11、CEF-A齿轮范成仪

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齿轮范成仪

一、实验原理
齿轮范成法是利用一对齿轮或齿轮与齿条互相啮合时，齿轮的共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮。

1、压板
2、圆盘
3、齿条刀
4、滑板
5、机架
目前实验用齿轮范成仪是采用齿条刀具来范成加工齿轮的，可按照如下步骤进行实验：1）取一张实验报告纸，预先剪成半圆毛坯，并画出基圆、分度圆、齿顶圆和齿根圆；
2）将半圆毛坯纸固定在范成仪工作台面上；
3）移动齿条刀具（分手动和传动两种），每隔3~5mm，在毛坯纸上用铅笔画出齿条刀
具的轮廓线；
4）拆下毛坯纸，即在其上形成齿轮的齿廓曲线。

5）通过范成仪上的调节螺杆，改变齿轮的变位系数，重复上述步骤，可范成出变位齿轮齿廓曲线。

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。

渐开线齿轮范成实验创新实践

·147··教育广角·“渐开线齿轮范成仪”主要是机械类院校用来模仿范成法加工渐开线齿轮轮廓的一种实验教学用具。

目前，国内齿轮范成仪的相关专利大约有十余项。

而这些专利的创新点主要集中在外观的改进、传动的平稳与绘制齿廓是否准确，对于渐开线齿轮范成法加工原理的研究较少。

当前各大专院校在教学中应用的渐开线齿廓范成仪多数只能绘制出单一模数和齿数的渐开线齿廓。

在实验中，学生只要画出齿形和进行齿廓参数的计算就可以完成实验任务，对于范成运动如何影响渐开线齿轮齿廓的形成理解不深。

为解决这一问题，笔者设计了可调参数齿轮范成仪。

本范成仪通过变换模拟齿条插刀的模数和改变它与轮坯的传动比，绘制不同齿数和模数的渐开线齿轮齿廓，帮助学生理解范成法加工渐开线齿轮的原理，将传统的验证性齿轮范成实验转变为创新型设计性实验。

一、总体设计方案可调参数齿轮范成仪是由底板、模拟齿条插刀及托纸圆盘三个基本构件组成。

托纸圆盘通过螺钉固定在传动齿轮A 上，模拟齿条插刀通过自身的滑槽和锁紧螺母固定在齿条上。

轴Ⅰ上的传动齿轮A 不直接与齿条啮合，而是通过一系列的齿轮进行传动。

装在轴Ⅰ上的传动齿轮A 和传动齿轮B 啮合，传动齿轮B 和传动齿轮C 可以实现绕轴Ⅱ同轴共转。

传动齿轮C 经过绕轴Ⅲ回转的惰轮与齿条互相传递运动。

轴Ⅰ、轴Ⅱ和轴Ⅲ穿设固定在底板的长圆槽中，轴Ⅰ、轴Ⅱ和轴Ⅲ可以在底板的长圆槽中上下移动。

传动齿轮A、传动齿轮B、传动齿轮C 可以实现快速更换，从而改变传动齿轮A 和齿条的传动比，通过轴Ⅰ、轴Ⅱ和轴Ⅲ在底板上长圆槽内的上下滑动，保证了各对啮合齿轮的中心距，达到绘制出不同分度圆直径的渐开线齿轮的齿廓的目的。

图1 可调参数齿轮范成仪结构图1齿条2惰轮3传动齿轮C 4传动齿轮B 5传动齿轮A 6底板7托纸圆盘8轴Ι9轴Ⅱ10轴Ⅲ11模拟齿条插刀设被加工齿轮的齿数为Z x ，模数为m x ，传动齿轮和齿条模数都为m，v l 为齿条的速度，z 1为模拟齿条插刀的移动速度。

齿轮范成实验

实验三齿轮范成实验一、实验目的1.掌握用范成法加工渐开线齿轮的基本原理，观察齿廓渐开线及过渡曲线的形成过程;2.熟悉渐开线齿廓的基本特征，掌握齿轮各部分的名称及基本尺寸的计算;3.了解渐开线齿轮齿廓的根切现象和用变位法避免根切的方法;4.分析比较标准齿轮与变位齿轮齿形的异同。

二、实验量仪说明1 . CFY-C型齿轮范成仪。

齿轮范成仪结构如图2-12所示，圆盘6代表被切削加工的齿轮毛坯，平放在底座5上，代表齿条刀具的齿条1的模数m=20mm ( 10 ) ;z=10,(20)，压力角=20°，通过螺钉安装在基座上。

