12 Обработка конических зубчатых колес

Конические зубчатые колеса, как и цилиндрические, могут относиться к деталям классов «втулка» и «вал», что определяет выбор технологического процесса их изготовления. Вместе с тем конструкции конических зубчатых колес имеют свои специфические особенности, существенно влияющие на построение отдельных операций технологического процесса. Условием правильной работы конической зубчатой пары является совмещение вершин делительных конусов в одной точке; смещение ведет к нарушению правильности зацепления сискажению формы и положения пятна контакта.

У заготовок конических зубчатых колес нормируются следующие параметры: посадочное отверстие d у насадных колес или базовые шейки d1 и d2 у валковых шестерен, опорные торцы; расстояние МK от базового торца по линии пересечения переднего и заднего конусов; наружный диаметр De; ширина венца В; угол переднего jB и заднего j3 конусов.

Допуски на диаметр базового отверстия (или шейки) для заготовок конических колес, а также предельные отклонения наружного диаметра заготовки и торцевое биение базового торца назначаются исходя из тех же соображений, что и при назначении допусков на заготовки для цилиндрических колес.

Наиболее значимой на первом этапе является чистовая токарная обработка заготовки зубчатого колеса. В большинстве случаев чистовая токарная обработка конических колес производится или в две операции, или, по крайней мере, за два установа. Первая чистовая токарная операция (или первый установ) состоит из обработки базового торца и наружной поверхности колеса; во второй токарной операции (или втором установе) производится обточка конусов и других поверхностей. При этом за базу принимают торцевые поверхности, обработанные в первой операции. Для конических зубчатых колес с косыми зубьями, имеющих опорный монтажный торец со стороны малого дополнительного конуса, обработка опорных поверхностей производится во второй операции. Для уменьшения перестроек резцов на размер иногда обтачивание наружного конуса выделяют в отдельную операцию.

В некоторых случаях, когда обработка наружных поверхностей конического зубчатого колеса выполняется с использованием гидрокопировальных устройств, допускается одновременная обработка конусов и опорных торцов.

Правильность угла и расстояние от вершины наружного конуса до монтажного торца в массовом и крупносерийном производстве проверяют предельными скобами — проймами; в мелкосерийном и единичном производстве — шаблонами на углы.

Конические зубчатые колеса класса «втулка» в первой чистовой токарной операции обтачивают обычно на разжимной шпиндельной оправке; вторую чистовую операцию выполняют также на шпиндельной разжимной или центровой оправке с упором.

Материал зубчатого колеса выбирается в зависимости от сил, передаваемых колесом.

Слабонагруженные зубчатые колеса изготовляются из низкоуглеродистой стали, чугуна и пластмасс.

Несущие значительную нагрузку зубчатые колеса изготовляются из цементируемых закаливаемых углеродистых и легированных сталей.

Материалом для червяков служат низкоуглеродистые и легированные стали. Червячные колеса изготовляются из бронзы, антифрикционного чугуна и т. п.

Заготовки и материал зубчатых колес.

Заготовки зубчатых колес в серийном производстве выполняются на ковочных молотах и подкладных штампах; в крупносерийном и массовом производствах — на штамповочных молотах в закрытых штампах. В массовом производстве заготовки диаметром до 175 мм изготовляются также на горизонтально-ковочных машинах в разъемных штампах; этот способ особенно выгоден, когда контур заготовки имеет сложный профиль или выемки между венцами.

Стальные нагруженные зубчатые колеса и червяки диаметром не более 50 мм изготовляются из калиброванных прутков. Заготовки червяков диаметром более 50 мм получаются штампованием, а заготовки червячных колес — литьем.

Припуски на заготовках: на ковочных молотах — 5 мм; на штамповочных молотах — 3—4 мм; на горизонтально-ковочных машинах— 2—3 мм на сторону.

Точность заготовок, полученных на штамповочных молотах, соответствует 9-му классу, на прессах — 7—8-му классам точности.

Штамповочные уклоны в заготовках допускаются до 7°.

Термическая обработка заготовок зубчатых колес, подвергающихся цементации, заключается в нормализации; не подвергающихся цементации — в улучшении до твердости НВ 220-280.

Технические условия на изготовление зубчатых колес.

