Детали машин

Детали машин

Конструкции зубчатых колес

В зависимости от назначения, размеров и технологии получения заготовки зубчатые колеса могут иметь различную конструкцию.

Цилиндрические и конические шестерни выполняют заодно целое с валом (вал-шестерня). Это связано с малыми размерами шестерен и с тем, что раздельное изготовление снижает точность и увеличивает стоимость производства вследствие увеличения числа посадочных поверхностей, требующих точной обработки, а также вследствие необходимости применения соединений (шлицевых, шпоночных), снижающих точность передачи и прочностные свойства элементов механизма.

Насадные шестерни применяют при больших диаметрах и в тех случаях, когда они должны перемещаться вдоль вала по условиям работы или сборки.
При диаметре d_а ≤ 150 мм колеса изготавливают в форме сплошных дисков из проката или из поковок (рис. 1).
Зубчатые колеса диаметром менее 500 мм получают ковкой (рис. 2), отливкой (рис. 3,а) или сваркой (рис. 3,б).
Колеса диаметром боле 500 мм выполняют отливкой или сваркой.

Иногда зубчатые колеса выполняют в виде узлов, образуемых сборкой отдельных частей (рис. 4). Так, венцы колес могут быть напрессованы на ступицу (бандажированные колеса) (рис. 4,а), крепиться резьбовым соединением (свертные колеса) (рис. 4,б) или приклепываться (клепаные колеса) (рис. 4,в).
Бандажированные, свертные или клепаные колеса применяют в целях экономии легированных сталей или цветных металлов, если таковые используются при изготовлении колеса.

Изготовление зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают ковкой в штампах или свободной ковкой, реже литьем в зависимости от размеров, материала, формы и масштаба выпуска. Зубья эвольвентных колес изготавливают так, чтобы каждое колесо могло входить в зацепление с колесами того же модуля, имеющими любое число зубьев.
Зубья получают нарезанием или накатыванием.

Нарезание зубьев выполняют одним из двух методов – копированием или обкаткой.

Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами (рис. 5): дисковыми (а) или концевыми (б). После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления. Профиль впадины является копией профиля режущих кромок фрезы, отсюда и название – метод копирования.
Точность нарезаемых зубьев невысокая, метод является малопроизводительным, поэтому его применяют, преимущественно, в ремонтном производстве.

Метод обкатки имеет основное применение. Нарезание зубьев по этому методу основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент – червячная фреза (рис. 6,а), долбяк (рис. 6,б) или реечный долбяк – гребенка (рис. 8.).

Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса.
Нарезание зубьев червячными фрезами широко применяют для изготовления колес с внешним расположением зубьев.
Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют долбяки.

Гребенками (см. рис. 8) нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления.
Нарезание зубьев конических колес методом обкатки производят строганием (рис. 7,а), фрезерованием (рис. 7,б), резцовыми головками.

Накатывание зубьев применяют в массовом производстве. Предварительное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производят горячим накатыванием. Венец стальной заготовки нагревают токами высокой частоты (ТВЧ) до 1200 ˚С, а затем обкатывают между колесами-накатниками. При этом на венце выдавливаются зубья. Для получения колес более высокой точности производят последующую механическую обработку зубьев или холодное накатывание – калибровку. Холодное накатывание зубьев применяют при модуле до 1 мм.

Накатывание зубьев – высокопроизводительный метод изготовления колес с минимальным отходом металла в стружку.

Отделка (доводка) зубьев

Зубья колес точных зубчатых передач после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Шевингование применяют для тонкой обработки незакаленных зубьев.
Выполняют специальным инструментом – шевером, имеющим вид зубчатого колеса с узкими канавками на поверхности зубьев. Вращаясь в зацеплении с обрабатываемым колесом, шевер снимает режущими кромками канавок волосообразную стружку с зубьев колеса, доводя его форму до требуемой точности.

Шлифование применяют для обработки закаленных зубьев. Выполняют шлифовальными кругами способом копирования или обкатки.

Притирку используют для отделки закаленных зубьев колес. Выполняют притиром – чугунным точно изготовленным колесом с использованием притирочных паст.

Обкатку применяют для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес. В течение 1…2 минут зубчатое колесо обкатывают под нагрузкой с эталонным колесом высокой твердости.

Скольжение при взаимодействии зубьев

При работе колес зацепление двух зубьев происходит по рабочим участкам профилей, при этом рабочие участки профилей одновременно перекатываются и скользят друг по другу. Скольжение вызвано тем, что за один и тот же промежуток времени контактируют участки головок большей длины с соответствующими им участками ножек зубьев меньшей длины. Скорость скольжения зубьев в крайних точках зацепления имеет максимальное значение, и равна нулю в полюсе зацепления, при этом при переходе точки зацепления через полюс скорость скольжения меняет знак (рис. 10).

Точки профилей головок зубьев имеют бόльшие касательные скорости, чем точки ножек, следовательно, поверхности головок являются опережающими. Бόльшему изнашиванию подвержена ножка, меньшему – головка, что приводит к искажению профиля зуба, особенно в открытых передачах.

Неравномерное скольжение зубьев является недостатком эвольвентного зацепления. Малые значения скорости скольжения в околополюсной зоне увеличивают коэффициент трения в этой зоне, что создает предпосылки для выкрашивания рабочих поверхностей зубьев в результате контактных напряжений.

Влияние числа зубьев на форму и прочность зуба

Изменение числа зубьев приводит к изменению формы зуба. У рейки с числом зубьев z стремящимся к бесконечности зуб прямобочный (рис. 11,а); с уменьшением количества зубьев увеличивается кривизна эвольвентного профиля, а толщина зуба у основания и вершины уменьшается.

