一种自动范成仪的制作方法

本发明涉及教学仪器技术领域，具体而言，涉及一种自动范成仪。

背景技术：

如今高校在进行齿轮课程的授课时普遍都要求学生进行齿轮轮廓的绘制以便进行相关的实验课程，目前学生一般采用手工绘制或使用模印齿轮范成仪进行齿轮轮廓的绘制。

但这两种方式都存在弊端，手工绘制时，绘制得出的轮廓图与标准齿轮的轮廓误差较大，影响后续实验的准确性；且手工绘制操作繁琐，耗时长，造成实验课程的效率低。使用模印齿轮范成仪，虽然解决了手工绘制误差大的问题，但模印齿轮范成仪为半自动操作，还需要手动进刀和模印(将齿轮轮廓印到纸盘上)，操作不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动范成仪，能实现自动绘制齿轮轮廓的功能，提高齿轮轮廓的绘制精度和效率。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面提供一种自动范成仪，其包括主传动机构、托盘和刀具，所述托盘用于放置纸盘，所述刀具上设有多个齿，多个所述齿的轮廓投影在所述纸盘上；所述主传动机构包括传动蜗杆、与所述传动蜗杆啮合的蜗轮和穿设所述蜗轮中心的主传动轴，所述传动蜗杆外接动力源，所述主传动轴的一端通过托盘传动机构和所述托盘传动连接，以使所述托盘以圆心为中心转动，所述主传动轴的另一端通过间歇机构和所述刀具传动连接，用于使所述刀具下压与所述纸盘接触，所述刀具还通过刀具传动机构和所述托盘传动连接，用于使所述刀具沿所述刀具的齿的排布方向走位。

可选地，所述托盘传动机构包括缺口圆盘、槽轮和定轴轮系，所述缺口圆盘和所述槽轮组成槽轮机构，所述缺口圆盘和所述主传动轴传动连接，所述定轴轮系的输入轴和所述槽轮传动连接，所述定轴轮系的输出轴与所述托盘传动连接。

可选地，所述定轴轮系包括输入轴、输出轴和中间轴，所述输入轴上套设有第一齿轮，所述中间轴上套设有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合，所述中间轴内套设有蜗杆，所述蜗杆与所述输出轴上套设的齿圈啮合。

可选地，所述刀具传动机构包括主动齿轮、第一过渡齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮套设在所述定轴轮系的输出轴上，所述第一过渡齿轮分别与所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮上穿设有从动轴，所述从动轴上套设有固定齿轮，所述固定齿轮通过变位齿轮系和所述刀具连接。

可选地，所述变位齿轮系包括和所述固定齿轮啮合的第二过渡齿轮以及与所述第二过渡齿轮啮合的变位齿轮，所述变位齿轮中心穿设刀具轴，所述第二过渡齿轮中心穿设有过渡轴，所述过渡轴分别通过两个连杆与所述从动轴和所述刀具轴连接，所述刀具轴用于与所述刀具传动连接。

可选地，所述刀具轴上设有指针板，所述指针板的指针端指向刻度尺，所述刻度尺固定在容置所述变位齿轮系的盒体上，所述刀具轴转动带动所述指针端在所述刻度尺上滑动。

可选地，所述间歇机构包括间歇轴、凸轮板和凸轮，所述凸轮板固定在所述间歇轴上，所述凸轮套设在所述主传动轴上，所述凸轮的外周与所述凸轮板抵持。

可选地，所述刀具为条形刀具，所述刀具上的齿以条形排列形成条齿，所述条齿的轮廓投影在所述纸盘上；所述刀具与齿条连接，所述刀具轴上套设有刀具齿轮，所述刀具齿轮与所述齿条啮合。

可选地，所述刀具为圆形刀具，所述刀具上的齿圆周排布形成轮齿，所述刀具套设在所述刀具轴上，所述轮齿的轮廓投影在所述纸盘上。

可选地，还包括箱体，所述动力源、所述主传动机构、所述托盘传动机构、所述凸轮设置在所述箱体内。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的自动范成仪，动力源的动力经传动蜗杆和与传动蜗杆啮合的蜗轮传递给主传动轴，主传动轴的一端通过托盘传动机构和托盘传动连接，使托盘转动带动托盘上的纸盘转动，主传动轴的另一端通过间歇机构和刀具传动连接，用于使刀具下压与转动的纸盘接触，使刀具的齿能印制在纸盘上；另一方面，刀具还通过刀具传动机构和托盘传动连接，用于使刀具沿刀具的齿的排布方向走位，这样刀具上的齿就能在转动的纸盘上绘制完整的齿的轮廓，实现不需手工参与，自动绘制齿廓的功能，完成齿廓的全自动绘制，使得绘制效率高，误差小，且操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之一；

