Технология обработки зубчатых колёс.

            Зубчатые колёса редукторов бывают следующих типов: шестерня с центральным отверстием Рис.7.8; вал-шестерня Рис.7.9; блочные зубчатые колёса Рис.7.10.  На Рис.7.11 приведена конструкция блока зубчатых колёс в сборе. Типовые технологические процессы и последовательность изготовления зубчатых колёс и других аналогичных конструкций достаточно полно описывается в Справочнике технолога, - Изд. 3-е/ под ред. Г.А.Монахова, - М.; Машиностроение, 1963г., Обработка металлов резанием.

 Рассмотрим основные этапы изготовления зубчатых колёс. Укрупненная  последовательность технологического процесса изготовления любого зубчатого колеса может быть представлена   следующими этапами:                                          

   -     заготовительный;

-                  предварительная черновая обработка ;

-                  термическая обработка (по необходимости);

-                  чистовая обработка;

-                  нарезание зубьев;

-                  отделка зубьев;

-                  антикоррозионное покрытие и контроль.

.

Рис.7.8 Зубчатые колеса                                         Рис. 7.9 Вал- шестерня.

Рис7.10 Блоки зубчатых колес.

Рис.7.11 Блок зубчатых колёс сборный.

Учитывая, что в редукторе применяются зубчатые колёса и шестерни с модулем, от 0,4  до 1 мм и их размеры ограничены, а величина суммарного люфта в зацеплении не должна превышать 8-12 угловых минут, к зубчатым колёсам редуктора  предъявляются достаточно жёсткие требования по точности изготовления.  В частности, биение делительной окружности шестерни  рис.7.11 относительно посадочного диаметра  должно быть не более 0,016 мм.,,  а сопрягаемые поверхности обрабатываются по 6-7 квалитетам точности.

В качестве материала, для изготовления зубчатых колёс и шестерен, применяются нержавеющие марки сталей типа 03Х11Н10М2Т-ВД. Исходной заготовкой являются полуфабрикаты типа прутка.

В зависимости от конструкции зубчатого колеса в качестве заготовки могут использоваться  прутки, листы , поковки или штамповки, в зависимости от серийности производства и условий их работы. Если сравнить направление волокон и напряжения, возникающие в результате изгиба зуба колеса при изготовлении его из различных типов заготовок, то предпочтительней окажется заготовка  полученная осадкой прутка при горячей штамповке рис .7.12 в. Зубья шестерни работают на изгиб, в прутке волокна направлены вдоль его оси , а напряжения  действуют поперёк волокна и совпадают с плоскостью скольжения , что приводит к преждевременному разрушению зуба при достижении напряжений равных 50 – 70 %   от _в.На Рис.7.12 б заготовка штампуется из полосы, волокна в различных зубьях ориентированы по-разному, следовательно зубья оказываются неравнопрочными.

Рис. 7.12 Схема макроструктуры

зубчатых колес, изготовленных из различных заготовок.

7.3. Нарезание зубьев цилиндрических колёс и методы

отделочной обработки.

Образование зубьев при механической обработке возможно двумя основными методами: копированием и обкаткой.

Метод копирования предусматривает образование впадин между зубьями колеса инструментом имеющим точно такой же профиль. Методом копирования нарезают зубчатые колёса на горизонтально – или универсально – фрезерных станках дисковой модульной фрезой или пальцевой модульной фрезой на вертикально – фрезерных станках.

 Метод обкатки основан на зацеплении зубьев режущего инструмента с заготовкой при их перемещении относительно друг друга. При этом режущие кромки инструмента не совпадают по форме с профилем впадины между зубьями. В сравнении с методом копирования метод обкатки является более производительным и отличается большей точностью. Кроме того, одним и тем же инструментом можно обрабатывать зубчатые колёса с различным количеством зубьев, но одного модуля, что исключается при методе копирования.

