книги / Цилиндрические зубчатые колеса

Рис. 187. Накатной ролик для работы с осевой подачей.

нять ролики с открытым контуром. Делительный ролик представляет собой зубчатое колесо со смещенным исходным контуром и высотной коррекцией. На стадии формирования зуба возможно применение роликов как с закрытым, так и открытым контурами. На стадии калиб­ рования зубья на заготовках оформляются полностью. На этом этапе применяются ролики с закрытым контуром. Геометрия делительных, формообразующих и калибрующих роликов рассчитывается по специ­ альной методике с учетом особенностей технологии накатывания.

Комплект затылованных роликов для эксцентричного накатывания включает в себя два одинаковых по конструкции инструмента. В от­ личие от обычных цилиндрических роликов, затылованный ролик представляет собой как бы свернутую в дугу плоскую рейку и состо­ ит из четырех зон (рис. 188): загрузочной 1, формообразующей 11, ка­ либрующей III и сбрасывающей IV.

Рис. 188. Затылованный ролик.

При использовании для накатывания станков конструкции НИИТавтопром сбрасывающая зона в накатниках не нужна, поскольку декомпрессия осуществляется механизмом накатывания станка. Из­ готовление роликов может производиться как накатыванием мастервалками, так и шлифованием. После операции зубошлифования производится эксцентричное затылование формообразующей части. Основные преимущества применения затылованных роликов заклю­ чаются в более благоприятном формообразовании накатываемого профиля.

Комплект плоских профилированных реек к станкам модели «ROTO-FLO» состоит из двух подобных реек, отличающихся друг от друга только расстоянием базового торца рейки до первой впадины зуба (рис. 189).

Конструкция инструмента и его геометрия существенно влияют на кинематическую схему зубонакатного станка. Вся поверхность рейки делится на три части: формообразующую, калибрующую и выходную. На формообразующей части рейки производится основ­ ная работа по получению профиля. На калибрующей части зубья имеют полную высоту. Этот участок рейки должен иметь длину не менее 1,5 окружностей длины заготовки. Зубья формообразующей

части рейки выполняются, как правило, с открытым контуром, калибрующая — с закрытым. Для получения декомпрессии зубья вы­ ходной части рейки срезаются под углом. Профиль реек шлифуется с высокой точностью на специальном станке. Изготовление таких реек очень трудоемкий и дорогостоящий процесс.

8.3.2.Материалы для накатного инструмента и технологические требования к ним

Холодное накатывание зубчатых профилей характеризуется высо­ ким давлением на рабочий инструмент, достигающим 2500 МПа и более. Накатные ролики имеют тонкую рабочую кромку, в основа­ нии которой возникают повышенные изгибающие усилия. Вдавли­ вание в обрабатываемый материал и выход из него обычно сопро­ вождаются ударом. Поэтому материалы, применяемые для изготов­ ления зубонакатного инструмента, должны обладать следующими свойствами: высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, достаточной вязкостью и повышенной теплостойкостью. Кроме того, объемные изменения при закалке инструмента должны быть минимальными.

Опыт холодного накатывания показал, что инструмент, как пра­ вило, выходит из строя из-за усталостного разрушения витков или зубьев, а не из-за износа. При выборе сталей для накатного инстру­ мента и режима термической обработки необходимо стремиться к получению максимальной усталостной прочности рабочей части ин­ струмента.

Стали, рекомендуемые для изготовления накатного инструмента и их химсостав, представлены в таблице 37.

Стали Х12М, Х12Ф1 и Х6ВФ относятся к полутеплостойким ста­ лям высокой твердости и повышенной износостойкости, стали 6Х6ВЗМФС, 6Х4М2ФС и 8Х4В2С2МФ — к сталям повышенной твердости и пониженной теплостойкости (вторичнотвердеющие), стали 7ХГ2ВМ и 7ХГНМ — высокой твердости и высокой прокали­ ваемое™. Положительным качеством указанных сталей является их малая склонность к деформациям в процессе термообработки, высо­ кая прокаливаемость и мелкозернистость.

