Сборка редуктора цилиндрического одноступенчатого с косозубыми колесами . Базовой деталью сборочной единицы редуктора является его корпус, который для сборки выверяют в горизонтальной плоскости с точностью до 0,1 мм на длине 1000 мм с помощью контрольной линейки и уровня, уложенных на поверхность разъема. Как правило, редукторы имеют плоскость разъема по оси валов, что обеспечивает хорошие условия сборки (рис. 76).

Рис. 76.
Редуктор цилиндрический одноступенчатый с косозубыми колесами

В корпус редуктора 6 первым устанавливают собранный ведомый вал 19 с колесом 9 и двумя роликоподшипниками 16 и набором регулировочных колец 8, устанавливаемых между торцом наружного кольца подшипника и закладными крышками 7 и 17. Выходные концы валов уплотняют манжетами 18.

Подобным образом собирают вал-шестерню 15 с коническими роликоподшипниками 14 и регулировочными кольцами 13 закладной крышкой 12; уплотняют манжетой 10 и закрывают крышкой 11. Плоскости разъема корпуса и крышки 2 при сборке покрывают пастой «герметика» для обеспечения плотности; затем ставят болты и конический штифт 5.

Для осмотра зубьев зацепления и залива масла при сборке в крышке имеется смотровое окно, закрываемое крышкой 1. Для залива масла при эксплуатации имеется отверстие, закрываемое пробкой 3. Для циркуляционной смазки установлено сопло 4 (при смазке колес погружением сопло отсутствует). Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрываемое пробкой 20. Для контроля уровня масла служит контрольная пробка 21.

Приработка зубчатых передач . Приработку передач делают для исправления неправильного пятна касания, т. е. для увеличения площади контакта по длине и высоте зубьев до размеров, требуемых техническими условиями, для уменьшения шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшения шума и увеличения долговечности зубчатых передач. В процессе приработки поверхности зубьев подвергаются взаимному шлифованию абразивными пастами, помещаемыми между зубьями.

Для приработки применяют абразивные пасты и пасты ГОИ. Зернистость пасты выбирают в зависимости от степени точности, твердости поверхности зуба и модуля зубчатого зацепления. Для приработки зубья колеса покрывают тонким сплошным слоем абразивной пасты и с помощью электродвигателя, соединенного с ведущим валом редуктора, дают пробную приработку с частотой вращения 20 - 30 об/мин в интервале 5 - 10 мин. Удалив с нескольких зубьев пасту, проверяют состояние их рабочих поверхностей. Отсутствие задиров и других дефектов, а также появление следов контакта свидетельствует о нормальном протекании процесса. В дальнейшем приработку ведут с постепенным повышением тормозного момента на выходном валу редуктора.

Процесс приработки через каждые 30 мин прерывают, чтобы осмотреть состояние поверхностей зубьев, определить величину пятна касания и заменить отработанную пасту новой.

После удаления абразивной пасты Зубчатые передачи обкатывают в течение 1,5 - 2 ч, подавая на зубья масло индустриальное 12, что позволяет полностью удалить зерна абразива и получить гладкую блестящую поверхность зубьев, характеризующую окончательную площадь пятна контакта. Если зубчатая пара имеет кратное число зубьев, то один зуб шестерни и два соседних с ним зуба колеса с торцов маркируют (например, буквой О), чтобы в процессе монтажа приработанные зубья совпали. Для зубчатых пар с некратным числом зубьев маркировку не делают, так как каждый зуб колеса прирабатывается ко всем зубьям шестерни.

Сборка конических зубчатых передач . Конические передачи применяются для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются под углом (рис. 77, а), как правило, равным 90°. Зубья конических зубчатых колес в идеальном случае касаются друг друга всей рабочей поверхностью (принимая за рабочую поверхность узкую полосу вдоль всей линии зуба), практически в соприкосновении находится от 1/2 до 3/4 длины зуба.

Рис. 77.
Схема конической зубчатой передачи (а), проверка перпендикулярности осей колес (б), проверка совмещения осей (в)

Основные размеры конического зубчатого колеса обычно рассматриваются во внешнем сечении, где зуб имеет наибольшие размеры на поверхности дополнительного конуса (внешний делительный Диаметр d e = mz l , диаметр вершин зубьев d ae = m(z + 2aSδ), где δ - угол делительного конуса - угол между осью конического колеса и образующей его делительного конуса, рис. 77, а). Они могут рассматриваться и в любом другом сечении (среднем, внутреннем и др.).

Требования, предъявляемые к коническим зубчатым передачам, как и приемы их сборки и установки на валу, такие же, как и цилиндрических зубчатых колес.

Пригонку колес целесообразно вести так, чтобы зубья соприкасались рабочей поверхностью ближе к тонким концам, так как тонкая сторона быстрее прирабатывается и при нагружении вследствие деформации тонкого конца зубьев достигается их прилегание на всей длине.

Перед установкой зубчатых колес проверяют межосевой угол и смещение осей. Перпендикулярность осей проверяют цилиндрической оправкой 1 (рис. 77,б) и оправкой 2, имеющей два выступа, плоскости которых перпендикулярны оси. Щупом замеряют зазор между выступами. Совмещение осей проверяют оправками, аналогичными оправкам 1 и 2 со срезанными до половины концами (рис. 77, в). При совмещении оправок щупом замеряют зазор С между ними.

Напрессованные колеса проверяют на биение венца, монтируют передачу и добиваются совпадения воображаемых вершин конусов. Предварительную установку делают по торцам колес. Зацепление регулируют смещением зубчатых колес в осевом направлении, пока не получатся одинаковые боковой Сn и радиальный σ зазоры по всей окружности. Смещать можно или одно колесо, или оба. Найденное правильное положение колес фиксируют набором прокладок или регулировочными кольцами, закладываемыми между торцом колеса и уступом вала. При наличии радиально-упорных подшипников с регулировочными прокладками зацепление регулируют смещением вала вместе с колесом. Чтобы не нарушить при этом зазоров в подшипниках, для смещения колес из-под одного подшипника прокладки вынимают и перекладывают их к противоположному подшипнику.

