达齿轮精度等级时，要注明GB/T10095.1—2008或GB/T10095.2—2008。
一对齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取同级，必要时也可选不同等级。
2.齿轮的公差组
按齿轮各项误差对传动性能的主要影响，将齿轮公差分成I、II、III三个公差组。
在生产中，将同一个公差组内的各项指标分为若干个检验组，根据齿轮副的功能要求和生产规模，在各公差级中选定一个检验组来检查齿轮的精度。
公差组
对传动的主要影响
公差与极限偏差项目
I
传递运动的准确性
F´i，Fp，FpK，F´´i，Fr，Fw
II
传动的平稳性
f´i，f´´i，ff，±fpt，±fpb，ffβ
III
载荷分布的均匀性
Fβ，Fb，±Fpx
三、齿轮的测量
由于对齿轮传动的精度要求很高，因此，对齿轮的检测就显得尤为重要。
齿轮测量分为单项测量和综合测量。
1.齿轮单项测量项目
单项测量一般在生产过程中进行，其目的是为了查明工艺过程中产生误差的原因，以便及时调整工艺过程。
评定齿轮误差的参数有很多，一般根据齿轮传动的要求选择其测量项目，如下表所示。
测量项目
符号
测量器具
对传动的影响
齿厚偏差
Esn
齿厚游标卡尺
侧隙的合理性
单个齿距偏差
fpt
齿轮周节检查仪
传动的平稳性
齿距累积误差
Fpk
齿轮周节检查仪
运动的准确性
基节偏差
fpb
基节检查仪
传动的平稳性
公法线变动量
Ebn
公法线千分尺
运动的准确性
齿圈径向跳动误差
Fr
径向跳动检查仪
、偏摆检查仪、
万能测齿仪
运动的准确性
2.综合测量
综合测量在齿轮加工后进行，其目的是判断齿轮各项精度指标是否达到图样上规定的要求。
讲授法教学导入，通过设置问题情境进行互动教学，掌握齿轮传动的四项要求。
讲授法，让学生了解有关齿轮的国家标准规定。
讲授法，让学生了解有关齿轮的国家标准规定。
示范测量
一、用齿厚游标卡尺测量齿轮齿厚偏差
1.齿厚游标卡尺的结构
齿厚游标卡尺与普通卡尺相比，是在原卡尺的垂直方向又加了一个卡尺，即水平放置的宽度卡尺与垂直放置的高度卡尺的组合。
高度卡尺和宽度卡尺（齿厚）的游标分度值相同。
常用的齿厚游标卡尺的游标分度值为0.02mm，其原理和读数方法也与普通游标卡尺相同。
齿厚游标卡尺的测量模数范围有1~16mm；1~25mm；5~32mm和10~50mm四种。
2.测量原理
由于分度圆弧齿厚不易测量，一般采用测分度圆弦齿厚代替分度圆弧齿厚，即测量齿轮分度圆与齿轮两齿廓的交点间的直线距离。
测量时，以齿顶圆作为测量基准，如下图测量示意图。
高度卡尺用于控制测量部位（分度圆至齿顶圆）的弦齿高hf，宽度卡尺用于测量所测部位（分度圆）的实际弦齿厚Sf。
测量时先将高度卡尺调节为弦齿高，然后紧固，再将高度卡尺顶端接触齿轮顶面，移动宽度卡尺至两量爪与齿侧面接触为止，这时宽度卡尺上的读数即为弦齿厚。
弦齿高hf的计算公式为：
①齿顶圆直径无误差时
②齿顶圆直径有误差时
3.测量示范
①用外径千分尺测量齿顶圆的实际直径。
②计算分度圆处弦齿高hf和弦齿厚Sf。
（
）
按hf值调整齿厚游标卡尺的高度卡尺。
将齿厚游标卡尺置于被测齿轮上，使高度卡尺与齿顶相接触。
然后移动宽度卡尺的卡脚，使卡脚靠紧齿廓。
从宽度卡尺上读出弦齿厚的实际尺寸。
分别在圆周上间隔相同的几个轮齿上进行测量，并记录测量结果。
按被测齿轮的精度等级，确定齿厚上偏差和齿厚下偏差，判断被测齿轮齿厚的合格性。
利用实物进行直观性教学。
演示讲授法，要求学生动作规范、步骤明了，对测量步骤及注意事项牢记于心。
