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ω，则齿条插刀将以V = m Zω／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－ω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 Zω／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
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 输入数据
m(mm),z=? 按次序输入模数、齿数：m ＝20，z ＝8
ALPAHA(deg),h*a ,c*=? 按次序输入压力角(度)、齿顶高系数、
顶隙系数：ALPAHA=20, 25.0,1**==c h 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
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