            . Перед нарезанием зубьев заготовка подвергается термической обработке, однако твёрдость материала не должна превышать более 32…35 HRC. В зависимости от метода обработки режущий инструмент и заготовка, в процессе нарезания зубьев, совершают различные перемещения. Метод копирования позволяет нарезать зубья  на фрезерном станке фасонной дисковой  или  концевой фрезой (Рис.7.13 а,.). Формирование  впадины между зубьями осуществляется при перемещении инструмента в одном направлении, называемым рабочим ходом. Возврат инструмента в исходное положение называется холостым ходом. Поворот заготовки на угол равный шагу между зубьями осуществляется с помощью универсальной делительной головки. Метод даёт низкую точность и невысокую производительность вследствие дискретности процесса обработки. Недостатком данного метода является невозможность использования одного и того же инструмента для нарезания зубьев одного модуля на колёсах с различным количеством зубьев, т.е. требуется новая фреза с профилем соответствующим профилю впадины между зубьями..

Наиболее широкое применение нашёл второй метод нарезания цилиндрических колёс – метод обкатки., Операция нарезания зубьев выполняется на зубофрезерных или зубодолбёжных станках. При образовании зуба на зубофрезерном станке в качестве режущего инструмента применяется червячная фреза (Рис.7.13. б). Главным рабочим движением является: вращение фрезы V; перемещение фрезы вдоль заготовки S_в; ; вращение заготовки , согласованное с вращением фрезы S_кр. Зубчатые колёса , имеющие модуль  m2, можно фрезеровать за один проход начисто, а при       m2 – за два и более проходов. Степень точности при таком способе обработки 7…9, а чистота поверхности R_а=2,5 или  R_z=20.

в) 

Рис.7.13

Цилиндрические колёса с косыми зубьями нарезаются червячными фрезами, имеющими такой же угол наклона винтовой линии, что и у колеса. Зубофрезерование червячными фрезами отличается высокой производительностью за счёт непрерывности самого процесса и применяется для нарезания только цилиндрических колёс с наружным зацеплением и червячных колёс. При нарезании цилиндрических колёс с прямыми зубьями ось фрезы устанавливается под углом  относительно плоскости перпендикулярной оси вращения колеса и равным углу подъёма  режущей кромки  червячной фрезы.

Нарезание зубьев цилиндрических колёс на зубодолбёжных станках производится специальным инструментом «долбяком» по методу обкатки (Рис.7.13в). Данный способ позволяет обрабатывать зубчатые колеса,  как с внешним, так и с внутренним зацеплением, а так же нарезать блоки зубчатых колёс с малым расстоянием между венцами, так как  ни методом копирования ни фрезерования червячными фрезами не позволяют  нарезать зубья.  

В случае если расстояние между торцами колеса и шестерни, для блочных колёс (рис. 7.11)  равна 0 или меньше чем допускаемый выход долбяка, блочное зубчатое колесо выполняется сборным. Ширина канавки для выхода долбяка для колёс наружного и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями оговаривается ГОСТ 13754 – 68. Долбяк представляет собой колесо с режущими  эвольвентными зубьями. Конструктивное оформление долбяка может быть различным, основными являются дисковые, чашечные и хвостовые ГОСТ 9323 – 60. В процессе нарезания зубьев главным является возвратно – поступательное  движение  долбяка. Движение долбяка вниз является рабочим V_р, вверх – холостым V_х. Рабочее и холостое движение долбяка составляют двойной ход. Вращение долбяка (круговая подача долбяка S_кр.д.) и вращение заготовки (круговая подача заготовки S_кр.заг.) являются движением обкатки. Радиальным (поперечным) перемещением долбяка S_р достигается его врезание в заготовку на величину равную глубине впадины между зубьями.

Рассмотренные процессы долбления и фрезерования червячными фрезами по производительности часто оказываются равноценными. Однако нарезание зуба долблением обеспечивает несколько большую точность. Вместе с тем рассмотренные методы зубообразования не могут обеспечить 5…6 степень точности зубчатых колёс. Для увеличения степени точности вводятся дополнительные операции отделки.

 К отделочным операциям относятся: шевингование; хонингование; шлифование; притирка и обкатка.

