Зубчатые передачи. Нарезание зубьев цилиндрических колес методом обкатки Приработка зубчатых колес

Закругления торцов зубьев чаще всего выполняют у передвижных шестерен, так как это значительно облегчает их перемещение (например, шестерни коробок скоростей). Кроме того, у большинства зубчатых колес снимают фаски или притупляют кромки торцовых поверхностей. Закругление зубьев и снятие фасок на торцовых поверхностях зубьев производят конусной и дисковой фасонными фрезами; притупляют острые кромки и снимают заусенцы чаще всего вращающимися щетками или червячными фрезами с насечками, шлифовальными кругами; торцовые поверхности зубьев обрабатывают на универсально-фрезерных и специальных станках.

МЕТОДЫ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Эксплуатационные качества зубчатой передачи (плавность работы, износоустойчивость, прочность, бесшумность) зависят от тщательности обработки боковых поверхностей зубьев.

Отделочная обработка применяется для колес, изготовляемых по нормам 6...7 степеней точности. Зубья должны иметь шероховатость боковых поверхностей R a = 1,25...0,63 мкм.

Зубошевингование основано на воспроизводстве реечного зацепления или зацепления цилиндрической зубчатой пары со скрещивающимися осями. Инструментом являются шевер-рейка - в одном случае и круглый шевер - в другом. Резание производится при проскальзывании поверхностей зубьев с многочисленными режущими кромками, срезающими тонкие стружки толщиной 0,001...0,005 мм. Врезание режущих кромок осуществляется под действием давления, возникающего при сближении осей шевера и заготовки. При шевинговании происходит исправление отдельных элементов зубчатого венца и улучшение шероховатости поверхностей зубьев. Шевингуются зубчатые колеса от т = 0,4 до т = 12 мм с диаметрами от 6 до 1200 мм. Шевингованием достигаются 6...7 степени точности обработанных колес и шероховатость поверхности R a = 0,63...0,16 мкм.

Предварительно нарезанное прямозубое или косозубое колесо плотно зацепляется с шевером (рис. 4.11, а). Скрещивание их осей обязательно. Угол скрещивания осей (р чаще составляет 10... 15°, но в отдельных случаях может быть и меньше. При таком характере зацепления скорость у ш разлагается и появляется составляющая v - скорость скольжения профилей, направленная вдоль зубьев, которая обеспечивает движение резания. Шевер режет боковыми сторонами зубьев со специальными канавками (рис. 4.11, б) для образования режущих лезвий. Следовательно, шевер представляет собой режущее зубчатое колесо.

Шевингованием получают бочкообразную форму зуба, что предотвращает концентрацию нагрузки при зацеплении с другим колесом на концах зубьев, обеспечивает более плавную передачу движений, облегчает сборку машин.

Из схемы шевингования следует, что инструмент и заготовка воспроизводят зацепление зубчатой винтовой пары. Кроме того, зубчатое колесо движется возвратно-поступательно (движение II) и после каждого хода (или двойного хода) подается в радиальном направлении (движение III). Направление вращения шевера (движение I) и, следовательно, заготовки через некоторое время изменяется. Контактирующая поверхность между зубьями шевера и колеса уменьшается с увеличением угла скрещивания осей.

Для повышения точности и производительности процесса шевингования, а также стойкости инструмента толщина снимаемых слоев должна быть минимальной: 0,04...0,08 мм для колес с модулем 1,5...3,0 мм и до 0,1...0,125 мм - с модулем 10 мм. Колеса обрабатывают при обильном охлаждении сульфофрезолом, который обеспечивает удаление стружки, смазку и охлаждение режущих лезвий. Шеверы изготовляют с различной точностью в зависимости от требований к зубчатым колесам. Диаметр шевера выбирают максимально возмож-

ным по размерам шевинговального станка. При этом повышаются его стойкость и точность обработки.

Рис. 4.11

При шевинговании колес среднего модуля скорость резания получается в пределах 30...45 м/мин. Радиальная подача при шевинговании зубчатых колес 6...7 степеней точности S = 0,02...0,06 мм на один ход стола. Продольная подача при этих же степенях точности S =0,2...0,6 мм на ход стола. Шевером до переточки обрабатывают

5..Л0 тыс. колес. Допускается 5-6 переточек шевера.

