
книги из ГПНТБ / Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов
.pdfзначениями угла сси и профиля зубца рейки. |
Для этого необхо |
|||
димо лишь изменять соотношение |
скоростей |
-^2- так, чтобы |
||
-ЕЕ. = |
га = |
. |
|
(8.9) |
со2 |
* |
cos а и |
v |
' |
Эта особенность используется, в частности, при шлифовании колес эвольвентного профиля плоскостью шлифовального диска. Угол а и установки диска выбирается из технологических сообра жений, а для получения эвольвентного профиля с требуемым зна чением г 0 2 основной окружности обеспечивается необходимое со
отношение |
скоростей |
настройкой шлифовального |
станка. |
Такой же прием используется и при нарезании зубцов |
червяч |
||
ной фрезой |
для улучшения |
условий образования выкружки — |
дна впадины. Для этого прибегают к изменению у г л а а и исходного контура и изменению соотношения
8.4. СХЕМЫ Н А Р Е З А Н И Я З У Б Ц О В
Нарезание методом деления. При нарезании методом деления каждая впадина прорезается отдельно; для перехода к очередной впадине колесо поворачивается на угловой шаг. В качестве ин струмента используются дисковая (рис. 8.4) и пальцевая фрезы
Рис. 8.4 |
Рис. 8.5 |
(рис. 8.5). При нарезании прямых зубцов профиль впадины колеса воспроизводится идентичным профилю инструмента, что дало основание назвать этот способ нарезания копированием. При нарезании колес с винтовыми зубцами и червяков их боковые поверхности являются огибающими поверхностей дисковой или пальцевой фрезы. Поверхности фрез должны в этом случае спе циально рассчитываться в зависимости не только от числа зуб цов, но и от угла подъема винтовой линии. Методы расчета диско-
вых и пальцевых фрез для нарезания колес с винтовыми |
зуб |
|||||||
цами изложены |
автором |
[72]. |
Вследствие |
низкой |
производи |
|||
тельности метод |
деления |
применяется главным образом |
в |
еди |
||||
ничном производстве либо в тех |
случаях, |
когда |
изготовление |
|||||
зуборезного |
инструмента, |
работающего по методу огибания |
с |
не |
||||
прерывным |
давлением, затруднено технологическими |
причинами, |
например при нарезании колес весьма больших габаритов для транспортно-подъемного машиностроения, колес с шевронными зубцами. В часовой промышленности методом деления нарезаются
2а a |
шестерни |
|
(трибки) |
цикло |
|||||
идального |
зацепления. |
||||||||
|
|||||||||
|
|
Нарезание методом оги |
|||||||
|
бания. При нарезании зуб |
||||||||
|
цов |
инструмент |
и |
колесо |
|||||
|
7 находятся |
в |
непрерывном |
||||||
|
зацеплении, |
в |
процессе |
||||||
|
которого |
|
последовательно |
||||||
|
нарезаются |
?все впадины. |
|||||||
|
Боковые |
поверхности |
зуб |
||||||
|
цов |
воспроизводятся |
как |
||||||
|
огибающие |
боковых |
по |
||||||
|
верхностей |
|
инструмента. |
||||||
|
В |
качестве |
инструмента |
||||||
|
применяются: |
инструмен |
|||||||
|
тальная |
рейка |
(рис. 8.6); |
||||||
|
червячная |
|
фреза |
|
(рис. |
||||
8.7, а); долбяк, являющийся инструментальным колесом (рис. |
8.8). |
Рейка и червячная фреза применяются для нарезания колес внешнего зацепления с прямыми и винтовыми зубцами. Долбяки используются для нарезания колес внешнего и внутреннего зацеп лений, преимущественно для колес с прямыми зубцами. Для нарезания колес с винтовыми зубцами должны применяться дол бяки с винтовыми зубцами, технология изготовления которых значительно сложнее по сравнению с прямозубыми долбяками.