При уменьшении количества зубьев ниже предельного появляется подрез ножки зуба режущей кромкой инструмента (рис. 11, в), в результате чего прочность зуба резко снижается. Из-за среза части эвольвенты у ножки зуба (рис. 12) уменьшается длина рабочего участка профиля, в результате чего понижается коэффициент перекрытия ε_α и возрастает изнашивание.

Чтобы исключить подрезание ножки зуба при малом z инструментальной рейке необходимо сообщить смещение x_m (рис. 13, а), при котором вершина ее зуба выйдет из зацепления с зубом колеса 2 в точке S и эвольвента профиля получится полной, не подрезанной (рис. 13, б). При этом избыточная часть рейки не будет подрезать зуб.

Величину x_m называют абсолютным смещением рейки, величину x – относительным смещением рейки, или коэффициентом смещения.

Минимальное количество зубьев шестерни, у которой исключено подрезание зубьев без смещения рейки (т. е. при x = ) можно определить по формуле:

При α_w = 20˚ минимальное количество зубьев z_min = 17.

С увеличением количества зубьев возрастает коэффициент перекрытия ε_α , повышается плавность работы передачи, уменьшаются потери на трение и стоимость изготовления колес. Оптимальное количество зубьев колес, используемых в зубчатых передачах и редукторах, принимают равным z_min = 18…35.

Зубчатые передачи со смещением

Передачу со смещением образуют зубчатые колеса, у которых нарезание зубьев осуществляют со смещением рейки на величину x_m (рис. 13). Изменение формы зуба по сравнению с исходным зацеплением при нарезании со смещением называют модификацией профиля.
Модифицированный профиль зуба очерчивается другим (смещенным) участком той же эвольвенты, что и профиль немодифицированного зуба.

Модификацию применяют:
— для устранения подрезания зубьев шестерни при малом количестве зубьев;
— для повышения изгибной прочности зубьев, что достигается увеличением их толщины;
— для повышения контактной прочности, что достигается увеличением радиуса кривизны в полюсе зацепления;
— для получения заданного межосевого расстояния передачи.

Положительным называют смещение рейки от центра зубчатого колеса, отрицательным – к центру.
При положительном смещении увеличивается толщина зуба у основания (рис. 14), что повышает его прочность на изгиб, но при этом заостряется головка зуба, что ограничивает величину смещения инструмента при нарезании.
При отрицательном смещении имеет место обратное явление.

У зубчатых колес со смещением толщина зуба и ширина впадины по делительной окружности неодинаковы, но в сумме остаются равными шагу р .

В зависимости от сочетания смещений при нарезании зубьев парных зубчатых колес модификация бывает высотной и угловой.

Высотная модификация

При высотной модификации шестерню изготовляют с положительным коэффициентом смещения, а колесо – с отрицательным, при этом абсолютные величины смещений должны быть равны, в результате чего суммарный коэффициент смещения будет равен нулю. Такие передачи называют равносмещенными.
При высотной модификации зубчатой пары диаметры делительных окружностей шестерни и колеса совпадают, как и в передаче без смещения, следовательно, межосевое расстояние, коэффициент перекрытия и угол зацепления остаются неизменными. Общая высота зубьев также не меняется по сравнению с ее нормальным значением, но изменяется соотношение между высотой головок и ножек зубьев. Поэтому такая модификация и называется высотной.

Высотную модификацию применяют при малом числе зубьев шестерни и большом передаточном числе, когда требуется обеспечить такие формы зубьев шестерни и колеса, при которых они будут примерно равнопрочными на изгиб.

Угловая модификация

Угловая модификация является общим случаем модифицирования, при котором суммарный коэффициент смещения пары колес не равен нулю, т. е. смещение у шестерни и у колеса неодинаковы по абсолютной величине.
Угловая модификация по сравнению с высотной дает значительно бόльшие возможности влиять на различные параметры зацепления (межосевое расстояние, угол зацепления, угол перекрытия и т. п.), поэтому она применяется чаще.

Модифицированные зубчатые колеса изготавливают тем же стандартным инструментом и на том же оборудовании, что и немодифицированные. Для получения нормальной высоты зуба диаметры заготовок соответственно увеличивают или уменьшают на величину удвоенного смещения инструмента.
Иногда модифицированные колеса называют корригированными (устаревшая терминология).

Точность зубчатых передач

При изготовлении зубчатых передач неизбежны погрешности, которые выражаются в радиальном биении зубчатого венца, отклонениях шага, профиля зуба, соосности осей колес, колебании межосевого расстояния и др.
Эти погрешности приводят к повышенному шуму во время работы передачи, потере точности вращения ведомого колеса, нарушению правильности и плавности зацепления, повышению динамичности и снижению равномерности распределения действующей в зацеплении нагрузки по длине контактных линий и, в конечном счете, определяют ресурс и работоспособность передачи.

Тем не менее, выполнять зубчатые передачи со слишком высокой точностью не всегда целесообразно, поскольку это приводит к удорожанию механизма в целом. Поэтому стандартом регламентируется точность зубчатых колес и передач в зависимости от их назначения и условий работы.
Допуски на цилиндрически зубчатые передачи определяются стандартом ГОСТ 1643–81.

Этим стандартом установлено 12 степеней точности зубчатых колёс и передач: 1, 2, 3 … 12 в порядке убывания точности. Для степеней точности 1 и 2 и 12 допуски стандартом не предусмотрены (для перспективы).

Наибольшее распространение имеют 6,7, 8 и 9-я степени точности: 6-я степень соответствует высокоточным скоростным передачам, 7-я – передачам нормальной точности, работающим с повышенными скоростями и умеренными нагрузками или с умеренными скоростями и повышенными нагрузками, 8-я передачам общего машиностроения пониженной точности, 9-я – тихоходным передачам машин низкой точности.

