Лекция №13

Классификация зуборезных станков. Зубодолбёжный станок 514, кинематика. Зубофрезерный станок 5Д32, кинематика.

Методы нарезания цилиндрических зубчатых колёс.

При всем разнообразии парка станков и режущего инструмента, применяемого для нарезания зубчатых колес, различают два метода изготовления колес, а именно:

1) метод копирования профиля режущего инструмента

2) метод обката (огибания), основанный на механическом воспроизводстве зубчатого зацепления.

Наряду с указанными методами, для производства цилиндрических зубчатых колес применяют также следующие высокопроизводительные методы обработки:

а) одновременное долбление всех впадин зубьев заготовки специальными многорезцовыми головками; в таких головках число резцов равно числу впадин на обрабатываемом колесе, а форма режущих кромок является точной копией профилей впадин зубьев;

б) протягивание зубьев колес;

в) образование зубьев без снятия стружки волочением или накаткой;

г) холодную и горячую прокатку зубьев;

д) прессование зубчатых колес (из синтетических материалов).

Метод копирования. Нарезание по методу копирования осуществляется фрезерованием, строганием, шлифованием и протягиванием. Инструментами при этом могут быть строгальный резец (рис. 1,а), модульные дисковая (рис. 1,б) и пальцевая (рис. 1,в) фрезы и фасонный шлифовальный круг (рис 1,г). Инструмент вырезает на заготовке впадины между зубьями, при этом профиль зуба соответствует профилю режущего инструмента. После обработки каждой впадины заготовку поворачивают на один зуб с помощью делительной головки.

Рис. 1 Схемы образования профиля зуба по методу копирования.

Преимущества метода: можно нарезать шестерни на универсальных станках, это важно в единичном производстве, когда нужно изготовить одну шестерню.

Недостатки метода: Невысокие производительность и точность обработки, так как много времени затрачивается на процесс деления.

Для получения теоретически точного профиля зуба при обработке каждого зубчатого колеса с определенным числом зубьев и модулем необходимо иметь специальную фрезу. Это требует большого числа фрез, поэтому обычно используют наборы из восьми дисковых фасонных фрез для каждого модуля зубьев, а для более точной обработки – набор из 15 или 26 фрез. Каждая фреза набора предназначена для обработки зубчатых колес с числом зубьев в определенных пределах, но ее размеры рассчитывают по наименьшему числу зубьев этого интервала, поэтому при обработке колес с большим числом зубьев фреза срезает лишний материал. Если бы расчет вели по среднему числу зубьев данного интервала, то при фрезеровании колес меньшего диаметра их зубья получились бы утолщенными, что привело бы к заклиниванию колес при работе.

Метод обкатки. Наиболее широкое распространение в практике получило механическое воспроизводство зубчатого зацепления – метод обкатки (огибания). Он заключается в том, что заготовке и инструменту сообщают движения, воспроизводящие зацепление пары сопряженных зубчатых колес или колеса с зубчатой рейкой; одновременно режущий инструмент совершает рабочее движение резания. Этот метод отличается от предыдущего более высокой производительностью и точностью обработки, причем одним инструментом можно нарезать все колеса данного модуля независимо от числа зубьев. Из инструментов, используемых для нарезания цилиндрических зубчатых колес методом обкатки, наибольшее распространение получили долбяки и червячные фрезы.

Принцип нарезания зубьев методом обкатки заключается в следующем. Долбяк 1 (рис. 2) получает возвратно-поступательное движение (по стрелке I ) (движение скорости резания) и медленное враща­тельное движение (по стрелке III ), согласованное с вращением заготовки (по стрелке II ) (круговая подача). Заготовке сообщают радиальное перемещение по стрелке IV в период врезания (ра­диальная подача). У некоторых станков это движение сообщается долбяку.

При движении долбяка, режущие кромки его зубьев воспроиз­водят в пространстве медленно вращающееся «производящее ко­лесо» 2 , в зацеплении с кото­рым находится обрабатывае­мая заготовка. При каждом движении сверху вниз долбяк удаляет определенную часть металла из впадин, придавая зубьям заготовки требуемую форму. Для предотвращения трения задних поверхностей зубьев долбяка о заготовку при обратном его ходе, долбяк (или заготовка) получает радиальный отвод по стрелке V .

I : Ф v (П 1) формообразующее движение резания (возвратно-поступательное движение долбяка).

II и III : Ф s (В 1 В 2) формообразующее движение подачи (движение обкатки).

IV : Вр(П 2) движение радиального врезания.

V : Всп(П 3) вспомогательное движение (отвод долбяка во время его холостого хода).

Классификация зуборезных станков.

Зубообрабатывающие станки, выпускаемые нашей станкостроительной промышленностью, подразделяются на различные типы по следующим признакам:

а) по назначению – станки для обработки цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями; станки для нарезания конических колес с прямыми и криволинейными зубьями; станки для нарезания червячных и шевронных колес, зубчатых реек; специальные зубообрабатывающие станки (зубозакругляющие, притирочные, обкатные и др.);

б) по виду обработки (рабочего движения) и инструмента – зубодолбежные, зубофрезерные, зубострогальные, зубопротяжные, зубошевинговальные, зубошлифовальные и др.;

в) по точности обработки – станки для предварительного нарезания зубьев, для чистовой обработки (отделки) и для доводки рабочих поверхностей зубьев.

Зубодолбёжный станок 514, кинематика.

Назначение станка. Станок предназначен для нарезания цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями, как наружного , так и внутреннего зацепления в условиях индивидуального и, главным образом, серийного производства. Станок приспособлен для нарезания блоков шестерен. При наличии дополнительных приспособлений на станке можно также нарезать рейки. Станок может быть использован для чернового и чистового нарезания зубьев.

Движения в станке.

Движение резания – прямолинейное возвратно-поступательное движение шпинделя с долбяком.

Движения подач – вращение долбяка относительно своей оси (круговая подача) и радиальное перемещение шпиндельной головки в период врезания (радиальная подача). Движение деления и обкатки – им является согласованное вращение стола с заготовкой. Вспомогательные движения – отвод стола с заготовкой от долбяка в момент его обратного хода и быстрое установочное вращение стола с заготовкой. К вспомогательным движениям следует отнести также движение счетного механизма для автоматического выключения станка.

Принцип работы. Станок модели 514 работает по методу об­катки, воспроизводя зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом (долбяком), а вто­рое заготовкой. Долбяк закрепляется на конец шпинделя и полу­чает прямолинейное возвратно-поступательное движение. При дви­жении вниз долбяк совершает рабочий ход, снимая стружку с за­готовки. Обратный ход долбяка является холостым; в это время стол с заготовкой отводится на небольшое расстояние от долбяка.

К моменту начала рабочего хода стол возвращается в исходное положение.

Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обрабаты­ваемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола. Соотношение чисел оборотов долбяка и заготовки обратно пропор­ционально отношению чисел их зубьев, т. е. они вращаются так, как будто действительно находятся в зацеплении.

До начала обработки долбяк подводится вплотную к наруж­ной поверхности заготовки. После этого включается радиальная подача шпиндельной головки для обеспечения врезания долбяка в заготовку на требуемую глубину. По окончании врезания ради­альная подача прекращается, и заготовка в течение полного оборота нарезается только с круговой подачей.

В зависимости от величины модуля нарезаемого колеса его об­работка осуществляется в один, два и три прохода. При многопро­ходной обработке процесс врезания повторяется перед каждым проходом.

При нарезании зубчатых колес с косыми зубьями используют винтовые направляющие и косозубые долбяки. В этом случае дол­бяк совершает возвратно-винтовое движение в соответствии с уг­лом наклона зубьев нарезаемого колеса. Направление наклона зубьев долбяка должно быть противоположным направлению на­клона зубьев нарезаемого колеса.

Станок работает по полуавтоматическому циклу, для чего слу­жит специальный храповой счетный механизм, обеспечивающий автоматическое выключение станка по окончании нарезания зуб­чатого колеса.

Кинематика станка модели 514

Движение резания. Привод движения резания (рис. 134) состо­ит из клиноременной передачи, четырехступенчатой коробки ско­ростей, кривошипно-шатунного и реечного механизмов. Вращение от электродвигателя мощностью 2,2 кВт. передается валу I коробки скоростей клиноременной передачей 100 -280 . На валу I рас­положены два двойных подвижных блока шестерен Б 1 и Б 2 , бла­годаря которым вал II может иметь четыре различные скорости вращения. На левом конце вала II закреплен кривошипный диск с радиальным пазом. В нем закрепляется переставной кривошипный палец, который посредством шатуна связан с рейкой, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 26 . Последняя закреплена на приводном валу III . При вращении вала II кривошипно-шатунно-реечный механизм сообщает возвратно-вращательное движе­ние валу III , которое с помощью реечной шестерни 26 и рейки, закрепленной на гильзе шпинделя, преобразуется в прямолиней­ное возвратно-поступательное движение шпинделя.

Максимальное и минимальное число двойных ходов шпинделя в минуту n дх. max и n дх. min можно определить из следующих выражений:

Движение формообразования:

Расчетные перемещения :

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса:

Движения подач. Эти движения заимствуются от вала II ко­робки скоростей и передаются цепной передачей 28 – 28 валу IV распределительной коробки. Далее кинематические цепи подач разветвляются.

Круговая подача:

Круговая подача шпинделю XII с долбяком сообщается от ва­ла IV через червячную передачу 3 – 23 , вал V , конический реверс 28 – 42 – 42 , вал VI , сменные колеса А – В гитары круговых подач, вал VII , вал XI и червячную передачу 1 – 100 . Величина круговых подач S кр в мм/дв. ход может быть определена из выражения:

Круговой подачей называется перемещение долбяка по дуге делительной окружности в миллиметрах за один его двойной ход.

Расчетные перемещения :

Уравнение кинематического баланса:

мм/дв.ход.

Формула настройки:

Условие размещения:

80

где: m и z д – соответственно модуль и число зубьев долбяка.