В основу проектирования инструментальной рейки (гребенки), червячной фрезы и долбяка положен контур производящей (ис ходной) рейки — исходный контур, изображенный на рис. 8.9. Зубцы инструментальной рейки очерчены по впадинам исходного контура. В СССР для зубцов нормальной высоты принято ал —
— 20°, / 0 = |
1, с0 = |
0,25 (с0 = 0,35 для |
колес с модулем т «S 1)- |
Профиль |
зубцов |
инструментальной |
рейки, нарезающей ко |
леса с эвольвентным профилем, представляет прямую линию. Такой инструмент может быть изготовлен с высокой степенью точности. Нарезание эвольвентного колеса с заданной основной
окружностью г 0 2 |
может быть согласно (8.9) |
выполнено |
инстру |
|
ментальной рейкой с произвольным углом |
профиля (аи |
Ф а д ) , |
||
что сказывается лишь на значении радиуса |
г 2 |
центроиды |
колеса |
|
при нарезании. |
В подавляющем большинстве |
случаев |
исполь- |
зуется инструментальная рейка с углом профиля |
а и |
= а д , |
при |
||
этом |
вращательное и поступательное движения колес |
(рис. 8 . 6 ) |
|||
должны быть связаны соотношением |
|
|
|
||
где |
гд — радиус |
делительной окружности. |
явится |
дели |
|
В |
результате |
центроидой колеса при нарезании |
тельная окружность, которая без скольжения будет перекаты ваться по прямой / — I ; Р — полюс зацепления. В процессе на резания зубцов инструментальная рейка совершает движение резания, перемещаясь в направлении, параллельном оси колеса.
Наиболее распространенным является способ нарезания чер вячной фрезой (рис. 8 . 7 , с). На станке нарезаемому колесу сооб щается вращение вокруг своей оси (рис. 8 . 7 , б), а червячной фрезе,
помимо |
вращательного движения, сообщается |
поступательное |
|
движение в направлении оси колеса. |
|
||
Схема |
нарезания долбяком |
представлена на рис. 8 . 8 . Угловые |
|
скорости |
нарезаемого колеса |
и долбяка связаны |
соотношением |
|
-В5- = 2 Д - . |
( 8 . 1 0 ) |
Долбяку при нарезании прямых зубцов сообщается поступа тельное движение — движение резания в направлении оси колеса. В случае нарезания колес с винтовыми зубцами долбяк совершает винтовое движение вокруг своей оси, и, как было отмечено выше, он должен быть винтовым.
8.5. Ф О Р М О О Б Р А З О В А Н И Е |
З У Б Ц О В КОЛЕСА, |
||
НАРЕЗАЕМОГО РЕЕЧНЫМ |
ИНСТРУМЕНТОМ |
||
Участки впадины. У |
впадины колеса можно выделить следую |
||
щие участки (рис. 8 . 10, |
а): АВ |
и А'В', |
очерченные по эвольвенте; |
дно впадины СС, очерченное |
по дуге окружности; переходные |
Рис. 8.10
кривые ВС и В'С, соединяющие эвольвентные участки с дном впадины. На рис. 8 . 10, а переходная кривая и эвольвентная часть профиля плавно сопрягаются между собою. У колеса с малым
числом зубцов при отсутствии так называемой коррекции воз никает явление подрезания: переходные кривые и эвольвентные профили в точках В и В' не имеют общей касательной, а пересе каются: зубец оказывается ослабленным (рис. 8.10, б).