Для каждой степени точности установлены независимые нормы допускаемых отклонений параметров, определяющих:

• кинематическую точность колёс и передачи (регламентирует погрешность углов поворота зацепляющихся пар колес за один оборот);
• плавность работы (регламентирует колебания скорости за один оборот колеса, вызывающие шум и динамические нагрузки);
• контакт зубьев зубчатых колёс в передаче (регламентирует концентрацию нагрузки на зубьях, определяющую работоспособность силовых передач).

Также ГОСТ 1643–81 устанавливает шесть видов сопряжений определяющих гарантированный боковой зазор между неконтактирующими поверхностями смежных зубьев.
Боковой зазор необходим для предотвращения заклинивания зубьев передачи от нагрева, размещения смазочного материала и обеспечения свободного вращения колес.
Размер зазора задают видом сопряжения зубчатых колес в передаче: Н – нулевой зазор, Е –малый зазор, D и С – уменьшенные зазоры, В – нормальный зазор, А – увеличенный зазор.
В общем машиностроении чаще всего применяют вид сопряжения В, а для реверсивных передач – С.
Получение боковых зазоров связано с точностью изготовления колес.

Метод копирования зубчатых колес

При применении метода копирования, все впадины между зубьями на изделии обрабатываются с помощью инструмента. Инструмент имеет форму, которая полностью идентична профилю выемки колёса. В качестве инструмента используют пальцевые или фасонные дисковые фрезы. Обработка производится на фрезерном станке с использованием делительных головок.

Процесс получения зуба точного профиля при обработке всех зубчатых колёс с необходимым количеством зубьев и модулей, подразумевает использование специальной фрезы. Этот процесс требует некоторого количества фрез, в связи с этим применяют наборы из восьми фасонных фрез дискового типа для каждого блока зубьев. Для обработки более точного класса используют набор, состоящий из 26 либо 15 фрез.

Все фрезы набора применяются для производства зубчатого колёса с определённым числом зубьев в заданных пределах. Размеры фрезы рассчитывают по минимальному количеству зубьев интервала, в связи с этим при имеющемся большем числе зубьев, фреза срежет остаточный материал. При расчёте по среднему количеству зубьев имеющегося интервала, происходит заклинивание колес, так как меньший диаметр зубьев получится более толстого диаметра.

Способ нарезания зубчатых механизмов пальцевыми, фасонными дисковыми фрезами достаточно неточен и обладает малой производительностью. Метод используют довольно редко, как правило, при черновых операциях.

Форма зуба

Зацепления различаются по профилю и типу зубьев. По форме зуба различают эвольвентные, круговые и циклоидальные зацепления. Наиболее часто используемыми являются эвольвентные зацепления. Они имеют технологическое превосходство. Нарезка зубьев может производиться простым реечным инструментом. Эти зацепления характеризуются постоянным передаточным отношением, не зависящим от смещения межцентрового расстояния. Но при больших мощностях проявляются недостатки, связанные с небольшим пятном контакта в двух выпуклых поверхностях зубьев. Это может приводить к поверхностным разрушениям и выкрашиванию материала поверхностей.

В круговых зацеплениях выпуклые зубья шестерни сцепляются с вогнутыми колесами и пятно контакта значительно увеличивается. Недостатком этих передач является то, что появляется трение в колёсных парах. Виды зубчатых колёс:

1. Прямозубые. Это наиболее часто используемый вид колёсных пар. Контактная линия у них параллельна оси вала. Прямозубые колёса сравнительно дешевы, но максимальный передаваемый момент у них меньше, чем у косозубых и шевронных колёс.
2. Косозубые. Рекомендуется применять при больших частотах вращения, они обеспечивают более плавный ход и уменьшение шума. Недостатком является повышенная нагрузка на подшипники из-за возникновения осевых усилий.
3. Шевронные. Обладают преимуществами косозубых колёсных пар и не нагружают подшипники осевыми силами, так как силы направлены в разные стороны.
4. Криволинейные. Применяются при больших передаточных отношениях. Менее шумные и лучше работают на изгиб.

Прямозубые колёсные пары имеют наибольшее распространение. Их легко проектировать, изготавливать и эксплуатировать.

Îñíîâíûå ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äëÿ âûïîëíåíèÿ çàãîòîâêè øåñòåðíè. Íàçíà÷åíèå äåòàëè è åå ïîâåðõíîñòåé, õàðàêòåðèñòèêà ìåòàëëà è åãî òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà. Îïðåäåëåíèå ïðîìåæóòî÷íûõ ðàçìåðîâ çàãîòîâêè, âûáîð ðåæóùèõ èíñòðóìåíòîâ

Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.

Ââåäåíèå

øåñòåðíÿ ðåæóùèé ìåòàëë òåðìè÷åñêèé

 äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû îñíîâíûå ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà äëÿ äåòàëè — øåñòåðíÿ.

Íà îñíîâå ÷åðòåæà äåòàëè áûëî âûïîëíåíî: àíàëèç òåõíîëîãè÷åñêîé êîíñòðóêöèè; âûáîð çàãîòîâêè (âûïîëíåí ÷åðòåæ) ñ íàçíà÷åíèåì ïðèïóñêîâ è îòêëîíåíèé; ñïðîåêòèðîâàí òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ (çàïîëíåíà òåõíîëîãè÷åñêàÿ äîêóìåíòàöèÿ); âûáðàíû ðåæóùèé è âñïîìîãàòåëüíûé èíñòðóìåíòû; âûáðàíû ðåæèìû îáðàáîòêè; íàçíà÷åíû íîðìû âðåìåíè .

Òðåáóåìûå òåõíîëîãè÷åñêèå ðàñ÷åòû ïðèâåäåíû â ïîÿñíèòåëüíîé çàïèñêå.  ïðîöåññå ïðîåêòèðîâàíèÿ çàïîëíåíà òåõíîëîãè÷åñêàÿ äîêóìåíòàöèÿ (ïðèâåäåíà â êîíöå ïîÿñíèòåëüíîé çàïèñêè).

