Изготовление и обработка зубчатых, конических, червячных колес

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС. СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Цилиндрические зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между валами с параллельными и перекрещивающимися осями. Различают: силовые зубчатые передачи, служащие для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов; кинематические передачи, служащие для точной передачи вращательного движения между валами при относительно небольших значениях крутящего момента.

Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямыми и косыми зубьями. В зубчатой передаче с перекрещивающимися осями колеса - с криволинейными зубьями.

По ГОСТ 1643-81 установлено 12 степеней точности зубчатых колес передач (в порядке убывания точности): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Для 1 и 2-й степеней точности допуски и предельные отклонения не приводятся.

Основные механизмы, в которых применяют цилиндрические зубчатые колеса следующие: коробки передач тракторов и автомобилей, редукторы, передние бабки станков, коробки передач, передаточные механизмы станков и др.

На рис. 1 показаны основные типы зубчатых колес, применяемых в зависимости от служебного назначения в производстве машин среднего размера - автомобилей, тракторов, станков:

I - одновенцовые колеса с достаточной длиной базового отверстия l (l/id > 1); обработав точно отверстие и торец, можно получить в качестве технологической базы двойную направляющую поверхность отверстия и в качестве опорных баз - поверхность торца и шлица;

II - многовенцовые колеса, которые также имеют значительно большую длину базового отверстия, чем диаметр (l/d > 1), поэтому они также могут базироваться как колеса типа I;

III - одновенцовые колеса типа дисков, у которых l/d < 1 и длина поверхности отверстия недостаточна для образования двойной направляющей базы; поэтому после обработки отверстия и торца установочной базой для последующих операций может быть базовый торец, а двойной опорной базой - поверхность отверстия;

IV - венцы, которые после обработки насаживаются и закрепляются на ступицу колеса и вместе с ней образуют одновенцовые или, наиболее часто встречаемые, многовенцовые колеса;

V - зубчатые колеса-валы, которые имеют большую длину.

Рис. 1. Цилиндрические зубчатые колеса:

I-V - типы; а-д - конструктивные разновидности каждого типа

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗУБЧАТЫМ КОЛЕСАМ И ЗАГОТОВКАМ ДО НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ

зубчатый колесо конический червячный

Требования устанавливаются в зависимости от служебного назначения зубчатых передач и в основном определяются степенью точности колес.

Различают два вида передач: силовые и кинематические.

Основные требования к силовым передачам - износостойкость, плавность и бесшумность работы передач. Чем выше окружные скорости колес, тем точнее они должны быть сделаны, так как в противном случае будут большой износ и шум.

Ориентировочно связь степени точности и параметра шероховатости Ра поверхности зуба зубчатого колеса в зависимости от его окружной скорости показана в табл.1.

Таблица 1 - Зависимость степени точности и Ra от окружной скорости зубчатого колеса

Окружная скорость, м/с	Степень точности	Ra, мкм
До 2,5 2,5-6 6,0-16 16-40	8/- 7/8 6/7 5-6/6	(2,5-1,25)/- (1,25-0,63)/(2,5- 0,25) (1,25- 0,63)/(1,25- 0,63) (0,63-0,32)/(1,25-0,63)
Примечание. В числителе данные для прямозубых колёс, в знаменателе - для косозубых.

Допуски определяются в зависимости от степени точности колес, например, по ГОСТ 1643-81.

Допуск на накопленную погрешность шага F_р по зубчатому колесу с диаметром делительной окружности 80 ... 125 мм и модулем 1 ... 6 мм для 5-й степени точности - 22 мкм, для 6-й - 34 мкм, для 7-й - 48 мкм и для 8-й - 67 мкм.

Допуск на радиальное биение зубчатого венца F_Р колеса с диаметром делительной окружности 50 ... 125 мм и модулем 3,55 ... ... 6 мм для 5-й степени точности - 19 мкм, для 6-й - 30 мкм, для 7-й - 42 мкм и для 8-й - 53 мкм.

Качество работы зубчатых передач кроме норм кинематической точности характеризуется нормами плавности работы (постоянством передаточного отношения в пределах оборота и на один зуб) и нормами контакта зубьев для различных степеней точности.

Нормы плавности для зубчатых колес 5-6-й степеней точности включают: допуск на циклическую погрешность, допуск на погрешность профиля зуба, допуск на местную кинематическую погрешность, предельное отклонение шага зацепления, предельное отклонение шага, допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот зубчатого колеса и на одном зубе.

Для колес 7 и 8-й степеней точности допуск на циклическую погрешность не включен в нормы, но добавлен допуск на разность окружных шагов.

При изготовлении зубчатых колес высокой степени точности особенно важно обеспечить требуемое отклонение от перпендикулярности торца к оси центрального отверстия на операциях до зубонарезания.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Глубина прокаливания легированных сталей выше, а деформация меньше, чем у углеродистых.

Материал зубчатых колес должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности размеров после термической обработки, особенно размеров отверстия и шага колес.

Нестабильность размеров возникает после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный аустенит, а также может возникнуть в результате наклепа и при механической обработке.

Равновесие внутренних напряжений в металле нарушается при большой глубине резания.

