книги / Цилиндрические зубчатые колеса

ность зубчатых колес (6-7 степень по ГОСТ 1643-81). Шероховатость шевингованной поверхности Ra=0,4...0,10 мкм.

Процесс шевингования характеризуется не только повышением точности основных параметров зубчатого венца и класса шерохова­ тости боковых поверхностей зубьев, но и удалением чрезмерно на­ пряженного поверхностного слоя металла, образующегося при пред­ варительном зубонарезании. Уменьшение глубины наклепа и оста­ точных напряжений в поверхностных слоях зубьев способствует уменьшению деформаций в процессе термической обработки.

Эффективное использование процесса шевингования основано на обя­ зательном условии хорошей подготовки зубчатого колеса в процессе предварительной обработки.

Точность и производительность обработки, а также класс шеро­ ховатости поверхности во многом зависят от угла скрещивания. Для большинства сталей этот угол составляет у = 10—15°, а при обработ­ ке колес с закрытыми венцами у = 3°

Получить хорошие результаты при шевинговании можно, соблю­ дая определенные условия. Для уменьшения радиального биения посадочное отверстие колеса должно иметь достаточный диаметр, длину и посадку на оправке без зазора. Шевингование следует произ­ водить на тех же базах, которые использовались при предварительной зубообработке. Для уменьшения погрешности направления зуба це­ лесообразно применять двухпроходное зубофрезерование.

Продолжительность зацепления шевера с обрабатываемым колесом должна быть не менее 1,6. Для увеличения продолжительности зацеп­ ления следует избегать подрезания зуба и укороченной высоты. Искус­ ственное подрезание зубьев колеса червячной фрезой с протуберан­ цем удаляет дополнительные участки профиля зуба, необходимые для опоры шевера. Неравномерность опоры зубьев шевера вызыва­ ет погрешности эвольвенты при шевинговании.

В процессе шевингования не должно быть контакта между вер­ шиной зуба шевера и переходной поверхностью зуба колеса. Шевер должен заканчивать обработку ниже диаметра окружности ниж­ них точек активных профилей зу­ бьев колеса. В станочном зацепле­ нии окружность вершин зубьев

шевера и граничных точек колеса не должны пересекаться (рис.61).

Плавное сопряжение шевингованной поверхности зуба с переход­ ной поверхностью достигается применением под шевингование чер­ вячных фрез и долбяков с протуберанцем, образующих переходную кривую с поднутрением.

Для проведения нормального процесса шевингования модуль должен быть не менее 1,5мм, ширина зубчатого колеса свыше 20мм, число зу­ бьев не менее 17, угол скрещивания осей более 8° Однако это не догма. Существуют различные схемы шевингования, позволяющие обраба­ тывать этим способом практически всю номенклатуру среднемодуль­ ных зубчатых колес.

Шевингование основано на воспроизводстве в процессе обработ­ ки зацепления винтовой пары с теоретическим точечным контактом. Припуск, оставленный под шевингование удаляется режущими кромками канавок, имеющихся на поверхности зубьев шевера и рас­ положенных параллельно торцу инструмента.

При совместном вращении шевера и колеса вследствие скрещива­ ния их осей происходит скольжение профилей, направленное вдоль образующих зубьев. Это скольжение является движением резания, при котором острые кромки канавок зубьев шевера срезают с поверхнос­ ти зубьев колеса тонкие стружки. При этом образуется профиль зубь­ ев колеса, сопряженный с профилем зубьев инструмента.

При шевинговании отсутствует жесткая кинематическая связь между шевером и обрабатываемым колесом. Вращение передается от шевера на колесо при беззазорном зацеплении их зубьев или при од­ нопрофильном зацеплении, выполняемом с торможением ведомого элемента. В последнем случае можно осуществлять съем металла раз­ личной толщины на разных участках зуба. Зацепление шевера с об­ рабатываемым колесом показано на рис.62.

Толщина снимаемой стружки при шевинговании составляет 0,001-0,005 мм и зависит от давления, создаваемого между шевером и обрабатываемым колесом. Металл с боковой поверхности зуба сни­ мается по линии, соединяющей последовательные точки контакта сопряженных профилей зубьев шевера и шестерни (рис.626). Чем меньше давление между шевером и деталью, тем тоньше стружка. Вращение шевера и колеса реверсируется для равномерной отделки обеих сторон зубьев.