1. Íàçíà÷åíèå äåòàëåé è åå ïîâåðõíîñòåé

Äåòàëü øåñòåðíÿ 60640 (1) âõîäèò â ñîñòàâ êîðîáêè ïåðåäà÷ ñàìîõîäíîãî êîìáàéíà ÑÊ-4.

Êîðîáêà ïåðåäà÷ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ èçìåíåíèÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà äâèãàòåëÿ ïðè îäíîâðåìåííîì èçìåíåíèè îáîðîòîâ âûõîäíîãî âàëà, äëèòåëüíîãî îòñîåäèíåíèÿ äâèãàòåëÿ îò îñòàëüíûõ óçëîâ òðàíñìèññèè êîìáàéíà. Êîðîáêà ïåðåäà÷ èìååò òðè ïåðåäà÷è ïåðåäíåãî õîäà è îäíó çàäíåãî õîäà.

Äàííàÿ äåòàëü ÿâëÿåòñÿ ïðîìåæóòî÷íîé øåñòåðíåé. Øåñòåðíÿ 1 ëåâîé ñòîðîíîé çóá÷àòîãî âåíöà íàõîäèòñÿ â ïîñòîÿííîì çàöåïëåíèè ñ øåñòåðíåé 2 ïðîìåæóòî÷íîãî âàëà è ñ øåñòåðíåé 3 ïåðåäàòî÷íîãî âàëà êîðîáêè.

Ëåâûé òîðåö øåñòåðíè óïèðàåòñÿ â áóðòèê âàëà 4, à ïðàâûé òîðåö ñîïðèêàñàåòñÿ ñ ëåâûì òîðöîì øåñòåðíè 2.

Ðèñóíîê 1.1 — Êîðîáêà ïåðåäà÷ (ôðàãìåíò)

2. Õàðàêòåðèñòèêà ìàòåðèàëà äåòàëè

Äåòàëü èçãîòîâëåíà èç ñòàëè 18ÕÃÒ ÃÎÑÒ 4543-71. Ñòàëü ëåãèðîâàííàÿ êîíñòðóêöèîííàÿ êà÷åñòâåííàÿ, ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé, ðàáîòàþùèõ íà áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ è âûñîêèõ óäåëüíûõ äàâëåíèÿõ ïðè íàëè÷èè óäàðíûõ íàãðóçîê â óñëîâèÿõ ïîâûøåííîãî èçíîñà. Èçãîòàâëèâàþò øåñòåðíè, êóëà÷êîâûå ìóôòû, âòóëêè, øïèíäåëè, ðàáîòàþùèå â ïîäøèïíèêàõ ñêîëüæåíèÿ, ÷åðâÿêè, îïðàâêè, øëèöåâûå âàëèêè è ò.ï.

Ñòàëü öåìåíòóåìàÿ, ïîñëå öåìåíòàöèè äåòàëü ïîäâåðãàåòñÿ çàêàëêå è îòïóñêó, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ òâåðäîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ è ìÿãêóþ ñåðäöåâèíó è ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü äåòàëè íà èçãèá.

Òàáëèöà 2.1 — Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ìàòåðèàëà äåòàëè â ïðîöåíòàõ

18ÕÃÒ ÃÎÑÒ 4543-71

Òàáëèöà 2.2 — Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàòåðèàëà äåòàëè â ñîñòîÿíèè ïîñòàâêè

18ÕÃÒ ÃÎÑÒ 4543-71

Òàáëèöà 2.3 — Ðåæèìû òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè

Òåìïåðàòóðíûé ðåæèì, îÑ

âîçäóõ èëè âîäà

286..444 ÍÂ 45 HRC

Òàáëèöà 2.4 — Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàòåðèàëà äåòàëè ïîñëå òåðìîîáðàáîòêè

18ÕÃÒ ÃÎÑÒ 4543-71

3. Âûáîð çàãîòîâêè è åå ïðîåêòèðîâàíèå

Âûáîð çàãîòîâêè çàâèñèò îò ìàòåðèàëà, ðàçìåðîâ, ôîðìû, óñëîâèé ðàáîòû, à òàê æå ìàñøòàáà ïðîèçâîäñòâà.

Øåñòåðíÿ èçãîòîâëåíà èç ëåãèðîâàííîé ñòàëè 18ÕÃÒ ÃÎÑÒ 4543-71 , èìååò ïðîñòóþ êîíôèãóðàöèþ. Äåòàëü èìååò âíóòðåííèé äèàìåòð áîëüøå ïîëîâèíû íàðóæíîãî äèàìåòðà d > 0.5D (72 > 0.5?114.8) è âûñîòà H Общие сведения о способах зубообработки

На рис. 15.1 представлены наиболее широко применяемые виды зубчатых передач:

• 1) цилиндрическая прямозубая;
• 2) цилиндрическая косозубая;
• 3) шевронная;
• 4) реечная;
• 5) цилиндрическая с внутренним зацеплением;
• 6) с круговыми зубьями;
• 7) коническая прямозубая;
• 8) коническая косозубая;
• 9) коническая со спиралевидными зубьями;
• 10) гипоидная.

Среди перечисленных видов зубчатых передач наиболее распространены цилиндрические передачи, поскольку они наиболее просты в изготовлении и эксплуатации, надежны и имеют небольшие габариты. Зубчатые колеса прямозубые, косозубые, шевронные и с круговыми зубьями отличаются друг от друга различным расположением зубьев на венце колес.

Шевронные зубчатые колеса можно условно представить как спаренные косозубые колеса, имеющие противоположный угол наклона зубьев. Это позволяет избежать осевых усилий на валы и подшипники опор, неизбежно появляющиеся при использовании в конструкции механизмов обычных косозубых передач.