Условие отсутствия подрезания зубцов, сущность корригиро вания. Примем, что колесо нарезается инструментальной рейкой, имеющей очертания исходного контура и а и = осд. Центроидой колеса при нарезании является делительная окружность, радиус
которой |
удовлетворяет |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
соотношению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
со |
(8.П) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где со — угловая |
скорость |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
вращения |
нарезаемого ко |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
леса; |
1>р |
— скорость |
по |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ступательного |
движения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
рейки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Центроидой рейки |
яв |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ляется |
прямая |
/ — I , |
каса |
|
|
|
|
|
|
|
|||
тельная |
к |
|
делительной |
|
|
|
|
|
|
|
|||
окружности |
(рис. |
8.11). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Будем |
называть |
нор |
|
|
|
|
|
|
|
||||
мальной |
такую установку |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
рейки, |
когда |
|
ее |
средняя |
|
|
|
|
|
|
|
||
прямая |
/ / — I I совпадает |
|
Рис. |
8.11 |
|
|
|
||||||
с центроидой |
/ — I |
(с |
каса |
|
|
|
|
|
|
|
|||
тельной |
к |
|
делительной |
|
|
|
|
|
|
|
|||
окружности). |
|
В ряде случаев рейка при нарезании зубцов |
|||||||||||
занимает |
смещенное |
положение; |
ее |
средняя |
прямая |
II—II |
|||||||
смещена |
на |
|
величину х по отношению к |
касательной |
/ — / |
||||||||
к делительной |
окружности. Колеса, нарезаемые при смещении |
||||||||||||
инструментальной |
рейки, |
называются |
корригированными. |
Сме |
|||||||||
щение |
х |
рассматривается |
как |
алгебраическая |
величина |
(х |
> 0 , |
||||||
если средняя |
|
прямая |
/ / — / / смещена |
по отношению к центроиде |
|||||||||
/ — / от центра колеса). Наряду |
со смещением |
х рассматривается |
|||||||||||
безразмерный |
|
коэффициент смещения |
£ = |
|
|
|
Выясним условия отсутствия подрезания зубцов колеса, на резаемого инструментальной рейкой. Профиль зубца рейки со держит участок, очерченный прямой линией, крайней точкой которой является точка F; ниже F профиль зубца инструменталь ной рейки очерчен дугой окружности радиуса гх (рис. 8.9). В про цессе зацепления точки прямолинейного участка профиля зубца рейки вступают в зацепление с соответствующими точками наре заемого эвольвентного профиля. Крайняя точка F прямолинейного участка профиля зубца рейки вступает в зацепление с наре заемым профилем в тот момент, когда при поступательном дви-
жении рейки |
в направлении / — / точка F окажется на линии за |
|
цепления PL |
(рис. 8.11) и совпадает с точкой G. Из |
построений |
ясно, что при выбранном смещении х рейки 0G > г 0 |
и эвольвент- |
|
ный участок |
профиля зубцов колеса, нарезанного инструменталь |
ной рейкой, начинается выше основной окружности. Предельной является такая установка рейки, когда крайняя точка F прямо
линейного |
участка |
профиля зубца |
рейки вступает в |
зацепление |
с нарезаемым профилем в крайней точке L линии |
зацепления, |
|||
при этом |
OG = г0 |
и эвольвентный |
участок профиля |
нарезаемых |
зубцов начинается на основной окружности. Смещение инстру ментальной рейки к центру нарезаемого колеса из ее предельной
установки приведет к |
подрезанию зубцов. |
OG ^= г0 |
Во избежание подрезания зубцов необходимо, чтобы |
||
или чтобы aG ^ 0. Из построений рис. 8.11 следует, что |
|
|
t g a G |
= t g a , - i < | = | . |
(8-12) |
