Способы изготовления зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают литьем, ковкой в штампах или свободной ковкой в зависимости от материала, формы и размеров. Зубья колес изготавливают накатыванием, нарезанием, реже литьем.

Накатывание зубьев применяется в массовом производстве. Стальную цилиндрическую заготовку нагревают токами высокой частоты до температуры пластического состояния (около 1200^º), а затем обкатывают между колесами-накатниками. При этом на заготовке выдавливаются зубья.

Рис. 11 Нарезание зубьев: методом копирования (а, б),

методом обкатки (в, г)

Существуют два метода нарезания зубьев: копирование и обкатка. Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами: дисковыми (рис.11а) или пальцевыми (рис.11б). Профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы. Метод копирования - малопроизводительный, применяется преимущественно в ремонтном деле.

Нарезание зубьев методом обкатки основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент - червячная фреза (рис.11г), реечный долбяк-гребенка или инструментальная рейка (рис.11в). Метод обкатки является более прогрессивным, чем метод копирования.

Наиболее производительным и качественным является нарезание зубьев червячной фрезой. Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса.

Зубья точных зубчатых колес после нарезания подвергают доводке: шевингованию, шлифованию, притирке и обкатке.

Шевингование применяют для тонкой обработки незакаленных колес. Выполняют инструментом - шевером, имеющим вид зубчатого колеса с узкими канавками на поверхности зубьев. Вращаясь в зацеплении с обрабатываемым колесом, шевер снимает режущими кромками канавок волосообразные стружки с зубьев колеса.

Шлифование применяют для обработки закаленных зубьев. Выполняют шлифовальными кругами способом копирования и обкатки.

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

Обкатка применяется для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес. В течение 1...2 мин. зубчатое колесо обкатывается под нагрузкой с эталонным колесом большой твердости.

Особенности цилиндрических прямозубых, косозубых и шевронных передач. Силы, действующие в зацеплении

Зубья цилиндрических прямозубых колес входят в зацепление сразу по всей длине. Из-за неточности в изготовлении вход и выход из зацепления зубьев может сопровождаться ударами, появляется шум при работе. Поэтому прямозубые передачи применяют при невысоких окружных скоростях (менее 10 м/с).

Силы взаимодействия между зубьями принято определять в полюсе зацепления П (рис.12). Равнодействующая сила Fn направлена по линии зацепления NN. Для расчета зубьев силу F_n раскладывают на окружную силу

и радиальную силу

.

Рис. 12 Схема сил в прямозубой цилиндрической передаче

Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном цилиндре, называют косозубыми.

В косозубой передаче, в отличие от прямозубой, зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно, что значительно снижает шум и динамические нагрузки. Чем больше угол наклона зубьев β, тем выше плавность зацеплении. Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения - свыше 30 % объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной зашиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.

Угол наклона зубьев косозубых колес выбирают по условию, при котором осевой коэффициент перекрытия более 1,1 (обычно 1,1... 1,2), в большинстве конструкций β=8...22°, в раздвоенных ступенях редукторов для лучшей самоустановки β>30°.

Значение угла β удобно выбирать таким, чтобы при стандартных значениях нормальных модулей межосевые расстояния а_ω, соответствовали приведенным в стандартах, а для встраиваемых передач по возможности выражались целыми круглыми числами. Так, например, к удобным углам для косозубых передач редукторов можно отнести угол β=8°6'34", косинус которого равен 0,99. При суммарном числе зубьев z_o=99 a_ω=50m.

Косозубые колеса нарезают тем же инструментом, что и прямозубые, поэтому профиль косых зубьев в нормальном сечении аналогичен профилю прямых зубьев. Наклон зуба получают поворотом инструмента на угол β (напомним, что β- угол наклона зуба на делительном диаметре). Если замерять шаг (расстояние между зубьями) в торцовом и нормальном направлениях, то получим в первом случае окружной шаг р_t, во втором нормальный шаг р_п. Разными в этих направлениях будут и модули - нормальный m_n и окружной m_t:

, .

За расчетный модуль принимают m_n, значение которого должно соответствовать стандартному.

Исходным при геометрических расчетах является нормальный модуль m_n. Остальные параметры и определения для косозубых колес:

- шаг окружной

или

- диаметр делительной окружности

- высота головки зуба ;

- высота ножки зуба ;

-диаметр вершин зубьев

;

- диаметр впадин зубьев

;

Если известен наружный диаметр , то модуль можно определить по формуле:

,

после определения округлить до стандартного значения;

- окружной модуль

;

- передаточное число цилиндрической прямозубой и косозубой передач

или

где ω₁, z₁ - соответственно угловая скорость и число зубьев ведущего колеса;

ω₂, z₂ - соответственно угловая скорость и число зубьев ведомого колеса.

В косозубой передаче нормальная сила составляет угол β с торцом колеса (рис. 13).

Рис. 13 Схема сил в косозубой цилиндрической передаче

Нормальная сила Fn может быть разложена на составляющие:

окружную силу:

,

радиальную силу:

,

осевую силу:

.

Наличие в зацеплении осевых сил является недостатком косозубой передачи, так как они дополнительно нагружают подшипники. Поскольку F_a возрастает с увеличением β, для косозубых колес принимают β = 8...22°.

Этот недостаток косозубых колес устранен в шевронных передачах (см. рис. 7 в). Шевронное колесо представляет собой сдвоенное косозубое колесо, выполненное как одно целое. Так как направление зубьев в полушевронах различное, осевая сила взаимно уравновешивается на колесе и на подшипники не передается. Это обстоятельство позволяет принимать у шевронных колес угол наклона зуба β = 25...40°, что повышает прочность зубьев и плавность передачи.

Недостатком шевронных колес является большая сложность и стоимость их изготовления. Применяют их в мощных быстроходных закрытых передачах.