У сучасних машинах використовують зубчасті передачі, які дозволяють передавати крутний момент як між паралельними валами, так і валами, розміщеними під певним кутом. Найбільш поширені їх види показані на рисунку1.59 [4].
Рисунок 1.59 – Найбільш поширені види зубчастих передач:
а) циліндрична; б) конічна; в) черв’ячна
Для циліндричних зубчастих коліс ГОСТ 1643-81 встановлює 12 ступенів точності (з 1-го до 12-го у порядку зменшення). Для кожної з них встановлені норми точності за показниками кінетичної точності, плавності роботи, контакту зубців, а також шість видів сполучень у порядку зменшення гарантованого бокового зазору (A, B, C, D, E, H).
У загальному машинобудуванні та верстатобудуванні найбільш поширені зубчасті колеса 6-8-го ступенів точності.
Обробку зубців зубчастих коліс виконують як на верстатах фрезерної групи (в умовах одиничного та дрібносерійного виробництв), так і на спеціальних зубообробних верстатах.
При обробці використовують як лезову обробку, так і абразивну. Деякі з цих способів наведені на рисунку 1.60.
При обробці зубчастих коліс використовують два принципово різних методи – копіювання та обкочування.
Ці методи характеризуються різною точністю та продуктивністю обробки.
Рисунок 1.60 – Способи обробки зубців коліс
Перший метод передбачає обробку інструментом, що має профіль западини зубчастого колеса з наступним поворотом заготовки на певний кут залежно від кількості зубців.
Цей метод використовують у ремонтному виробництві за відсутності спеціального обладнання, при виготовленні зубчастих коліс великого розміру, а також для попереднього нарізання зубців для подальшої точної обробки.
Другий метод при своїй реалізації моделює роботу зубчастої пари. При цьому у цій парі один елемент виступає у ролі різального інструмента, а другий є заготовкою.
Фрезерування зубців
Фрезерування зубців зубчастих коліс може виконуватися як методом копіювання, так і методом обкочування.
Метод копіювання може бути реалізований дисковими та пальцевими модульними фрезами (див. рисунок 1.61).
Він дозволяє виготовлення циліндричних, шевронних, а також конічних зубчастих коліс.
Дискові модульні фрези випускають комплектами з кількістю 8, 15 або 26 штук. Набір з 8 фрез використовують для коліс з модулем до 9 мм. Кожна фреза здатна забезпечити необхідну точність під час обробки коліс з певною кількістю зубців. Наприклад, фреза №1 з набору із 8 фрез призначена для обробки коліс із кількістю зубців від 35 до 54.
Швидкість різання забезпечується обертанням фрези і знаходиться у межах 25-40 м/хв. Кількість робочих ходів залежить від модуля колеса (при m <6 мм – за один робочий хід, при m = 6-12 мм - за два, а при m>12 - за три).
Пальцеві фрези доцільно використовувати для коліс з модулем 10-50 мм, а також при нарізанні шевронних коліс без канавки.
Нарізання модульними фрезами передбачає використання ділильних головок або столів для встановлення заготовок.
Спосіб забезпечує нарізання коліс 9-10-го ступенів точності при шорсткості поверхні Ra (6,3-12,5) мкм [5].
Метод обкочування реалізується за допомогою черв’ячних фрез на зубофрезерних верстатах (див. рисунок 1.62а).
Швидкість різання Vм/хв забезпечується обертанням фрези. Крім цього, рух верстата забезпечує обертання заготовки - Sкр, а також переміщення фрези Sв уздовж осі заготовки.
Для цього виконують налагодження певних гітар верстата (швидкості, подачі, ділення, обкочування тощо).
Рисунок 1.62 – Фрезерування черв’ячною фрезою
Залежно від напрямку гвинтових канавок фрези (правий чи лівий), а також виду колеса, що нарізають (прямозубе, косозубе, праве чи ліве), фрезу встановлюють під певним кутом ? стосовно осі заготовки (рисунок 1.62б). Цей кут визначають за формулою
? = ? ± ?,
де ? – кут нахилу зубців колеса, що нарізають, град;
? – кут підйому витків черв’ячної фрези, град.
Знак “плюс” беруть, якщо ці кути різноіменні, а знак “мінус”, якщо ці кути одноіменні.
