齿轮范成实验：展现切割过程并注意齿廓形成

【实验目的】

（1）观察渐开线齿廓的范成形成过程，由此掌握范成法加工齿轮的原理；

（2）观察根切的产生过程，了解根切产生的原因及避免根切的方法；

（3）分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同。

【实验仪器与设备】

（1）实验设备：齿轮范成仪；

（2）自备工具：钢直尺、圆规、剪刀、铅笔、三角板、绘图纸。

【齿轮范成仪的结构及使用方法简介】

范成仪结构如图2.3.1所示，扇形盘上装有扇形齿轮，溜板上装有齿条，它与扇形齿轮相啮合，在扇形齿轮的分度圆与溜板齿条的节线（分度线）上刻有数字，移动溜板时可看到它们一一对应，即表示齿轮的分度圆与齿条的节线（分度线）作纯滚动。把一分度圆直径与扇形齿轮的分度圆直径相等的待加工齿轮的纸坯固联在扇形盘上，把齿条型刀具固联在溜板上，随着扇形齿轮与溜板齿条的啮合传动，轮坯的分度圆与齿条型刀具的某条节线作纯滚动。通过压板9固联纸坯，螺钉6可把齿条刀具固联在溜板上，松开螺母后可调整刀具与轮坯的相对位置。如果齿条刀具的中线与轮坯的分度圆相切（此时刀具的标线与溜板两侧标尺的零线对齐），范成出标准齿轮的齿廓。如果改变齿条刀具与轮坯的相对位置，即刀具的中线与轮坯的分度圆不相切，有一段距离（距离xm值可在溜板两侧的标尺上直接读出），则可按移距变位值的大小及方向分别范成出正变位齿轮或负变位齿轮。

图2.3.1　齿轮范成仪

1—图纸托盘；2—齿条刀具；3—机架；4—溜板；5—锁紧螺母；6—调节螺钉；7—钢丝；8—定位销；9—压板；10—锁紧螺母；11—半圆盘。

【实验原理】

由齿轮啮合原理可知，一对渐开线齿轮（或齿轮和齿条）啮合传动时，两轮的齿廓曲线互为包络线。范成法就是利用这一原理来加工齿轮的。用范成法加工齿轮时，其中一轮为形同齿轮或齿条的刀具，另一轮为待加工齿轮的轮坯。刀具与轮坯都安装在机床上，在机床传动链的作用下，刀具与轮坯按齿数比作定传动比的回转运动，与一对齿轮（它们的齿数分别与刀具和待加工齿轮的齿数相同）的啮合传动完全相同。在对滚中，刀具齿廓曲线的包络线就是待加工齿轮的齿廓曲线。与此同时，刀具还一面作径向进给运动（直至全齿高），一面沿轮坯的轴线作切削运动，以切削出待加工齿轮的齿廓。由于在实际加工时看不到刀刃包络出齿轮的过程，故通过齿轮范成实验来表现这一过程。在实验中所用的齿轮范成仪相当于用齿条型刀具加工齿轮的机床，待加工齿轮的纸坯与刀具模型都安装在范成仪上，由范成仪来保证刀具与轮坯的对滚运动（待加工齿轮的分度圆线速度与刀具的移动速度相等）。对于在对滚中的刀具与轮坯的各个对应位置，依次用铅笔在纸上描绘出刀具的刀刃廓线，每次所描下的刀刃廓线相当于齿坯在该位置被刀刃所切去的部分。这样，我们就能清楚地观察到刀刃廓线逐渐包络出待加工齿轮的渐开线齿廓，进而形成轮齿的切削加工全过程。

【实验要求】

1.课前要求

（1）复习范成法加工齿轮的原理、渐开线齿轮的根切及变位齿轮的有关内容。

（2）根据齿轮参数计算齿轮的下列尺寸。

标准齿轮：r、rb、rf、ra、s。

变位齿轮：x（取x=xmin）、r、rb、rf、ra、s。

（3）准备好铅笔或圆珠笔、圆规、三角板等用具。

（4）实验前，做好预习报告。(www.xing528.com)

2.实验课上要求

（1）了解齿轮范成仪的原理、结构及安装。根据选择所要加工齿轮的参数安装好齿轮范成仪。

（2）根据变位齿轮的齿顶圆大小剪好直径为da的齿轮轮坯，然后在其中心剪出直径为28mm的圆孔。

（3）在绘图纸上画出中心线、分度圆、基圆及齿顶圆和齿根圆。

（4）将纸质轮坯安装到范成仪的圆盘上，必须注意对准中心。

（5）调节刀具位置，使刀具中线与被加工齿轮分度圆相切，此时切制的齿轮是标准齿轮。切制变位齿轮时，应重新调整刀具位置。

（6）切制齿廓时，先把刀具移向一端，当刀具向另一端移动2mm左右时，描下刀刃在纸制轮坯上的位置，直到形成2～3个完整的齿形为止。切制齿廓的同时应注意齿廓的形成过程，观察根切现象。

【实验报告】

（1）在画好的图上标注出s、e，并测量出各个量的大小（圆弧长度可分为若干小段圆弧，然后近似地用其所对应的弦长代替）填入实验报告；

（2）比较标准齿轮与变位齿轮的异同。

【渐开线齿轮范成仪工作原理】

实验所用渐开线齿轮范成仪如图2.3.2所示，工作台（图纸托盘1）绕定轴转动，齿轮2带动有齿条的滑架3在水平底座4的水平导向条上水平移动；齿条刀具5通过螺钉6固定在滑架3上，松开螺钉6可使齿条刀具5作上下移动，实现刀具的变位运动。

当齿条刀具5的中线与被加工齿轮分度圆相切时，滑架3的齿条中线与刀具中线重合（齿条刀具5上的标尺刻度线与滑架3上的零刻度线对准）。推动滑架3时，工作台上的被加工齿轮分度圆与齿条刀具中线作纯滚动，这是切制标准齿轮的状态。改变刀具5的位置可使刀具中线与滑架3齿条中线分离，即齿条刀具5的中线远离或接近被加工齿轮分度圆，移动的距离xm可由端部的标度尺上读出，从而可切制变位齿轮。

图2.3.2　渐开线齿轮范成仪

1—图纸托盘；2—齿轮；3—滑架；4—水平底座；5—齿条刀具；6—螺钉。

【分析与思考】

（1）当用范成法加工渐开线齿轮时，什么情况下会发生根切？若要避免根切可采取什么措施？

（2）在什么情况下，渐开线齿轮的齿高不能保持标准全齿高，需要略作削减？

（3）产生根切现象的原因是什么？如何避免根切现象产生？

（4）齿廓曲线是否全是渐开线？

（5）变位后齿轮的哪些尺寸不变？轮齿尺寸将发生什么变化？