14.2. Зубчатое колесо.

а) Обозначается база А — внутрен­няя посадочная поверхность ступицы колеса.

б) Наносятся осевые размеры под изображением колеса коорди­натным способом. Проставляются диаметральные размеры колес.

в) На сопрягаемые линейные и диаметральные размеры задать поля допусков (Ø 63H7 для посадочного места колеса). На размер шлицевого паза d + t₂ назначается верхнее отклонение +0,2 мм, так как сечение шлица > 6х6 мм.

г) Наносятся условные обозначения допусков формы и расположения поверхностей:

допуск цилиндричности на Ø 63H7 - 8 мкм;

допуск перпендикулярности торца колеса на Ø 98 мм относительно оси поверхности А - 30 мкм.

д) Проставляются условные обозначения шеро­ховатости поверхностей и назначаются параметры шероховатости. Обозначения параметров шерохо­ватости проставляется на верхних частях изображения колеса, а на торцевых поверхностях — под изображением колеса:

посадочная поверхность отверстия ступицы Ø 63H7 – 0,8 мкм;

торец ступицы колеса – 1,6 мкм;

поверхность шлицевого паза: рабочая / нерабочая – 1,6 / 3,2 мкм;

профиль зуба зубчатого венца – 1,6 мкм;

на осталь­ные поверхности назначается шеро­ховатость — 6,3 мкм (указывается в правом верхнем углу чертежа).

е) Составляются технические требования в следующем порядке:

требования к материалу зубчатых колес: 269...302 НВ;

радиусы скруглений — 1,6 мм max;

неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий + h14, валов - h14, остальных ± h14/2.

ж) Составляется таблица параметров зубчатого венца.

15. Особенности изготовления зубчатых колес

Существуют два принципиально различных способа нарезания зубьев как цилиндрических, так и конических колес: способ копирования и способ об­катки (огибания).

Способ копирования. При этом способе применяют фасонный инстру­мент; профиль инструмента совпадает с профилем впадины нарезаемого коле­са и копируется на колесе.

У цилиндрических колес профиль впадины во всех сечениях, перпендикулярных оси колеса и образующей его делительного цилиндра, одинаков, поэтому нарезание зубьев способом копирования возможно. Инструментом может быть дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг и др.

У конических колес профиль впадины во всех сечениях, пер­пендикулярных оси колеса или образующей делительного конуса, различен; размеры зуба и впадины плавно изменяются по мере приближения к вершине конуса. Поэтому нарезать коническое колесо фасонным инструментом принципиально невозможно.

Способ копирования применяют для предварительного (чернового) на­резания, а также для окончательного нарезания зубьев колес, к точности ко­торых не предъявляется высоких требований. Нарезание можно производить с помощью дисковых (модульных) фрез на универсально-фрезерных станках (рис.15, а), а при больших модулях — также и с помощью пальцевых фрез на специальных станках (рис.15, б). Модульную фрезу из комплекта подби­рают по числу зубьев эквивалентного цилиндрического колеса.

Рис.15. Нарезание конического колеса:

а — дисковой фрезой; б — пальцевой фрезой; в — по шаблону

При обработке крупных конических колес применяют еще одну разно­видность способа копирования — нарезание по шаблону. В этом случае инс­трумент не является фасонным и на изделии копируется не профиль инструмента, а профиль специального шаблона (рис.15, в). Обработка ведется одним или двумя резцами на специальных станках.

Рис.15.1. Круговое протягивание

Нарезание прямозубых конических колес способом копирования характеризует не толь­ко низкая точность, но и малая производи­тельность. Исключением является так назы­ваемое круговое протягивание зубьев. Ин­струмент—протяжка представляет собой круг­лый диск, по окружности которого располо­жены несколько резцовых блоков; каждый из них содержит по 4-5 резцов (рис.15.1). При нарезании заготовка колеса неподвижна, а протяжка вращается и одновременно переме­щается вдоль образующей конуса. Благодаря этому перемещению участки впадины в раз­ных сечениях колеса обрабатываются резцами различного профиля. Круговое протягивание дает более высокую точность, чем фрезерова­ние дисковыми фрезами, и является одним из наиболее производительных способов зубонарезания. Однако вследствие сложности инструмента и потребности в специальном оборудовании круговое протягива­ние целесообразно только при массовом производстве колес не выше 8-й сте­пени точности.