齿条刀具的齿根高和齿顶高均为1.25mm，齿顶上端0.25m处不是直线，而是圆弧，用于加工齿轮齿根部分的过渡曲线。

毛坯3面上的齿轮4与范成仪滑板齿2啮合，保证了毛坯的分度圆沿着齿条刀具的分度线作无滑动的纯滚动。

2、铅笔、橡皮、剪刀、圆规、三角尺、绘图纸(学生自备)图2-12 CFY_C型齿轮范成仪1-齿条刀具; 2- 滑板齿; 3- 齿轮坯; 4- 齿轮;5-底座;6--圆盘;7-压紧螺母;8--小轴;9-螺母-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(齿轮啮合原理)。

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，一个轮为齿条的刀具，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，刀具与轮坯按作定传动比作回转运动，同时，刀具还一-边作径向进给运动(直至全齿高)，另一边沿轮坯的轴线作切削运动，这样刀具的刀刃就可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廓的过程，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。

齿轮范成加工教具

是不连续的，不利于生产效率的提高。用滚齿法切制齿廓时（如图１所示１，滚刀的切削运动和范成运动由滚
刀刀刃的螺旋运动替代。相较于插齿法，滚齿法加工
讲授范成法加工齿轮的轮廓时，学生感觉比较抽象，
因而，有必要通过实验教学增加感性认识和进行原理
ＳＳＮ１６７２．１４３８ＣＮ１１－４９９４／Ｔ
中国现代敏唷装备
２０总１４第年１第９９１期５期
齿轮范成加工教具
陈涛张兵兵
湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙４１００８２
摘要：针对教学过程中渐开线齿廓的形成过程难教难学的问题，设计制造了齿轮范成加工教具。该教具采用滚齿加工蜡制齿轮，可实现渐开线直齿圆柱齿轮和变位齿轮的加工，可用于范成法加工齿轮的演示教学和学生实验。
关键词：齿轮范成；教具；实验
Ｔｅａｃｈｉｎｇａｉｄｆｏｒｇｅａｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ＣｈｅｎＴａｏ，ＺｈａｎｇＢｉｎｇｂｉｎｇ
ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００８２，Ｃｈｉｎａ
２．１范成运动传动链的设计加工渐开线齿轮齿廓的范成运动是由工件的旋转运动和滚刀的旋转运动合成的复合运动，两旋转主轴
呈交错分布，类似蜗轮蜗杆的传动。滚刀好比蜗杆，而工件就像是蜗轮。所以，在范成运动传动链中，采

零压力角的齿轮传动式齿轮范成仪[发明专利]

专利名称：零压力角的齿轮传动式齿轮范成仪专利类型：发明专利
发明人：郑一秀,董景石,李哲宇,赵文金,高秋华申请号：CN201510169954.X
申请日：20150412
公开号：CN104766529A
公开日：
20150708
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种零压力角的齿轮传动式齿轮范成仪，是由零度压力角模拟齿条插刀、第五齿轮、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，第一轴上的第一齿轮可以与第五齿轮直接啮合传动；或者第一轴上的第一齿轮不直接与第五齿轮啮合，而是通过一系列的齿轮传动，第一齿轮和第二齿轮啮合，第二齿轮和第三齿轮可以实现同轴共转，第三齿轮经过第四齿轮与第五齿轮互相传递运动；第一轴、第二轴可以在底板上的槽内上下滑动，保证各对传动齿轮正确啮合的中心距；为改变第一齿轮和第五齿轮的传动比；第一齿轮、第二齿轮齿和第三齿轮可以快速更换成不同齿数的齿轮，通过调整两个刀齿之间的距离，可以描绘出不同模数的渐开线齿轮齿廓。

申请人：吉林大学
地址：130022 吉林省长春市人民大街5988号
国籍：CN
代理机构：长春市四环专利事务所(普通合伙)
代理人：张建成
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新型渐开线齿轮范成仪的设计研究

新型渐开线齿轮范成仪的设计研究摘要本文研究的是新型的渐开线齿轮范成仪的设计，在传统齿轮制造中，渐开线齿轮是最常用的一种，其优点是传动平稳、耐磨损，适用于高负载、高转速的场合。

但是，传统的渐开线齿轮制造需要复杂的加工工艺，成本高、周期长，且难以保证产品质量。

因此，本文提出了一种新型的渐开线齿轮范成仪，通过模拟产生高质量的齿轮模型，以实现高精度范成。

本文首先对传统渐开线齿轮制造的优缺点进行分析，然后介绍了新型渐开线齿轮范成仪的原理及系统组成，最后对该仪器的实验结果进行了验证，验证结果表明，该仪器能够实现高效、高精度的渐开线齿轮范成。

