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齿轮-轮系教学综合演示实验台
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齿轮-轮系教学综合演示实验台主要应用于机械原理、机械设计、机械设计基础等课程的齿轮与轮系相关重点、难点:齿轮范成法加工原理、齿轮正确啮合条件、根切齿轮的形成机理及变位齿轮的加工方法、齿轮几何参数的物理意义、周转轮系传动比转化法计算原理等的实验教学演示,而市场上相关的教学仪器一般仅限于齿轮的啮合演示以及采用范成仪手动画线模拟齿轮加工,教学效果较差,不利于学生理解与掌握相关知识点。 为解决这一问题,针对上述重点、难点问题,采用光、机、电、算等方法设计了齿轮-轮系教学综合演示实验台,实验台由齿轮范成加工演示仪、齿轮参数视觉测量仪、齿轮啮合过程演示仪以及周转轮系及其传动比计算演示仪组成。 ①齿轮范成加工演示仪 齿轮范成加工演示仪采用滚齿加工原理设计而成,演示仪由两台相互垂直的直线导轨构成基本框架,竖直导轨搭载齿轮滚刀,水平导轨搭载齿坯转轴,齿轮原料为石蜡,通过熔融的方式在钢制齿坯模型内注塑成型,然后置于齿坯转轴通过与滚刀的范成运动实现齿轮加工的演示,齿坯转速与滚刀转速由伺服电机精确控制,并可通过上位机软件的控制实现不同齿数的齿轮加工,以及根切齿轮、变位齿轮加工的演示,使学生直观理解范成法加工的原理及过程。 ②齿轮参数视觉测量仪 齿轮参数视觉测量仪由CCD相机拍摄加工好的齿轮,测量时通过图像提取、图像处理、参数计算等算法自动计算齿轮的各个几何参数,包括齿顶圆、齿根圆、分度圆、基圆、齿数、模数等,使学生能够掌握齿轮参数的计算方法,以及分度圆、模数的物理意义。 ③齿轮啮合过程演示仪 齿轮啮合过程演示仪由中心距可调机构构成,将加工好的齿轮放置于演示仪上,可实现齿轮正确啮合条件(如标准中心距、重合度等)的演示,提高学生认知能力。 ④周转轮系及其传动比计算演示仪 周转轮系及其传动比计算演示仪顶部为一行星轮系,由中心太阳轮、系杆、行星轮以及中心机架内齿轮组成,当周转轮系转动时,行星轮轴线围绕太阳轮转动,太阳轮与系杆的传动比无法按定轴轮系计算,这时必须采用转化法,即给周转轮系整体施加一个与系杆转速大小相同,方向相反的转速,形成定轴转化轮系。为直观演示这一过程,本演示仪通过安装在周转轮系机架驱动轮系提供该反向转速,使系杆位置固定不动,提升学生对于转化法的理解能力,提高课堂教学效率。
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