Рис. 15.1. Виды зубчатых передач

Рис. 15.2. Арочная зубчатая передача

Частным случаем передачи с круговыми зубьями является арочная передача (рис. 15.2). Зубья располагаются симметрично относительно обоих торцов. Арочная передача напоминает шевронную с едиными, а не сборными колесами.

Используемые в настоящее время колеса по характеру профиля зубьев можно разделить на эвольвентные и прочие, в частности те, которые появились в современной технике позднее эвольвентных в попытках найти им альтернативу.

Эвольвентное зацепление для зубчатых передач было предложено в 1760 г. российским ученым Леонардом Эйлером.

За более чем 250-летнюю историю своего существования и развития эвольвентное зацепление стало наиболее изученным и технологически оснащенным. Несмотря на попытки заменить его, предпринимавшиеся в разные годы его существования, оно продолжает сохранять ведущее место среди всех видов зубчатых передач.

Объяснение этому состоит в том, что колеса с эвольвентным профилем имеют целый ряд конструктивных и технологических положительных качеств:

• — профили обоих зацепляющихся колес являются кривыми одного типа;
• — колесо определенного модуля может входить в зацепление с колесами этого модуля, имеющими любое число зубьев;
• — передача осуществляется в значительной степени путем качения поверхностей зубьев передачи;
• — зуборезный инструмент определенного модуля (червячная фреза и долбяк) нарезает любое число зубьев колес;
• — профиль зубьев режущих инструментов удобен для изготовления и контроля и может быть как прямолинейным, как у рейки (червячной фрезы), так и эвольвентным, как у зубчатого колеса (долбяка);
• — зацепление допускает значительные отклонения межосевых расстояний.

В качестве некоторого недостатка зубчатых передач с эвольвентным профилем можно отметить повышенные контактные напряжения, возникающие по линии контакта двух выпуклых сторон парных эвольвентных профилей. Это обстоятельство ограничивает несущую способность передач, так как не позволяет передавать чрезмерно большие вращающие моменты.

Многочисленные попытки найти решение повышения работоспособности передач отказом от эвольвентного зацепления до настоящего времени не увенчались успехом. Увеличения площади контакта можно достигнуть только за счет придания профилям зубьев двух совершенно разных геометрических поверхностей, что сразу лишает зубчатые передачи многих достоинств эвольвентного зацепления.

В некоторых механизмах и приборах иногда применяют циклоидные и энициклоидные зацепления. У этих видов зацепления профили зубьев очерчены по эпициклоиде и гипоциклоиде, но линиям, которые являются траекториями точек внешней и внутренней вспомогательных окружностей, катящихся без скольжения по неподвижной начальной окружности. Кроме сложности изготовления, зацепления совершенно нетерпимы к колебаниям межосевого расстояния.

Рис. 15.3. Зацепление Новикова

Решая проблемы проектирования тяжелых машин, М. Л. Новиков в 1954 г. разработал зацепление, в котором выпуклые зубья шестерни зацепляются с вогнутыми зубьями колеса (рис. 15.3). Такое зацепление возможно лишь для косых зубьев. Первоначально был разработан вариант конструкции, в котором зубья меньшего ведущего колеса были выпуклыми, а зубья ведомого колеса были вогнутыми, передача имела одну линию зацепления.

Выпуклый и вогнутый профили (обычно круговые) имеют близкие по абсолютной величине радиусы кривизны. За счет этого увеличилась площадка контакта и уменьшились контактные напряжения, что создало предпосылки передачи больших вращающих моментов.

При этом пришлось пожертвовать основным достоинством эвольвент- ного зацепления — качением профилей зубьев друг по другу. Соответственно, увеличилось трение в зубьях, снизился КПД. В дальнейшем передачи Новикова были усовершенствованы, за счет придания каждому зубу колеса выпукло-вогнутого профиля (рис. 15.4). В ней зубья обоих колес имеют вогнутые ножки и выпуклые головки. Удвоилось число линий зацепления, благодаря чему такие передачи приобрели еще большую несущую способность.

Рис. 15.4. Зубья колес Новикова

Зубья в передачах Новикова располагаются на цилиндре по винтовой линии. За счет выбора угла наклона зуба линия зацепления параллельна оси.

В технической литературе отмечается, что к достоинствам таких зубчатых передач относятся: пониженные контактные напряжения, благоприятные условия для образования масляного клина, возможность применения колес с малым числом зубьев (zt

Однако опыт многолетней эксплуатации передач Новикова выявил их явные недостатки:

• — более сложную технологию изготовления за счет использования зуборезного инструмента с профилями криволинейной конфигурации;
• — наличие значительных осевых нагрузок на подшипники из-за использования винтовых зубьев с большими углами подъема винтовой линии;
• — склонность зубьев винтовых колес к излому у торца при входе в зацепление.

Возможно, потенциал использования колес Новикова пока не исчерпан, но современное редукторостроение активно возвращается к эвольвентным передачам.

На рис. 15.5 представлены трехмерная модель цилиндрического зубчатого колеса с эвольвентным профилем на стадии зубонарезания и пример чертежа.

Рис. 15.5. Модель и чертеж цилиндрического зубчатого колеса

Зубчатые колеса во многих механизмах служат для передачи вращения от двигателя к рабочему органу, придают рабочему органу требуемую скорость вращения и изменяют величину крутящего момента. Скорость вращения колес в зацеплении v в современных редукторах может достигать десятков метров в секунду:

где т — модуль колеса, мм; z — число зубьев; п — частота вращения, об/мин.

Крутящий момент равен

где Р — мощность на валу, кВт; ш =—угловая скорость, с-1.