关键词：渐开线齿轮，范成仪，高精度。

引言齿轮是常用的传动元件之一，其应用范围非常广泛，如机床、船舶、飞机、汽车等。

不同应用场合需要不同类型的齿轮，如直齿轮、斜齿轮、渐开线齿轮等。

其中，渐开线齿轮由于其平稳性、耐磨性、承载能力等优点被广泛应用。

传统渐开线齿轮制造需要复杂的加工工艺，成本高、周期长，且难以保证产品质量。

针对这些问题，目前研究人员提出了各种新型的齿轮制造技术。

本文提出的新型渐开线齿轮范成仪，通过模拟产生高质量的齿轮模型，以实现高精度范成。

一、传统渐开线齿轮制造的优缺点传统渐开线齿轮的制造过程较为复杂，需要先制造齿轮加工刀，然后才能进行齿轮加工。

传统齿轮制造存在以下问题：1.加工周期长：制造齿轮加工刀需要经过多个加工工序，占用大量时间。

2.加工难度大：在齿轮加工刀的制造过程中，需要考虑多种因素，如齿轮齿数、齿轮模数、齿轮小头径、压力角等，加工难度大。

3.产品质量难以保证：传统制造存在许多加工误差和精度问题，导致齿轮的质量难以保证。

以上问题制约了传统齿轮制造的发展，需要寻找新型的齿轮制造技术。

二、新型渐开线齿轮范成仪的原理及系统组成本文设计了一种新型的渐开线齿轮范成仪，通过模拟产生高质量的齿轮模型，以实现高精度范成。

该仪器组成如下：1.数值计算机数值计算机负责对齿轮进行数值模拟，包括齿形计算、齿侧间隙计算、齿间间隔计算、齿面接触计算等，生成齿轮的数值模型。

齿轮范成仪说明书

范成仪使用方法
1、根据齿条刀具的模数m、分度圆压力角α和被加工齿轮的齿数z,计算出被加工齿轮的分度圆和基圆直径,以及标准齿轮,正、负移距变位齿轮的齿根圆、齿顶圆直径。

2、将绘有毛坯圆、分度圆、基圆等的图纸固定在圆盘上作为毛坯,将溜板(带齿条)置于中间位置,并使标准齿轮象限正对齿条,调节齿条刀具的分度线与毛坯分度圆相切,制作标准齿轮.
3、将齿条移至右极端位置,开齿轮,并将齿条刀具溜板每次向左移动一个微小的距离(4～5毫米),在代表轮坯的图纸上,用铅笔描下刀具刀刃的位置,直到形成3～4个完整的齿形为止.
4、调节齿条刀具离开轮坯中心,作正移距xm毫米,再将图纸转动到相应的象限,然后重复步骤3.
5、调节齿条刀具使其接近轮坯中心,作负移距xm毫米, 再将图纸转动到相应的象限,然后重复步骤
6、比较所画的标准齿轮和变位齿轮在分度圆的齿轮厚、齿间、周节以及齿顶厚、根圆、顶圆、分度圆和基圆的相对变化特点.。