Для отделки зубьев колёс, имеющих HRC35…37, применяются процессы шевингования и обкатки. Процесс шевингования заключается в срезании (соскабливании) с поверхности зубьев очень тонкого слоя материала, для исправления их погрешностей , специальным шевер – колесом. Шевер представляет собой колесо с косыми зубьями, на боковых поверхностях которых имеются режущие поперечные кромки. В процессе обкатки его режущие кромки  соскабливают с поверхности зуба стружку толщиной 0,05…0,01 мм. Шевингованием обрабатывают колёса с прямым и косым зубом, блоки колёс и колёса большого диаметра с внутренним зацеплением.( Рис7.14.).

Диаметр шевера должен быть больше диаметра колеса, что способствует уменьшению нагрузки на зуб шевера и повыщает размерную стойкостьинструмента. При обработке блока необходимо также соблюдение условия свободного прохождения шевера без касания колеса. Это условие будет выполняться, если выполняется неравенство

где А_шев-ш – межосевое расстояние между шевером и обрабатываемой шестернью;

а – растояние между венцами блока шестерни; с – разность между шириной шевера и шестерни. В зависимости от модуля изменяется угол наклона шевера: при m1,5 мм. =10⁰; при m1,5мм. =5⁰.

Обрабатываемое колесо закрепляется на специальном приспособлении, устанавливаемом на столе станка (Рис.7.14). Шевер 1 получает принудительное вращение и , находясь в зацеплении с колесом 2, вращает последнее. Колесо свободно установлено в центрах плиты 3, закреплённой на столе станка 4.

Зуб шевера.

Рис.7.14

Шевер представляет собой набор пластин с острыми режущими кромками на боковой поверхности зуба.

Для отделки поверхностей зубьев, имеющих повышенную твердость после операций цементации или азотирования, применяется процесс шлифования. Шлифованием устраняют значительные дефекты, полученные на предыдущих этапах обработки зубьев колёс. Шлифование цилиндрических зубчатых колёс производится двумя методами: копирования и обкатки. Метод копирования заключается в снятии припуска с боковой поверхности зубьев абразивным дисковым кругом, заправленным по профилю впадины обрабатываемого колеса (Рис.7.15.а). Вращающийся круг совершает возвратно -поступательные движения S_по. После каждого двойного хода (вперёд и назад) колесо поворачивается на один зуб и шлифуется следующая впадина. Данный метод пригоден только для шлифования прямозубых цилиндрических колёс.

Шлифование методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой (Рис7.15. б). Колесо совершает два согласованных между собой движения: возвратно – поступательное S_пр и возвратно – вращательное S_кр. Зубья обрабатываются тарельчатыми абразивными кругами, торцы которых расположены по касательной к их боковой поверхности.

Боле перспективным методом шлифования является шлифование абразивным червячным инструментом (Рис.7.15в). Этим методом можно шлифовать как прямозубые, так и косозубые цилиндрические колёса. Однако все методы шлифования не могут быть использованы для обработки закрытых зубчатых колёс.

Одним из процессов отделки поверхностей закалённых зубчатых колёс является метод зубохонингования, при котором с поверхности зуба снимается слой материала 0,01…0,03 мм. Процесс аналогичен процессу шевингования, только вместо шевер – колеса применяется абразивное колесо, при этом уменьшается шум от зацепления с другими колёсами при работе редуктора.

Рис.7.15

Для повышения качества поверхности зубьев применяется процесс зубопритирки. Процесс применяется для закаленных зубчатых колёс. В качестве притиров используются чугунные зубчатые колёса с прямыми или косыми зубьями. (Рис. 7.16.). Оси двух притиров скрещиваются с осью колеса, а ось третьего притира – параллельна  оси колеса. Скрещивание осей притира и колеса вызывает относительное продольное скольжение зубьев. Обрабатываемое колеср вращается и приводит во вращение притиры. Одновременно колесо совершает возвратно- поступательное движение S_пр вдоль своей оси. Таким образом, обеспечивается обработка зуба на всю его ширину.

Рис. 7.16.Схема зубопритирки.