Точность (мм) зубчатых колес при зубо- фрезеровании и шевинговании

Проверяемый параметр

Колебание измери­тельного межосево­го расстояния:

за оборот ко­леса

на одном зубе Разность окружных шагов

0,02-0,04 0,04-0,08

0,007-0,015 0,03-0,05

Погрешность на­правления зуба на длине 25 мм Погрешность про­филя зуба Радиальное биение

зубьев осуществляется без снятия стружки пу­тем пластического деформирования металла в холодном состоянии. В процессе прикатыва- ния, обычно двумя накатниками, выполненны­ми в виде зубчатых колес, обкатывают заго­товку с предварительно обработанными зубья­ми, расположенными на параллельных осях. Вращающийся накатник, перемещаясь к заго­товке, при достижении беззазорного зацепле­ния начинает процесс прикатки под определен­ной силой. Расстояние между осями накатника и детали постепенно уменьшается до получе­ния требуемого размера зубьев колеса. Во вре­мя прикатывания на зубьях обрабатываемого колеса и накатника имеет место взаимное скольжение, которое вызывает на сторонах зубьев колеса сдвиг металла. По опыту ЗИЛа обработка цилиндрического колеса (z = 26; т_п = 2,54 мм; р = 39⁰31') на прикатном автома­те с двумя накатниками по сравнению с ше­вингованием позволила увеличить производи­тельность в 4 — 5 раз, уменьшить параметр шероховатости поверхности на профилях зубь­ев до Ra = 0,32 мкм, снизить уровень звуково­го давлейия на 2 — 3 дБ, повысить стабиль­ность размеров зубчатого зацепления и каче­ство. Стойкость накатников составляет 274400 деталей, время прикатки колеса 14 с. Зубья прикатанных колес во время термической обработки вследствие более однородной структуры поверхностных слоев деформи­руются меньше, чем шевингованные. Точность зубчатых колес перед прикатыванием должна быть выше, а припуск на сторону зуба мень­ше, чем перед шевингованием, наполовину.

Зубофрезеро­вание перед шевингова­нием

Шевингова­ние

0,04-0,08 0,015-0,04

0,01-0,04 0,02-0,04

0,005-0,02 0,005-0,025

0,02-0,04 0,01-0,02

12 Пол ред. А. Г. . Косиловой и Р. К. Мещерякова, г. 1

Зубохонингование применяют для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления. Хо- нингование зубьев осуществляют на спе­циальных станках. Закаленное обрабатываемое колесо вращается в плотном зацеплении с абразивным зубчатым хоном при угле скре­щивания осей 10—15°. Поджим детали,к хону осуществляется пружиной с силой 150 — 450 Н. Зубчатое колесо, кроме вращения, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси. Направление вращения инструмента ме­няется при каждом ходе стола. Хонингование позволяет уменьшить параметр шероховато­сти поверхности до Ra = 0,32 мкм, удалить за­боины и заусенцы размером до 0,25 мм, сни­зить уровень звукового давления на 2 — 4 дБ и повысить долговечность зубчатой передачи. В процессе хонингования погрешности в эле­ментах зацепления устраняются незначительно при съеме металла порядка 0,01—0,03 мм на толщину зуба. Припуск под хонингование не оставляют. Частота вращения хона 180 — 200 об/мин, подача стола 180 — 210 мм/мин, число ходов стола четыре — шесть. Время хонинго­вания зубчатого колеса автомобиля 30 — 60 с. Срок службы монокорундовых хонов при обработке зубчатых колес коробки передач ав­томобиля — 1500 — 3000 деталей. Зубчатые ко­леса, имеющие забоины и заусенцы перед хо- нингованием, целесообразно обкатывать на специальном станке или приспособлении ме­жду тремя накатниками под нагрузкой для устранения погрешностей профиля зубьев. За­боины и заусенцы на зубьях обрабатываемого колеса сокращают срок службы и вызывают преждевременную поломку зубьев хона.

