24. Технология производства зубчатых колес
24.1 Конструктивные разновидности зубчатых колес
Зубчатые передачи служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому.
Зубчатые колеса делятся на цилиндрические, конические, червячные. Цилиндрические зубчатые колеса изготавливаются: одновенцовыми, многовенцовыми.
По конфигурации зубчатые колеса выполняют в виде дисков, фланцев и валиков (вал-шестерни). У зубчатых колес в виде дисков выполняют центральное отверстие, в котором могут быть либо шпоночный паз, либо шлицевые пазы. Основные конструктивные разновидности зубчатых колес показаны на рис. 24.1.
б
а в
г
Рис. 24.1. Конструктивные разновидности зубчатых колес
а – одновенцовое цилиндрическое; б – двухвенцовое цилиндрическое;
в – коническое; г – вал-шестерня.
У вал-шестерней отношение длины вала к диаметру зубчатого венца всегда больше единицы (L/d > 1).
Цилиндрические зубчатые колеса могут выполняться с прямыми, косыми и шевронными зубьями. У конических зубчатых колес зубья могут быть прямыми, косыми и криволинейными.
Зубья зубчатых колес коробок перемены передач имеют закругления с торцов. Это необходимо для плавного вхождения зубьев в зацепление при переключении скорости вращения.
У быстроходных зубчатых передач для снижения уровня шума, зубья зубчатых колес выполняют выпуклыми (бочкообразными).
24.2 Требования к зубчатым колесам, материалы
и заготовки
Точность цилиндрических зубчатых колес регламентируется ГОСТом 1.643-72. По этому стандарту установлено 10 степеней точности зубчатых колес с 3 по 12. В машиностроении в основном применяют 5-9 степени. Точность на конические зубчатые передачи установлена ГОСТ 1.758-72, а на червячные передачи - ГОСТ 3.675-72.
Центральное отверстие и посадочные шейки зубчатых колес и вал-шестерней изготавливают по 7 … 8 квалитетам, реже по 6 квалитету.
Отклонение от перпендикулярности торцов относительно оси отверстия допускается не более 0,1 … 0,5 мкм/мм.
Эксцентриситет зубчатого венца относительно посадочных поверхностей не должен превышать 0,03 … 0,05 мм.
Точность остальных элементов зубчатых колес должна выдерживаться в пределах 9 … 11 квалитетов.
Шероховатость боковых поверхностей зубьев зубчатых колес должна быть в пределах Ra = 0,6 ... 1,2 мкм, червяков - Ra = 0,2 ... 0,4 мкм.
Посадочные отверстия зубчатых колес обрабатываются с шероховатостью Ra = 0,3 ... 0,6 мкм. Все требования по точности, шероховатости и материалу должны строго вытекать из функционального назначения деталей и передачи в целом. Решение конструктора должно базироваться на тщательном анализе функционального назначения той или иной детали.
В зависимости от служебного назначения цилиндрические зубчатые колеса изготавливают из углеродистых и легированных сталей, чугуна и пластмасс.
Цилиндрические и конические зубчатые колеса, чаще всего, изготавливают из углеродистых сталей (40,45, 15,20), легированных (40Х, 20Х) и хромоникелевых сталей.
В качестве заготовок зубчатых колес служат: прокат, поковки, отливки.
В зависимости от программы выпуска, в качестве заготовок применяют поковки или круглый прокат.
В массовом и крупносерийном производстве поковки выполняют с зубьями методом штамповки. Применяют также заготовки с горячей накаткой зубьев.
Для неответственных передач, работающих при скоростях V < 2 м/с используют чугун СЧ21 и СЧ15.
В качестве заготовок червячных колес используют отливки и прокат. В крупносерийном и массовом производствах применяют литье под давлением, литье в кокиль, оболочковые формы. Для составных колес небольшого размера применяют биметаллические заготовки (отливки). Сущность процесса получения таких заготовок заключается в том, что предварительно отлитую ступицу устанавливают в форму и на нее центробежным способом заливают венец. При изготовлении особо крупных колес заготовки отливают с предварительно формованными зубьями.
Червяки изготавливают из углеродистых сталей 40, 45 и легированных сталей 40Х, 40ХН, 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ.
Глобоидные червяки изготавливают из сталей марок 35ХМА, ЗЗХГН.
В качестве заготовок для червяков в крупносерийном и массовом производстве используют поковку, а в мелкосерийном и единичном - прокат.
Так как основными рабочими поверхностями зубчатых колес являются их отверстия и зубья, то ниже рассмотрены методы их обработки.