Обработка зубчатых колес методом обкатки. Сборка зубчатых передач - слесарно-инструментальные работы

Лекция 27. Зубонарезание. Методы изготовления зубчатых колёс

Формообразование профилей зубьев зубчатых колес

В передачах современных машин и приборов широко применяют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, т. е. такие, у которых боковая поверхность зуба очерчена эвольвентной кривой. Эвольвентой называют траекторию точки прямой, катящейся по окружности без скольжения.

Различают два метода профилирования эвольвентных зубчатых колес: копирование и обкатку (огибание).

Копирование. Метод основан на профилировании зубьев фа-сонным инструментом, профиль режущей части которого соответ-ствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса. По ме-тоду копирования зубчатые колеса нарезают дисковой модульной фрезой на горизонтально- или универсально-фрезерных станках (рис. 73, а) и пальцевой фрезой на вертикально-фрезерных станках (рис. 73, б) последовательно по одной впадине с ис-пользованием делительной головки.

Рис. 73. Схемы фрезерования зубьев по методу копирования:

1 – фреза; 2 – нарезаемое колесо.

В процессе фрезерования впадины между зубьями колеса со-общают фрезе главное вращательное движение, а заготовке - продольную подачу. По окончании фрезерования одной впадины стол отводят в исходное положение и заготовку поворачивают

на - часть оборота (z - число зубьев нарезаемого зубчатого ко-леса). Пальцевыми фрезами нарезают зубчатые колеса больших модулей и шевронные колеса.

Нарезание зубчатых колес методом копирования не обеспечивает высокой точности вследствие погрешностей фасонного инстру-мента и неточности делительных головок. Этот метод применяют для нарезания зубчатых колес невысокой точности. Зубонарезание методом копирования производят также долблением одновременно всех впадин зубчатого колеса. В качестве инструмента используют резцовую головку, которая имеет столько радиально расположен-ных фасонных резцов, сколько впадин у нарезаемого колеса.

Нарезание одновременно всех зубьев колеса по методу копирования обеспечивает высокую производительность, но в связи со сложностью и высокими требованиями к точности изготовлении режущего инструмента этот метод имеет ограниченное применение.

Обкатка . Метод основан на зацеплении зубчатой пары, элементами которой являются режущий инструмент и заготовка. Режущие лезвия инструмента имеют профиль зуба сопряженной рейки (рис. 74, а) или сопряженного колеса (рис. 75, а),

Рис. 74. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса червячной модульной фрезой: 1 – червячная модульная фреза; 2 – нарезаемое колесо

Рис. 75. Схема формообразования зубьев цилиндрического колеса долбяком:

Боковая поверхность зуба на заготовке образуется как огибающим последовательных положений режущих лезвий инструмента в их относительном движении (рис. 74, б и 75, б).

Различные положения режущих лезвий относительно формиру-емого профиля зубьев на заготовке получают в результате кинематически согласованных вращательных движений инструмента и заготовки на зуборезном станке.

Метод обкатки обеспечивает непрерывное формообразовании зубьев колеса. Нарезание зубчатых колес этим методом получило преимущественное распространение вследствие высокой произво-дительности и значительной точности обработки. Наиболее ши-роко применяют нарезание зубчатых колес методом обкатки на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.

Режущие инструменты для нарезания зубчатых колес по методу обкатки

Червячная модульная фреза (рис. 76, а). Фреза пред-ставляет собой винт с прорезанными перпендикулярно к виткам канавками. В результате этого на червяке образуются режущие зубья, расположенные по винтовой линии. Профиль зуба фрезы и нормальном сечении имеет трапецеидальную форму и представ-ляет собой зуб рейки с задним а и передним у углами заточки. Червячные фрезы изготовляют однозаходными и многозаходными. Чем больше число заходов, тем выше производительность фрезы, но точность ее работы при этом немного снижается. Поэтому для сохранения точности при чистовом нарезании надо применять однозаходные червячные фрезы. Многозаходные фрезы находят применение для чернового зубонарезания. Червячными модуль-ными фрезами нарезают цилиндрические колеса с прямыми и ко-сыми зубьями и червячные колеса

Рис. 76. Червячная модульная фреза (а); зуборезный долбяк (б) и зубострогальный резец (в)

Зуборезный долбяк (рис. 76, б). Долбяк представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвептный профиль с задним а и передним у углами заточки. Различают два типа долбяков: прямозубые для нарезания цилиндрических колёс с прямыми зубьями и косозубые для нарезания цилиндрически колес с косыми зубьями.

Зубострогальный резец (рис. 76, в). Резец имеет призматическую форму с соответствующими углами заточки и прямолинейным режущим лезвием. Режущее лезвие затачивают с передним углом γ = 20° и задним углом α = 0°. Задний угол образуется в результате наклонного закрепления резца в державке, при этом уменьшается передний угол у. Эти резцы применяют попарно для нарезания конических зубчатых колес с прямыми зубьями.

Нарезание зубчатых колес на зубофрезерных станках

На зубофрезерных станках нарезают цилиндрические колеса внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями и червячные колеса червячной модульной фрезой по методу обкатки.

Рис. 77. Общий вид зубофрезерного станка.

На рис. 77 показан общий вид зубофрезерного станка. На станке 1 установлена неподвижная стойка 2. Фрезу, закрепленную на оправке, устанавливают в шпинделе фрезерного суппорта 3, который перемещается по вертикальным направляющим стойки. Заготовку закрепляют на оправке вращающегося стола 7. Верхний конец оправки поддерживается подвижным кронштейном 5. Салазки 8 oбеспечивают горизонтальное перемещение стойки 6 и стола 7 по направляющим станины. Поперечина 4 связывает обе стойки и тем самым по-вышает жесткость станка.

Для обеспечения требуемых скоростей вращения и поступательного перемещения фрезы и заготовки в процессе нарезания зубьев станок имеет четыре гитары сменных зубчатых колес.

С помощью гитары скоростей 9 устанавливают частоту вращения шпинделя в минуту. Гитара деления 11 (обкатки) служит для сообщения заготовке окружной скорости, необходимой для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью гитары подач 10 устанавливают вертикальную подачу фрезы или горизонтальную подачу заготовки. Гитара дифферен-циала (находится в одной коробке с гитарой подач) сообщает заготовке дополнительное вращательное движение при нарезанииколёс с косым зубом. Она позволяет увеличить или уменьшить скорость вращения заготовки, которая определяется настройкой делительной гитары, и получить левый или правый наклон зубьев колеса.

(рис. 78, а).

При нарезании червячная фреза вращается и перемещается вдоль оси заготовки. Скоростью резания при зубофрезеровании является скорость вращения фрезы, а подачей - перемещение фрезы вдоль оси вращения заготовки.

Рис. 78. Схемы нарезания цилиндрических зубчатых колёс на зубофрезерном станке:

1 – червячная фреза; 2 – заготовка

Скорость резания (в м/мин):

,

где D ф - наружный диаметр фрезы, мм; n - частота вращения фрезы, об/мин.

Подачу s B измеряют в миллиметрах на один оборот заготовки и выбирают из нормативов по режимам резания в зависимости от числа зубьев, требуемой шероховатости и точности обработки. Так как червячная фреза представляет собой ряд реек, режущие лезвия которых расположены на винтовых поверхностях червячная фреза и заготовка должны находиться в относительном движении, соответствующем зацеплению колеса с рейкой.

Вращение фрезы и заготовки связано отношением:

,

где n заг - частота вращения заготовки, об/мин; n ф -частота вращения фрезы, об/мин; А - передаточное отношение передач цепи обкатки; k - число заходов червячной фрезы; z - число нарезаемых зубьев на заготовке.

Отсюда следует, что при каждом обороте червячной фрезы заготовка должна повернуться на k/z часть оборота. Согласованной и непрерывное вращение заготовки и фрезы являются обкаточным движением. Таким образом, для нарезания цилиндрических колес с прямыми зубьями необходимы три движения: главное вращательное червячной фрезы v, круговая подача заготовки (делительное движение) s кp. заг. и вертикальная подача фрезы s B . Для согла-сования этих движений на станке настраивают кинематический цепи: скоростную, делительную и вертикальной подачи.

Кинематическая скоростная цепь связывает вращение чернич-ной фрезы с вращением вала электродвигателя. Кинематическая цепь деления (обкатки) связывает вращение червячной фрезой с вращением заготовки; кинематическая цепь вертикальной подачи - перемещение фрезы в вертикальной плоскости с вращением заготовки.

Чтобы нарезаемые зубья имели симметричный профиль, ось вращения червячной модульной фрезы устанавливают под углом λ к торцу заготовки колеса.

При нарезании цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 78, б) ось червячной фрезы устанавливают относительно плоскости, перпендикулярной к оси заготовки, под углом λ, равным углу подъема витков червячной фрезы w.

Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 78 в).

При нарезании ось фрезы устанавливают под углом λ, при определении которого учитывают угол подъема витков червячной фрезы w и угол наклона нарезаемых зубьев β:

;

знак «плюс» берут при разноименном наклоне зубьев фрезы и колеса, «минус» – при одноименном наклоне.

Для формообразования косого зуба необходимы три движения: вращение фрезы v, вертикальная подача фрезы s B и ускоренном (или замедленное) вращение заготовки s кp. заг, которое складывается из основного и дополнительного ее вращений. Первые дни движения и основное вращение заготовки осуществляются настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми зубьями.

При вертикальном перемещении фрезы на величину подачи s B зубья фрезы должны перемещаться вдоль винтовых линий зубьев колеса. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы заготовка совершила один дополнительный оборот, что достигается настройкой дифференциальной кинематической цепи. Дифференциальная цепь сообщает заготовке один дополнительный оборот за Т/t в оборотов вертикального ходового винта фрезерного суппорта (T - шаг винтовой линии зубьев нарезаемого колеса; t B - шаг резьбы вертикального ходового винта фрезерного суппорта).

Суммирование основного и дополнительного вращательных ишжений заготовки осуществляется дифференциалом. Основное и ращение заготовки зависит от отношения числа заходов червячной фрезы к числу зубьев нарезаемого колеса, а дополнительное к ращение - от угла наклона нарезаемых зубьев.

