一种自动齿轮范成装置的制造方法
【专利摘要】根据本发明的自动齿轮范成装置，由于采用多组直齿轮、锥齿轮和不完全齿轮进行传动，只需摇动手柄，动力便能传递到范成部件和画线部，而由于第一不完全齿轮和第二不完全齿轮能够周期性地推动画线笔、贴纸盘和齿板运动，通过这几个运动的相互配合，画笔自动记录齿轮加工过程所切出的包络线，不需人工画线，节约大量劳力和时间，并且通过齿轮传动自动对齿板进行位移量的输入，每次移动的距离是固定的，不需要人为地推动，提高了实验的准确度。
【专利说明】
一种自动齿轮范成装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种自动齿轮范成装置，属于机械领域。
【背景技术】
[0002]范成法是目前齿轮加工中最常用的一种方法，它根据一对齿轮啮合传动时，两个齿轮的齿廓互为共轭曲线的原理进行加工，所以也称共轭法或包络法。
[0003]目前学校教学演示时都需要学生先计算出齿顶圆和分度圆的大小，然后通过推动齿条移动几个毫米的位移量，用铅笔沿着齿条的齿廓画线，通过不断重复地进行推动和画线这两个动作来形成被切齿形的包络线。这种方法费时费力，操作繁琐，效率非常低下，被切除部位的直观性差，并且人工移动齿条的位移量每次都不一样，难以获得理想的齿形。
【发明内容】
[0004]本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提供一种通过齿轮传动能自动形成齿轮包络线的自动齿轮范成装置仪。
[0005]本发明采用了以下技术方案:
[0006]用于演示范成法加工齿轮时包络线的形成过程，其特征在于，包括:范成部，用于实现齿轮的范成运动；画线部，和范成运动相配合来画线进而形成包络线；驱动部，用于驱动范成部和画线部的运动，包括动力输入单元和被动力输入单元驱动的传动单元；以及固定部，用于固定范成部、画线部以及驱动部，其中，范成部包括齿板、第一滑块、齿条、第一导轨、贴纸盘，第一导轨固定在固定部上，第一滑块安装于第一导轨上，第一滑块的下侧面与齿条连接，齿板设置在第一滑块的上侧面，齿板用于模拟齿轮加工刀具，贴纸盘紧贴齿板的齿形的下方设置，用于固定形成包络线的纸片，画线部包括画笔、笔架、托板、凸轮、导轨支座、第二滑块、第二导轨、连杆以及连杆，连杆的一端与第二滑块转动连接，导轨支座固定在固定部上，第二导轨安装在导轨支座上，第二滑块通过直线轴承安装在第二导轨上，托板固定在第二滑块的上侧面，凸轮通过转轴安装于托板上，凸轮的轮廓与齿板的齿形相对应，笔架通过两个支撑件安装于托板上，一端与凸轮紧密接触，画笔安装在笔架的一个端头，贴近齿板且位于齿板的齿内，笔架靠近画笔的另一端安装有弹簧件，动力输入单元通过齿轮驱动传动单元来带动齿条的移动、贴纸盘的转动以及连杆的转动，当齿条的移动带动齿板移动的同时，贴纸盘的转动带动纸片转动，连杆转动带动第二滑块在第二导轨上水平前后移动并同时带动凸轮转动，使得画笔跟随齿板移动，进而使得画笔在纸片上形成包络线。
[0007]本发明提供的自动齿轮范成装置，还可以具有这样的特征:其中，传动单元包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二直齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴，第二锥齿轮与第一锥齿轮相互垂直且啮合，用于将动力的传动方向由水平改为竖直，第一不完全齿轮、第二不完全齿轮以及第二锥齿轮同轴安装在第一齿轮轴上，第一直齿轮与第一不完全齿轮啮合连接，第三锥齿轮和第一直齿轮同轴安装在第二齿轮轴上，第四锥齿轮与第三锥齿轮啮合连接，并连杆的另一端转动连接，用于将动力传递到画线部，第二直齿轮与贴纸板同轴，安装在第三齿轮轴上，当第二直齿轮转动时，带动贴纸板转动，第二直齿轮分别与第二不完全齿轮和齿条啮合连接，用于将动力传递到范成部，第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮的齿数是第一不完全齿轮的齿数的两倍，第二步完全齿轮的齿数为一个。
