渐开线齿轮范成原理实验指导书

一、实验目的

（1）掌握用范成法加工渐开线齿廓的基本原理。

（2）了解渐开线齿轮产生根切现象的原因及避免根切的方法。

（3）分析、比较渐开线标准齿轮和变位齿轮齿形的异同点。

二、实验设备和工具

（1）齿轮范成仪。

（2）自备：φ220 mm圆形绘图纸一张（圆心要标记清楚）。

（3）HB铅笔、橡皮、圆规（带延伸杆）、三角尺、剪刀、计算器。

三、实验原理

范成法是利用一对齿轮（或齿条与齿轮）相互啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的一种方法。刀具刀刃为渐开线齿轮（齿条）的齿形，它与被切削轮坯保持固定的传动比传动，与相互啮合的一对齿轮（或齿条与齿轮）的啮合传动完全一样；同时刀具还沿着轮坯的轴向作切削运动。这样切制得到的齿轮的齿廓就是刀具的刀刃在各个位置时的包络线，若用渐开线作为刀具齿廓，则其包络线亦为渐开线。由于实际加工时看不到刀刃在各个位置形成包络线的过程，故通过齿轮范成仪来实现刀具与轮坯间的范成运动，并用铅笔将刀具刀刃的各个位置画在图纸上，这样就可以清楚地观察到齿轮范成的过程。

本范成仪所用的两把刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为m1=20 mm和m2=8 mm，α=20°，h*a=1，c*=0.25。范成仪的结构简图如图3-1所示。圆盘2代表齿轮加工机床的工作台；固定在它上面的圆形纸代表被加工齿轮的轮坯，它们可以绕机架5上的轴线O转动。齿条3代表切齿刀具，安装在滑板4上，移动滑板时，齿轮齿条使圆盘2与滑板4作纯滚动，用铅笔依次描下齿条刀刃在各瞬时的位置，即可包络出渐开线齿廓。齿条刀具3可以相对于圆盘作径向移动，当齿条刀具分度线与轮坯分度圆之间移距为xm时（由滑板4上的刻度指示），被切齿轮分度圆则和与刀具分度线相平行的节线相切并作纯滚动，可切制出标准齿轮（xm=0）或正变位（xm＞0）、负变位（xm＜0）齿轮的齿廓。

图3-1　范成仪结构简图

1—压板；2—圆盘；3—齿条刀；4—滑板；5—机架

四、实验内容

要求完成切制m1=20 mm、z=8的标准，正变位（x1=0.5）和负变位（x2=-0.5）渐开线齿廓，三种齿廓每种都须画出两个完整的齿形，比较这三种齿廓。

五、实验步骤

1.实验课前准备

根据刀具的原始参数和被加工齿轮分度圆直径分别计算标准、正变位、负变位三种渐开线齿廓的分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、基圆直径db。将作为轮坯的圆形绘图纸均分为三个扇形区，分别在三个扇形区内画出三种齿廓的上述四个圆，并沿最大圆的圆周剪成圆形纸片，作为实验的轮坯。此步骤应在实验课前完成。

2.绘制标准齿轮齿廓

（1）将圆形纸片（轮坯）安装在范成仪的圆盘上，使二者圆心重合，然后使标准齿轮扇形区正对齿条位置，旋紧螺母用压板1压紧轮坯。

（2）调整齿条刀3的位置，使其分度线与轮坯分度圆相切，并将齿条刀3与滑板4固紧。(www.xing528.com)

（3）将齿条刀推至一边极限位置，依次移动齿条刀（单向移动，每次不超过1 mm），并依次用铅笔描出刀具刀刃各瞬时的位置，要求绘出两个以上完整齿形。

（4）观察根切现象，并分析根切的原因。

3.绘制正变位齿轮齿廓

（1）松开压紧螺母，转动轮坯，将正变位扇形区正对齿条位置，并压紧轮坯。

（2）将齿条刀3分度线调整到远离轮坯分度圆x1m=0.5×20=10 mm处，并将齿条刀3与滑板4固紧。

（3）绘制出两个以上完整齿形[重复2中第（3）步]。

（4）观察此齿形与标准齿形的区别（齿顶圆、齿根圆、分度圆齿厚和齿槽宽）。

4.绘制负变位齿轮齿廓

（1）松开压紧螺母，转动轮坯，将负变位扇形区正对齿条位置，并压紧轮坯。

（2）将齿条刀3分度线调整到靠近轮坯中心，距分度圆处，并将齿条刀3与滑板4固紧。

（3）绘制出两个以上完整齿形[重复2中第（3）步]。

（4）观察此齿形与标准、正变位齿形的区别及根切现象。

六、注意事项

（1）代表轮坯的纸片应有一定的厚度，纸面应平整无明显翘曲，以防在实验过程中顶在齿条刀3的齿顶部。

（2）轮坯纸片装在圆盘2上时应固定可靠，在实验过程中不得随意松开或重新固定，否则可能导致实验失败。

（3）在做实验步骤（3）时，应自始至终将滑板从一个极限位置沿一个方向逐渐推动直到画出所需的全部齿廓，不得来回推动，以免范成仪啮合间隙影响实验结果的精确性。

七、范成齿廓的轮坯图样

轮坯图样如图3-2所示。

图3-2　轮坯图样

说明：
1.图示齿轮毛坯图参数
m=20 mm、z=8、x=0
m=20 mm、z=8、x=±0.5
2.制作方法
（1）根据齿轮参数，计算几何尺寸：分度圆、齿根圆、齿顶圆直径。
（2）用绘图纸绘制毛坯图，如图3-2所示。
（3）沿最大的虚线圆将轮坯剪下备用。