Вращение кулачку К 1 , сообщающему радиальную подачу шпин­дельной головке, передается от вала IV валом XIII , сменными ко­лесами а 1 – b 1 и c 1 – d 1 гитары радиальных подач, валом XIV , ко­ническими шестернями 24 – 48 , валом XV , червячной передачей

1 – 40 , муфтой М 2 , валом XVI , червячной передачей 2 – 40 и ва­лом XVII . Кулачок К 1 через ролик Р 1 сообщает поступательное движение ходовому винту XVIII , связанному со шпиндельной го­ловкой маточной гайкой, выполненной совместно с коническим ко­лесом 30 .

Радиальная подача:

Величиной радиальной подачи S р называется перемещение долбяка в радиальном направлении в миллиметрах за один оборот заготовки.

Движение врезания:

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса:

мм/дв.ход.

Формула настройки:

где: Н – шаг подъема архимедовой спирали кулачка К 1 в мм .

Условие размещения:

Движение деления и обкатки. Это движение заимствуется от вала VII и через конические шестерни 30 – 30 , вал VIII , кониче­ские шестерни 30 – 30 , вал IX , сменные колеса a – b и c – d дели­тельной гитары, вал X и червячную передачу 1 – 240 передается столу с заготовкой. Для осуществления правильного процесса де­ления и обкатки необходимо, чтобы числа оборотов n д шпинделя с долбяком и n к стола с нарезаемым колесом были обратно пропорциональны их числам зубьев z д и z к , т. е.

В цепи обкатки поворот долбяка на один зуб соответствует повороту заготовки тоже на один зуб.

Кинематическая цепь, связывающая вращение шпинделя с вра­щением стола, имеет вид:

Движение формообразования:

Ф s (В 1 В 2)

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса:

об/мин.

Формула настройки:

Условие размещения:

Вспомогательные движения. Отвод стола с заготовкой при об­ратном ходе долбяка производится кулачково-рычажным механиз­мом. На правом конце вала II закреплен эксцентрик Э , который через два взаимосвязанных ролика и систему рычагов перемещает стол с заготовкой.

Быстрое установочное вращение стола с заготовкой произво­дится от отдельного электродвигателя мощностью 0,25 кВт , дви­жение от которого через плоскоременную передачу 80 – 180 , вал X и червячную передачу 1 – 240 передается столу.

Счетно-выключающее устройство приводится в движение от вала X через кулачок К 2 и рычажно-храповой механизм с регули­руемым упором.

Вал XIX и конические шестерни 15 – 30 служат для ручного установочного перемещения шпиндельной головки.

Зубофрезерный станок 5Д32, кинематика.

Основные сведения о нарезании

цилиндрических и червячных колес.

На зубофрезерных станках можно нарезать червячной фрезой цилиндрические колеса с прямыми и винтовыми зубьями и червячные колеса. Боковая поверхность зуба нарезаемого колеса харак­теризуется формой производящих линий, по профилю зуба - эволь­вентой (образующая), по длине - прямой или винтовой линией на цилиндре у цилиндрических колес и винтовой линией на тороиде у червячных колес (направляющая). Червячная фреза представляет собой совокупность исход­ных режущих реек с прямолинейными лезвиями, расположенных на цилиндре и смещенных одна относительно другой по винтовой ли­нии.

Чтобы получить прямолинейным режущим лезвием червячной фрезы эвольвентный профиль зуба, необходимо создать в стан­ке формообразующее движение обкатки

Ф v (В 1, В 2) . За счет этого движения создается геометрическая образующая линия профиля зуба (эвольвента) по методу обката.

В этом случае вращение фрезы (элементарное движение В 1 ) и вращение заготовки (элементарное движение В 2 ) должны быть взаимно согласованы так, чтобы имитировалось зацепление чер­вячной пары (червяка и червячного колеса). Следовательно, за 1 оборот фрезы заготовка дол­жна повернуться на оборота (k – число заходов фрезы, z – число зубьев нарезаемого колеса). Этим же движением Ф υ (В 1, В 2) осуществляется и делительный процесс, так как за один оборот заготовки образуются профили всех зубьев. При нарезании цилиндрического колеса с прямыми зубьями форма зуба по длине – прямая (направляющая) линия, (рис.3,а) – создается движением вертикальной подачи фрезы Ф s1 (П 3) по методу касания.

При нарезании цилиндрического колеса с винтовыми зубьями форма зуба по длине – винтовая (направляющая) линяя, (рис.3,б), получается также по методу касания движением подачи Ф s2 (П 3 В 4). Это сложное движение состоит из двух элементарных движений: вертикальной подачи П 3 и согласованного с ней дополнитель­ного вращения В 4 заготовки, необходимого для создания вин­товой линии заданного шага. При нарезании червячных колес ме­тодами, радиальной и тангенциальной подач (рис.3,в,г) форма зуба по профилю и по длине образуется одним исполнительным движением Ф υ (В 1, В 2) , так как при вращении червячной фрезы происходит осевое перемещение производящего контура. При этом геометрическая образующая линия профиля зуба (эвольвен­та) создается по методу обката, как и при нарезании цилиндри­ческих колес. Направляющая по длине зуба (винтовая линия на тороиде) получается по методу касания за счет вращения фрезы В 1 и происходящего при этом осевого перемещения производящего контура. При нарезании червячных колес методом радиальной подачи (рис.3,в), кроме движения резания Ф υ (В 1, В 2) , необходимо движение радиаль­ного врезания В р (П 5) , которое обеспечивает получение необ­ходимой высоты нарезаемых зубьев.

При нарезании червячных колес методом тангенциальной подачи (рис.3,г), кроме движения резания, необходимо движе­ние тангенциального врезания В р (П 6 ,В 7) , складывающееся из двух элементарных движений: тангенциальной подачи П 6 фрезы и связанного с ней дополнительного вращения В 7 заготовки.

Рис. 3. Схемы нарезания зубчатых колес: цилиндрических с прямыми (а) и

винтовыми (б) зубьями, червячных – методом радиальной (в) и

тангенциальной (г) подачи.

Кинематическая структура станка 5Д32

Общая структура станка состоит из ряда кинематических групп. Одновременно все группы, т.е. полная структура станка , не используется. В зависимости от формы нарезаемого колеса в каждом случае составляется частная структура из части кинематических групп.

Рис.4 Кинематическая структура станка 5Д32

i v – гитара скоростей;

i y – гитара дифференциала;

i x – гитара обкатки;

i s – гитара подач;

ВР – радиальный ходовой винт;

Σ – дифференциал.

Нарезание цилиндрического колеса с прямыми зубьями.

Кинематическая структура станка состоит из двух формообразующих групп Ф υ (В 1, В 2) и Ф s1 (П 3) и группы радиального врезания В р (П 5) (Рис.4). Проведем анализ для каждой кине­матической группы.

Группа движения резания. Ф υ (В 1, В 2) сообщает вращение В 1 фрезе и согласованное с ним вращение В 1 заготовке. Этим сложным движением обеспечивается обкатка – движение формооб­разования по профилю зуба, и осуществляется делительный про­цесс. Группа Ф υ (В 1, В 2) сложная, ее внутренняя кинематическая связь состоит из кинематической цепи между шпинделем с фрезой и столом с заготовкой В этой цепи движение должно передаваться через центральные колеса дифференциала Σ. Внешняя связь группы состоит из ки­нематической цепи, передающей движение от электродвигателя D 1 к звену 2 внутренней связи

Движение Ф υ (В 1, В 2) сложное, с замкнутой траекторией, долж­но настраиваться по трем параметрам: на траекторию - гитарой обкатки (деления) i x , на скорость - гитарой скоростей i v , и на направление - реверсом Р 1 . В станке 5Д32 роль реверса выполняет гитара скоростей, которая соединяет валы II и IV или III и IV (рис.3).

Группа движения вертикальной подачи Ф s1 (П 3) сообщает вертикальное перемещение фрезерному суппорту со шпинделем и фрезой. Внутренняя связь, обеспечивающая прямолинейную траек­торию движения подачи, простая и включает в себя поступатель­ную кинематическую пару: фрезерный суппорт – стойка. Внешняя связь состоит из кинематической цепи между электродвигателем D 1 и суппортом

Движение Ф s1 (П 3) простое, с незамкнутой траек­торией и должно настраиваться по четырем параметрам: на путь и исходное положение – упорами 1, расположенными на суппорте и воздействующими на конечные выключатели; на скорость и направление движения – гитарой подач i s , в ко­торой для реверсирования нужно устанавливать промежуточное колесо.

Группа радиального врезания В р (П 5) фрезы в заготовку служит для получения необходимой высоты нарезаемого зуба. Внутренняя связь состоит из поступательной кинематической пары: подвижная стойка с фрезерный суппортом – станина, а внешняя связь – из ручного привода, передающего вращение гайке на неподвижном радиальном ходовом винте ВР (см. Рис. 4).

Нарезание цилиндрического колеса с винтовыми зубьями.

В этом случае кинематическая структура станка состоит из двух групп движения формообразования:

Ф υ (В 1, В 2) формообразующее движение резания (движение обкатки) ,

Ф s2 (П 3 В 4) формообразующее движение подачи (движение по спирали),

В р (П 5) группы движения радиального врезания

Группа движения резания Ф υ (В 1, В 2) имеет такую же структуру, как и при нарезании цилиндрического колеса с пря­ными зубьями.

Группа движения подачи Ф s2 (П 3 В 4) сообщает вертикаль­ное перемещение П 3 фрезерному суппорту и согласованное с ним дополнительное вращение В 4 заготовки необходимое для соз­дания винтовой траектории заданного шага по длине нарезае­мого зуба. Эта группа сложная и ее внутренняя кинематическая связь состоит из кинематической цепи между фрезерным суппор­том и столом с заготовкой Внешняя связь передает движение от электродвигателя D 1 к звену 10 Ф s2 (П 3 В 4) сложное, с незамкнутой траекторией и должно настраиваться по пяти параметрам: на траекторию – гитарой дифференциала i y , на скорость и направление - ги­тарой подач i s , на путь и исходное положение – упорами на фрезерном суппорте.