В последние годы отдается предпочтение изготовлению накатно­ го инструмента из сталей марок 6Х6ВЗМФС (ЭП569), 8Х4ВЗМЗФ2 (ЭП570) и 8Х4В2С2МФ (ЭП761). Эти стали относятся к группе вторичнотвердеющих сталей с высоким сопротивлением смятию. Рас-

Таблица 37. Химический состав сталей, рекомендуемых для изготовления накатного инструмента

Марка	ГОСТ	Массовое содержание химического состава сталей, %
стали	или ТУ	С	S	Мп	Сг	W	V	Мо
Х12М		1,45-1,65 0,15-0,35		0,15-0,4	11,0-12,5	-	0,15-0,3 0,40-0,6
Х12Ф1		1,25-1,45 0,15-0,35		0,15-0,4	11,0-12,5	-	0,70-0,9	-
Х6ВФ	гост	1,05-1,15 0,15-0,35		0,15-0,4	5,5-6,5	1,1-1,5	0,5-0,8 ^ -
6Х6ВЗМФС
	5950-73*	0,50-0,60 0,60-0,90		0,15-0,4	5,5-6,5	2,5-3,2	0,5-0,8	0,60-0,9
(ЭП569)
8Х4ВЗМЗ-		0,75-0,85 0,15-0,40		0,15-0,4	3,5-4,5	2,5-3,2	1,9-2,5	2,50-3,0
Ф2(ЭП570)
8Х4В2С2МФ ТУ 14-1-		0,80-0,90 1,60-2,00 0,25-0,5			4,2-4,9	1,8-2,3	1,8-1,4	0,80-1,0
	1227-75-
7ХГ2ВМ	гост	0,68-0,76	0,20-0,4	1,8-2,3	1,5-1,8	0,5-0,9	0,1-0,25	0,5-0,8
	5950-73*

Примечания:

1.Содержание серы и фосфора не более 0,03% каждого элемента, а в ста­ лях электрошлакового переплава содержание серы не более 0,015%.

2.Содержание остаточного никеля в сталях всех марок допускается до 0,35%, остаточной меди — 0,30%.

сматриваемые стали являются комплекснолегированными: наряду с пониженным содержанием хрома и углерода они дополнительно ле­ гированы вольфрамом, молибденом и ванадием, что способствует повышению механических и технологических свойств. Проведенные исследования по изготовлению резьбо- и зубонакатного инструмента из сталей 6Х6ВЗМФС и 8Х4ВЗМЗФ2 показали, что ролики, изготов­ ленные из этих сталей, полностью отвечают требованиям, предъяв­ ляемым к накатному инструменту, при удовлетворительной стойко­ сти. Особое внимание должно быть обращено на тщательное выдер­ живание режима термической обработки роликов.

В настоящее время ведутся исследования по возможности приме­ нения для накатного инструмента электрошлакового переплава, по­ рошковых сталей и твердого сплава группы В К.

Глава 9

Точность и контроль

9.1.Погрешности зубообработки

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса включа­ ет в себя ряд операций, каждая из которых по объективным и субъек­ тивным причинам вызывает погрешности, влияющие на правиль­ ность работы зубчатого зацепления.

В настоящей главе мы рассмотрим погрешности, образующиеся только в процессе нарезания зубчатого венца.

Погрешности в протекании кинематического процесса зубообра­ ботки сочетаются с ошибками инструмента и его установки, геомет­ рическими ошибками станка и установки заготовки.

Совокупность этих ошибок порождает неточности формы и раз­ меров обрабатываемых зубчатых колес. При последующей работе зубчатого колеса в качестве элемента машины эти неточности фор­ мы и размеров колес вызывают неправильность движения, сопро­ вождающуюся возникновением динамических нагрузок и шума при работе передачи; они приводят также к неравномерному распреде­ лению нагрузки на боковых поверхностях зубьев.