В большинстве схем шевингования, которые будут рассмотрены ниже, обрабатываемое колесо кроме вращения имеет возвратно-по­ ступательное движение вдоль оси и в конце каждого рабочего хода перемещается радиально на шевер.

Рис.62. Зацепление пары шевер-колесо,

Схемы шевингования

Применяют четыре основные схемы шевингования: параллель­ ное, диагональное, тангенциальное и врезное. Эти схемы отличаются между собой направлением подачи, конструкцией инструмента и производительностью. В зависимости от конкретных условий приме­ няется та или иная схема (рис.63).

Параллельное шевингование. Эта схема универсальна, позволяет об­ рабатывать зубчатые колеса любой ширины узким шевером. При па­ раллельном шевинговании обрабатываемое колесо 1 совершает воз­ вратно-поступательное движение 3 параллельно своей оси, а в конце каждого двойного хода перемещается на шевер 2. Последние несколь­ ко ходов — калибрующие — совершаются без радиальной подачи.

Ось шевера, установленного на шпинделе станка, поворачивает­ ся на угол скрещивания у к оси зубчатого колеса, величина которо­ го определяется как у = рк ± Рш, где Рк — угол наклона зубьев зубча­ того колеса, Рш— угол наклона зубьев шевера. Знак плюс ставится

Рис.63. Схемы шевингования: а) параллельное; б) диагональное; в) танген­ циальное; г) врезное.

при совпадающих, знак минус — при противоположных направлени­ ях винтовых линий колеса и инструмента. Угол скрещивания должен быть в пределах 5-15° Радиальная подача находится в пределах 0,02- 0,06мм. Производительность процесса и период стойкости инстру­ мента меньше, чем при других схемах шевингования. Это объясня­ ется большой длиной хода стола, который должен перекрывать ши­ рину венца обрабатываемого колеса. Обычно L=b+m, где b — ширина зубчатого венца, m — модуль.

Точка скрещивания осей постоянно находится в среднем сечении шевера, поэтому в этой зоне отмечается максимальный его износ.

Особенность параллельного шевингования при плотном зацепле­ нии шевера и колеса заключается в том, что возможна продольная модификация зубьев колеса с помощью механизмов станка и исполь­ зованием шевера с немодифицированной поверхностью зубьев.

Диагональное шевингование. При этой схеме продольная подача осуществляется под некоторым углом к оси колеса, поэтому диаго­ нальное шевингование может применяться на станках, допускающих возможность поворота центровых бабок относительно направляю­ щих шевинговальной бабки на угол е в плоскости, параллельной осям шевера и колеса. Этот угол е, угол скрещивания у, ширина зуб­ чатого венца b и ширина шевера В связаны между собой следующим соотношением:

tgz = В siny b - В • cosy

Теоретически угол е может изменяться от 0 до 90°, практически его величина находится в пределах 30-60°, а оптимальные условия для резания и качества обрабатываемой поверхности создаются при уже примерно 40°

Направление и угол наклона продольной подачи к оси колеса ус-

танавливаются таким образом, чтобы у каждого из торцов зубчатого венца профилирующая точка на зубьях шевера находилась в зоне первой канавки от торца. Так как ось колеса к направлению подачи находится под углом диагонали е, точка контакта шевера с колесом перемещается не только по длине зуба колеса, как это имеет место при шевинговании с продольной подачей, но и подлине зуба шеве­ ра. Поэтому каждое сечение шевера является калибрующим, что дает возможность не выводить торцы обрабатываемого колеса за середи­ ну шевера. Таким образом сокращается длина продольного хода сто­ ла, которая определяется по формуле:

Увеличение расчетной длины хода стола необходимо для врезания и выхода шевера.

Так как ширина шевера зависит от ширины зубчатого венца ко­ леса, диагональное шевингование экономически выгодно применять для колес с шириной венца не более 50 мм.

Тангенциальное шевингование. При этой схеме шевингования подача стола направлена перпендикулярно оси обрабатываемого колеса. Зубчатое колесо обрабатывается за один двойной ход стола без по­ дачи на глубину — на постоянном межосевом расстоянии. Канавки на шевере расположены по винтовой линии, и это позволяет обхо­ диться при снятии стружки без продольной подачи. Ширина шеве­ ра должна быть больше ширины зубчатого венца обрабатываемого колеса на величину

b

В= (1,1+ 1,2)cosy

Всвязи с этим тангенциальное шевингование применяется при обработке закрытых зубчатых колес и колес с узкими венцами.