图2为图1中a处放大图；

图3为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的自动范成仪部分结构爆炸示意图；

图5为刀具的齿的负变位示意图；

图6为刀具的齿的正变位示意图；

图7为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之三；

图8为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之四；

图9为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之五；

图10为本发明实施例提供的自动范成仪结构示意图之六。

图标:10-电机；11-槽轮；111-径向槽；112-内凹锁止弧；12-输入轴；13-缺口圆盘；131-拨动杆；1311-圆销；132-外凹锁止弧；14-传动蜗杆；15-蜗轮；16-主传动轴；17-凸轮；18-凸轮板；181-间歇轴；19-从动齿轮；20-从动轴；21-固定齿轮；22-第二过渡齿轮；23-刀具；24-托盘；25-主动齿轮；26-输出轴；261-齿圈；27-第二齿轮；28-中间轴；281-蜗杆；29-第一齿轮；30-第一过渡齿轮；31-刻度尺；32-变位齿轮；33-连杆；331-台阶轴；332-过渡轴；34-刀具齿轮；341-刀具齿轮的中心轴；35-指针板；36-刀具轴；37-轮轴；38-轴承；39-盒体；40-箱体；401-下箱体；4011-沟槽；402-上箱体；403-抽拉箱；45-螺钉；46-螺母；47-套筒；48-固定座；49-托盘座；50-垫片；51-圆柱套；52-安装板；53-承托轴承；54-齿条。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，本实施例提供一种自动范成仪，是一款应用于机械基础试验-范成法加工渐开线齿轮的教学仪器，能自动印制齿轮轮廓，其包括主传动机构、托盘24和刀具23，托盘24用于放置纸盘，刀具23上设有多个齿，多个齿的轮廓投影在纸盘上。

主传动机构包括传动蜗杆14、与传动蜗杆14啮合的蜗轮15和穿设蜗轮15中心的主传动轴16，传动蜗杆14外接动力源，主传动轴16的一端通过托盘传动机构和托盘24传动连接，以使托盘24以圆心为中心转动，主传动轴16的另一端通过间歇机构和刀具23传动连接，用于使刀具23下压与纸盘接触，刀具23还通过刀具传动机构和托盘24传动连接，用于使刀具23沿刀具23的齿的排布方向走位，以在纸盘上自动绘制齿的轮廓。

需要说明的是，第一，动力源为本实施例的自动范成仪提供动力，动力源可为电动力、气动力或液压动力等。本实施例中，动力源为电机10，电机10的输出轴26和传动蜗杆14连接，带动传动蜗杆14转动。

第二，主传动机构用于将动力提供给执行机构，本实施例的执行机构为托盘24和刀具23，刀具23上设有多个齿，托盘24上放置纸盘，多个齿的轮廓正投影在纸盘上，刀具23上的齿印制在纸盘上，完成自动印制齿轮轮廓。

刀具23上的多个齿可成直线排布，为条齿，那么印制在纸盘上的齿为一排齿；刀具23上的多个齿也可成圆周排布，那么印制在纸盘上的齿为一圈齿。

第三，主传动机构包括传动蜗杆14、蜗轮15和主传动轴16，传动蜗杆14和电机10的输出轴连接，蜗轮15和传动蜗杆14啮合传动，蜗轮15的中心穿设有主传动轴16，蜗轮15和主传动轴16之间通过键传动连接，通过主传动轴16形成动力的双输出，将电机10的动力经主传动轴16分别传给托盘24和刀具23。主传动轴16的一端通过托盘传动机构和托盘24传动连接，使托盘24以托盘24的圆心为中心转动，主传动轴16的另一端通过间歇机构和刀具23传动连接，用于使刀具23下压与纸盘接触，刀具23还通过刀具传动机构和托盘24传动连接，用于使刀具23沿刀具23的齿的排布方向走位，完成齿在纸盘上制动绘制齿的轮廓。

本发明实施例提供的自动范成仪，动力源的动力经传动蜗杆14和与传动蜗杆14啮合的蜗轮15传递给主传动轴16，主传动轴16的一端通过托盘传动机构和托盘24传动连接，使托盘转动带动托盘24上的纸盘转动，主传动轴16的另一端通过间歇机构和刀具23传动连接，用于使刀具23下压与转动的纸盘接触，使刀具23的齿能印制在纸盘上；另一方面，刀具23还通过刀具传动机构和托盘24传动连接，用于使刀具23沿刀具23的齿的排布方向走位，这样刀具23上的齿就能在转动的纸盘上绘制完整的齿的轮廓，实现不需手工参与，自动绘制齿廓的功能，完成齿廓的全自动绘制，使得绘制效率高，误差小，且操作方便。