Направление дополнительного вращения заготовки Δs кр.заг совпадает с направлением ее основного движения (ускоренное вращение заготовки), если направления винтовых линий зубьев нарезаемого колеса и фрезы одинаковы. Если же направления винтовых линий различны, то дополнительное вращение будет направлено в сторону, обратную основному движению (замедлен-ное вращение заготовки).

Нарезание червячных колес (рис. 78, г).

При нарезании ось фрезы устанавливают горизонтально (λ = 0°) на высоте сере-дины заготовки.

Для нарезания червячных колес необходимы три движения: вращение червячной фрезы v, вращение заготовки s кp.заг и радиаль-ная подача заготовки s p . Первые два движения осуществляют настройкой тех же кинематических цепей, что и при нарезании колес с прямыми и косыми зубьями. Для нарезания зуба на пол-ную глубину заготовке сообщают радиальную подачу s p , настраи-вая кинематическую цепь горизонтальной подачи. Цепь горизон-тальной подачи связывает перемещение заготовки в горизонталь-ной плоскости с ее вращением (s p мм/об, заг.).

Нарезание зубчатых колес на зубодолбежных станках

На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубча-тые колеса внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и ко-сыми зубьями. На этих же станках можно нарезать блоки зубча-тых колес с малым расстоянием между венцами колес, а также шевронные колеса. Зубчатые колеса на зубодолбежных станках нарезают долбяками по методу обкатки, в основу которого поло-жено зацепление двух цилиндрических зубчатых колес (см. рис. 75, б).

Зубодолбежные станки в зависимости от расположения оси нарезаемого колеса делят на горизонтальные и вертикальные.

Рис. 79. Общий вид зубодолбёжного станка.

На рис. 79 показан общий вид вертикального зубодолбежного станка. Станина станка состоит из двух частей – нижней 1 и верхней 2. Долбяк, закрепленный в шпинделе 6, получает вращение и одновременно возвратно-поступательное движение. Суппорт 4 перемещается по направляющим станины 2 и в роперечном направлении. Заготовку закрепляют на шпинделе стола 7 и сообщают ей вращательное движение. Кроме того, заготовка имеет возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости для отвода заготовки от долбяка во время его холостого хода. Гитара скоростей 8 предназначена для изменения числа двойных ходов в минуту долбяка. Гитара делении 3 сообщает долбяку окружную скорость для автоматического деления заготовки на заданное число зубьев. С помощью механизма подачи 5 устанавливают радиальную подачу долбяка.

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями (рис. 80, а).

Такие колеса нарезают прямозубыми долбяками.

Рис. 80. Схемы нарезания цилиндрических колёс с прямым зубов внешнего (а) и внутреннего (б) зацеплений на зубодолбёжном станке:

1 – долбяк; 2 – нарезаемое колесо

Главным движением, определяющим скорость резания, является возвратно-поступательное движение долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим ходом v p , движение его вверх - холостым ходом v x . Оба движения - рабочее и холостое составляют двойной ход долбяка.

Скорость резания (в м/мин) при зубодолблении:

,

где L - длина хода долбяка, мм; n - число двойных ходов долбяка в минуту.

Долбяк и заготовка, находясь в зацеплении, вращаются со скоростью, обратно пропорциональной числу их зубьев:

,

где n заг - частота вращения заготовки, об/мин; n д - частота вращения долбяка, об/мин; z д - число зубьев долбяка; z зar - число зубьев нарезаемого колеса.

Вращение долбяка (круговая подача долбяка s кp.д) и вращение заготовки (круговая подача заготовки s кp. заг) яв-ляются движением обкатки.

Круговая подача выражается дли-ной дуги делительной окружности дол-бяка, на которую он поворачивается за один двойной ход (мм/дв. ход). Попе-речным перемещением суппорта долбя-ку сообщают радиальную подачу - движение врезания долбяка в заготов-ку (s p мм/об. заг). Радиальная подача сообщается до достижения полной глу-бины впадины между зубьями. В даль-нейшем процесс нарезания происходит при постоянном межцентровом расстоянии в течение одного обо-рота заготовки. Для устранения трения зубьев долбяка о заго-товку во время холостого хода заготовка вместе со столом отво-дится от долбяка, а в начале рабочего хода подводится к долбяку (на схеме - движение Δs).

Рис. 81. Схемы нарезания цилиндрического колеса с косым зубом внешнего зацепления на зубодолбёжном станке:

1 – копир; 2 – долбяк; 3 – нарезаемое колесо

Нарезание цилиндрических колес с прямыми зубьями внутрен-него зацепления (рис. 80, б). При нарезании таких колес долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нареза-нии колес внешнего зацепления. Различие заключается лишь в том, что при нарезании зубчатых колес внутреннего зацепления направления вращения долбяка и заготовки одинаковы, тогда как при нарезании колес внешнего зацепления они противоположны.

Нарезание цилиндрических колес с косыми зубьями (рис. 81). Нарезают такие колеса косозубыми долбяками. Для нарезания колес с косыми зубьями нужен комплект косозубых долбяков с та-ким же углом наклона зубьев, как и у нарезаемых колес. Этот комплект состоит из двух долбяков: левого - для нарезания правого колеса и правого - для нарезания левого колеса.

Долбяку и заготовке сообщают те же движения, что и при нарезании колес с прямыми зубьями. Дополнительно долбяку сообщают вращательное движение (дополнительную круговую подачу Δs кр.д), обусловленное углом наклона зубьев и согласованное с его возвратно-поступательным движением. Дополнительное вращение долбяка обеспечивается установкой на шпинделе станка винтовых направляющих (копиров). Угол наклона винтовой линии копира должен соответствовать углу наклона зубьев нарезаемого колеса.

Цилиндрические колеса с косыми зубьями внутреннего зацепления нарезают долбяками с одноименным направлением зубьев.

Преимуществом метода зубодолбления, помимо возможности нарезания колес внутреннего зацепления и блочных колес, является более высокая точность и меньшая шероховатость боковых поверхностей зубьев по сравнению с поверхностями, получаемыми при зубофрезеровании.

Нарезание конических колес с прямыми зубьями на

зубострогальных станках

Конические зубчатые колеса на зубострогальных станках нарезают методом обкатки. В основу этого метода положено зацепление двух конических колес, одно из которых плоское (рис. 82, а).

Рис.82. Схема нарезания конического колеса с прямым зубом на зубострогальном станке: 1 – производящее колесо; 2 – нарезаемое колесо; 3 – люлька; 4 – зубострогальный резец

Нарезаемое коническое колесо (заготовка) находится в зацеплении с производящим плоским коническим колесом, у которого угол при вершине конуса φ п = 90°, а зубья ограничены плоскостями сходящимися в общей вершине, и имеют форму зуба рейки, т. е. плоское коническое колесо представляет собой кольцевую ройку. Роль производящего колеса выполняют два зубострогаль-ных резца, образуя впадину между зубьями.

На рис. 83 показан общий вид зубострогального станка. На станине 1 слева расположена стойка 3 с люлькой 4. По направ-ляющим люльки перемещаются два резцовых суппорта 5, несущих зубострогальные резцы. Резцы попеременно совершают возвратно-поступательное движение в направлении к вершине конусов ко-мических колес - плоского и заготовки. Число двойных ходов резцов в минуту устанавливают настройкой гитары скоростей 2. Люлька смонтирована на планшайбе и при обкатке вращается вокруг горизонтальной оси, имитируя вращение плоского конического ко-леса.

В шпинделе делитель-ной бабки 6 на оправке закрепляют заготовку. Са-лазки 8 делительной баб-ки, перемещаясь по про-дольным направляющим станины, подводят заготов-ку к резцам и отводят ее от них. Величина подвода и отвода заготовки регу-лируется с помощью ба-рабана механизма 9. На-стройкой гитары деления 7 заготовке при отводе ее от резцов сообщают поворот на один угловой шаг, т. е. на 1/z оборота. Делительная бабка 6 может поворачиваться вокруг верти-кальной оси для установки оси шпинделя (заготовки) под углом φ (угол при вершине конуса нарезаемого колеса) к оси люльки.

Рис. 83. Общий вид зубострогального станка

В процессе зубострогания конических колес с прямыми зубьями (см. рис 82, б) главным движением является возвратно-посту-пательное движение резцов. Движение резцов в направлении к вершине конуса заготовки является рабочим - v p , а обратный ход резцов является холостым - v х. Оба движения - рабочее и холостое - составляют двойной ход резца.

Вращение заготовки (круговая подача заготовки s кp. заг) и люльки с резцами (круговая подача люльки s кp. л) является дви-жением обкатки и должно соответствовать передаточному отно-шению:

,

где z п - фиктивное число зубьев производящего колеса; z - число зубьев нарезаемого колеса.

В результате главного и обкаточного движений на заготовке образуются две неполные впадины и один полностью обработанный зуб. После нарезания одного зуба заготовка отводится от резцов, направление вращения люльки с резцами и заготовки изменяется, затем они возвращаются в исходное положение (холостой ход). Во время отвода заготовки от резцов шпиндель бабки вместе с заготовкой поворачивается на угловой шаг (1/z оборота), обеспечивая деление. Затем заготовке сообщают подачу на глубину впадины, и начинается нарезание второго зуба.

Нарезание конических колес с круговыми зубьями на зуборезных станках

Конические колеса с круговыми зубьями (с криволинейным профилем, описанным по окружности) имеют значительные экс-плуатационные преимущества (плавность и бесшумность работы, большую прочность зубьев, высокий к. п. д. и др.) по сравнению с коническими колесами с прямыми зубьями.

Рис. 84. Схема нарезания конического колеса с круговыми зубьями.

Конические колеса с круговыми зубьями нарезают по методу обкатки резцовыми головками, у которых резцы расположены по окружности, на зуборезных станках специальной конструкции. Общая компоновка и конструкция зуборезного станка принци-пиально аналогичны зубострогальному станку для нарезания конических колес с прямыми зубьями.

