一种可变非圆齿轮加工器具

技术领域

本发明属于教学实验技术领域，更具体地说，涉及一种可变非圆齿轮加工器具。

背景技术

齿轮范成实验是机械类各专业机械原理课程教学中的基本实验之一，利用互相啮合的齿轮齿廓曲线互为包络线的原理，加工齿轮齿廓曲线的方法称为范成法。齿轮范成仪是模拟范成法加工齿轮轮廓线的实验教学仪器。有关非圆齿轮范成仪的研究，专利号为CN102991216A的专利公开了一种椭圆齿轮范成仪的原理和制作方法，该范成仪特征在于用一个标准渐开线齿轮与一个椭圆齿轮啮合来实现非圆齿轮传动的节曲线纯滚动，从而实现非圆齿轮齿廓曲线的范成法加工过程模拟。但该范成仪只能模拟范成加工特定的椭圆齿轮，对于一般的非圆齿轮的齿廓则无法模拟实现范成法加工。为了克服其不足，本专利提出了一种非圆齿轮节曲线形状可变的非圆齿轮范成仪的解决方案，可以实现模拟节曲线为任意形状的非圆齿轮范成加工过程。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单，使用方便，可以实现模拟节曲线为任意形状的非圆齿轮范成加工过程，适用性好的可变非圆齿轮加工器具。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种可变非圆齿轮加工器具，其特征在于：包括刀具组件及可调节的非圆齿轮组件，所述刀具组件下方设有与所述非圆齿轮组件啮合的传动齿轮，所述非圆齿轮组件固定连接在机架上，所述刀具组件通过转臂组件转动连接在所述机架上，所述转臂组件上设有可相对所述非圆齿轮组件径向移动的滑块，所述滑块与所述刀具组件连接。

为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：

所述非圆齿轮组件包括柔性非圆齿轮支架，所述柔性非圆齿轮支架内设有与所述传动齿轮啮合的柔性非圆齿轮，所述柔性非圆齿轮上设有非圆齿轮坯；所述非圆齿轮坯安装在所述柔性非圆齿轮支架上，所述柔性非圆齿轮支架上端设有第二压紧螺母。

所述柔性非圆齿轮支架为多边形盒体结构，沿所述柔性非圆齿轮径向设有多组调节组件。

所述调节组件包括沿径向布置在所述柔性非圆齿轮支架上的螺杆，所述螺杆上螺纹连接有压紧在所述柔性非圆齿轮内侧面上的移动压紧块。

所述机架包括支架体，所述支架体周边设有机架支脚，所述支架体上设有固定支撑轴。

所述柔性非圆齿轮支架安装连接在所述固定支撑轴上。

所述转臂组件通过第一滚动轴承连接在所述固定支撑轴上，所述转臂组件与上方的所述柔性非圆齿轮支架之间设有第四滚动轴承。

所述刀具组件包括刀具齿轮，所述刀具齿轮和传动齿轮同轴布置在刀具齿轮轴上；所述刀具齿轮轴上设有第一压紧螺母。

所述刀具齿轮轴通过第二滚动轴承连接在所述滑块上。

所述转臂组件的转臂体上设有支撑所述滑块的导杆，所述滑块可沿所述导杆移动，所述转臂体上远离所述非圆齿轮组件的一端设有支撑在所述滑块上的预紧弹簧。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明可变非圆齿轮加工器具，结构简单，使用方便，可以实现模拟节曲线为任意形状的非圆齿轮范成加工过程，适用性好，具有较强的实用性和较好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明可变非圆齿轮范成仪三维结构图；

图2为本发明可变非圆齿轮范成仪局部剖视图；

图3为本发明可变节曲线非圆齿轮轴系三维结构图；

图中标记为：1、机架，2、刀具组件，3、非圆齿轮组件，4、转臂组件，5、滑块，6、预紧弹簧；

101、机架支脚，102、支架体，103、第一滚动轴承，104、固定支撑轴，105、第一固定螺钉；

201、刀具齿轮，202、传动齿轮，203、刀具齿轮轴，204、第一压紧螺母，205、第二滚动轴承；

301、非圆齿轮坯，302、柔性非圆齿轮，303、柔性非圆齿轮支架，304、第二压紧螺母，305、移动压紧块，306、第三滚动轴承，307、第二固定螺钉，308、螺杆，309、盖板；