具体地，如图3所示，托盘传动机构包括缺口圆盘13、槽轮11和定轴轮系，缺口圆盘13和槽轮11组成槽轮机构，缺口圆盘13和主传动轴16传动连接，定轴轮系的输入轴12和槽轮11传动连接，定轴轮系的输出轴26与托盘24传动连接。

托盘传动机构用于传动连接主传动轴16的一端和托盘24，托盘传动机构包括缺口圆盘13、槽轮11和定轴轮系，缺口圆盘13和槽轮11组成槽轮机构。

槽轮机构是单向间歇运动机构，又称马耳他机构，用来将主传动轴16的连续转动转换成带有停歇的单向周期性转动。

如图1所示，缺口圆盘13上连接有拨动杆131，当拨动杆131端部的圆销1311未进入槽轮11的径向槽111时，由于槽轮11的内凹锁止弧112被缺口圆盘13的外凹锁止弧132卡住，故槽轮11不动。当圆销1311刚进入槽轮11的径向槽111时的位置，此时锁止弧也刚被松开。此后，槽轮11受圆销1311的驱使而转动。而圆销1311在另一边离开径向槽111时，锁止弧又被卡住，槽轮11又静止不动。直至圆销1311再次进入槽轮11的另一个径向槽111时，又重复上述运动。所以，槽轮11作时动时停的间歇运动。

采用槽轮机构，实现缺口圆盘13转动一圈，槽轮11转动90°，从而使与槽轮11传动连接的定轴轮系为间歇性转动，最终托盘24为间歇性转动，避免托盘24持续转动时刀具23与纸盘间的相对摩擦。通过槽轮11和定轴轮系将动力传到托盘24，以维持托盘24的自动旋转。

槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位。

其中，如图3所示，定轴轮系包括输入轴12、输出轴26和中间轴28，输入轴12上套设有第一齿轮29，中间轴28上套设有第二齿轮27，第一齿轮29和第二齿轮27啮合，中间轴28内套设有蜗杆281，中间轴28和蜗杆281通过键传动连接，蜗杆281上的螺旋齿与输出轴26上套设的齿圈261啮合。

输入轴12和第一齿轮29之间通过键传动连接，中间轴28和第二齿轮27之间通过键传动连接，输出轴26和齿圈261通过键传动连接，键连接拆装方便，对中性好。

定轴轮系的设置，将槽轮机构的动力最终传递给托盘24，实现托盘24转动，且通过定轴轮系，避免了各零件的空间干涉。

如图4所示，托盘24连接在托盘座49上，托盘座49通过垫片50和圆柱套51和输出轴26连接，主动齿轮25通过两个轴承38套设在输出轴26上，一个轴承38套设在主动齿轮25的轮轴37上，另一个轴承38套设在输出轴26上。

通过上述设置，实现将电机10的动力最终传递给托盘24，使托盘24转动，其动力传递路线为：电机10-传动蜗杆14-蜗轮15-主传动轴16-缺口圆盘13-槽轮11-输入轴12-第一齿轮29-第二齿轮27-中间轴28-蜗杆281-输出轴26-托盘24。

刀具23通过刀具传动机构和托盘24传动连接，用于使刀具23沿刀具23的齿的排布方向走位。

具体地，如图4所示，刀具传动机构包括主动齿轮25、第一过渡齿轮30和从动齿轮19，主动齿轮25套设在定轴轮系的输出轴26上，主动齿轮25上设有轮轴37，轮轴37上套设轴承38，输出轴26上也套设有轴承38，输出轴26转动带动主动齿轮25转动，第一过渡齿轮30分别与主动齿轮25和从动齿轮19啮合，将主动齿轮25的动力传递给从动齿轮19，从动齿轮19上穿设有从动轴20，从动齿轮19带动从动轴20转动，从动轴20上套设有固定齿轮21，固定齿轮21通过变位齿轮系和刀具23连接。

第一过渡齿轮30的数量为两个，第一过渡齿轮30上设有轮轴37，轮轴37上套设有轴承38，轴承38和轮轴37设在安装板52内，主动齿轮25和从动齿轮19之间通过两个齿数相同的第一过渡齿轮30传动连接，保证了托盘24与刀具23之间啮合运动的准确性，也保证了绘制出来的齿轮包络线的准确性。