Основные технические требования, предъявляемые к зубчатым колесам заключаются в следующем:

отклонение от концентричности начальной окружности зубчатого колеса относительно посадочных поверхностей (эксцентриситет) до пускается не более 0,05—0,1 мм;

не перпендикулярность торцов к оси отверстия или вала (биение торцов) обычно принимается не более 0,01—0,015 мкм на 100 мм диаметра.

центральное отверстие рекомендуется выполнять по 2-му классу точности, посадочные шейки зубчатых колес-валов также обычно выполняют по 2-му классу точности.

шероховатость обработки указанных поверхностей— по 7—8-му классам.

В результате термической обработки поверхностная твердость зубьев цементируемых зубчатых колес должна быть в пределах НRС 55-60 при глубине слоя цементации 1,0—2,0 мм. При цианировании твердость НRС 42-53; глубина слоя должна быть в пределах 0,5— 0,8 мм.

Твердость не закаливаемых поверхностей обычно находится в пределах НВ 180-270.

Заготовки зубчатых колес для автомобиле-, тракторо- и станкостроения обычно изготовляются по 7-й и 8-й степеням точности.

Технологические методы обработки зубчатых колес

Основными факторами, влияющими на характер технологического процесса обработки зубчатых колес, являются: конструкции и размеры зубчатого колеса; вид заготовки и материал; требования к точности и качеству термической обработки колеса; годовая программа производства.

Конструкция колеса существенно влияет на последовательность его обработки и подбор необходимого оборудования.

Вся первичная обработка венцового зубчатого колеса производится в трехкулачковом патроне с зажатием специальными кулачками по коническим поверхностям колеса.

Зубчатое колесо со ступицей, как правило, обрабатывается в начальной стадии на оправке, а зубчатое колесо с валиком — в центрах.

Конструкция колеса влияет на способ нарезания зубьев. Например, при незначительном промежутке между двумя зубчатыми венцами блочного колеса обработку венцов производят на зубодолбежном станке, при достаточном расстоянии между венцами применяют фрезерование зубьев. Это в равной степени относится и к отделочным операциям — шлифованию и шевингование зубьев.

Зубчатые колеса с наружным диаметром 50—55 мм и более изготовляются из поковок и штамповок на станках патронного типа с предварительной обработкой отверстия.

Характер технологического процесса обработки зубчатых колес зависит от требуемой точности, качества поверхности и термической обработки зубчатого колеса. Технологический процесс изготовления зубчатого колеса можно разделить на четыре основных этапа: 1) черновая и чистовая обработка заготовки; 2) нарезание зубьев; 3) термическая обработка; 4) отделочные и доводочные операции после термической обработки.

Обработка заготовки зубчатых колес до нарезания зубьев

Обработка заготовки расчленяется на следующие операции:

1) предварительная обработка отверстия;

2) окончательная обработка отверстия;

3) предварительная токарная обработка наружных поверхностей;

4) окончательная токарная обработка наружных поверхностей.

При необходимости проводят дополнительные операции механической обработки в соответствии с указаниями, приведенными на рабочем чертеже детали (фрезерование шпоночного паза или шлицев на валике зубчатого колеса, сверление отверстий, нарезание резьбы и т. д.).

При обработке зубчатых колес, как цилиндрических, так и конических, в автомобиле-, тракторо- и станкостроении базирование производится по центровым отверстиям или по точно обработанному отверстию зубчатого колеса.

Цилиндрические и конические зубчатые колеса с хвостовиком (валиком) обрабатываются в центрах.

В мелкосерийном и серийном производствах зубчатые колеса обрабатываются на револьверных и токарных станках; в крупносерийном и массовом производствах — на горизонтальных и вертикальных токарных полуавтоматах и переналаживаемых автоматических линиях.

При использовании револьверного станка вся обработка заготовки с одной стороны производится полностью с одновременной окончательной обработкой отверстия. При сложной конфигурации обработка заготовки с другой стороны может быть также выполнена на револьверном станке. Деталь зажимается по уже обработанной поверхности, в трехкулачковомсамоцентрирующем патроне. Если заготовка простой формы, то ее другую сторону можно обработать на токарном станке.

Для обработки зубчатых колес на горизонтальных полуавтоматах в заготовке предварительно сверлят отверстие на сверлильном станке, и окончательно обрабатывают его на протяжном станке.