При изготовлении высокоточных зубчатых колес для снятия в них внутренних напряжений рекомендуется чередовать механическую обработку с операциями термической обработки.

Точность колеса после термической обработки снижается на 0,5 ... 1,0 степень и тем меньше, чем лучше подобран материал по стабилизации размеров при термической обработке. Легированные стали, как правило, коробятся меньше, чем углеродистые.

Для снижения остаточных напряжений в металле после объемной закалки, уменьшения возникающих при этом короблений и вероятности возникновения закалочных трещин рекомендуют применять мелкозернистую сталь (5-6-го балла) с более низким содержанием углерода и пониженной прокаливаемостью, медленный нагрев перед закалкой и специальные методы закалки (в горячих средах, в специальных приспособлениях, обеспечивающих выравнивание скоростей охлаждения заготовок зубчатых колес по отдельным их элементам, с подстуживанием, с частичным охлаждением в воде и с последующим в масле, с самоотпуском).

Во избежание появления трещин при зубошлифовании зубчатые колеса должны быть хорошо отпущены.

Последовательность механической и термической обработки при изготовлении зубчатых колес 6-й степени точности диаметром 80 ... 220 мм и с m - 2,5 ... 5,0 мм из стали 18ХГТ для средне- и мелкосерийного производства указана ниже.

Изготовление штамповок или поковок.

Предварительная токарно-револьверная обработка.

Нормализация (термическая обработка) для измельчения структуры и уменьшения деформации при последующей термической обработке: нагрев до (960 ± 10) °С, выдержка после нагрева до заданной температуры в течение 1,5 ... 2 ч, охлаждение - на воздухе.

Механическая обработка (включая зубонарезание), мойка и контроль перед термической обработкой.

Термическая обработка - цементация, закалка, отпуск Глубина цементуемого и нитроцементуемого слоя обычно - до 1 мм, но не более 1,5 ... 1,8 мм, температура для цементации (930 ± 10) °С, для нитроцементации (870 ± 10) °С. После цементации - закалка в масле (температура 60 ... 80 °С) или закалка с нагревом ТВЧ, охлаждающая среда - эмульсия 10-15 %-ной концентрации, масло индустриальное 12 или 20 (веретенное 2 или 3). Затем отпуск в шахтной электропечи или масляной электрованне; температура (190 ± Ю) °С, время выдержки 2 ч.

Чистовая механическая обработка, предварительное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, предварительное шлифование поверхности отверстия и второго торца, предварительное шлифование зубьев.

Искусственное старение - в электрической масляной ванне (веретенное 3): температура нагрева (150 ± 10) °С, время выдержки после загрузки 8 ... 10 ч.

Отделочная механическая обработка: окончательное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, окончательное шлифование поверхности отверстия и второго торца за один установ.

Чистовое зубошлифование, контроль, консервация

Обработка зубчатых колёс до

Технологический процесс изготовления зубчатых колёс зависит от:

1. конфигурации

2. требований к их точности

3. программы

Технологический процесс можно разделить на два этапа.

1. механическая обработка, которая состоит из ряда операций

ВЫБОР МАРШРУТА ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Базовыми поверхностями при обработке заготовок цилиндрических зубчатых колес могут быть поверхности, зависящие в первую очередь от конструктивных форм колес, требований к точности по техническим условиям и масштаба выпуска. Так, изготовление зубчатых колес, имеющих ступицу с достаточными диаметром и глубиной отверстия (типы I-II на рис. 5.2), начинается с обработки отверстия (двойная направляющая база) и базового торца (опорная база), а затем на их базе осуществляется большинство операций: токарных, зубонарезных и зубошлифовальных.

Изготовление плоских зубчатых колес типа тарельчатых или венцовых (типы III-IV), у которых большая площадь торцовой поверхности и малая ширина зубчатого венца, начинается с обработки базового торца (установочная база) и отверстия (двойная опорная база), которые в дальнейшем используются в качестве технологических баз на большинстве операций.

Изготовление зубчатых колес типа валов (тип V) начинается с обработки торцов и сверления центровочных отверстий, которые используются в качестве технологических баз почти на всех последующих операциях.

Следовательно, на первых операциях при изготовлении зубчатых колес в первую очередь обрабатываются те поверхности, которые в дальнейшем будут использованы в качестве технологических баз на большинстве операций.

Однако общие положения о базировании зубчатых колес, указанные выше и связанные с их конструктивным оформлением, не являются еще достаточными для конкретного базирования по всем операциям и составления маршрута. Вопрос о базировании и маршруте во многом связан со служебным назначением и точностью зубчатого колеса, определяемыми техническими условиями.

Маршрут изготовления зубчатых колес 5-6-й степеней точности заканчивается шлифованием зубьев (черновое и чистовое) колеса, установленного на точную оправку, а маршрут изготовления колес 7-8-й степеней точности - в основном шевингованием профиля зубьев до термической обработки, калибровкой отверстия и снятием заусенцев после термической обработки. Зубошлифование применяют только для исправления зубьев при сильном короблении их во время термической обработки.

