一种齿轮范成运动过程模拟装置的制作方法

本发明属于机械设计与传动技术领域，涉及一种齿轮范成运动过程模拟装置，用于高校课程教学和专业技能训练中关于齿轮成形过程的实验教学。

背景技术：

齿轮范成运动作为机械原理和机械设计基础等课程的重要实验之一，对于理解齿轮廓形的动态成形过程具有突出的实际意义。目前相关课程的实验教学中，利用圆柱齿轮和齿条组成的齿轮范成仪，包络形成渐开线圆柱齿轮齿廓，模拟齿轮的加工和啮合过程。现有的齿轮范成仪主要有双联行星传动式齿轮范成仪、电气控制的齿轮范成仪和手工划线齿轮范成仪等，其中双联行星传动式齿轮范成仪采用行星齿轮结构可以实现齿轮插刀加工齿轮的演示过程，但结构复杂；而电气控制的齿轮范成仪采用电气控制齿条移动，实验精度相对较高，但仍需手工画线，操作比较繁琐；手工划线齿轮范成仪主要由压板、圆盘、齿条刀、滑板、机架组成，实验过程主要依靠手动推进滑板、手工划线进行操作，其描绘出来的齿轮齿廓粗糙、步距行程不均匀，而且效率极低。

因此，为了克服现有技术不足，在实验条件下，快速、清楚的观察齿轮齿廓曲线的成形过程，快速精准的演示齿轮加工过程，加深理解齿轮范成法的齿廓包络原理，利用步进电机驱动的方式，设计一种齿轮范成运动过程模拟装置。

技术实现要素：

本发明涉及一种齿轮范成运动过程模拟装置，采用步进电机驱动链轮式齿条和齿轮模拟插齿运动过程，自动包络出清楚直观、误差小、步距均匀的齿轮齿廓。

本发明采用的技术方案如下：

一种齿轮范成运动过程模拟装置包括机架1、往复电机2、曲柄3、连杆4、滑块5、螺栓6、连接板7、链轮齿条8、平移电机9、毛坯板10、夹紧螺钉11、回转电机12、调整滑槽13；往复电机2固定安装在机架1上，曲柄3通过键连接在往复电机2的输出轴上；连杆4包括槽4-1、连接杆4-2、凹型块、一个螺纹孔；曲柄3上的销轴在连杆4的槽4-1中滑移；连杆4的连接杆4-2穿过滑块5；连接板固定在连杆4凹型块上，平移电机9固定安装在连接板7上；链轮齿条8安装在平移电机9的输出轴和销轴7-1上，随连接板7一起往复运动；回转电机12安装在机架1上，毛坯板10固定连接在回转电机12的输出轴上，毛坯板10随回转电机12输出轴一起转动。

链轮齿条8包括链条8-1和轮齿8-2、主动链轮8-3、从动链轮8-4；轮齿8-2为单个齿轮齿廓形状，每个轮齿8-2背靠固定在单个链节的外侧，随链节一起运动；轮齿8-2的端截面为齿轮齿廓形状，可吸附油墨。

回转电机12固定在机架1上；机架上安装回转电机12的孔为腰槽，腰槽的长度方向与两链轮中心连线相垂直；回转电机12的输出轴在调整滑槽13中，调整滑槽13上有刻度。

本发明的有益效果在于：一种齿轮范成运动过程模拟装置采用步进电机作为动力源驱动链轮齿条机构模拟齿条的平动，采用步进电机直接驱动齿轮与链轮齿条进行同步转动啮合，实现圆柱齿轮齿廓的范成运动。以曲柄滑块机构实现齿条的整体往复进给，模拟插齿刀的进给运动。本装置结构简单，操作简便，运动过程连续、准确，具有较好的实验和工程价值。

附图说明

图1为一种齿轮范成运动过程模拟装置的总体结构图。

图2为一种齿轮范成运动过程模拟装置中的连杆结构图。

图3为一种齿轮范成运动过程模拟装置中的链条齿条结构图。

图4为一种齿轮范成运动过程模拟装置中的连接板结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施过程作详细描述。

如图1，一种齿轮范成运动过程模拟装置，包括机架1、往复电机2、曲柄3、连杆4、滑块5、螺栓6、连接板7、链轮齿条8、平移电机9、毛坯板10、夹紧螺钉11、回转电机12、调整滑槽13；往复电机2带动曲柄滑块机构往复运动，曲柄滑块机构上安装链轮齿条8，平移电机12带动毛坯板10转动，两个运动合成可模拟齿轮范成运动。

如图2，往复电机2固定安装在机架1上，曲柄3通过键连接在往复电机2的输出轴上；连杆4包括槽4-1、连接杆4-2、凹型块、一个螺纹孔；曲柄3上的销轴在连杆4的槽4-1中滑移；连杆4的连接杆4-2穿过滑块5可实现往复运动，其中滑块5起导向和支撑作用。

如图3和图4，平移电机9固定安装在连接板7上，随连接板7一起往复运动；连接板7包括销轴7-1、光孔7-2、螺纹孔7-3、4个电机安装孔和板身；链轮齿条8安装在连接板7的销轴7-1和平移电机9的输出轴上；连接板7固定在连杆4的凹型块上;链轮齿条8包括链条8-1和轮齿8-2、主动链轮8-3、从动链轮8-4；轮齿8-2在链条8-1的外侧，轮齿8-2的截面为齿轮轮齿形状，轮齿8-2可吸附油墨。

回转电机12通过螺钉连接安装在机架1上，毛坯板10通过螺钉连接在回转电机12的输出轴上，夹紧螺钉11与回转电机12的输出轴的轴端螺纹孔连接，用来夹紧范成运动所用毛坯纸；回转电机12的输出轴在调整滑槽13中，调整滑槽13上有刻度，通过调整回转电机12的输出轴在调整滑槽13中对应不同刻度可以实现变位齿轮加工过程。

本发明的工作过程：

齿轮与齿条的正常啮合过程为：往复电机2带动链轮齿条8往复运动，平移电机9带动链轮齿条8转动，回转电机12带动毛坯板10转动，毛坯板10通过夹紧螺钉11安装毛坯纸；其中往复电机2每往复插齿一次，对应回转电机12转过一定角度；通过两个合成运动，将油墨印到毛坯纸上，毛坯纸上的油墨即为齿轮毛坯所切除的材料。

齿轮变位时，对照调整滑槽13上的刻度值，调整回转电机12的固定螺钉在调整滑槽13中的位置，实现齿轮变位；其余操作过程与齿轮和齿条的正常啮合过程相同。

本发明的工作原理：

采用往复电机2带动曲柄滑块机构往复运动，曲柄滑块机构上安装有平移电机9和链条与轮齿相结合的链轮齿条8；平移电机9带动链轮齿条8模拟齿条平移运动；回转电机12带动毛坯板10转动；由此毛坯板10的转动与链轮齿条8的平移运动可模拟齿轮范成运动。