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1、实验二 渐开线齿廓范成加工原理一、实验任务及目的1、实验任务：利用齿轮范成仪模拟齿条插刀与轮坯的范成加工过程，用图纸取代轮坯记 录刀具在切削时的一系列位置，从而绘制出标准齿轮和正、负变位齿轮的完整齿形12 个。2、实验目的： 观察渐开线齿廓的形成过程，掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理； 观察渐开线齿廓产生根切的现象，了解产生根切的原因及如何避免根切； 分析比较标准齿轮和正、负变位齿轮的相同点和不同点，理解变位齿轮的概念。二、实验设备和工具1、实验设备：齿轮范成仪2、实验工具：绘图纸、剪刀、圆规、直尺、三角板、量角器、橡皮、铅笔、草稿纸等三、实验原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合
2、时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工 齿廓的方法。加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，刀具与轮坯在机床链作用下一方面作定传动 比传动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样（即范成运动主运动）。一方面作径 向进给运动以加工出齿高；另一方面沿轮坯轴线作切削运动，以加工出齿宽，去除齿槽内的 材料，另外还有让刀运动，避免接触到已加工好的渐开线齿廓。四个运动一起配合，这样切 出的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。若用渐开线作为刀具的齿廓，可以证明其所包 络出来的齿廓也是渐开线。现用齿条渐开线（基圆半径为无穷大时渐开线为一倾斜直线）齿廓加工齿轮，那么刀具 刀刃在各个位置的包络线就是渐开线，即加工出齿廓为
3、渐开线齿廓，因为在实际加工时，我 们看不清刀刃形成包络轮齿的过程，所以通过齿轮范成仪来表现这个过程。用范成仪表现时 是在不考虑刀具作切削、进给、让刀运动的前提下，只用铅笔将刀具刀刃在各个位置描绘在 轮坯纸上，这样我们就能清楚的观察到轮齿范成的过程。当范成仪上标准齿条刀具的中线与被加工齿轮的分度圆相切并作纯滚动时加工出来的 就是标准齿轮。当刀具远离轮坯中心作范成运动时，得到正变位齿轮轮廓曲线；当刀具移近 轮坯中心作范成运动时，得到负变位齿轮轮廓曲线。在齿廓形成过程中，为了能形成被加工齿轮的径向间隙，刀具的齿顶高应加高，即h 二（h * + c*）m，如下图:aa四、齿轮范成仪的构造及使用方法简介
4、范成仪的构造如图，它由机座、扇形盘、旋钮、压板、齿条刀、溜板、螺钉等组成。机 座上有两孔扇形盘可绕轴心转动。齿条刀安装在溜板上，当移动溜板时，借助于齿轮和齿条 的传动迫使轮坯（扇形盘）上的分度圆与溜板上的齿条中线作纯滚动。齿条中线与分度圆上 刻有数字，移动溜板时，可以看到他们一一对应，即表示齿轮分度圆在齿条中线上作无滑动 滚动。松开螺钉可改变齿条刀具相对于轮坯中心的距离，因此齿条刀可固定在相对扇形盘的 任一位置，如把齿条中线安装在扇形盘分度圆相切的位置上，则可绘制出标准齿轮的齿廓； 当齿条中线安装在扇形盘的分度圆相切有一段距离时（其移动距离x*m的值可在溜板两侧 的刻度上直接读出），则可按变位
5、值的大小和方向绘出各种正、负变位齿轮的齿廓。旋钮和 压板的作用是用来压紧轮坯纸的。本范成仪配备有2 把标准齿条型插刀，其基本参数如下：1、大齿条刀 m 二 20mm,a 二 20o, h * 二 1, c* 二 0.251a2、小齿条刀 m = 8mm,a = 2Oo, h * = 1, c* = 0.251a扇形盘分为大、小扇形盘，其分度圆直径分别见范成仪背面标牌。1、大扇形齿轮分度圆直径：D=272 mm2、小扇形齿轮分度圆直径： D=160 mm小扇形与齿条啮合，可绘制m=20、8的齿形齿廓，大扇形与齿条可绘制m=8齿形五、实验步骤1 、轮坯纸的准备1）根据所用范成仪的扇形齿轮的分度圆直