Группа радиального врезания В р (П 5) имеет такую же структуру и назначение, как и при нарезании цилиндрическо­го колеса с прямыми зубьями.

Нарезание червячного колеса

методом радиальной подачи.

Кинематическая структура станка в этом случае состоит из группы движения резания Ф υ (В 1, В 2) и группы движения ра­диального врезания В р (П 5) .

Группа движения резания Ф υ (В 1, В 2) имеет такую же структуру, как и при нарезании цилиндрического колеса с прямыми зубьями.

Группа радиального врезания В р (П 5) обеспечивает врезание на глубину между зубовой впадины. Движение врезания В р (П 5) простое и внутренняя связь его состоит из поступа­тельной кинематической пары подвижная стойка с фрезерным суппортом – направляющие станины. Внешняя связь передает дви­жение от электродвигателя D 1 к подвижной стойке

Движение врезания В р (П 5) простое, с незамкнутой траекторией и должно на­страиваться по четырем параметрам: на путь - упором на направляющих станины, выключающим М 6 (падающий червяк), на скорость и направление движения – гитарой подач i s , на исходное положение – настройка не производится, исходное положение определяется рабочим.

Нарезание червячного колеса

Нарезание червячного колеса методом тангенциальной подачи возможно, если на станке взамен нормального уста­новлен протяжной суппорт.

Кинематическая структура станка состоит из группы дви­жения резания Ф υ (В 1, В 2) и двух групп врезания: тангенциального В р2 (П 6 В 7) и радиального В р1 (П 5) .

Группа движения резания Ф υ (В 1, В 2) имеет такую же структуру, как и при нарезании цилиндрического колеса с винтовыми зубьями.

Группа движения тангенциального врезания В р2 (П 6 В 7) сообщает фрезе тангенциальное (осевое) движение П 6 и согла­сованное с ним дополнительное вращение В 7 заготовке. Движе­ние В 7 необходимо для предотвращения срезания зубьев заго­товки при осевом перемещении фрезы. Движение В р2 (П 6 В 7) сложное и внутренняя связь состоит из кинематической цепи ме­жду протяжный суппортом и столом с заготовкой Внешняя связь пере­дает движение от электродвигателя D 1 к звену 10 внутренней связи по цепи Движение В р2 (П 6 В 7) сложное, с незамкнутой траекторией и на­страивается по пяти параметрам: на траекторию – гитарой диф­ференциала i y , на скорость и направление – гитарой подач i s , на путь и исходное положение – упорами на протяжном суппорте.

Группа радиального врезания В р1 (П 5) такая же, как при нарезании цилиндрических колес, и служит для ручной уста­новки межцентрового расстояния А (см. Рис.3,г) между фрезой и нарезаемой заготовкой, т.е. определяет высоту нарезаемого зуба.

Назначение станка. Станок предназначен для фрезерования цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями и нарезания червячных колес методом радиальной и тангенциальной подач. Нарезание зубчатых колес производится по методу обкатки, при котором червячная фреза и нарезаемая заготовка воспроизводят зацепление червячной пары. Станок рассчитан на работу червячными фрезами из быстрорежущих сталей. При наличии специальных приспособлений возможно нарезание шестерен внутреннего зацепления.

Движения в станке. Движение резания – вращение шпинделя фрезерного суппорта с червячной фрезой. Движения подач – вертикальное перемещение фрезерного суппорта, радиальное перемещение подвижной стойки и тангенциальное перемещение протяжного суппорта.

Движением обкатки и деления является непрерывное вращение стола с заготовкой. Вспомогательные движения – быстрые механические и ручные установочные перемещения фрезерного суппорта и подвижной стойки.

Принцип работы. Станок работает по методу обкатки, т. е. механического воспроизводства зацепления червяка (червячной фре­зы) с колесом (заготовкой). Червячная фреза соответствующего модуля и диаметра закрепляется на оправке в шпинделе фрезер­ного суппорта.

Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обраба­тываемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола, а при больших размерах колес – непосредственно на столе станка.

Червячной фрезе и заготовке принудительно сообщают враща­тельные движения с такими угловыми скоростями, которые они имели бы, находясь в действительном зацеплении.

При нарезании колес с прямыми зубьями, ось шпинделя фрезер­ного суппорта устанавливается под углом к горизонтальной пло­скости, равным углу подъема винтовой линии червячной фрезы. Для нарезания колес с косыми зубьями ось шпинделя фрезерной бабки устанавливается под углом, равным сумме или разности углов наклона зубьев колеса и подъема винтовой линии фрезы в зависимости от сочетания направлений винтовых линий зубьев и витков фрезы.

Нарезание цилиндрических колес производится с вертикальной подачей фрезерного суппорта.

Для обеспечения возможности фрезерования колес попутным методом на станке модели 5Д32 предусмотрено нагрузочное гид­равлическое устройство.

Гидравлическое поджимное устройство состоит из неподвижно­го штока с поршнем и цилиндра, связанного с салазками фрезер­ного суппорта. При фрезеровании попутным методом масло под­водится в верхнюю полость цилиндра противовеса и поджимает противовес вместе с фрезерным суппортом вверх, устраняя воз­можность произвольного перемещения фрезерной бабки под дей­ствием усилия в пределах зазора между резьбой винта вертикаль­ной подачи и маточной гайки.

При нарезании червячных колес методом радиальной подачи используются цилиндрические червячные фрезы. Движение пода­чи сообщают подвижной стойке в радиальном направлении до тех пор, пока расстояние между осями фрезы и заготовками не станет равным межцентровому расстоянию передачи.

В случае нарезания червячных колес методом тангенциальной подачи применяются червячные фрезы с конической заборной частью, которые при настройке станка устанавливают сразу на заданное межцентровое расстояние; подачу при этом сообщают протяжному суппорту с червячной фрезой вдоль ее оси. Этот метод нарезания является более точным.

Кинематическая схема (Рис.137) станка включает в себя шесть кинематических цепей:

Цепь главного движения,

Цепь обкатки (деления нарезаемой заготовки),

Цепь вертикальных подач фрезы,

Цепь радиальных подач подвижной стойки,

Цепь тангенциальных (осевых) подач фрезы,

Цепь дифференциала,

Цепь ускоренных перемещений рабочих органов станка.

Ниже приведен анализ расчетных кинематических цепей станка.

Кинематика станка модели 5Д32

Анализ расчетных кинематических цепей

при фрезеровании различных зубчатых колес.

Нарезание прямозубых цилиндрических зубчатых колёс

В этом случае настраивают три кинематические цепи:

Цепь главного движения,

Цепь обкатки (деления)

Цепь вертикальных подач.

Цепь главного движения передает вращение от электродвигателя к фрезе через клиноременную передачу 105 – 224 , вал I , колеса 32 – 48 , вал II , сменные колеса А – В гитары скоростей, вал IV , конические колеса 24 – 24 , вал V , конические колеса 24 – 24 , вал VI , конические колеса 17 – 17 , вал VII и колеса 16 – 64 (см.Рис.137).

Расчетные перемещения конечных звеньев цепи:

Формула настройки:

Число оборотов фрезы определяют по заданной скорости резания и диаметру фрезы:

Для настройки гитары скоростей к станку прилагается набор из восьми сменных колес (m = 3,5мм ) со следующими числами зубьев: 18, 22, 25, 28, 32, 35, 38 и 42. Условие размещения сменных колес на гитаре скоростей следующее:

Цепь обкатки (деления) обеспечивает при фрезеровании движение обкатки, т.е. одновременное и согласованное вращение фрезы и заготовки. При этом за 1 оборот фрезы заготовка долж­на повернуться на оборотов, k – число заходов чер­вячной фрезы; z – число зубьев нарезаемого колеса.

Движением обкатки одновременно осуществляется и делительный процесс.

Вращение от фрезы передается столу с заготовкой через колеса 64 – 16 , вал VII , конические колеса 17 – 17 , вал VI , конические колеса 24 – 24 , вал V , конические колеса 24 – 24 , вал IV , винтовые колеса 46 – 46 , центральные конические колеса дифференциала, вал XXV , колеса С 1 – D 1 гитары переключения, колеса a – b – c – d гитары обкатки (деления), вал XXVII и червяч­ную передачу 1 – 96 .

Расчетные перемещения конечных звеньев цепи:

Уравнение кинематического баланса:

Передаточное отношение между центральными колесами диффе­ренциала i диф = 1. Подставим это значение в наше уравнение, и, решая его относительно передаточного отношения гитары, полу­чим формулу настройки :

Условие размещения:

В связи с тем, что диапазон чисел зубьев колес, нарезае­мых на станке, весьма большой, гитара обкатки (деления) состав­лена из двух гитар: гитары переключения С 1 – D 1 и собствен­но гитары обкатки a – b – c – d . Гитара переключения служит для расширения диапазона передаточных отношений цепи обкатки и, в свою очередь, может иметь следующие передаточные отношения:

К станку приложен комплект сменных колес (41 шт., m = 2) со следующими числами зубьев: 23, 24, 25, 25, 30, 33, 34, 35, 37, 40, 41, 43, 45, 47, 48, 50, 53, 55, 57, 58, 59, 60, 61,
62, 65, 67, 70, 71, 73, 75, 79, 80, 83, 85, 89, 90, 92, 95, 97, 98 и 100. Этот набор предназначен для гитар: собственно обкатки, подач и дифференциала.

Цепь вертикальных подач.

Вертикальной подачей называется величина перемещения суппорта с фрезой (в мм ) вдоль оси заго­товки за один ее оборот.