CQF-A齿轮范成仪

CQF-A齿轮范成仪技术说明一．产品功用用范成法（展成法）加工齿轮是目前齿轮加工业广泛应用的加工技术。

本产品用于机械原理（机械设计基础）课程开设“渐开线齿轮范成实验”。

CQF-A型齿轮范成仪外形如图1所示。

图1 CQF-A型齿轮范成仪应用该设备进行齿轮范成实验可以达到以下实验目的：(1) 观察理解范成法切制渐开线齿轮的基本过程。

(2) 理解渐开线齿轮产生根切的原因和用变位修正来避免根切的原理，并验证最小变位系数。

（3）加深对互相啮合的齿廓互为包络线的理解。

(4) 分析比较标准齿轮和变位齿轮的区别。

二．设计原理CQF-A齿轮范成仪是根据齿轮范成原理设计制造的。

范成法加工齿轮是利用一对齿轮互相啮合时，齿廓曲线互为包络线的原理。

齿轮轮坯的瞬心线(加工节圆)和齿条刀的瞬心线(加工节线)对滚，刀具齿廓即可包络出被加工齿轮的齿廓。

范成法加工齿轮时，需将刀刃形成包络线的各个位置记录下来，就能看清轮齿的范成过程。

做本实验时，用图纸（自备）做轮坯，用齿轮范成仪来实现刀具与轮坯的对滚，再用铅笔（自备）将刀刃的各个位置画在轮坯上,就清楚地显示出轮齿的范成过程。

CQF-A型齿轮范成仪的结构如图1所示。

主要由圆盘、图纸压紧螺母、齿条刀具、托板、刀具压紧螺母、机座等组成。

圆盘的背面固联安装有模数ｍ＝2mm、Z=80的齿轮。

使圆盘后面的齿轮与拖板上的齿条相啮合，松开齿条上的两个旋钮型螺母，调整齿条刀相对分度圆的位置，可绘制变位齿轮齿形。

三．产品特点湖南长庆公司生产的CQF-A齿轮范成仪具有以下特点：（1）范成原理可靠。

采用齿轮与齿条啮合，刻度对应比较，说明齿轮在啮合过程中节园处系纯滚动。

底座与梭板采用燕尾槽配合，移动平稳，梭板每次移动3mm（滚动限位）。

设计的移动长度确保能够绘制出两个完整的齿形。

（2）齿条插刀质优。

齿条插刀采用进口有机玻璃进行机械精加工，刃口平整，不变形、强度好，使用寿命长。

四．主要配置及技术参数1. 范成仪基体范成仪基体主要包括底座与滑板、齿轮与齿条等零件。

齿轮范成仪实验说明书

FCY-I型渐开线齿轮范成仪使用说明一、概述渐开线齿轮的齿廓是一条渐开线，其形成的过程是一直线在圆周上滚动而无任何滑动时，直线上的点所画出的曲线（包括线）就是渐开线。

根据这个原理，设计出用直线齿条刀具加工渐开线齿轮机床。

渐开线齿轮范成仪就是根据这个原理设计的。

齿板是齿条刀具，其中线与齿轮分度相切，使用本范成仪做实验有以下优点：i掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理，观察齿廓形成过程。

用该范成仪加工齿轮，渐开线齿轮齿廓的加工过程理解直观、具体、简便。

2、进一步掌握渐开线齿轮的几何计算。

3、对“模数”这个词，可产生大小、形状等具体概念。

4、对齿轮产生根切的原因及避免根切的方法有真实的理解。

5、对齿轮根切后的齿形有直观的认识。

6、对齿轮变位方法和计算有明确的理解。

7、分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

8掌握用游标卡尺测定变位齿轮参数的方法。

井熟悉变位齿轮上各个参数之间的关系。

9、可提咼学员对齿轮研究的兴趣。

二、设备和工具1•齿轮范成仪；2•剪刀、自备圆规、三角板、红兰铅笔、小刀、游标卡尺、齿轮模型三、齿轮范成原理和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轮齿的。

加工时其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，它们保持固定的角速比传动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样，同时刀具沿轮坯的齿宽方向作切削运动，这样制得的齿轮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齿廓，则其包络线亦为渐开线。

由于在实际加工时，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轮坯与刀具间的传动过程，并用铅笔将刀具刀刃的各个位置记录在绘图纸上，这样就清楚地观察到齿廓范成的过程。

1-横向导板 2-横向导轨 3-元宝螺帽 4-齿轮基圆盘 5-图纸托盘 6-压纸垫板 7-齿轮同步带8-底盘9-齿板五、范成仪主要参数齿轮范成仪所用刀具模型为齿条插刀，仪器构造如图：范成仪配有两块齿板；一块 m=10 , Z=20, d=200 另一块 m=20 , Z=10, d=200 齿形角a =20° 齿高系数h=1 工作齿高h w =2m 齿距P= n m径向间隙c=0.25m齿根圆角半径P r =0.38m范成仪分度圆直径d=200mm 六、使用方法横向移动导板1 （连同齿板9，齿轮基圆4同步转动，用铅笔在齿板侧面画出轮ro o20 30 r4050 r 6050o8070廓线，逐次微移，每移一次画一次，直到齿板移出基圆盘为止，纸面上就画出了渐开线齿形。

实验技能达标考核

材料工程方向实验技能达标考核第一部分：基础理论（20分）画出C Fe Fe 3 相图并简单说明相图中的特性点第二部分：实验室实践操作（70分）利用实验室SRJX-4-13热处理炉子、HR-150A 洛氏硬度计、4XB 金相显微镜、M-2预磨机、PG-2抛光机、4％硝酸酒精等完成以下任务：1、零件45#，进行热处理，性能要求表面具有高的硬度和耐磨性（50～55HRC)，并编写简明的工艺路线。