Правильность зацепления проверяют на краску. На зубья одного колеса наносят краску и прокатывают колеса до получения отпечатка. При расположении отпечатка не по центру зуба зацепление регулируют.

Если зубчатое колесо (рис. 78), сидящее на оси II - II, сдвинуть влево - в направлении вершины начального конуса, то зазоры в зацеплении уменьшатся. Если боковой зазор нельзя измерить щупом из-за затрудненного подхода к передаче, то пользуются тонкими свинцовыми пластинками, толщина которых в 1,5 раза превышает величину требуемого зазора. Для этого отмечают мелом три зуба, равномерно расположенных по окружности и вставляют между ними свинцовые пластинки. Затем вращают один из валов. Сжимаясь между зубьями, пластинки расплющиваются. Измерив микрометром толщину каждой пластинки и вычислив среднее арифметическое трех измерений, получают значение бокового зазора.

Рис. 78.
Проверка и регулировка зазора сдвигом колес вдоль осей

Регулировка зацепления на краску по характеру пятна контакта состоит в следующем. Зубья одного колеса смазывают тонким слоем краски и оба колеса провертывают на 2 - 3 оборота. На зубьях колеса, не смазанного краской, получается отпечаток, по которому судят о зацеплении. Величина пятна зависит от класса точности передачи и должна составлять 40 - 60% длины зуба и 20 - 25% высоты рабочей части (рис. 79, а - г).

Рис. 79.
Расположение пятен контакта при проверке на краску:
а - правильное зацепление, б - недостаточный зазор, в, г - неправильный межосевой угол

Если следы краски расположены плотно на одной стороне зуба на узком конце, а на другой стороне - на широком конце, то это свидетельствует о перекосе зубчатых колес. Эти погрешности должны быть исправлены путем дополнительных пригоночных операций. Передачу разбирают и проверяют, правильно ли установлены зубчатые колеса на валах и положение оцей в корпусе.

Требуемое пятно контакта в конических передачах получают приработкой с абразивными пастами, как и для цилиндрических передач.

Сборка червячных передач . Червячные передачи применяют для передачи вращения между двумя валами, перекрещивающимися под углом 90°, и для получения большого передаточного числа. Обычно передача осуществляется от червяка к колесу. Червячная передача состоит из червяка 1 - винта с модульной трапецеидальной резьбой (угол профиля 40°) и червячного колеса 2 (рис. 80, а).

Рис. 80. Червячная передача: а - общий вид; б - элементы поредачи; в - червяк вогнутой формы

Передаточное число червячной передачи - отношение числа зубьев колеса z 2 к числу заходов червяка z 1 ,т. е. u = z 2 /z 1 .

Для червячных передач ГОСТ 2144 - 66 предусматривает передаточные числа от 8 до 80. Червячные передачи имеют сравнительно невысокий к. п. д.

Червяки могут быть однозаходными и многозаходными и выполняться заодно с валом либо насадными, изготовляемыми отдельно и крепящимися на валу с помощью шпонок.

Расстояние между соседними витками червяка - шаг Р (рис. 80, б). Делительный диаметр червяка d = qm, где q - коэффициент диаметра червяка (q = 7,1 - 2,5).

Червячное колесо имеет вогнутые зубья спиральной формы. В осевом сечении у него те же элементы и геометрические зависимости, как и у цилиндрического зубчатого колеса. Червяк изготовляется из сталей 40, 45, 40Х, 40ХН с последующей закалкой (лучше токами высокой частоты) или цементируемых сталей 15Х, 20Х, 20ХНЗА, 20ХФ и др. Витки червяков шлифуются.

Червячные колеса для повышения к. п. д. передачи выполняются из бронзы Бр.ОФЮ-1, Бр.ОНФ, Бр.АЖ9-4. Колеса тихоходных передач изготовляют из чугуна. Для экономии дорогих бронз из них изготовляют только венец. Его напрессовывают на чугунную или стальную ступицу и крепят винтами или болтами.

Помимо червячных передач, у которых червяк имеет прямолинейную образующую делительного цилиндра (архимедовы червяки), имеются передачи с эвольвентными червяками (у них профиль витков эвольвентный), а также глобоидные передачи с червяками вогнутой формы (рис. 80, в).

К червячным передачам предъявляются следующие технические требования:

1. Профиль и шаг резьбы червячного колеса и червяка должны соответствовать друг другу.
2. Червяк должен соприкасаться с каждым зубом червячного колеса на протяжении не менее 2/3 длины дуги зуба червячного колеса.
3. Радиальное и торцовое биение червячного колеса не должно выходить за пределы норм, установленных для соответствующих степеней точности.
4. Межосеьые расстояния должны соответствовать расчетной величине, обеспечивая необходимый зазор, установленный для соответствующего класса передач.
5. Оси скрещивающихся валов должны располагаться под углом 90° друг к другу и совпадать с соответствующими осями гнезд в корпусах.
6. Собранные передачи испытываются на холостом ходу (или под нагрузкой).
7. Величина мертвого хода червяка (угол поворота червяка при неподвижном закреплении колеса) должна быть не выше установленных норм для соответствующего класса передач; при проверке на легкость проворачивания червяка добиваются, чтобы крутящий момент находился в пределах, допустимых техническими требованиями.
8. Во время испытания собранной передачи под нагрузкой проверяют плавность хода и нагрев подшипниковых опор, который должен быть не выше 323 - 333 К (50 - 60 °С).
9. При проверке передачи должны работать плавно и бесшумно.

Сборку червячной передачи начинают с проверки межосевых расстояний корпуса редуктора. Способ контроля межосевых расстояний показан на рис. 81, а. В корпус устанавливают контрольные оправки 1 и 2. На одну из них устанавливают шаблон 3 с тремя выступами. По величине зазора между выступом шаблона и оправкой 1 определяют отклонение межосевого расстояния.