Содержание

• 1 Цилиндрические зубчатые колёса
  • 1.1 Продольная линия зуба
    • 1.1.1 Прямозубые колёса
    • 1.1.2 Косозубые колёса
    • 1.1.3 Шевронные колеса
  • 1.2 Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
  • 1.3 Секторные колёса
  • 1.4 Колёса с круговыми зубьями
• 2 Конические зубчатые колёса
• 3 Реечная передача (кремальера)
• 4 Коронные колёса
• 5 Другие
• 6 Изготовление зубчатых колёс
  • 6.1 Метод обката
    • 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки
    • 6.1.2 Метод обката с применением червячной фрезы
    • 6.1.3 Метод обката с применением долбяка
  • 6.2 Метод копирования (Метод деления)
  • 6.3 Горячее и холодное накатывание
  • 6.4 Изготовление конических колёс
  • 6.5 Моделирование
• 7 Ошибки при проектировании зубчатых колёс
  • 7.1 Подрезание зуба
  • 7.2 Заострение зуба
• 8 В природе
• 9 В геральдике
• 10 См. также
• 11 Ссылки
• 12 Примечания
• 13 Литература

Содержание

• 1 Цилиндрические зубчатые колёса
  • 1.1 Продольная линия зуба
    • 1.1.1 Прямозубые колёса
    • 1.1.2 Косозубые колёса
    • 1.1.3 Шевронные колеса
  • 1.2 Зубчатые колёса с внутренним зацеплением
  • 1.3 Секторные колёса
  • 1.4 Колёса с круговыми зубьями
• 2 Конические зубчатые колёса
• 3 Реечная передача (кремальера)
• 4 Коронные колёса
• 5 Другие
• 6 Изготовление зубчатых колёс
  • 6.1 Метод обката
    • 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки
    • 6.1.2 Метод обката с применением червячной фрезы
    • 6.1.3 Метод обката с применением долбяка
  • 6.2 Метод копирования (Метод деления)
  • 6.3 Горячее и холодное накатывание
  • 6.4 Изготовление конических колёс
  • 6.5 Моделирование
• 7 Ошибки при проектировании зубчатых колёс
  • 7.1 Подрезание зуба
  • 7.2 Заострение зуба
• 8 В природе
• 9 В геральдике
• 10 См. также
• 11 Ссылки
• 12 Примечания
• 13 Литература

Решения Okuma в области зубообработки

Наиболее распространенным типом механических передач в машиностроении являются зубчатые передачи. Зубчатые колеса находят свое применение практически во всех областях машиностроения: станко-, судо-, автомобилестроении, производстве сельскохозяйственной техники, а также в приборостроении и часовой индустрии. В зависимости от области применения отличаются и тип, и точность изготовления, и размеры зубчатых колес — с диаметром от долей миллиметра в приборостроении, до 12-18 метров в судостроении и горнодобывающем оборудовании.

Наряду с многочисленными преимуществами зубчатых зацеплений традиционно как основной недостаток выделяют сложность в изготовлении зубчатых колес. Далее мы поведем разговор в основном о способах обработки зубчатых колес с эвольвентным профилем как наиболее распространенного типа зубчатых колес. Классическая технология изготовления зубчатого колеса или вал-шестерни включает токарные, фрезерные, протяжные, зубофрезерную или зубодолбежную операции, а также операции зубошевингования и зубозакругления, термообработку, зубошлифовальние. Это сложный процесс, в котором задействовано различное оборудование. Необходимость в специальном зубообрабатывающем оборудование, часто заставляет предприятия выносить зубообработку на внешнюю кооперацию. В статье мы представим те решения, которые компания «Пумори-инжиниринг-инвест» может предложить для изготовления зубчатых колес в условиях как единичного, так и серийного производства.

Обработка червячными фрезами – зубофрезерование

На современном производстве токарные и фрезерные работы сконцентрированы на токарных станках с приводным инструментом или на многофункциональных токарно-фрезерных обрабатывающих центрах. С целью обеспечения более гибкого производства с широкими технологическими возможностями и сокращения инвестиций в специальное оборудование компания Okuma предлагает серию токарно-фрезерных обрабатывающих центров Multus c опцией Hobbing Cutting для нарезания зубчатых венцов и шлицев червячными фрезами методом обкатки. Данный метод является наиболее распространенным и производительным для обработки зубчатых колес в серийном производстве – как прямозубых, так и косозубых. На рисунке 1 схематически показан принцип данного метода. На обрабатывающих центрах серии Multus данный метод реализован благодаря кинематике с пятью управляемыми осями (наклонная ось «В», управляемая ось «С», линейные оси X, Y и Z c широким диапазоном перемещений) и системе ЧПУ (обеспечивает согласование вращения фрезы и заготовки).

На рисунке 2 показана реализация данного метода на обрабатывающем центре Okuma серии Multus. На нем эффективно обрабатываются зубчатые колеса с модулем до 5,5 мм (прим. рисунке 2 обрабатывается зубчатый венец с модулем 3 мм – это рекомендуемый модуль для модели Multus U4000 в условиях серийного производства).

Данный метод обработки может быть реализован не только на токарно-фрезерных центрах серии Multus, но и на токарных станках револьверного типа LB-серии с приводным инструментом. В револьверную голову устанавливается специальная приводная головка, (например, фирмы SU matik, рис.3), которая обеспечивает надежное и жесткое двуопорное закрепление фрезы. На рисунке 4 изображены заготовка и готовая деталь, обработанные на станке LB3000. Модуль зубчатого венца равен 2,5 мм.

Отметим ключевые преимущества, получаемые при использовании данного метода на станках Okuma:

• Точная обработка сложных деталей за один установ, включая токарную, фрезерную обработку и зубообработку с использованием всех возможностей станка: поддержка длинных деталей задним центром или обработка в противошпинделе;
• Экономия площадей под оборудование;
• Отсутствие межоперационных простоев;
• Отсутствие необходимости инвестировать в специальное оборудование для зубообработки, которое может не быть загружено должным образом.