Зубохонингование применяется для отделочной обработки закаленных зубчатых колес. Зубохонингованием погрешности самого зацепления устраняются незначительно, если слой снимаемого металла более 0,01...0,03 мм на толщину зуба. Процесс зубохонинго- вания заключается в совместной обкатке заготовки и инструмента, выполненного из абразива и имеющего форму зубчатого колеса. Зубохонингование имеет много общего с зубошевингованием. Оси заготовки и инструмента скрещиваются под углом 15... 18°. При вращении зубчатой пары (рис. 4.12, а) возникает составляющая скорости скольжения профилей. Абразивные зерна хона обрабатывают боковые стороны зубьев заготовки за счет микрорезания (рис. 4.12, б). Скорость вращения пары, находящейся в зацеплении, во много раз больше скорости при шевинговании.

Зубохонингование применяют для прямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес. Заготовка и инструмент вращаются в плотном зацеплении. Зубчатое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси (продольная подача).

Рис. 4.12.

Направление вращения пары изменяется при каждом двойном ходе. Плотное зацепление осуществляется прижатием бабки инструмента к обрабатываемому колесу специальными пружинами или пневматическими устройствами. Подвижность бабки компенсирует неточности обработки колеса и исключает передачу больших нагрузок на инструмент. Возможно хонингование зубьев с бочкообразной формой. Хоны изготовляют на основе эпоксидных смол с добавлением в качестве абразива карбида кремния. Такой инструмент проектируют с увеличенным наружным диаметром и с учетом износа в процессе обработки колес. Число зубьев хона не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса.

Как следует из рис. 4.12,6, вершина зуба колеса постоянно контактирует со впадиной зуба хона. Благодаря этому уменьшается скорость изнашивания хона, а вследствие постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину хона происходит автоматическое восстановление зубьев хона. Необходима лишь периодическая правка хона по наружной поверхности для поддержания необходимого зазора А. Прямозубые колеса обрабатывают косозубыми хонами, а косозубые - прямозубыми или косозубыми хонами. В производство внедряют алмазно-металлические хоны. Стойкость их в 8-12 раз выше, чем у абразивных. Такими хонами можно обрабатывать зубчатые колеса высокой твердости.

Зубошлифованием можно получить 5...6 степени точности зубьев практически независимо от точности предварительной обработки их и искажений термической обработкой. Этим методом обрабатывают цилиндрические и конические зубчатые колеса. Недостатки зубо- шлифования (сложность станков и их наладки, высокая стоимость обработки и сравнительно низкая производительность) позволяют применять его только для очень точных и ответственных зубчатых колес, работающих с большими скоростями, а также для зуборезных инструментов.

Зубья цилиндрических колес можно шлифовать двумя методами: копированием и обкаткой. Метод копирования соответствует зубо- нарезанию дисковой модульной фрезой. Эвольвентный профиль зуба воспроизводится абразивными кругами, имеющими профиль впадин обрабатываемого колеса (рис. 4.13, а). Круг заправляют особым копировальным механизмом. Вращающийся круг совершает возвратно-поступательное движение, обеспечивая5 пр. Шлифуют методом единичного деления. Однако большое влияние на точность колеса может оказать износ шлифовального круга: наибольшая погрешность возникает между первым и последними зубьями. Во избежание этого колесо последовательно поворачивают не на 1 /z, а на несколько зубьев, но так, чтобы были прошлифованы все впадины. Тогда износ круга влияет на точность колеса меньше. Шлифуют за несколько ходов каждую впадину зуба. Метод копирования более производителен, чем метод обкатки, но менее точен.

Рис. 4.13.

Шлифование зубьев методом обкатки основано на принципе зацепления обрабатываемого колеса с зубчатой рейкой (рис. 4.13, б). Колесо как бы катится по воображаемой рейке, которая закреплена неподвижно, поочередно в одну и другую сторону. При этом оно совершает возвратно-вращательные, а центр его - возвратно-поступательные движения. Обрабатывают двумя абразивными кругами, шлифующие торцы которых расположены вдоль сторон зубьев рейки. Два шлифовальных круга можно разместить в одной впадине зуба только у крупных колес. Поэтому одновременно шлифуют разноименные стороны двух соседних впадин. Для шлифования методом обкатки необходимо, кроме указанных движений, обеспечить продольную подачу для обработки зубьев по всей ширине. После обработки каждых двух боковых поверхностей зубьев колесо поворачивается на величину углового шага 1Д. Износ кругов компенсируется механизмом, с помощью которого круги каждый раз автоматически раздвигаются после правки.