На рис. 84 приведена схема нарезания конического колес круговыми зубьями. Нарезаемое коническое колесо 1 (заготовки) в процессе обработки находится в зацеплении с плоским коническим колесом 3 с круговыми зубьями (круговой рейкой), которое является производящим колесом. Роль зубьев производящего колеса выполняют резцы резцовой головки 2, закрепленной на шпинделе люльки. Главным движением является вращение резцовой головки вокруг своей оси. Вращение заготовки 1 вокруг своей оси (круговая подача заготовки s кp заг) и вращение резцовой головки 2 вокруг оси люльки 4 (круговая подача люльки s кр.л) являются движением обкатки. При повороте заготовки на один зуб резцовая головка также поворачивается на угол, соответствую-щий одному зубу. Вращательное движение люльки продолжается и тех пор, пока не будет закончена обкатка профиля одной впадины, после чего заготовка отводится от резцовой головки, и люлька начинает вращение в обратную сторону. Заготовка про-должает вращаться в том же направлении. Когда люлька придет в исходное положение, заготовка займет угловое положение, соответствующее новой впадине. Затем заготовку подводят к резцовой головке, сообщая ей движение подачи s t на глубину впадины, и цикл обработки повторяется.

Отделочная обработка зубьев зубчатых колес

В процессе нарезания зубчатых колес на поверхностях зубьев возникают погрешности профиля, появляется неточность шага зубьев и др. Для уменьшения или ликвидации погрешностей зубья дополнительно обрабатывают. Отделочную обработку для зубьев незакаленных колес называют шевингованием. Предварительно нарезанное прямозубое или косозубое колесо 2 плотно зацепляется с инструментом 1 (рис. 85, а). Скрещивание их осей обязательно. При таком характере зацепления в точке А можно разложить скорость v ш на составляющие. Составляющая v направлена вдоль зубьев и является скоростью резания, возника-ющей в результате скольжения профилей. Обработка состоит в сре-зании (соскабливании) с поверхности зубьев очень тонких волосо-образных стружек, благодаря чему погрешности исправляются, зубчатые колеса становятся более точными, значительно сокращается шум при их работе. Отделку проводят специальным металлическим инструментом - шевером (рис. 85, б). Угол скрещивания осей чаще всего составляет 10-15°. При шевинговании инструмент и заготовка воспроизводят зацепление винтовой пары. Кроме этого, зубчатое колесо перемещается возвратно-поступательно (s пp) и после каждого двойного хода подается в радиальном направлении (s t). Направления вращения шевера (v ш) и, следовательно, заготовки (v заг) периодически изменяются. Шевер режет боковыми сторонами зубьев, которые имеют специальные канавки (рис. 85, в) и, сле-довательно, представляют собой режущее зубчатое колесо.

Рис. 85. Схема отделочной обработки зубьев зубчатых колес.

На закаленных зубчатых колесах погрешности боковых поверх-ностей зубьев удаляют хонингованием (если припуск на обработку не превышает 0,01-0,03 мм на толщину зуба). Процесс хонингования заключается в совместной обкатке заготовки и абразивного инструмента, имеющего форму зубчатого колеса. Оси заго-товки и инструмента скрещиваются под углом 15-18°. При вращении зубчатой пары (рис. 85, г) возникает составляющая скорости скольжения. Абразивные зерна хона обрабатывают боковые стороны зубьев заготовки (рис. 85, д). Скорости v x и v заг вращения пары, находящейся в зацеплении при хонингованин, во много раз больше, чем скорости вращения при шевинговании.

Хонингуемые прямозубые или косозубые цилиндрические колеса вращаются в плотном зацеплении с хоном. Зубчатое колесо кроме вращения совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси (s пp). Направление вращения пары изменяется при каждом двойном ходе.

При изготовлении хонов в качестве абразива используют карбид кремния или электрокорунд. Число зубьев как хона, так и шевера не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Вершина зуба колеса постоянно контактирует с впа-диной зуба хона. Благодаря этому уменьшается скорость изнашивания хона, а вследствие постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину хона происходит автоматическое восстановление его зубьев. Необходима лишь периодическая правка хона по его наружной поверхности, чтобы поддерживать требуемый зазор Δ (рис. 85, д).

Значительные погрешности зубчатых колес, возникшие после термической обработки, исправляют методом зубошлифования. Этот метод отделки обеспечивает получение высокой точ-ности с малой шероховатостью поверхности зубьев и может быть использован при обработке цилиндрических и конических зубчатых колес.

Шлифование зубьев цилиндрических колес возможно копирова-нием и обкаткой. Метод копирования по своей сущности соответствует зубонарезанию дисковой модульной фрезой. Эвольвентный профиль зуба воспроизводится абразивными кругами, имеющими профиль впадин обрабатываемого колеса.

Шлифование зубьев методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой. При этом элементы воображаемой зубчатой рейки образованы абразивными инструментами. Так, рейку могут представить два абразивных круга, шлифующие торцы которых расположены вдоль сторон зубьев рейки. Элемент рейки может быть образован и одним абразивным кругом, заправленным по форме ее зуба. Для выполнения процесса шлифования методом обкатки осуществляют не только все движения указанной пары, находящейся в зацеплении, но и движения, необ-ходимые для процесса резания. После обработки двух боковых поверхностей зубьев колесо поворачивается на величину углового шага (1/z). Движения резания и деления обеспечивает специальное устройство зубошлифовальных станков.

Результаты, получаемые при обработке зубчатых колес зубошлифованием, могут быть улучшены зубопритиркой. С ее помощью можно получать поверхности высокого качества, увеличивать плавность хода и долговечность работы зубчатой пары. Такой метод отделки применяют для закаленных зубчатых колес.

Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давле-ния между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив в смеси с маслом внедряется в более мягкую поверхность притира. Благодаря сколь-жению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают мельчайшие стружки с обрабатываемого колеса. При зубопритирке происходит искусственный износ материала колеса в соответствии с профилем зуба притира

В ходе обработки притир и колесо, находящиеся в зацеплении, совершают возвратно-поступательное движение. Кроме того, притир совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль своей оси, что обеспечивает равномерность обработки по всей ширине зуба. Наибольшее распространение получили схемы обработки тремя притирами. Такой метод увеличивает производительность обработки.

Зубопритирка может обеспечить более высокое качество обра-ботки, чем зубошлифование, лишь в случае точного изготовления зубчатого колеса. Максимальный припуск, удаляемый притиркой, не должен превышать 0,05 мм.

ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ... (в частности, транспортного машиностроения ), а также отдельных... о судебных процессах ; состязательность, т.е. участие в процессе прокурора и... промышленности, введение твердой валюты... уровень технологической зависимости СССР...

Лекции по дисциплине «Основы безопасности труда»

Документ

Лекции по дисциплине «Основы безопасности труда» Введение Целями преподавания дисциплины является формирование у студентов понимания организации и...

Выбор метода обработки зубчатых колес находится в непосредственной зависимости от установленной нормы точности различных их элементов, а также от основных требований к передачам в процессе их эксплуатации. С этой точки зрения зубчатые передачи можно разбить на следующие группы:

• силовые передачи больших мощностей и высоких скоростей; основное требование - обеспечение высоких КПД;
• силовые промышленные и транспортные передачи при средних скоростях; требования - надежность и плавный ход;
• силовые передачи в станкостроении; требования - постоянство передаточного отношения и плавность хода;
• передачи в автомобилестроении; требования - плавность и легкость хода, отсутствие шума;
• кинематические передачи в точных приборах; требования - обеспечение постоянства передаточных отношений, отсутствие мертвого хода.

Установленные ГОСТом степени точности учитывают эти условия, допуская высокие технические показатели в одном направлении и низкие в другом.

Зубчатые колеса обрабатывают на разнообразных зубообрабатывающих станках. Зубья на колесах нарезают двумя способами : копированием (рис. 206, α, б) и обкаткой (огибанием; рис. 206, в). При копировании режущему инструменту придают форму впадины между зубьями, а затем производят обработку. При этом профиль инструмента копируется на обрабатываемой поверхности.

Зубонарезание способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или пальцевой фрезой на универсальном фрезерном станке; одновременным долблением всех зубьев колеса; одновременным протягиванием всех зубьев колеса; круговым протягиванием. Способ копирования применяется главным образом при изготовлении зубчатых колес невысокой точности.

Современным, точным и производительным способом изготовления зубчатых колес является нарезание зубьев по способу обкатки червячной фрезой, круглым долбя ком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками.

Способ обкатки заключается в том, что зубья на зубчатом колесе образуются при совместном согласованном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так, при зубофрезеровании прямолинейные боковые режущие кромки зубьев червячной фрезы, имеющие в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба (рис. 207). Рассматривая последовательные положения зубьев фрезы (1, 2, 3 и т.д.), видим, что профиль впадины получается постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный) профиль зуба.

Зубчатые колеса 3…8-й степеней точности нарезают методом обкатки. Сырые колеса 3…5-й степеней точности далее подвергают тщательной обработке шевингованием, шлифованием и последующей отделке на притирочных станках, после чего их закаливают токами высокой частоты (ТВЧ), исключающими деформацию поверхности. Зубчатые колеса, изготовленные по 6…8-й степеням точности, обычно подвергают закалке в закалочных печах, дающих значительное искажение формы . Затем для сохранения формы у колес с б-й и 7-й степенями точности шлифуют боковые профили зубьев с базированием по отверстию, а у колес с 8-й степенью точности шлифуют отверстие с базированием по впадине зуба. Зубчатые колеса, изготовляемые по 8…10-й степеням точности, нарезают в мелкосерийном производстве на фрезерных станках в делительной головке, причем для колес, изготовляемых с 8-й степенью точности, фрезы тщательно-профилируют по форме зубьев колеса.

Зубчатые колеса с 10-й и 11-й степенями точности могут быть получены точной отливкой с последующей обработкой зубьев по шаблону.

Фрезерование зубьев цилиндрических колес и реек дисковыми и пальцевыми модульными фрезами . Фрезерование зубьев колес представляет собой разновидность фасонного фрезерования. В процессе работы фреза переносит (копирует) свой профиль во впадину зубьев, создавая, таким образом, две половины профилей двух соседних зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на размер шага с помощью делительного механизма, фреза снова врезается и проходит по новой впадине между зубьями.

Такой способ применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах. Процесс ведут на горизонтально-фрезерных станках с делительными головками. Недостатками этого способа являются:

1. Низкая точность обработки зуба, так как дисковые модульные фрезы изготовляют с приближенными профилями зубьев, причем каждый типоразмер фрезы рассчитан на несколько смежных чисел зубьев нарезаемых колес в определенном интервале.