[0008]本发明提供的自动齿轮范成装置，还可以具有这样的特征:其中，动力输入单元包括手动摇柄、与手动摇柄连接的传动轴，通过手动摇动手动摇柄，使得摇柄传动轴转动，进而带动传动单元。
[0009]本发明提供的自动齿轮范成装置，还可以具有这样的特征:其中，第一不完全齿轮的齿数为十二个，第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮的齿数为二十四个。
[0010]本发明提供的自动齿轮范成装置，还可以具有这样的特征:其中，固定部具有固定单元和用于支撑固定单元的支撑单元，支撑单元具有四个支撑脚，固定单元具有固定平板和十字板，十字板的四个端头的上侧面分别通过四个连接块固定连接在固定平板的下侧面，固定平板与十字板之间具有有空隙。
[0011]本发明提供的自动齿轮范成装置，还可以具有这样的特征:其中，其中，十字板上设置有向下延伸的三个阶梯孔，第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴分别穿过对应的阶梯孔而被固定，第一锥齿轮以及动力输入单元固定设置在十字板的下侧面上，第二锥齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、第一直齿轮、第三锥齿轮以及第二直齿轮设置在固定平板与十字板之间的空隙中，固定平板用于固定第一齿轮轴、第二齿轮轴、范成部以及画线部。
[0012]发明作用与效果
[0013]根据本发明的自动齿轮范成装置，由于采用多组直齿轮、锥齿轮和不完全齿轮进行传动，只需摇动手柄，动力便能传递到范成运动部件和自动画线部件，而由于第一不完全齿轮和第二不完全齿轮能够周期性地推动画线笔、贴纸盘和齿板运动，通过这几个运动的相互配合，画笔自动记录齿轮加工过程所切出的包络线，不需人工画线，节约大量劳力和时间，并且通过齿轮传动自动对齿板进行位移量的输入，每次移动的距离是固定的，不需要人为地推动，提高了实验的准确度。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例中的自动齿轮范成装置的总体结构图；
[0015]图2为本发明实施例中的自动齿轮范成装置的底部斜视图；
[0016]图3为本发明的实施例中十字板的结构示意图；
[0017]图4为本发明的实施例中固定板的结构示意图；
[0018]图5为本发明实施例中的驱动部仰视结构图；
[0019]图6为本发明实施例中去除固定部后的自动齿轮范成装置的结构图；
[0020]图7为本发明的实施例中第一不完全齿轮的结构示意图；
[0021 ]图8为本发明的实施例中第二不完全齿轮的结构示意图；
[0022]图9为本发明的实施例中齿板的结构示意图；以及
[0023]图10为本发明的实施例中自动齿轮范成装置的画线部结构示意图.【具体实施方式】
[0024]实施例
[0025]以下结合附图来说明本发明的实施例的【具体实施方式】。
[0026]图1是本发明实施例中的自动齿轮范成装置的总体结构图。
[0027]如图1所示，自动齿轮范成装置10包括固定部11、驱动部12、范成部13以及画线部14ο
[0028]固定部11具有固定单元15和支撑单元16。
[0029]图2为本发明实施例中的自动齿轮范成装置的底部斜视图。
[0030]如图2所示，固定单元15具有固定平板17和十字板18、四个连接块19。十字板18的四个端头的上侧面分别和竖直的四个连接块19的下端通过螺钉连接，四个连接块19的上端又通过螺钉固定在固定平板17的下侧面，这样，固定平板17与十字板18之间就具有空隙。
[0031]支撑单元16具有四个支撑脚20，分别与固定平板17的下侧面连接。
[0032]图3为本发明的实施例中十字板的结构示意图。
[0033]图4为本发明的实施例中固定板的结构示意图。
[0034]如图3、图4所示，固定平板17上分别设置有并排的两个阶梯孔21a、21b，十字板的横向板上并排设置两个阶梯孔22a、22b，十字板的竖向板上设置有一个阶梯孔22c。
[0035]图5为本发明实施例中的驱动部仰视结构图。
[0036]如图5所示，驱动部12包括动力输入单元23和被动力输入单元23驱动的传动单元24。
[0037]图6为本发明实施例中去除固定部后的自动齿轮范成装置的结构图。