测量练习
1.对给定的零件进行测量，并填写测量报告单
2.小组协作，相互检查
练习、讨论法
巡视指导
示范测量
二、用公法线千分尺测量公法线长度变动量Ebn
1.公法线千分尺的结构
公法线千分尺与普通外径千分尺的结构和读数方法基本相同，不同之处在于公法线千分尺的量砧制成蝶形，便于测量时测量面能与被测齿面相接触。
公法线千分尺的分度值为0.01mm，测量范围根据被测齿轮的参数进行选择。
2.测量原理
齿廓上几个相邻齿异侧齿廓间的公共法线长度称为公法线长度。
公法线长度变动量Ebn是指在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。
3.测量示范
根据齿轮的α、m、z、x值，用公式或查表确定跨齿数k及公法线公称长度Wk。
当测量压力角为20°的非变位直齿圆柱齿轮时：
Wk=m[1.476（2k－1）+0.014z]
k——跨齿数k=z/9+0.5（取整数）或按表选取。
根据公法线公称长度Wk选取适当规格的公法线千分尺并校对零位。
根据选定的跨齿数k，用公法线千分尺测量沿被测齿轮圆周均布的5条公法线长度。
根据测得的实际公法线长度Wi，从其中找出Wmax和Wmin，则公法线长度变动量Ebn=Wmax-Wmin。
根据齿轮的技术要求，查出公法线长度变动公差Fw，依据误差必须不大于公差要求判断零件的合格性。
利用实物进行直观性教学。
演示讲授法，要求学生动作规范、步骤明了，对测量步骤及注意事项牢记于心。
测量练习
1.对给定的零件进行测量，并填写测量报告单
2.小组协作，相互检查
练习、讨论法
巡视指导
示范测量
三、用齿轮周节检查仪测量齿轮齿距偏差和齿距累积误差
1.齿轮周节检查仪的结构
指示表的分度值是0.001mm。
2.测量原理
齿距偏差fpt是指在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差。
以相对法测量fpt时，取所有实际齿距的平均值为公称齿距。
齿距累积误差Fpk是指在分度圆上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长的最大差值，即最大齿距累积偏差与最小齿距累积偏差的代数差。
齿轮周节检查仪测量时，以被测齿轮的齿顶圆为定位基准,用两量爪测出轮齿单个齿距。
3.测量示范
调整齿轮周节检查仪的固定量爪。
按被测齿轮模数的大小移动固定量爪，使固定量爪上的刻线与量仪上相应模数刻线对齐，并用螺钉固定。
调整定位支脚的工作位置。
调整定位支脚，使其与齿顶圆接触，并使测量头位于分度圆（或齿高中部）附近，然后固定各定位支脚。
以被测齿轮上任意一个齿距作为基准齿距进行测量，观察指示表数值，然后将量仪测头稍微移开齿轮，再使它们重新接触，经数次反复测量，待示值稳定后，调整指示表使指针对准零位。
以此实际齿距作为测量基准，对齿轮逐齿进行测量，量出各实际齿距对测量基准的偏差，将测得的数据逐一记录。
数据处理方法分析。
根据单个齿距偏差允许值和齿距累积误差允许值判断合格性。
利用实物进行直观性教学。
演示讲授法，要求学生动作规范、步骤明了，对测量步骤及注意事项牢记于心。
测量练习
1.对给定的零件进行测量，并填写测量报告单
2.小组协作，相互检查
练习、讨论法
巡视指导
示范测量
四、用齿轮基节检查仪测量齿轮基节偏差
1.齿轮基节检查仪的结构
齿轮基节检查仪用于检验直齿或斜齿的外啮合圆柱齿轮的基节偏差。
量仪指示表的范围是±0.05mm。
2.测量原理
实际基节是指切于基圆柱的平面与相邻同侧齿面交线间的距离。
