Шлифование зубьев увеличивает точность незакаливаемых и в особенности закаливаемых зубчатых колес, которые деформируются при термической обработки.уводитсяк инструменту в положение Б, снова включается i и отделывается вторая сторона зубьев.

Шлифование зубьев с эвольвентным профилем производится: методом копирования при помощи фасонного круга с эвольвентным профилем; 2) методом обкатки.

Станки, работающие по методу копирования, производят шлифование кругом, профиль которого соответствует впадине к, аналогично дисковой модульной фрезе. Круг заправляется особым копировальным механизмом при помощи трех алмазов (рис. 12, а).

Круг шлифует две стороны двух соседних зубьев. Для зубчатых колес с различными модулями и количеством зубьев надо иметь отдельные шаблоны для заправки круга алмазами. Такие станки применяются в массовом и крупносерийном, а иногда и в среднесерийном производствах.

Рис. 13. Зубошлифование

а - заправка тремя алмазами профиля шлифовального круга, работающего методом копирования; б - обработка двумя тарельчатыми шлифовальными кругами методом обкатывания.

При шлифовании зубьев по методу копирования в случае зубчаты колес с большим числом зубьев имеет место значительный износ шлифовального круга; если зубья шлифуются последовательно, то межи первым и последним зубьями будет получаться наибольшая ошибка; дли предотвращения этого рекомендуется повертывать зубчатое колесо не на один зуб, а на несколько; тогда влияние изнашивания шлифовального круга не будет давать большой ошибки между соседними зубьями Достигаемая этим методом точность 0,010-0,015 мм.

Станки, работающие по методу копирования, получили довольно широкое распространение благодаря значительно большой производительности по сравнению со станками, работающими по методу обкатки; однако эти станки дают меньшую точность. Основное время при зубошлифовании методом копирования определяется по формуле:

Длина хода стола, мм; число ходов; а - коэффициент, учитывающий время деления, т. е. поворота зубчатого колеса назуб (а = 1,3 - 1,5); г - число зубьев зубчатого колеса; - скорость возвратно-поступательного движения стола в м"мин. Длина хода стола L определяется по формуле:

где - длина шлифуемого зуба, мм; зуба зубчатого колеса в мм, h - высота зуба зубчатого колеса в мм; D K - диаметр круга в мм.

Второй метод шлифования зубьев - метод обкатки - менее производителен, но дает большую точность (до 0,0025 мм); шлифование производится одним или двумя кругами.

Распространенный способ шлифования зубьев методом обкатки осуществляется на зубошлифовальных станках с двумя тарельчатыми кругами, расположенными один по отношению к другому под углом 30 и 40° или образующими как бы профиль расчетного зуба, по котором и происходит обкатка зубчатого колеса (рис. 12, б). В процессе работы шлифуемое зубчатое колесо перемещается в направлении, перпендикулярном своей оси, одновременно поворачиваясь вокруг этой оси.

Помимо этого, шлифуемое зубчатое колесо имеет возвратно-поступательное движение вдоль своей оси, что обеспечивает шлифование профиля зуба по всей его длине.

Притирка (ляппинг-процесс) широко применяется для чистовой, окончательной отделки зубьев после их термической обработки вместо шлифования, которое является операцией сравнительно малопроизводительной. Притирка получила большое распространение в тех отраслях машиностроения, где требуется изготовление точных зубчатых колес (автомобилестроение и др.)- Процесс притирки заключается в том, что обрабатываемое зубчатое колесо вращается в зацеплении с чугунными шестернями-притирами, приводимьши во вращение и смазываемыми пастой, состоящей из смеси мелкого абразивного порошка с маслом. Помимо этого обрабатываемое зубчатое колесо и притиры имеют в осевом направлении возвратно-поступательное движение друг относительно друга: такое движение ускоряет процесс обработки и повышает ее точность. Большей частью движение в осевом направлении придается притираемому зубчатому колесу. Притирочные станки изготовляются с параллельными (рис. 13, а) и со скрещивающимися (рис. 13, б) осями притиров. Наибольшее распространение получили притирочные станки, работающие со скрещивающимися осями притиров, устанавливаемых под разными углами; один притир часто устанавливается параллельно оси обрабатываемого зубчатого колеса. При таком расположении притиров зубчатое колесо работает, как в винтовой передаче, и путем дополнительного осевого перемещения притираемого зубчатого колеса притирка происходит равномерно по всей боковой поверхности зуба. Притираемое зубчатое колесо получает вращение попеременно в обе стороны для равномерной притирки обеих сторон зуба, а необходимое давление на боковой поверхности зубьев во время притирки создается гидравлическими тормозами, действующими на шпиндели притиров.

Иногда применяют притирку зубьев зубчатых колес чугунным червячным притиром диаметром 300-400 мм, используя для этого зубофрезерные станки.

Рис. 13. Схемы притирки зубьев цилиндрических зубчатых колес:

а - с параллельными осями притирок; б - со скрещивающимися осями

притирок

Притирка дает поверхности высокого качества, она сглаживает микронеровности и придает зеркальный блеск поверхности, значительно уменьшая шум и увеличивая плавность работы зубчатых колес.

Она дает лучшую по качеству поверхность зубьев, чем шлифование, но при условии правильного изготовления зубчатого колеса, так как притиркой можно исправить лишь незначительные погрешности; при наличии же значительных погрешностей зубчатые колеса необходимо сначала шлифовать, а затем притирать.

Приработка зубьев отличается от притирки тем, что притирается не зубчатое колесо с притиром, а два парных зубчатых колеса, изготовленных для совместной работы в собранной машине. Приработка производится при помощи абразивного материала, который ускоряет взаимную приработку зубьев зубчатых колес и придает им гладкую поверхность.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее производигельным и рациональным способом получения точных зубьев является шевингование, применяемое после нарезания зуба, но до термической обработки. После него для исправления небольших искажений в профиле и шаге и получения чистовой поверхности зубьев целесообразно применить притирку и только в случае значительной деформации прибегать к шлифованию зубьев.

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?

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.

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 ).

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.