Обычно для каждого модуля изготовляют наборы дисковых фрез, охватывающие все числа зубьев и диаметры нарезаемых колес. По стандарту имеется три набора из 8, 15 и 26 дисковых фрез, которыми с небольшой погрешностью, укладывающейся в пределы допуска, можно нарезать зубчатые колеса с разным числом зубьев. Для более точных работ применяют набор из 15 дисковых фрез, а для самых точных - из 26 дисковых фрез. Таким образом, при этом способе нарезания получается лишь приближенный профиль зубьев на нарезаемом колесе.

1. Низкая производительность и высокая себестоимость обработки (большое машинное и вспомогательное время). Низкая производительность определяется прерывностью процесса обработки, вызывающей потери времени на врезание фрезы при изготовлении каждого очередного зуба, на индексирование (поворот) заготовки, на подвод заготовки к фрезе, а также относительно малым числом зубьев фрезы, работающих одновременно.

Для нарезания зубчатых колес крупных модулей (больше 20 мм) способом копирования, особенно шевронных колес*, применяют модульные пальцевые фрезы, так как дисковые фрезы подрезают зуб встречного наклона. На зубчатых рейках зубья нарезают с помощью дисковых модульных фрез, на длинных рейках - на станках специального назначения, имеющих механизм деления для продольного движения рейки. Фрезеруют одной или двумя (и даже тремя) установленными рядом фрезами . При нескольких одновременно работающих фрезах одна (или соответственно две) из набора дисковых фрез служит для предварительной прорезки, а другая - для окончательного профилирования зубьев.

* Указанный способ обработки шевронных колес применяют главным, образом в единичном производстве; более производительным методом является образование зуба тремя резцами на специальном зубострогальном станке, долбяком по методу обкатки двух цилиндрических колес и методом обкатки зубчатой пары рейка - зубчатое колесо.

В современном машиностроении применяют зубодолбежные станки , производительность которых значительно выше, чем при нарезании зубьев на фрезерных станках. Высокая производительность достигается тем, что в работе одновременно участвует столько резцов (долбяков), сколько нужно нарезать зубьев на заготовке, причем резцы имеют форму впадин зубчатого колеса. Многорезцовую обработку ведут по схеме, приведенной на рис. 208. Резцы 1 расположены радикально по отношению к заготовке 2. Процесс резания совершается при возвратно-поступательном вертикальном движении заготовки 2. Радиальная одновременная подача резцов 1 происходит в нижнем положении заготовки 2, когда заготовка выходит из зацепления с резцами.

Фрезерование зубьев цилиндрических колес червячными фрезами наиболее широко применяется в промышленности. Червячная фреза представляет собой червяк, имеющий профиль осевого сечения винтовых ниток в виде зубчатой рейки, и продольные канавки, образующие режущие зубья рейки (см. рис. 206, в).

Зубчатая рейка обеспечивает зацепление с эвольвентными колесами любого числа зубьев, и червячная фреза может нарезать колеса с любым числом зубьев (того же модуля и угла зацепления) одинаково точно. В этом заключается одно из больших преимуществ нарезания зубьев колес червячной фрезой.

В процессе нарезания червячная фреза и нарезаемое колесо находятся в состоянии относительного движения зацепления, соответствующего червячной передаче с передаточным числом:

i = n ф /n 3 = z 3 /z ф,

где n ф и n 3 - частоты оборотов фрезы и зубчатого колеса; z ф и z 3 - число заходов червячной фрезы и число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.

При резании червячная фреза вращается и движется поступательно в соответствии с вращением нарезаемого зубчатого колеса (рис. 209). Ось червячной фрезы 1 устанавливается под углом к плоскости торца нарезаемого колеса 2, равным углу подъема нитки фрезы на ее делительном цилиндре. Червячная фреза кроме вращения имеет еще и поступательное движение подачи вдоль образующей боковой цилиндрической поверхности нарезаемого колеса. Процесс резания при этом происходит непрерывно и в нем участвует одновременно несколько режущих зубьев, благодаря чему этот способ нарезания зубьев является одним из наиболее производительных.

Червячную фрезу устанавливают или на полную высоту зуба (т. е. глубину резания) при нарезании зубьев за один рабочий ход, или при нарезании зубьев с модулем более 8 мм за два рабочих хода - на 0,6 высоты зуба при первом и на 0,4 при втором рабочем ходе. Для чистового рабочего хода оставляется припуск от 0,5 до 1 мм на толщину зуба по начальной окружности (для размеров модуля 8…15 мм). Обычными червячными фрезами нарезают зубья как с нормальным, так и с корригированным профилем. В последнем случае фрезу соответственно условиям корригирования смещают при установке, приближая ее к заготовке или удаляя от нее.

Зубофрезерование можно производить при продольной (рис. 210, α), осевой (рис. 210, б) и диагональной (рис. 210, е) подачах. При продольной подаче червячная фреза перемещается вдоль оси обрабатываемой детали, при осевой - вдоль собственной оси. Диагональная подача - это сочетание вертикальной подачи вдоль обрабатываемой детали и осевой подачи фрезы вдоль своей оси. При диагональной подаче выше стойкость инструмента и качество поверхности рабочего профиля зубьев колес.

На зубофрезерных станках можно производить нарезание зубьев попутным (рис. 211, α) или встречным (рис. 211, б) фрезерованием; при этом попутное фрезерование эффективнее, так как оно обеспечивает более благоприятные условия стружкообразования, меньшие колебания сил резания, меньшие вибрации при резании, что повышает стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.

Значительная часть времени зубофрезерования расходуется на врезание, особенно при применении червячных фрез большого диаметра, так как с увеличением диаметра фрезы возрастает длина врезания. Для прямозубых колес средних модулей время врезания составляет 30…40% машинного времени. При осевом врезании подачу обычно несколько понижают по сравнению с последующей подачей при резании. Трудоемкость врезания можно уменьшить примерно на 30% заменой осевого врезания (рис. 212, б) радиальным (рис. 212, α), сохраняя последующую продольную подачу; в этих условиях станок и инструмент в течение всего процесса обработки загружаются более равномерно

Червячными фрезами нарезают как прямые, так и косые зубья цилиндрических колес. В последнем случае ось фрезы устанавливают под углом к торцу нарезаемого колеса, равным сумме углов подъема винтовой нитки фрезы и винтовой нитки (угла наклона зуба) нарезаемого колеса (при разных направлениях винтовых линий фрезы и колеса) и разности этих углов, если направления винтовых линий фрезы и нарезаемого колеса одинаковы.

Наиболее распространенным зубообрабатывающим станком является зубофрезерный станок для нарезания зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями, а также червячных колес и червяков методом обкатки. Станок выполняет три движения: вращения червячной фрезы, вертикальную подачу фрезы, вращение заготовки.

На рис. 213 дан общий вид зубофрезерного станка. На станине 1 коробчатой формы установлены кронштейн 2, стол 11 и опорная стойка 8. Главный привод 3, смонтированный на кронштейне 2, приводит в движение все механизмы станка.

Для ускоренного перемещения суппорта 5 на торце кронштейна 2 расположен дополнительный привод 4. Червячная фреза 6 установлена в суппорте, перемещаемом по направляющим кронштейна. Круглый стол станка с оправкой 10, на которой закрепляют заготовку колеса 9, может перемещаться по горизонтальным направляющим станины в поперечном направлении с помощью специального механизма. Верхний конец оправки поддерживается опорой 7.

Нарезание зубьев цилиндрических колес долбяком . Способ нарезания цилиндрического зубчатого колеса методом обкатки с помощью круглого долбя ха заключается в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое - заготовкой. Для обработки колеса необходимо (рис. 214), чтобы одно из колес 1 или 2 зубчатой пары (на практике - долбяк 1) совершало при обкатке возвратно-поступательное движение, в результате чего на заготовке образуются зубья.

Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого заточкой образованы режущие кромки. Долбяк с прямыми зубьями, изображенный на рис. 215, а, предназначен для нарезания колес с прямыми зубьями, а дисковый косозубый долбяк (рис. 215, б) -для нарезания зубчатых колес с косыми зубьями.

На рис. 216 показан общий вид зубодолбежного станка. На станине 1 установлен стол 8 с оправкой 7 для закрепления заготовки 6. В верхней части станины расположена траверса 5, предназначенная для перемещения в горизонтальном направлении (при изменении диаметра нарезаемого колеса) долбежной головки 4 с оправкой 2. Движение всех механизмов станка осуществляется от главного привода 3, расположенного в верхней части траверсы. На конце оправки закреплен дол-бяк 9, который совершает возвратно-поступательное движение с одновременным вращением вокруг своей вертикальной оси согласованно с вращением заготовки. В период врезания долбяка в заготовку горизонтально перемещается долбежная головка.

При нарезании зубьев с помощью реечного долбяка (гребенки) воспроизводится зубчатое зацепление цилиндрического колеса с рейкой. При этом зубья можно нарезать двумя способами: обкаткой зубчатого колеса по гребенке (колесо совершает вращательное и поступательное движения при неподвижной гребенке) или гребенки по зубчатому колесу (колесо совершает вращательное движение, а гребенка - поступательное). Более распространен первый способ.

Зубонарезание прямозубых конических колес. Для обработки конических зубчатых колес применяют зубострогальные станки, работающие по методу обкатки одновременно двумя резцами.

На рис. 217 приведен общий вид зубострогального станка. В нижней части станины 9 расположен электродвигатель 11, приводящий в движение рабочие органы станка. На плоской части станины размещены основные узлы станка: люлька 5 для крепления заготовки 4 и суппорт 1, на котором размещены резцовые салазки 2, совершающие возвратно-поступательные движения в радиальном направлении к центру заготовки, а суппорт 1 приводит в движение резцы и совершает движение обкатывания, вращаясь вокруг своего центра. Люльку 5 с заготовкой устанавливают под заданным углом на направляющих 8. Заготовка с помощью зубчатой передачи 6 совершает в период обкатки вращательное движение, а при отводе резцов 3 механизм 7 выполняет операцию деления. Салазки 10 подводят заготовку к резцам и отводят от них.

На рис. 218 приведена схема перемещения резцов в процессе зубострогания. Заготовка 1 обкатывается по плоскому зубчатому колесу 2 (суппорт), на котором размещены резцовые салазки с резцами 3, в свою очередь вращающимися вместе с колесом. В правой части рисунка показаны направления движения резцовой головки относительно вращающейся заготовки.