Таким образом, базирование по отверстию должно обеспечить получение наиболее точных «предпочтительных» размеров, связывающих диаметр начальной окружности колеса с центром базового отверстия, а именно - обеспечить наименьшее биение начальной окружности колеса, допускаемое техническими условиями, Последнее достигается наиболее короткой технологической цепью, определяющей соосность базового отверстия и начальной окружности.

Во всех случаях в процессе термической обработки зубчатого колеса, а иногда и после протягивания шлицевого отверстия, последнее коробится, становится конусообразным, а шлицы - извернутыми. Поэтому необходимы дополнительные мероприятия по устранению возникающих в процессе изготовления погрешностей.

При базировании зубчатого колеса по большому диаметру шлицев производят их калибровку. Но для этой операции необходимо оставлять твердость поверхности шлицевого отверстия после цементации не выше HRC_a 54. Для достижения этого отверстие в процессе цементации необходимо подвергать покрытию для его защиты. Поэтому отверстия перед цементацией или омедняют, или закрывают шайбами с применением раствора жидкого стекла.

Если же зубчатое колесо базируется по малому диаметру, то шлицевое отверстие по малому диаметру шлифуется на внутришлифовальном станке с базированием в патроне по базовому торцу (установочная база) и диаметру длительной окружности (двойная опорная база). В этом случае сопрягаемый вал приходится шлифовать по впадине шлицев (т. е. по малому диаметру шлицев вала) на шлицешлифовальном станке. Это трудоемкий, малопроизводительный процесс. Но его применяют при производстве зубчатых колес, так как он более точен, чем обработка зубчатых колес с центрированием по большому диаметру шлицев.

Технология изготовления зубчатых колес различных степеней точности. Рассмотрим несколько примеров изготовления наиболее распространенных одновенцовых зубчатых колес со ступицей (тип I). В этих колесах обычно l/d > 1. Диаметр отверстия 40 ... 60 мм, а наружный диаметр колес 80 ... 200 мм. Необходимо обработать отверстие как базу для последующих операций. Для этого на первой операции обрабатывают отверстие на токарно-револьверном или сверлильном станке, а на второй - протягивают отверстие комбинированной протяжкой по диаметру и шлицам. Дальнейшая обработка производится на шлицевой оправке с базированием по меньшему или большему диаметру шлицев в зависимости от принятой в чертеже посадки шлиц.

При изготовлении зубчатых колес 7-8-й степеней точности нормализацию и отпуск в большинстве случаев можно проводить сразу же после штамповки заготовки (без черновой токарной обработки). Это обусловлено тем, что коробления, вызванные термической обработкой, будут в пределах, допустимых для этих степеней точности.

Для улучшения структуры металла для колес 5-й степени точности добавляется второй стабилизирующий отпуск после цементации и закалки и в ряде случаев даже третий - перед отделочными операциями шлифования. Для колес 7-й степени точности второй отпуск - после термической обработки, а третий не требуется.

Плоские зубчатые колеса. Рассмотрим маршрут изготовления плоских колес типов III-IV без ступиц. Такие плоские зубчатые колеса легче базируются на поверхности торцов, чем на поверхности отверстия, поэтому токарная обработка на оправках с базированием по двойной направляющей базе (при больших силах резания) не гарантирует устойчивости. Вследствие весь технологический процесс строят, исходя из того, что технологической базой будет торцовая поверхность, т. е. установочная база. Поэтому всю токарную обработку с обеих сторон производят в кулачковых патронах, а не на оправках. Процесс выполняется на токарно-револьверных станках или на патронных полуавтоматах, после чего следует шлифование торцов и растачивание отверстия, а затем - протягивание шлицев и обточка венца заготовки зубчатого колеса, что также отличается от прежних маршрутов.

Отличительная особенность маршрута заключается в том, что протягивание шлицев надо выполнять не после черновых, а после чистовых операций и при этом следует обеспечить перпендикулярность оси отверстия к торцу. Эта задача решается с помощью вертикально-протяжного станка.

На операциях перед шлифованием зубьев подготовляется технологическая база - базовый торец и поверхность отверстия С точностью по 6-му квалитету.

Если зубчатое колесо 5-й, а не 6-й степени точности, то необходимо вводить искусственное старение.

Для колес 7-й степени точности после нарезания зуба вводят шевингование. Тогда после термической обработки выполняют шлифование отверстия и торца, а зубо-шлифование заменяют зубохонингованием или обкаткой

Зубчатые колеса-валы, тип V. Конструктивные особенности технологии изготовления колес этого типа обусловливают другое базирование и маршрут обработки. Зубчатые колеса-валы могут иметь в качестве технологических баз поверхности центровых отверстий, как при обработке заготовок ступенчатых валов. Поэтому на первой операции необходимо подготовить (обработать) технологические базы - поверхности торцов и центровых отверстий, что выполняется на фрезерно-центровальном станке с базированием заготовки (рис. 5.9) по оси в приспособлении с самоцентрирующим перемещением зажимных призм, а подлине - на один из торцов ступени.

На этом станке выполняют два перехода: фрезерование торцов заготовки и зацентровку, т. е. сверление центровых отверстий.

Из сравнения всех маршрутов можно видеть некоторые общие технологические решения при изготовлении зубчатых колес.

Технологический процесс зависит не только от технических условий, степени точности, но и от конструктивных особенностей колес и серийности выпуска.

