实验二齿轮范成原理的计算机动态模拟.doc

实验二 齿轮范成原理的计算机动态模拟

一、实验目的

1. 通过计算机图形演示，掌握用范成法切制渐开线齿轮的基本原理；
2. 了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；
3. 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。

二、实验内容

1.观察渐开线齿廓形成过程；
2.用计算机模拟出标准与变位齿轮的渐开线齿廓。

三、实验设备和工具

1.计算机及其打印机；
2.齿轮范成原理计算机动态模拟软件。

四、实验原理

范成法是利用一对齿轮互相啮合传动时,其共轭齿廓互为包络线的原理来切制齿轮的。
在用齿条插刀切制齿轮的过程中，齿条可以当作是一个基圆无限大的齿轮。刀具与轮坯的 相对运动相当于齿条与齿轮的啮合，而齿条与齿轮啮合必需具备严格的对滚关系。由于齿 轮的分度圆永远是与齿条啮合的对滚节圆，所以分度圆的线速度应与齿条移动的速度相
等，这是用齿条插刀切制渐开线齿轮的核心问题。当齿条插刀的中线作为节线与轮坯的分 度圆相切作纯滚动时，可切制出标准齿轮。当齿条插刀上任意一条平行于中线的直线作为
节线与轮坯的分度圆相切作纯滚动时，可切制出变位齿轮。
在实际加工时，若被加工齿轮的齿数为 Z、模数为 m，轮坯的角速度为w，则齿条插刀
将以 V = m Zw／2 的速度移动。齿轮范成软件采用了"反转法" 将相切纯滚动的过程在 ，
屏幕上模拟再现出来，即轮坯不动，齿条以－w的角速度绕轮心 O 转动，且沿分度圆的切
线方向移动，移动的速度仍为 V = m Zw／2。计算出齿条插刀上各点的坐标值，采用连续
画线语句便动态包络生成渐开线齿廓，这样就能清楚地观察到齿轮的范成过程。
五、实验步骤

1. 齿轮根切演示软件的运行步骤

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在 JYCAI 目录下找到 CAI2.EXE 文件，键入 CAI2 后，便进入此模块菜单。其内容如下：
齿轮机构计算机辅助教学软件菜单
1． 齿轮根切演示
2． 标准与变位的齿轮渐开线
3． 齿轮设计
4． 渐开线啮合设计
Q．退出菜单
请输入选择项(1-4、Q)? 在提示后面键入选项(1-4、Q)即可进入各选项。
2. 齿轮根切演示软件程序说明
1).齿轮根切演示
在菜单中选择 1 后，屏幕便出现以下内容：
*************Generate cutting for invoie gear ***********

Input data m(mm),z=?
ALPAHA(deg),h*a ,c*=?
输入数据
按次序输入模数、齿数：m＝20，z＝8
按次序输入压力角(度)、齿顶高系数、

顶隙系数：ALPAHA=20, h * = 1, c * = 0.25
a

X'=? 输入变位系数： x'=0
OK(Y/N)? 确定输入 Y，否则键入 N，重复到正确为止。
输入完毕后， 屏幕的左边出现一把绿色的齿条刀， 通过按空格键可以看到范成加工
过程和最后形成的齿形。演示完毕后屏幕出现刚才输入的数据，按大写字母 E 退出。
重复命令：采用同一组数据， 将 x'改动，Xmin ＝(17-z)/17, 使 x'>Xmin 观察部根
切情况。
2). 标准与变位齿轮渐开线
在菜单中选择 2 后，屏幕便出现以下内容：
*****Standard and modified involute gear *****标准与变位的齿轮渐开线
Input data 输入数据
(ALPAHA=20 m=10mm h*a=1 c*=0.25 (Y/N?) 这是提问是否确认括号内的设置参数值。
若确人键入 Y，如有修改则键入 N 后出现下面提问：
ALPAHA=?
h*a=, c*=? 然后会依次输入修改的数据。
Input z,x=? 键入齿数、变位系数：z=20,x=0
输入完毕后，可在屏幕上看到由输入数据决定的齿轮齿形。
屏幕提示：Input new Data z,x,ALPAHA? 输入新的数据：z，ALPAHA 不变，x 分别 取 1,-1,可以看到标准齿轮、正、负变位齿轮的相应齿形，比较它们的不同。如需退出
则键入 0，0，0

2

3).齿轮设计
在菜单中选择 3 后，屏幕便出现以下内容：
***********Gear Design**********齿轮设计
Input date 输入数据
(ALPAHA=20 m=10mm h*a=1 c*=0.25) (Y/N)?若修改则键入 N，否则键入 Y
Input z1,z2=? z1=15,z2=45 (输入之后可以看到计算出的 X1min，X2min)
Input X1,X2=? 输入 X1，X2
输入完毕后，在屏幕右侧列出两齿轮的尺寸 r1，r2，ra1，ra2 等。
4).渐开线啮合设计
在菜单中选择 4 后，屏幕便出现以下内容：
*******Simulation for procedure of gearing ******渐开线啮合设计
Input Z1,Z2,X1,X2=? 输入 Z1,Z2,X1,X2
输入后可以看到绿色和深红色表示的两齿轮的接触齿廓、基圆、节圆。通过按空格键，
可看到两齿轮的啮合过程，啮合点在啮合线上移动，直到分离。
3. 齿轮范成原理计算机动态模拟软件的运行步骤
本软件可演示用范成法加工齿轮的过程，可选用齿条刀具或齿轮刀具。若选用齿条刀 具(滚齿加工),可切制，并可观察根切现象。若选用齿轮刀具(插齿加工),可切制标准或变
位的渐开线内齿轮、外齿轮。同时本软件还可以演示一对齿轮的啮合及齿形比较等。
在 JYCAI 目录下运行 CLJG1(或 CLJG2),运行后屏幕便出现该软件系统的主菜单。本软 件系统采用菜单方式，每个模块功能及使用说明均挂在菜单中，各项操作的提示以汉字方 式给出。由于其各模块项数较多，具体注意事项及输入参数要求查阅系统的在线帮助，按
提示进行便可。
六、计算机运行结果

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