Таким образом, цепь вертикальных по­дач связывает вращение стола с вертикальным перемещением суп­порта через червячную передачу 96 – 1 , вал XXVII , червячную передачу 2 – 24 , сменные колеса гитары подач a 1 – b 1 – c 1 – d 1 , муфту М 3 , вал XI , колеса 45 – 36 , вал XII , конические ко­леса 19 – 19, вал XIII , конические колеса 16 – 16 , вал XIV , червячную передачу 4 – 20 , муфту M 4 , вал XV , муфту М 5 , чер­вячную передачу 5 – 30 , ходовой винт XX и гайку.

Расчетные перемещения конечных звеньев цепи вертикальных подач:

Уравнение кинематического баланса:

Формула настройки:

Условие размещения:

На станке можно осуществлять как встречное, так и попут­ное фрезерование. Для выборки зазора между гайкой и вертикаль­ным ходовым винтом при попутном фрезеровании служит гидроци­линдр, соединенный с суппортом. Давлением жидкости гидроци­линдр всегда отжимается вверх относительно неподвижного порш­ня и этим нагружает гайку, выбирая зазоры.

Нарезание цилиндрического колеса

с винтовыми зубьями.

Настраивают цепи:

Главного движения,

Обкатки (деления),

Вертикальных подач

Дифференциала.

Первые три цепи настраи­вают так же, как при нарезании колеса с пряными зубьями.

Цепь дифференциала служит для сообщения заготовке допол­нительного вращения, согласованного с вертикальной подачей и необходимого для получения винтовой траектории движения вдоль нарезаемого зуба. Таким образом, цепь дифференциала связывает вертикальную подачу фрезы с дополнительным вращением заготов­ки через гайку – ходовой винт XX , червячную передачу 30 – 5 , муфту М 5 , муфту М 4 , червячную передачу 20 - 4 , вал XIV , ко­нические колеса 16 – 16 , вал XIII , конические колеса 19 – 19 , вал XII , колеса 36 – 45 , вал XI , сменные колеса гитары диф­ференциала a 2 – b 2 – c 2 – d 2 , вал XXIV , червячную передачу 1 – 30 , водило дифференциала – правое центральное колесо, вал XXV , гитару обкатки C 1 – D 1 – a – b – c – d , вал XXVII и чер­вячную передачу 1 – 96 .

Если фрезу переместить вертикально на шаг Т винтовой линии зуба нарезаемого колеса (Рис.5), то заготовка за это время должна дополнительно повернуться на ± 1 оборот (знак “+” принимают при различных направлениях винтовых линий зубьев нарезаемого колеса и червячной фрезы, а знак “ – “ – при оди­наковых направлениях винтовых линий).

Рис.5. Схема для определения расчетных перемещений при нарезании цилиндрических колес с винтовым зубом: 1, 2 - соответст­венно направление прямого и винтового зуба.

Расчетные перемещения конечных звеньев дифференциальной цепи:

При перемещении фрезерного суппорта в вертикальном направлении на шаг винтовой линии нарезаемого колеса, заготовка сделает +/- 1 дополнительный оборот.

Так как ведущим звеном является вертикальный ходовой винт с шагом t = 10 мм , то при перемещении суппорта на ве­личину Т этот винт сделает оборотов. Тогда расчет­ные перемещения:

Уравнение кинематического баланса :

Передаточное отношение от водила дифференциала к центральному колесу

i диф.2 = 2, передаточное отношение гитары обкатки

Подставляя эти значения в уравнение кинематического баланса, и решая его, получим формулу настройки :

Условие размещения:

Обычно в чертеже на колесо задают не шаг Т , а угол наклона винтового зуба β . Выразим шаг Т через этот угол, модуль и число зубьев. Если развернуть винтовую линию на плоскость (Рис.5), то видно, что

Выразим торцовый модуль m s через нормальный модуль:

и получим

Подставим это выражение в формулу настройки и найдем:

Нарезание червячных колес

методом радиальной подачи.

Радиальной подачей называется величина (в мм ) перемещения фрезы (подвижной стойки с суппортом) в радиальном направлении к заготовке, за один оборот заготовки. Радиальная подача про­должается до тех пор, пока не будет выдержано межосевое расстояние А (рис.3,в), после чего она выключается механиз­мом падающего червяка , срабатывающего от упора на станине.

Метод радиальной подачи применяется лишь при нарезании однозаходных червячных колес, т.е. при малом угле наклона зубьев. Для нарезания многозаходных червячных колес этот метод непригоден, так как происходит срезание части профиля вершин зубьев колеса.

Настраивают цепи главного движения и обкатки обычным спо­собом.

Цепь радиальных подач настраивают исходя из следующих расчетных перемещений ее конечных звеньев:

Уравнение кинематического баланса:

Формула настройки :

Условие размещения:

При нарезании червячного колеса диаметр фрезы должен соответствовать диаметру червяка, который в дальнейшем будет сопряжен с нарезанным колесом.

Нарезание червячных колес

методом тангенциальной подачи.

Тангенциальной подачей называется величина перемещения червячной фрезы (в мм ) вдоль собственной оси за один оборот заготовки.

Метод тангенциальной подачи используется при нарезании червячных колес с заходов два и более числом, а также при обработке однозаходных колес. Этот метод по сравнению с мето­дом радиальной подачи обеспечивает более высокую точность обработки, что объясняется следующими причинами:

1) фреза, имеющая специальную заборную часть, как бы ввинчивается в заготовку, и поэтому не будет того срезания рабочего профиля зубьев вблизи торцов нарезаемого колеса, ко­торое может быть при радиальной подаче;

2) постепенная тангенциальная подача, осуществляемая совместно с движением обкатки, обеспечивает большее количество профилирующих срезов, приходящихся на образование профиля нарезаемого зуба, чем радиальная подача;

3) метод позволяет более точно выдержать межосевое расстояние А (рис.3), которое будет постоянным для каж­дой партии нарезаемых колес.

Для нарезания червячных колес методом тангенциальной по­дачи необходимо обычный фрезерный суппорт станка заменить протяжным .

Настраивают цепи главного движения и обкатки как обычно и, кроме того, цепи тангенциальной подачи и дифференциала.

Цепь тангенциальной (осевой) подачи фрезы настраивают исходя из следующих расчетных перемещений ее конечных звеньев:

Уравнение кинематического баланса :

Формула настройки :

Условие размещения:

Цепь дифференциала сообщает дополнительное вращение заготовке, необходимое для предотвращения срезания ее зубьев, при осуществлении тангенциальной подачи фрезы. Дополнительное вращение заготовки должно быть согласовано с тангенциальной подачей так, чтобы при перемещении фрезы вдоль своей оси на шаг зацепления,заготовка получила бы дополнительный поворот на один зуб.

Следовательно, расчетные перемещения конечных звеньев цепи дифференциала:

мм осевого перемещ.фр. доп.об.загот.

Выразив осевое перемещение фрезы через обороты ходового винта протяжного суппорта, получим:

об.ход.винта доп.об.загот.

Уравнение кинематического баланса:

Подставим значения, получим формулу настройки:

И

в это уравнение, решая его, получим расчетную формулу:

Условие размещения:

Цепь ускоренных перемещений

исполнительных органов станка.

Быстрые установочные перемещения суппорта или подвижной стойки станка осуществляются при выключенной муфте М 3 от отдельного электродвигателя мощностью 1 кВт через винтовые колеса 16 – 42 , вал XI , и далее по кинематическим цепям соответствующих подач (см.Рис.137).

Уравнение кинематического баланса для цепи ускоренного вертикального перемещения суппорта:

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса:

мм/мин

Уравнение кинематического баланса для цепи ускоренного радиального перемещения подвижной стойки:

Расчетные перемещения:

Уравнение кинематического баланса:

Назначение зубчатой передачи – передавать движение от одного вала к другому с изменением угловых скоростей и моментов по величине и направлению. Такая передача состоит из двух колес. Передача вращающего момента в зубчатой передаче осуществляется благодаря давлению зубьев, находящихся в зацеплении, одного колеса на зубья другого. Зубчатые передачи широко распространены в России и за рубежом благодаря их достоинствам по сравнению с другими механическими передачами.

Преимущества: большая долговечность и высокая надежность; высокий КПД (до 0,98); постоянство передаточного отношения; возможность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отношений; малые габаритные размеры; простота эксплуатации.

Недостатки: наличие шума; невозможность плавного изменения передаточного отношения; необходимость высокой точности изготовления и монтажа, что увеличивает их стоимость.

По исходному контуру зубчатые передачи делят:

• на эвольвентные – преимущественно распространены в промышленности;
• с круговым профилем (зацепление М. Л. Новикова) – применяются для передач с большими нагрузками.

У эвольвентного зацепления рабочая поверхность зуба имеет эвольвентный профиль. В дальнейшем будем рассматривать лишь передачи с эвольвентным зацеплением.

К зубчатым передачам относятся цилиндрические, конические, планетарные, волновые и др.

Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрической зубчатой передачей называется передача с параллельными осями. Они бывают с прямым зубом (рис. 4.13, а), косым зубом, (рис. 4.13, б), и шевронные, (рис. 4.13, в) (β – угол наклона зуба). Рекомендуется максимальные передаточные числа в одной ступени не превышать, так как в противном случае габаритные размеры механизмов увеличиваются но сравнению с двухступенчатой передачей с тем же передаточным числом.

Преимущества передач с шевронным и косым зубом по сравнению с прямым: бо́льшая прочность зуба на изгиб (бо́ль-

Рис. 4.13

шая нагрузочная способность); большая плавность зацепления и малый шум, а также меньшие динамические нагрузки.

Недостатки , наличие осевой силы у косозубых передач; большая сложность изготовления.

Косозубые передачи применяют при окружных скоростяхм/с; шевронные передачи – преимущественно в тяжело нагруженных передачах.

Кинематика и геометрия цилиндрические зубчатых колес. Передаточное отношение, где– угловая частота вращения i-го вала.

Для наружного зацепления (см. рис. 4.4, а – вращение колес в разные стороны) i берется со знаком "–", для внутреннего (см. рис. 4.4, б – вращение в одну сторону) со знаком "+". Из кинематического условия – равенства скоростей в месте контакта зубьев колес, , получаем ,

где– частота вращения i-ro колеса;– делительный диаметр зубчатого колеса.