Последующая обработка заготовки с базированием по отверстию производится в две операции: предварительная и окончательная обработка наружных поверхностей на многорезцовых полуавтоматах. Наружные поверхности заготовок на многорезцовых полуавтоматах можно обрабатывать как в две, так и в одну операцию. При значительном размере производственной программы для обработки зубчатых колес применяют многошпиндельные полуавтоматы.

Двухиндексная схема настройки предусматривает обработку заготовки зубчатого колеса полностью на одном станке.

Из приведенных примеров технологических наладок для многошпиндельных полуавтоматов, полная наружная обработка заготовки зубчатого колеса на этих станках часто предусматривает и окончательную обработку базового отверстия.

Для всех типов зубчатых колес последней операцией перед нарезанием зубьев часто является шлифование торца или его окончательное подрезание, что обеспечивает перпендикулярность торца к оси отверстия зубчатого колеса и точность нарезания зубьев.

Отделочные виды обработки зубчатых колес.

Отделочные виды обработки зубчатых колес бывают со снятием стружки (шевингование, шлифование, хонингование, притирка) и без снятия стружки (обкатывание). К отделочным работам со снятием стружки относят также зубозакругляющие операции, снятие фасок и заусенцев.

Шевингование зубьев применяют для незакаленных колес. Оно заключается в том, что методом обкатки специального инструмента по зубчатому колесу с поверхности зуба снимают припуск размером 0,1...0,25 мм. В качестве инструмента применяют дисковыйшевер — зубчатое колесо, на поверхности зубьев которого имеются узкие прорези, образующие кромки, или шевер-рейку с аналогичными зубьями.

Шевер для обработки прямозубых зубчатых колес имеет винтовые зубья с углом подъема до 15°, а для обработки косозубых — прямые зубья.

Из двух способов шевингования зубьев более распространено шевингование с помощью дискового шевера. Шевингование производят на специальном станке. Шевер 4, установленный под углом к оси обрабатываемого зубчатого колеса 5, получает принудительное вращение с частотой 250 об/мин, вызывая этим вращение зубчатого колеса, свободно установленного в центрах на оправке 6. Скрещивание осей приводит к продольному относительному скольжению зубьев шевера и зубчатого колеса. Столу 8 сообщают продольную подачу 0,1 ...0,3 мм на один оборот зубчатого колеса. В конце хода стол подают в поперечном (вертикальном) направлении на 0,02...0,04 мм, после чего стол возвращают в начальное положение. Число ходов стола зависит от размера припуска.

Обработка зубчатого колеса продолжается в течение 12... 14 двойных ходов стола, время на обработку одного зуба колеса равно 2...3 с. Погрешность обработанных шевингованием зубчатых колес в среднем не превышает 0,005 мм по шагу и профилю и 0,03 мм по биению начальной окружности. Шероховатость поверхности Rа=0,63...0,16мкм.

Зубошлифование осуществляют в основном двумя методами: обкаткой и профильным копированием с помощью фасонного шлифовального круга. Шлифованием достигают шероховатости поверхности Ra =0,4...0,1 мкм и точности основных параметров зубчатого колеса в пределах 4...6-й степеней точности независимо от размера оставляемого припуска.

При шлифовании методом обкатки воспроизводят зубчатое зацепление пары рейка — зубчатое колесо, в котором инструментом является рейка. Этот метод применяют на современных станках, используя шлифовальные круги различных видов.

Более производительным является шлифование абразивным червяком. Шлифовальному кругу, изготовленному в виде одно- или двухзаходного червяка диаметром 300 мм в процессе обработки сообщают два движения: вращательное I—вокруг оси (движение резания) со скоростью 20...30 м/с и поступательное II—вдоль оси заготовки (движение подачи) со скоростью 0,6 мм за один оборот колеса. Зубчатое колесо получает вращение III вокруг своей оси, согласованное с вращением абразивного червяка, и периодическое радиальное движение подачи IV. Точность обработки однозаходным червяком соответствует 6-й степени точности, двухзаходным — 7-й степени точности. Шероховатость обработанной поверхности составляет Rа =0,8...0,1 мкм. Применяют также шлифование зуба копировальным фасонным шлифовальным кругом.