基节偏差fPb是指实际基节与公称基节之差。
基节偏差的测量方法为相对测量法，用等于公称基节的组合量块来校准（在基节仪调零器上进行）。
测量时，两测头的工作面均向齿轮，与相邻的齿面接触时两测头之间的距离表示实际基节。
实测与校准两次在指示表上读数之差即为基节偏差。
3.测量示范
计算被测齿轮的公称基节Pb。
公称基节的计算公式为：
Pb=πmncosαn，当α=20°时，Pb=2.9521mn（mn为法向模数，标准直齿圆柱齿轮mn=m）。
根据计算值选取量块或组合量块，然后将组合好的量块放在调零器上。
转动表壳将表的指针调至指针偏转范围的中心，再将仪器置于调零器的校对块上。
松开仪器背面的锁紧螺钉，拧动螺杆，使固定量爪和活动量爪与校对块贴合，调节螺杆使指示表指针处于零位附近。
最后转动表盘的微调螺钉或表壳使指针精确指向零。
此时固定量爪与活动量爪之间的距离为基圆齿距的理论值。
将仪器的定位爪及固定量爪跨压在被测齿上，活动量爪与另一齿面相接触，将仪器来回摆动，指示表上的转折点即为被测齿轮的基节偏差值fpb，当实际基节大于公称基节时，实际基节偏差为正偏差，当实际基节小于公称基节时，实际基节偏差为负偏差。
对一被测齿轮逐齿进行基节偏差的测量，并记录数值。
提示：
调整定位爪与固定量爪的距离时要有耐心，动作要慢，以保证固定量爪靠近齿顶部位与齿面相切，活动量爪靠近齿根部位与齿面接触。
取所有读数中绝对值最大的数值作为被测齿轮的基节偏差fpb。
根据齿轮基节偏差允许值判断零件合格性。
利用实物进行直观性教学。
演示讲授法，要求学生动作规范、步骤明了，对测量步骤及注意事项牢记于心。
测量练习
1.对给定的零件进行测量，并填写测量报告单
2.小组协作，相互检查
练习、讨论法
巡视指导
示范测量
四、用齿轮径向跳动检查仪测量齿圈径向跳动误差
1.齿轮径向跳动检查仪的结构
齿轮径向跳动检查仪主要用来测量齿圈径向跳动误差。
它主要由底座、滑板、顶尖、调节螺母、回转盘和指示表等组成。
指示表的分度值为0.001mm。
齿轮径向跳动检查仪可测量模数为0.3~5mm的齿轮。
2.测量原理
齿轮齿圈径向跳动误差Fr是指被测齿轮一周范围内，测头在齿槽内位于齿高中部与齿面双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。
测量时将被测齿轮装在两顶尖之间，将球形测头（或锥形测头）逐齿放入齿槽并沿齿圈测量一周，记下每次指示表读数，指示表的最大读数与最小读数之差即为齿圈径向跳动误差Fr。
球形测头的直径d：
d=1.68m（m为被测齿轮模数）。
3.测量示范
根据被测齿轮的模数选择合适的球形测量头装入指示表测量杆的下端。
将被测齿轮和心轴装在仪器的两顶尖上紧固。
调整滑板位置，使指示表测量头位于齿宽的中部。
借助于升降调节螺母和提升手柄，使测量头位于齿槽内与其双面接触。
调整指示表，使指示表的指针压缩1～2圈，转动指示表的表盘，使指针对准零位，将指示表架背后的紧固旋钮锁紧。
逐齿测量一周，记下每一齿指示表的读数。
取读数中最大读数和最小读数的差值为齿圈径向跳动误差Fr，并与其公差比较做出合格性评定。
利用实物进行直观性教学。
演示讲授法，要求学生动作规范、步骤明了，对测量步骤及注意事项牢记于心。
测量练习
1.对给定的零件进行测量，并填写测量报告单
2.小组协作，相互检查
练习、讨论法
巡视指导
测量总结
测量齿轮的各项误差时的注意事项。
引导式总结
课后作业
见教材P169学后测评
适当指导
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