книги / Цилиндрические зубчатые колеса
..pdfность зубчатых колес (6-7 степень по ГОСТ 1643-81). Шероховатость шевингованной поверхности Ra=0,4...0,10 мкм.
Процесс шевингования характеризуется не только повышением точности основных параметров зубчатого венца и класса шерохова тости боковых поверхностей зубьев, но и удалением чрезмерно на пряженного поверхностного слоя металла, образующегося при пред варительном зубонарезании. Уменьшение глубины наклепа и оста точных напряжений в поверхностных слоях зубьев способствует уменьшению деформаций в процессе термической обработки.
Эффективное использование процесса шевингования основано на обя зательном условии хорошей подготовки зубчатого колеса в процессе предварительной обработки.
Точность и производительность обработки, а также класс шеро ховатости поверхности во многом зависят от угла скрещивания. Для большинства сталей этот угол составляет у = 10—15°, а при обработ ке колес с закрытыми венцами у = 3°
Получить хорошие результаты при шевинговании можно, соблю дая определенные условия. Для уменьшения радиального биения посадочное отверстие колеса должно иметь достаточный диаметр, длину и посадку на оправке без зазора. Шевингование следует произ водить на тех же базах, которые использовались при предварительной зубообработке. Для уменьшения погрешности направления зуба це лесообразно применять двухпроходное зубофрезерование.
Продолжительность зацепления шевера с обрабатываемым колесом должна быть не менее 1,6. Для увеличения продолжительности зацеп ления следует избегать подрезания зуба и укороченной высоты. Искус ственное подрезание зубьев колеса червячной фрезой с протуберан цем удаляет дополнительные участки профиля зуба, необходимые для опоры шевера. Неравномерность опоры зубьев шевера вызыва ет погрешности эвольвенты при шевинговании.
В процессе шевингования не должно быть контакта между вер шиной зуба шевера и переходной поверхностью зуба колеса. Шевер должен заканчивать обработку ниже диаметра окружности ниж них точек активных профилей зу бьев колеса. В станочном зацепле нии окружность вершин зубьев
шевера и граничных точек колеса не должны пересекаться (рис.61).
Плавное сопряжение шевингованной поверхности зуба с переход ной поверхностью достигается применением под шевингование чер вячных фрез и долбяков с протуберанцем, образующих переходную кривую с поднутрением.
Для проведения нормального процесса шевингования модуль должен быть не менее 1,5мм, ширина зубчатого колеса свыше 20мм, число зу бьев не менее 17, угол скрещивания осей более 8° Однако это не догма. Существуют различные схемы шевингования, позволяющие обраба тывать этим способом практически всю номенклатуру среднемодуль ных зубчатых колес.
Шевингование основано на воспроизводстве в процессе обработ ки зацепления винтовой пары с теоретическим точечным контактом. Припуск, оставленный под шевингование удаляется режущими кромками канавок, имеющихся на поверхности зубьев шевера и рас положенных параллельно торцу инструмента.
При совместном вращении шевера и колеса вследствие скрещива ния их осей происходит скольжение профилей, направленное вдоль образующих зубьев. Это скольжение является движением резания, при котором острые кромки канавок зубьев шевера срезают с поверхнос ти зубьев колеса тонкие стружки. При этом образуется профиль зубь ев колеса, сопряженный с профилем зубьев инструмента.
При шевинговании отсутствует жесткая кинематическая связь между шевером и обрабатываемым колесом. Вращение передается от шевера на колесо при беззазорном зацеплении их зубьев или при од нопрофильном зацеплении, выполняемом с торможением ведомого элемента. В последнем случае можно осуществлять съем металла раз личной толщины на разных участках зуба. Зацепление шевера с об рабатываемым колесом показано на рис.62.
Толщина снимаемой стружки при шевинговании составляет 0,001-0,005 мм и зависит от давления, создаваемого между шевером и обрабатываемым колесом. Металл с боковой поверхности зуба сни мается по линии, соединяющей последовательные точки контакта сопряженных профилей зубьев шевера и шестерни (рис.626). Чем меньше давление между шевером и деталью, тем тоньше стружка. Вращение шевера и колеса реверсируется для равномерной отделки обеих сторон зубьев.