Принимая ( – количество зубьев г-го колеса) и учитывая соотношение (4.3), получаем

(4.4)

где– передаточное число (всегда величина положительная). Принято меньшее из зубчатых колес в паре называть шестерней и обозначать "ш" или "1", а большее – колесом ("к" или "2"),

Различают понижающие передачи (рис. 4.14, а), которые понижают частоту вращения и используются в редукторах;

Рис. 4.14

повышающие передачи (рпс. 4.14, б ), которые повышают частоту вращения и используются в мультипликаторах.

Зубчатые колеса в основном используются с эвольвснт- ным зацеплением, которое обеспечивает постоянное передаточное отношение, малые скорости скольжения в зацеплении и несложное изготовление. Так как в передаче преобладает трение качения, а трение скольжения мало, то она имеет высокий КПД. Это зацепление мало чувствительно к отклонению межосевого расстояния. В эвольвентном зацеплении рабочая поверхность зуба имеет форму эвольвенты. Эвольвентой называют кривую, которую описывает точкаобразующей прямой N–N, перекатывающаяся без скольжения по основной окружности диаметра. Образующая прямая всегда перпендикулярна к эвольвенте, а отрезок является ее радиусом кривизны (рис. 4.15).

Перейдем к рассмотрению геометрии эвольвентных зубчатых колес.

На рис. 4.16 показано косозубое колесо, для которого нормальный шаг определяют по формуле

где– окружной делительный шаг – расстояние между одноименными профилями соседних зубов, измеряемое по дуге делительной окружности зубчатого колеса;– угол наклона зуба.

Рис. 4.15

Рис. 4.16

Окружной модуль– это величина, враз меньшая окружного шага:

Разделив формулу (4.5) на π, получаем

где– нормальный модуль, уточняется по ГОСТу, что обеспечивает возможность использования стандартного инструмента, например модульных фрез.

Модуль является основным параметром зубчатого зацепления.

Длина делительной окружности зубчатого колеса определяется по формуле

Разделив обе части равенства на π, получаем выражение для определения делительного диаметра

что подтверждает соотношение, принятое в формуле (4.4).

Нарезание зубчатых колес производится инструментальной рейкой. Окружность зубчатого колеса, на которой шаг р и угол зацепления соответственно равны шагу и углу профиля а инструментальной рейки, называют делительной (d ). На рейке делительной плоскостью называют плоскость, на которой толщина зубьев равна ширине впадины. Сопряженные пары зубчатых колес касаются друг друга в полюсе зацепления. Окружности, проходящие через полюс зацепления Р и перекатывающиеся одна по другой без скольжения, называются начальными (рис. 4.17, а, где, – диаметры начальных окружностей;– угол зацепления). Отрезок АВ линии зацепления, ограниченный окружностями вершин зубьев шестерни и колеса, называется активным участком линии зацепления Эта линия определяет начало входа пары зубьев в зацепление и выхода из него.

Расстояние между начальной и делительной окружностями называют смещением исходного контура Отношение этого смещения к т называют коэффициентом

Рис. 4.17

смещениях (рис. 4.18). Приделительный и начальный диаметры равны,.Припроисходит подрезание зуба, что устраняется введением положительного смещениях Если призадать смещение,то суммарный коэффициент смещения будет равен

В этом случае зубья колес имеют одинаковую высоту, но высота головки и ножки зуба, диаметры окружностей вер-

Рис. 4.18

шин и впадин различны. Толщина зубьев шестерни увеличивается, а колеса уменьшается. Если условиене вы

полняется, то нужно вводить коэффициент уравнительного смещения .

Основные геометрические характеристики косозубой цилиндрической передачи внешнего зацепления при х = О приведены на рис. 4.17, б:

Делительный диаметр

Участок зацепления зубчатых колес показанна рис. 4.19, где– ширина зубьев шестерни и колеса;– рабочая ширина зуба, на которой происходит их контакт:

где– относительная ширина зуба (большее значение для больших нагрузок);

(4.12)

– межосевое расстояние ("+" – для внешнего зацепления, "-" – для внутреннего).

Рис. 4.19

Геометрические параметры эквивалентного колеса для косозубой передачи. Аналитическое определение напряжений изгиба в опасном сечении косых зубьев затруднено из-за их криволинейной формы и наклонного расположения контактных линий. Поэтому переходят от косозубых колес к эвольвентным с прямым зубом. Напряжения, как и для прямых зубьев, можно определить, рассматривая нормальное сечениекосых зубьев (рис. 4.20).

В нормальном сеченииполучаем эллипс с полуосями а и b:

Используя известное из геометрии выражение, определяем радиус окружности эллипса в точке контакта Р с сопрягаемым колесом:

Делительный диаметр эквивалентного зубчатого колеса

Принимаяполучаем формулу . Подставив в нее , определяем количество зубьев у эквивалентного колеса

Расчеты косозубых колес на прочность производят для эквивалентных цилиндрических прямозубых колес с диаметром делительной окружностии числом зубьев .

Изготовление зубчатых колес. Существует два метода нарезания зубьев: копирование и обкатка.

Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами дисковыми (рис. 4.21а) или пальцевыми (рис. 4.21, б). После прорезания каждой

Рис. 4.20

Рис. 4.21

впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления. Профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы. Для нарезания зубчатых колес с разным числом зубьев необходим разный инструмент. Метод копирования малопроизводительный и менее точный, чем при обкатке.

При шлифовании фрезу заменяют шлифовальным кругом соответствующего профиля.

Метод обкатки основан на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент – червячная фреза (рис. 4.22, а ), долбяк (рис. 4.22, б ) или реечная гребенка (рис. 4.22, в ). При нарезании зуборезной гребенкой заготовка вращается вокруг своей оси, а инструментальная рейка 1 совершает возвратно-поступательное движение параллельно оси заготовки 2 и поступательное движение параллельно касательной к ободу заготовки. Гребенками нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления. При нарезании червячной фрезой, имеющей в осевом сечении форму инструментальной рейки, заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса. Долбяк имеет форму шестерни с режущей кромкой. Он совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки и вращается вместе с заготовкой. Для нарезания цилиндрических колес

Рис. 4.22

с внешним расположением зубьев используют фрезу и гребенку, для нарезания колес с внутренним и внешним расположением зубьев – долбяки.

Материалы зубчатых колес. Если механическая обработка производится после термической, то твердость зубчатых колес должна быть НВ 350. Такой материал применяется в мелкомодульных передачах и в передачах с модулем т< 2. Для уменьшения размеров зубчатых колес (обычно при т> 2) необходимо упрочнить рабочую поверхность зуба, что увеличивает допускаемые контактные напряжения. Объемная закалка используется для среднеуглеродистых сталей (например, 40Х, 40ХН и др.) до твердости HRCa > 45÷55. Такая закалка делает сердцевину менее пластичной, что способствует поломке зубьев. У современных зубчатых колес сохраняют вязкую сердцевину, а упрочняют лишь рабочую поверхность зуба термическими (поверхностная закалка ТВЧ), химико-термическими методами (цементация и азотирование), методом физического воздействия высоких энергий (лазерная закалка, ионное азотирование) и др. При цементировании сталей 12ХНЗА, 18Х2НМА, 15ХФ твердость поверхности 56–62 HRC3; при азотировании сталей 38Х2Ю, 38Χ2ΜΙΟΛ – 50–55 HRC3; при ионном азотировании – 80–90 HRCэ; при лазерном упрочнении – 56–60 HRCэ; при поверхностном упрочнении рабочей поверхности зуба масса редуктора снижается в 1,5–2 раза и соответственно уменьшаются его габаритные размеры.

Точность зубчатой передачи. В стандарте предусмотрены степени точности зубчатых передач 1–12 (от более точной к наименее точной). Наибольшее распространение имеют следующие точности: 6 – повышенная точность (до v = 20 м/с); 7 – нормальная точность (до v = 12 м/с); 8 – пониженная точность (до v = 6 м/с); 9 – грубая точность (до v = 3 м/с). Значения наибольших допустимых скоростей v приведены для прямозубых передач, а для косозубых их необходимо увеличить примерно в 1,5 раза. Степень точности назначается с учетом условий работы передачи и предъявляемых к ней требованиям.

Степень точности характеризуется следующими основными показателями:

• нормой кинематической точности колеса, устанавливающей величину полной погрешности угла поворота зубчатых колес за один оборот. Она является важным показателем для высокоточных делительных механизмов;
• нормой плавности работы колеса, определяющей величину составляющих полной погрешности угла поворота зубчатого колеса, многократно повторяющихся за один оборот передачи. Она связана с неточностью изготовления по шагу π профилю и вызывает дополнительные динамические нагрузки в зацеплении;
• нормой контакта, характеризующей полноту прилегания боковых поверхностей сопряженных зубьев. Она оценивается следом на рабочей поверхности зуба после контакта с вращающимся колесом, зубья которого смазаны краской (рис. 4.23).

Степень точности должна соответствовать окружной скорости в зацеплении: чем она выше, тем выше должна быть точность передачи. В зависимости от степени точности и размеров на отдельные элементы зацепления и передачи установлены допуски.

Боковой зазор между зубьями(рис. 4.24, где – допуск; – минимальный и максимальный боковые зазоры) должен обеспечивать свободное вращение колес и устранить заклинивание. Он определяется видом сопряжения колес от Л до Н. Наибольший зазор у А, а наименьший у Н. Для передач с модулем т> 1 установлены виды сопряжений А, В, С, D, E, Н. Обычно используется сопряжение В, а у реверсивных передач С. Для мелкомодульных передач (т < 1) виды сопряжений D, E, F, G, H. Чаще используют Е, а в реверсивных передачах F. Допускается применять раз-

Рис. 4.23

Рис. 4.24

личные степени точности но отдельным показателям, например при т ≥ 1 7-6-7-В (7 – норма кинематической точности, 6 – норма плавности, 7 – норма контакта), а при одинаковой точности по всем показателям (7-7-7-В) записывают 7-В.