401、转臂体，402、第四滚动轴承。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明这种可变非圆齿轮加工器具，如图1、2中所示，包括刀具组件2及可调节的非圆齿轮组件3，刀具组件2下方设有与非圆齿轮组件3啮合的传动齿轮202，非圆齿轮组件3固定连接在机架1上，刀具组件2通转臂组件4转动连接在机架1上，转臂组件4上设有可相对非圆齿轮组件3径向移动的滑块5，滑块5与刀具组件2连接。通过调节非圆齿轮组件3，实现不同形状节曲线的非圆齿轮齿廓曲线的范成加工，滑块移动调节控制刀具组件上的传动齿轮202始终保持与非圆齿轮组件3啮合传动，刀具组件2通过转臂组件4实现绕非圆齿轮组件3转动。

本发明中，非圆齿轮组件3包括柔性非圆齿轮支架303，所述柔性非圆齿轮支架303内设有与所述传动齿轮202啮合的柔性非圆齿轮302，所述柔性非圆齿轮302上设有非圆齿轮坯301；非圆齿轮坯301固定不动，刀具组件转动，用铅笔沿刀具齿轮齿廓在非圆齿轮坯301上划线实现包络运动，如此切出的齿轮的轮廓。非圆齿轮坯301安装在柔性非圆齿轮支架303上，柔性非圆齿轮支架303上端设有第二压紧螺母304，第二压紧螺母304螺纹安装在柔性非圆齿轮支架303上，以便于拆卸更换安装非圆齿轮坯301。

本发明中，如图3中所示，柔性非圆齿轮支架303为多边形盒体结构，柔性非圆齿轮302径向设有多组调节组件。调节组件包括沿径向布置在柔性非圆齿轮支架303上的螺杆308，螺杆308上螺纹连接有压紧在柔性非圆齿轮302内侧面上的移动压紧块305。通过手柄或扳手转动螺杆308，从而调节移动压紧块305在螺杆308上的位置并使得柔性中心非圆齿轮302的节曲线形状发生变化，达到改变非圆齿轮节曲线形状的目的，以满足模拟具有不同形状非圆齿轮范成法加工的要求。螺杆308两端通过第三滚动轴承306支撑在柔性非圆齿轮支架303上，通过第二固定螺钉307将盖板309安装在柔性非圆齿轮支架303外侧端，遮盖外侧第三滚动轴承306。螺杆308外侧端伸出，便于通过手柄或是扳手调节。

本发明中，如图2中所示，机架1包括支架体102，支架体102周边设有机架支脚101，支架体102上设有固定支撑轴104，固定支撑轴104通过第一固定螺钉105固定安装在支架体102上。柔性非圆齿轮支架303安装连接在固定支撑轴104上。柔性非圆齿轮支架303空心主轴的内孔通过平键与机架1的固定支撑轴104连接。转臂组件4通过第一滚动轴承103连接在固定支撑轴104上，转臂组件4与上方的柔性非圆齿轮支架303之间设有第四滚动轴承402，以确保转臂组件4带动刀具组件2绕非圆齿轮组件3顺畅转动。

本发明中，刀具组件2包括刀具齿轮201，刀具齿轮201和传动齿轮202同轴布置在刀具齿轮轴203上；刀具齿轮轴203上设有第一压紧螺母204，以便于更换刀具齿轮201，模拟范成不同模数齿轮轮廓齿形。

本发明中，刀具齿轮轴203通过第二滚动轴承205连接在所述滑块上。转臂组件4的转臂体401上设有支滑块5的导杆或滑槽，滑块5可沿导杆或滑槽移动，转臂体401上远离非圆齿轮组件3的一端设有支撑在滑块5上的预紧弹簧6。通过滑块5和预紧弹簧6实现刀具齿轮轴203和固定支撑轴104两轴之间的中心距变化，刀具齿轮轴203安装在可以沿柔性非圆齿轮302径向运动的滑块5上，预紧弹簧6的作用是既保证滑块5能够作径向运动又能够保证柔性非圆齿轮和传动齿轮202之间正常啮合。