Модульні черв’ячні фрези виготовляють як із швидкорізальної сталі, так і оснащеними пластинками з твердих сплавів.
Зубофрезерування забезпечує досягнення 8-10-го ступенів точності коліс із шорсткістю поверхні Ra (3,2-6,3) мкм [5].
Зубодовбання
Зубодовбання – нарізання зубчастих коліс довбачами виконують на зубодовбальних верстатах методом обкочування.
Довбач 1 обертається навколо своєї осі та здійснює зворотно-поступальний рух уздовж осі заготовки 2. Заготовка, у свою чергу, теж обертається (див. рисунок 1.63).
Цей спосіб дозволяє обробляти зубці як прямозубих, так і косозубих коліс для зовнішнього та внутрішнього зачеплення, а також малий зубчастий вінець у блочних коліс.
Точність зубодовбання дещо вища, ніж при зубофрезеруванні, і може забезпечити досягнення 6-7-го ступенів при шорсткості поверхні Ra (1,6-3,2) мкм [5].
Рисунок 1.63 – Схема обробки зубчастих коліс довбанням:
а) зовнішнього зачеплення; б) внутрішнього зачеплення
Колеса з модулем до 2,5 мм обробляють за один оберт заготовки, а з більшим модулем - за декілька її обертів.
Довбання зубців коліс використовують у середньосерійному та більш значних за об’ємами випуску типах виробництв.
У масовому виробництві для попередньої обробки зубців знаходить використання довбання методом копіювання спеціальними багаторізцевими головками, оснащеними різцями за кількістю, що відповідає кількості зубців колеса.
Шевінгування
Шевінгування – спосіб чистової обробки зубчастих коліс, які не підлягають термічній обробці.
Шевінгування виконують на спеціальних шевінгувальних верстатах. Різальним інструментом для цього способу обробки є шевер, який являє собою зубчасте колесо з прорізаними з обох боків зубців канавками (див. рисунок 1.64а).
Ці канавки створюють різальні кромки, які при роботі знімають з поверхонь зуба заготовки тонку стружку.
Для цього заготовку та шевер встановлюють під певним кутом та забезпечують їм взаємне обертання та переміщення вздовж осі (див. рисунок 1.64б).
а) б)
Рисунок 1.64 – Зуб шевера та схема шевінгування зубців
Швидкість різання V (100-120) м/хв забезпечується обертанням шевера. Поступальне їх відносне переміщення – подача S знаходиться у межах (0,14-0,3) мм/об заготовки.
Шевінгування забезпечує досягнення 6-7-го ступенів точності колеса із шорсткістю поверхні Ra (0,63-1,25) мкм [5].
Шліфування
Шліфування виконують на зубошліфувальних верстатах як методом копіювання, так і обкочування (див. рисунок 1.65).
Цей спосіб обробки забезпечує 5-6-й ступені точності при шорсткості поверхні зубців Ra (0,32-1,25) мкм [5].
При методі копіювання (див. рисунок 1.65а) використовують профільний круг, яким обробляють одну западину за декілька
робочих ходів круга уздовж поверхні зуба. Після цього заготовку повертають у позицію для обробки наступного зуба.
Для підвищення точності заготовку іноді провертають не на один, а на декілька зубців.
а) б) в)
Рисунок 1.65 – Шліфування зубчастих коліс:
а) методом копіювання; б, в) методом обкочування
При шліфуванні методом обкочування використовують тарілчасті круги (див. рисунок 1.65б), а також абразивні круги типу черв’яків (див. рисунок 1.65в).
Для періодичної правки кругів верстати мають спеціальні пристрої.
Притирання
Притирання зубчастих коліс знаходить широке використання у великосерійному та масовому виробництвах при виготовленні термічно оброблених коліс відповідальних передач.
Цей спосіб полягає у тому, що колесо, яке підлягає обробці, обертається у зачепленні з іншим колесом –притиром.
Вимоги до матеріалу та підготовки до роботи (шаржування) колеса-притира такі самі, як і для притирів для інших поверхонь. Притирання одного колеса займає у середньому 2-4 хвилини.
При цьому забезпечуються 5-6-й ступені точності при шорсткості поверхні зубців Ra (0,1-0,5) мкм [5].