Зубчатые колеса высокой точности. Высокая точность цилиндрических зубчатых колес мо­жет быть достигнута шлифованием. По срав­нению с другими методами шлифование по­зволяет устранить не только погрешности предварительной обработки, но и неизбежные деформации при закалке. В табл. 25 приведены достигаемая точность и время чистовой обра­ботки зубчатых колес широко распростра­ненными методами шевингования и шлифова­ния. По опыту станкостроительной промыш­ленности зубчатые колеса 3 —4-й степени точности (ГОСТ 1643 — 81) можно изготовить по следующей технологии: фрезерование зубь­ев под шлифование (5 —6-я степень точности); термическая обработка — цементация и закал­ка; шлифование баз и предварительное шли­фование зубьев (5 —6-я степень точности); ис­кусственное старение; шлифование баз; полу-

25.Достигаемая точность и время шлифования при чистовои обработке цилиндри­ческих зубчатых колес различными методами

Степень точности. по ГОСТ 1643-81	ШевингоВание	Шлифование методом копи­рования	Шлифование методом обката абразивным чер­вяком на стан­ках. типа 538J3	Шлифование методом обката с периодическим делением
'двумя шлифо­вальными кру­гами на станках типа 5853	одним коничес­ким шлифоваль­ным кругом на станках типа 5А8Ч1
2
J			ШШ>	щт	шш
Ч			щш
	til
6
Время шлифования, о/о	—	100	J10	130-160

Примечание: 1 -шлифовальный круг; 2-о5рабатываемое колесо; д-шевер '//У/ - Повышенная трудоемкость обработки и благоприятные Z//Л параметры зубьев колеса

-Нормальные условия обработки

чистовое шлифование зубьев (4 —5-я степень точности); искусственное старение; оконча­тельное шлифование баз и других поверхно­стей колеса; окончательное шлифование зубь­ев (3-4-я степень точности).

Контроль. Высокое качество зубчатых ко­лес можно обеспечить при условии примене­ния современных методов и средств контроля, а также технического контроля на протяжении технологического цикла изготовления, начиная с заготовки и кончая финишными операциями и сборкой. Для обеспечения взаимозаменяемо­сти и надежной работы зубчатой передачи по­грешности изготовления зубчатых колес и передач ограничены допусками, которые установлены ГОСТ 1643 — 81. Зубчатые колеса при изготовлении проходят обычно три этапа контроля: производственный, выборочный и приемочный.

Производственный контроль. Перед обра­боткой зубьев приборами контролируют по­верхности заготовок, которые используют в качестве баз. Визуально проверяют наличие забоин и заусенцев. После фрезерования и долбления непосредственно на рабочем ме­сте при плотном двухпрофильном зацеплении обрабатываемого колеса с измерительным ра­бочий или наладчик проверяют размер зубьев с учетом припуска под шевингование, колеба­ние измерительного межосевого расстояния (МОР) за оборот колеса и на одном зубе. Ше­роховатость поверхности проверяют визуаль­но. После шевингования, кроме размера зубь­ев и колебания межосевого расстояния допол­нительно проверяют форму и расположение пятна контакта, уровень звукового давления и более тщательно шероховатость поверхно­сти на профилях зубьев. Производственному контролю подвергают первые два-три зуб­чатых колеса с каждого станка в начале рабо­чей смены, после замены инструмента и под- наладки станка, а также через каждые 1 — 2 ч работы станка. По результатам проверки, ес­ли это необходимо, наладчик вносит измене­ния в наладку станков.

Выборочный контроль предназначен для контроля отдельных элементов зубчатого за­цепления после фрезерования, долбления, ше­вингования и окончательно изготовленных зубчатых колес. Выборочный контроль осу­ществляет контролер специальными прибора­ми с записывающим устройством, устано­вленными в комнате, хорошо защищенной от шума, рядом с участком изготовления зуб­чатых колес. В лаборатории контролируют: погрешность профиля, погрешность направле­ния зуба, разность шагов, радиальное биение, колебание МОР, уровень звукового давления, пятно контакта, отклонения длины общей нор­мали. Основными параметрами, которые определяют геометрию профиля зуба, являют­ся погрешности профиля и направления зуба. Оба эти параметра измеряют на четырех рав- норасположенных по окружности зубьях с обеих сторон профиля на одном приборе. После зубофрезерования и зубодолбления по­грешности профиля и направления зуба обыч­но контролируют один раз в смену, а также после замены инструмента и наладки станка. В процессе шевингования контроль погрешно­стей профиля и направления зубьев осущест­вляют чаще, особенно по мере затупления ше­вера. Контроль проводят в начале смены, после замены инструмента, а также каждой 100-й детали с каждого станка. Результаты из­мерения контролер вносит в таблицу для ка­ждого станка, что позволяет постоянно анали­зировать его работу. Пятно контакта и уро­вень звукового давления после шевингования проверяют у тех же зубчатых колес, у которых измеряли профиль и направление зуба. Раз­ность шагов, радиальное биение и отклонение длины общей нормали контролируют по мере необходимости. Для контроля деформации в процессе термической обработки измеряют два зуба, расположенных под углом 180°. По­грешность профиля зуба измеряют в трех се­чениях по длине зуба (середине и двух край­них), а погрешность направления — в трех сечениях по высоте (середине, головке и нож­ке).