Отступление геометрических форм зубьев от теоретически задан­ ных очертаний при изготовлении зубчатых колес вызывается обстоя­ тельствами, присущими методу нарезания, или же возникает в резуль­ тате появления ряда технологических причин. Технологическими факторами являются геометрические и кинематические неточности станка, неточности заточки и установки зуборезного инструмента на станке, погрешности базирования заготовки и наладка технологичес­ кой оснастки. Источники возникновения погрешностей на примере операции зубофрезерования представлены в таблице 38 [30].

Действие отдельных ошибок, возникающих при зубообработке, можно свести к четырем видам:

Таблица 38. Источники возникновения погрешностей зубчатого колеса при зубофрезеровании методом обката

	от червячной фрезы и заготовки				от станка
	Метод нарезания	Изготовле­	Установка фрезы и	Геометри­	Кинемати­	Наладка
		ние и заточка	заготовки	ческие неточности	ческие неточности
	1. Погрешностьпро­	1. Неточностьпрофиля	1. Радиальное биение	1. Непараллельность	1. Цепи обката.	1. Неточностинастрой­
	филя колеса вслед­	производящей по­	и перекос фрезы на	перемещения суппор­	2. Цепи дифферен­	ки цепей деления и
	ствиеприближенного	верхности фрезы—	оправке станка.	та фрезы оси враще­		дифференциала.
	способапрофилирова­	угла профиля, иска­	2. Радиальноеи торцо­	ния стола в продоль­	циала.	2. Неточности заглуб­
	ния инструмента, бла­	жения режущей гра­		ной и поперечной	3. Цепи подачи.
	годаряприменению	ни из-за нерадиапь-	вое биение заготовки	плоскостях.		ления инструмента.
	радиального боково­	ности передней по­	относительно монтаж­	2. Радиальное биение
	го затылования.	верхности стружеч­	ной базы колеса.
	2. Огранка профиля	ной канавки.	3. Неточности угла	оправки изделия.
		2. Погрешностьзацеп­		3. Осевое биение
	колеса из-за конеч­		установки фрезерной
	ности числа режу­	ления или погрешность	каретки.	стола.
	щих граней на фрезе.	винтовой линии фре­		4. Биение фрезерной
	3. Рябь вдоль контакт­	зы, или погрешность
		шага и накопленная		оправки.
	ной линиизубаколеса,	погрешность шага,
	определяемая вели­	накопленная погреш­		5. Осевое биение
	чиной осевой	ность окружного шага		шпинделя фрезы.
	подачи.	стружечных канавок.

3. Погрешность шага винтовых стружечных канавок.

4. Биение основного цилиндрафрезы отно­ сительно оси враще­ ния на зубофрезер­ ном станке.

9 Глава

ш

•радиальные ошибки — изменение радиального расстояния меж­ ду инструментом и обрабатываемым колесом. Возникают изза погрешностей базирования изделия на станке, радиально­ го биения инструмента и периодических колебаний стола или инструмента. Эти ошибки остаются постоянными в любом осевом сечении колеса.

•тангенциальные ошибки — нарушение обката инструмента и из­ делия или неточности деления. Возникают, в основном, при работе методом обката или из-за погрешности деления в стан­ ках с делительным механизмом. Источники этих погрешнос­ тей — ошибки звеньев кинематической цепи станков и, глав­ ным образом, конечных червячных пар. Тангенциальные ошибки остаются постоянными по каждой контактной линии.

•осевые ошибки — погрешности перемещения инструмента вдоль оси изделия. Возникают, в основном, из-за неточностей направляющих станка, перекоса оси заготовки. Эти ошибки остаются неизменными в каждом торцовом сечении колеса и вызывают нарушение продольного контакта, а в косозубых колесах и высотного контакта зубьев.