При обработке небольших прямозубых конических колес применяют круговое протягивание на специальных станках, где режущим инструментом является круговая протяжка. Круговая протяжка состоит из нескольких секций фасонных резцов (обычно 15 секций по пяти резцов в каждой), расположенных в порядке изменения профиля по периферии протяжки. На рис. 219 показаны черновые резцы 1, чистовые резцы 2 и зона 3 поворота заготовки на один зуб. Профиль и расположение вершин резцов изменяются по определенному закону.

Круговая протяжка, вращаясь с постоянной угловой скоростью, одновременно перемещается поступательно с различной скоростью на отдельных участках своего пути. Угловая скорость и характер поступательного движения круговой протяжки зависят от профиля копира станка, подбираемого применительно к обрабатываемому зубчатому колесу 4. Таким образом, траектория рабочего движения каждого фасонного резца является совокупностью скоростей вращательного и поступательного движений протяжки.

При черновом протягивании круговая протяжка движется от вершины начального конуса зубчатого колеса к его основанию, а при чистовом - от основания к вершине.

За один, оборот протяжки полностью обрабатывается одна, впадина зуба конического зубчатого колеса. Во время протягивания заготовка неподвижна; для обработки следующей впадины заготовку поворачивают на один зуб вокруг своей оси при подходе свободного от резцов сектора круговой протяжки.

Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубьями . Конические колеса с криволинейными зубьями обладают более высоким КПД, обеспечивают плавность и бесшумность работы передачи. Наиболее распространенным способом получения криволинейных профилей зубьев конических колес является нарезание зубьев резцовыми головками. Станки для нарезания зубчатых колес этим способом весьма производительны и обеспечивают высокое качество изготовления колес.

На рис. 220 приведена схема формообразования конических колес с криволинейными зубьями (с профилем по дуге окружности). Резцовая головка 1, представляющая собой режущую часть производящего колеса 2, обкатываясь по поверхности конической заготовки 3, образует на последней криволинейные зубья, осевая линия которых представляет собой дугу окружности.

Резцовая головка (рис. 221) представляет собой диск со вставленными по его периферии резцами, обрабатывающими профиль впадины с двух сторон (половина резцов обрабатывает одну сторону, половина - другую). В корпусе 6 головки прорезаны пазы, в которые вставлены наружные 2 и внутренние 1 резцы, прикрепленные к корпусу винтами 5 и регулируемые винтами 3 с помощью клиньев 7 и прокладок 4.

В табл. 18 и 19 приведены технологические варианты нарезания зубьев цилиндрических и конических колес, применяемых на заводах крупносерийного и массового производства.

Глава. ЗУБОНАРЕЗАШЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Зубчатые зацепления

Зубчатая передача является механизмом, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изме­нением угловых скоростей и моментов.

Зубчатые передачи применяются для преобразования и передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекаю­щимися и перекрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми или шевронными зубь­ями (рис.1,a).

В виду наклона зубьев в передачах с косозубыми колесами увеличивается плавность вращения колес и нагрузочная способность передачи. Недостатком их является возникновение при передаче вращения осевых усилий.

В шевронных колесах сохранены преимущества косозубых, но осевые усилия благодаря противоположному направлению наклона зубьев на каждой половине зубчатого венца оказывается уравнове­шенными.

В зубчатых передачах с пересекающимися осями применяются ко­нические колеса. Они могут быть прямозубыми и косозубыми (рис.1,б).

Широко распространены и червячные передачи вращения между перекрещивающимися осями (рис.1,в).

Они находят широкое приме­нение в приборах различных машин и особенно там, где необходимо получить точные плавные перемещения.

Зубчатые передачи составляют наиболее распространенную и важную группу механических передач. Широкое распространение они получили потому, что могут передавать большие мощности, обеспе­чивать постоянство передаточного отношения, плавность движения, высокий к.п.д. и т.д.

Большое применение зубчатые передачи получили и в оптике. Например, в бомбардировочных прицелах, секстантах, астрокомпасах и других оптических приборах.

Обработка зубьев резанием

Выбор метода зубообработки зависит от многих факторов. Ос­новными из них являются: тип и размер колес; заданная точность изготовления зубьев; наличие оборудование на заводе; размер пар­тии изготавливаемых однотипных колес, определяющий потребную производительность обработки.

Метод копирования

Сущность метода состоит в том, что режущим инструментом последовательно или одновременно нарезаются впадины зубчатого колеса, причем профиль инструмента точно соответствует контуру этих впадин.

Нарезать зубья колес можно на специальных станках, на неко­торых моделях универсальных станков, имеющих механизм единичного деления, и иногда на фрезерных станках с помощью делительной го­ловки.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес дисковыми фрезами. Наре­зание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом можно выпол­нить на горизонтальных и универсальных фрезерных станках при по­мощи делительной головки модульными дисковыми фрезами.

Такие фрезы стандартизированы для всего ряда модулей от 0,3 до 16 мм. Для каждого модуля применяется комплект фрез из 8, 15 или 26 штук для чисел зубьев нарезаемых колес от 12 и более. Каж­дая фреза, входящая в набор, нарезает несколько зубчатых колес в определенном диапазоне чисел зубьев.

Профиль резьбы каждого номера соответствует профилю впадины колеса, имеющего наименьшее число зубьев для этого диапазона. Остальные колеса данного диапазона будут нарезаться такой фрезой с некоторыми погрешностями. Чем больше фрез в наборе, тем точнее будут нарезаны колеса. Чаще всего применяют набор фрез 8 штук, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9-й степе­ни точности, но для более точных колес берут наборы 15 и 26 штук.

Схема нарезания колеса дисковой фрезой показана на рис.2.

Зубчатые колеса обычно нарезаются по одной или по несколько штук на оправке, что увеличивает производительность за счет вре­мени, затрачиваемого на врезание или выход фрезы, а также за счет вспомогательного времени.

Если же на шпиндельной оправке положить две или три фрезы, каждая из которых будет прорезать впадины зубьев у одной группы заготовок, то производительность будет еще больше. В этом случае применяют многошпиндельные делительные головки. Применение для этих целей полуавтоматических станков, у которых все вспомога­тельные движения (подход заготовок к фрезам, отход их в исходное положение, поворот заготовок на один зуб и останов станка) совер­шаются автоматически, также повышает производительность. Значи­тельное повышение производительности достигается применением твердосплавных фрез.

Нарезание зубьев цилиндрических колес средних модулей 8-9-й степени точности можно производить одновременно двумя фрезами.

Дисковыми модульными фрезами можно также обрабатывать цилин­дрические зубчатые колеса с косым зубом, поворачивая фрезу на угол наклона зуба.

Нарезание пальцевыми модульными фрезами. Такими фрезами нарезают зубья средних и крупномодульных цилиндрических, шевронных колес, реек и др., которые в оптике практически не применяются, по­этому здесь нарезание пальцевыми модульными фрезами не рассматри­вается.

Контурное зубонарезание (рис.3).

В массовом производстве ци­линдрических зубчатых колес небольших размеров и средних модулей применяют метод одновременного долбления всех зубьев - контур­ное нарезание. Этот способ дает высокую производительность (в 8-10 раз выше, чем на обычных зубофрезерных станках) благодаря тому, что многорезцовой головкой со специальными профильными рез­цами одновременно обрабатываются все зубья.

Нарезание зубчатых колес протягиванием. Колеса с внутренними зубь­ями протягиваются на обычных протяжных станках. Для протягивания наружных зубьев используется специальное оборудование и кольцевые протяжки.

Однако, несмотря на высокую производительность и возможную точность нарезания зубьев, вследствие сложности изготовления про­тяжек этот метод не получил широкого распространения.

Метод обкатки

Сущность метода заключается в том, что режущему инструменту и заготовке колеса сообщаются такие взаимосвязанные движения, которые обеспечивают получение требуемого профиля зубьев.

В процессе обработки инструменту, кроме обкаточного движе­ния, дополнительно сообщается движение подачи. Воспроизводится

зацепление зубчатой пары.

Требование высокой точности и плавности зацепления зубчатых колес привели к созданию специальных зуборезных станков. Произ­водительность зубонарезания повысилась. Наиболее распространен­ными являются станки, образующие профиль зуба путем фрезерования или долбления режущими кромками инструмента в непрерывном процес­се обкатки. При обработке долблением получается более правильный профиль, чем при фрезеровании, так как в этом случае неточности инструмента значительно меньше отражаются на профиле зуба, но зато возникающие при обработке удары вредно влияют на станок и инструмент. Вследствие этого метод долбления применяется главным образом для чистового нарезания зубьев; метод фрезерования двух - или трехзаходными фрезами, как наиболее производительный, приме­няется главным образом для чернового нарезания, фрезерование одно - заходными фрезами применяется для чистового нарезания. Методом фрезерования можно нарезать большее количество видов зацепления, как-то: цилиндрические зубчатые колеса с прямыми и косыми зубья­ми, червячные зубчатые колеса, червяки, цепные колеса. Это основ­ной метод нарезания колес.

Зубонарезание червячными фрезами . Высокая производительность, точ­ность 8-9-й степени, универсальность обработки обусловили широкое распространение этого метода. В процессе обработки, движущиеся прямолинейные режущие кромки червячной Фрезы воспроизводят в пространстве зубья рейки, находящейся в зацеплении с колесом.

В результате взаимной обкатки фрезы и нарезаемого колеса, а также движение фрезы вдоль заготовки, на последней образуются прямые или косые зубья. Движение точно согласовано с числом обо­ротов фрезы. За время одного оборота фрезы заготовка должна по­вернуться на К зубьев, где К - число заходов фрезы.

Фреза закрепляется в суппорте, который должен быть повернут так, чтобы ось фрезы была наклонена под углом α подъема вин­товой линии витков фрезы. Нарезаемое зубчатое колесо устанавли­вается на столе станка; он имеет перемещение по станине для ус­тановки на глубину зуба и вращательное движение, благодаря кото­рому осуществляется обкатка зубчатого колеса по отношению к чер­вячной фрезе. Суппорт с фрезой осуществляет подачу движением вдоль зубчатого колеса. При фрезеровании зубчатых колес с косым зубом фреза устанавливается с учетом наклона винтовой линии вит­ков фрезы и угла спирали зуба зубчатого колеса. Если направление

наклона витков линии фрезы и нарезаемого зубчатого колеса одина­ковое, т.е. если фреза и зубчатое колесо правозаходные (рис.4,а) или левозаходные, то угол установки фрезы равен разности углов фрезы и зубчатого колеса, т.е.
; если же направление наклона винтовой линии фрез и зубчатого колеса различно (рис.4,б), то угол установки равен сумме углов, т.е.
.