Перед нарезанием зубьев с базированием на торец всегда надо обеспечить малое (в зависимости от степени точности) биение торца по отношению к оси отверстия, что достигается разными путями в разных маршрутах.

Для уменьшения деформации зубьев необходимо вводить стабилизирующий отпуск.

Для заготовок зубчатых колес, зубья которых не шлифуют после термической обработки (7-я степень точности), следует до термической обработки выполнять их обработку с более высокой степенью точности (на одну степень точнее) с помощью шевингования, имея в виду, что заготовка зубчатого колеса коробится при термической обработке и уменьшается точность при цементации и закалке.

При изготовлении колес со шлифованными зубьями перед зубошлифованием, необходимо выправить шлифованием базовые поверхности - торец и отверстие для плоских колес или центровые отверстия для колес-валов.

Для изготовления колес 5-6-й степени точности подбирают оборудование высокого или особо высокого класса точности.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС. СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ

Конические зубчатые колеса предназначены для передачи вращательного движения между валами с пересекающимися осями. Их изготовляют с прямыми, косыми и круговыми зубьями.

На конические передачи ГОСТ 1758-81 установлено 12 степеней точности. Для 1-3-й степеней точности предельные отклонения и допуски на нормы точности не предусмотрены.

В делительных и кинематических цепях прецизионных станков и станков повышенной точности применяют колеса 5-6-й степеней в коробках скоростей и подач станков нормальной точности - колеса 7-й степени, а в кинематических цепях более грубых механизмов - колеса 8-й степени точности.

Для конических колес, применяемых в силовых цепях, степень точности зависит от окружной скорости и нагрузки.

По конструкции конические колеса можно разделить на три основных типа: колеса со ступицей, у которых отношение l/d > 1 (рис. 3, а); колеса венцевого типа (рис.3, б), диаметр которых может достигать 800 мм; колеса-валы (рис.3, в).

Ширина зубчатого венца у конических колес не должна превышать одной трети длины образующей делительного конуса. В этом случае мала вероятность поломки зуба из-за концентрации внутренних напряжений в его узкой части.

Каждой степени точности зубчатых колес и передач соответствуют определенные нормы кинематической точности, нормы плавности работы и нормы контакта зубчатых колес. Допускается комбинирование норм различных степеней точности в определенных пределах. Так, нормы плавности не могут быть более чем на две степени точнее или на одну степень менее точные, чем нормы кинематической точности, а нормы контакта зубьев не могут быть менее точными, чем нормы плавности.

Рис.3. Конструктивное исполнение конических зубчатых колес

Существуют шесть видов сопряжений зубчатых колес в передаче, которые в порядке убывания гарантированного бокового зазора j_{n min} обозначаются буквами А, В, С, D, Е, Н.

Нормы контакта зубьев в передаче, характеризуемые относительными размерами суммарного пятна контакта по длине и высоте зуба, для различных степеней точности.

Предельные отклонения относительных размеров пятна контакта по длине и высоте зуба в процентном выражении составляют для 4-7-й степени точности ±10 %, и для 8-12-й степеней ±15 %.

Зубчатая передача, имеющая 8-ю степень по кинематической точности, 7-ю по нормам плавности, 6-ю по нормам контакта зубьев и вид сопряжения С обозначается 8-7-6-С (ГОСТ 1758-81).

С увеличением степени точности конических колес требования к точности обработки базовых отверстий и опорных шеек возрастают

Для прецизионных зубчатых колес (точнее 5-й степени) точность сопряжения по базовым поверхностям обеспечивается методом пригонки (притирка по месту).

Конические зубчатые колеса с круговыми зубьями обеспечивают плавную и бесшумную работу при передаче больших нагрузок на высоких окружных скоростях. В отечественной практике применяют в основном колеса с круговыми зубьями трех типов.

У колес типа Зерол (нулевые) угол наклона спирали в середине венца равен нулю (рис.4, а). Их можно применять вместо конических колес с прямыми зубьями, не изменяя монтажных размеров передачи, чем достигаются большие плавность и бесшумность работы на повышенных скоростях.

У спирально-конических колес угол спирали в середине венца не равен нулю (рис.4, б). Обеспечивая непрерывный контакт зацепления, такие колеса всегда имеют в зацеплении не менее двух зубьев, что позволяет передавать мощность на 30 % выше мощности, передаваемой колесом Зерол.

У гипоидных колес ось ведущей шестерни смещена относительно оси ведомого колеса (рис.4, в). Они обладают большей прочностью и позволяют получить большие плавность и бесшумность работы, чем другие колеса. Гипоидные зубчатые передачи широко применяют в автомобилестроении. Гипоидные пары с большим передаточным отношением (1 : 100) используют в делительных цепях зуборезных станков и других механизмах, обеспечивающих точную установку узлов.

Рис.4. Конические колеса с круговыми зубьями:

а - типа Зерол (нулевые); б - спирально конические; в - гипоидные колеса

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС

Заготовки колес типа I обрабатывают при токарных операциях на оправке, базируя по отверстию и торцу; заготовки колес типа II обрабатывают, базируя по торцу и отверстию; заготовки колес типа III обрабатывают, базируя в центрах или по опорным шейкам А и Б.