Виды разрушений зуба. При работе цилиндрических зубчатых передач возможны различные повреждения зубьев колес: механическое и молекулярно-механическое изнашивание, а также поломка зубьев.

Механическое изнашивание. Оно включает:

• выкрашивание рабочих поверхностей (рис. 4.25, а). Это наиболее частая причина выхода из стоя зубчатых передач, работающих со смазкой. Разрушения носят усталостный характер. Трещины развиваются до выкрашивания в основном на ножке зубьев в местах неровностей, оставшихся после окончательной обработки. В процессе работы от нагружения зуба число ямок растет и их размеры увеличиваются. Профиль зуба искажается, поверхность становится неровной, возрастают динамические нагрузки. Процесс выкрашивания усиливается, и рабочая поверхность на ножке зуба разрушается. Опасно прогрессивное выкрашивание – трещины от ямок могут распространяться и поражать всю поверхность ножек. Если смазочный материал отсутствует или его количество незначительно, выкрашивание наблюдается редко, так как образовавшиеся повреждения сглаживаются. Сопротивление выкрашиванию увеличивается с увеличением твердости поверхности зубьев, чистоты обработки и правильным подбором смазочного материала;
• износ, зубьев (рис. 4.25, 6) – изнашивание рабочих поверхностей зубьев, которое возрастает с увеличением контактных напряжений и удельного скольжения. Износ искажает эвольвентный профиль, возрастают динамические

Рис. 4.25

нагрузки. Так как наибольшее скольжение происходит в начальных и конечных точках контакта зубьев, то наибольший износ наблюдается на ножках и головках зубьев. Износ сильно увеличивается из-за неровностей на рабочих поверхностях зуба, после обработки, а так же при загрязнении зубчатой передачи абразивными частицами (абразивный износ). Он наблюдается при работе у открытых механизмов. Если неровности меньше толщины масляной пленки, износ уменьшается, а при недостаточной смазке увеличивается. Его можно понизить уменьшением контактных напряжений σΗ, увеличением износостойкости поверхности зубьев (повысить твердость рабочих поверхностей зубьев, правильно выбрать смазочный материал).

Молекулярно-механическое изнашивание. Такое изнашивание проявляется как заедание (рис. 4.25, в) при действии высоких давлений в зоне, где нет масляной пленки. Сопряженные поверхности зубьев сцепляются друг с другом настолько сильно, что частицы поверхности более мягкого зуба привариваются к поверхности зуба другого колеса. Образовавшиеся наросты на зубьях наносят на рабочие поверхности других зубьев борозды. Заедание особенно интенсивно в вакууме или когда рабочие поверхности зуба подвергаются высокому давлению. Заедание предупреждают повышением твердости и снижением шероховатости поверхностей, правильным подбором противозадирных масел.

Для предотвращения выкрашивания рабочих поверхностей зубьев нужно проводить расчет передачи на контактную прочность.

Поломка зубьев. Это наиболее опасный вид повреждения. Она носит усталостный характер и обычно отсутствует у зубчатых колес редукторов, когда их рабочие поверхности не упрочнены. Излом зубьев является следствием возникающих в них повторно-переменных напряжений от изгиба при перегрузках. Усталостные трещины образуются у основания зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Излом происходит в сечении у основания зуба.

Поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба.

Силы в зацеплении цилиндрических передач. Приложенную к зубу косозубого колеса силу F можно разложить на три составляющие F t, F r, F a (рис. 4.26):

где– окружная сила (Г – расчетный вращающий момент на колесе);– радиальная сила; осевая сила;– углы зацепления в торцевом и нормальном сечениях.

У прямозубого колеса отсутствует осевая сила, т.е.

Расчетные силы в зацеплении. При передаче нагрузки в зацеплении возникают, кроме статической, дополнительная динамическая составляющая силы, а также имеет место неравномерность распределения нагрузки по ширине зуба и распределение нагрузки между зубьями. Все изменения в нагрузке по сравнению с исходной учитывают коэффициенты нагрузкии

Удельная, окружная и расчетная силы. В расчетах на контактную выносливость определяется по формуле

(4.17)

В расчетах на выносливость при изгибе

Рис. 4.26

– коэффициент нагрузки при изгибе;– коэффициент распределения нагрузки между зубьями;, – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки но ширине зуба;– коэффициент, учитывающий дополнительную динамическую нагрузку на зубья при изгибе.

При работе привода динамические внешние нагрузки увеличивают силы и моменты. В расчетах на прочность необходимо использовать расчетную силу Fu расчетный момент Т:

где – коэффициент динамичности внешней нагрузки; – номинальная сила и вращающий момент.

Удельные окружные динамические нагрузки действующие на зубья колес, возникают при взаимодействии зубьев в зацеплении из-за неточности изготовления по шагу и их деформации. Эти силы определяют с учетом погрешности зацепления по шагу, зависящей от степени точности по нормам плавности и модуля передачи.

Удельная окружная динамическая нагрузка для цилиндрических передач при расчете на контактную прочность

(4.21)

где – коэффициент, учитывающий твердость рабочих поверхностей и угол наклона зуба (табл. 4.6); – коэффициент, учитывающий погрешность зацепления по шагу

Таблица 4.6

Таблица 4.7

(табл. 4.7);– окружная скорость в зацеплении, м/с;– межосевое расстояние, мм; и – передаточное число зубчатой пары;– предельное значение окружной динамической силы, Н/мм (см. табл. 4.7).

В расчетах прочности зубьев на изгиб пдя цилиндрических передач

(4.22)

Величиныте же, что при проверочном расчете на контактную прочность (см. табл. 4.7), а значенияприведены в табл. 4.6.

С увеличением степени точности по нормам плавности передачи дополнительные динамические нагрузки снижаются. То же происходит при переходе от прямых зубьев к косым. При повышении твердости зубьев нагрузки можно увеличивать. Отметим, что динамическая нагрузка с увеличением скорости растет, но до определенного предела.

Коэффициенты внутренней динамической нагрузки на зубья. Для расчетов на контактную и изгибистую прочность эти коэффициенты определяются по формулам

(4.23)

где ;– окружная сила в зацеплении;– рабочая ширина зуба.

Коэффициентыучитывают распределение на

грузки между зубьями в расчетах на контактную и изгибистую прочность. Эти коэффициенты связаны с погрешностью изготовления. Для прямозубых передач; для косозубых передачзависят от точности зацепления и твердости рабочей поверхности зубьев: (табл. 4.8), так как у косозубых передач одновременно в зацеплении находится не менее двух пар зубьев. Без нагрузки у одной из пар появляется зазор, который устраняется при увеличении нагрузки за счет упругих деформаций.

Коэффициентыучитывают неравномерность распределения нагрузки по ширине зубчатых венцов, связанной с деформацией валов, опор и с погрешностью их изготовления. Прогибы валов в местах расположения колес приводят к их перекосу и неравномерному распределению нагрузки по линии контакта. Концентрация нагрузки зависит от рас-

Таблица 4.8

положения опор и твердости материала. Значения коэффициентов практически одинаковы при расчете на контактную и изгибную прочности:

гдедля прямых зубьев,для косых зубьев;– коэффициент относительной твердости контактных поверхностей, учитывающий приработку зубьев:

– коэффициент, учитывающий влияние прогиба вала, на который влияет расположение колес относительно опор: при симметричном расположении, при несимметричном>, при консольном .

Наибольший перекос при нагружении возникает у валов с консольным расположением опор, а наименьший при симметричном.

Контактные напряжения. Характер сопряжения некоторых деталей машин отличается тем, что передаваемая ими по малой поверхности нагрузка в зоне контакта вызывает высокие напряжения. Контактные напряжения характерны для зубчатых колес и подшипников качения. Контакт бывает точечным (шар на плоскости) и линейным (цилиндр на плоскости). При нагружении происходит деформация и зона контакта расширяется до области, ограниченной кругом, прямоугольником или трапецией, в которой возникают контактные напряжения. При больших контактных напряжениях, превышающих допускаемые, на контактной поверхности возможны повреждения поверхностей, которые появляются в виде вмятин, борозд, трещин. Такие повреждения могут возникнуть в зубчатых передачах и у подшипников, контактные напряжения которых изменяются во времени но прерывистому циклу. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения рабочей поверхности зубьев: выкрашивания, износа, заедания. При больших контактных напряжениях статическое нагружение может вызвать пластическую деформацию и появление на поверхности вмятин.

Решение контактной задачи. Решение контактной задачи было получено Г. Герцем. При ее решении использовались следующие допущения: материалы соприкасающихся тел однородны и изотропны, площадка контакта весьма мала, действующие силы направлены нормально к поверхности контакта, нагрузки создают в зоне контакта только упругие деформации и подчиняются закону Гука. В реальных конструкциях соблюдаются не все сформулированные условия, однако экспериментальные исследования подтвердили возможность использования формулы Герца для инженерных расчетов. Рассмотрим контактные напряженияпри сжатии двух цилиндров (рис. 4.27, а). На цилиндры действует удельная нарузка

где F – нормальная сила; h – ширина цилиндров.

В зоне контакта на участке шириной 4 наибольшее контактное напряжение определяется (при V ≠ v 2) по формуле

(4.26)

где– приведенный радиус кривизны для цилиндров с радиусамии– коэффициенты Пуассона для цилиндров;– модули упругости материалов цилиндров;;– удельная окружная сила (рис. 4.28).

Рис. 4.27

Рис. 4.28

Приведенные модуль упругости и радиус

(4.27)

В формуле длязнак "+" ставится при контакте двух выпуклых поверхностей; знак "-" – для одной вогнутой, а другой выпуклой поверхности (рис. 4.27, б).