[0038]如图6所示，动力输入单元23包括手动摇柄25、与手动摇柄25连接的传动轴26、传动轴固定座27。手动摇柄25与传动轴26通过紧固螺钉固定连接在一起，两个相同的传动轴固定座27通过螺钉固定安装在十字连接板19下侧面，传动轴固定座27两端内部均开有阶梯孔，传动轴26从该阶梯孔内的深沟球轴承25内圈中穿过。
[0039]传动单元24包括第一锥齿轮28、第二锥齿轮29、第一不完全齿轮30、第二不完全齿轮31、第一齿轮轴32、第二齿轮轴33、第三齿轮轴39、第一直齿轮34、第二直齿轮35、第三锥齿轮36、第四锥齿轮37。
[0040]第一锥齿轮26与传动轴26的末端通过键连接。
[0041]第二锥齿轮29与第一锥齿轮28相互啮合，并且和第一不完全齿轮30、第二不完全齿轮31安装在第一齿轮轴32上，第一齿轮轴32为阶梯轴，在第二锥齿轮29和第一不完全齿轮30之间的第一齿轮轴32部位连接有深沟球轴承，该深沟球轴承内嵌于十字板18的阶梯孔22b中，第一齿轮轴30的上端通过一个固定平板17的阶梯孔21b的深沟球轴承的内圈内嵌于固定平板17。
[0042]第一不完全齿轮30与第二直齿轮35相互啮合，第一直齿轮34与第三锥齿轮36安装在阶梯状的第二齿轮轴31上。在第二齿轮轴31的轴承套内部，安装有一个深沟球轴承和推力球轴承40，推力球轴承40可以承受轴向的压力，第二齿轮轴31 —端穿过两个轴承内圈，并通过十字板18的阶梯孔22c，轴承套通过四个螺钉固定安装在十字板18的下侧面。
[0043]第二直齿轮35和推力球轴承40安装在第三齿轮轴39上，第三齿轮轴39末端伸入十字板18的阶梯孔22a中，第二直齿轮35与第二不完全齿轮31相互啮合。
[0044]第四锥齿轮37与第三锥齿轮36啮合连接。
[0045]图7为本发明的实施例中第一不完全齿轮的结构示意图；
[0046]图8为本发明的实施例中第二不完全齿轮的结构示意图。
[0047]如图7、图8所示，第一直齿轮35、第三锥齿轮36、第四锥齿轮37的齿数是第一不完全齿轮30的齿数的两倍，第二不完全齿轮31的齿数为一个，本实施例中第一不完全齿轮30的齿数为十二个，第一直齿轮35、第三锥齿轮36、第四锥齿轮37的齿数为二十四个。
[0048]图9为本发明的实施例中齿板的结构示意图。
[0049]如图1、图5、图6、图10所示，范成部13包括包括齿板41、贴纸盘42、第一导轨43、导轨固定片44、第一滑块45、齿条46。两根第一导轨43水平安装在固定平板17的上部，两端用导轨固定片47和螺钉固定连接，第一滑块45内部装有两个第一直线轴承48，第一直线轴承48与导轨43配合，使得第一滑块45可沿着导轨43前后滑动。齿板41上开有两个腰型孔，通过螺钉安装在第一滑块45上部，并且齿板41在腰型孔轴线方向位置可进行调整。齿条46通过螺钉固定安装在第一滑块45下部，这样齿板41和齿条46可跟随滑块45—起沿导轨移动。贝占纸盘42安装在第三齿轮轴39上，位于第二直齿轮35上方，紧贴齿板41的齿形部分的下方设置，用于固定形成包络线的纸片
[0050]图10为本发明的实施例中自动齿轮范成装置的画线部结构意图。
[0051 ] 如图10所示画线部14包括导轨支座49、第二滑块50、第二直线轴承51、托板52、凸轮53、圆轴54、笔架55、支撑件56和画笔57、连杆58、圆柱销59、第二导轨60。
[0052]如图1、图10所示，导轨支座49通过四个螺钉固定安装在固定平板17的上部，两根光滑导轨60平行安装于导轨支座49上。第二滑块50内部有两个通孔，通孔中各安装一个第二直线轴承51，使其能够在第二导轨60上顺利滑动。托板52通过螺钉固定在第二滑块50的上部，圆轴54固定在第二滑块50上，凸轮35可绕圆轴54作旋转运动，笔架55通过两个支撑件56安装在托板52上，支撑件56与托板52为螺钉连接，并且在笔架一端用弹簧将其与圆轴54连接，使笔架一端始终与凸轮53相接触。笔架55末端有一个圆孔，画笔57穿过圆孔后通过笔架侧面的紧固螺钉而被锁紧。连杆58的一端与第二滑块59通过圆柱销59连接，使得连杆58可绕圆柱销59转动，连杆58另一端通过螺纹固定在第四锥齿轮37上。
[0053]使用方法