Принцип зацепления обрабатываемого колеса с рейкой используют и в тех случаях, когда зуб рейки воспроизводится одним абразивным кругом или абразивом, заправленным в виде червяка. Методом обкатки шлифуют косозубые и конические колеса.

Абразивные круги для зубошлифовальных станков выбирают в соответствии с формой зуба и видом зубчатого колеса, а также в зависимости от твердости обрабатываемого материала и характера обработки (черновая, чистовая).

Несмотря на преимущества, метод характеризуется сравнительно низкой производительностью и высокой стоимостью. Поэтому зу- бошлифование применяют в тех случаях, когда требования к точности и шероховатости боковых поверхностей зубьев трудно удовлетворить другими методами обработки.

Качество обработки зубчатых колес, получаемых зубошлифовани- ем, можно улучшить зубопритиркой. Ее применяют для ответственных передач. Зубопритиркой получают поверхности высокого качества, доводя их до зеркального блеска, увеличивают плавность работы, уменьшают шум, повышают долговечность работы пары. Применяют для закаленных зубчатых колес.

Притиры выполняют в виде зубчатых колес. В зацеплении в результате давления между зубьями притира и обрабатываемого колеса мелкозернистый абразив (в смеси с маслом) внедряется в более мягкую поверхность зубьев притира и удерживается на нем. Благодаря скольжению, возникающему между зубьями при вращении пары, зерна абразива снимают с обрабатываемого колеса мельчайшую стружку. Таким образом, при зубопритирке возникает искусственное изнашивание материала колес в соответствии с профилем зуба притира. На рис. 4.14 представлены две схемы притирки зубьев. По схеме, показанной на рис. 4.14, д, помимо вращательного движения притира и колеса создается возвратно-поступательное движение притира (З’нр), что обеспечивает равномерную обработку зуба по всей ширине. Оси притира и колеса параллельны. Процесс протекает при быстром вращении притира, который ведет зубчатое колесо, и медленном вращении подачи. Наиболее распространены методы притирки тремя притирами (рис. 4.14, б). Оси двух притиров скрещиваются с осью колеса, а ось третьего - параллельна оси колеса. Такая схема повышает производительность обработки. Обрабатываемое колесо получает реверсивное вращение и приводит в движение притиры. Одновременно оно перемещается возвратно-поступательно с подачей S вдоль своей оси. Угол скрещивания осей составляет 3...10 0 . Указанные движения обеспечивают равномерную обработку по всей ширине обеих сторон зуба. Притирают конические колеса с круговыми зубьями. Прямозубые конические колеса притирают редко. Материалом для зубчатых притиров служит мелкозернистый серый чугун с микроструктурой мелкопластинчатого графита в перлито-ферритном поле. Притиры выполняют как можно большего диаметра, чтобы по мере изнашивания их можно было многократно восстанавливать. Число зубьев притира не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Для притирки применяют жидкие абразивные смеси и пасты. Максимальная толщина слоя, удаляемого с помощью притирки, не должна быть более 0,05 мм. Значительные погрешности зубчатых колес исправить притиркой нельзя. Такие колеса надо предварительно шлифовать, а затем притирать.

В отдельных случаях вместо притирки применяют приработку зубьев. Она отличается от притирки тем, что колесо взаимодействует не с притиром, а с тем колесом, которое будет находиться с ним в зацеплении в собранной машине. Приработку производят с помощью абразивного материала, ускоряющего процесс взаимного сглаживания поверхностей.

