機械原理實驗(簡版)

1、實驗三、齒輪范成加工原理一、目的1. 掌握用范成法制造漸開線齒輪的基本原理；2. 了解漸開線齒輪產(chǎn)生根切現(xiàn)象的原因和避免根切的方法；3. 分析比較標準齒輪和變位齒輪的異同點。二、設備和工具1. 齒輪范成儀和簡易插齒機；2.圓規(guī)（自備）；3.三角尺（自備）；4.鋼皮尺；5.剪刀；6.繪 圖紙（規(guī)格270毫米x270毫米）；7.鉛筆（hb規(guī)格貳支自備）；8.計算工具（自備）；9.標準 漸開線樣板。三、原理和方法1. 齒輪范成原理簡述范成法是利用一對齒輪互相嚙合時其共軌齒廓互為包絡線的原理來加工輪齒的。加工時其中一 輪為刀具，另一輪為輪坯，它們仍保持固定的角速比傳動，完全和一對真正的齒倫互相嚙合傳動

2、一 樣；同時刀具還沿輪坯的軸向作切削運動。這樣所制得齒輪的齒廓就是刀具刀刃在各個位置的包絡 線。今若用漸開線作為刀具齒廓，則其包絡線亦必為漸開線。由于在實際加工時，我們是無法明顯 地看到刀刃在各個位置形成包紹線的過程，若用齒輪范成儀來實現(xiàn)輪坯與刀具間的傳動過程，并用 鉛筆將刀具刀刃的各個位置記錄在繪圖紙上，這樣我們就能清楚地觀察到齒輪范成的過程。2. 齒輪范成儀的結構齒輪范成儀所用的刀具模型為齒條插刀，儀器的構造如圖3-1所示。它的結構可看成由輪坯與 刀具兩部分組成。l-kii標尺2 皆糸刀3近位法板4 一i7皆的分皮勿5 9齒的分度36 鈴盤7- 頊仃9 9齒尿ej10糕奠虢他 一嚙金溜圾圖

3、3-1齒輪范成儀（1）輪坯部分的結構做成扇形的構件4,是模數(shù)m二18毫米；齒數(shù)z=17齒輪的分度圓；另一半圓5是模數(shù)毫 米，齒數(shù)z=9的齒輪的分度圓，它們一起裝在同一軸上。（2）刀具部分的結構模數(shù)m二18毫米的齒條刀2用較鏈裝在變位溜板3上，轉動旋鈕13可使刀具移動實現(xiàn)變位，變 位量大小可從刻度尺1讀出。變位溜扳3又裝在嚙合溜板11 ±,在不作變位時，可用手柄10鎖住 變位溜板3。嚙合溜板11是與分度圓作純滾動運動。在無變位量（刻度尺零位對齊）時，刀具2的 分度線（屮線）與嚙臺溜板11的一側（即與分度園作純滾動的一側）在同一垂直平而上。四、實驗步驟1. “切削”標準齒輪（1）按基本參

4、數(shù)m二18毫米，z=9, a =20° , h=l和c=0.25計算被加工標準齒輪的分度圓、 基圓、齒頂圓和齒根圓的半徑?，F(xiàn)將四個圓半徑的計算結果列表如下：名稱符號公式和計算值分度圓半徑rmz 18x9r -尺-8 mm2 2基圓半徑%rh = rcosa = 81 x cos 20 = 76.12mm齒頂圓半徑ram18ra =(z + 2ha ) = (9 + 2xl) = 99mm齒根圓半徑rfm辛18rf =-(z-2ha -2c ) = (9-2x1-2x0.25)=585mm（2）旋下螺釘7,打開刀具2,將代表輪坯的圖紙放在刀具2和壓扳8的下面，再旋入螺釘7 壓緊輪坯紙。