Рис. 81.
Способы контроля отверстий в корпусе червячной передачи:
а - межосевого расстояния, б - перекоса осей (угол скрещивания)

Способы контроля перекоса осей (угол скрещивания) показаны на рис. 81,б.

1. Проверяют оправками и шаблоном, как и межосевое расстояние. Замеряют зазор 5 между выступами шаблона и берут разность показаний. Величина перекоса по ширине колеса получится умножением полученной разности на отношение размеров ширины колеса к расстоянию между выступами.
2. На вал червячного колеса или оправку надевают рычаг 4 с индикатором 5. Подводя штифт индикатора попеременно к левому и правому концам вала червяка или оправки, по разности отклонения судят о перекосе осей.

На рис. 82 (слева) показана сборка червячного колеса 1, закрепленного на призматической шпонке 2, и дополнительно с обеих сторон гайками 3 и 4, которыми регулируют положение средней плоскости колеса (ослабляя одну или подтягивая другую). На рис. 82 (справа) ступицу колеса I зажимают распорными втулками 5 и 6, а по торцам устанавливают компенсаторные кольца 7 и 8 различной толщины. Меняя эти кольца, добиваются сдвига колеса в ту или иную сторону.

Рис. 82.
Приемы сборки и виды брака при сборке:
а - закрепление червячных колес на валах, б - перекос колеса, в - сдвиг колеса

При сборке зубчатого колеса может быть перекос (рис. 82,б) или сдвиг колеса по оси (рис. 82, в).

Проверка и регулировка червячных передач . Проверка установки червяка по отношению к червячному колесу. Правильность установки червячного колеса по отношению к червяку проверяют с помощью специальных шаблонов и щупов, отвесов и масштабной линейки или точной линейки, призмы и уровня. Выполняют это следующими способами.

1. К ободу червячного колеса (рис. 83, а) прикладывают специальный шаблон A и щупом замеряют зазор С между шаблоном и витками червяка.

Рис. 83.
Способы контроля качества сборки червячных передач:
а - специальным шаблоном, б - отвесом, в - специальной линейкой по отпечатку на краску, г - передача собрана правильно, д - ось пары смещена вправо, е - ось пары смещена влево

1. От вала червяка (рис. 83,б) опускают отвесы О и нутромером замеряют расстояние С, которое с обеих сторон червяка должно быть одинаковым.
2. При горизонтальном положении червячного колеса 1 по отношению к червяку 4 (рис. 83,б) установку колеса проверяют с помощью точной линейки 3, специально изготовленной призмы и уровня 2. Для правильной установки между линейкой и торцом колеса помещают мерную прокладку 5.

В собранной передаче правильность установки червячной передачи контролируют по краске. Если передача собрана правильно (рис. 83, г), то краска покрывает зуб. колеса не менее чем на 50 - 60 % по длине и высоте. Если червяк смещен относительно колеса вправо или влево (рис. 81, д, е), то отпечатки получаются неправильными (неполными). В таких случаях колесо сдвигают в соответствующую сторону и надежно закрепляют.

Проверка бокового зазора . Важное значение для нормальной работы червячной передачи имеет зазор С n (рис. 84, а) в зацеплении червяка с колесом. Величина этого зазора зависит от точности и размеров передачи. В собранных передачах зазор определяют по повороту червяка при мертвом ходе. Если червяк повернется на угол φ, то при числе заходов червяка, равном z 1 , и осевом модуле колеса m зазор в зацеплении будет составлять (мкм): C n = φmz1/412.

Рис. 84.
Боковой зазор в червячной передаче (а), схема проверки его индикатором (б)

В малогабаритных точных передачах, где боковой зазор весьма мал, свободный поворот червяка определяют индикаторами по схеме, приведенной на рис. 84, б. На выступающих концах червяка и колеса крепят рычаги 7 и 2, касающиеся индикаторов 3 и 4, замечают положение стрелки индикатора 4 (следовательно, и червяка) в начальном положении, а затем червяк слегка повертывают до начала отклонения рычага 2, при этом значение угла φ (в угловых секундах) равно показанию индикатора 3 (разность между конечным и начальным значениями), умноженному на L: 3600 (L - расстояние от оси червяка до шарика индикатора).

Контрольные вопросы

1. Что такое передаточное число?
2. С какой целью выполняют балансировку деталей?
3. Какие виды передач вращательного движения применяют в машинах и механизмах?
4. Как контролируют сборку зубчатой передачи?

Выбор метода обработки зубчатых колес находится в непосредственной зависимости от установленной нормы точности различных их элементов, а также от основных требований к передачам в процессе их эксплуатации. С этой точки зрения зубчатые передачи можно разбить на следующие группы:

• силовые передачи больших мощностей и высоких скоростей; основное требование - обеспечение высоких КПД;
• силовые промышленные и транспортные передачи при средних скоростях; требования - надежность и плавный ход;
• силовые передачи в станкостроении; требования - постоянство передаточного отношения и плавность хода;
• передачи в автомобилестроении; требования - плавность и легкость хода, отсутствие шума;
• кинематические передачи в точных приборах; требования - обеспечение постоянства передаточных отношений, отсутствие мертвого хода.

Установленные ГОСТом степени точности учитывают эти условия, допуская высокие технические показатели в одном направлении и низкие в другом.

Зубчатые колеса обрабатывают на разнообразных зубообрабатывающих станках. Зубья на колесах нарезают двумя способами : копированием (рис. 206, α, б) и обкаткой (огибанием; рис. 206, в). При копировании режущему инструменту придают форму впадины между зубьями, а затем производят обработку. При этом профиль инструмента копируется на обрабатываемой поверхности.