В большинстве схем шевингования, которые будут рассмотрены ниже, обрабатываемое колесо кроме вращения имеет возвратно-по ступательное движение вдоль оси и в конце каждого рабочего хода перемещается радиально на шевер.
Рис.62. Зацепление пары шевер-колесо,
Схемы шевингования
Применяют четыре основные схемы шевингования: параллель ное, диагональное, тангенциальное и врезное. Эти схемы отличаются между собой направлением подачи, конструкцией инструмента и производительностью. В зависимости от конкретных условий приме няется та или иная схема (рис.63).
Параллельное шевингование. Эта схема универсальна, позволяет об рабатывать зубчатые колеса любой ширины узким шевером. При па раллельном шевинговании обрабатываемое колесо 1 совершает воз вратно-поступательное движение 3 параллельно своей оси, а в конце каждого двойного хода перемещается на шевер 2. Последние несколь ко ходов — калибрующие — совершаются без радиальной подачи.
Ось шевера, установленного на шпинделе станка, поворачивает ся на угол скрещивания у к оси зубчатого колеса, величина которо го определяется как у = рк ± Рш, где Рк — угол наклона зубьев зубча того колеса, Рш— угол наклона зубьев шевера. Знак плюс ставится
Рис.63. Схемы шевингования: а) параллельное; б) диагональное; в) танген циальное; г) врезное.
при совпадающих, знак минус — при противоположных направлени ях винтовых линий колеса и инструмента. Угол скрещивания должен быть в пределах 5-15° Радиальная подача находится в пределах 0,02- 0,06мм. Производительность процесса и период стойкости инстру мента меньше, чем при других схемах шевингования. Это объясня ется большой длиной хода стола, который должен перекрывать ши рину венца обрабатываемого колеса. Обычно L=b+m, где b — ширина зубчатого венца, m — модуль.
Точка скрещивания осей постоянно находится в среднем сечении шевера, поэтому в этой зоне отмечается максимальный его износ.
Особенность параллельного шевингования при плотном зацепле нии шевера и колеса заключается в том, что возможна продольная модификация зубьев колеса с помощью механизмов станка и исполь зованием шевера с немодифицированной поверхностью зубьев.
Диагональное шевингование. При этой схеме продольная подача осуществляется под некоторым углом к оси колеса, поэтому диаго нальное шевингование может применяться на станках, допускающих возможность поворота центровых бабок относительно направляю щих шевинговальной бабки на угол е в плоскости, параллельной осям шевера и колеса. Этот угол е, угол скрещивания у, ширина зуб чатого венца b и ширина шевера В связаны между собой следующим соотношением:
tgz = В siny b - В • cosy
Теоретически угол е может изменяться от 0 до 90°, практически его величина находится в пределах 30-60°, а оптимальные условия для резания и качества обрабатываемой поверхности создаются при уже примерно 40°
Направление и угол наклона продольной подачи к оси колеса ус-
танавливаются таким образом, чтобы у каждого из торцов зубчатого венца профилирующая точка на зубьях шевера находилась в зоне первой канавки от торца. Так как ось колеса к направлению подачи находится под углом диагонали е, точка контакта шевера с колесом перемещается не только по длине зуба колеса, как это имеет место при шевинговании с продольной подачей, но и подлине зуба шеве ра. Поэтому каждое сечение шевера является калибрующим, что дает возможность не выводить торцы обрабатываемого колеса за середи ну шевера. Таким образом сокращается длина продольного хода сто ла, которая определяется по формуле:
L = b' siny |
(1ч-2)т |
sin(e +у) |
|
Увеличение расчетной длины хода стола необходимо для врезания и выхода шевера.
Так как ширина шевера зависит от ширины зубчатого венца ко леса, диагональное шевингование экономически выгодно применять для колес с шириной венца не более 50 мм.
Тангенциальное шевингование. При этой схеме шевингования подача стола направлена перпендикулярно оси обрабатываемого колеса. Зубчатое колесо обрабатывается за один двойной ход стола без по дачи на глубину — на постоянном межосевом расстоянии. Канавки на шевере расположены по винтовой линии, и это позволяет обхо диться при снятии стружки без продольной подачи. Ширина шеве ра должна быть больше ширины зубчатого венца обрабатываемого колеса на величину
b
В= (1,1+ 1,2)cosy
Всвязи с этим тангенциальное шевингование применяется при обработке закрытых зубчатых колес и колес с узкими венцами.