При выводе были использованы следующие зависимости:
+ |
GL . |
PL |
|
' 0 |
'0 |
n „ |
m(f0 |
— |
i) |
SUl «Д
|
|
|
r0 = |
mz cos a„ |
, |
— модуль |
. . . |
|
|
|||
|
|
|
2 — |
\ m |
зубцов). |
|
|
|||||
Из |
выражения |
(8.12) следует, |
что для соблюдения |
неравен |
||||||||
ства aG |
^ |
0 |
необходимо, |
чтобы |
коэффициент |
смещения |
|
|||||
|
|
|
|
ё |
/о — 2 |
а д |
• |
|
|
|
(8.13) |
|
Формула (8.13) определяет величину коэффициента смещения |
||||||||||||
инструментальной |
рейки, |
при |
котором |
|
устраняется подрезание |
|||||||
колеса с числом зубцов z; |
параметры / 0 |
|
и а д исходного |
контура |
||||||||
считаются |
заданными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Как уже было упомянуто выше, нормальной |
является |
уста |
||||||||||
новка рейки, |
когда ее средняя |
прямая |
является |
касательной к |
||||||||
делительной |
окружности. Такой установке рейки отвечает |
значе |
ние | = 0. Формула (8.13) позволяет определить, при каком ми нимальном числе зубцов нарезаемого колеса это колесо можно нарезать без смещения рейки. Положив в этой формуле £ = 0, получим, что
Если число зубцов нарезаемого колеса z < z m l n , инструмен |
||
тальной рейке нужно сообщить смещение от центра колеса (І |
> 0). |
|
При числе зубцов нарезаемого колеса z >> z m l n |
опасности |
подре |
зания при нормальной установке рейки (при | |
— 0) не возникает. |
Если по каким-либо причинам необходимо рейку сместить из нормальной ее установки к центру колеса, такое смещение в из-
вестных пределах допустимо. Необходимо, чтобы коэффициент смещения І удовлетворял выражению (8.13).
Выражению (8.13) можно придать более простую форму, под ставив в него (8.14). В результате получим
|
|
|
|
|
^ f o f ^ f f 1 1 ) . |
|
|
|
(8.15) |
|||||
Минимальное |
число зубцов |
z m l n , |
|
начиная с |
которого |
нужно |
||||||||
прибегать к корригированию во избежание подрезания, |
|
зависит |
||||||||||||
от угла |
профиля |
осд |
исходного контура |
и коэффициента / 0 |
высоты |
|||||||||
зубцов. |
Используя |
выражение |
(8.14), |
получим, |
что |
при |
/ 0 — 1 |
|||||||
2 min |
^ |
1 7 при а д |
== 20° и z m l n |
= 30 |
при а д = 15°. Увеличение |
|||||||||
угла |
профиля |
а д |
исходного |
контура |
уменьшает, |
следовательно, |
||||||||
опасность подрезания. Однако увеличение у г л а а д |
приводит к уве |
|||||||||||||
личению мертвого хода (см. 3.5), к ухудшению условий |
передачи |
|||||||||||||
сил. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль зубцов. При нарезании зубцов инструментальной рей |
||||||||||||||
кой ее средняя прямая перекатывается |
без скольжения |
по дели |
||||||||||||
тельной окружности нарезаемого колеса. Поэтому шаг tp |
зубцов |
|||||||||||||
инструментальной рейки (рис. 8.6) |
равен шагу |
зубцов |
по дели |
|||||||||||
тельной окружности. Под модулем зубцов колеса |
понимается |
|||||||||||||
отношение |
|
|
т = -к, |
|
|
|
|
|
|
(8.16) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
— шаг зубцов |
колеса по делительной окружности. |
|
|
||||||||||
Длина делительной окружности |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
L n = |
ztA = |
2nrR. |
|
|
|
(8.17) |
|||
Подставив |
в |
равенство |
(8.17) |
выражение |
(8.16), |
получим |
||||||||
|
|
|
|
|
гл |
= т \ . |
|
|
|
|
|
(8.18) |
На чертеже колеса, не оговаривая этого особо, указывают мо дуль зубцов по делительной окружности, совпадающий с моду лем зубцов инструментальной рейки. На окружностях, отличаю щихся от делительной, модуль и шаг зубцов имеют значения,
не совпадающие с т = ~ и t„.
лА
Значения модуля зубцов стандартизованы и приведены, в ча стности, в справочнике [113].
