80

Лекция 5. Сведения об изготовлении зубьев зубчатых ко­лес. Влия­ние числа зубьев на их форму. Понятие о зуб­чатых заце­плениях, выпол­нен­ных со смещением зу­борез­ного инст­румента. Силы в за­цеплении прямо­зубых цилин­дрических передач. Контрольные вопросы

5.1 Сведения об изготовлении зубьев зубчатых колес

5.1.1 Представление о способах изготовления зубьев зуб­чатых ко­лес позволяет лучше понять основы теории зубчатых пере­дач.

Зубчатые колеса нарезают обычно на специальных зубо­резных станках и в редких случаях – на универсальных фрезерных станках. На­резание зубьев сводится к двум методам: методу копи­рова­ния и ме­тоду обкатки.

5.1.2 Метод копирования заключается в том, что на ци­линдриче­ской заготовке с наружным диаметром, равным наружному диаметру бу­дущего колеса, последовательно прорезаются впадины зубьев, как по­казано на рисунке 5.1. Инструментом служит дисковая или реже пальце­вая фреза. Режущие кромки зубьев фрезы имеют точно такое же очер­тание, какое должна иметь в поперечном сече­нии впа­дина между зубь­ями. Профиль впадины, таким образом, представ­ляет собой копию

а) б)

1 – фреза; 2 – заготовка колеса;

а – нарезание дисковой фрезой; б – нарезание пальцевой фрезой.

Рисунок 5.1 – Иллюстрация нарезания зубьев методом копи­рова­ния

про­филя режущих кромок фрезы, отсюда и название – метод копиро­вания.

После прорезания одной впадины заготовка отво­дится в ис­ходное положение, поворачивается на угол , фик­сируется в этом положе­нии и прорезается следующая впадина. Процесс по­вторя­ется, пока не будут прорезаны все впадины колеса.

Как вы уже знаете, профиль зубьев колеса изме­няется с уве­личе­нием их числа сначала значительно, а затем всё в меньшей степени по мере приближения к профилю зубьев рейки. Поэтому теоретически в пределах одного модуля ка­ждому числу зубьев ко­леса должен соответ­ствовать особый профиль режущих кромок фрезы, т.е. специальная фреза.

На практике по соображениям экономическим для нареза­ния колес одного модуля с любым числом зубьев огра­ничи­ваются ком­плектами фрез из 8, 15 или 26 номеров. Фрезы такого комплекта называют мо­дульными. Каждая фреза в ком­плекте предназначена для нарезания оп­ределенного диапа­зона чисел зубьев. Поэтому чем меньше фрез в ком­плекте, тем шире диапазон чисел зубьев, нарезаемых одной фрезой, и тем больше отклонение профилей этих зубьев от теоретически пра­вильных очертаний. Комплект из 8 фрез позволяет наре­зать колеса низкой точности, ниже 9 степени. Комплекты из 15 или 26 фрез позво­ляют получать более точные колеса 8 – 9 степеней точности.

Главные недостатки метода копирования:

– низкая точность обрабатываемых зубьев;

– необходимость в больших и дорогостоящих на­борах фрез;

– невысокая производительность.

Поэтому метод копирования применяется глав­ным образом в еди­ничном производстве и в ремонтной практике изготов­ления зуб­чатых ко­лес.

5.1.3 В сравнении с методом копирования более совершен­ным и распространенным является метод обкатки (метод огиба­ния). Суть его, иллюстрированная рисунком 5.2, со­стоит в следую­щем. Представим себе прямозубую рейку (см. рисунок 5.2), которую будем называть про­изводящей. Возьмем цилиндрическую заго­товку будущего колеса из весьма мягкого и пластичного материала. Прокатим заго­товку вдоль произво­дящей рейки, прижимая её од­новре­менно к рейке. В резуль­тате зубья рейки выдавят впадины и образуют зубья на заго­товке.

Легко заметить, что зубья производящей рейки и зубья, об­ра­зуе­мые на заготовке колеса при обкатке, участвуют в процессе за­цепления. Отсюда следует важнейший вывод: в основу ме­тода об­катки положен процесс зацепления заго­товки будущего колеса и зубообразующего ин­ст­румента. Или, иными словами, инстру­менту и за­готовке сооб­щается такое относи­тельное движе­ние, какое имели бы инструмент и гото­вое ко­лесо, находясь в зацеплении.