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:

Профиль и шаг резьбы червячного колеса и червяка должны соответствовать друг другу.
Червяк должен соприкасаться с каждым зубом червячного колеса на протяжении не менее 2/3 длины дуги зуба червячного колеса.
Радиальное и торцовое биение червячного колеса не должно выходить за пределы норм, установленных для соответствующих степеней точности.
Межосеьые расстояния должны соответствовать расчетной величине, обеспечивая необходимый зазор, установленный для соответствующего класса передач.
Оси скрещивающихся валов должны располагаться под углом 90° друг к другу и совпадать с соответствующими осями гнезд в корпусах.
Собранные передачи испытываются на холостом ходу (или под нагрузкой).
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.
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).
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.

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.
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.

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

От вала червяка (рис. 83,б) опускают отвесы О и нутромером замеряют расстояние С, которое с обеих сторон червяка должно быть одинаковым.
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

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

Нарезание зубчатых колес методом обкатки в настоящее время является самым распространенным методом. Этим методом нарезают цилиндрические шестерни с прямыми, спиральными и шевронными зубьями. Для нарезания колес с наружными прямыми и спиральными зубьями применяют червячные фрезы, круглые и реечные долбяки, для нарезания колес с внутренними зубьями — круглые долбяки, а колес с шевронными зубьями — круглые и реечные долбяки. При этом инструменту и заготовке, кроме перемещений, необходимых для процесса резания, сообщают взаимные перемещения, которые соответствуют движению находящихся в зацеплении пары зубчатых колес или зубчатого колеса и рейки.

Нарезание зубьев колес червячной фрезой производится на зубофрезерных станках, схема работы которых показана на рисунке 1 (а). Инструмент и заготовка совершают три рабочих движения: вращение фрезы с числом оборотов, соответствующим выбранной скорости резания; вращение зубчатого колеса (за один оборот фрезы обрабатываемое зубчатое колесо проворачивается на число зубьев, равное числу заходов фрезы) и продольная подача - перемещение фрезы параллельно оси детали. Процесс обработки зубьев происходит непрерывно, одновременно с процессом деления, и за один оборот зубчатого колеса производится обработка всех зубьев на длине, равной продольной подаче. При этом методе обеспечиваются шестая-восьмая степени точности.

Для повышения производительности черновой обработки применяют многозаходные червячные фрезы (двух-, трех- и четырехзаходные).
Нарезание червячной фрезой зубчатых колес с модулем до 2 мм производится в один проход, при более крупных модулях — в два-три прохода, причем чистовую обработку целесообразно производить на другом станке отдельной фрезой. Для обеспечения точной установки деталей при обработке необходимо, чтобы их торцы были обработаны перпендикулярно оси отверстия (отклонение не более 0,02—0,03 мм на 100 мм диаметра). При обработке колес ось фрезы наклонена к торцовой плоскости обрабатываемой детали на угол, равный алгебраической сумме угла спирали фрезы и угла спирали обрабатываемой детали.

Нарезание зубьев круглыми долбяками производится на зубодолбежных станках. Схема обработки показана на рисунке 1 (б). Долбяк представляет собой колесо, зубья которого заточены так, что они имеют передний и задний углы (как у резца).
При нарезании зубьев обрабатываемая деталь и долбяк совершают вращательное движение, согласованное, как у находящейся в зацеплении пары зубчатых колес. Долбяк совершает возвратно-поступательное движение параллельно оси детали со скоростью, обеспечивающей (при рабочем ходе) заданную скорость резания, и при врезании приближается к обрабатываемой детали (радиальная подача). Кроме того, обрабатываемая деталь для предотвращения трения инструмента об обработанную поверхность при холостом ходе отводится от инструмента и перед рабочим ходом устанавливается в рабочее положение. При обработке зубчатых колес на зубодолбежных станках обеспечивается пятая-седьмая степени точности и лучшая, чем при обработки на зубофрезерных станках, чистота поверхности.

Зубья многовенцовых колес с близко расположенными венцами и колес с внутренним зацеплением нарезают только методом зубодолбления.
Обработка зубчатых колес реечным долбяком (гребенкой) производится на специальных зубодолбежных станках. Инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси заготовки, а обрабатываемое зубчатое колесо медленно вращается и поступательно перемещается вдоль рейки. После поворота колеса на один-три зуба и соответственного перемещения вдоль гребенки на один-три шага колесо отводится от гребенки и возвращается в исходное положение. Затем начинается обработка следующего зуба или нескольких зубьев.