Если коэффициенты Пуассона цилиндров равны, то формулу (5.26) можно записать гак:

(4.28)

Формулу (4.28) называют формулой Герца.

Выражения (4.26) или (4.28) используются при выводе формул для контактных напряжений.

Проверочный расчет цилиндрической прямозубой передачи на контактную прочность

Расчетные контактные напряжения Для определения наибольших контактных напряжений в качестве исходной принимают формулу Герца (4.28). Подставив в выражения (4.27) значения,получим

Подставивв формулу Герца, имеем

(4.29)

(знак "+" используется при внешнем зацеплении, а "-" – при внутреннем). Здесь Z, – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления,

(для прямых зубьев , при , а – углы зацепления в торцевой плоскости у косозубых и прямозубых передач соответственно), значениядля косозубых передач приведены в табл. 4.9; коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес. Для стальных зубьев МПа1/2.

Таблица 4.9

Коэффициент Z учитывает суммарную длину контактных линий: для прямых зубьев , а для косых, где – коэффициент торцевого перекрытия. Он равен отношению активного участка АВ линии зацепления к окружному шагу (см. рис. 4.17, я). Он определяется количеством зубьев колес, находящихся одновременно в контакте (прив зацеплении находится одна пара, а при то одна, то две). Коэффициентεα влияет на плавность работы передачи. Для прямозубых передач он должен быть больше единицы (), иначе работа передачи может нарушиться (движение не будет передаваться). Коэффициентможно приближенно определить по формуле

(4.30)

где– число зубьев колес.

Здесь знак "+" используется для внешнего зацепления, а "-" – для внутреннего.

Для расчета косозубых передач можно принять среднее значениеI.

Предельные контактные напряжения. Кривая выносливости для предельных контактных напряжений в логарифмических координатах приведена на рис. 4.29, где – пре-

Рис. 4.29

дельные контактные напряжения за расчетную долговечность для числа циклов переменных нагружений. Кривая выносливости в пределах

(участок Л/)), где – предел контактной выносливости при базовом числе циклов нагружений , а назначается из условия отсутствия пластического течения материала или хрупкого разрушения на рабочей поверхности зуба при, описывается формулой:

(4.32)

Отметим, что , а , что связано с отнулевым циклом нагружения па поверхности зуба и с локальным действием нагрузки. Значения предельных напряжений выбирают по табл. 4.10.

Таблица 4.10

Твердость материала шестерни делают больше, чем у колеса, на 10–50 НВ. Базовое число циклов изменений напряжений для стальных колес определяется по формуле

Число циклов изменения контактных напряжений на поверхности зуба, где– время работы цикла; с – число контактов одной поверхности зуба за один оборот; п – частота вращения, об/мии;– число циклов нагружения.

При работе зуба двумя сторонами профиля у реверсивных передач в расчет принимают времяработы во время цикла одной из сторон, где нагрузка больше, так как контактные напряжения действуют лишь вблизи поверхности зуба и нагрузка одной рабочей поверхности не влияет на другую (рис. 4.30, а , где– время нагружения одной стороной зуба за один цикл;– время цикла нагружения), а при вращении в одну сторону– полное время нагружения (рис. 4.30, б). Если задан ресурс, то

При наличии реверса, а при одностороннем вращении

После определения значенийих подставляют в неравенство (4.31). Если значение функции, то следует принять, если, то. Выбираем из двух значений для шестерни σ//Пт i и колесаминимальное .

Допускаемые контактные напряжения определяют по формуле

где– запас прочности при расчете зуба на

контактную прочность. Для механизмов с высокой надежностью следует принимать бо́льшие значения

Рис. 4.30

Условие контактной прочности:

Если условие прочности не выполняется и , то при малом отклонении (менее 10%) нагрузки на зуб можно снизить, увеличивая ширину колес: , где – первичное и уточненное значения ширины зубчатого венца. При большем отклонении нужно увеличить модуль и повторить расчеты.

Проектировочный расчет цилиндрической зубчатой передачи по контактным напряжениям

Из формул для проверочного расчета по контактным напряжениям (4.29), (4.34), выразив удельную окружную силу через вращающий момент, получаем выражение для приближенного значения межосевого расстояния:

(4.35)

где – расчетный вращающий момент на шестерне, Н ∙ мм. В формуле знак "+" – для внешнего зацепления, знак "-" – для внутреннего.

ООО "МЕХЛИТМАШ" изготавливает цилиндрические зубчатые пары до 6 класса точности до m-45,D- 6000мм.

Возможно изготовление из материала заказчика, а также изготовление по образцу.

Профиль зубьев цилиндрических колёс, как правило, имеет эвольвентную боковую форму. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Прямозубые колёса

Прямозубые колёса - самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья являются продолжением радиусов, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно.

Косозубые колёса

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.

При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;

Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колеса

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило - на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением

При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.

Секторные колеса

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Колёса с круговыми зубьями

Передача на основе колёс с круговыми зубьями (Передача Новикова) имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые - высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Храповые колеса

Храпово́й механи́зм (храпови́к) - зубчатый механизм прерывистого движения, предназначенный для преобразования возвратно-вращательного движения в прерывистое вращательное движение в одном направлении. Проще говоря, храповик позволяет оси вращаться в одном направлении и не позволяет вращаться в другом. Храповые механизмы используются достаточно широко - например, в турникетах, гаечных ключах, заводных механизмах, домкратах, лебёдках и т. д.

Храповик обычно имеет форму зубчатого колеса с несимметричными зубьями, имеющими упор с одной стороны. Движение колеса в обратную сторону ограничивается собачкой, которая прижимается к колесу пружиной или под собственным весом.

Изготовление зубчатых колёс

Метод обкатки

В настоящее время является наиболее технологичным, а поэтому и самым распространённым способом изготовления зубчатых колёс. При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обкатки с применением гребёнки

Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется гребёнкой. На одной из сторон гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка. Заготовка нарезаемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси. Гребёнка совершает сложное движение, состоящее из поступательного движения перпендикулярно оси колеса и возвратно-поступательного движения (на анимации не показано), параллельного оси колеса для снятия стружки по всей ширине его обода. Относительное движение гребёнки и заготовки может быть и иным, например, заготовка может совершать прерывистое сложное движение обката, согласованное с движением резания гребёнки. Заготовка и инструмент движутся на станке друг относительно друга так, как будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Метод обкатки с применением червячной фрезы

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление

Метод обкатки с применением долбяка

Зубчатые колёса также долбят на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков. Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов. При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг. Таким образом, инструмент и заготовка как бы «обкатываются» друг по другу. После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Метод копирования (Метод деления)

Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один угловой шаг при помощи делительного устройства, операция резания повторяется.

Метод применялся в начале XX века. Недостаток метода состоит в низкой точности: впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание

Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определенной глубины заготовки зубонакатным инструментом. При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определенную глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрические зубчатые колеса имеют основание в виде цилиндров и используются для параллельных валов. Колесо с меньшим количеством зубьев (шестерня) является ведущим, а с большим - ведомым. Если цилиндрические зубчатые колеса имеют одинаковые размеры и число зубьев, то их отношение частот вращения равно единице. Зубья в цилиндрических зубчатых парах могут располагаться как внутри, так и снаружи. При расположении зубьев снаружи цилиндрической зубчатой пары колеса движутся в противоположных направлениях. Если же они находятся внутри, то колеса движутся в одну сторону.

Виды цилиндрических зубчатых колес

Цилиндрические зубчатые колеса различаются по типу зубьев:

• шевронные - обладают V-образными зубьями;
• прямозубые - их оси находятся в радиальных плоскостях параллельно оси вращения;
• косозубые - имеют спиралевидные зубья, которые находятся под углом к вращающейся оси.

Существует еще и такой вид цилиндрических зубчатых пар как зубчатые колеса с внутренним зацеплением, зубья которого нарезаны с внутренней стороны. Они используются в условиях ограниченного пространства. Шестерня и колесо движутся в одну сторону, благодаря чему снижается трение и возрастает КПД.

Для заказа цилиндрических зубчатые колес обращайтесь к нам по телефонам со страницы "Контакты".

Закругления торцов зубьев чаще всего выполняют у передвижных шестерен, так как это значительно облегчает их перемещение (например, шестерни коробок скоростей). Кроме того, у большинства зубчатых колес снимают фаски или притупляют кромки торцовых поверхностей. Закругление зубьев и снятие фасок на торцовых поверхностях зубьев производят конусной и дисковой фасонными фрезами; притупляют острые кромки и снимают заусенцы чаще всего вращающимися щетками или червячными фрезами с насечками, шлифовальными кругами; торцовые поверхности зубьев обрабатывают на универсально-фрезерных и специальных станках.

МЕТОДЫ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Эксплуатационные качества зубчатой передачи (плавность работы, износоустойчивость, прочность, бесшумность) зависят от тщательности обработки боковых поверхностей зубьев.

Отделочная обработка применяется для колес, изготовляемых по нормам 6...7 степеней точности. Зубья должны иметь шероховатость боковых поверхностей R a = 1,25...0,63 мкм.

Зубошевингование основано на воспроизводстве реечного зацепления или зацепления цилиндрической зубчатой пары со скрещивающимися осями. Инструментом являются шевер-рейка - в одном случае и круглый шевер - в другом. Резание производится при проскальзывании поверхностей зубьев с многочисленными режущими кромками, срезающими тонкие стружки толщиной 0,001...0,005 мм. Врезание режущих кромок осуществляется под действием давления, возникающего при сближении осей шевера и заготовки. При шевинговании происходит исправление отдельных элементов зубчатого венца и улучшение шероховатости поверхностей зубьев. Шевингуются зубчатые колеса от т = 0,4 до т = 12 мм с диаметрами от 6 до 1200 мм. Шевингованием достигаются 6...7 степени точности обработанных колес и шероховатость поверхности R a = 0,63...0,16 мкм.

