7. Изготовление цилиндрических зубчатых колес

Основными факторами, влияющими на технологию механической обработки зубчатых колес являются следующие:

1. Форма колеса. Влияет на выбор оборудования, на построение технологического процесса обработки заготовок под нарезание зуба, на выбор технологических баз.

2. Форма и расположение зубчатого венца. Влияют на выбор методов зубообработки и установление технологических баз на этих операциях.

3. Количество зубчатых венцов, их взаимное расположение. Определяют варианты и трудоемкость зубообработки, выбор зуборезного оборудования и инструмента.

4. Форма зубьев колеса. Влияет на выбор режущего инструмента, определяет наладку зубообрабатывающих станков.

5. Материал колеса и характер его термической обработки. В значительной степени определяют весь технологический процесс изготовления колеса.

6. Точность зубчатого венца. Влияет на выбор методов отделки зубьев. При изготовлении прецизионных колес в целом определяет длительность и трудоемкость механической и термической обработки колеса.

7. Модуль и габаритные размеры колеса. Влияют на выбор методов обработки, выбор оборудования, технологических баз, на степень дифференциации операций обработки.

8. Тип производства. Влияет на выбор оборудования, на техническое оснащение операций.

Конструкция колес непосредственно связана с их служебным назначением.

На рис. 6.88 показаны основные типы зубчатых колес, применяемых в зависимости от служебного назначения в производстве машин среднего размера - автомобилей, тракторов, станков.

В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изготовляют из углеродистых, легированных сталей, чугуна, пластических масс.

Легированные стали обеспечивают более глубокую прокаливаемость и меньшую деформацию по сравнению с углеродистыми сталями.

Рис.6.88. Формы цилиндрических зубчатых колес:

I - одновенцовые; II – многовенцовые; III - одновенцовые плоские с посадочным отверстием малой длины; IV - зубчатые венцы.

а,б - с односторонней ступицей, в,г - с двухсторонней ступицей, д – плоское

В горном машиностроении распространены цилиндрические зубчатые колеса диаметром до 6000 мм с модулем 10-30 мм. Точность этих колес в большинстве случаев соответствует 6-8 степени (ГОСТ 1643-81).

В таких машинах, как экскаваторы, шахтные подъемники, применяют зубчатые колеса диаметром до 10 000 мм с модулем до 60 мм более низкой точности (9-11 степень). Однако в приводах вращающихся цементных печей и рудоразмольных мельниц, где окружные скорости колес достигают 6-8 м/сек, с целью снижения динамических нагрузок и улучшения рабочих характеристик требования к точности возрастают до 7 степени.

Высокие рабочие скорости, большие колебания значительных нагрузок зубчатых зацеплений горного оборудования предъявляют высокие требования к материалу и термообработке зубчатых колес. В основном используются высоколегированные среднеуглеродистые стали, позволяющие после цементации и закалки получать сочетание высокой твердости поверхностного слоя (56-62 HRC) с достаточно твердостью сердцевины (35-40, 45 HRC): 25ХГТ, 25Х27НТА, 20Х2Н4А, 35ХН1М, 35ХМЛ, 38ХГСА

Заготовки в единичном и мелкосерийном производстве получают отрезкой из проката и свободной ковкой, в серийном производстве - свободной ковкой и штамповкой в подкладных штампах.

В крупносерийном и массовом производстве заготовки для шестерен штампуют в закрытых штампах на штамповочных молотах и прессах и на горизонтально - ковочных машинах (рис.6.89).

После ковки заготовки проходят нормализацию или улучшение.

Требования к точности зубчатых колес регламентируются стандартами: ГОСТ 1643-

81; «Передачи зубчатые цилиндрические; Допуски» ГОСТ 1758-81 «Передачи зубчатые конические. Допуски»; ГОСТ 3675-81

«Передачи червячные.

Рис. 6.89. Способы изготовления заготовок

I - одновенцовых колес: а - поковка;

б - штамповка в подкладном штампе; в - штамповка в закрепленном штампе;

II - двухвенцовых колес: а - поковка; б - штамповка на молоте в торец; в - на молоте вдоль оси; г - на горизонтально-ковочной машине

Допуски»;

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса можно разделить на четыре этапа:

черновая и чистовая обработка заготовки; нарезание зубчатого венца;

термическая обработка;

отделка зубчатого венца и основных конструкторских баз.

Каждый последующий этап следует отделять от предыдущего операцией промежуточного контроля для своевременного выявления брака.

Технологический маршрут изготовления зубчатого колеса очистного редуктора комбайна РКУ 10 (рис. 6.90) представлен в табл. 6.9.