Зубонарезание способом копирования можно выполнять: последовательным нарезанием каждого зуба колеса модульной дисковой или пальцевой фрезой на универсальном фрезерном станке; одновременным долблением всех зубьев колеса; одновременным протягиванием всех зубьев колеса; круговым протягиванием. Способ копирования применяется главным образом при изготовлении зубчатых колес невысокой точности.

Современным, точным и производительным способом изготовления зубчатых колес является нарезание зубьев по способу обкатки червячной фрезой, круглым долбя ком, реечным долбяком (гребенкой), зубострогальными резцами, резцовой головкой, накатыванием зубчатыми валками.

Способ обкатки заключается в том, что зубья на зубчатом колесе образуются при совместном согласованном вращении (обкатке) режущего инструмента и заготовки. Так, при зубофрезеровании прямолинейные боковые режущие кромки зубьев червячной фрезы, имеющие в осевом сечении трапецеидальную форму, поочередно касаются нарезаемого зуба (рис. 207). Рассматривая последовательные положения зубьев фрезы (1, 2, 3 и т.д.), видим, что профиль впадины получается постепенно и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зубьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на другой и практически образуют не ломаный, а криволинейный (эвольвентный) профиль зуба.

Зубчатые колеса 3…8-й степеней точности нарезают методом обкатки. Сырые колеса 3…5-й степеней точности далее подвергают тщательной обработке шевингованием, шлифованием и последующей отделке на притирочных станках, после чего их закаливают токами высокой частоты (ТВЧ), исключающими деформацию поверхности. Зубчатые колеса, изготовленные по 6…8-й степеням точности, обычно подвергают закалке в закалочных печах, дающих значительное искажение формы . Затем для сохранения формы у колес с б-й и 7-й степенями точности шлифуют боковые профили зубьев с базированием по отверстию, а у колес с 8-й степенью точности шлифуют отверстие с базированием по впадине зуба. Зубчатые колеса, изготовляемые по 8…10-й степеням точности, нарезают в мелкосерийном производстве на фрезерных станках в делительной головке, причем для колес, изготовляемых с 8-й степенью точности, фрезы тщательно-профилируют по форме зубьев колеса.

Зубчатые колеса с 10-й и 11-й степенями точности могут быть получены точной отливкой с последующей обработкой зубьев по шаблону.

Фрезерование зубьев цилиндрических колес и реек дисковыми и пальцевыми модульными фрезами . Фрезерование зубьев колес представляет собой разновидность фасонного фрезерования. В процессе работы фреза переносит (копирует) свой профиль во впадину зубьев, создавая, таким образом, две половины профилей двух соседних зубьев. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на размер шага с помощью делительного механизма, фреза снова врезается и проходит по новой впадине между зубьями.

Такой способ применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах. Процесс ведут на горизонтально-фрезерных станках с делительными головками. Недостатками этого способа являются:

1. Низкая точность обработки зуба, так как дисковые модульные фрезы изготовляют с приближенными профилями зубьев, причем каждый типоразмер фрезы рассчитан на несколько смежных чисел зубьев нарезаемых колес в определенном интервале.

Обычно для каждого модуля изготовляют наборы дисковых фрез, охватывающие все числа зубьев и диаметры нарезаемых колес. По стандарту имеется три набора из 8, 15 и 26 дисковых фрез, которыми с небольшой погрешностью, укладывающейся в пределы допуска, можно нарезать зубчатые колеса с разным числом зубьев. Для более точных работ применяют набор из 15 дисковых фрез, а для самых точных - из 26 дисковых фрез. Таким образом, при этом способе нарезания получается лишь приближенный профиль зубьев на нарезаемом колесе.

1. Низкая производительность и высокая себестоимость обработки (большое машинное и вспомогательное время). Низкая производительность определяется прерывностью процесса обработки, вызывающей потери времени на врезание фрезы при изготовлении каждого очередного зуба, на индексирование (поворот) заготовки, на подвод заготовки к фрезе, а также относительно малым числом зубьев фрезы, работающих одновременно.

Для нарезания зубчатых колес крупных модулей (больше 20 мм) способом копирования, особенно шевронных колес*, применяют модульные пальцевые фрезы, так как дисковые фрезы подрезают зуб встречного наклона. На зубчатых рейках зубья нарезают с помощью дисковых модульных фрез, на длинных рейках - на станках специального назначения, имеющих механизм деления для продольного движения рейки. Фрезеруют одной или двумя (и даже тремя) установленными рядом фрезами . При нескольких одновременно работающих фрезах одна (или соответственно две) из набора дисковых фрез служит для предварительной прорезки, а другая - для окончательного профилирования зубьев.

* Указанный способ обработки шевронных колес применяют главным, образом в единичном производстве; более производительным методом является образование зуба тремя резцами на специальном зубострогальном станке, долбяком по методу обкатки двух цилиндрических колес и методом обкатки зубчатой пары рейка - зубчатое колесо.

В современном машиностроении применяют зубодолбежные станки , производительность которых значительно выше, чем при нарезании зубьев на фрезерных станках. Высокая производительность достигается тем, что в работе одновременно участвует столько резцов (долбяков), сколько нужно нарезать зубьев на заготовке, причем резцы имеют форму впадин зубчатого колеса. Многорезцовую обработку ведут по схеме, приведенной на рис. 208. Резцы 1 расположены радикально по отношению к заготовке 2. Процесс резания совершается при возвратно-поступательном вертикальном движении заготовки 2. Радиальная одновременная подача резцов 1 происходит в нижнем положении заготовки 2, когда заготовка выходит из зацепления с резцами.

Фрезерование зубьев цилиндрических колес червячными фрезами наиболее широко применяется в промышленности. Червячная фреза представляет собой червяк, имеющий профиль осевого сечения винтовых ниток в виде зубчатой рейки, и продольные канавки, образующие режущие зубья рейки (см. рис. 206, в).

Зубчатая рейка обеспечивает зацепление с эвольвентными колесами любого числа зубьев, и червячная фреза может нарезать колеса с любым числом зубьев (того же модуля и угла зацепления) одинаково точно. В этом заключается одно из больших преимуществ нарезания зубьев колес червячной фрезой.

