零压力角齿轮传动式齿轮范成仪的设计研究

王馨舸++罗建将

摘要：以机械原理课程中渐开线齿轮的范成实验的设备为对象。提出一种可以绘出不同种齿数的齿轮齿形的实验教学用设备——可调参数齿轮范成仪。通过更换传动齿轮与传动齿条间的传动小齿轮来改变传动比，可以画出不同种齿数的齿轮齿廓；通过改变描绘齿条，画出不同模数的齿轮齿廓。

关键词：范成仪；齿轮；齿廓

中图分类号：TH132.11文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.02.007

第31届吉林省青少年科技创新大赛一等奖作品

作者简介：王馨舸（2000-），女，汉族，吉林长春，东北师范大学附属中学学生；

指导教师：罗建将，（1986-），男，汉族，吉林长春，东北师范大学附属中学科技教研室教师。

当前应用最广泛的“渐开线齿轮范成仪”主要是模仿展成法加工齿轮的一种实验教学仪器。渐开线齿廓范成仪多数只能绘制出单一模数和齿数的齿形齿廓。在实验中，学生只是被动的画出齿形和进行简单的计算，不能很好的理解齿轮加工过程，也不能很好地理解渐开线齿廓根切的现象及其防止根切的方法。为此，本文另辟蹊径，提出“零压力角的齿轮传动齿轮范成仪”的一种实验教学仪器，可解决“渐开线齿轮范成仪”存在的问题。

1范成仪总体结构

第一齿轮通过第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮将运动传递给第五齿轮，或者第一齿轮直接和第五齿轮啮合，更换齿轮的齿数，能够描绘出不同齿数的渐开线齿轮齿廓，通过调节两个刀齿之间的距离，能够描绘出不同模数的渐开线齿轮齿廓。如图1所示。

1.螺母 2.齿条3.第四齿轮4.第三齿轮5.第二齿轮6.第一齿轮7.槽8.底板9.圆盘10.压纸盘11.旋钮12.联接环13.一轴14.轴承15.二轴16.三轴17.插刀18.燕尾槽19.滑枕20.滑槽

2范成仪工作原理

范成仪由零压力角模拟齿条插刀、第五齿轮（齿条）、第四齿轮、第三齿轮、第二齿轮、第一齿轮、底板、托纸圆盘和联接环组成，第一轴固定在底板上，其位置根据需要可以在槽内上下调整，第一齿轮和联接环固定在一起并套设在第一轴上，联接环与第一轴之间套设轴承，联接环的盘面外周套设固定托纸圆盘，联接环的立柱具有外螺纹，联接环上套设压纸盘并以旋钮旋紧，第三齿轮位于第二齿轮之上，第三齿轮和第二齿轮以第二轴枢接在底板上，第三齿轮和第二齿轮固定在一起，第四齿轮以第三轴枢接在底板上，第一齿轮与第二齿轮啮合在一起，第三齿轮和第四齿轮啮合在一起，底板上开设有燕尾槽，滑枕滑设在燕尾槽中，滑枕上固定第五齿轮（齿条），零压力角模拟齿条插刀通过自身的滑槽和锁紧螺母固定在齿条上，第四齿轮与齿条啮合在一起。

底板上开设有槽，第一轴和第二轴穿设固定在底板的槽中，第一轴和第二轴可以在底板的槽中上下移动，第三轴固定在底板上。

底板开有圆孔并装有弹簧与钢珠组成弹簧柱塞，滑枕的边缘具有条齿，弹簧柱塞的钢珠与滑枕边缘的条齿接触，弹簧柱塞所在位置保证钢珠一直可与滑枕接触，从而使齿条移动过一个凸起距离时，钢珠位于条齿中，将滑枕定位，以便均匀绘制齿形。如图2所示。

3范成仪实验过程

（1）首先根据要描绘渐开线齿廓齿轮的模数和压力角来调整零压力角模拟齿条插刀。

（2）根据一对渐开线齿轮正确啮合条件以及被加工齿轮的齿数来选择中间的传动齿轮齿数。调整零压力角模拟齿条插刀的同侧两齿之间的距离，计算齿数比。

（3）根据这个齿数比在已经给出的备用齿轮当中选择第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮。把第二齿轮和第三齿轮安装到第二轴上实现同轴共转，调整第一轴的位置保证第一齿轮和第二齿轮啮合上，第三齿轮和第四齿轮啮合上，第四齿轮和第五齿轮（齿条）啮合上。松开锁紧螺母及旋钮，拿起压纸盘，将图纸放在模拟齿条插刀下面，放上压纸盘，然后旋上旋钮H压紧图纸。调整模拟齿条插刀，使模拟齿条插刀分度线与轮坯回转中心的距离为被绘制齿轮的分度圆半径，此时模拟齿条插刀中线与轮坯分度圆相切。将模拟齿条插刀移至开始啮合的位置，然后推动模拟齿条插刀或旋转托纸圆盘，向右或向左每次模拟齿条插刀一段距离，比如3～5 mm，弹簧柱塞卡在滑枕两个齿之间，开始沿模拟齿条插刀边缘绘制模拟齿条插刀的齿廓曲线，画一次刀具齿廓曲线，移动一次滑枕，直到绘出2～3个完整的齿廓为止。这些齿廓的包络线即为标准渐开线齿轮的齿廓。

4结论

（1）两个刀齿之间的距离可以调节，描绘出不同模数的渐开线齿轮齿廓。

（2）可以模拟齿轮加工方法中磨齿加工的原理，更好地理解一对渐开线齿轮啮合原理。

（3）只改变第一齿轮的模数和齿数即可模擬多种齿轮的加工过程，方便快捷。

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