Недостатком всех разновидностей способа копирования является также и то, что для реализации какого-либо изменения в геометрии зубьев необхо­димо изготовить специальный инструмент, что трудоемко и неэкономично.

Способ обкатки. При этом способе в основу геометрии инструмента поло­жено так называемое производящее колесо. Это - воображаемое зубчатое ко­лесо, боковые поверхности зубьев которого содержат режущие кромки инст­румента или образуются при движении этих кромок.

При нарезании зубьев производящему колесу (инструменту) или нарезае­мому колесу (заготовке) сообщают такое же относительное движение, какое эти колеса вмели бы в зацеплении друг с другом. Зацепление нарезаемого колеса с производящим называют станочным зацеплением. В станочном зацеплении воспроизводится перекатывание без скольжения аксоида нарезаемого колеса по аксоиду инструмента, чем и объясняется название способа обкатки.

Боковая поверхность зуба колеса, нарезанного способом обкатки, форми­руется как огибающая ряда последовательных положений боковой поверхности зуба производящего колеса в его движении относительно заготовки. Этим объясняется второе название этого способа - способ огибания.

Помимо движения обкатки инструменту сообщается также. И так назы­ваемое главное движение, необходимое для резания. Поверхности зубьев ин­струмента должны иметь обеспечивающие нормальное резание передний и зад­ний углы.

Для большей наглядности при описании процесса нарезания конических колес способом обкатки рассмотрим его в сопоставлении с процессом нареза­ния цилиндрических колес и отметим сходство и существенные различия между ними.

При нарезании цилиндрических зубчатых ко­лес оси заготовки и производящего колеса в станочном зацеплении парал­лельны и аксоидами являются цилиндры. При этом аксоид производящего ко­леса может иметь любой конечный или бесконечно большой радиус — в пос­леднем случае аксоид обращается в плоскость. При конечном радиусе аксои­да производящее колесо имеет конечное число зубьев, инструментом является долбяк. Числа зубьев долбяка и колеса не зависят друг от друга, одним и тем же долбяком можно нарезать колеса с различными числами зубьев, и, наобо­рот, одно и то же колесо можно нарезать долбяками различными числами зубьев.

При бесконечно большом радиусе аксоида производящее колесо имеет бесконечно большое число зубьев и обращается в рейку. Инструментом явля­ется зуборезная гребенка или имитирующая гребенку червячная фреза. Од­ним и тем же инструментом можно нарезать колеса с различными числами зубьев.

Долбяк, гребенка и червячная фреза являются «многозубыми» инструмен­тами, число одновременно участвующих в процессе обработки режущих зубь­ев больше единицы. Это определяет следующие характерные особенности на­резания зубьев:

а) главное движение резания, необходимое для снятия стружки, все зубья инструмента получают одновременно; у долбяка и гребенки таким движением является поступательное движение, параллельное оси нарезаемого колеса, у червячной фрезы - вращательное;

б) процесс обкатки совмещен с процессом деления и переход от нарезания одного зуба к нарезанию соседнего происходит автоматически и непре­рывно в процессе обкатки;

в) шаг по профильной нормали (основной шаг) инструмента должен стро­го соответствовать требуемому основному шагу нарезаемого колеса;

г) толщина зубьев нарезаемого колеса и диаметр его поверхности впадин взаимосвязаны и изменение одной из этих величин неизбежно вызывает стро­го определенное изменение второй.

При нарезании конических колес с прямыми зубьями оси заготовки и производящего колеса пересекаются и аксоидами в станочном зацеплении являются конусы. Угол при вершине аксоида заго­товки назначается конструктором и технологом, а угол при вершине аксоида производящего колеса (и, следовательно, межосевой угол в станочном зацеп­лении) может быть в известных пределах произвольным и в частном случае равным 90°. Тогда аксоид производящего колеса превращается в плоскость.

Для получении зубьев на заготовке производящему колесу необходимо сообщить главное движение, реализующее процесс резания. Поскольку вершины аксоидов в любой момент времени должны совпадать, оставаясь неподвижными, производящему колесу в целом сообщить главное движение невозможно; движение резания сообщают отдельным зубьям этого колеса, т. е. инструменту, кромки которого при движении образуют боковую поверх­ность зуба производящего колеса.