•ошибки производящей поверхности — отклонения производя­ щей поверхности зубообрабатывающего инструмента. Возни­ кают вследствие применения приближенных методов профи­ лирования инструмента или же погрешностей его изготовле­ ния и заточки. Всякое отступление формы производящей поверхности инструмента создает на изделии погрешность профиля, а при нарезании косозубых колес также и контак­

тной линии.

Совместное действие всех перечисленных выше неточностей вы­ зывает кинематическую погрешность колеса и нарушение прилега­ ния поверхности зубьев как по длине, так и по высоте, что вызывает ухудшение эксплуатационных качеств колеса.

9.2.Виды точности и методы контроля

ГОСТ 1643-81 устанавливает три нормы точности зубчатых пере­ дач: кинематическую точность колеса и передачи, плавность работы колеса и передачи, контакт зубьев, а также нормы боковых зазоров.

Эти нормы точности являются комплексными показателями, со­ держащими внутри себя элементы погрешности, которые являются показателями точности зубчатых колес. Погрешности изготовления

ж

зубчатых колес по этим показателям ограничены допусками, регла­ ментируемыми указанным стандартом.

Для каждой из указанной норм точности стандартом установле­ но 12 степеней точности. Более точные колеса имеют первые номера, менее точные — последние.

Кинематическая точность колес определяет несогласованность пово­ рота колеса при его зацеплении с ведущим точным колесом. Показа­ телями кинематической точности являются: наибольшая кинемати­ ческая погрешность колеса для колес 3-8 ст. точности, накопленная погрешность окружного шага колеса для колес 7-8 ст. точности, ради­ альное биение для колес 9-12 ст. точности, колебание длины общей нормали для колес 3-8 ст. точности, колебание измерительного межо­ севого расстояния за оборот колеса для колес 9-12 ст. точности.

Плавность работы характеризует равномерность хода колеса. Обычно нарушение плавности работы повторяется многократно за один оборот колеса и вызывает устойчивый колебательный процесс, проявляющийся в виде шума и вибраций при работе передачи. По­ казателями плавности работы являются: для колес 3-8 ст. точности — циклическая погрешность колеса, погрешность профиля зуба и от­ клонение шага зацепления (основной шаг); для колес 9-12 ст. точно­ сти — отклонение окружного шага и колебание измерительного ме­ жосевого расстояния на одном зубе.

Контакт зубьев определяет величину и расположение области при­ легания боковых поверхностей зубьев сопряженных колес в переда­ че. Показателями норм контакта являются: погрешность направле­ ния зуба и определение пятна контакта для колес 9-12 ст. точности.

Указанные нормы точности могут выполняться у колеса не с оди­ наковыми требованиями, а по разным степеням, т.е. допускается комбинирование норм кинематической точности, плавности работы колеса и контакта зубьев из разных степеней точности. Комбиниро­ вание разных степеней точности позволяет конструктору наилучшим образом назначать требования к точности изготовления передачи, исходя из конкретных условий ее работы.

Комбинирование норм из разных степеней точности существен­ но и с технологической точки зрения, поскольку каждая отделочная операция улучшает качество колеса только по показателям одной нормы, а не всех трех. Например, шлифование зубьев колеса улуч­ шает, главным образом, кинематическую точность, шевингование — плавность работы колеса, а притирка — контакт между зубьями.

Кроме указанных норм точности изготовления зубчатых колес ГОСТ 1643-81 регламентирует величины боковых зазоров между не-

ш

рабочими профилями зубьев. Для обеспечения нормальной работы зубчатой передачи должен быть установлен гарантированный боко­ вой зазор, т.е. наименьший из возможных в передаче. Этот зазор дол­ жен скомпенсировать возможное изменение размеров колеса, возни­ кающее вследствие нагрева передачи в процессе эксплуатации, обес­ печить нормальные условия смазки зубьев, а также устранить удар по нерабочим профилям, который может возникнуть в случае разрыва контакта рабочих профилей из-за динамических явлений.