В процессе нарезания червячная фреза и нарезаемое колесо находятся в состоянии относительного движения зацепления, соответствующего червячной передаче с передаточным числом:

i = n ф /n 3 = z 3 /z ф,

где n ф и n 3 - частоты оборотов фрезы и зубчатого колеса; z ф и z 3 - число заходов червячной фрезы и число зубьев нарезаемого зубчатого колеса.

При резании червячная фреза вращается и движется поступательно в соответствии с вращением нарезаемого зубчатого колеса (рис. 209). Ось червячной фрезы 1 устанавливается под углом к плоскости торца нарезаемого колеса 2, равным углу подъема нитки фрезы на ее делительном цилиндре. Червячная фреза кроме вращения имеет еще и поступательное движение подачи вдоль образующей боковой цилиндрической поверхности нарезаемого колеса. Процесс резания при этом происходит непрерывно и в нем участвует одновременно несколько режущих зубьев, благодаря чему этот способ нарезания зубьев является одним из наиболее производительных.

Червячную фрезу устанавливают или на полную высоту зуба (т. е. глубину резания) при нарезании зубьев за один рабочий ход, или при нарезании зубьев с модулем более 8 мм за два рабочих хода - на 0,6 высоты зуба при первом и на 0,4 при втором рабочем ходе. Для чистового рабочего хода оставляется припуск от 0,5 до 1 мм на толщину зуба по начальной окружности (для размеров модуля 8…15 мм). Обычными червячными фрезами нарезают зубья как с нормальным, так и с корригированным профилем. В последнем случае фрезу соответственно условиям корригирования смещают при установке, приближая ее к заготовке или удаляя от нее.

Зубофрезерование можно производить при продольной (рис. 210, α), осевой (рис. 210, б) и диагональной (рис. 210, е) подачах. При продольной подаче червячная фреза перемещается вдоль оси обрабатываемой детали, при осевой - вдоль собственной оси. Диагональная подача - это сочетание вертикальной подачи вдоль обрабатываемой детали и осевой подачи фрезы вдоль своей оси. При диагональной подаче выше стойкость инструмента и качество поверхности рабочего профиля зубьев колес.

На зубофрезерных станках можно производить нарезание зубьев попутным (рис. 211, α) или встречным (рис. 211, б) фрезерованием; при этом попутное фрезерование эффективнее, так как оно обеспечивает более благоприятные условия стружкообразования, меньшие колебания сил резания, меньшие вибрации при резании, что повышает стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.

Значительная часть времени зубофрезерования расходуется на врезание, особенно при применении червячных фрез большого диаметра, так как с увеличением диаметра фрезы возрастает длина врезания. Для прямозубых колес средних модулей время врезания составляет 30…40% машинного времени. При осевом врезании подачу обычно несколько понижают по сравнению с последующей подачей при резании. Трудоемкость врезания можно уменьшить примерно на 30% заменой осевого врезания (рис. 212, б) радиальным (рис. 212, α), сохраняя последующую продольную подачу; в этих условиях станок и инструмент в течение всего процесса обработки загружаются более равномерно

Червячными фрезами нарезают как прямые, так и косые зубья цилиндрических колес. В последнем случае ось фрезы устанавливают под углом к торцу нарезаемого колеса, равным сумме углов подъема винтовой нитки фрезы и винтовой нитки (угла наклона зуба) нарезаемого колеса (при разных направлениях винтовых линий фрезы и колеса) и разности этих углов, если направления винтовых линий фрезы и нарезаемого колеса одинаковы.

Наиболее распространенным зубообрабатывающим станком является зубофрезерный станок для нарезания зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями, а также червячных колес и червяков методом обкатки. Станок выполняет три движения: вращения червячной фрезы, вертикальную подачу фрезы, вращение заготовки.

На рис. 213 дан общий вид зубофрезерного станка. На станине 1 коробчатой формы установлены кронштейн 2, стол 11 и опорная стойка 8. Главный привод 3, смонтированный на кронштейне 2, приводит в движение все механизмы станка.

Для ускоренного перемещения суппорта 5 на торце кронштейна 2 расположен дополнительный привод 4. Червячная фреза 6 установлена в суппорте, перемещаемом по направляющим кронштейна. Круглый стол станка с оправкой 10, на которой закрепляют заготовку колеса 9, может перемещаться по горизонтальным направляющим станины в поперечном направлении с помощью специального механизма. Верхний конец оправки поддерживается опорой 7.

Нарезание зубьев цилиндрических колес долбяком . Способ нарезания цилиндрического зубчатого колеса методом обкатки с помощью круглого долбя ха заключается в том, что в процессе обработки колеса воспроизводится зубчатое зацепление двух цилиндрических колес, одно из которых является режущим инструментом, а другое - заготовкой. Для обработки колеса необходимо (рис. 214), чтобы одно из колес 1 или 2 зубчатой пары (на практике - долбяк 1) совершало при обкатке возвратно-поступательное движение, в результате чего на заготовке образуются зубья.

Долбяк представляет собой зубчатое колесо, на торце которого заточкой образованы режущие кромки. Долбяк с прямыми зубьями, изображенный на рис. 215, а, предназначен для нарезания колес с прямыми зубьями, а дисковый косозубый долбяк (рис. 215, б) -для нарезания зубчатых колес с косыми зубьями.

На рис. 216 показан общий вид зубодолбежного станка. На станине 1 установлен стол 8 с оправкой 7 для закрепления заготовки 6. В верхней части станины расположена траверса 5, предназначенная для перемещения в горизонтальном направлении (при изменении диаметра нарезаемого колеса) долбежной головки 4 с оправкой 2. Движение всех механизмов станка осуществляется от главного привода 3, расположенного в верхней части траверсы. На конце оправки закреплен дол-бяк 9, который совершает возвратно-поступательное движение с одновременным вращением вокруг своей вертикальной оси согласованно с вращением заготовки. В период врезания долбяка в заготовку горизонтально перемещается долбежная головка.