Производящее колесо имеет аксоид в виде конуса или плоскости. Конст­руктивно оно оформлено в виде планшайбы (люльки) зубострогального стан­ка, по которой движутся резцовые салазки (рис.15.2). Обработку ведут одним или двумя резцами, кромки которых при движении воспроизводят боковые стороны зуба или впадины производящего колеса. Если используются два од­новременно работающих резца, они движутся навстречу друг другу: один - к вершине конуса, другой - от верши­ны. В противном случае, сближаясь у вершины, они задевали бы друг за друга. Характерные особенности, от­личающие нарезание конических ко­лес от нарезания цилиндрических. Производящее колесо для нарезания конических зубчатых колес всегда имеет конечное число зубьев z_c, ко­торое обычно является дробным. Число зубьев z_c - условная расчетная величина, характеризующая скорость относительного движения ин­струмента и заготовки в процессе об­катки; режущие кромки инструмен­та, как уже было сказано, имити­руют только один зуб или одну впадину производящего колеса.

Рис.15.2. Зубострогание

Поскольку инструмент, нарезающий прямозубое коническое колесо яв­ляется “однозубым”, процесс нарезания характеризуют следующие особен­ности:

а) главное движение сообщается только одному зубу или одной впадине производящего колеса;

б) деление, т. е. переход к обработке следующего зуба ил и следующей впа­дины, не связано с обкаткой; обкатка, т. е. согласованное движение заго­товки и производящего колеса, после нарезания каждого зуба прерывается, и специальное делительное устройство станка осуществляет деление;

в) понятие об основном шаге инструмента теряет смысл; один и тот же комплект резцов можно использовать для нарезания колес с различными (в оп­ределенных пределах) модулями и основными шагами;

г) при нарезании двумя резцами, относительное расположение которых можно регулировать (как и при шлифовании цилиндрических колес двумя кругами), исчезает однозначная связь между толщиной зуба и параметрами поверхности впадин колеса; это существенно расширяет возможности геомет­рического синтеза передач.

Рис.16. Технологические методы профилирования зубьев

Различают следующие технологические методы профилирования зубьев: односторонний (рис.16, а), когда каждая сторона зуба нарезается от­дельно; двусторонний (рис.16, б), когда обе стороны впадины нарезаются одно­временно, одним и тем же инструментом; совмещенный, когда обе стороны впадины нарезаются двумя резцами, ра­ботающими одновременно в одной впадине (рис.16, в), или обе стороны зуба нарезаются одновременно двумя резцами, работающими в соседних впадинах (рис.16, г).

Преимущественное распространение имеет последний из указанных ме­тодов.

Не изменяя принципа обработки и указанных выше его характерных осо­бенностей, нарезание резцами можно заменить нарезанием двумя спаренными дисковыми фрезами на специальном станке (рис.17). Подачу вдоль линии зуба не производят, поэтому дно впадины получается вогнутым. При достаточ­но большом диаметре фрезы и длине зуба колеса, не превышающей 1/3 конус­ного расстояния, это обстоятельство не имеет существенного значения и гео­метрический расчет колес, нарезанных как фрезами, так и зубострогальными резцами, можно вести по одним и тем же формулам.

Боковые поверхности зубьев высонапряженных и высокоскоростных конических колес, прошедших химико-термическую обработку, шлифу­ют. Принципы работы зубошлифовальных станков и зубошлифовальных устройств к зубострогальным станкам не отличаются от принципов работы зубострогальных станков и геометрия шлифованных колес не отличается от гео­метрии колес, окончательно обработанных строганием (не считая незначитель­ных отличий в форме переходной кривой и положении граничной точки).

При больших передаточных отношениях z₂/z₁ > 4 профили зубьев коле­са z₂ имеют малую кривизну и становятся близкими к прямолинейным, а бо­ковые поверхности зубьев — близкими к плоскостям. Такое колесо можно на­резать методом копирования дисковыми фрезами пли круговыми протяжками с более высокой производительностью, чем при обкатке. Меньшее колесо z₁; кривизна профилей которого значительна, нарезают методом обкатки.

Коническую зубчатую передачу, у которой боковые поверхности зубьев меньшего колеса образованы производящей поверхностью в станочном зацеп­лении, а боковые поверхности зубьев большего колеса являются плоскими, называют полуобкатной передачей F (рис.17).

Рис.17. Нарезание конического колеса парными дисковыми фрезами. Полуобкатная передача