Бочкообразная форма зубьев колеса достигается применением шевера, имеющего вогнутую в продольном направлении форму зу бьев.
Тангенциальное шевингование более производительно, чем пере численные выше, но шероховатость поверхности несколько хуже.
Для улучшения шероховатости поверхности и точности при тан генциальном шевинговании рекомендуется применять прямозубые шеверы или косозубые с канавками, расположенными перпендику лярно поверхности зубьев.
Длина рабочего хода стола определяется по формуле:
L = btgy
Врезное шевингование. При этой схеме подача вдоль оси заготовки отсутствует, шевер перемещается к заготовке радиально. Ширина шевера больше ширины зубчатого венца и может быть определена по формуле:
Л= (1,1-5-1,2)6-cosy
Впродольном направлении зубья шевера имеют вогнутую форму, режущие кромки расположены по винтовой линии. Вся поверхность зуба колеса обрабатывается одновременно.
Производительность при врезном шевинговании в 2-4 раза выше, чем при диагональном.
Цикл врезного шевингования осуществляется в следующей пос ледовательности: быстрый подвод шевера к детали, подача врезания до заранее определенного межосевого расстояния, выдержка для ре версирования шевера, продолжение подачи врезания, выхаживание при отходе шевера на глубину от 0 до 0,04 мм, быстрый отвод инст румента в исходное положение. Изменение направления вращения шевера во время обработки необходимо для того, чтобы с обеих бо ковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса снималось оди наковое количество металла, т.к. ведущая сторона зуба шевера сни мает металла больше, чем ведомая. В конце цикла при выключенной подаче вращающийся шевер удаляет следы, оставляемые зубчиками во время обработки.
Шевингование колес внутреннего зацепления производится при скре щивающихся осях шевера и колеса с продольной подачей вдоль оси колеса и периодической радиальной подачей после каждого про дольного хода. Колеса шевингуются на специальных станках или модернизированных универсальных шевинговальных станках, кото рые оснащаются специальными бабками изделия и шеверными го ловками (рис.64).
Всвязи с тем, что разность чисел зубьев колеса и шевера должна быть не менее 12, дисковые шеверы для этого вида обработки обыч но изготавливаются с меньшими делительными диаметрами, чем шеверы для обработки колес с наружными венцами.
Врезультате скрещивания осей шевера и колеса при внутреннем шевинговании зубья шевера зацепляются несколько глубже на концах зубьев, чем в середине. Чтоб избежать интерференции, зубья шевера делают бочкообразной формы, а угол скрещивания выбирают неболь шим, около 3°. Колеса с шириной зубчатого венца свыше 20 мм обра
батывают по схеме параллельного шевингования. Бочкообразная форма зуба достигается качанием стола с деталью, аналогично ше вингованию внешнего зацепле ния. Для колес с шириной венца меньше 20 мм или имеющих сту пицу, ограничивающую возмож ность возвратно-поступательного движения, применяют врезное шевингование.
Селективное шевингование про изводится в однопрофильном за цеплении с шевером при тормо жении ведомого элемента. При работе по этой схеме хорошо ус
траняется продольная волнистость зубьев. За счет изменения тормоз ного момента можно исправить погрешность направления зуба по одному из его профилей. Для шевингования крупных зубчатых ко лес по селективной схеме выпускаются специальные станки.
Селективное шевингование производится следующим образом: сначала проверяется пара сопряженных колес по контакту, а затем на шевинговальном станке осуществляется шевингование на участ ках, показавших местный контакт в паре. Процесс производится с большим числом коротких продольных ходов. Таким образом устра няются местные неровности профиля и улучшается прилегание зу бьев колес по их длине.
3.2.6. Хонингование зубчатыми хонами
Зубохонингование — процесс чистовой обработки закаленных зубчатых колес. Схемы хонингования и шевингования аналогичны, поэтому хонингование называют также абразивным шевингованием.
Зубохонингование — это высокопроизводительный процесс с крат ким циклом обработки (30-60 с). Он получил широкое применение в различных отраслях промышленности не только для снижения шума зубчатых передач, но и для увеличения срока службы зубчатых колес.
