Способы изготовления зубчатых колес

Заготовки для зубчатых колес получают литьем, штамповкой или ковкой в зависимости от материала, формы и размеров.

Зубья получают нарезанием по двум основным способам:

- способы, при которых копируется форма профиля инструмента;

- способы, при которых используется метод обкатки (огибания) инструмента относительно заготовки.

К первой группе относится метод нарезания колес специальными дисковыми (рисунок 3.13, а) или пальцевыми (рисунок 3.13, б) модульными фрезами.

Профиль таких фрез имеет очертание впадины между зубьями. При нарезании зубьев фреза вращается вокруг собственной оси и перемещается вдоль оси заготовки. В результате этих двух движений за каждый ход фреза прорезает одну впадину. Затем инструмент возвращается в исходное положение, заготовка поворачивается на угловой шаг и процесс повторяется.

Недостатки метода: малая точность, необходимость иметь набор фрез для различного сочетания числа зубьев – z и модуля – m.

Более совершенный способ нарезания зубьев – метод обкатки. Заключается он в воспроизведении зацепления зубчатой пары (или колеса с рейкой), одним из элементов которой является режущий инструмент - долбяк (рисунок 3.14, а), гребенка (рисунок 3.14, б) или червячная фреза (рисунок 3.14, в), профиль которой в осевом сечении аналогичен прямобочному профилю рейки.

а) б)

Рисунок 3.13

Одним и тем же инструментом можно нарезать колеса данного модуля с разным числом зубьев. Инструмент реечного типа имеет прямобочный профиль зуба, что позволяет точнее и с меньшей себестоимостью изготовить сам инструмент.

а) б) в)

Рисунок 3.14

Режущий инструмент профилируется на основе исходного контура, который представляет собой равнобокую трапецию, высота которой делится на две части средней линией (делительной прямой).

Кроме обкатки ( ), инструмент совершает поступательное движение вдоль оси заготовки (рабочее движение).

Контур инструментальной рейки очерчивается по впадинам исходного контура и характеризуется (рисунок 3.15): углом профиля - , , коэффициентом высоты головки - , коэффициентом радиального зазора – с^*, радиусом переходной кривой - .

Рисунок 3.15

Высоту делительной головки зуба инструментальной рейки увеличивают на с^*m для обеспечения радиального зазора в зацеплении пары колес. Высота ножки зуба ГОСТом не оговаривается, т.е. прямая впадин не должна мешать заготовке. Наиболее часто высоту ножки зуба также увеличивают на с^*m.

У стандартного инструмента реечного типа на любой прямой, параллельной делительной шаг одинаков.

Поэтому инструмент относительно нарезаемого колеса можно установить в известных пределах произвольно.

Установка эта существенно влияет на форму зуба нарезаемого колеса относительно делительной окружности, а также на толщину зуба – s по этой окружности.

Рассмотрим три различных варианта нарезания зубьев, отличающихся расположением производящего контура и заготовки:

а) Нулевое колесо, или колесо без смещения. Величина смещения хm=O,гдех – коэффициент смещения. Делительная прямая рейки касается делительной окружности колеса, и делительная окружность катится по делительной прямой без скольжения, т.е. является центроидой (рисунок 3.16, а).

В соответствии с основным законом зацепления центроидами в относительном движении зубчатых колес при должны быть окружности, проходящие через полюс зацепления W.

В теории зацепления эти окружности называют начальными. Начальная и делительная окружности совпадают в нулевых колесах

.

Понятие начальных окружностей является кинематическим, ее нет у отдельно взятого колеса, (нет полюса зацепления) нет точки контакта двух зубьев.

Толщина зуба по делительной и начальной окружности одинаковы и равна ширине впадины рейки по средней линии

.

Основные параметры нулевых колес рассмотрены были выше (пункт 3.6.2 и рисунок 3.16, а). Угол зацепления по начальной окружности равен углу профиля рейки (исходного контура);

б) Во втором варианте делительная прямая рейки не касается делительной окружности, т.е. исходный контур смещен от центра заготовки на величину – хm (х – коэффициент смещения) (рисунок 3.16, б). По делительной прямой будет катиться без скольжения другая начальная окружность с диаметром , больше диаметра делительной окружности

.

Диаметры делительной и основной окружностей не изменяются

Диаметр окружности впадин

.

Диаметр вершин d_a остается равным диаметру заготовки.

Иногда d_a назначают так, чтобы сохранить постоянную высоту зуба, равную высоте исходного контура

.

Наибольшее распространение получили передачи, у которых d_a назначают так, чтобы при любых коэффициентах смещения в зацеплении колес оставался радиальный зазор – с

,

где - коэффициент уравнительного смещения.

Толщина зуба по делительной окружности оказывается больше ширины впадины

,

т.е. зуб становится шире, прочнее (положительное явление). Коэффициент – х и величина – хm считаются положительными и зубчатое колесо тоже называется положительным.

Однако большое смещение хm вызывает заострение головки зуба s_a допустимой предел при дальнейшем сдвиге происходит срезание головки, что ограничивает величину положительного смещения;

в) В третьем варианте делительная прямая смещена к центру заготовки на величину (-хm), коэффициент смещения считается отрицательной величиной и, соответственно, зубчатое колесо называется отрицательным (рисунок 3.16,в).

По делительной прямой будет катиться другая начальная окружность, у которой d_w < d . Толщина зуба по делительной окружности будет меньше, чем у нулевого колеса на величину – 2 x m tg a

.

Все параметры определяются по тем же зависимостям, что для положительных колес с учетом того, что x < 0.

d = mz,

d_в = d cos α,

d_w = d - 2 |xm|,

s_w = р/2,

s = р/2 – 2|xm| tgα,

d_f = d – 2h_f – 2|xm|,

d_a = d + 2h_a – 2|xm|.

Если при смещении вершины зубьев рейки окажутся ниже точки касания основной окружности с линией вершин, то боковая поверхность у основания зуба будет срезана, зуб у основания будет ослаблен. Такое явление называется подрезанием зуба. Подрезание не желательно, особенно для силовых передач. Подрезание может быть у нулевых колес при уменьшении их размеров (числа зубьев), т.е. при стремлении уменьшить габариты передачи. Минимальное число зубьев, при котором не происходит подрезания при a = 20⁰:

.

Значение минимального коэффициента смещения:

.

В настоящее время широкое распространение получили косозубые передачи, у которых зубья расположены по винтовой линии на делительном цилиндре. В отличие от прямозубой передачи, в косозубой зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно, что значительно снижает шум и динамические нагрузки, повышая нагрузочную способность передачи.

Для нарезания косозубых зубьев используют тот же инструмент, что и для прямозубых. Наклон зуба образуют поворотом инструмента относительно заготовки на угол β – угол наклона зубьев (8^о – 15^о). В этой передаче различают нормальный стандартный модуль m_n – модуль в нормальном сечении и торцевой (окружной) модуль m_t = m_n / cosβ, который определяют с точностью до 3 знаков.

При определении основных параметров косозубой передачи необходимо учесть, что диаметры начальных (делительных) окружностей определяют по формулам:

Остальные геометрические размеры определяют аналогично прямозубым.