В качестве технологических и измерительных баз при нарезании и контроле зубчатого колеса необходимо выбирать основные базирующие поверхности колеса, которые определяют его положение в узле. В отдельных случаях, когда в целях достижения большей устойчивости при зубонарезании роль технологических баз выполняют другие поверхности, например торец, противолежащий зубчатому венцу, следует обеспечить точное и концентричное расположение их относительно основных баз детали.

При необходимости изготовления колеса со ступицей более высокой точности, например 5-6-й степеней, в технологический маршрут включают дополнительные операции.

На этапе чистовой обработки вводят калибровку шлицевого отверстия. После термической обработки добавляют тонкое шлифование базовых поверхностей. Окончательная обработка зубьев достигается путем чистового и отделочного шлифования профилей зубьев с обеспечением 5-6-й степеней точности.

В процессе изготовления конического колеса вала требуемая длина вала получается в результате фрезерования обоих торцов на второй операции, размерная цеп

А_?=А₁+А₂,

где А₁ и А₂ - расстояния, получаемые от торцов вала до опорной технологической базы.

Равномерность припуска при нарезании зубьев зависит от точности положения наружного конуса относительно опорной шейки, выполняющей роль технологической базы.

После зубонарезания производят обкатку колес под нагрузкой (нагартовку), затем закалку и окончательно притирку зубьев. Обкат осуществляют на обкатных станках при беззазорном зацеплении заготовки в паре с закаленным колесом, в зону контакта подается машинное масло. Обкат обеспечивает упрочнение поверхностного слоя, уменьшение шероховатости боковых поверхностей зубьев и улучшение геометрии зацепления. После термической обработки производят подбор пар зубчатых колес по суммарному пятну контакта и шуму, а затем притирку колес. Конические колеса в подобранной паре притирают на притирочных станках. В процессе притирки колеса одновременно вращаются со скоростью 0,17 ... 0,2 м/с и шестерня совершает малые относительные движения по касательной к делительному конусу ведущего колеса, а также в радиальном и осевом направлении. На притирочных станках для колес с круговым зубом помимо этих относительных перемещений ось шестерни поворачивается вокруг точки, расположенной в середине длины зуба. Притирка уменьшает шероховатость поверхности зубьев, улучшает форму суммарного пятна контакта и геометрию зацепления. Все это способствует уменьшению уровня шума передачи на 4 ... 6 дБ.

Отделка зубьев закаленных конических колес достигается шлифованием на специальных зубошлифовальных станках в целях увеличения точности и уменьшения шероховатости поверхности. Шлифование колес с т ? 6 мм и диаметральными размерами до 230 мм позволяет обеспечить отклонение шага не более 5 ... 12 мкм, накопленную погрешность шага по зубчатому колесу не более 12 ... 18 мкм, биение зубчатого венца не более 15 ... 20 мкм. В зависимости от конструкции станка при шлифовании прямозубых конических колес возможна обработка одним кругом отдельно каждой стороны зуба или двумя кругами одновременно двух боковых поверхностей зуба. В последнем случае достигают более высокой производительности .обработки. Эту операцию можно выполнять на зубошлифовальных станках 5870, 5870М, а также на некоторых зарубежных станках. Шлифование выполняют дисковыми или тарельчатыми кругами диаметром 150 ... 270 мм. Для шлифования зубьев прямозубых конических колес применяют также специальное зубошлифовальное устройство, которое устанавливается на зубострогальные станки, например 526. При этом требуемая точность достигается методом обката, когда зубья плоского производящего колеса создаются кромками шлифовальных кругов. Оставляемый на шлифование припуск 0,05 ... 0,10 мм на сторону зуба снимают за 3 ... 4 рабочих хода. Для шлифования конических колес с криволинейной формой зуба, т = 2,5 ... 15 мм применяют, например, специальные зубо-шлифовальные станки 5871, 5872. По кинематической структуре эти станки аналогичны станкам для нарезания круговых зубьев.

Однако привод инструмента имеет большую частоту вращении, так как шлифование выполняют специально спрофилированными чашечными кругами со скоростью резания, в несколько десятков раз большей скорости резцовых головок. Номинальный диаметр шлифовального круга равен диаметру резцовой головки.

При одностороннем шлифовании зубьев, применяемом в мелкосерийном производстве, обработку шестерни и колеса выполняют одинаковыми кругами. Перед обработкой партии шестерен на пробной шестерне по краске подгоняют форму контакта с сопрягаемым колесом по вогнутой, а затем и выпуклой стороне зуба. Подгонка формы пятна контакта осуществляется так же, как и в случае нарезания зубьев резцовой головкой путем изменения угла установки эксцентрикового барабана люльки и передаточного отношения гитары обката. Одновременным шлифованием обеих сторон зубьев (метод постоянных установок) достигается более высокая производительность. Оно применяется в крупносерийном производстве. Зубошлифование конических колес с криволинейным зубом обеспечивает достижение 4-5-й степеней точности.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ. СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

По служебному назначению червячные передачи разделяют на кинематические и силовые. Кинематические передачи используют в различных механизмах, делительных цепях зуборезных и других металлорежущих станках для достижения высокой точности относительного поворота.