В процессе зубохонингования обрабатываемое зубчатое колесо вращается в зацеплении с абразивным зубчатым хоном, выполнен ным в виде косозубого колеса, при угле скрещивания 10-15° Обра батываемое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступа
тельное движение параллельно своей оси. Направление вращения инструмента изменяется на каждом ходе стола.
Впроцессе хонингования зубчатое колесо обычно находится в плотном зацеплении с зубчатым хоном. Беззазорное зацепление про исходит при небольшом регулируемом давлении путем поджима ин струмента к колесу пружинами с силой 350-450 Н. Во время рабоче го хода хон подвижен, он как бы следует за погрешностями в зубьях колеса и тем самым предотвращает поломку инструмента и уменьша ет эти погрешности до определенных пределов.
Процесс хонингования предназначен для удаления небольших припусков и исправления небольших погрешностей. Практически припуск под хонингование не оставляется, поскольку съем со сторо ны зуба составляет 0,01-0,03 мм. В этом же пределе происходит и ис правление погрешностей в зубчатом зацеплении.
Хонингование не повышает температуру поверхности зуба, не вызывает тепловых трещин, прижогов и не снижает твердость повер хностного слоя.
По опыту работы в автомобильной промышленности зубохонингование позволяет уменьшить шероховатость поверхности до Ra =0,32-^1,25 мкм, удалить забоины и заусенцы до 0,3мм, снизить уровень шума на 2-4 дБ [40].
Впрактике зубоотделки могут применяться три схемы хонинго вания: с радиальным нагружением, когда обрабатываемое колесо нахо дится в плотном зацеплении с хоном при постоянном давлении; с окружным нагружением, когда хон и зубчатое колесо установлены с боковым зазором и постоянным межосевым расстоянием; с нулевым боковым зазором при ранее выбранном давлении на хоне.
Вотечественной промышленности наибольшее распространение получила первая схема. При хонинговании с радиальным нагружени ем вершина зуба обрабатываемого колеса постоянно контактирует с впадиной хона, благодаря чему на вершине зуба колеса образуется небольшое округление, обеспечивающее плавный вход зубьев в на чале зацепления, уменьшается скорость изнашивания хона, а за счет постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину зуба хона происходит автоматическое восстановление профиля зубьев хона.
Для осуществления процесса зубохонингования выпускают спе циальные станки, имеющие как горизонтальную, так и вертикаль ную компоновку. При подборе станка для конкретных условий про изводства нужно исходить из следующего:
•чем больше взаимное скольжение зубьев, тем выше съем ме талла и меньше шероховатость поверхности;
•чем больше окружная скорость и нагрузка, тем выше произво дительность и устранение дефектов;
•наличие возможности применения радиальных и окружных нагружений расширяет область применения станков; широкий диапазон изменения подач предоставляет значитель ное удобство для эксплуатации станка;
•возможность работы в полуавтоматическом и автоматическом режимах.
Наиболее применяемыми являются зубохонинговальные станки мод.5913, 5В913 и 5915. С техническими характеристиками зубохо нинговальных станков можно ознакомиться в работе [38].
Технологическая оснастка для установки зубчатых колес на хо нинговальных станках такая же, как при шевинговании.
Наиболее эффективной СОЖ является керосин. В настоящее вре мя разработаны СОЖ по эффективности не уступающие керосину и менее агрессивные, например, СОЖ №7, в которой основой являет ся очищенная фракция из сернистой нефти с температурой вспыш ки 270-350°С.
3.2.7. Шлифование зубьев тарельчатыми кругами
Этот процесс применяется для окончательной обработки преци зионных и высокоточных зубчатых колес с внешними прямыми и ко сыми зубьями. Инструментом служат два шлифовальных круга та рельчатой формы, рабочие поверхности которых воспроизводят од нозубую производящую рейку, по которой катится заготовка. После шлифования боковых поверхностей одной впадины производится автоматическое деление и обрабатывается следующая впадина и так далее до окончания шлифования всех зубьев.
Шлифовальные круги могут устанавливаться в различных поло жениях относительно заготовки: параллельно друг другу на рас стоянии, равном длине общей нормали W (шлифование нуле вым методом, рис.65а), и под уг лом параллельно образующей зубчатой рейке (рис.656).
Нулевой метод имеет некото рые преимущества перед угло вым. Одно из них — более корот кий путь обката и, следователь