Приемочный контроль осуществляют после термической обработки и шлифования баз. На этой стадии у каждого колеса проверяют базы (отверстия, торцы и шейки) после шлифования и параметры зубьев. Выбор основных контро­лируемых параметров зубчатого зацепления и средств для контроля определяет завод-изго­товитель зубчатых колес. Например, у зуб­чатых передач легковых автомобилей ос­новным параметром оценки качества является плавность зацепления, у зубчатых передач гру­зовых автомобилей — форма и расположение пятна контакта, у зубчатых передач автобу­сов — плавность зацепления и пятно контакта. Перед сборкой зубчатые передачи легковых автомобилей подбирают в пары (комплекты) по плавности зацепления, боковому зазору и пятну контакта на контрольно-обкатном станке. Зубчатые колеса для грузовых автомо­билей контролируют также на контрольно-об­катном станке с отобранным на производстве сопряженным колесом (срок службы которого 800—1000 деталей), после чего его заменяют новым, а использованное колесо отправляют на сборку. Погрешности профиля и направле­ния зуба, а также разность шагов контроли­руют на отдельных приборах у 2 —5% колес из общего выпуска. Зубчатые колеса в прибо­ростроении, работающие с минимальным бо­ковым зазором, изготовляют с жесткими до­пусками по отклонению шага зубьев и биению зубчатого венца. Для колес обычной точности при малом выпуске комплексный двухпро- фильный контроль является достаточным средством проверки качества.

Конические зубчатые колеса

Типы конических зубчатых колес. В зависи­мости от формы зуба различают прямозубые конические колеса, нулевые, с криволинейными зубьями и гипоидные.

У прямозубых колес зубья при своем про­должении пересекают ось колеса (рис. 205, а). Эти колеса просты для изготовления и сборки. Их применяют для передачи небольших крутя­щих моментов с окружными скоростями до 5-10 м/с.

У нулевых колес зубья криволинейные с углом наклона в середине венца, равным ну­лю. Эти колеса изготовляют на тех же станках и тем же инструментом, что и конические ко­леса с криволинейными зубьями. Нулевые ко^ леса устанавливают в тех же узлах, что и пря­мозубые. Они могут работать плавно и бесшумно при более высоких окружных ско­ростях, чем прямозубые колеса.

У колес с криволинейными зубьями угол р_т наклона линии зуба в середине венца не ра- ¹

а) б) 6)

Рис. 205. Типы конических колес: а —прямозубые;б— с криволинейными зубьями; в —гипоидные; 1— шестерня; 2 — колесо

вен нулю (рис. 205,6). Вследствие кривизны зубьев при зацеплении обеспечивается не­прерывный контакт одновременно на несколь­ких зубьях. Они способны передавать крутя­щие моменты примерно на 30% выше, чем нулевые и прямозубые конические колеса тех же размеров. Конические колеса с криволи­нейными зубьями применяют в оборудовании всех типов, при окружных скоростях до 40 м/с.

У гипоидных колес ось ведущей шестерни

1 смещена относительно оси ведомого колеса

2 выше или ниже на величину Е (рис. 205, в). Гипоидные колеса прочнее и бесшумнее в экс­плуатации, чем конические колеса с криволи­нейными зубьями. Их применяют в узлах и механизмах с окружными скоростями 5 — 40 м/с и менее.

Методы получения заготовок. Объемная хо­лодная штамповка является наиболее эффек­тивным методом малоотходного изготовления деталей. При высокой производительности она обеспечивает минимальный припуск (0,1—0,3 мм) на сторону, получение гладкой поверхности без окалины, значительно сокра­щает или полностью устраняет последующую механическую обработку. Например, кониче­скую шестерню-вал с диаметром зубчатого венца 40 мм изготовляют за пять переходов с производительностью 30 шт/мин. Потеря металла в стружку составляет 2 — 7%.

Горячая щтамповка конических колес с припуском 0,6 — 0,8 мм на сторону под чисто­вое зубонарезание разработана ЗИЛом со­вместно с НИИТавтопромом. Применяется для конических колес дифференциала авто­мобиля с модулем 5 мм и выше. Предвари­тельно нагретую с помощью ТВ.Ч до темпера­туры ковки мерную заготовку 1 сателлита дифференциала (z_t — 11; m_te = 6,35 мм; b = 30 мм) штампуют за два перехода: осадка заго­товки 2 для очистки от окалины и приближе­ния ее диаметра к диаметру поковки и штам­повка заготовки 3 с формообразованием зуба (см. рис. 198, в). Штамповку выполняют на кри­вошипном горячештамповочном прессе с но­минальным усилием 16 МН и производитель­ностью 300 шт/ч. Масса заготовки снижена на 0,37 кг. При этом за год экономится 472 т ле­гированной стали, сокращена операция черно­вого зубонарезания, высвобождены рабочие, станки, производственная площадь и т. д.