[0054]本发明的自动齿轮范成装置10的工作过程如下:
[0055]首先，在贴纸盘42上贴好圆形纸片，把画笔57插入笔架55前端的圆孔中，使其笔尖与圆形纸片接触，并用紧固螺钉锁紧。根据计算出的分度圆直径，利用齿板41的腰型孔调整其在第一滑块43上的位置，并用螺钉固定。
[0056]然后，转动手动摇柄25，动力会由转动轴26传递到第一锥齿轮28，进而带动第二锥齿轮29转动，由于第二锥齿轮29、第一不完全齿轮30和第二不完全齿轮31为同轴连接，所以这三个齿轮会在第一锥齿轮28的带动下一起转动；
[0057]由于第一不完全齿轮30与第一直齿轮34相互啮合，所以进而会带动第一直齿轮34转动，进而带动与第一直齿轮34同轴连接的第三锥齿轮36转动，进而带动与第三锥齿轮36相互啮合的第四锥齿轮37转动。由于第一不完全齿轮30具有十二个齿，第一直齿轮34、第三锥齿轮36、第四锥齿轮37都具有二十四个齿，所以第二锥齿轮29每转动一圈，第一直齿轮34只转动半圈，第三锥齿轮36和第四锥齿轮37也只转动半圈。第二不完全齿轮31与第二直齿轮35相互啮合，会带动第二直齿轮35旋转，进而带动与第二直齿轮35同轴连接的贴纸盘42转动，由于第二不完全齿轮31只具有一个齿，所以每当其转动一圈，第二直齿轮35都是转动一个齿距的距离，所以贴纸盘42也是转动同样小的距离。第二直齿轮35的转动会带动齿条47沿着第一导轨43方向移动一段很小的距离，进而带动齿板41也移动同样的位移，而且齿板41下表面与贴纸盘42上表面基本贴合。这样纸板41和贴纸盘42的相互运动便形成了范成法加工齿轮的过程。因为第四锥齿轮37与第二滑块50通过连杆58连接，再加上第二导轨60，构成了曲柄滑块机构，第四锥齿轮37的旋转运动会对第二滑块50起推拉作用，进而带动第二滑块50上部安装的画笔57沿着齿板41的运动方向移动，因为第二滑块50比齿板41移动的速度快很多，所以画笔57会沿着齿板41的齿边线移动，并在贴纸盘42的圆形纸片上描绘出齿形线，由于笔架55末端与圆轴之间连接了一个弹簧，所以画笔57鼻尖会始终贴紧齿板41的齿边线而不会脱离。凸轮53为根据齿板41齿形计算设计出的特殊形状，可保证画笔57画出的轨迹线为齿板41的齿的轮廓。所以，第二锥齿轮29转动一圈，经过多级传动，第四锥齿轮37转动半圈，第二滑块50可实现一个单程往复运动。当人工旋转手动摇柄25多次时，画笔57便会一边沿着第二导轨60作往复运动，一边沿着齿边绘制出齿形加工包络线，同时纸盘每隔一段时间会转动一个小的角度，转动手手动摇柄25若干圈后，在圆形纸片上便会留下完整一圈齿形包络线，也就是加工出的齿轮形状。当演示齿轮加工过程出现的根切现象时，只需通过齿板41的腰型孔减小其与贴纸盘2旋转中心的距离。
[0058]重复上述操作便可在圆形纸片上留下发生根切现象以后的齿轮形状。同理加大齿板41与贴纸盘42旋转中心的距离也可绘制出变位齿轮的形状。
[0059]实施例的作用与效果
[0060]根据本实施例的自动齿轮范成装置，由于采用多组直齿轮、锥齿轮和不完全齿轮进行传动，只需摇动手柄，动力便能传递到范成部和画线部，而由于第一不完全齿轮和第二不完全齿轮能够周期性地推动画线笔、贴纸盘和齿板运动，通过这几个运动的相互配合，画笔自动记录齿轮加工过程所切出的包络线，不需人工画线，节约大量劳力和时间，并且通过齿轮传动自动对齿板进行位移量的输入，每次移动的距离是固定的，不需要人为地推动，提高了实验的准确度；
[0061]另外，本发明利用纯机械结构进行动力输入和传动，不消耗任何电能，清洁环保。
[0062]尽管上面对本发明说明书的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种自动齿轮范成装置，用于演示范成法加工齿轮时包络线的形成过程，其特征在于，包括: 范成部，用于实现所述齿轮的范成运动； 画线部，和所述范成运动相配合来画线进而形成所述包络线； 驱动部，用于驱动所述范成部和所述画线部的运动，包括动力输入单元和被所述动力输入单元驱动的传动单元；以及 固定部，用于固定所述范成部、所述画线部以及所述驱动部， 其中，所述范成部包括齿板、第一滑块、齿条、第一导轨、贴纸盘， 所述第一导轨固定在所述固定部上， 