Зубохонингование. Для уменьшения шероховатости поверхности профиля зуба и, как следствие, уменьшения шума при работе передачи применяют хонингование зубьев колес после термической обработки. Зубохонингование производят на станке, аналогичном шевинговальному, при скрещивающихся осях хона и обрабатываемого колеса, но без механизма радиальной подачи. При этом установленное в центрах зубчатое колесо совершает кроме вращательного (реверсируемого) и возвратно-поступательное движение вдоль своей оси.

Зубчатый хон представляет собой геликоидальное колесо, изготовленное из пластмассы и шаржированное абразивом, зернистость которого выбирается в зависимости от размера припуска (0,025...0,05 мм) и требований к шероховатости поверхности.

Хонингование производят в распор при постоянном давлении между зубьями обрабатываемого колеса и хона или способом беззазорного зацепления колеса и хона при неизменном межцентровом расстоянии. Первый способ обеспечивает изготовление зубчатых колес более высокой точности. Зубохонингование требует обильного охлаждения для

эффективного удаления металлической; пыли с обрабатываемой поверхности профиля зуба. Хонингование применяют для обработки прямозубых и; косозубых колес с модулем 1,25.. .6 мм, а также колес с фланкированными; и бочкообразными зубьями.

Притирку зубьев зубчатых колес после термической обработки производят на специальных станках, где инструментом служат притиры — чугунные колеса, находящиеся в зацеплении с обрабатываемым зубчатым колесом. Притиры смазывают смесью абразивного порошка с маслом.

Отделка зубчатых колес методом притирки заключается в том, что обрабатываемое зубчатое колесо обкатывают между тремя притирами, оси которых скрещиваются между собой. Оси двух притиров / и 4 со спиральными или прямыми зубьями наклонены к обрабатываемому зубчатому колесу 5. Ось третьего притира 2 параллельна оси обрабатываемого зубчатого колеса; этот притир вращается попеременно в разных направлениях со скоростью 30...60 м/мин для обеспечения равномерно й обработки зуба с обеих сторон. Помимо вращения притирам сообщается возвратно-поступательное движение в осевом направлении со скоростью 60 ...70 ходов в минуту на длине 25 мм. •

Давление притиров на поверхность зуба регулируют притормаживая шпиндели двух притиров. Погрешность по длине начальной окружности составляет 0,02 мм, по шагу — 0,01 мм и по профилю — 0,08 мм; шероховатость поверхности Rа=0,1 мкм. Время обработки одного зуба в среднем составляет 3...6 с.

Зубозакругление. В современных машинах часто применяют зубчатые колеса, которые периодически вводят в зацепление без остановки движения (коробки скоростей станков, автомобилей и т. д.)

Фланкированием называют изменение бокового профиля зубьев основной рейки для обеспечения плавного входа сопряженных зубьев колес в зацеплении в связи с чем уменьшается шум в передаче.

Бочкообразность придают зубьям одной из пары обрабатываемых колес для получения поверхности контакта зубьев в виде вытянутого овала по их средней части.

Зубозакругление. В современных машинах часто применяют зубчатые колеса, которые периодически вводят в зацепление без остановки движения (коробки скоростей станков, автомобилей и т. д.).

Чтобы устранить удары и выкрашивание кромок при переключении зубчатых колес, зубья закругляют специальными фрезами на зубозакругляющих станках.

Снятие фасок и удаление заусенцев производятся на станках с абразивными кругами, имеющими профили, соответствующие форме зуба обрабатываемого колеса. Вращение осу­ществляется путем ввода зубьев в зацепление с витками круга.

С зубчатых колес малых размеров заусенцы удаляют с помощью ультразвука. При этом способе дополнительно сглаживаются острые кромки, а рабочие поверхности зубьев изменениям не подвергаются.

Получает распространение способ снятия заусенцев галтовкой в барабане, причем, выбирая соответствующие наполнитель и частоту вращения барабана, достигают хорошей очистки зубьев без искажения их профиля.

Обкатывание незакаленных зубчатых колес производят в масляной среде без абразивного порошка в паре с одним или несколькими закаленными колесами-эталонами. В результате давления зубьев колес-эталонов на поверхностях обрабатываемых зубьев возникает наклеп, сглаживаются неровности. Ввиду того что при обкатывании профиль и шаг зуба не исправляются, а в ряде случаев создаются дополнительные внутренние напряжения, увеличивающие искажения профиля при последующей термической обработке, этот способ отделки применим для зубчатых колес, не требующих высокой точности, а также для колес, не подвергающихся термической обработке.