В кинематических передачах высокой точности в отличие от силовых в ряде случаев предусматривается регулирование точности относительного положения червяка и колеса.

Силовые червячные передачи применяют в разнообразных редукторах, коробках скоростей и механизмов для передачи крутящего момента при большом передаточном отношении.

В ГОСТ 3675-81 предусмотрено 12 степеней точности червячных передач, номера которых возрастают с уменьшением точности: 1, 2, 3, ..., 11 и 12. Однако нормы точности приведены для 3- 9-й степеней.

Кинематические передачи соответствуют 3-6-й, а силовые червячные передачи 5-9-й степеням точности. Для соответствующей степени точности установлены нормы точности на червяки, червячные колеса и сборку передачи.

Каждой степени точности соответствуют нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев и витков.

Степень точности передачи или пары определяют по одному из элементов - червяку, колесу или корпусу, у которого наиболее низкие показатели точности. Возможно комбинированное сочетание разных степеней на нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев и витков.

Согласно ГОСТ 3675-81 установлено шесть видов сопряжения червяка с червячным колесом А, В, С, D, Е, Н и восемь видов допуска Т_fп на боковой зазор х, у, z, a, b, с, d, h. Эти обозначения приведены в порядке убывания бокового зазора и допуска на него. Так, для сопряжения вида Н гарантированный боковой зазор j_{n min}= 0, а для сопряжения А имеет место расширенный боковой зазор. Между видами сопряжения червяка с червячным колесом и степенью точности передач по нормам плавности работы имеется следующее рекомендуемое соответствие:

Вид сопряжения	А	B	C	D	E	H
Степень точности по нормам плавности работы	5-12	5-12	3-9	3-8	2-6	2-6

Червячная передача с различной степенью точности по всем трем нормам имеет следующее условное обозначение: 8-7-6 Ва ГОСТ 3675-81, где 8 - степень по норме кинематической точности; 7 - степень по норме плавности; 6 - степень по норме контактов зубьев; В - вид сопряжения; а - вид допуска на боковой зазор.

Конструктивные виды и материал

В машиностроении применяют цилиндрические и глобоидные червячные передачи. Цилиндрические передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собой рейку с прямолинейными или криволинейными боковыми сторонами (рис.5, а).

Глобоидные передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собой круговую рейку с прямолинейными боковыми сторонами (pис.5, б). Цилиндрические передачи по форме винтовой поверхности делят на четыре вида.

Архимедова червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА (рис.5, б) представляет собой архимедову спираль. В осевом сечении ББ архимедов червяк имеет прямолинейный профиль, а в сечении ГГ, перпендикулярном к направлению витка, - криволинейный.

Эвольвентная червячная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА имеет форму эвольвенты. В осевом сечении Б Б и сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ, эвольвентный червяк имеет криволинейный профиль. Прямолинейный профиль витка червяка получается в сечении плоскостью, касательной к основному цилиндру.

Конволютная передача имеет червяк, у которого профиль боковой поверхности витка в поперечном сечении АА представляет собой удлиненную эвольвенту (конволюту). В сечении, перпендикулярном к направлению витка ГГ или впадины ВВ, конволютный червяк имеет прямолинейный профиль.

Рис. 5. Червячные передачи:

а - цилиндрическая; б - глобоидная; в - сечения цилиндрических червяков: АА - поперечное, ББ - перпендикулярное к направлению впадины, ГГ - перпендикулярное к направлению витка

4. Нелинейные червяки имеют во всех сечениях криволинейный профиль.

Для уменьшения трения и износа, а также предотвращения заедания червячной пары рабочая поверхность витков червяка должна иметь высокую твердость и малую шероховатость, а материал червячного колеса должен обладать хорошими антифрикционными свойствами.

Червяки быстроходных высоконагруженных передач изготовляют из качественных углеродистых сталей 40, 45 или легированных сталей 40Х, 40ХН и др. В этом случае применяют нагрев поверхности под закалку ТВЧ или пламенем, обеспечивающую твердость рабочих поверхностей HRC_a 48 ... 57.

Наилучшие результаты получаются при использовании цементуемых сталей 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ, содержащих 0,15 ... 4),20 % углерода.

Червяки менее ответственных передач, для которых достаточна твердость НВ 270, изготовляют из нормализованных или улучшенных сталей.

Глобоидные червяки изготовляют из сталей 35ХМА, ЗЗХГН. Для изготовления червячных колес в ответственных передачах с большими скоростями скольжения (v> 5 м/с) применяют бронзы БрОБ 10-1, БрОНФ, при меньших скоростях применяют бронзу БрАЖ9-4, имеющую лучшие механические свойства и худшие антифрикционные. Червячные колеса передач с малыми скоростями (v < 2 м/с), к габаритам и КПД которых не предъявляют высокие требования, изготовляют из чугуна СЧ 21, СЧ 15.

По конструкции червяки разделяют на червяки-валы, нашедшие наибольшее распространение, и насадные червяки-втулки. Червячные колеса бывают цельными и составными; у последних ступица - из чугуна или стали, а венец - из бронзы.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧЕРВЯКОВ И ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС

Заготовки для червяков в крупносерийном и массовом производстве штампованные, а в мелкосерийном и единичном - пруток.