1 – прямозубая рейка; 2 – заго­товка ко­леса из мягкого и пластич­ного ма­териала.

Рисунок 5.2 – Иллюстра­ция из­готовления зубьев мето­дом обкатки путём пла­стиче­ского деформирова­ния заго­товки колеса

Формирование зубьев можно осуществить на не­подвиж­ной заго­товке, но тогда нужно обкатывать вокруг неё рейку. Можно также сооб­щить рейке прямолинейно-поступа­тель­ное движение, а заготовку вра­щать вокруг её оси с соот­вет­ствующей скоростью. Для образования зубьев таким спосо­бом безразличны абсолютные движения инструмента и заго­товки. Важно, чтобы их относительное движение пред­ставляло со­бой процесс зацепления, при котором происхо­дит взаимо­огибание зубьев произво­дящей рейки и форми­руемых зубьев на заготовке ко­леса. Поэтому ме­тод обкатки имеет и второе название – метод оги­бания.

Заметим, что в массовом производстве описан­ным спосо­бом про­изво­дится предварительное (черновое) формообра­зование зубьев ци­линд­рических и конических колес путем горячего накаты­вания. При этом ве­нец стальной заго­товки, чтобы он стал пластич­ным и мягким, нагре­вают током высо­кой частоты до температуры около 1000°С, а затем об­каты­вают соответствующим инструмен­том. На венце в результате обра­зу­ются зубья, которые затем под­вергают финишной обработке. Зубонака­тывание – высоко­эффек­тивный метод изготовления зубьев, резко сокра­щающий отходы металла в стружку и повышающий произ­во­дительность труда.

5.1.4 Если заготовка колеса выполнена из твер­дого и ма­ло­пла­стичного материала, а обработка ведется при нормаль­ной температуре, то к дви­жению обкатки должно быть до­бавлено дви­жение резания, ил­люстри­руемое рисунком 5.3.

Режущий инстру­мент в этом случае также может иметь форму зуб­чатой рейки, на­зываемой гребёнкой. На нижней сто­роне гребёнки по контуру её зубьев затачиваются режу­щие кромки. В процессе обработки гре­бёнка совершает движения вверх и вниз. Заго­товка же нарезае­мого колеса совершает сложное движение обката, со­стоящее из движе­ния 3 вдоль гребёнки и вращения 4 вокруг оси 00.

а) б)

1 – гребёнка; 2 – заготовка колеса; 3, 4, 5 – стрелки, указы­ваю­щие пере­мещение заготовки и гребёнки;

а – схема взаимодействия гребёнки и заготовки колеса; б – взаимо­дейст­вие гребёнки и заготовки на станке.

Рисунок 5.3 – Иллюстрация нарезания зубьев гре­бенкой по методу об­катки

Процесс резания происходит следующим обра­зом. Заго­товка на некото­рый момент останавливается, а гре­бёнка в это время со­вершает рабо­чий ход сверху вниз и сни­мает стружку с за­готовки, затем она вхо­лостую поднимается вверх и оста­навлива­ется. Когда гребёнка остано­вилась, заготовка повора­чива­ется по стрелке 4 за время на весьма малый угол и в то же время подается по стрелке 3 на ма­лое рас­стоя­ние .

Здесь – угловая скорость поворота заготовки; – радиус началь­ной окружности нарезае­мого колеса в заце­пле­нии с рейкой-гре­бёнкой.

Совершив такое сложное движение, заготовка ос­танавли­вается, и гре­бёнка снова совершает рабочий ход реза­ния вниз и холостой ход вверх. Процесс повторяется до тех пор, пока заготовка не выйдет из сферы действия гребёнки, длина которой ограничена. После этого гре­бёнка ос­танав­лива­ется, а заготовка отводится обратно и устанавлива­ется в ис­ходное положение для продолжения строжки зубьев. После об­хода гре­бёнкой всей окружности заготовки и про­резания впадин ещё не на пол­ную глубину, гребёнка не­сколько прибли­жается к заготовке по стрелке 5 (см. рисунок 5.3).