Число проходов фрезы устанавливается в зависимости от вели­чины модуля: зубчатое колесо с модулем до 2,5 мм обычно нарезают за один ход начисто; зубчатое колесо с модулем более 2,5 мм наре­зают начерно и начисто в два и даже в три хода.

Для черновых ходов применяются двух- или трехзаходные фрезы, которые увеличивают производительность, но снижают точность об­работки по сравнению с однозаходными. Поэтому они используются главным образом для предварительного нарезания зубьев.

При нарезаний колес подача фрезы производится в радиальном или осевом направлении (рис. 5).

Радиальное врезание позволя­ет существенно сократить затрату времени работы станка при обра­ботке червячными фрезами больших диаметров.

Для повышения точности зубофрезерования и чистоты обработан­ной поверхности, а также увеличения стойкости червячной фрезы рекомендуется в процессе резания перемещать червячную фрезу вдоль оси из расчета 0,2 мкм за один оборот ее.

Современные станки имеют специальное устройство для осевого перемещения фрезы. Это перемещение может осуществляться:

после нарезания определенного числа колес,

после каждого цикла зубофрезерования, во время смены заготовок,

непрерывно при работе фрезы.

В последнем случае происходит диагональных подача фрезы как ре­зультат сложения подач вдоль оси заготовки и вдоль собственной оси фрезы.

Нарезание червячных зубчатых колес . При нарезании червячных зуб­чатых колес ось фрезы устанавливается перпендикулярно оси обраба­тываемого колеса и точно по центру ее ширины. Нарезать червячные зубчатые колеса можно;

способом радиальной подачи,

способом тангенциальной подачи,

комбинированным способом.

Нарезание червячных колес способом радиальной подачи более рас-пространено, чем другими способы. При этом способе (рис.6,а.) фреза I и нарезаемое зубчатое колесо 2 вращаются; скорости их вращения рассчитываются так, чтобы за один оборот фрезы зубчатое колесо повернулось на число зубьев, равное числу заходов червяка. В отличие от нарезания цилиндрических зубчатых колес суппорт с фрезой стоят на месте, стол же с укрепленным на нем нарезаемым зубчатым колесом осуществляет горизонтальную подачу на глу­бину зуба по направлению к фрезе, т.е. в радиальном направлении.

В зубофрезерных станках, работающих по методу обкатки, пред­назначенных для нарезания зубчатых колес большого диаметра, го­ризонтальная подача осуществляется не столом с заготовкой, а стойкой несущей суппорт с фрезой.

Способ радиальной подачи применяется главным образом для нарезания червячных зубчатых колес однозаходных и реже - двухзаходных.

Способ тангенциальной подачи применяется главным образом для на­резания червячных зубчатых колес к многозаходным червякам; он выполняется при помощи специального суппорта, позволяющего осу­ществлять тангенциальную

(
т.е. по касательной линии к зубчатому колесу), подачу фрезы (рис.6,б).

Стрелка А указывает вращение червячной фрезы, стрелка Б - подачу фрезы по касательной линии к зубчатому колесу, стрелка В - вращение зубчатого колеса. Нарезание зубчатого колеса заканчи­вается, когда все зубья фрезы перейдут за ось зубчатого колеса. При нарезании способом тангенциальной подачи получается более пра­вильный профиль, но себестоимость фрезы значительно выше нормаль­ной и, как сказано, требуется наличие специального суппорта.

Нарезание червячных зубчатых колес комбинированным способом применяется при нарезании единичных ненормализованных червячных зубчатых колес, для которых изготовление червячных фрез экономи­чески не оправдано. Нарезание производится последовательно дву­мя резцами - черновым и чистовым; резец закрепляется в оправке (рис. 7,а), представляя собой как-бы однозубую фрезу. Чистовой резец изготовляется точно по профилю, а черновой уже чистового, благодаря чему остается припуск (≈ 0,5 мм на сторону зуба). Черновой резец врезается на установленную глубину с радиальной подачей, после чего чистовой дорезает зуб с тангенциальной пода­чей. Резцы - черновой и чистовой можно менять; часто закрепляют оба резца в одной оправке (рис. 7,б), на определенном расстоя­нии один от другого.

Нарезание зубьев червячного глобоидного колеса обычно состо­ит из двух операций: предварительного нарезания при радиальной подаче и чистового нарезания при круговой подаче и точно задан­ном межосевом расстоянии. Инструментом для предварительного и окончательного нарезания зубьев глобоидного колеса в индивидуаль­ном и мелкосерийном производствах являются два "летучих" резца (рис. 7,в). Кроме тих резцов, как предварительное, так и окон­чательное нарезание можно производить глобоидной гребенкой или глобоидной фрезой (рис. 7,г).

Нарезание зубьев долбяками . В процессе обработки воспроизводится зубчатое зацепление двух колес одинаковой формы и одного и того же модуля, одно из которых является режущим инструментом (долбяком), а другое - заготовкой. Долбян совершает возвратно-поступа­тельное движение, при этом и долбяк и заготовка вращаются, как бы находясь в зацеплении.

Схема нарезания зубьев цилиндрических колес с прямыми и ко­сыми зубьями приведена на рис. 8.

Поступательное движение долбяка вниз является движением резания, а поступательное движе­ние вверх - холостым ходом. Чтобы предохранить обрабатываемую поверхность зубьев от повреждения во время холостого хода, дол­бяк и заготовка отводятся друг от друга на величину

мм.

При нарезании косозубых колес косозубыми долбяками применя­ют винтовые копиры.

Для нарезания зубчатых колес с винтовым зубом применяется долбяк тоже с винтовым зубом и тем же углом подъема винтовой ли­нии. Долбяк получает добавочное вращение по винтовой линии от специального копира, помещающегося в верхней части шпинделя дол­бяка.

Горизонтальная подача долбяка осуществляется двумя способами:

при помощи ходового винта специального и автоматического делительного механизма (крупных станках),

при помощи одного из трех специальных копиров, из которых применяется тот или другой в зависимости от числа ходов, не­ обходимого для нарезания полного профиля зубьев.

Обработка за один ход применяется для зубчатых колес с моду­лем 1-2 мм, за два хода - с модулем 2,25 - 4 мм и за три хода - при модулях, превышающих 4 мм, а также при меньших модулях, но при повышенных требованиях к точности ж чистоте обработки.

Обычно зубчатые колеса даже средних модулей предварительнообрабатываются на зубофрезерных станках, а чистовая обработка

производится на зубодолбежных станках за один и (реже) за два

Предварительное нарезание зубьев на зубофрезерных станках часто бывает более производительным, чем на зубодолбежных стан­ках. При обработке зубьев модулем 5 мм и более, когда снимается значительное количество металла, зубофрезерные станки более про­изводительны, чем зубодолбежные. При нарезании зубьев с модулем до 2,5 мм, когда металла снимается сравнительно мало, более про­изводительными и точными являются зубодолбежные станки.

Следует отметить, что быстрозаходные зубодолбежные станки с числом ходов долбяка 600-700 в минуту обладают высокой произво­дительностью зубонарезания.

Производительность зубодолбления значительно повышается при совмещении черного и чистового нарезания зубьев с одновременным применением двух или трех долбяков, установленных на зубодолбежном станке.

С целью увеличения производительности зубодолбежных станков при нарезании зубчатых колес малых и средних модулей применяют комбинированные долбяки, которые производят последовательно чер­новое и чистовое нарезание зубьев за один оборот долбяка. У таких долбяков часть зубьев, имеющих уменьшенную толщину, служит для чернового долбления, другая часть - для чистового окончательного. Кроме того, на долбяке имеется участок без зубьев, позволяющий снимать обработанное зубчатое колесо с оправки и надевать заго­товку на оправку без отвода шпинделя с долбяком.

Комбинированные долбяки пригодны только для нарезания зубча­тых колес с определенным числом зубьев, вследствие чего их целе­сообразно применять главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Они непригодны для зубчатых колес с большим числом зубьев, так как число зубьев нарезаемого колеса, ввиду чего дол­бяки получаются больших размеров.

Зубодолбежные станки наряду с высокой производительностью дают чистую обработанную поверхность зубьев 7-8-й степеней точно­сти. На специальных зубодолбежных станках можно нарезать двумя специальными долбяками шевронные колеса, а также зубья на блоках зубчатых колес с 2-4 венцами при тесном расположении их, когда фрезерование их невозможно.

Обработка долбяками в виде гребенок на зубострогальном станке . В процессе обработки воспроизводится зубчатое зацепление гребенки

(рейки) с колесом. Нарезаемым колесом является заготовка, а ре­жущим инструментом - гребенка, которую изготовлять и затачивать проще, чем долбяк. Этот способ используется для нарезания цилин­дрических прямозубых и косозубых колес. В последнем случае суп­порт с гребенкой повертывается на угол наклона зуба.

Гребенки изготовляются трех типов в зависимости от модуля и характера обработки:

обдирочная - для чернового нарезания,

отделочная - для чистового нарезания,

шлифовочная.

Обдирочные гребенки изготовляются меньшей ширины, чем отделочные; после обдирки остается припуск 0,5 мм на сторону зуба.

Н
арезание гребенкой ввиду меньшей производительности по срав­нению с нарезанием дисковым долбяком и червячной фрезой применя­ется редко.

Обработка резцами (рис.12).

При нарезании конических колес воспроизводится зацепление конической пары колес, одно из кото­рых (воображаемое) - плоское. В качестве зубьев плоского кони­ческого колеса можно применять резцы с прямолинейно режущими кромками, закрепленные в поворачивающейся люльке. При нарезании колесо как-бы находится в зацеплении с воображаемым плоским ко­ническим колесом, зубьями которого являются эти резцы. Резцы со­вершают вращательное и прямолинейное возвратно-поступательное движение, постепенно прострачивая на заготовке соответствующие впадины.

После нарезания одного зуба люлька и заготовка поворачивают­ся в исходное положение. Затем заготовка поворачивается на угло­вой шаг, и процесс повторяется. Существует много способов наре­зания конических колес методом обкатки; режущим инструментом при этом может быть один или два резца, дисковые фрезы, резцовые го­ловки.

