【知识目标】

①范成法切制渐开线齿廓的基本原理。

②渐开线齿廓产生根切的原因和避免根切的方法。

③标准渐开线齿轮和变位渐开线齿轮的异同点。

【技能目标】

能正确计算标准及变位渐开线齿廓的主要几何参数。

2.2.1　实验设备

①渐开线齿轮范成仪。

②A3 绘图纸1 张,铅笔、橡皮、绘图工具和剪刀。

2.2.2　实验内容

①范成标准渐开线齿廓。

②范成变位渐开线齿廓。

③计算并比较标准及变位渐开线齿廓的主要参数。

2.2.3　实验原理

(1)渐开线齿廓的范成原理

近代齿轮加工的方法很多,如铸造、模锻、冷轧、热轧及切削加工,但在生产中常用的是切削加工。目前,在齿轮切削加工中,最常用的是范成法,如插齿、滚齿和磨齿等。

用齿条插刀加工齿轮时,轮坯以角速度ω 匀速转动,齿条插刀以速度v=rω 沿轮坯分度圆切向方向相对移动,齿条插刀同时在轮坯轴线方向上下往复运动并在向下运动过程中进行切削,齿条插刀同时沿轮坯中心方向作径向进给运动。这样,齿条插刀在轮坯上逐渐切制出渐开线齿廓,如图2.1 所示。

图2.1　渐开线齿廓的范成

(2)渐开线齿廓的根切现象

用范成法切制齿轮时,有时刀具的顶部会过多地切入轮齿根部,将根部的渐开线齿廓切去一部分,从而导致根部齿厚减薄。产生严重根切的齿轮,其轮齿的抗弯强度明显降低,对传动十分不利,因此,加工时应避免发生根切。对于α=20°,ha∗=1 的标准刀具,加工标准齿轮不发生根切的最小齿数为zmin=17。

如要制造齿数小于17 而又不产生根切现象的齿轮,可采用增大压力角α 和减小齿顶高系数ha∗的方法,但是这样做需要采用非标准的刀具才行。解决这个问题最好的方法是采用变位修正法,就是将齿条刀具的分度线向远离轮坯中心的方向移动一个距离,这样加工出来的齿轮齿数可少于17 且没有根切现象发生。加工变位齿轮不产生根切的最小移距系数为

(3)齿轮范成仪的工作原理

图2.2　齿轮范成仪结构简图(www.daowen.com)

1—压板;2—圆盘;3—齿条;4—溜板;5—机架

齿轮范成仪的结构如图2.2 所示。圆盘安装在机架上,代表被加工的齿轮轮坯,齿条安装在溜板上,可随溜板在机架导轨内左右移动,齿条也可相对于圆盘作径向移动。如果齿条的分度线和圆盘的分度圆相切,便可切制出标准渐开线齿廓;如把齿条的分度线相对于圆盘的分度圆移动一定的距离,则可切制出变位齿轮。

(4)实验参数

实验参数见表2.4。

表2.4　实验参数

2.2.4　实验步骤

①根据已知的刀具参数和被加工的齿轮齿数、模数,计算出被加工的标准齿轮和变位齿轮的齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径,并将之画于代表轮坯的圆形图纸上。

②将圆形图纸放在圆盘上,对准中心后用压板压定。

③将溜板移动至范成仪的一端,然后开始范成渐开线齿廓,每移动2~3 mm 的距离,用铅笔在圆形图纸上描下齿条刀具的轮廓线。这样,依次反复移动溜板就可范成出2~3 个渐开线齿廓,如图2.3 所示。

图2.3　标准渐开线齿廓

④计算最小变位系数xmin,并确定变位系数x 使其略大于最小变位系数,然后把齿条刀具的分度线向远离轮坯圆心的方向移动一个变位量X=mx。

⑤按照步骤③范成变位齿轮的齿廓,如图2.4 所示。

⑥检查范成出的变位齿廓是否发生根切,并与标准齿廓进行比较,观察有何不同之处。

2.2.5　思考题

①渐开线齿轮加工的方法有哪些?其加工原理是什么?

②用范成法加工的齿廓全部是渐开线吗?齿廓由哪几部分组成?

③作为加工刀具的齿条与普通齿条有什么不同?被加工齿廓的渐开线是由刀具的什么部位切制出来的?过渡曲线又是由刀具的什么部位切制出来的?

图2.4　变位渐开线齿廓

④用齿条刀具加工齿轮时,齿轮分度圆上的槽宽和刀具上的什么部位相同?为什么?

⑤用仿形法加工齿数小于17 的齿轮是否有根切现象?

⑥能否用α=0°的齿条刀具加工出分度圆上α=20°的渐开线齿轮?为什么?

⑦正变位、负变位和标准齿轮的齿廓有何异同?