其中，如图2所示，变位齿轮系包括和固定齿轮21啮合的第二过渡齿轮22以及与第二过渡齿轮22啮合的变位齿轮32，变位齿轮32中心穿设刀具轴36，第二过渡齿轮22中心穿设有过渡轴332，过渡轴332分别通过两个连杆33与从动轴20和刀具轴36连接，刀具轴36用于与刀具23传动连接。

示例地，如图4所示，过渡轴332设在其中一个连杆33上，过渡轴332的两端分别套设有轴承38，第二过渡齿轮22通过两个轴承38与过渡轴332连接，以使第二过渡齿轮22能分别与固定齿轮21和变位齿轮32啮合转动，而过渡轴332不转动。该连杆33上还设有台阶轴331，用于与刀具轴36连接，台阶轴331上套设有轴承38，刀具轴36的一端穿设在轴承38内，刀具轴36的另一端和刀具齿轮34连接，刀具齿轮的中心轴341套设在刀具轴36外，刀具齿轮的中心轴341的两端分别套设轴承38，刀具齿轮的中心轴341的上端通过螺钉45固定，台阶轴331的下端通过螺丝和螺母46固定。

台阶轴331穿设在连杆33上的孔为条形孔，以使台阶轴331能在条形孔内调节位置，从而实现刀具轴36在连杆33上的位置变化。

另一个连杆33的一端套在过渡轴332上，另一端套设在从动轴20上。

固定齿轮21、第二过渡齿轮22、变位齿轮32下方通过两个连杆33相连接，从动轴20固定，即固定齿轮21的轴心(转动中心)固定，而第二过渡齿轮22和变位齿轮32的轴心(转动中心)即刀具轴36不固定，在调节的过程中，第二过渡齿轮22与固定齿轮21的中心距不发生变化，第二过渡齿轮22和变位齿轮32的中心距也不发生变化，保证了刀具23可以实现变位的功能。

通过两个连杆33，带动第二过渡齿轮22和变位齿轮32位置移动，变位齿轮32位置移动使刀具23与托盘24的相对位置发生改变，托盘24为圆形，以托盘24的外周为分度圆，如图5所示，当刀具23靠近托盘24时，刀具23的齿的分度线n在托盘24的圆内，此时绘制在纸盘上的齿廓为负变位齿轮的齿廓；反之，如图6所示，当刀具23远离托盘24时，刀具23的齿的分度线n在托盘24的圆外，为正变位齿轮的齿廓，当刀具23的齿的分度线n和托盘24的节线p重合时，为标准齿轮的齿廓。节线p为托盘24外圆的切线。

此外，如图7所示，刀具轴36上设有指针板35，指针板35的指针端指向刻度尺31，刻度尺31固定在容置变位齿轮系的盒体39上，刀具轴36转动带动指针端在刻度尺31上滑动。

通过改变刀具轴36的位置，刀具23与托盘24的相对位置，同时可以根据刻度尺31上的刻度，调节刀具23到实验所需的位置，进而实现齿轮的正负变位功能，这样一来，本实施例的自动范成仪就可自动绘制标准齿轮、正变位齿轮和负变位齿轮，实现绘制齿廓的多样性。

盒体39内部中空，盒体39内容置固定齿轮21，第二过渡齿轮22和变位齿轮32，刻度尺31固定在盒体39外壁上。

如图1所示，通过上述设置，实现将电机10的动力最终传递给刀具23，使刀具23沿刀具23上的齿的排布方向运动，其动力传递路线为：电机10-传动蜗杆14-蜗轮15-主传动轴16-缺口圆盘13-槽轮11-输入轴12-第一齿轮29-第二齿轮27-中间轴28-输出轴26-主动齿轮25-第一过渡齿轮30-刀具齿轮34-从动轴20-固定齿轮21-第二过渡齿轮22-变位齿轮32-刀具轴36-(刀具齿轮34)-刀具23。

要完成齿廓的绘制，还要使刀具23能与纸盘接触，使刀具23的齿能印制在纸盘上，因此主传动轴16的另一端通过间歇机构和刀具23传动连接，用于使刀具23下压与纸盘接触。

具体地，如图1所示，间歇机构包括间歇轴181、凸轮板18和凸轮17，凸轮板18固定在间歇轴181上，凸轮17套设在主传动轴16上，凸轮17的外周与凸轮板18抵持。