Метод зуботочения

Новый метод нарезания зубьев, называемый зуботочением, пред­назначен для нарезания прямых и косых зубьев цилиндрических зуб­чатых колес на зубофрезерных станках с помощью долбяка, исполь­зуемого в качестве многорезцового инструмента.

Зацепление инструмента с нарезаемым зубчатым колесом рас­сматривается как зацепление двух винтовых зубчатых колес, при котором происходит продольное скольжение поверхностей зубьев, являющееся в данном случае движением, осуществляющим процесс реза­ния. На зубофрезерном станке вместо червячной фрезы устанавлива­ется долбяк под углом (рис. 9,а) к оси заготовки. Углы долбяка и заготовки подбираются таким образом, чтобы разность между углами винтовой линии инструмента и заготовки не была равной нулю.

Нарезание прямых зубьев производится косозубым долбяком (рис. 9,а), а нарезание косозубых колес с углом наклона 45° -прямозубым долбяком (рис. 9,б).

Производительность этого метода в 2-4 раза выше производительности зубофрезерования однозаходной фрезой.

Нарезание зубьев конических зубчатых колес

Некоторые методы нами уже были рассмотрены выше.

Для нарезания зубьев конических зубчатых колес 7-8-й степе­ней точности требуются специальные зуборезные станки; при отсут­ствии их конические зубчатые колеса с прямым и косым зубом можно нарезать на универсально-фрезерном станке при помощи делительной головки дисковыми модульными фрезами; конечно, точность обработ­ки при этом способе ниже (9-10-я степень).

По назначению, конструктивным и технологическим признакам конические колеса можно разбить на три типа:

У колес первого типа отверстие может быть шлицевым, со шпон­кой или гладким. У колес второго типа - отверстия гладкие. Так как торец и отверстие колес второго типа являются технологически­ми базами, то их обычно обрабатывают с одной установки; базовые поверхности А 1 и Б 1 у колес - валов подготовляются шлифованием до нарезания зубьев.

Метод копирования из-за погрешностей в самой кинематической схеме образования зуба применяется только для предварительного нареза­ния или для получения колес невысокой точности.

Заготовку I конического зубчатого колеса устанавливают на оправке в шпиндель делительной головки 2 (рис. 11,а), который поворачивают в вертикальной плоскости до тех пор, пока образуются

впадина между двумя зубьями не займет горизонтального положения. Нарезаются зубья обычно за три хода и только при малых модулях за два хода.

При первом ходе фрезеруется впадина между зубьями шириной b 2 (рис. 11,б);

форма фрезы соответствует форме впади­ны на ее узком конце; второй проход производят модульной фрезой, профиль которой соответствует наружному профилю зуба, поворачивая при этом столик с делительной головкой на угол :

где b 1 - ширина впадины между зубьями на ее широком конце,мм,

b 2 - то же, на узком конце, мм,

l - длина впадины.

При таком положении фрезеруются все левые бока зубьев (площадка I - рис. 11,б). За третий ход фрезеруются все правые бока зубь­ев (площадка 2), для чего

делительную головку поворачивают на тот же угол, но в другую сторону.

Этот способ нарезания зубьев малопроизводителен.

Метод обкатки (огибация) - основной, наиболее точный и производи­тельный метод нарезания конических зубчатых колес.

Этот метод был уже рассмотрен. Схема нарезания прямозубого конического колеса приведена на рис. 12. Процесс нарезания основан на принципе зацепления обрабатываемой детали I с вообра­жаемым плоским колесом 2, одним из зубьев которого как бы являют­ся два строгальных резца 3. При этом деталь устанавливается та­ким образом, чтобы образующая конус впадина зуба была параллельна направлению резания.

При обработке зубьев с модулем свыше 2,5 их предварительно прорезают дисковыми модульными фрезами; таким образом, сложные зубострогальные станки не загружаются предварительной грубой об­работкой и, следовательно, они лучше, используются для точной обработки. Для повышения производительности в крупносерийном и массовом производстве одновременно обрабатывают несколько заготовок (обычно три) и автоматизируют технологический процесс.

Для обработки прямых зубьев небольших конических колес при­меняют производительный метод - круговое протягивание зубьев на специальных зубопротяжных станках (рис. 13). Режущим инструмен­том служит круговая протяжка I, состоящая из нескольких секций фасонных резцов (15 секций по пяти резцов в каждой секции).

Резцы с изменяющимся профилем расположены в протяжке в последовательном порядке для чернового получистового и чистового

нарезания зубьев. Каждый резец при вращении круговой протяжки снимает определенный слой металла с заготовки 2 в соответствии с величиной припуска. Протяжка вращается с постоянной угловой скоростью и в то же время совершает поступательное движение, ско­рость которого различна на отдельных участках проходимого пути. При черновом и получистовом нарезании протяжка имеет поступатель­ное движение от вершины начального конуса к егв основанию, а при чистовом - в обратном направлении, от основания к вершине. За один оборот протяжки она полностью обрабатывает одну впадину зуб­чатого колеса.

Во время резания обрабатываемая заготовка неподвижна, для обработки следующей впадины она поворачивается на один зуб в то время, когда подходит свободный от резцов сектор круговой протяж­ки.

Этот способ нарезания зубьев отличается высокой производи­тельностью (в 2-3 раза более высокой по сравнению со строганием), в то же время точность обработки соответствует точности, дости­гаемой при нарезании методом обкатки.

Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубья­ми производится на специальных станках, работающих методом копи­рования и методом обкатки. Режущим инструментом являются резцовые головки двух типов: цельные и со вставленными резцами. Различа­ются одно-, двух- и трехсторонние резцовые головки.

Сборка зубчатых передач

К атегория:

Слесарно-инструментальные работы

Сборка зубчатых передач

Сборка зубчатых передач заключается в осуществлении типовых соединений - шпоночных, шлицевых, штифтовых, разъемных подвижных и неподвижных, резьбовых и др. Последовательность сборки каждого узла определяется его конструкцией. Выполняют сборку рассмотренными ранее методами, способами и приемами, используя соответствующий инструмент, оборудование и приспособления.

Сборка передач включает в себя предварительный контроль и подготовку деталей передачи; собственно сборку; проверку; регулировку и обкатку.

Последовательность и приемы выполнения соединений определяются конструкцией изделия. Например, если корпус зубчатой передачи имеет разъем по осям валов, то валы в корпус устанавливают в сборе с колесами и подшипниками. Затем устанавливают верхнюю часть корпуса и закрепляют ее. В заключение собирают крышки подшипников. В том случае, если такого разъема нет, сборка усложняется. На валу сначала собирают один из подшипников, свободный конец вала вставляют в корпус через расточку, в которой монтируется собранный на валу подшипник. И уже через окно в корпусе собирают зубчатые колеса, детали их крепления, второй подшипник на валу. Потом вал устанавливают подшипниками в соответствующие расточки корпуса и ставят на место крышки подшипников.

После сборки передачу контролируют и регулируют радиальное биение зубчатого колеса, площадь контакта зубьев зацепляющихся зубчатых колес и боковой зазор в зацеплении. Для проверки пятна контакта один из элементов зубчатого зацепления (обычно меньшее колесо или червяк) смазывают тонким слоем краски и медленно проворачивают его на несколько оборотов. Смещение пятна контакта говорит об уменьшенном или увеличенном межосевом расстоянии, перекосе осей. В зависимости от степени точности зубчатого колеса и его типа пятно контакта должно быть не менее 30-75% по высоте зуба и 30-95% по длине зуба. Большие площади контакта соответствуют более точным зубчатым колесам.

Рис. 1. Определение дефектов зацепления цилиндрических колес по пятну контакта: а - схема зацепления, б - нормальное межосевое расстояние, в - уменьшенное межосевое расстояние, г - увеличенное межосевое расстояние, д - перекос осей

Боковой зазор в цилиндрических и конических передачах определяют щупом или прокатыванием между зубьями свинцовой проволочки, диаметр которой в полтора раза больше допускаемого зазора. Гарантированный боковой зазор в червячной передаче определяют по углу поворота червяка при закрепленном червячном колесе.

Собранные передачи проверяют на плавность хода и уровень шума. При наличии дефектов осуществляют регулировку передачи, а при невозможности устранения дефектов заменяют соответствующие детали.

Сборка редуктора цилиндрического одноступенчатого с косо-зубыми колесами. Базовой деталью сборочной единицы редуктора является его корпус, который для сборки выверяют в горизонтальной плоскости с точностью до 0,1 мм на длине 1000 мм с помощью контрольной линейки и уровня, уложенных на поверхность разъема. Как правило, редукторы имеют плоскость разъема по оси валов, что обеспечивает хорошие условия сборки.

В корпус редуктора 6 первым устанавливают собранный ведомый вал с колесом и двумя роликоподшипниками и набором регулировочных колец, устанавливаемых между торцом наружного кольца подшипника и закладными крышками. Выходные концы валов уплотняют манжетами.

Подобным образом собирают вал-шестерню с коническими роликоподшипниками и регулировочными кольцами закладной крышкой; уплотняют манжетой и закрывают крышкой. Плоскости разъема корпуса и крышки при сборке покрывают пастой «герметика» для обеспечения плотности; затем ставят болты и конический штифт.

Для осмотра зубьев зацепления и залива масла при сборке в крышке имеется смотровое окно, закрываемое крышкой. Для залива масла при эксплуатации имеется отверстие, закрываемое пробкой. Для циркуляционной смазки установлено сопло (при смазке колес погружением сопло отсутствует). Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрываемое пробкой. Для контроля уровня масла служит контрольная пробка.

Приработка зубчатых передач. Приработку передач делают для исправления неправильного пятна касания, т. е. для увеличения площади контакта по длине и высоте зубьев до размеров, требуемых техническими условиями, для уменьшения шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшения шума и увеличения долговечности зубчатых передач. В процессе приработки поверхности зубьев подвергаются взаимному шлифованию абразивными пастами, помещаемыми между зубьями.

Для приработки применяют абразивные пасты и пасты ГОИ . Зернистость пасты выбирают в зависимости от степени точности, твердости поверхности зуба и модуля зубчатого зацепления. Для приработки зубья колеса покрывают тонким сплошным слоем абразивной пасты и с помощью электродвигателя, соединенного с ведущим валом редуктора, дают пробную приработку с частотой вращения 20 - 30 об/мин в интервале 5-10 мин. Удалив с нескольких зубьев пасту, проверяют состояние их рабочих поверхностей. Отсутствие задиров и других дефектов, а также появление следов контакта свидетельствует о нормальном протекании процесса. В дальнейшем приработку ведут с постепенным повышением тормозного момента на выходном валу редуктора.