Толщина зубцов колеса. Смещение рейки сопровождается изменением не только радиуса окружности впадин, но и толщины
зубцов и ширины впадин |
нарезаемого |
колеса |
(рис. 8.12, а). |
Тол |
|
щина зубца sp рейки на ее центроиде / — / равна дуговой |
ширине |
||||
впадины колеса. Отсюда |
следует: |
|
|
|
|
о>д = sp = ~ ~ 2 |
х і % а д = т |
( " Г - 2 |
^ а д ); |
( 8 |
Л 9 ) |
8д = / д - а > д = т ( - £ - + 2 ^ Є а д ) . |
(8.20) |
Толщина зубцов колеса на окружности другого радиуса опре деляется уравнением (8.48).
При больших значениях коэффициентов смещения (предпола гается, что § > 0 ) возникает опасность заострения зубцов на окружности выступов колеса. Толщина зубцов на окружности выступов определяется формулой (8.48), в которой нужно при-
Шаг зубцов по общей нормали. Эвольвентные профили зубцов одного направления являются эквидистантными, равноотстоя щими по нормали (рис. 8.12,6). Эквидистантность профилей является большим преимуществом эвольвентного зацепления: пере сопряжение профилей зубцов колес даже при наличии эксцентри ситета не сопровождается циклической погрешностью. Из свойств эвольвентного зацепления следует, что шаг tn по общей нормали к профилям одного направления равен шагу t0, измеренному по основной окружности. Из построений рис. 8.12 следует:
^ 0 = ^ / 1 = |
cos <Хд = тл cos а д . |
(8.21) |
Радиус окружности впадин. Линия выступов инструменталь ной рейки является касательной к окружности впадин; радиус этой окружности
rl = rlk-m(f0-l |
+ c0) = m{^—f0 |
+ l - c 0 ) . |
(8.22) |
Определение радиуса OG. Через OG (рис. 8.11) был обозначен радиус окружности, на которой начинается эвольвентный про филь. Для определения радиуса OG к выражению (8.12) нужно присоединить зависимость
r |
0 |
mz cos а д |
|
д |
|
cos ао |
2 cos ад |
При изучении эвольвентного зацепления нередко возникает ошибочное представление, что эвольвентный профиль всегда на-
Траектория точна С
Рис. 8.13
чинается на основной окружности даже в том случае, когда он образуется не по методу копирования, а по методу огибания. Из формул (8.12) и (8.23) ясно, что на величине радиуса 0G сказы ваются число зубцов z нарезаемого колеса и коэффициент £ сме щения исходного контура. Так, при нормальной установке рейки (1 = 0) и / 0 = 1, z = 80 получим, что OG = 39,1т (т. — модуль зубцов).
Построение переходной кривой. Аналитический способ опре деления переходной кривой изложен в монографии автора [72]. Для графического способа определения переходной кривой можно воспользоваться построениями, изображенными на рис. 8.13. При этих построениях определяется траектория в относительном дви жении точки С — центра закругленной части профиля зубца рейки, после чего строится переходная кривая профиля зубца
18 Ф. л . Литвин |
273 |
колеса, как кривая, эквидистантная траектории точки С. На рисунке изображены два положения профиля зубца рейки, в ко
торых |
образуются точки |
С и Сх |
переходной кривой. При опреде |
лении |
текущей точки Сх |
нужно |
воспользоваться тем, что РМ0 = |
=РМг.
8.6.ЗАЦЕПЛЕНИЕ ПАРЫ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ
ПРОФИЛЕЙ
На рис. 8.14 изображены эвольвентные профили В—В и у—у зубцов двух колес, полученные развертыванием основных ок ружностей г 0 1 и г 0 2 . Рассмотрим основные особенности эвольвентного зацепления.
1
1. Передача вращения эвольвентными профилями осуществ ляется с постоянным соотношением угловых скоростей, что можно доказать следующим образом. Общая нормаль к профилям зуб цов в точке их касания М одновременно является общей каса тельной KL к основным окружностям. Полюс зацепления Р является точкой пересечения общей нормали с линией межцен трового расстояния. Так как нормаль в новой точке касания про филей (например, Blt В%) остается по-прежнему общей касатель ной к основным окружностям, то при изменении точки касания