5、再將上述四個圓分別畫在輪坯紙上，然后將紙剪成比齒頂直徑略大23毫米的圓形作 為輪坯。（3）調節(jié)變位量旋鈕13,將刀具中線移至與被加工齒輪分度圓相切的位置，此時變位雖標尺1 的刻度應指到零的位置（或者使刀具的齒頂線與被加工齒輪的根圓相切）。再把鎖緊旋紐10鎖緊。（4）開始“切制”齒廓吋，應先轉動分度圓到一邊，并移動嚙合溜板11到一端，轉動手柄12 使分度圓與嚙合溜板11壓緊，再依次移動嚙合溜扳11而形成范成運動。然后每當向另一端移動一 個不大的距離時，即在代表輪坯的圖紙上用削尖的鉛筆輕輕畫下刀具輪廓線，這樣就可在輪坯紙上 包絡出被切齒輪的齒形來，直到形成23個完整的齒時為止。在上述過程屮應注意輪

6、坯上齒廓形成 的過程。（5）用標準漸開線樣板，檢驗齒輪的漸開線齒廓，觀察有無限切現(xiàn)象。如有根切則分析英原因, 并計算最小變位系數(shù)xmino2. “切削”變位齒輪（1）用齒條刀具制造齒輪時。不發(fā)生根切現(xiàn)象的最少齒數(shù)zmin2/r * lz.nin=當?shù)毒叩?a=20h； = 1時，zmin= 17o sin a（2）對于齒數(shù)z二9的齒輪，不根切的最小變位系數(shù)xmin為：vj * zmin - z 、7一9xmin = ha 二=1 x= 0-47因此，為了不發(fā)生根切。該齒輪應采用正變位，其變xnxmin。今取變位系數(shù)x=0.50。（3）按基本參數(shù)m=18, z二9, a =20° ,

7、ha*=l, c*=0. 25和x=0. 50計算被加工的變位齒輪的分 度圓、基圓、齒頂圓和齒根圓的半徑?，F(xiàn)將各值的計算結果列表如下：名稱符號公式和計算值分度圓半徑rmz 18x9廠一c - 8 imm2 2基圓半徑%rb = rcosa = 81 x cos 20 =762mm齒頂圓半徑rara =廠 + (町+ x v)m = 81 + (1 + 05-0)x18=108mm齒根圓半徑rfrf = r- (hj + c" x)m = 81 - (1 4-0.25一 05) x 18 =67 5mm備注：此處為單一變位齒輪無法決定"值，故暫取"二0。（4）其它步

8、驟方法與切制標準齒輪相同。只是應注意，需先放松鎖緊旋鈕10,轉動變位量旋 鈕13,使刀具外移（正變位）或內移（負變位）至所需變位量（由變位量標尺1來讀出）。本實驗 因是正變位，故使刀具外移xm-0. 50x18=9mm的距離。再把鎖緊旋鈕10鎖緊，然后再按前述方法繪 制齒廓。3. 比較所得標準齒輪和變齒輪的齒厚、齒間距、周節(jié)、齒頂厚、基圓齒厚、根圓、頂圓、分 度圓和基圓的相對變化特點。把比較結果寫成實驗報告。五、齒輪插刀制造漸開線齒輪齒輪插刀制造漸開線齒輪的基本原理和方法，可通過演示簡易插齒機的切制過程來獲得了解。六、思考題1. 齒條刀具的齒頂高和齒根高為什么都等于（,+/）%?2. 用齒輪刀具加工標準齒輪時，刀具和輪坯之向的相對位置和相對運動有何要求？為什么？3. 通過實驗，說明你所觀察到的根切現(xiàn)象是怎樣的？是由于什么原因引起的？避免根切的方法 有哪些？七、實驗報告要求1. 在專用實驗報告紙上完成實驗報告。2. 實驗報告內容包括：（1）實驗目的（2）實驗設備與工具（3）實驗原理與方法（4）實驗步驟3. 完成以下內容：（1）原始數(shù)據(jù)項iimah：*cz單位數(shù)值(2)計算數(shù)據(jù)項目符號標準齒輪(x=0)變位齒輪(x=0.5)分度圓齒厚s分度圓齒間距e周節(jié)p頂圓齒厚sa基圓齒厚sb齒根圓直徑df齒頂圓直