5.2. Станки для обработки конических колес

Конические колеса служат для передачи вращения между валами с пересекающимися осями. Их называют угловыми передачами. В наиболее распространенном частном случае, когда угол между осями валов равен 90, передача называется ортогональной. Боковая поверхность зуба конического колеса образуется двумя производящими линиями, характеризующими соответственно профиль и форму зуба по длине.

Существующие способы обработки конических колес показаны на рис. 5.12.

а	б	в
г	д	е

Рис. 5.12. Схемы нарезания конических зубчатых колес методом копирования: а – фрезерование дисковой модульной фрезой; б – фрезерование пальцевой модульной фрезой; в – круговое протягивание при помощи дисковой протяжки; г – фрезерование торцевой резцовой головкой; д – нарезание червячной фрезой-улиткой; е – круговое про­тя­гивание при помощи торцевой резцовой головки-протяжки

В настоящее время наибольшее распространение имеют конические колеса с прямыми, тангенциальными (косыми) и круговыми зубьями. Последние, помимо ряда эксплуатационных и технологических преимуществ, обладают еще и тем свойством, что являются по своему характеру наиболее общим типом конических колес в том смысле, что основные законы их построения и нарезания можно распространить на все остальные типы зубьев. Действительно, например, тангенциальные зубья можно представить себе как круговые, с бесконечно большим радиусом окружности, представляющей линию зуба; в том же частном случае, при угле наклона зуба равном нулю, получаем прямые зубья. Криволинейные зубья, очерченные в продольном направлении по каким-либо кривым, отличающимся от окружности, тоже можно представить как круговые.

а б в

г д е

Рис. 5.13. Схемы нарезания конических зубчатых колес методом обката: а – строгание двумя резцами с прямолинейными режущими кромками; б – строгание двумя качающимися резцами; в – фрезерование при помощи конической червячной фрезы; г – фрезерование двумя спаренными дисковыми фрезами с прямолинейными режущими кромками; д – фрезерование при помощи торцевой резцовой головки с резцами, имеющими прямолинейные режущие кромки; е – фрезерование при помощи торцевой резцовой головки с резцами, имеющими криволинейные режущие кромки

Любой из приведенных (рис. 5.12) способов нарезания зубьев можно отнести к одному из двух технологических методов:

• метод копирования – профили зубьев образуются с помощью фасонного инструмента соответствующего профиля или путем копирования этого профиля по шаблону;

• метод обкатки (рис. 5.13) – сопряженные поверхности зубьев получаются в результате воспроиз­ведения на станке зацепления нарезаемого зубчатого колеса с воображаемым производящим колесом, представленным активной «производящей» поверхностью инструмента.

Из возможных форм зуба по длине чаще используется прямая (конические колеса с прямыми и тангенциальными зубьями) дуга окружности (колеса с дуговыми зубьями и с нулевым углом спирали) и реже – эвольвента и эпициклоида (конические колеса с криволинейными зубьями).

Применение этих линий обусловлено тем, что их легче реализовать на станках с помощью комбинаций простых равномерных поступательных и вращательных движений.

Схема зубострогания. Обработка зубьев конических колес на зубострогальных станках, работающих по методу обката, теоретически основана на представлении о производящем колесе – воображаемом плоском коническом колесе, с которым обкатывается в процессе обработки заготовка (рис.5.14). Характерным для плоского колеса является величина угла при вершине начального конуса 2₀ = 180°. Зубья колеса, при развертке цилиндра на плоскость, образуют прямобочную зубчатую рейку.

Радиус воображаемого плоского колеса R_пл, равный длине образующей L (рис. 5.14, а), может быть найден из треугольника ОАВ (рис. 5.14, б):

где r_ш – радиус начальной окружности шестерни (задается на наружном торце зубьев); _ш – угол делительного конуса шестерни.

Так как числа зубьев пропорциональны радиусам начальных окружностей, то число зубьев плоского колеса Z_пл:

где Z_ш и Z_к – числа зубьев, соответственно, шестерни и колеса данной конической пары.

а б

Рис. 5.14. Плоское производящее колесо: а – зацепление конического колеса с плоским колесом; б – зацепление с плоским колесом конической пары с межосевым углом  < 90°

Углы _ш и _к делительных радиусов сопряженной пары зависят от межосевого угла  и для  < 90° определяются по формулам:

где – передаточное число.

Для ортогональной пары угол  = 90° и число зубьев плоского колеса определяется выражением

.

Число Z_пл является условной величиной, оно обычно выражается смешанным числом и вычисляется с точностью до четвертого знака после запятой. Из приведенной зависимости Z_пл от Z_ш (Z_к) и  следует очень важная особенность плоского колеса, а именно: оно индивидуаль­но для каждой пары сопряженных колес или, иначе, каждое из колес данной сопряженной пары может сцепляться только с одним, общим для них, плоским колесом.

Если на плоском колесе с воображаемыми зубьями Z_пл создать один реальный зуб (или межзубовую впадину (см. рис. 5.14, б) в виде двух резцов 1 и 2 правого и левого профиля, совершающих движение со скоростью резания вдоль линии зуба, то в процессе обката по этому участку плоского колеса на нарезаемом колесе будет прорезана одна межзубовая впадина (нарезан один зуб). Поворачивая периодически заготовку на один или несколько зубьев, т.е. осуществляя процесс деления, можно прорезать и все остальные впадины, а затем аналогичным образом нарезать и второе колесо данной сопряженной пары.

Именно по такой схеме нарезаются (шлифуются) конические колеса, в которых методом обката образуется профиль зуба, а зуб по длине получается методом следа (при нарезании прямозубых колес) или касания. Резцы, реализующие зуб на плоском колесе, имеют прямолинейную режущую кромку, которая при обкате на заготовке образует октоидный профиль, незначительно отличающийся от эвольвентного. Такое название он получил по форме линии зацепления в конической передаче, рассмотренной на сферической поверхности и напоминающей фигуру восьмерки.

Реального плоского колеса на станках нет, т.к. при переходе к нарезанию другой пары колес необходим переход и к новому плоскому колесу, отличающемуся от предыдущего не только диаметром и числом Z_пл, но и формой зубьев по профилю и по длине; однако геометрически оно присутствует. Его функции выполняет узел, называемый во всех станках для обработки обкатных пар люлькой, ось вращения которой соответствует оси вращения плоского производящего колеса. На люльке располагаются устройства для закрепления зубообрабатывающих инструментов и регулирования траектории их движения вдоль боковой поверхности зуба плоского колеса, а также механизмы для передачи им главного движения.