零壓力角齒輪傳動式齒輪范成儀的設(shè)計研究

王馨舸++羅建將

摘要：以機械原理課程中漸開線齒輪的范成實驗的設(shè)備為對象。提出一種可以繪出不同種齒數(shù)的齒輪齒形的實驗教學用設(shè)備——可調(diào)參數(shù)齒輪范成儀。通過更換傳動齒輪與傳動齒條間的傳動小齒輪來改變傳動比，可以畫出不同種齒數(shù)的齒輪齒廓；通過改變描繪齒條，畫出不同模數(shù)的齒輪齒廓。

關(guān)鍵詞：范成儀；齒輪；齒廓

中圖分類號：TH132.11文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.02.007

第31屆吉林省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎作品

作者簡介：王馨舸（2000-），女，漢族，吉林長春，東北師范大學附屬中學學生；

指導教師：羅建將，（1986-），男，漢族，吉林長春，東北師范大學附屬中學科技教研室教師。

當前應(yīng)用最廣泛的“漸開線齒輪范成儀”主要是模仿展成法加工齒輪的一種實驗教學儀器。漸開線齒廓范成儀多數(shù)只能繪制出單一模數(shù)和齒數(shù)的齒形齒廓。在實驗中，學生只是被動的畫出齒形和進行簡單的計算，不能很好的理解齒輪加工過程，也不能很好地理解漸開線齒廓根切的現(xiàn)象及其防止根切的方法。為此，本文另辟蹊徑，提出“零壓力角的齒輪傳動齒輪范成儀”的一種實驗教學儀器，可解決“漸開線齒輪范成儀”存在的問題。

1范成儀總體結(jié)構(gòu)

第一齒輪通過第二齒輪、第三齒輪和第四齒輪將運動傳遞給第五齒輪，或者第一齒輪直接和第五齒輪嚙合，更換齒輪的齒數(shù)，能夠描繪出不同齒數(shù)的漸開線齒輪齒廓，通過調(diào)節(jié)兩個刀齒之間的距離，能夠描繪出不同模數(shù)的漸開線齒輪齒廓。如圖1所示。

1.螺母 2.齒條3.第四齒輪4.第三齒輪5.第二齒輪6.第一齒輪7.槽8.底板9.圓盤10.壓紙盤11.旋鈕12.聯(lián)接環(huán)13.一軸14.軸承15.二軸16.三軸17.插刀18.燕尾槽19.滑枕20.滑槽

2范成儀工作原理

范成儀由零壓力角模擬齒條插刀、第五齒輪（齒條）、第四齒輪、第三齒輪、第二齒輪、第一齒輪、底板、托紙圓盤和聯(lián)接環(huán)組成，第一軸固定在底板上，其位置根據(jù)需要可以在槽內(nèi)上下調(diào)整，第一齒輪和聯(lián)接環(huán)固定在一起并套設(shè)在第一軸上，聯(lián)接環(huán)與第一軸之間套設(shè)軸承，聯(lián)接環(huán)的盤面外周套設(shè)固定托紙圓盤，聯(lián)接環(huán)的立柱具有外螺紋，聯(lián)接環(huán)上套設(shè)壓紙盤并以旋鈕旋緊，第三齒輪位于第二齒輪之上，第三齒輪和第二齒輪以第二軸樞接在底板上，第三齒輪和第二齒輪固定在一起，第四齒輪以第三軸樞接在底板上，第一齒輪與第二齒輪嚙合在一起，第三齒輪和第四齒輪嚙合在一起，底板上開設(shè)有燕尾槽，滑枕滑設(shè)在燕尾槽中，滑枕上固定第五齒輪（齒條），零壓力角模擬齒條插刀通過自身的滑槽和鎖緊螺母固定在齒條上，第四齒輪與齒條嚙合在一起。

底板上開設(shè)有槽，第一軸和第二軸穿設(shè)固定在底板的槽中，第一軸和第二軸可以在底板的槽中上下移動，第三軸固定在底板上。

底板開有圓孔并裝有彈簧與鋼珠組成彈簧柱塞，滑枕的邊緣具有條齒，彈簧柱塞的鋼珠與滑枕邊緣的條齒接觸，彈簧柱塞所在位置保證鋼珠一直可與滑枕接觸，從而使齒條移動過一個凸起距離時，鋼珠位于條齒中，將滑枕定位，以便均勻繪制齒形。如圖2所示。

3范成儀實驗過程

（1）首先根據(jù)要描繪漸開線齒廓齒輪的模數(shù)和壓力角來調(diào)整零壓力角模擬齒條插刀。

（2）根據(jù)一對漸開線齒輪正確嚙合條件以及被加工齒輪的齒數(shù)來選擇中間的傳動齒輪齒數(shù)。調(diào)整零壓力角模擬齒條插刀的同側(cè)兩齒之間的距離，計算齒數(shù)比。

（3）根據(jù)這個齒數(shù)比在已經(jīng)給出的備用齒輪當中選擇第一齒輪、第二齒輪和第三齒輪。把第二齒輪和第三齒輪安裝到第二軸上實現(xiàn)同軸共轉(zhuǎn)，調(diào)整第一軸的位置保證第一齒輪和第二齒輪嚙合上，第三齒輪和第四齒輪嚙合上，第四齒輪和第五齒輪（齒條）嚙合上。松開鎖緊螺母及旋鈕，拿起壓紙盤，將圖紙放在模擬齒條插刀下面，放上壓紙盤，然后旋上旋鈕H壓緊圖紙。調(diào)整模擬齒條插刀，使模擬齒條插刀分度線與輪坯回轉(zhuǎn)中心的距離為被繪制齒輪的分度圓半徑，此時模擬齒條插刀中線與輪坯分度圓相切。將模擬齒條插刀移至開始嚙合的位置，然后推動模擬齒條插刀或旋轉(zhuǎn)托紙圓盤，向右或向左每次模擬齒條插刀一段距離，比如3～5 mm，彈簧柱塞卡在滑枕兩個齒之間，開始沿模擬齒條插刀邊緣繪制模擬齒條插刀的齒廓曲線，畫一次刀具齒廓曲線，移動一次滑枕，直到繪出2～3個完整的齒廓為止。這些齒廓的包絡(luò)線即為標準漸開線齒輪的齒廓。

4結(jié)論

（1）兩個刀齒之間的距離可以調(diào)節(jié)，描繪出不同模數(shù)的漸開線齒輪齒廓。

（2）可以模擬齒輪加工方法中磨齒加工的原理，更好地理解一對漸開線齒輪嚙合原理。

（3）只改變第一齒輪的模數(shù)和齒數(shù)即可模擬多種齒輪的加工過程，方便快捷。

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