Зуботочение или Power Skiving

Данный метод обработки зубчатых колес был разработан в начале ХХ века и запатентован в 1910 году Вильгельмом фон Питтлером. В его основе лежит использование специального многозубого инструмента в форме чашки, перекрещивание под углом в пространстве осей детали и инструмента (рис. 5) и синхронное вращение детали и заготовки на большой скорости. Таким образом, согласованное вращение и угловое расположение заготовки и инструмента обеспечивает относительное движение инструмента и заготовки, которое формирует впадину между зубьями детали, и в дополнении с направлением осевой подачи заготовки формируется зубчатый венец. Данный метод, разработанный в начале прошлого века, «ждал» оборудования, способного реализовать и раскрыть его потенциал. Компания Okuma готова предложить своим клиентам такое оборудование.

Использование метода в комплексе с токарной и фрезерной обработкой даст производителю ряд преимуществ как технического, так и экономического характера. На рисунке 6 изображен фрагмент обработки зубчатого венца методом зуботочения на обрабатывающем центре Okuma Multus U4000.

В сравнении с таким методом обработки зубчатых колес как зубодолбление метод скайвинга имеет значительные преимущества:

• Современный инструмент для зуботочения оснащен сменными твердосплавными пластинами и способен работать на скоростях до 300 м/мин;
• Благодаря более эффективному процессу стружкообразования обеспечивается увеличение производительности до восьми раз.

В сравнении с методом зубофрезерования (Hobbing) метод скайвинга также имеет ряд преимуществ:

• Возможность обработки внутреннего зубчатого венца и малые величины врезания и перебега, которые в случае использования червячно-модульной фрезы могут быть соизмеримы с диаметром фрезы;
• Все эти преимущества можно получить с использованием на производстве обрабатывающих центров серии Okuma Multus U.

Invomilling™

Данная технология разработана компанией Sandvik Coromant. Главные отличительные черты этой технологии – гибкость и универсальность. С точки зрения кинематики данный метод относится к методам огибания с тем лишь отличием, что имитируется не зацепление, а инструмент «обкатывает» каждую впадину зубчатого колеса за счет возможности непрерывной обработки на токарно-фрезерном 5-осевом центре (рис. 7).

Компания Sandvik предлагает универсальный инструмент – фрезы серий CoroMill 161 и CoroMill 162 для обработки наружных зубчатых колес различной формы и модуля (рис.8). Простота наладки и программирования, малая номенклатура инструмента и возможность с малыми нагрузками произвести обработку зуба с модулем до 12 мм делает данный метод идеальным решением для мелкосерийного или единичного производства. Метод Invomilling может быть с высокой эффективностью реализован на токарно-фрезерных обрабатывающих центрах Okuma Multus U.

Помимо описанных выше методов обработки зубчатых колес на станках Okuma может быть осуществлена обработка фасонным инструментом (например, дисковыми фасонными фрезами серии CoroMill 171, рис. 9) – т.е. методом копирования. Для обработки конического колеса с круговым зубом может быть использован полноценный 5-осевой обрабатывающий центр серии MU. Геометрия впадины будет получена стандартным инструментом за счет программирования ЧПУ, или же может быть применена специальная резцовая головка для обработки конического зуба (рис. 10).

В заключении выделим те преимущества, которые могут быть получены при комплексной обработке на станках Okuma вне зависимости от выбранного метода;

• Повышение точности детали за счет выполнения обработки за один установ;
• Сокращение машинного времени за счет использования высокопроизводительной технологии обработки;
• Сокращение времени межоперационных простоев, за счет комплексной обработки на одном станке за один или два установа;
• Сокращение используемых площадей;
• Сокращении числа основных рабочих;
• Сокращении инвестиций на приобретение специального оборудования.

Сравнение комплексной и классической технологии

Компания «Пумори-инжиниринг-инвест» готова стать вашим надежным партнером в поставке оборудования для комплексной обработки зубчатых колес.

Автор: Антон Шмальц, инженер-технолог «Пумори-инжиниринг инвест»

Привет студент

Для нарезания зубчатых колес пользуются двумя основными методами — методом профильного нарезания и методом огибания.

Метод профильного нарезания. Профильное нарезание зубчатых колес иногда называют копированием. Сущность профильного резания заключается в том, что очертания впадины между нарезаемыми зубьями получают резанием заготовки фасонным инструментом, профиль которого является копией впадины.

Для нарезания зубьев этим способом применяют строгальные и токарные резцы, фрезы, протяжной инструмент и шлифовальные круги.

Метод огибания. При нарезании зубчатых колес методом огибания можно использовать один из следующих способов:

1) нарезание червячной фрезой;

2) нарезание долбяком и

3) нарезание гребенкой (рейкой).

Нарезание зубчатых колес червячной фрезой

При этом способе обрабатываемая заготовка и инструмент получают равномерное вращательное движение; кроме того, фреза имеет и поступательное движение вдоль оси заготовки.

На фиг. 1 показано взаимное расположение фрезы 1 и заготовки 2 в процессе фрезерования.

На зубофрезерных станках можно нарезать зубчатые колеса и самых крупных размеров.

Надлежащее движение инструмента и детали достигается соответствующей настройкой механизмов станка (коробка скоростей, коробка подач и сменные зубчатые колеса).

Фиг. 1. Нарезание зубчатых колес.

На фиг. 2 дан общий вид зубофрезерного станка, а на фиг. 3 — его кинематическая схема.

Фиг. 2. Зубофрезерный станок.

На фиг. 2 на станине 1 установлена стойка 2, по которой перемещается супорт 6. На столе 3 на оправке 4 закреплены заготовки зубчатых колес. Рукоятка 5 закреплена на квадрате винта, по которому перемещается стол в горизонтальном направлении. Вертикальное перемещение супорта 6 может происходить автоматически от винта 7 или вручную.

Принцип осуществления движений наглядно показан на кинематической схеме фиг. 3.

