Зубчатые колеса. Материал и технические условия

Зубчатые колеса, применяемые в станкостроении, изготов­ляют из конструкционных и легированных сталей, реже из серого чугуна, бронзы и неметаллических материалов. Наибо­лее распространены зубчатые колеса из сталей следующих марок: углеродистых — 40, 45, 50; хромистых — 20Х, 35Х, 40Х; хромоникелевых — 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХН, 40ХН и др. Низ­коуглеродистые легированные стали используют для высоконагруженных зубчатых колес, но требуют термической обра­ботки — цементации и закалки.

Зубчатые колеса коробок скоростей подач, включаемые передвижением вдоль оси, долж­ны иметь закругленные зубья со стороны торца.

Основными требованиями, предъявляемыми к обработке зубчатых колес и шестерен, являются: а) концентричность на­чальной окружности и осевого отверстия; б) точность размера осевого отверстия; в) равномерность шага и толщины зубьев; г) параллельность образующих боковой поверхности зубьев к оси отверстия; д) правильность профиля зуба; е) перпендику­лярность торцов колеса к его отверстию; ж) чистота поверх­ности профиля зубьев  6— 9; з) чистота поверхности поса­дочного отверстия  7.

Зубчатые колеса в станкостроении изготовляются преиму­щественно по 2, 3-му классу точности. Зубчатые колеса, наре­заемые после термической обработки, должны иметь поверх­ностную твердость НВ 240—270. Твердость после цементации и термической обработки HRC 56—62.

Методы изготовления зубчатых колес

В качестве заготовок для зубчатых колес применяют штам­повки, поковки или отрезанные из проката штучные заго­товки.

Рис. 80. Схема обработки цилиндрических зубчатых колес долбяком-рейкой:

а — долбяк-рейка; б — схема крепления долбяка; в — схема обкатки зубча­тых колес и рейки

Распространен вариант, при котором предварительная обработка заготовки ведется на револьверном станке, далее осуществляют протягивание отверстия на протяжном станке и чистовое обтачивание наружной поверх­ности и торцов на токарном станке. Зубья на обточенных заготовках нарезают в основном двумя методами: копирования и обката. Сущность метода копирования состоит в том, что фа­сонным инструментом обрабатывают впадины между зубьями заготовки. При копировании режущему инструменту придают форму впадины между зубьями колеса. Зубонарезание мето­дом копирования можно выполнять: а) последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или паль­цевой фрезой на универсально-фрезерном станке; б) одновре­менным долблением всех зубьев колеса; в) круговым протя­гиванием. Метод копирования является неточным и малопро­изводительным, вследствие чего он применяется в индиви­дуальном и мелкосерийном производстве. Современным, точ­ным и высокопроизводительным способом изготовления зуб­чатых колес является нарезание зубьев по методу обката. При обработке зубьев по методу обката инструмент имеет форму зубчатой рейки (рис. 80), червяка (рис. 81) или зубчатого колеса, т. е. такой детали, которая могла бы работать в зацеп­лении с нарезаемым колесом. Нарезание зубьев методом об­ката может быть осуществлено: реечной гребенкой, червячной фрезой, круглым долбяком, зубострогальными резцами, рез­цовой головкой, а также накатыванием зубьев специальными накатными роликами горячим или холодным методом.

Типовой технологический процесс изготовления цилиндрического колеса в серийном производстве приведён в табл. 27.

Шевингование зубьев применяют для незакаленных колес. Этот способ обработки заключается в том, что обкаткой специального инструмента по зубчатому колесу, с поверхности зуба снимается припуск величиной 0,03—0,15 мм.

Рис. 81. Схема фрезерования зубьев цилиндрических зубча­тых колес червячной фрезой:

а — червячная фреза и заготовка; б — схема установки червячной фре­зы и заготовки

В качестве инстру­мента применяют круглый шевер (рис. 82) — зубчатое колесо, на поверхности зубьев которого прорезаны узкие канавки (глубиной 0,6 — 1,0 мм), образующие режущие кромки. Шевинго­вание позволяет получить зубчатые ко­леса с отклонением по профилю в пре­делах 0,01 мм, по шагу 0,005 мм, при чистоте поверхности 8— 9.

Рис. 82. Круглый шевер

При шевинговании обрабатываемое колесо закрепляется в центрах на столе станка (рис. 83, а), шевер закрепляется в шпинделе станка и получает вращение с окружной скоростью 80—100 м/мин. Зубчатое колесо приводится во враще­ние шевером. Стол станка имеет воз­вратно-поступательное движение в на­правлении оси колеса. Для резания ше­вером всей поверхности зуба столу станка сообщают продольную подачу 0,1—0,3 мм на один оборот обрабатываемого колеса.

В конце продольного хода столу сообщают поперечную (ради­альную) подачу 0,02—0,04 мм, а шевер меняет направление вра­щения для обработки другой боковой поверхности зуба колеса. Число ходов стола зависит от величины припуска — обработка происходит за 12—24 двойных хода стола. Время на обработку одного зуба колеса составляет 2—3 сек. В случае необходимости получить зубья бочкообразной формы (рис. 83,б), имеющие большое распространение в современных конструкциях зубчатых передач, необходимо применить специальные шеверы с вогнутым зубом, либо специальное качающееся приспособление на шевинговальном станке.

Шевингование прямозубых колес выполняют шеверами с ко­сыми зубьями, наклоненными к оси под углом 10—15°, а шевин­гование косозубых колес осуществляется прямозубыми и косозубыми шеверами с углом перекрещивания осей колеса и шевера 10—15°. Для охлаждения применяют масло веретенное. Экономи­чески шевингование — не дорогой способ обработки. Шевер об­рабатывает до 3000 зубчатых колес до его заточки и выдержи­вает 5—10 заточек. Шевер затачивают на обычных зубошлифовальных станках.