При нарезании зубьев с помощью реечного долбяка (гребенки) воспроизводится зубчатое зацепление цилиндрического колеса с рейкой. При этом зубья можно нарезать двумя способами: обкаткой зубчатого колеса по гребенке (колесо совершает вращательное и поступательное движения при неподвижной гребенке) или гребенки по зубчатому колесу (колесо совершает вращательное движение, а гребенка - поступательное). Более распространен первый способ.

Зубонарезание прямозубых конических колес. Для обработки конических зубчатых колес применяют зубострогальные станки, работающие по методу обкатки одновременно двумя резцами.

На рис. 217 приведен общий вид зубострогального станка. В нижней части станины 9 расположен электродвигатель 11, приводящий в движение рабочие органы станка. На плоской части станины размещены основные узлы станка: люлька 5 для крепления заготовки 4 и суппорт 1, на котором размещены резцовые салазки 2, совершающие возвратно-поступательные движения в радиальном направлении к центру заготовки, а суппорт 1 приводит в движение резцы и совершает движение обкатывания, вращаясь вокруг своего центра. Люльку 5 с заготовкой устанавливают под заданным углом на направляющих 8. Заготовка с помощью зубчатой передачи 6 совершает в период обкатки вращательное движение, а при отводе резцов 3 механизм 7 выполняет операцию деления. Салазки 10 подводят заготовку к резцам и отводят от них.

На рис. 218 приведена схема перемещения резцов в процессе зубострогания. Заготовка 1 обкатывается по плоскому зубчатому колесу 2 (суппорт), на котором размещены резцовые салазки с резцами 3, в свою очередь вращающимися вместе с колесом. В правой части рисунка показаны направления движения резцовой головки относительно вращающейся заготовки.

При обработке небольших прямозубых конических колес применяют круговое протягивание на специальных станках, где режущим инструментом является круговая протяжка. Круговая протяжка состоит из нескольких секций фасонных резцов (обычно 15 секций по пяти резцов в каждой), расположенных в порядке изменения профиля по периферии протяжки. На рис. 219 показаны черновые резцы 1, чистовые резцы 2 и зона 3 поворота заготовки на один зуб. Профиль и расположение вершин резцов изменяются по определенному закону.

Круговая протяжка, вращаясь с постоянной угловой скоростью, одновременно перемещается поступательно с различной скоростью на отдельных участках своего пути. Угловая скорость и характер поступательного движения круговой протяжки зависят от профиля копира станка, подбираемого применительно к обрабатываемому зубчатому колесу 4. Таким образом, траектория рабочего движения каждого фасонного резца является совокупностью скоростей вращательного и поступательного движений протяжки.

При черновом протягивании круговая протяжка движется от вершины начального конуса зубчатого колеса к его основанию, а при чистовом - от основания к вершине.

За один, оборот протяжки полностью обрабатывается одна, впадина зуба конического зубчатого колеса. Во время протягивания заготовка неподвижна; для обработки следующей впадины заготовку поворачивают на один зуб вокруг своей оси при подходе свободного от резцов сектора круговой протяжки.

Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными зубьями . Конические колеса с криволинейными зубьями обладают более высоким КПД, обеспечивают плавность и бесшумность работы передачи. Наиболее распространенным способом получения криволинейных профилей зубьев конических колес является нарезание зубьев резцовыми головками. Станки для нарезания зубчатых колес этим способом весьма производительны и обеспечивают высокое качество изготовления колес.

На рис. 220 приведена схема формообразования конических колес с криволинейными зубьями (с профилем по дуге окружности). Резцовая головка 1, представляющая собой режущую часть производящего колеса 2, обкатываясь по поверхности конической заготовки 3, образует на последней криволинейные зубья, осевая линия которых представляет собой дугу окружности.

Резцовая головка (рис. 221) представляет собой диск со вставленными по его периферии резцами, обрабатывающими профиль впадины с двух сторон (половина резцов обрабатывает одну сторону, половина - другую). В корпусе 6 головки прорезаны пазы, в которые вставлены наружные 2 и внутренние 1 резцы, прикрепленные к корпусу винтами 5 и регулируемые винтами 3 с помощью клиньев 7 и прокладок 4.

В табл. 18 и 19 приведены технологические варианты нарезания зубьев цилиндрических и конических колес, применяемых на заводах крупносерийного и массового производства.

Методы обработки зубьев цилиндрических колес разделяются на две группы: методы копирования и методы обкатки.

При обработке методом копирования профиль инструмента должен быть таким же, как профиль впадины между зубьями колеса. Зубья нарезают на обыкновенном фрезерном станке общего назначения фасонной дисковой или фасонной концевой фрезой с помощью универсальной делительной головки. После прорезания одной впадины производят деление и фрезеруют следующую. Для уменьшения накопленной погрешности, впадины прорезают не подряд, а через несколько зубьев. Метод дает низкую точность и малую производительность и применяется в условиях единичного производства для получения колес 9-10 степенен точности.

Метод обкатки допускает применение инструмента с прямолинейными режущими кромками. По сравнению с методом копирования метод обкатки отличается большей точностью, возможностью использовать один и тот же инструмент для обработки колес с различным числом зубьев. Рассмотрим нарезание колес, осуществляемые методом обкатки.

Зубофрезерование. Зубофрезерование методом обкатки широко используется для нарезания цилиндрических колес внешнего зацепления с прямыми и косыми зубьями. Операцию выполняют на зубофрезерном станке червячной фрезой (рис. 12). В процессе зубофрезерования главным рабочим

Зубофрезерование червячной фрезой - основной метод нарезания колес с косыми зубьями. Этот метод проще, чем другие методы (зубодолбление).