Процесс обработки продолжается до получения на заго­товке впа­дин не­обходимой глубины. При этом все опе­рации на зубострогаль­ном станке выполняются автоматически.

Режущие кромки гребёнок, применяемых для на­резания зубьев эволь­вентного профиля, прямолинейны. Эта про­стота позволяет изго­тавли­вать гребёнки с весьма высокой точностью и получать зубья, об­рабо­танные ими, также вы­со­кой точности. Очень важно то, что одна гре­бёнка опреде­лён­ного модуля позволяет нарезать колеса этого модуля с лю­бым числом зубьев. При этом все эти колеса получаются сопряжен­ными, т. е. они все могут входить в зацепление и образовы­вать зубча­тые пары.

5.1.5 Процесс нарезания зубьев гребёнкой преры­вистый, поскольку она имеет ограниченное число зубьев, к тому же ею нельзя нарезать внут­ренние зубья. Этот недоста­ток уст­раняется, если применять в каче­стве режущего инстру­мента долбяк. Он представляет собой зубчатое колесо, на тор­цах зубьев которого образованы режущие кромки эволь­вент­ного профиля.

П роцесс нарезания зубьев долбяком, иллюстри­рованный рисунком 5.4, происходит следующим образом. Дол­бяк 1, укрепленный на шпин­деле станка, может совершать вер­ти­кальные возвратно-поступательные пе­ремещения и повора­чиваться вокруг вертикальной оси. Заготовка 2 ко­леса, уста­новленная на поворотном столе станка, может вращаться во­круг своей вертикальной оси.

а) б)

1 – долбяк; 2 – заготовка зубчатого колеса;

а – схема взаимодействия долбяка и заготовки ко­леса при нареза­нии внешних зубьев; б – схема нарезания внут­ренних зубьев.

Рисунок 5.4 – Иллюстрация нарезания зубьев дол­бяком по методу об­катки

В процессе обработки долбяк и заготовка колеса медленно вра­щаются с угловыми скоростями, обратно пропор­цио­нальными числам их зубьев, а долбяк одновременно со­вершает возвратно-поступательное движение резания. На за­готовке при этом образуются зубья эвольвент­ного про­филя, сопряженные с эвольвентными режущими зубьями дол­бяка.

5.1.6 Наиболее производительным и распростра­ненным инстру­ментом для нарезания внешних зубьев по ме­тоду об­катки является червячная фреза. Её применение ил­люст­рировано рисунком 5.5.

В осевом сечении зубья фрезы имеют профиль инструмен­тальной рейки (см. подраздел 4.3), а сама фреза яв­ляется червя­ком, ко­торый входит в зацепление без зазора с нарезаемым колесом.

При однозаходной фрезе за каждый её оборот во­круг своей оси заго­товка колеса поворачивается на угол , вмещаю­щий один зуб и одну впа­дину нарезаемого колеса, т.е. . Одновременно с враще­нием фреза совершает медленное по­ступательное движение по­дачи, параллельное оси заго­товки (см. рисунок 5.5). При нарезании пря­мозу­бых колес фреза ус­танавливается под углом к торцевой плоско­сти заго­товки, равном углу подъёма её витков. Для нарезания косозубых ко­лес фреза устанавливается под соответст­вующим углом, кото­рый за­ви­сит дополнительно от угла на­клона зубьев нарезае­мого колеса.

Таким образом, фрезой можно нарезать с высокой точно­стью и вы­сокой производительностью как прямозубые, так и косозубые цилиндри­ческие колеса с различными числами зубьев.

Вид А

1 – червячная фреза; 2 – заго­товка колеса.

Рисунок 5.5 – Иллюстрация нареза­ния зубьев чер­вячной фре­зой по методу обкатки

5.1.7 Метод обкатки применим не только для на­резания зубьев ци­линд­рических колес. Рисунок 5.6 иллюстри­рует нарезание конических зубча­тых колес строганием и фре­зе­рованием по методу обкатки.

а) б)

а – нарезание конического колеса строганием; б – нарезание кони­ческого колеса фрезерованием.

Рисунок 5.6 – Иллюстрация применения метода об­катки для наре­зания конических колес