В чертеже на зубчатое колесо должна быть указана степень точ­ ности окончательно обработанного изделия, которая может быть выражена следующим образом:

•7-С ГОСТ 1643-81 — это значит, что зубчатое колесо должно быть выполнено со степенью точности 7 по всем трем нормам с видом сопряжения С;

•8-7-6- Ва ГОСТ 1643-81 — это значит, что зубчатое колесо долж­ но соответствовать по кинематической точности — 8 степени, по нормам плавности — 7 степени, по нормам контакта — 6 степени,

свидом сопряжения В и видом допуска на боковой зазор — а. Классификация методов контроля зубчатых колес подробно изло­

жена в работе [30]. В производственной практике наиболее часто применяются два метода измерения: комплексный, в котором опреде­ ляется одна из четырех точностных характеристик колеса в услови­ ях сопряжения между измеряемым и эталонным зубчатыми колесами и поэлементный, когда контролируется лишь один элемент зубчатого колеса. При этом необходимо принимать во внимание различные цели контроля колес, определяющие выбор контролируемых показателей.

При контроле зубчатых колес следует рассматривать, в основном, два его вида: приемочный и технологический. Эти виды контроля выполняются с разными целями. Целью приемочного контроля явля­ ется оценка соответствия точности колеса техническим требовани­ ям, определяемым его назначением. Приемочный контроль обычно выполняется непосредственной проверкой зубчатого колеса после его изготовления. Приемочный контроль должен выполняться в ус­ ловиях, наиболее приближенных к эксплуатационным, при совме­ щении измерительной базы с монтажной базой изделия. Это значит, что при приемочном контроле необходимо отдавать предпочтение ком­ плексным методам контроля, т.к. ими обнаруживаются действитель­ ные сочетания погрешностей, получившихся в данном колесе.

Для зубчатых колес нормальной степени точности при их мелко­ серийном производстве достаточным средством проверки качества является комплексный двухпрофильный контроль. Ошибки различных

параметров зубьев оцениваются одним показателем — колебанием измерительного межосевого расстояния.

Другим типичным методом комплексного контроля является не­ прерывная обкатка измеряемого колеса с измерительным элементом в однопрофильном зацеплении. Получаемый результат дает комплексную оценку кинематической точности зубчатого колеса. Комплексная од­ нопрофильная проверка несмотря на ее очевидные преимущества имеет весьма малое распространение в производственных условиях ввиду трудности создания надежных приборов для ее осуществления.

В условиях массового производства зубчатых колес приемочный контроль производится на автоматических многофункциональных приборах, где все основные параметры зубьев проверяют за один установ детали или на автоматических измерительных линиях, в кото­ рых производится не только измерение, но и сортировка колес на размерные группы, а также на исправимый и неисправимый брак.

Технологический контроль служит для наблюдения за ходом техно­ логической операции по результатам контроля зубчатого колеса. Он выполняется как для наладки технологического оборудования, так и для окончательного контроля отдельных элементов колеса, т.е. имеет место поэлементный контроль.

Качество комплексных методов контроля выше поэлементных изза того, что первые обычно осуществляются при непрерывном вра­ щении контролируемого колеса и характеризует его точность во всех фазах зацепления зубчатого венца. Например, двухпрофильная об­ катка с измерительным колесом предпочтительнее контроля ради­ ального биения зубчатого венца.

Э.З.Контроль показателей кинематической точности

Кинематическая погрешность F'r. Если придать вращение зубчатой паре, состоящей из контролируемого и точного колес, то за один полный оборот произойдет поворот на угол, который будет больше или меньше номинального угла, т.е. произойдет опережение или от­ ставание. Сумма углов наибольшего опережения и отставания харак­ теризует кинематическую погрешность колеса.

Контроль кинематической погрешности является комплексным методом контроля, суть которого состоит в определении разности дей­ ствительных и номинальных угловых положений контролируемого зубчатого колеса при однопрофильном зацеплении с ведущим его из­ мерительным элементом. Кинематическая неточность колеса при