В качестве заготовок червячных колес используют отливки и прокат. При крупносерийном производстве применяют более точные методы получения отливок - литье под давлением, литье в кокиль, корковые формы, отливки по выплавляемым моделям. Для составных колес небольшого размера используют заготовки в виде биметаллических отливок. Предварительно отлитую ступицу устанавливают в форму и на нее центробежным способом заливают венец. При изготовлении особокрупных колес отливают заготовки с предварительно формованными зубьями.

Методы нарезания червяков и червячных колес

Винтовая поверхность цилиндрических червяков в зависимости от серийности может быть нарезана с помощью профильных резцов на токарно-винторезных станках или с помощью дисковых фрез - на универсально-фрезерных, резьбофрезерных и специальных станках. Достижение наиболее точного значения шага модульных червяков обеспечивается при ходовом винте станка с шагом, кратным я. При наличии ходового винта с другим шагом применяют наборы сменных колес с передаточным отношением, приближенно равным п.

Для уменьшения погрешности профиля витка окончательное нарезание винтовой поверхности рекомендуется выполнять резцами с прямолинейной режущей кромкой. Требуемый профиль ритка обеспечивается при этом соответствующей установкой резца.

Рис.6. Схемы нарезания резцами червяков: а - архимедова; б - эвольвентного; в - конволютного

Для нарезания архимедова червяка резец с прямолинейным Профилем устанавливают так, чтобы его режущие кромки лежали в осевой плоскости червяка (рис. , а). Червяки с малым углом подъема винтовой линии нарезают двусторонним резцом. При больших углах подъема винтовой линии раздельно обрабатывают левую и правую стороны витка односторонними резцами.

Рис.7. Схема нарезания цилиндрического червяка дисковой фрезы

При нарезании эвольвентного червяка резец с прямолинейным профилем устанавливают так, чтобы его режущиеся кромки располагались в плоскости, касательной к осевому цилиндру (рис.6, б). Смещение резца от осевой плоскости определяют по формуле [20]

где r₀ - радиус основного цилиндра; z_t - число заходов; m_ос - модуль в осевом сечении; б - угол профиля резца, равный углу подъема витка на основном цилиндре.

Смещение резца относительно осевой плоскости при нарезании червяков с углом подъема витка более 5° создает неблагоприятные условия резания, поэтому эвольвентные червяки с утлом подъема витка более 5° нарезают резцами с профилем, криволинейным в осевом или нормальном сечениях.

Для нарезания конволютного червяка резец с прямолинейным профилем устанавливают так, чтобы его режущие кромки соответственно требуемым геометрическим параметрам червяка лежали в плоскости, нормальной направлению витка или направлению впадины (рис.6, б).

Цилиндрические червяки нарезают дисковыми фрезами в серийном и массовом производстве. Для нарезания фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения была наклонена на угол подъема витка червяка К_я, а средняя точка А располагалась на одной высоте с осью червяка (рис.7). При такой установке фрезы червяк профилируется в нормальном сечении по впадине. Поэтому для нарезания архимедова, эвольвентного и нелинейного червяков фреза должна иметь криволинейный профиль, а для нарезания конволютного червяка - прямолинейный. Червяки с m ?10 мм фрезеруют за один рабочий ход, а с m ? 10 мм - за два рабочих хода, снимая за первый рабочий ход до 0,8 полной глубины впадины.

Фрезерование дисковыми фрезами в основном применяют для чернового нарезания витков червяка. В этом случае используют фрезы с прямолинейным профилем, оставляя припуск под чистовую обработку, превышающий получаемую погрешность профиля червяка.

Пальцевые фрезы используют для нарезания крупномодульных червяков в мелкосерийном и единичном производстве. Фрезу устанавливают так, чтобы ее ось вращения пересекала ось червяка под углом 90°.

Рис. 8. Схема нарезания червяков долбяком

Нарезание червяков круглым долбяком (рис.8) в крупносерийном и массовом производстве производят на специальных или универсальных зубофрезерных станках, оснащенных протяжным суппортом. При обработке червяк и долбяк вращаются (их оси вращения пересекаются под прямым углом), а одновременно долбяк совершает относительное перемещение вдоль оси червяка. Этим методом нарезают архимедовы и эвольвентные червяки.

Для червяков с углом подъема витка менее 5-6° используют прямозубые долбяки, при угле подъема более 6° - косозубые.

Угол наклона винтовой линии на делительном цилиндре долбяка должен быть равен углу подъема на делительном цилиндре червяка. Поэтому для нарезания червяков с различным углом наклона винтовой линии требуются отдельные долбяки.

Этот метод обеспечивает высокую точность обработки и большую производительность.

В условиях крупносерийного и массового производства червяки можно нарезать кольцевыми резцовыми головками на токарных станках (вихревое нарезание) так же, как и резьбы. Для нарезания архимедовых и эвольвентных червяков в кольцевых резцовых головках применяют резцы с криволинейным профилем, а для нарезания конвольтных червяков - с прямолинейным.