Предварительно нарезанное прямозубое или косозубое колесо плотно зацепляется с шевером (рис. 4.11, а). Скрещивание их осей обязательно. Угол скрещивания осей (р чаще составляет 10... 15°, но в отдельных случаях может быть и меньше. При таком характере зацепления скорость у ш разлагается и появляется составляющая v - скорость скольжения профилей, направленная вдоль зубьев, которая обеспечивает движение резания. Шевер режет боковыми сторонами зубьев со специальными канавками (рис. 4.11, б) для образования режущих лезвий. Следовательно, шевер представляет собой режущее зубчатое колесо.

Шевингованием получают бочкообразную форму зуба, что предотвращает концентрацию нагрузки при зацеплении с другим колесом на концах зубьев, обеспечивает более плавную передачу движений, облегчает сборку машин.

Из схемы шевингования следует, что инструмент и заготовка воспроизводят зацепление зубчатой винтовой пары. Кроме того, зубчатое колесо движется возвратно-поступательно (движение II) и после каждого хода (или двойного хода) подается в радиальном направлении (движение III). Направление вращения шевера (движение I) и, следовательно, заготовки через некоторое время изменяется. Контактирующая поверхность между зубьями шевера и колеса уменьшается с увеличением угла скрещивания осей.

Для повышения точности и производительности процесса шевингования, а также стойкости инструмента толщина снимаемых слоев должна быть минимальной: 0,04...0,08 мм для колес с модулем 1,5...3,0 мм и до 0,1...0,125 мм - с модулем 10 мм. Колеса обрабатывают при обильном охлаждении сульфофрезолом, который обеспечивает удаление стружки, смазку и охлаждение режущих лезвий. Шеверы изготовляют с различной точностью в зависимости от требований к зубчатым колесам. Диаметр шевера выбирают максимально возмож-

ным по размерам шевинговального станка. При этом повышаются его стойкость и точность обработки.

Рис. 4.11

При шевинговании колес среднего модуля скорость резания получается в пределах 30...45 м/мин. Радиальная подача при шевинговании зубчатых колес 6...7 степеней точности S = 0,02...0,06 мм на один ход стола. Продольная подача при этих же степенях точности S =0,2...0,6 мм на ход стола. Шевером до переточки обрабатывают

5..Л0 тыс. колес. Допускается 5-6 переточек шевера.

Зубохонингование применяется для отделочной обработки закаленных зубчатых колес. Зубохонингованием погрешности самого зацепления устраняются незначительно, если слой снимаемого металла более 0,01...0,03 мм на толщину зуба. Процесс зубохонинго- вания заключается в совместной обкатке заготовки и инструмента, выполненного из абразива и имеющего форму зубчатого колеса. Зубохонингование имеет много общего с зубошевингованием. Оси заготовки и инструмента скрещиваются под углом 15... 18°. При вращении зубчатой пары (рис. 4.12, а) возникает составляющая скорости скольжения профилей. Абразивные зерна хона обрабатывают боковые стороны зубьев заготовки за счет микрорезания (рис. 4.12, б). Скорость вращения пары, находящейся в зацеплении, во много раз больше скорости при шевинговании.

Зубохонингование применяют для прямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес. Заготовка и инструмент вращаются в плотном зацеплении. Зубчатое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси (продольная подача).

Рис. 4.12.

Направление вращения пары изменяется при каждом двойном ходе. Плотное зацепление осуществляется прижатием бабки инструмента к обрабатываемому колесу специальными пружинами или пневматическими устройствами. Подвижность бабки компенсирует неточности обработки колеса и исключает передачу больших нагрузок на инструмент. Возможно хонингование зубьев с бочкообразной формой. Хоны изготовляют на основе эпоксидных смол с добавлением в качестве абразива карбида кремния. Такой инструмент проектируют с увеличенным наружным диаметром и с учетом износа в процессе обработки колес. Число зубьев хона не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса.

Как следует из рис. 4.12,6, вершина зуба колеса постоянно контактирует со впадиной зуба хона. Благодаря этому уменьшается скорость изнашивания хона, а вследствие постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину хона происходит автоматическое восстановление зубьев хона. Необходима лишь периодическая правка хона по наружной поверхности для поддержания необходимого зазора А. Прямозубые колеса обрабатывают косозубыми хонами, а косозубые - прямозубыми или косозубыми хонами. В производство внедряют алмазно-металлические хоны. Стойкость их в 8-12 раз выше, чем у абразивных. Такими хонами можно обрабатывать зубчатые колеса высокой твердости.

Зубошлифованием можно получить 5...6 степени точности зубьев практически независимо от точности предварительной обработки их и искажений термической обработкой. Этим методом обрабатывают цилиндрические и конические зубчатые колеса. Недостатки зубо- шлифования (сложность станков и их наладки, высокая стоимость обработки и сравнительно низкая производительность) позволяют применять его только для очень точных и ответственных зубчатых колес, работающих с большими скоростями, а также для зуборезных инструментов.

Зубья цилиндрических колес можно шлифовать двумя методами: копированием и обкаткой. Метод копирования соответствует зубо- нарезанию дисковой модульной фрезой. Эвольвентный профиль зуба воспроизводится абразивными кругами, имеющими профиль впадин обрабатываемого колеса (рис. 4.13, а). Круг заправляют особым копировальным механизмом. Вращающийся круг совершает возвратно-поступательное движение, обеспечивая5 пр. Шлифуют методом единичного деления. Однако большое влияние на точность колеса может оказать износ шлифовального круга: наибольшая погрешность возникает между первым и последними зубьями. Во избежание этого колесо последовательно поворачивают не на 1 /z, а на несколько зубьев, но так, чтобы были прошлифованы все впадины. Тогда износ круга влияет на точность колеса меньше. Шлифуют за несколько ходов каждую впадину зуба. Метод копирования более производителен, чем метод обкатки, но менее точен.

Рис. 4.13.

Шлифование зубьев методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой (рис. 4.13, б). Колесо как бы катится по воображаемой рейке, которая закреплена неподвижно, поочередно в одну и другую сторону. При этом оно совершает возвратно-вращательные, а центр его - возвратно-поступательные движения. Обрабатывают двумя абразивными кругами, шлифующие торцы которых расположены вдоль сторон зубьев рейки. Два шлифовальных круга можно разместить в одной впадине зуба только у крупных колес. Поэтому одновременно шлифуют разноименные стороны двух соседних впадин. Для шлифования методом обкатки необходимо, кроме указанных движений, обеспечить продольную подачу для обработки зубьев по всей ширине. После обработки каждых двух боковых поверхностей зубьев колесо поворачивается на величину углового шага 1Д. Износ кругов компенсируется механизмом, с помощью которого круги каждый раз автоматически раздвигаются после правки.

Принцип зацепления обрабатываемого колеса с рейкой используют и в тех случаях, когда зуб рейки воспроизводится одним абразивным кругом или абразивом, заправленным в виде червяка. Методом обкатки шлифуют косозубые и конические колеса.

Абразивные круги для зубошлифовальных станков выбирают в соответствии с формой зуба и видом зубчатого колеса, а также в зависимости от твердости обрабатываемого материала и характера обработки (черновая, чистовая).

Несмотря на преимущества, метод характеризуется сравнительно низкой производительностью и высокой стоимостью. Поэтому зу- бошлифование применяют в тех случаях, когда требования к точности и шероховатости боковых поверхностей зубьев трудно удовлетворить другими методами обработки.

Качество обработки зубчатых колес, получаемых зубошлифовани- ем, можно улучшить зубопритиркой. Ее применяют для ответственных передач. Зубопритиркой получают поверхности высокого качества, доводя их до зеркального блеска, увеличивают плавность работы, уменьшают шум, повышают долговечность работы пары. Применяют для закаленных зубчатых колес.

Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давления между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив (в смеси с маслом) внедряется в более мягкую поверхность зубьев притира и удерживается на нем. Благодаря скольжению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают с обрабатываемого колеса мельчайшую стружку. Таким образом, при зубопритирке возникает искусственное изнашивание материала колес в соответствии с профилем зуба притира. На рис. 4.14 представлены две схемы притирки зубьев. По схеме, показанной на рис. 4.14, д, помимо вращательного движения притира и колеса создается возвратно-поступательное движение притира (З’нр), что обеспечивает равномерную обработку зуба по всей ширине. Оси притира и колеса параллельны. Процесс протекает при быстром вращении притира, который ведет зубчатое колесо, и медленном вращении подачи. Наиболее распространены методы притирки тремя притирами (рис. 4.14, б). Оси двух притиров скрещиваются с осью колеса, а ось третьего - параллельна оси колеса. Такая схема повышает производительность обработки. Обрабатываемое колесо получает реверсивное вращение и приводит в движение притиры. Одновременно оно перемещается возвратно-поступательно с подачей S вдоль своей оси. Угол скрещивания осей составляет 3...10 0 . Указанные движения обеспечивают равномерную обработку по всей ширине обеих сторон зуба. Притирают конические колеса с круговыми зубьями. Прямозубые конические колеса притирают редко. Материалом для зубчатых притиров служит мелкозернистый серый чугун с микроструктурой мелкопластинчатого графита в перлито-ферритном поле. Притиры выполняют как можно большего диаметра, чтобы по мере изнашивания их можно было многократно восстанавливать. Число зубьев притира не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Для притирки применяют жидкие абразивные смеси и пасты. Максимальная толщина слоя, удаляемого с помощью притирки, не должна быть более 0,05 мм. Значительные погрешности зубчатых колес исправить притиркой нельзя. Такие колеса надо предварительно шлифовать, а затем притирать.

В отдельных случаях вместо притирки применяют приработку зубьев. Она отличается от притирки тем, что колесо взаимодействует не с притиром, а с тем колесом, которое будет находиться с ним в зацеплении в собранной машине. Приработку производят с помощью абразивного материала, ускоряющего процесс взаимного сглаживания поверхностей.

Главная » Разное » Способ приработки зубчатых пар. Сборка зубчатых передач - слесарно-инструментальные работы Цилиндрические зубчатые передачи