6、径d和齿条刀的模数m （本实验选m=20）,求 出被切齿轮的齿数z （z=d/m）。2）计算出被加工的标准齿轮、正变位（x=+0.6）齿轮、负变位（x= -0.6）齿轮的齿顶圆直 径da、齿根圆直径df和基圆直径db,接下来把图纸平均分成三个扇形区，分别作为标准 齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的轮坯区。并分别画出标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿 轮齿顶圆、齿根圆、分度圆、基圆和对刀线（切于分度圆），并分别标注如下图。3）接着将图纸剪成比顶圆直径大23mm的圆形，最后剪下直径为40mm的安装中心孔。2、标准齿轮的绘制1）松开螺钉及旋下旋钮，将轮坯纸安装在圆盘上，保证其圆心与圆盘中心重合，并调整其 周
7、向位置，使齿条到移动范围刚好与“轮坯”上标准齿扇区对应。旋紧螺母用压板压紧圆 纸。2）调节齿条插刀，使其中心对零，要求刀具中线与轮坯的分度圆切线重合（对刀线与中线 重合），并旋紧螺钉，使齿条刀与溜板固定。3）开始“切制”齿廓时，先将溜板（刀具）移到一端，用削尖的铅笔画出该位置时齿条刀 在绘图纸上的投影线，然后将刀具缓慢向另一端移动，每移动23mm时，描下刀刃在绘 图纸上的投影线，直至齿条刀移至另一端为止，这一系列稠密刀刃齿廓的投影线的包络线 就是被切标准齿轮的渐开线齿廓曲线。最后用另外颜色笔描绘出 1-2个完整的渐开线标准 齿轮的齿廓形状。4）观察是否有根切现象，即检查刀具的齿顶线是否超过了被
8、加工齿轮的啮合极限点。3、正变位齿轮的绘制1）松开螺钉及旋钮，将轮坯纸旋转到刀具正对正变位齿扇区，并要求刀具中线与分度圆切线重合（对刀线），此时旋紧旋钮，压紧轮坯纸。2）将齿条刀两端刻度中线调整到远离轮坯中心 xm=0.6*20=12mm 处，其数据可在溜板标 尺上读出，然后旋紧螺钉，使齿条刀与溜板紧固。3）重复“标准齿轮绘制”方法的3）、4）步骤，画出12 个完整齿形，并观察是否有根切4、负变位齿轮的绘制1）松开螺钉及旋钮，将轮坯纸旋转到刀具正对负变位齿扇区，并要求刀具中线与分度圆切 线重合（对刀线），此时旋紧旋钮，压紧轮坯纸。2）将齿条刀两端刻度中线向轮坯中心平移 xm=0.6*20=12
9、mm 处，其数据可在溜板标尺上 读出，然后旋紧螺钉，使齿条刀与溜板紧固。3）重复“标准齿轮绘制”方法的3）、4）步骤，画出12 个完整齿形，并观察是否有根切5、绘制完毕取下图纸，并将范成仪恢复原状。六|、注意事项1、代表轮坯的图纸要有一定厚度，纸面平整无明显翘曲，以防范成过程中刀具移动不畅。2、在移动刀具过程中，一定要将轮坯纸在圆盘上固定可靠，并保证轮坯中心与圆盘中心 时刻重合，范成过程中不能随意松开或重新固定，否则可能导致实验失败。3、每次移动刀具距离不要太大，否则会影响齿形的范成效果，每范成一种齿形都应将齿 条从一个极限位置移到另一个极限位置。若移动距离不够，会造成齿形切制不完整。七、实验
10、结果列表1、实验数据列表表一：原始数据齿条刀具模数m压力角a齿顶咼系数h *a顶隙系数C*被加工齿轮模数m压力角a齿顶咼系数h *a顶隙系数C*齿数z分度圆直径d表二：被加工齿轮几何尺寸计算（精确至0.01mm）尺寸名称符号计算公式计算结果标准齿轮正变位齿轮负变位齿轮分度圆直径r变位量Ax基圆半径rb齿顶圆半径ra齿根圆半径rf2、实验结果：将由指导教师签字认可后的范成齿形图纸贴于实验报告纸上。3、实验结果分析：参考实验过程并观察图纸完成第八步实验思考题。八、实验思考题1、齿条刀与被加工齿轮的模数m,压力角Q ,和齿距P有何关系？2、范成法切齿时，在什么条件下会产生根切？应如何避免？你实验中在加工哪种齿轮时出 现了根切现象？3、用同一把刀具（齿条刀）加工出的标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮有何相同点有何 不同点？定性分析以下参数m,a ,r,r ,p,h,h ,h ,s,e,s ,e是不变、变大还是变小？b a f a a