От точности установки заготовки (совпадения оси посадочного места с осью вращения стола станка) зависят основные точностные параметры колес. Поэтому для получения колес высокой степени точности перед зубофрезерованием необходимо посадочные цилиндр и торец обработать в одной операции, с точностью по диаметру не ниже 7 квалитета. При одновременной обработке нескольких заготовок в пакете в предшествующих операциях необходимо выдержать параллельность торцов у заготовок и перпендикулярность их к оси посадочного цилиндра.

Червячные колеса нарезают на зубофрезерном станке двумя методами:

С радиальной подачей колеса;

С тангенциальной подачей инструмента (рис. 13).

В обоих случаях фреза должна по размерам строго соответствовать червяку, с которым будет работать нарезанное колесо. Нарезание методом радиальной подачей червячной фрезой более производительно, но хуже по точности (межцентровое расстояние при нарезании непостоянно). Для метода тангенциальной подачи используется фреза червячная тангенциальная, снабженная заборным конусом.

Зубодолбление. Операцию зубодолбления круглыми долбяками выполняют на зубодолбежном станке, работающим методом обкатки. В процессе нарезания главным рабочим движением является возвратно-поступательные ходы долбяка, а движения обкатки (оно же движение подачи) - вращение (поворачивание) заготовки, согласованное с вращением (поворачиванием) долбяка (имитация зацепления пары колес) (рис. 14).

Инструмент - долбяк, представляет собой режущее колесо с эволвентными зубьями. По конструктивному оформлению корпуса различают долбяки дисковые, чашечные, втулочные и хвостовые.

Зубодолбление позволяет нарезать зубья вблизи буртика или зубья блочного колеса, зубофрезерование которых невозможно из-за отсутствия места для выхода червячной фрезы.

Для нарезания косозубого колеса требуется косозубый долбяк и устройство в станке для сообщения долбяку винтового движения.

Мелкие зубья (m<1,5 мм) нарезают в один проход, т.е. зубчатый венец образуется за один оборот заготовки. Более крупные зубья нарезают в два - три прохода. Для автоматического врезания станки снабжают специальными кулачками (двух и трехпроходными).

Долбление круглым долбяком - единственный способ нарезания колес с внутренним зубом.

Зубодолбление аналогично по точности и по производительности зувофрезерованию.

Зубозакругление. Для облегчения ввода зубьев во впадины сопрягаемых колес при перемещении их вдоль своих осей выполняют один из специальных видов обработки торцов зубьев: закругление, снятие фасок и заусенцев.

Зубозакругление выполняется на зубозакругляющих станках разными фрезами.

1. Обработка пальцевой конической фрезой осуществляется с непрерывным делением на каждый зуб колеса. Ось шпинделя фрезы располагается перпендикулярно оси колеса. Шпиндель с фрезой, вращаясь вокруг своей оси, совершает движение вверх и вниз параллельно длине зуба, а колесо непрерывно вращается и закругление зубьев получается в результате совместного движения фрезы и вращения колеса.

Возвратно-поступательное перемещение фрезы вдоль торца зуба обеспечивает бочкообразную форму закругления. В начале обработки деталь подводится к фрезе и в конце отводится от нее.

2. Обработка фрезой трубчатой с внутренней конусной поверхностью с зубьями. Фреза совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси и зубья ее вводятся в соприкосновение с противоположными профилями смежных зубьев, закругляя их торцы. При обратном ходе фрезы колесо поворачивается на один зуб и весь цикл повторяется.

Снятие фасок и заусенцев выполняется аналогичными способами пальцевыми фрезами или абразивным инструментом.

Шевингование - процесс тонкой обработки зубьев колес с твердостью HRC<40, осуществляемый инструментом - шевером, представляющим собой колесо с косыми зубьями, в которых прорезаны поперечные канавки (рис. 15). Края этих канавок служат режущими кромками - в процессе обработки они соскабливают с поверхности зубьев колеса очень тонкую стружку (0,05-0,01 мм).

Шевингованием обрабатывают колеса с прямым и косым зубом, многовенцовые блоки колес. Для обработки зубья колес вводят в зацепление с зубьями шевера. Условия зацепления должны выть такими, чтобы существовало взаимное давление и относительное скольжение зубьев. Шевер с косыми зубьями получает принудительное вращение и вращает колесо, свободно установленное в центрах станка на оправке. Скрещивание осей обуславливает продольное относительное скольжение зубьев шевера вдоль всей поверхности зуба, для этого столу станка сообщается продольная подача. В конце хода стол получает поперечную (вертикальную) подачу. Время обработки одного зуба 2-3 секунды. Шевингование повышает точность колес на одну степень точности. Обычно обработкой, предшествующей шевингованию, служит зубофрезерование (зубодолбление), проводимое на втором этапе. В таких случаях шевингованием на третьем этапе получают колеса 6-ой степени точности.

Шевингование неприменимо для колес, зубьям которых придана высокая поверхностная твердость.

Зубошлифование. Зубошлифованием обрабатывают ответственные колеса с цементированными или азотированными зубьями. Зубошлифование осуществляется, чаще всего, на зубошлифовальных станках, работающих червячным шлифовальным (абразивным) кругом (рис. 16). Схемы работы подобны схеме зубофрезерования, но скорости движении соответствуют требуемым для шлифования. Метод зубошлифования обеспечивает высокую производительность и позволяет получить на третьем этапе колеса 6-ой степени точности.

Рис. 16. Схема зубошлифования.

Притирание , как и зубошлифование, служит для отделки зубьев, имеющих высокую поверхностную твердость. Однако в отличие от шлифования притиранием можно снимать очень небольшой слои металла. Поэтому припуск на притирание (0,01-0,04 мм на толщину зуба) обеспечивают за счет некоторой части допуска на окончательную толщину зуба. Наилучшей операцией, перед притиранием, является шевингование зубьев (до термообработки), сочетающее высокую точность с большой производительностью. Такой комплекс операций во многих случаях позволяет отказаться от шлифования - и тем самым резко повысить производительность на окончательном этапе обработки детали. Притирание осуществляется на третьем, четвертом этапе и позволяет получить колеса 6-5 степени точности 8-10 класса шероховатости.