Рис. 1. Редуктор цилиндрический одноступенчатый с косо-зубыми колесами

Процесс приработки через каждые 30 мин прерывают, чтобы осмотреть состояние поверхностей зубьев, определить величину пятна касания и заменить отработанную пасту новой.

После удаления абразивной пасты зубчатые передачи обкатывают в течение 1,5 - 2 ч, подавая на зубья масло индустриальное, что позволяет полностью удалить зерна абразива и получить гладкую блестящую поверхность зубьев, характеризующую окончательную площадь пятна контакта. Если зубчатая пара имеет кратное число зубьев, то один зуб шестерни и два соседних с ним зуба колеса с торцов маркируют (например, буквой О), чтобы в процессе монтажа приработанные зубья совпали. Для зубчатых пар с некратным числом зубьев маркировку не делают, так как каждый зуб колеса прирабатывается ко всем зубьям шестерни.

Сборка конических зубчатых передач. Конические передачи применяются для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются под углом (рис. 2, а), как правило, равным 90°.

Рис. 2. Схема конической зубчатой передачи (а), проверка перпендикулярности осей колес (б), проверка совмещения осей (в)

Основные размеры конического зубчатого колеса обычно рассматриваются во внешнем сечении, где зуб имеет наибольшие размеры на поверхности дополнительного конуса (внешний делительный диаметр de = mzl, диаметр вершин зубьев d = т (z + 2aS5), где 6 - угол делительного конуса - угол между осью конического колеса и образующей его делительного конуса, рис. 2, а). Они могут рассматриваться и в любом другом сечении (среднем, внутреннем и др.).

Требования, предъявляемые к коническим зубчатым передачам, как и приемы их сборки и установки на валу, такие же, как и цилиндрических зубчатых колес.

Пригонку колес целесообразно вести так, чтобы зубья соприкасались рабочей поверхностью ближе к тонким концам, так как тонкая сторона быстрее прирабатывается и при нагру-жении вследствие деформации тонкого конца зубьев достигается их прилегание на всей длине.

Перед установкой зубчатых колес проверяют межосевой угол и смещение осей. Перпендикулярность осей проверяют цилиндрической оправкой и оправкой, имеющей два выступа, плоскости которых перпендикулярны оси. Щупом замеряют зазор между выступами. Совмещение осей проверяют оправками, аналогичными оправкам со срезанными до половины концами (рис. 2, в). При совмещении оправок щупом замеряют зазор С между ними.

Напрессованные колеса проверяют на биение венца, монтируют передачу и добиваются совпадения воображаемых вершин конусов. Предварительную установку делают по торцам колес. Зацепление регулируют смещением зубчатых колес в осевом направлении, пока не получатся одинаковые боковой С„ и радиальный зазоры по всей окружности. Смещать можно или одно колесо, или оба. Найденное правильное положение колес фиксируют набором прокладок или регулировочными кольцами, закладываемыми между торцом колеса и уступом вала. При наличии радиально-упорных подшипников с регулировочными прокладками зацепление регулируют смещением вала вместе с колесом. Чтобы не нарушить при этом зазоров в подшипниках, для смещения колес из-под одного подшипника прокладки вынимают и перекладывают их к противоположному подшипнику.

Правильность зацепления проверяют на краску. На зубья одного колеса наносят краску и прокатывают колеса до получения отпечатка. При расположении отпечатка не по центру зуба зацепление регулируют.

Если зубчатое колесо, сидящее на оси II – II, сдвинуть влево - в направлении вершины начального конуса, то зазоры в зацеплении уменьшатся. Если боковой зазор нельзя измерить щупом из-за затрудненного подхода к передаче, то пользуются тонкими свинцовыми пластинками, толщина которых в 1,5 раза превышает величину требуемого зазора. Для этого отмечают мелом три зуба, равномерно расположенных по окружности и вставляют между ними свинцовые пластинки. Затем вращают один из валов. Сжимаясь между зубьями, пластинки расплющиваются. Измерив микрометром толщину каждой пластинки и вычислив среднее арифметическое трех измерений, получают значение бокового зазора.

Регулировка зацепления на краску по характеру пятна контакта состоит в следующем. Зубья одного колеса смазывают тонким слоем краски и оба колеса провертывают на 2 - 3 оборота. На зубьях колеса, не смазанного краской, получается отпечаток, по которому судят о зацеплении. Величина пятна зависит от класса точности передачи и должна составлять 40 - 60% длины зуба и 20-25% высоты рабочей части.

Если следы краски расположены плотно на одной стороне зуба на узком конце, а на другой стороне - на широком конце, то это свидетельствует о перекосе зубчатых колес. Эти погрешности должны быть исправлены путем дополнительных пригоночных операций. Передачу разбирают и проверяют, правильно ли установлены зубчатые колеса на валах и положение осей в корпусе.

Рис. 3. Проверка и регулировка зазора сдвигом колес вдоль осей I-I и 11-11

Рис. 4. Расположение пятен контакта при проверке на краску: а - правильное зацепление, б - недостаточный зазор, в, г - неправильный межосевой угол

Требуемое пятно контакта в конических передачах получают приработкой с абразивными пастами, как и для цилиндрических передач.

Сборка червячных передач. Червячные передачи применяют для передачи вращения между двумя валами, перекрещивающимися под углом 90°, и для получения большого передаточного числа. Обычно передача осуществляется от червяка к колесу. Червячная передача состоит из червяка 1 - винта с модульной трапецеидальной резьбой (угол профиля 40е) и червячного колеса.

Передаточное число червячной передачи - отношение числа зубьев колеса z2 к числу заходов червяка zu т. е. и - z2/zv

Для червячных передач ГОСТ 2144 - 66 предусматривает передаточные числа от 8 до 80. Червячные передачи имеют сравнительно невысокий к. п. д.

Червяки могут быть однозаходными и многозаходными и выполняться заодно с валом либо насадными, изготовляемыми отдельно и крепящимися на валу с помощью шпонок.

Расстояние между соседними витками червяка - шаг Р (рис. 80, б). Делительный диаметр червяка d = qm, где q - коэффициент диаметра червяка (q = 7,1 – 2,5).

Червячное колесо имеет вогнутые зубья спиральной формы. В осевом сечении у него те же элементы и геометрические зависимости, как и у цилиндрического зубчатого колеса. Червяк изготовляется из сталей 40, 45, 40Х, 40ХН с последующей закалкой (лучше токами высокой частоты) или цементируемых сталей 15Х, 20Х, 20ХНЗА, 20ХФ и др. Витки червяков шлифуются.

Червячные колеса для повышения к. п. д. передачи выполняются из бронзы Бр.ОФЮ-1, Бр.ОНФ, Бр.АЖ9-4. Колеса тихоходных передач изготовляют из чугуна. Для экономии дорогих бронз из них изготовляют только венец. Его напрессовывают на чугунную или стальную ступицу и крепят винтами или болтами.

Рис. 5. Червячная передача: а - общий вид, б - элементы передачи, в - червяк вогнутой формы

Помимо червячных передач, у которых червяк имеет прямолинейную образующую делительного цилиндра (архимедовы червяки), имеются передачи с эвольвентными червяками (у них профиль витков эвольвентный), а также глобоидные передачи с червяками вогнутой формы.

К червячным передачам предъявляются следующие технические требования:
1. Профиль и шаг резьбы червячного колеса и червяка должны соответствовать друг другу.
2. Червяк должен соприкасаться с каждым зубом червячного колеса на протяжении не менее 2/3 длины дуги зуба червячного колеса.
3. Радиальное и торцовое биение червячного колеса не должно выходить за пределы норм, установленных для соответствующих степеней точности.
4. Межосевые расстояния должны соответствовать расчетной величине, обеспечивая необходимый зазор, установленный для соответствующего класса передач.
5. Оси скрещивающихся валов должны располагаться под углом 90° друг к другу и совпадать с соответствующими осями гнезд в корпусах.
6. Собранные передачи испытываются на холостом ходу (или под нагрузкой).
7. Величина мертвого хода червяка (угол поворота червяка при неподвижном закреплении колеса) должна быть не выше установленных норм для соответствующего класса передач; при проверке на легкость проворачивания червяка добиваются, чтобы крутящий момент находился в пределах, допустимых техническими требованиями.
8. Во время испытания собранной передачи под нагрузкой проверяют плавность хода и нагрев подшипниковых опор, который должен быть не выше 323 – 333 К (50-60°С).
9. При проверке передачи должны работать плавно и бесшумно.

Сборку червячной передачи начинают с проверки межосевых расстояний корпуса редуктора. Способ контроля межосевых расстояний показан на рис. 6, а. В корпус устанавливают контрольные оправки. На.одну из них устанавливают шаблон с тремя выступами. По величине зазора между выступом шаблона и оправкой определяют отклонение межосевого расстояния.

Способы контроля перекоса осей (угол скрещивания) показаны на рис. 81,6.
1. Проверяют оправками и шаблоном, как и межосевое расстояние. Замеряют зазор между выступами шаблона и берут разность показаний. Величина перекоса по ширине колеса получится умножением полученной разности на отношение размеров ширины колеса к расстояйию между выступами.
2. На вал червячного колеса или оправку надевают рычаг с индикатором. Подводя штифт индикатора попеременно к левому и правому концам вала червяка или оправки, по разности отклонения судят о перекосе осей.

Рис. 6. Способы контроля отверстий в корпусе червячной передачи: а - межосевого расстояния, б - перекоса осей (угол скрещивания)

На выступающих концах червяка и колеса крепят рычаги, касающиеся индикаторов, замечают положение стрелки индикатора (следовательно, и червяка) в начальном положении, а затем червяк слегка повертывают до начала отклонения рычага, при этом значение угла ср (в угловых секундах) равно показанию индикатора (разность между конечным и начальным значениями), умноженному на L: 3600 (L - расстояние от оси червяка до шарика индикатора).

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

Модуль 171, мм	Степень точности по нормам плавности ГОСТ 1643–81

(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

Коэффициенты	Степень точности
К На, Xfa при НВ < 350
К Иа, К Го при НВ > 350

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.