所述第一滑块安装于所述第一导轨上， 所述第一滑块的下侧面与所述齿条连接， 所述齿板设置在所述第一滑块的上侧面，所述齿板用于模拟齿轮加工刀具， 所述贴纸盘紧贴所述齿板的齿形的下方设置，用于固定形成所述包络线的纸片， 所述画线部包括画笔、笔架、托板、凸轮、导轨支座、第二滑块、第二导轨、连杆以及连杆， 所述连杆的一端与所述第二滑块转动连接， 所述导轨支座固定在所述固定部上， 所述第二导轨安装在所述导轨支座上， 所述第二滑块通过直线轴承安装在所述第二导轨上， 所述托板固定在所述第二滑块的上侧面， 所述凸轮通过转轴安装于所述托板上，所述凸轮的轮廓与所述齿板的齿形相对应， 所述笔架通过两个支撑件安装于所述托板上，一端与所述凸轮紧密接触， 所述画笔安装在所述笔架的一个端头，贴近所述齿板且位于所述齿板的齿内，所述笔架靠近所述画笔的另一端安装有弹簧件， 所述动力输入单元通过齿轮驱动所述传动单元来带动所述齿条的移动、所述贴纸盘的转动以及所述连杆的转动， 当所述齿条的移动带动所述齿板移动的同时，所述贴纸盘的转动带动所述纸片转动，所述连杆转动带动所述第二滑块在所述第二导轨上水平前后移动并同时带动所述凸轮转动，使得所述画笔跟随所述齿板移动，进而使得所述画笔在所述纸片上形成所述包络线。2.如权利要求1所述的自动齿轮范成装置，其特征在于: 其中，所述传动单元包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二直齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮相互垂直且啮合，用于将所述动力的传动方向由水平改为竖直， 第一不完全齿轮、第二不完全齿轮以及所述第二锥齿轮同轴安装在所述第一齿轮轴上， 所述第一直齿轮与所述第一不完全齿轮啮合连接， 所述第三锥齿轮和第一直齿轮同轴安装在第二齿轮轴上， 所述第四锥齿轮与所述第三锥齿轮啮合连接，并所述连杆的另一端转动连接，用于将所述动力传递到所述画线部， 所述第二直齿轮与所述贴纸板同轴，安装在第三齿轮轴上，当所述第二直齿轮转动时，带动所述贴纸板转动， 所述第二直齿轮分别与所述第二不完全齿轮和所述齿条啮合连接，用于将所述动力传递到所述范成部， 所述第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮的齿数是所述第一不完全齿轮的齿数的两倍，所述第二步完全齿轮的齿数为一个。3.如权利要求2所述的自动齿轮范成装置，其特征在于: 其中，所述动力输入单元包括手动摇柄、与所述手动摇柄连接的传动轴， 通过手动摇动所述手动摇柄，使得所述摇柄传动轴转动，进而带动所述传动单元。4.如权利要求2所述的自动齿轮范成装置，其特征在于: 其中，所述第一不完全齿轮的齿数为十二个，所述第一直齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮的齿数为二十四个。5.如权利要求3所述的自动齿轮范成装置，其特征在于: 其中，所述固定部具有固定单元和用于支撑所述固定单元的支撑单元， 所述支撑单元具有四个支撑脚， 所述固定单元具有固定平板和十字板， 所述十字板的四个端头的上侧面分别通过四个连接块固定连接在所述固定平板的下侧面，所述固定平板与所述十字板之间具有有空隙。6.如权利要求5所述的自动齿轮范成装置，其特征在于: 其中，所述十字板上设置有向下延伸的三个阶梯孔，所述第一齿轮轴、所述第二齿轮轴、所述第三齿轮轴分别穿过对应的所述阶梯孔而被固定， 所述第一锥齿轮以及所述动力输入单元固定设置在所述十字板的下侧面上， 所述第二锥齿轮、所述第一不完全齿轮、所述第二不完全齿轮、所述第一直齿轮、所述第三锥齿轮以及所述第二直齿轮设置在所述固定平板与所述十字板之间的空隙中， 所述固定平板用于固定所述第一齿轮轴、所述第二齿轮轴、所述范成部以及所述画线部。
【文档编号】G09B25/02GK106097870SQ201610431330
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】麦云飞, 刘志亮, 海军, 李丹提, 孙晓萌, 孙辉, 刘杰, 陈永芝
【申请人】上海理工大学