Изготовление зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают литьем, ковкой, штамповкой в зависимости от материала, формы и размеров. Зубья колес изготовляют накатыванием, нарезанием, реже литьем.

Накатывание зубьев применяется в массовом производстве. Предварительное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производиться горячим накатыванием при нагревании венца стальной заготовки токами высокой частоты до температуры и обкатке между колесами накатниками. При этом на венце выдавливаются зубья. Для получения колес более высокой точности производят последующую механическую обработку зубьев или холодное накатывание-калибровку.

Холодное накатывание зубьев применяется при модуле до 1мм.

Нарезание зубьев осуществляют методом копирования или обкатки.

Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами: дисковыми или пальцевыми. После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления, профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы. Метод копирования малопроизводительный и неточный, применяется преимущественно в ремонтном деле.

Рисунок 3 – Нарезание зубьев методом копирования

Нарезание зубьев методом обкатки основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент: червячная фреза, долбяк, инструментальная рейка. Нарезание зубьев червячными фрезами применяют для изготовления цилиндрических колес с внешним расположением зубьев. Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют долбяки. Инструментальными рейками (гребенками) нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления. Нарезание зубьев конических колес методом обкатки производиться строганием, фрезерованием, инструментом с прямобочным профилем или резцовыми головками.

Рисунок 4 – Нарезание зубьев методом обкатки

Рисунок 5 – Нарезание конических колес

Зубья точных зубчатых колес после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Шевингование применяют для тонкой обработки незакаленных колес, выполняют инструментом – шевером..

Шлифование применяют для обработки закаленных зубьев. Выполняют шлифовальными кругами методом копирования или обкатки.

Притирку используют для отделки закаленных зубьев колес. Выполняют притиром – чугунным точно изготовленным колесом с использованием абразивных паст.

Обкатка применяется для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес, зубчатое колесо обкатывается под нагрузкой с эталонным колесом большой твердости.

Понятие о зубчатых зацеплениях со смещением (корригированных)

Рисунок 6 – Рабочие участки профилей зубьев

При работе колес зацепление двух зубьев происходит по рабочим участкам профилей ВПС, которые определяют графически путем переноса точек и линии зацепления на профили зубьев. В процессе зацепления рабочие участки профилей зубьев одновременно катятся и скользят друг по другу вследствие разности участков головок ВП и ножек ПС. Неравенство касательных составляющих окружных скоростей и не нарушает правильность зацепления, а создает относительное скольжение профилей. Скорость скольжения зуба шестерни по зубу колеса

Рисунок 7 – Скольжение при взаимодействии зубьев

Точки профилей головок имеют большие касательные скорости, чем точки ножек, следовательно, поверхности головок являются опережающими. Большему износу подвержена ножка, меньшему – головка, что приводит к искажению профиля зуба. Минимальные значения скорости скольжения в зоне полюса увеличивают коэффициент трения, что способствует выкрашиванию рабочих поверхностей зубьев.

Форма эвольвентного профиля зубьев зависит от числа зубьев. При бесконечно большом числе зубьев эвольвента превращается в прямую линию. С уменьшением числа зубьев увеличивается кривизна профиля зуба и соответственно уменьшается толщина зубьев у основания и у вершины.

Для уменьшения габаритов зубчатой передачи применяют колеса с малым числом зубьев. При уменьшении при при нарезании зубьев появляется подрез ножки зуба режущей кромкой инструмента, в результате чего прочность зуба на изгиб резко снижается, уменьшается длина рабочего участка профиля, понижается коэффициент торцового перекрытия и возрастает износ.

Рисунок 8 – Влияние Z на форму зуба

Для устранения подрезания зубьев нормального эвольвентного зацепления применяют специальные способы исправления их профиля. Чтобы исключить подрезание зубьев при малом , необходимо инструментальной рейке сообщить смещение (величина -коэффициент смещения)., при котором вершина ее зуба выйдет из зацепления с зубом колеса в точке S и эвольвента получиться полной, не подрезанной.

Рисунок 9 – Влияние коррекции на форму зуба

Для уменьшения шума при работе передачи число зубьев шестерни назначают тем больше, чем выше окружная скорость передачи, так как при этом возрастает коэффициент перекрытия , повышается плавность передачи. Для редукторов принимают .

Корригированием называется улучшение профиля зуба. Корригирование применяют для:

1. устранения подрезания зубьев шестерни при ;

2. повышения изгибной прочности зубьев, что достигается увеличением их толщины;

3. повышения контактной прочности, что достигается увеличением радиуса кривизны в полюсе зацепления;

4. получения заданного межосевого расстояния передачи.

Корригирование осуществляется смещением инструментальной рейки при нарезании зубьев. Положительным называется смещение рейки от центра зубчатого колеса, отрицательным – к центру. При положительном смещении увеличивается толщина зуба у основания, что повышает его прочность на изгиб. Диаметр вершин возрастает, что приводит к увеличению радиуса кривизны и повышению контактной прочности. При отрицательном смещении рейки происходит обратное явление.

У корригированных колес по делительной окружности толщина зуба и ширина впадины не одинаковы, но в сумме остаются равными шагу .

Высотная коррекция – шестерню изготовляют с положительным смещением, а колесо с отрицательным, но так, чтобы их абсолютные величины были равны

.

Она применяется при большом передаточном числе и малом числе зубьев шестерни, когда требуется обеспечить такие формы зубьев шестерни и колеса, при которых они будут примерно равнопрочными на изгиб. При высотной коррекции зубчатой пары диаметры делительной и начальной окружностей совпадают, как и в нормальном зацеплении, следовательно, межосевое расстояние , коэффициент перекрытия и угол зацепления остаются неизменными. Общая высота зубьев также не изменяется по сравнению с ее нормальным значением. Меняется лишь соотношение между высотой головки (увеличивается) и ножки (уменьшается) зуба. Толщина зуба шестерни увеличивается, а колеса – уменьшается. Но сумма толщин по делительной окружности пары зацепленных зубьев остается постоянной и равной шагу зацепления.

Угловая коррекция является общим случаем корригирования, при котором (неравные коэффициенты смещения), при этом толщина зубьев по делительным окружностям и диаметры вершин увеличиваются как у шестерни, так и у колеса. Для правильного зацепления необходимо колеса раздвинуть, увеличив межосевое расстояние. При увеличении высота зубьев уменьшается и возрастает угол зацепления , который не будет равен профильному углу инструмента , поэтому такая коррекция называется угловой.

Угловая коррекция, по сравнению с высотной, имеет ряд преимуществ: увеличение контактной прочности и прочности зубьев на изгиб у обоих колес; увеличение износостойкости и сопротивления заеданию; возможность проектирования зубчатой передачи с желаемым межосевым расстоянием.