本专利主要模拟现实中的范成法加工过程，其基本原理与圆柱齿轮范成法类似，利用一对齿轮互相啮合时，共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿轮齿廓曲线。加工时其中一轮为“刀具”，另一轮为非圆齿轮坯301，“刀具”的切削运动，用铅笔沿“刀具”齿轮齿廓在非圆齿轮坯301上划线实现包络运动，如此切出非圆齿轮的轮廓。对于非圆齿轮范成法而言，“刀具”轮和非圆齿轮坯301之间的传动比以及中心距不是常数，而是按照给定的规律进行变化。

其机构运动与行星齿轮传动类似，即非圆齿轮坯301固定不动，刀具齿轮201在转臂的驱动下绕非圆齿轮坯301做行星运动。其中刀具齿轮201与非圆齿轮坯301之间的相对转动是通过与之同轴的柔性非圆齿轮302和传动齿轮202相对转动实现，且通过滑块5和预紧弹簧6实现两轴之间的中心距变化，刀具齿轮轴203安装在可以沿柔性非圆齿轮302径向运动的滑块5上，预紧弹簧6的作用是既保证滑块5能够作径向运动又能够保证柔性非圆齿轮和传动齿轮202之间正常啮合。柔性非圆齿轮302为柔性材料制成，其节曲线形状可以通过螺杆308传动装置进行调节，以实现不同形状的非圆齿轮的范成加工模拟要求。

本发明提出的实验装置结构如图1、2所示，主要由机架1、刀具组件2、非圆齿轮组件3、转臂组件4各部分组成。机架1固定不动，非圆齿轮组件3的空心主轴的内孔通过平键与机架1的固定支撑轴104连接，以保证刀具组件2和非圆齿轮组件3与机架1周向固定。转臂组件4通过滚动轴承安装在机架1中心的固定支撑轴104上，可以绕机架1中心轴转动。转臂组件4包括转臂体401、预紧弹簧6和沿转臂上的导杆或滑槽移动的滑块5。预紧弹簧6保证非圆齿轮传动中心距可变且可以正常啮合。滑块5上安装有刀具组件4，刀具组件4主要包括传动齿轮202、刀具齿轮201和刀具齿轮轴203组成，刀具齿轮轴203上设有方便拆卸的第一压紧螺母204，以方便更换刀具齿轮，模拟范成不同模数齿轮轮廓齿形。

为了实现不同形状节曲线的非圆齿轮齿廓曲线的范成加工，本专利将柔性非圆齿轮302的齿圈部分采用易变形的柔性材料制成，并通过沿非圆齿轮径向均匀分布的多个螺杆传动机构实现(具体根据使用情况设定，本实施例设有8个螺杆传动机构)，如图3所示。通过手柄或扳手转动螺杆308，从而调节移动压紧块305在螺杆308上的位置并使得柔性非圆齿轮302的节曲线形状发生变化，达到改变非圆齿轮节曲线形状的目的，以满足模拟具有不同形状非圆齿轮范成法加工的要求。

本发明可变非圆齿轮加工器具实验方法，调试安装好器具，拧开第二压紧螺母304将一张带中孔的非圆形白纸安放在非圆齿轮坯301上并用第二压紧螺母304固定；转动刀具组件并用铅笔沿刀具齿轮曲线在白纸上划线，每转动一个小角度后停止并划线一次，形成非圆齿轮的齿廓曲线；松开第二压紧螺母304，取出绘制了齿轮曲线的白纸，实验结束；若需绘制具有不同节曲线、不同齿数和模数的齿轮齿廓曲线，则只要松开第一压紧螺母204更换刀具齿轮，并转动不同位置的螺杆，调节柔性非圆齿轮302形状，重复上述实验步骤即可。

本发明这种可变非圆齿轮加工器具，为范成法加工非圆齿轮的实验技术领域，是一种用于非圆齿轮齿廓范成实验的教学实验仪器。该仪器可以演示不同形状的节曲线非圆齿轮范成法加工轮齿齿廓的工作原理和形成过程，从而帮助学生巩固和掌握范成法切制非圆齿轮齿廓曲线的基本原理，了解根切现象，从而加深对范成法加工非圆齿轮齿廓曲线的理解。采用可变节曲线的非圆齿轮的设计方案，大大提高了非圆齿轮范成仪的通用性。

本发明可变非圆齿轮加工器具，结构简单，使用方便，可以实现模拟节曲线为任意形状的非圆齿轮范成加工过程，适用性好，具有较强的实用性和较好的应用前景。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。