2、45#热处理后测量并记录其洛氏硬度。

3、完成硬度测量后，按金相试样制备要求制备金相组织并写出制备过程，用金相显微镜进行表征，画出金相组织简图。

4、利用实验中心112实验室万能试验机测定低碳钢（实验室提供）的拉伸力学性能，绘出应力-应变曲线，并简要说明各转折点的含义。

第三部分：实验室注意事项和建议（10分）1、由于实验课和理论课的侧重点和教学方法不同，理论课老师在实验室进行实践教学时，如何更好的维持课堂秩序、课堂中实验仪器设备的保护和课后实验室的环境卫生管理，请写出建设性意见和具体的举措：机械设计方向实验技能达标考核第一部分：基础理论（20分）1、参观106机械设计实验室，根据JY-10DB机械原理陈列柜、机械或机构实物，写出至少三种运动副名称及代号，并画出相应的运动副符号。

2、结合图形叙述渐开线的形成及其特性。

第二部分：实验室实践操作（70分）利用机械原理106实验室、7楼西测绘实验室完成以下任务：1、画出机器（插齿机、内燃机或实验室其他机器）或桌面机构实物，任意画出三个机构运动简图。

2、利用CJDJ-A型齿轮范成仪，绘制齿轮廓。

3、利用刀具角度测量仪，测量任选一组车刀角度。

4、7楼东球阀、齿轮泵或其他机械零件，任选一个进行测绘，可利用三维制图软件。

5、利用613实验室LZS螺栓连接实验台，CQYDJ-4静动态测量仪，计算机及其相关软件，进行螺栓联系静态实验，生成理论曲线和实际测量的曲线。

第三部分：实验室注意事项和建议（10分）1、由于实验课和理论课的侧重点和教学方法不同，理论课老师在实验室进行实践教学时，如何更好的维持课堂秩序、课堂中实验仪器设备的保护和课后实验室的环境卫生管理，请写出建设性意见和具体的举措：液压气动方向实验技能达标考核第一部分：基础理论（20分）1、观察114实验室桌面上的齿轮泵和液压马达，如何区分？2、根据实验室的直动试溢流阀和先导式溢流阀，分别说明其工作原理和区别。

机械基础实验4 齿轮啮合及加工原理

3 4
5
加工Z＜Zmin的齿轮而不产生根切的最小移距（变位系数）为 Xmin=(17-Z)/17
（1）计算被加工标准齿轮的d、db、xmin、da、df，被加工变位齿轮的da、df。（2）将“轮坯”安装到仪器的圆盘上，注意必须要对准中心。（3）加工标准齿轮：调节刀具位置：使刀具中线与被加工标准齿轮分度园相切。 “切削”齿廓：先将齿条刀具移向一端，使刀具的齿廓退出轮坯齿顶圆，刀具每次向另一端移动2~3mm时，用笔将刀刃在轮坯上的位置记录下来，直到形成完整的齿形，同时应注意轮坯上齿廓形成的过程。（４）加工变位齿轮：调节刀具位置：使刀具中线远离轮坯中心，移动mxmin距离。 “切制”齿廓：同上。（5）观察根切现象、比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
1. 范成运动：刀具节圆/中线与被加工轮坯节圆作纯滚动。 2. 切削运动：刀具沿轮坯轴线方向作往复运动。 3. 进给运动：为切出齿全高，刀具沿轮坯径向方向运动。 4. 让刀运动：插刀回程时，轮坯沿径向作微让运动，以免刀刃擦伤已形成的齿面。
齿轮插刀
齿条插刀
● 蜗杆滚刀加工齿轮
滚刀象具有梯形螺纹的螺杆，其纵向开有斜槽而形成刀刃。加工时，滚刀轴线与轮坯端面间应有一个安装角。加工直齿圆柱齿轮时，其安装角为，加工斜齿圆柱齿轮时，根据斜齿轮螺旋角作相应调整。滚刀加工齿轮无须让刀运动，将范成运动、切削运动、进给运动溶为一体，具有高的效率。在现代齿轮加工中，是应用最为广泛的齿轮加工方法。
仿形法加工齿轮
仿形法加工齿轮的三个运动： 1. 切削运动（刀具饶自身轴线回转） 2. 进给运动（轮坯沿轴线方向运动） 3. 分度运动（加工好一个齿槽后，轮坯转过360°／Z）
切削运动分度运动