如图4所示，凸轮板18上固定有间歇轴181，间歇轴181的一端设在套筒47内，从动齿轮19固定在固定座48上，从动齿轮19套设在从动轴20上，轴承38套在固定座48上，从动轴20的底面和间歇轴181的顶面贴合抵接，这样一来，当从动齿轮19带动从动轴20转动时，间歇轴181是不转动的，间歇轴181随凸轮17的转动在间歇轴181轴向方向上下运动，带动从动轴20在从动轴20的轴向方向上下运动，实现纵向的间歇式运动(即刀具23的起刀与模印)，每向下运动一次，带动刀具23下压一次，使刀具23的齿廓能印在纸盘上。

凸轮17上设有两个凸起，两个凸起相对设置，两个凸起之间通过圆弧过渡连接，这样的设置，使当凸轮17转到凸轮17的凸起处时将间歇轴181顶起(如图1)，当凸轮17转到圆弧过渡处时，间歇轴181下压，实现纵向间歇运动，带动刀具23下压。

刀具23下压的时间间隔以及托盘24的转动角度与电机10的转速相关，根据实际需要预先设定刀具23下压的时间间隔和托盘24的转动角度，然后反算出电机10转速，在实际操作时，设定好电机10转速即可得到想要的刀具23下压的时间间隔和托盘24的转动角度以满足绘制要求。

刀具23在按方向移动过程中，刀具23边缘印制部分凸起，先接触到墨盒，后旋转到纸盘部分，印制出清晰齿廓。

刀具23可为条形刀具，也可为齿轮刀具，如图2所示，当刀具23为条形刀具时，刀具23上的齿以条形排列形成条齿，条齿的轮廓投影在纸盘上，刀具轴36上套设刀具齿轮34，刀具齿轮34与齿条54啮合，齿条54与刀具23连接，用于将刀具23和刀具轴36传动连接，刀具23运动，将条齿的齿廓印制在纸盘上，完成齿廓的自动绘制。

如图9和图10所示，当刀具23为圆形刀具，刀具23上的齿圆周排布形成轮齿，此时刀具23即为齿轮，齿轮直接套设在刀具轴36上，齿轮的轮齿与纸盘接触，轮齿的齿廓印制在纸盘上，完成齿廓的自动绘制。

条形刀具和齿轮刀具均可从刀具轴36上拆卸，通过可拆卸的设置，便于条形刀具和齿轮刀具的转换使用，能实现条齿和轮齿的齿廓绘制。

如图7和图8所示，本实施例的自动范成仪，其动力源、主传动机构、托盘传动机构、凸轮17均设置在箱体40内，箱体40包括上箱体402和下箱体401，上箱体402和下箱体401内各设有多个沟槽4011，用于承托上述相应位置的各齿轮、轴、电机10等构件，以主传动轴16为例，如图1和图8所示，主传动轴16上套设有承托轴承53，承托轴承53竖直放置在沟槽4011内，使承托轴承53的外圆周壁与沟槽4011的槽壁抵触，这样，主传动轴16转动时，带动承托轴承53转动，承托轴承53就在沟槽4011的槽壁处旋转，通过承托轴承53使下箱体401承托住主传动轴16，并使主传动轴16能转动顺畅。上箱体402和下箱体401对接合拢将上述动力源、主传动机构、托盘传动机构、凸轮17容置在内，对各构件进行保护，避免灰尘等污染各构件，保证各构件能正常运转。

箱体40的侧壁上设有开槽，开槽内设有抽拉箱403，使抽拉箱403能从箱体40内抽出或推进，本实施例的抽拉箱403的数量为两个，抽拉箱403内设置嵌槽，用于容置刀具23，当不需要刀具23时，可将刀具23拆卸并放置在抽拉箱403内，再将抽拉箱403推进箱体40内，防止刀具23在箱体40外长时间放置而损坏，从而损害刀具23的使用寿命；需要使用时，将抽拉箱403内的刀具23取出并安装，成为图7所示的结构。

本实施例提供的自动范成仪，具有操作便利、功能丰富等特点，很好解决了现有手工绘制时操作繁杂、误差大的问题；且操作简单，实验呈现的效果良好，能够体很好的现出范成法的原理和特点，适用于范成运动基础实验的教学应用；能将复杂的手动操作转化为简单的机械传动，既节省时间，又减小了实验的误差，在教学时能使同学们极易观察，并更好的理解范成法的原理；托盘24的旋转实现自动，保证了实验绘制的包络线的疏密程度的一致性，同时还满足加工正负变位的齿轮的需求，效果良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。