Метод порошковой металлургии позволяет получить значительную экономию металла. Прямозубые конические колеса дифференциа­ла автомобиля изготовляют на автоматиче­ской линии в три последовательных перехода: точное взвешивание порошка и изостатическое формование в эластичной или деформируемой оболочке, спекание при температуре 1315 °С и окончательная горячая штамповка на гори­зонтальном эксцентриковом прессе за один ход. Производительность пресса 360 — 450 шт/ч. Прямозубые конические колеса, обрабо­танные этим методом, не требуют дополни­тельной механической обработки; их точность соответствует точности колес, нарезанных ме­тодом кругового протягивания. Отход метал­ла в стружку составляет около 5%.

Заготовки, полученные методом пластиче­ской деформации в холодном или горячем со­стоянии, обычно имеют неоднородную твер­дость и неблагоприятную для резания струк­туру металла. Для устранения указанных недостатков заготовки перед механической обработкой подвергают нормализации, улуч­шению, отжигу, отпуску. Наилучших результа­тов при обработке заготовок из легированных сталей достигают при изотермическом отжиге. После изотермического отжига заготовки имеют крупнозернистую ферритно-перлитную структуру с твердостью НВ 156 — 207 и пре­делом прочности при растяжении а_в = = 520 -т- 686 МПа. Если заготовки имеют по­ниженную твердость, то при обработке зубьев металл налипает на режущие кромки инстру­мента, параметр шероховатости поверхности повышается. Слишком твердый материал вы­зывает повышенное изнашивание инструмента.

Точность обработки заготовок. Качество окончательно изготовленных конических и ги­поидных зубчатых передач в значительной степени определяется точностью обработки заготовок. Наиболее ответственными поверх­ностями являются шейки, отверстия и опорные торцы, которые являются базами при зубообработке, контроле и сборке. В табл. 26 приведены допуски на отверстия и шейки типовых конических зубчатых колес в зака­ленном и незакаленном виде в зависимости от их степени точности (ГОСТ 1758 — 81).

Максимальное биение поверхностей Т, D_i и D₂ шестерни относительно оси детали в неза­каленном и закаленном виде составляет 0,005 — 0,01 мм (рис. 206, а). Биение незакален­ной цилиндрической поверхности D₄, служа­щей для контроля точности установки зубча­того колеса при сборке в редукторе, относи­тельно поверхностей D_l и D₂ должно быть в пределах 0,005-0,01 мм. Биение поверхности Z)₃ ограничивается допуском в том случае, ес­ли она используется для зажима во время зу- бонарезания и контроля. После термической обработки и зачистки центров необходимо править деталь таким образом, чтобы макси­мальное биение поверхности после правки не превышало 0,025 мм, а поверхности D₂ — 0,04 мм. Для конических колес (рис.

Рис. 206. Допуски на основные размеры и по­верхности : а — шестерни; б — колеса

206,6) устанавливают допуски плоскостности опорного торца (табл. 27). Допуск плоскостно­сти опорного торца до термической обработки для поверхностей Т_х и Т₂ составляет 0,025 мм; допуск круглости отверстия d до термической обработки — 0,025 мм, а после термической обработки — 0,08 мм.

У зубчатых колес, которые закаливают в штампах, биение конуса вершин зубьев и по­верхности прижимного фланца Т₃ до термиче­ской обработки не должно превышать 0,075 мм. Указанные поверхности в процессе закал­ки соприкасаются с поверхностями штампа, поэтому при давлении незначительные по­грешности могут вызвать деформацию заго­товки колеса.

Кроме допусков на базы заготовок кониче­ских зубчатых колес устанавливают допуски на внешний диаметр вершин зубьев d_ae (табл. 28), расстояние С от базы до внешней окруж­ности вершин зубьев, угол 5_а конуса вершин зубьев (табл. 29), угол заднего конуса со, ба­зовые расстояния А_х и Л₂, ширину зубчатого венца b и др.