Рис. 83. Схема шевингования зубчатых колес:

а — шевер — шестерня; б — бочкообразный зуб

Таблица 27

Типовой технологический процесс изготовления цилиндрического зубчатого колеса

№ операции	Эскиз	Содержание операции	Оборудование
1		Подрезать торцы 1 и 2, сверлить отверстие 3 (20 41 А5), зенковать фаску 4, обточить до кулачков наружную поверхность 5.	Револьверный станок
2		Подрезать торцы 6 и 7, зенковать фаску 4, обточить до кулачков наружную поверхность 5.
3		Протянуть одновременно круглое и шлицевое отверстия 9 и 10	Протяжной станок мод. МА-1
4		Подрезать торцы 1, 2, 6, 7, обточить наружную поверхность 5, обточить фаску 11 и 12.	Многорезцовый токарный станок мод. 1А7_0
5		Нарезать зубья с припуском по толщине	Зубофрезерный станок мод. 5Д32
6		Закруглить зубья	Зубозакругляющий станок мод. 5А570
7	------	Термическая обработка - цементировать зубья (внутреннее отверстие изолировать)	-------
8		Шевинговать зубья	Шевинговальный станок мод. 5714
9	-------	Термическая обработка, закалка и отпуск	------
10	-------	Калибровать шлицевое отверстие	Пресс
11		Притереть зубья	Зубопритирочный станок мод. 573
12	-------	Промыть детали	------
13	-------	Окончательный контроль	------

Приработкой называется взаимное сглаживание неровностей в основном на закаленных зубчатых колесах, работающих по­парно. Находящиеся в зацеплении колеса вращают попеременно в разных направлениях. Поверхность колес поливается смесью керосина с веретенным маслом и абразивным мелкозернистым порошком. При вращении имеется осевое перемещение колес. Приработка производится для получения большего пятна каса­ния зубьев колес при работе.

Притирка обеспечивает относительно высокую степень точ­ности и чистоты поверхности зубьев (9— 10). Притирку зубь­ев производят после термической обработки на специальных станках, где инструментом служат притиры — чугунные зубча­тые колеса (НВ 180—220), находящиеся в зацеплении с обраба­тываемым зубчатым колесом и изготовленные с высокой точностью. Процесс притирки зубьев колес заключается в том, что обрабатываемое зубчатое колесо 2, установленное на прити­рочном станке обкатывают между тремя притирами 1, 3, 4, (рис. 84), один из которых имеет привод от электродвигателя станка. Ось притира 3 параллельна оси обрабатываемого колеса; оси двух притиров 1 и 4 составляют с осью колеса угол 3—4°, что увеличивает скольжение абразивных зерен по поверхности зубьев колеса. Притираемое зубчатое колесо в течение нескольких ми­нут вращается в одну, а затем в противоположную сторону. Для ускорения процесса притирки вращение пары сопровождается осевым и радиальным относительным перемещением притира и колеса (рис. 84, а). Притираемые зубья поливаются смесью масла с мелкозернистым электрокорундовым порошком или пастой ГОИ.

Скорость вращения 30—60 м/мин. Время обработки одного зуба в среднем 3—6 сек. Линией АБВ (рис. 84, б) обозначена траектория точек касания притираемого колеса с притирами.

Рис. 84. Схема притирки зубьев колес

Шлифование зубьев может быть осуществлено двумя мето­дами: обкатыванием или копированием. Шлифование зубьев об­катыванием основано на принципе зацепления колеса с зубчатой рейкой. Зубчатой рейкой служит профилированный дисковый или тарельчатый круг. По этому методу работают также на стан­ках с червячными и абразивными кругами.

Шлифование зубьев копированием производится шлифоваль­ным кругом, профиль которого соответствует профилю впадины обрабатываемого зубчатого колеса. Наибольшее применение на­ходит метод обкатывания, для осуществления которого применя­ются станки, работающие:

1. двумя тарельчатыми кругами (мод. 5851 и 5852);

2. коническим кругом (мод. 5831, 584М);

3. червячным кругом (мод. 5А830, 5А832 и др.);

4. плоским шлифовальным кругом (мод. 5892А, 5893).

Базами при шлифовании зубьев служат отверстие, выполнен­ное по A₁, а иногда и торцы (для больших колес).

Припуск при шлифовании зубьев на сторону должен нахо­диться в пределах:

Для колес с модулем до 2 мм 0,08—0,15 мм

» » с модулем от 2—5 мм 0,15—0,2 мм

» » » свыше 5 мм 0,2—0,3 мм

В среднем скорость резания при шлифовании принимается v = 2530 м/сек, подача s_peз = 0,030,1 мм/дв.ход. Число прохо­дов зависит от требуемой точности, жесткости станка, качества абразива и др.

Хонингование зубьев применяют для окончательной обработ­ки рабочих поверхностей зубьев закаленных зубчатых колес. Хонингование зубьев позволяет не только устранять видимые дефекты поверхности зубьев (забоины, заусенцы, риски), но и снизить погрешности основного шага и профиля, уменьшить биение по начальному диаметру, а также повысить чистоту по­верхности зубьев. В качестве режущего инструмента (хона) применяют косозубое цилиндрическое зубчатое колесо, изготов­ленное из специальной пластмассы, пропитанное абразивной смесью. Хонингование зубьев производится аналогично шевин­гованию. Процесс хонингования производится при плотном за­цеплении хона с обрабатываемым колесом, совершающим вращательное и возвратно-поступательное движение вдоль оси. Припуск под хонингование не должен превышать 0,025—0,05 мм, процесс должен вестись при обильном охлаждении.