В качестве притиров используют точные чугунные колеса с прямыми или косыми зубьями. Существуют станки, работающие тремя притирами (один прямозубый и два косозубых с разными направлениями спирали, рис. 17) и одним притиром (косозубым или прямозубым). Скрещивание осей притира и колеса (обычно под углом 10-15°) вызывает при вращении их относительное продольное скольжение зубьев. Кроме того, предусматривают осевое перемещение колеса.

Производительность притирания в нормальных условиях очень большая (в среднем 3-6 секунды на один зуб). Как и при всяком притирании, оно сильно зависит от зернистости и химической активности применяемого притирочного состава. В случае повышения припуска производительность резко падает.

Значительно большие припуска (до 0,2 мм) позволяет снимать сходный по кинематике с притиранием процесс обработки не чугунным, а абразивным зубчатым колесом, называемый зубохонингованием и применяемый для сравнительно неточных колес.

Методом обкатки получают зубчатые колеса, имеющие высокую точность профиля и шага, а сам метод является наиболее производительным.

Самым простым и универсальным инструментом для метода обкатки является инструментальная рейка. Боковые участки зубьев рейки, образующие эвольвентный профиль на нарезаемом колесе, выполнены прямолинейными (рис. 43), так как прямые можно рассматривать как частные случаи эвольвент при .

Рис. 43. К определению делительной окружности

Эвольвента зуба cd образуется при обкатке некоторой прямой (центроиды) рейки mm без скольжения по окружности (центроиде) заготовки r .

Окружность радиуса r , по которой катится без скольжения прямая mm рейки в процессе изготовления зубчатого колеса, называется делительной (производственной) окружностью . Она отличается от начальных окружностей, появляющихся в процессе зацепления двух зубчатых колес. Каждое зубчатое колесо, имея только одну делительную окружность, может образовывать несколько начальных окружностей разного диаметра при за­цеплении с различными колесами.

Очевидно, что шаг по дуге делительной окружности р = P p . Так как , то:

. (6.4)

Здесь называется модулем зацепления .

Модуль зацепления является одним из основных параметров зубчатого колеса и выражается в миллиметрах. С целью сокращения количества инструмента значение модулей m стандартизовано. Размеры инструментальной рейки – так называемый исходный контур инстру­ментальной рейки – также стандартизованы в долях модуля зацепления (рис. 44).

Рис. 44. Инструментальная рейка

Прямолинейный участок профиля рейки выполнен в пределах 2h" a m ; закругление для формирования галтели зуба – на участке с"т .

Здесь: h" a – коэффициент высоты зуба;

с" – коэффициент радиального зазора;

– угол профиля рейки.

Для основного контура h" a = 1, с" = 0,25 и = 20°. ГОСТ предусматривает при необходимости применение укороченного контура (h" a = 0,8; с" = 0,3; = 20° ).

На средней линии толщина зуба равна половине шага рейки, т. е.

.

6.6.2. Способы обработки зубьев при методе обкатки

При обработке резанием форма режущего инструмента (инструментального колеса (долбяка, шевера) или инструментальной рейки) методом обкатки сходна с формой зубчатого колеса или зубчатой рейки, зубьям которых приданы режущие свойства.

Процесс резания (шлифования, шевингования) происходит при возвратном движении инструментального колеса или рейки вдоль оси зуба или при вращении червячной фрезы. Относительные движения в окружном направлении заготовки будущего колеса и режущего инструмента такие же, как и при зацеплении уже нарезанного колеса с другимзубчатым колесом или зубчатой рейкой (сходными с инструментальными).

Так как эвольвентное колесо может работать в паре с любым зубчатым колесом, то и инструмент по методу обкатки пригоден для изготовления любого зубчатого колеса (при одинаковой высоте зуба, точнее, при одинаковом модуле).

При образовании зубьев методом накатки (рис. 45) заготовка зубчатого колеса z диаметром примерно – (d a +d f )/2, часто предварительно нагретая токами высокой частоты, прокатывается между валками.

Валки сходны с эвольвентными зубчатыми колесами (рис. 45, а , б ) или с зубчатыми рейками (рис. 45, в ), получающими вместе с заготовкой принудительный обкат с постоянным передаточным отношением таким же, как и в готовом зубчатом зацеплении.

а ) б )

в )

Рис. 45. Схемы изготовления зубчатых колес методом накатки:

а )накатка с радиальной подачей; б ) пакетная накатка с протягиванием;
в ) накатка двумя рейками

Деформируя заготовку, валки образуют на ней зубья за счет пластического течения металла, вытесняемого из впадин зубчатого колеса. Волокна металла при этом не перерезаются, а поверхность зубьев упрочняется, что способствует повышению прочности зубчатого колеса.

Недостатком этого вида обработки является пока невысокая точность получаемого зубчатого колеса по сравнению с другими видами зубонарезания методом обкатки.

6.6.3. Установка рейки при нарезании и виды зубчатых колес

При нарезании зубчатого колеса возможны три случая установки инструментальной рейки:

1) средняя линия рейки касается и обкатывается без скольжения по делительной окружности нарезаемого колеса (заготовки) – (рис. 46, а );

б )

а )

в )

Рис. 46. Положение зубчатой рейки:

а ) без смещения; б ) с положительным смещением; в ) с отрицательным смещением

2) по делительной окружности обкатывается без скольжения некоторая прямая mm , расположенная ближе к вершинам зубьев рейки и смещенная от средней линии рейки на величину , где – коэффициент смещения. В этом случае говорят, что рейка отодвинута от центра колеса на величину (рис. 46, б );

3) по делительной окружности обкатывается прямая mm, смещенная к основаниям зубьев рейки на величину , где (рис. 46, в ).