Бочкообразная форма зубьев колеса достигается применением шевера, имеющего вогнутую в продольном направлении форму зу­ бьев.

Тангенциальное шевингование более производительно, чем пере­ численные выше, но шероховатость поверхности несколько хуже.

Для улучшения шероховатости поверхности и точности при тан­ генциальном шевинговании рекомендуется применять прямозубые шеверы или косозубые с канавками, расположенными перпендику­ лярно поверхности зубьев.

Длина рабочего хода стола определяется по формуле:

L = btgy

Врезное шевингование. При этой схеме подача вдоль оси заготовки отсутствует, шевер перемещается к заготовке радиально. Ширина шевера больше ширины зубчатого венца и может быть определена по формуле:

Л= (1,1-5-1,2)6-cosy

Впродольном направлении зубья шевера имеют вогнутую форму, режущие кромки расположены по винтовой линии. Вся поверхность зуба колеса обрабатывается одновременно.

Производительность при врезном шевинговании в 2-4 раза выше, чем при диагональном.

Цикл врезного шевингования осуществляется в следующей пос­ ледовательности: быстрый подвод шевера к детали, подача врезания до заранее определенного межосевого расстояния, выдержка для ре­ версирования шевера, продолжение подачи врезания, выхаживание при отходе шевера на глубину от 0 до 0,04 мм, быстрый отвод инст­ румента в исходное положение. Изменение направления вращения шевера во время обработки необходимо для того, чтобы с обеих бо­ ковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса снималось оди­ наковое количество металла, т.к. ведущая сторона зуба шевера сни­ мает металла больше, чем ведомая. В конце цикла при выключенной подаче вращающийся шевер удаляет следы, оставляемые зубчиками во время обработки.

Шевингование колес внутреннего зацепления производится при скре­ щивающихся осях шевера и колеса с продольной подачей вдоль оси колеса и периодической радиальной подачей после каждого про­ дольного хода. Колеса шевингуются на специальных станках или модернизированных универсальных шевинговальных станках, кото­ рые оснащаются специальными бабками изделия и шеверными го­ ловками (рис.64).

Всвязи с тем, что разность чисел зубьев колеса и шевера должна быть не менее 12, дисковые шеверы для этого вида обработки обыч­ но изготавливаются с меньшими делительными диаметрами, чем шеверы для обработки колес с наружными венцами.

Врезультате скрещивания осей шевера и колеса при внутреннем шевинговании зубья шевера зацепляются несколько глубже на концах зубьев, чем в середине. Чтоб избежать интерференции, зубья шевера делают бочкообразной формы, а угол скрещивания выбирают неболь­ шим, около 3°. Колеса с шириной зубчатого венца свыше 20 мм обра­

батывают по схеме параллельного шевингования. Бочкообразная форма зуба достигается качанием стола с деталью, аналогично ше­ вингованию внешнего зацепле­ ния. Для колес с шириной венца меньше 20 мм или имеющих сту­ пицу, ограничивающую возмож­ ность возвратно-поступательного движения, применяют врезное шевингование.

Селективное шевингование про­ изводится в однопрофильном за­ цеплении с шевером при тормо­ жении ведомого элемента. При работе по этой схеме хорошо ус­

траняется продольная волнистость зубьев. За счет изменения тормоз­ ного момента можно исправить погрешность направления зуба по одному из его профилей. Для шевингования крупных зубчатых ко­ лес по селективной схеме выпускаются специальные станки.

Селективное шевингование производится следующим образом: сначала проверяется пара сопряженных колес по контакту, а затем на шевинговальном станке осуществляется шевингование на участ­ ках, показавших местный контакт в паре. Процесс производится с большим числом коротких продольных ходов. Таким образом устра­ няются местные неровности профиля и улучшается прилегание зу­ бьев колес по их длине.

3.2.6. Хонингование зубчатыми хонами

Зубохонингование — процесс чистовой обработки закаленных зубчатых колес. Схемы хонингования и шевингования аналогичны, поэтому хонингование называют также абразивным шевингованием.

Зубохонингование — это высокопроизводительный процесс с крат­ ким циклом обработки (30-60 с). Он получил широкое применение в различных отраслях промышленности не только для снижения шума зубчатых передач, но и для увеличения срока службы зубчатых колес.