Нарезание червяков торцовой резцовой головкой, оснащенной пластинами из твердого сплава, выполняют на вертикально-фрезерных станках, оборудованных специальным приспособлением. Приспособление, устанавливаемое на столе станка, обеспечивает вращение червяка в соответствии с продольным перемещением стола. Производительность этого способа высокая. Он применяется для нарезания червяков большого модуля (m = 6 ... 10) 8-9-й степеней точности [11].

Нарезание червяков червячными фрезами по методу обката производят на универсальных зубофрезерных и шлицефрезерных станках. Этим методом нарезают эвольвентные червяки с большим углом подъема витка, для чего используют червячные фрезы с прямолинейной режущей кромкой. Он обеспечивает высокую производительность, так как все витки многозаходных червяков нарезают одновременно, однако получаемая при этом точность (8-9-я степени) невысока, поэтому его применяют в основном на предварительных операциях.

Шлифуют червяки дисковыми, чашечными и пальцевыми кругами.

Дисковыми кругами шлифуют архимедовы, эвольвентные и нелинейчатые червяки. При двустороннем шлифовании дисковым кругом ось вращения круга, как и при фрезеровании, наклонена к оси червяка под углом подъема витка на делительном цилиндре.

Для шлифования архимедовых и эвольвентных червяков при такой установке круг должен иметь криволинейный профиль, получаемый путем правки по шаблонам, профиль которых рассчитывают так же, как и профиль дисковых фрез.

При малых углах подъема архимедовы червяки относительно невысокой точности (8-9-я степени) можно шлифовать прямобочным кругом. Получаемая при этом погрешность профиля с уменьшением диаметра круга уменьшается.

Для упрощения устройства правки круга при шлифовании эвольвентных червяков допускается профилирование круга по радиусу [20]

где б_п - угол профиля в нормальном сечении; л_л - угол подъема витка на делительном цилиндре; А - расстояние между осями круга и червяка, мм; л_е - угол подъема витка на наружном диаметре; R - радиус наружного диаметра червяка; r_я - радиус делительного цилиндра.

Эту же зависимость можно использовать и при профилировании дисковых фрез.

Рис. 9. Схема шлифования эвольвентного червяка дисковым кругом

Рис.10. Схема шлифования эвольвентного червяка чашечным кругом

При одностороннем шлифовании эвольвентных червяков дисковым кругом с прямолинейным профилем (рис. 5.32) образующая круга должна совпадать с образующей червяка.

Половина угла профиля круга а_и определяется по формуле

где d₀ - диаметр основного цилиндра; m - осевой модуль червяка; z₁ - число заходов.

Для шлифования эвольвентного червяка плоской стороной дискового круга ось круга поворачивают в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Чашечные конические круги используют для одностороннего шлифования эвольвентных и архимедовых червяков. Схема установки круга дана на рис. 10. Чашечные круги обеспечивают лучшее приближение к архимедову червяку, чем дисковые круги того же диаметра. Точная архимедова поверхность получается при криволинейном профиле круга.

Пальцевые круги используют как для одностороннего, так и для двустороннего шлифования крупномодульных червяков c m?15 мм. Одностороннее шлифование применяют при обработке эвольвентных червяков. Круг устанавливают так, что его прямолинейная образующая совпадает с прямолинейной образующей эвольвентной винтовой поверхности.

При двустороннем шлифовании архимедовых и эвольвентных червяков пальцевый круг должен иметь криволинейный профиль ось круга должна пересекать ось червяка под прямым углом (рис.11).

Червячные колеса нарезают на зубофрезерных станках методом обката с радиальной, тангенциальной или комбинированной подачей. Метод обката с радиальной подачей обеспечивает наибольшую производительность и используется при черновом нарезании зубьев цилиндрической червячной фрезой. Методом обката с тангенциальной подачей достигается большая точность, он применяется при чистовом нарезании зубьев конусно-цилиндрической червячной фрезой. Метод обката с комбинированной подачей заключается в том, что вначале на этапе основного съема применяется радиальная подача, а при отделке колеса - тангенциальная подача.

В условиях мелкосерийного производства и для колес крупного модуля зубья нарезают с помощью «летучих» резцов по методу обката с тангенциальной подачей.Черновое нарезание колес можно производить также на универсально-фрезерных станках с делительной головкой дисковыми фрезами.



Рис.11. Схема шлифования черника пальцевым кругом

Шевингование является отделочной операцией при обработке зубьев колес 6-й степени точности и "более. В качестве инструмента применяют червячные шеверы. Шевингование производят после фрезерования или нарезания резцом-летучкой. Шевингование осуществляется методом обката с радиальной и окружной подачами. В обоих случаях механизм привода стола не работает и колеса поворачиваются благодаря вращению фрезы-шевера. После обработки одной стороны зуба направление вращения шевера изменяется и производится шевингование другой частью шевера. Припуск под шевингование оставляют в зависимости от модуля колеса 0,1 ... 0,6 мм на толщину зуба.

Для достижения высокой точности сопряжения профилей колеса и червяка шлифование червячного шевера и червяка производят на одном и том же станке при одинаковой статической настройке. Все основные расчетные параметры у шевера принимаются такими же, как у соответствующего ему червяка.

Размещено на Аllbest.ru

...