Червячная фреза 1 получает вращение от электродвигателя 2 через зубчатые колеса 3 и 4, зубчатые колеса гитары 5, конические зубчатые колеса 6, 7, 8, 9, 10 и 11, а также пару цилиндрических зубчатых колес 12 и 13. Для более равномерного вращения фрезы установлен маховик 14.

Вертикальное перемещение фрезы осуществляется винтом, получающим вращение от червячной пары 15—16, зубчатых колес гитары 17, конических зубчатых колес 18, 19 и 20, муфту 21 и две червячные пары 22—23 и 24—25. Движение столу сообщается от конических зубчатых колес 7—26 через диференциал 27, зубчатые колеса а—в, гитару 28 и червячную пару 29—30. Горизонтальное движение стол получает от цепи через зубчатые колеса 18—19, червячные пары 31—32, 33—34, горизонтальный винт 35.

Фиг. 3. Кинематическая схема зубофрезерного станка.

Нарезание зубчатых колес долбяком

На фиг, 4, а показано нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом на зубодолбежном станке. Здесь режущим инструментом является долбяк, закрепляемый на вертикальном шпинделе.

Во время работы шпиндель совершает два движения — поступательно-возвратное и вращательное. Заготовка, закрепленная на столе, имеет вращательное и поступательное движения, являющиеся движениями подачи.

Фиг. 4. Нарезание цилиндрических зубчатых колес на зубодолбежном станке.

На фиг. 4, б показано нарезание внутренних цилиндрических зубьев. Вращение долбяка и заготовки подчиняется закону, выражаемому следующей формулой:

где i — передаточное число кинематической цепи;

z_долб — число зубьев долбяка, являющихся фасонными резцами;

z_шecт — число зубьев нарезаемого колеса.

Таким образом, при этом способе имеет место взаимная обкатка долбяка и детали. Самый процесс резания является процессом строгания.

На фиг. 5 представлен зубодолбежный станок, а на фиг. 6—его кинематическая схема.

На этом станке можно нарезать зубчатые колеса с наружным зацеплением диаметром до 180 мм при ширине до 50 мм и зубчатые колеса с внутренним зацеплением диаметром до 140 мм при наибольшей ширине 30 мм.

Как видно из кинематической схемы фиг. 6, долбяк 1 получает поступательно-возвратное движение от электродвигателя 2 через ременную передачу 3, червячную пару 4, кривошип 5, шатун 6 и коромысло 7, вращающееся вокруг оси О.

Фиг. 5. Зубодолбежный станок.

Фиг. 6. Кинематическая схема зубодолбежного станка.

При качании коромысла зубчатый сегмент, входящий в зацепление с круговой рейкой на шпинделе, будет опускать и поднимать долбяк 1.

Вращательное движение долбяка будет происходить от червячной пары 4, сменного зубчатого колеса 8, конический трензель 9, коническую пару 10 и червячную пару 11.

Врезание долбяка в заготовку осуществляется через сменные зубчатые колеса 12 и систему передач 13.

Вращение стола с закрепленной на нем заготовкой будет происходить через сменные зубчатые колеса 12, коническую пару 14, трензель из конических зубчатых колес 15 и червячную пару 16.

Нарезание зубчатых колес гребенкой

При этом способе инструментом служит гребенка, напоминающая собой рейку. Зубья гребенки являются фасонными резцами, вследствие чего при строгании ими и получается требуемый профиль.

Фиг. 7. Нарезание зубчатых колес гребенкой.

На фиг. 7, а дана фотография гребенки На фиг. 7, б показана последовательность процесса нарезания зубчатого колеса гребенкой. Перед началом процесса заготовку устанавливают сбоку гребенки на высоту зуба гребенки. После этого гребенка получает вертикальное поступательно-возвратное движение, заготовка—вращательное и одновременно поступательное вдоль гребенки. Заготовка остается неподвижной во время рабочего хода гребенки и совершает оба свои движения при верхнем положении гребенки. На фиг. 7, в показано нарезание прямого зуба цилиндрического колеса резцом-рейкой.

Нарезание конических зубчатых колес

Нарезание конических зубчатых колес производится преимущественно методом обкатки. Существует ряд конструкций зуборезных станков, работающих по этому методу.

Для ознакомления с принципом процесса нарезания конических зубчатых колес рассмотрим изготовление конического зубчатого колеса на зубострогальном и поперечно-строгальном станках.

На фиг. 8, а показана схема последовательности изготовления конического прямого зуба двумя резцами методом обкатки. Заготовка совершает вращательное движение, являющееся движением подачи, а режущий инструмент (резцы) делает возвратно-поступательные движения. На фиг. 8, б приведена схема работы зубострогального станка для нарезания конических колес. На шпинделе с осью ОМ укреплена заготовка зубчатого колеса 1, осуществляющая вращательное движение в процессе перемещения шпинделя по направляющим кругам стола станка. Инструмент, закрепленный в резцовой головке 2, совершает возвратно-поступательные движения. Поворот заготовки на требуемую часть окружности производится при помощи делительного механизма, находящегося на противоположном от заготовки конце шпинделя.

Фиг. 8. Нарезание конических зубчатых колес.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Специфика изготовления зубчатых колес

Промышленное производство зубчатых колес выполняется различными способами. Наиболее распространенной технологией изготовления служит метод обкатки. Данная операция заключается во взаимодействии вращающейся заготовки и инструмента. Зубья нарезаются на металлической детали за счет возвратно-поступательного движения гребенки. Помимо обкатки, зубчатые колеса изготавливают:

• делением – зубья нарезаются на теле заготовки с помощью фрезерного оборудования;
• копированием – в промышленной металлообработке данный способ изготовления не применяется из-за низких показателей эффективности;
• накатыванием – заготовка нагревается и обрабатывается зубонакатным инструментом, в результате чего зубья обретают необходимую форму, подобная технология позволяет изготавливать шестерни высокой точности.