渐开线齿轮齿廓范成实验指导

时间：2022-03-03 理论教育版权反馈

【摘要】： 通过观察齿条型刀具范成渐开线齿轮齿廓的过程，了解渐开线齿轮产生根切现象的原因及如何用变位修正法来避免发生根切的方法。范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮轮齿的一种方法。目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然也为渐开线。齿轮范成用的仪器有多种形式，但其基本原理是相同的。图3- 1所示是一种目前应用较多的渐开线齿廓范成仪。

3.1.1 实验目的

(1) 掌握用范成法切制渐开线齿轮齿廓的基本原理。

(2) 通过观察齿条型刀具范成渐开线齿轮齿廓的过程，了解渐开线齿轮产生根切现象的原因及如何用变位修正法来避免发生根切的方法。

(3) 加深对相互啮合的齿廓互为包络线的认识。

(4) 分析比较标准齿轮和变位齿轮的区别。

3.1.2 实验设备和工具

(1) 齿轮范成仪、剪刀、绘图纸。

(2) 自备三角尺、圆规、橡皮、两种不同颜色的铅笔或圆珠笔、计算器。

3.1.3 实验原理

范成法是利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮轮齿的一种方法。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，两者对滚时，好像一对齿轮互相啮合传动。同时刀具还沿轮坯的轴向做切削运动，最后在轮坯上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。为了看清楚齿轮齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯对滚时，刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。目前生产中大量使用渐开线齿廓，故刀具齿廓必然也为渐开线。为了逐步地再现上述加工中刀刃在相对轮坯每个位置形成包络线的详细过程，通常采用齿轮范成仪来实现。齿轮范成用的仪器有多种形式，但其基本原理是相同的。图3- 1所示是一种目前应用较多的渐开线齿廓范成仪。图中，图纸托盘可绕固定轴O转动;钢丝2绕在托盘1背面代表分度圆的凹槽内，钢丝两端固定在滑架3上;滑架3装在水平底座4的水平导向槽内。因此，在转动托盘1时，通过钢丝2可带动滑架3沿水平方向左右移动，并能保证托盘1上分度圆周凹槽内的钢丝中心线所在圆(代表被切齿轮的分度圆)始终与滑架3上的直线E(代表刀具节线)做纯滚动，从而实现对滚运动。代表齿条型刀具的齿条5通过螺钉7固定在刀架8上;刀架8装在滑架3上的径向导槽内，旋动螺旋6，可使刀架8带着齿条5沿垂直方向相对托盘1中心O做径向移动。因此，齿条5既可以随滑架3做水平移动，与托盘1实现对滚运动;又可以随刀架8一起做径向移动，用以调节齿条中线与托盘中心O之间的距离，以便模拟变位齿轮的范成切削。

已知齿条5的模数为m(例如20mm)，压力角α=20°，齿顶高与齿根高均为1.25m，只是牙齿顶端的0.25m处不是直线而是圆弧，用以切削被切齿轮齿根部分的过渡曲线。

图3- 1 渐开线齿廓范成仪

1—托盘;2—钢丝;3—滑架;4—水平底座;

5—齿条型刀具的齿条;6—螺旋;7、9—螺钉;8—刀架;10—压环

当齿条中线与被切齿轮分度圆相切时，齿条中线与刀具节线E重合，此时齿条5上的标尺刻度零点与滑架3上的标尺刻度零点对准，这样便能切制出标准齿轮。

若旋转螺旋6，改变齿条中线与托盘1中心O的距离(移动的距离xm可由齿条5或滑架3上的标尺读出)，则齿条中线与刀具节线E分离(如图3- 1所示，此时齿条中线与被切齿轮分度圆分离，但刀具节线E仍与被切齿轮分度圆相切)，这样便能切制出变位齿轮。

3.1.4 实验方法和步骤

1) 范成标准齿轮

(1) 根据所用范成仪的模数m和分度圆直径d求出被切齿轮的齿数z，并计算其齿顶圆直径da、齿根圆直径df和基圆直径db。

(2) 在一张厚图纸上，分别以da、df、d和db为直径画出四个同心圆，并将图纸剪成直径比da大3mm的圆形。

(3) 将圆形纸片放在范成仪的托盘1上，使两者圆心重合，然后用压环10和螺钉9将纸片夹紧在托盘1上。

(4) 将范成仪上的齿条5及滑架3上的标尺刻度零点对准，此时齿条5的刀顶线应与圆形纸片上所画的齿根圆相切。

(5) 将滑架3推至左(或右)极限位置，用削尖的铅笔在圆形纸片(代表被切齿轮毛坯)上画下齿条5的齿廓在该位置上的投影线。然后将滑架3向右(或左)移动一个很小的距离，此时通过钢丝2带动托盘1也相应转过一个小角度，再将齿条5的齿廓在该位置上的投影线画在圆形纸片上。连续重复上述工作，绘出齿条5的齿廓在各个位置上的投影线，这些投影线的包络线即为被切齿轮的渐开线齿廓。按上述方法，绘出2～3个完整的齿形，如图3- 2所示。

图3- 2 标准齿轮(z=10)

2) 范成正变位齿轮

(1)根据所用范成仪的参数，计算出不发生根切现象时的最小变位系数，然后取定变位系数x(x≥xmin)，计算变位齿轮的齿顶圆直径da和齿根圆直径df。