16. ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС, ЧЕРВЯКОВ И ИНСТРУМЕНТЫ

1. Общие сведения о зубчатых передачах

Зубчатые передачи являются одним из важнейших конструктивных элементов различных механизмов и машин. От качества их изготовления в значительной степени зависят эксплуатационные свойства этих машин, надежность и долговечность.

Зубчатые передачи служат для преобразования или передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекающимися или скрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное или колебательное посредством зубчатого зацепления. Они выполняются в виде двух зубчатых колес, зубчатого колеса и рейки, червяка и червячного колеса, а также зубчатых деталей особой формы.

Передачи между валами с параллельными осями называют цилиндрическими. Они выполняются в виде двух цилиндрических зубчатых колес с внешним или внутренним зацеплением.

В зависимости от профиля зубьев колес различают зацепления трех основных видов:

1. эвольвентные — профиль зуба образован двумя симметричными эвольвентами;

2. циклоидные — профиль зуба образован циклоидальными кривыми;

3. зацепления Новикова — профиль зуба образован дугами окружности.

Наиболее широкое применение находят зубчатые передачи с эвольвентным зацеплением. Они имеют следующие преимущества:

• допускают небольшое изменение межосевого расстояния при неизменном передаточном отношении и нормальной работе сопряженной пары зубчатых колес;

• технологичны в изготовлении, так как одним и тем же инструментом можно нарезать колеса с разным числом зубьев, но одинакового модуля и угла зацепления;

• колеса одного и того же модуля сопрягаются между собой независимо от числа зубьев.

По форме зуба цилиндрические зубчатые колеса делят на прямозубые, косозубые, шевронные с криволинейными и круговыми зубьями (рис. 16.1).

1 ^:' ,1/ ’ ;■'* ^; ' 3

Рис. 16.1. Цилиндрические передачи: а — прямозубая; б — косозубая; в — шевронная

В прямозубых колесах направление зубьев совпадает с образующей начальной поверхности, которой является круговая цилиндрическая поверхность.

В косозубых колесах винтовые зубья расположены под постоянным углом р (на развертке, соосной делительной поверхности). Поэтому пара сопряженных зубьев вступает в зацепление не сразу по всей длине зубьев, а постепенно (в продольном направлении). Этим обеспечивается большая плавность и бесшумность работы косозубых передач по сравнению с прямозубыми. Недостатком косозубых передач является возникновение осевых сил из-за наклона линии зубьев.

Шевронные колеса, имеющие косые зубья в противоположных направлениях на двух участках по ширине венца, обладают всеми преимуществами косозубых колес и не создают осевых сил на подшипники.

Й~ 1924

Передача вращения между валами с пересекающимися осями осуществляется в основном коническими колесами (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Коническая передача (а), колесо прямозубое (б), колесо косозубое (в) и колесо с криволинейным зубом (г)

По форме зуба различают конические колеса прямозубые, косозубые и с криволинейными зубьями.

В прямозубых конических колесах направление зубьев совпадает с образующей делительной поверхности (кругового конуса).

В косозубых конических колесах зубья расположены под постоянным углом р к образующим начальной поверхности. К коническим колесам с криволинейным зубом относятся колеса с круговым зубом, фрезеруемые конической червячной фрезой, колеса с циклоидным и шевронным зубом. Принципиальное различие между коническими колесами с криволинейными зубьями в основном состоит в методе обработки зубьев.

Конические передачи изготавливают нескольких видов:

• обкатные (обработка зубьев колеса и шестерни осуществляется методом огибания);

• полуобкатные (обработка зубьев колеса с прямолинейным профилем производится методом копирования, а шестерни с криволинейным профилем зуба — методом огибания);

I • с прямозубыми зубчатыми колесами с круговым профилем зубьев, обрабатываемые дисковой протяжкой методом кругового протягивания;

• с круговым зацеплением, при котором обработка зубьев осуществляется методом огибания или полуобкатным методом.

Передачи между валами со скрещивающимися осями бывают винтовые (рис. *₆Жгипоидные (рис. 16.4, ф,- спироидные (рис. 16.4, 6) и червячные 16.5). /

Угол между осями этих передач может составлять 0...90⁰, но на практике чаще всего применяют передачи ортогональные, т. е. с межосевым углом 90°. Общим недостатком этих передач является повышенное скольжение зубьев, приводящее к тепловыделению, нагреву передач, более интенсивному износу боковых поверхностей зубьев и снижению КПД.

В интовые передачи по существу представляют собой косозубые цилиндрические передачи с углом р = 45^е (см. рис. 16.3). Ка-

Рис. 16.4. Гипоидная (о) и спироидная (б) передачи

Рис. 16.5. Червячные передачи: а — цилиндрическая; б — глобоидная

сание боковых поверхностей сопряженных зубьев у них происходит не по линии, а в точке, возникают большие локальные давления и износ зубьев.

Гипоидные передачи §Ш* рис. 16.4, а) по кинематике подобны винтовым передачам. Их начальными поверхностями являются однополые гиперболоиды вращения, которые заменяются приближенными к ним роенными конусами. Гипоидные колеса выполняют с косыми или круговыми зубьями. В этих • передачах имеется гипоидное смещение Е оси ведущего (мало* го) колеса относительно оси ведомого (большого) колеса. Зубья косозубых гипоидных колес соприкасаются при работе передачи одновременно по всей своей длине. Гипоидные передачи обеспечивают плавную ж бесшумную работу, имеют большую прочность зубьев, высокую несущую способность и долговечность.

Спироидные передачи (см. рис. 16.4, б) по внешнему виду очень похожи на гипоидные с большим углом наклона и малым числом зубьев ведущего колеса, которое представляет собой спи- роидный конический червяк с постоянным шагом и углом наклона боковой поверхности витка (винтовых зубьев). Смещение Е конического червяка относительно оси ведомого колеса значительно больше, чем у гипоидной передачи. По кинематике зацепления спироидные передачи аналогичны червячным. Они имеют значительное число зубьев в одновременном зацеплении

и способны передавать большие крутящие моменты. Однако в силу ряда недостатков спироидные передачи не нашли широкого применения.

Червячные передачи бывают двух видов: цилиндрические и глобоидные (см. рис. 16.5).

Цилиндрическая червячная передача — передача, у которой червяк и колесо имеют цилиндрические делительные и начальные поверхности (см. рис. 16.5, а).

Глобоидная червячная передача (см. рис. 16.5, б) — передача, у которой делительная поверхность червяка винтовая. Она образована вращением вокруг оси червяка вогнутого отрезка дуги делительной окружности парного червячного колеса, лежащего в плоскости его торцового сечения, в котором находится межосевая линия червячной передачи. При этом линия делит отрезок дуги окружности пополам, а делительная поверхность червячного колеса — цилиндрическая. Указанные виды червячных передач имеют несколько различных типов и модификаций.

Реечные передачи применяют для преобразования равномерного вращательного движения в поступательное и наоборот.

Для передачи неравномерного вращательного движения между параллельными валами применяют некруглые зубчатые колеса.

Изготовление зубчатых колес базируется на очень сложных технологических процессах, требует применения сложного по кинематике и точного технологического оборудования, режущего и измерительного инструмента. В данном курсе рассмотрены только принципиальные вопросы процессов зубообработ- ки, под которыми понимаются процессы формирования зубьев цилиндрических, конических и червячных колес путем снятия стружки (т. е. с помощью лезвийной и абразивной обработки), а также основные виды режущих инструментов для такой обработки.