26. Рекомендуемые допуски на заготовки конических зубчатых колес, мм (см. рис. 206, а) Номинальный посадочный диаметр, мм Колеса прецизионные (точнее 5-й степени точности) повышенной точ­ности (5 —6-й сте­пени точности) точные (7 —8-й степени точности) обычные (грубее 8-й- степени точности) ШейкиБ и В Отвер­стие d ШейкиБ к В Отвер­стие d ШейкиБи В Отвер­стие d ШейкиБ и В Отвер­стие d До 25 25-100 100-250 250- 500 Св. 500 -0,0025 -0,0025 + 0,0025 + 0,0025 -0,005 -0,0075 + 0,005 + 0,0075 -0,015 -0,025 -0,025 -0,050 + 0,015 + 0,025 + 0,025 + 0,050 -0,025 -0,050 -0,075 -0,100 + 0,025 + 0,050 + 0,075 + 0,100

Когда конус вершин зубьев или задний ко­нус используют в качестве баз при механиче­ской и термической обработках, допуски на

27. Рекомендуемые допуски (мм) плоскостности торца (см. рис. 206,6) Внешний диаметр вершин зубьев, мм Допуск плоскостности опорного торца после термической обработки поверхностей Л 7; 150-200 0,025   0,08 200-250 0,040   0,10 250-330 0,050   0,13 330-450 0,080   0,15

28. Рекомендуемые допуски на внешний диа­метр и расстояние от базы до внешней окружности вершин зубьев, мм

Внешний окружной модуль, мм	dae	С
До 1 1-10 Св. 10	-0,075 -0,150 -0,250	-0,05 -0,05 -0,10
29. Рекомендуемые допуски на угол кофуса вершин и угол заднего конуса, угловые минуты
Внешний окружной модуль, мм	5а	0)
До 0,75 0,75-1,5 Св. 1,5	+ 30 + 15 + 8	+ 60 + 30 + 15

угол конуса вершин и угол заднего конуса не­обходимо ужесточить.

Нарезание конических колес с прямыми зубьями. Наибольшее распространение в про­мышленности получили три метода нарезания зубьев: зубострогание, зубофрезерование и зу- бопротягивание.

Зубофрезерование дисковыми модульными фрезами осуществляют методом врезания с единым делением. Этим методом изгото­вляют зубчатые колеса невысокой точности (9 —10-й степени); его в основном применяют для чернового нарезания зубьев в условиях се­рийного производства. Обработку проводят на зубофрезерном станке ЕЗ-40 (d_e = 320 мм; m_te = 8 мм) с двухпозиционным поворотным столом. Стандартные модульные фрезы не обеспечивают равномерного припуска под чи­стовую обработку, поэтому, когда необходим минимальный припуск, применяют спе­циальные фрезы, спроектированные только для данного колеса. Время нарезания одной впадины зубьев 5 — 20 с. Скорость резания при обработке быстрорежущими фрезами чу­гунных колес 20 — 25 м/мин, стальных 25 — 30 м/мин. Черновое нарезание зубьев модульны­ми фрезами можно проводить в делительной головке на фрезерном станке. Номер фрезы определяют по табл. 30 в зависимости от при­веденного числа зубьев z_x = z/cos 8.

Зубострогание является наиболее простым и менее производительным методом по срав­нению с другими методами нарезания прямо­зубых конических колес. Благодаря универ­сальности и несложной конструкции режущего 30. Дисковые модульные фрезы для нарезания зубьев конических колес

Приведенное	Номер	Приведенное	Номер
число зубьев	фрезы	число зубьев	фрезы
12-13		26-34
14-16		35-54
17-20		55-134
21-25		135 -зуб­
		чатая рейка

инструмента он получил широкое распростра­нение в единичном и серийном производстве. Обработку зубьев проводят на зубостро- гальных станках методом обкатки с еди­ничным делением. В основу процесса нареза­ния зубьев на этих станках положено станоч­ное зацепление обрабатываемого колеса 3 (рис. 207) с воображаемым производящим колесом 4, роль зубьев которого выполняют зубострогальные резцы 1 и 2. При обработке зубострогальные резцы, установленные в рез­цедержателях ползунов станка, получают воз­вратно-поступательное движение, необходимое для резания. Совместно с обрабатываемым колесом резцам сообщают также движение об­катки. В результате последовательных оги­бающих резов прямолинейные режущие кром­ки резцов формируют октоидный профиль зубьев обрабатываемого колеса.

Конические колеса с модулем до 4 мм на­резают из целой заготовки за одну операцию методом обкатки, а с модулем свдлше 4 мм за две операции — черновую и чистовую. Черно­вое нарезание зубьев можно выполнять мето­дами обкатки, врезания или комбиниро­ванным, включающим врезание и обкатку.

Черновое нарезание методом врезания является наиболее простым и экономичным. При этом методе движение обкатки отсут-

а)

б)

Рис. 207. Схемы расположения зубострогальных рез­цов: а — в начале резания; б —в конце резания