Нарезание гребенками менее производительно, чем нарезание шестерен круглыми долбяками и червячными фрезами. Точность и чистота обработки такие же, как и при обработке круглыми долбяками.
Колеса со спиральными зубьями можно обработать специальными круглыми долбяками со спиральными зубьями с углом спирали, обратным по направлению углу спирали зуба шестерни, равным ему по величине.

Для нарезания спиральных зубьев круглым долбяком зубодолбежный станок оснащен копирным устройством, которое сообщает шпинделю с долбяком одновременно продольным перемещением вращательное движение, причем зубья долбяка двигаются по винтовой линии.

Для нарезания колес со спиральными зубьями применяют обычные реечные долбяки с прямыми зубьями, которые перемещаются не параллельно оси заготовки, а под углом, равным углу подъема спирали зубьев колес.
Колеса с шевронными зубьями обрабатывают методом обкатки на специальных зубострогальных станках с двумя круглыми долбяками со спиральными зубьями или двумя реечными долбяками с косыми зубьями (рисунок 2).

Станок, оснащенный круглыми долбяками, представляет собой как бы два зубодолбежных станка, соединенных основаниями, причем один настроен на обработку зубьев с правой спиралью, а другой - на обработку зубьев с левой спиралью. Инструмент и изделие совершают такие же движения, как на обычном зубодолбежном станке. Точно так же станок, оснащенный реечными долбяками, представляет собой как бы два станка с ползунами, движущимися в направляющих, расположенных под углом, соответствующем углу спирали зубьев шестерни. Реечные долбяки с косыми зубьями (правый и левый) имеют такой же угол наклона зубьев, как колесо. Долбяк и деталь совершают такие же движения, как на обычном зубодолбежном станке, на котором обрабатываются шестерни с косыми зубьями. Долбяки работают попеременно: один совершает рабочий ход, другой - обратный ход.
Этим способом могут обрабатываться шевронные зубчатые колеса без канавки между венцами.

Кроме обработки резанием, зубья цилиндрических зубчатых колес изготавливают методом пластической деформации - накатыванием. Зубья колес модулем до 1,5 мм накатывают в холодном состоянии на специальных станках или токарных станках с продольной подачей (рисунок 3, а). На оправке, установленной в центрах, закрепляют делительное колесо 2 и заготовки 4. Накатники 1 и 3, закрепленные на суппорте станка, имеют заборную часть для постепенного образования зубьев. В начале накатывания они входят в зацепление с делительным колесом 2, а по мере образования зубьев на заготовках приводятся во вращение этими зубьями. Для получения более точного профиля зубьев накатывание ведется с реверсированием вращения заготовок. Холодное накатывание может обеспечить точность изготовления зубьев колес до восьмой степени.

В горячем состоянии накатываются зубья колес с модулем до 5 мм и диаметром до 450 мм. Горячее накатывание производится как с продольной, так и с радиальной подачей на мощных станах.
При горячем накатывании с продольной подачей заготовка, нагретая в высокочастотном индукторе до температуры 1000-1200° С, перемещаясь вдоль оси, вводится между накатниками, аналогично тому как это делается при холодном накатывании зубьев.
При горячем накатывании зубьев с радиальной подачей (рисунок 3, б) заготовка 4, закрепленная на оправке 6, после нагрева в индукторе вводится между вращающимися накатниками, закрепленными на шпинделях 5. Заготовка под действием накатников, сдвигающихся в радиальном направлении, вращается, и на ее поверхности образуются зубья. Накатники закреплены на шпинделях между дисками 7, препятствующий течению металла вдоль оси зубьев и способствующими лучшему заполнению формы зубьев. Накатники во время работы охлаждаются водой. Этот метод обеспечивает точность изготовления зубьев девятой-десятой степени. Для повышения точности зубья подвергают дополнительной чистовой обработке.
При накатывании зубьев понижается расход материала на изготовление колес, уменьшается трудоемкость процесса изготовления и за счет более выгодного расположения волокон металла повышается прочность зубьев.

Материал статьи написан на основе литературного источника "Технология производства двигателей внутреннего сгорания" М. Л. Ягудин

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 ).