В процессе зубохонингования обрабатываемое зубчатое колесо вращается в зацеплении с абразивным зубчатым хоном, выполнен­ ным в виде косозубого колеса, при угле скрещивания 10-15° Обра­ батываемое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступа­

тельное движение параллельно своей оси. Направление вращения инструмента изменяется на каждом ходе стола.

Впроцессе хонингования зубчатое колесо обычно находится в плотном зацеплении с зубчатым хоном. Беззазорное зацепление про­ исходит при небольшом регулируемом давлении путем поджима ин­ струмента к колесу пружинами с силой 350-450 Н. Во время рабоче­ го хода хон подвижен, он как бы следует за погрешностями в зубьях колеса и тем самым предотвращает поломку инструмента и уменьша­ ет эти погрешности до определенных пределов.

Процесс хонингования предназначен для удаления небольших припусков и исправления небольших погрешностей. Практически припуск под хонингование не оставляется, поскольку съем со сторо­ ны зуба составляет 0,01-0,03 мм. В этом же пределе происходит и ис­ правление погрешностей в зубчатом зацеплении.

Хонингование не повышает температуру поверхности зуба, не вызывает тепловых трещин, прижогов и не снижает твердость повер­ хностного слоя.

По опыту работы в автомобильной промышленности зубохонингование позволяет уменьшить шероховатость поверхности до Ra =0,32-^1,25 мкм, удалить забоины и заусенцы до 0,3мм, снизить уровень шума на 2-4 дБ [40].

Впрактике зубоотделки могут применяться три схемы хонинго­ вания: с радиальным нагружением, когда обрабатываемое колесо нахо­ дится в плотном зацеплении с хоном при постоянном давлении; с окружным нагружением, когда хон и зубчатое колесо установлены с боковым зазором и постоянным межосевым расстоянием; с нулевым боковым зазором при ранее выбранном давлении на хоне.

Вотечественной промышленности наибольшее распространение получила первая схема. При хонинговании с радиальным нагружени­ ем вершина зуба обрабатываемого колеса постоянно контактирует с впадиной хона, благодаря чему на вершине зуба колеса образуется небольшое округление, обеспечивающее плавный вход зубьев в на­ чале зацепления, уменьшается скорость изнашивания хона, а за счет постоянного внедрения головки зуба колеса во впадину зуба хона происходит автоматическое восстановление профиля зубьев хона.

Для осуществления процесса зубохонингования выпускают спе­ циальные станки, имеющие как горизонтальную, так и вертикаль­ ную компоновку. При подборе станка для конкретных условий про­ изводства нужно исходить из следующего:

•чем больше взаимное скольжение зубьев, тем выше съем ме­ талла и меньше шероховатость поверхности;

•чем больше окружная скорость и нагрузка, тем выше произво­ дительность и устранение дефектов;

•наличие возможности применения радиальных и окружных нагружений расширяет область применения станков; широкий диапазон изменения подач предоставляет значитель­ ное удобство для эксплуатации станка;

•возможность работы в полуавтоматическом и автоматическом режимах.

Наиболее применяемыми являются зубохонинговальные станки мод.5913, 5В913 и 5915. С техническими характеристиками зубохо­ нинговальных станков можно ознакомиться в работе [38].

Технологическая оснастка для установки зубчатых колес на хо­ нинговальных станках такая же, как при шевинговании.

Наиболее эффективной СОЖ является керосин. В настоящее вре­ мя разработаны СОЖ по эффективности не уступающие керосину и менее агрессивные, например, СОЖ №7, в которой основой являет­ ся очищенная фракция из сернистой нефти с температурой вспыш­ ки 270-350°С.

3.2.7. Шлифование зубьев тарельчатыми кругами

Этот процесс применяется для окончательной обработки преци­ зионных и высокоточных зубчатых колес с внешними прямыми и ко­ сыми зубьями. Инструментом служат два шлифовальных круга та­ рельчатой формы, рабочие поверхности которых воспроизводят од­ нозубую производящую рейку, по которой катится заготовка. После шлифования боковых поверхностей одной впадины производится автоматическое деление и обрабатывается следующая впадина и так далее до окончания шлифования всех зубьев.

Шлифовальные круги могут устанавливаться в различных поло­ жениях относительно заготовки: параллельно друг другу на рас­ стоянии, равном длине общей нормали W (шлифование нуле­ вым методом, рис.65а), и под уг­ лом параллельно образующей зубчатой рейке (рис.656).

Нулевой метод имеет некото­ рые преимущества перед угло­ вым. Одно из них — более корот­ кий путь обката и, следователь­