Рис. 6.90. Зубчатое колесо редуктора очистного комбайна РКУ10 (m = 10, z = 32, сталь марки 20Х2Н4А, степень точности - 8); производство - мелкосерийное

Операция	Технологические базы	Оборудование
Оп.05 Токарная. Установить деталь; подрезать торец 1; подрезать торец 2 с образованием ступицы 3; снять фаску 10 450; сверлить отв.4; рассверлить отв. 4; расточить отв.4 начерно; снять фаски; переустановить деталь; подрезать торец 5; обточить поверхность 6; снять фаски	Торец 5, поверхность 6 Торец 2, поверхность 3	Токарно- винторезный
Оп.10 Термическая. Нормализация		Печь
Оп.15 Токарная. Установить деталь; подрезать торец 1 с припуском под шлифовку;	Торец 5, поверхность 6	Токарно- винторезный
подрезать торец 2 начисто;
проточить ступицу 3 начисто;
расточить выточку 7;	Торец 2,
переустановить деталь; подрезать торец 8; расточить выточку 9;	поверхность 3
расточить выточку 10; подрезать
торец 5 с припуском под шлифовку;
расточить отв. 4 с припуском под
шлифовку; обточить пов.6 начисто.
Оп.20 Контрольная		Плита контрольная
Оп.25 Зуборезная. Нарезать зуб предварительно	Торец 8, поверхность 6	Зубофрезерный
Оп.30 Зуборезная Нарезать зуб окончательно	Торец 8, поверхность 6	Зубофрезерный
Оп.35 Контрольная.		Плита контрольная
Оп.40 Слесарная. Разметить шлицы и отверстия 11.		Плита контрольная
Оп.45 Долбежная. Долбить шлицы	Торец 5, поверхность 6	Долбежный

Таблица 6.9 Технологический маршрут обработки цилиндрической шестерни

Продолжение таблицы 6.9

Оп.50 Слесарная. Сверлить отв.11; нарезать резьбу	Торец 5	Радиально- сверлильный
Оп.55 Слесарная. Зачистить заусенцы на шлицах и зубьях; резьбу от цементации предохранить		Плита контрольная
Оп.60 Контрольная		Плита контрольная
Оп.65 Термическая. Цементация		Печь цементационная
Оп.70Термическая Закалка; высокий отпуск; низкий отпуск		Печь Ванна
Оп.75 Контрольная. По свидетелю проверить глубину цементации, твердость поверхности и сердцевины		Лабораторное оборудование
Оп.80 Шлифовальная. Шлифовать отв. 4 и торец 5	Делительный диаметр зубчатого венца	Внутришлифоваль- ный
Оп.85 Шлифовальная. Шлифовать торец 1	Торец 5	Плоскошлифоваль- ный
Оп90. Шлифовальная. Шлифовать профиль зуба	Торец 5, поверхность 4	Зубошлифовальный
Оп.95 Моечная		Машина моечная
Оп.100 Контрольная. Контроль окончательный		Плита контрольная

Термообработка после черновой обработки заготовки выравнивает внутренние напряжения в детали, стабилизирует структуру (высоколегированные хромом и никелем стали имеют склонность к остаточному аустениту), улучшает обрабатываемость.

Чистовая обработка строится так, чтобы обработка основных технологических баз (отверстие 4, торцы 5 и 8, поверхность 6) проводилась с одной установки – наиболее простой способ получения высокой точности расположения базовых поверхностей.

Обработка зубьев крупных колес делится на черновые операции, в процессе которых удаляется основная масса металла из впадин зубчатого венца чистовые, когда окончательно формируется профиль зуба и отделочные, обеспечивающие требуемую точность зацепления. Такие способы обработки, как зубофрезерование, зубодолбление, зубострогание, используют и для черновых и для чистовых операций. В качестве отделочных операций применяют притирку, шевингование и шлифование.

Наиболее универсальным и распространенным способом обработки является зубофрезерование методом обкатки червячными фрезами, которое применяют для нарезания зубьев колес диаметром до 6000 мм модулем до 36 мм 3-7 степени точности.

Обработку производят на зубофрезерных станках различной точности и компоновок. Для обработки насадных зубчатых колес или зубчатых венцов применяют вертикальные станки (рис.6.91), а для валов- шестерен - горизонтальные (рис.6.92).

Черновая обработка выполняется дисковыми или пальцевыми модульными фрезами по методу копирования на станках, имеющих механизм единичного деления или многозаходными червячными фрезами по методу обката, чистовая – однозаходными червячными фрезами.

Силовая напряженнность процесса зубофрезерования достаточно высокая, поэтому от метода совмещения баз (технологических с конструкторскими) на данных операциях приходится отказываться. Деталь базируют на торец зубчатого венца и в осевом направлении выверяют по наружной поверхности венца, обеспечивая их правильное положение относительно основных конструкторских баз чистовой токарной обработкой.

Зубчатые колеса диаметром до 1800мм и модулем до 40мм, напрессовываемые на вал можно нарезать на горизонтальных зубофрезерных станках после напрессовки, исключив из техпроцесса операции шлифования базового отверстия и базовых торцев.

Фрезерование зубчатого венца червячной модульной фрезой обеспечивает 7-8 степень точности. В процессе термообработки температурные деформации снижают точность на одну - две степени

Рис.6.91. Вертикальный зубофрезерный станок с подающей стойкой без поддерживающей колонны

Рис.6.92. Горизонтальный зубофрезерный станок без люнетов

Это приводит к необходимости отделочных операций.

Для отделки зубчатого венца термообработанных колес используют шлифование и притирку. Перед отделкой профиля зубьев проводится окончательная обработка базового отверстия и торца. Прямозубые шестерни устанавливаются в мембрамном патроне роликовым сепаратором, косозубые - шариковым (рис.6.93). Диаметры шариков

подбираются так, чтобы обеспечить их контакт с профилем зуба по делительной окружности.

Рис.6.93. Мембранный патрон (а )с шариковым сепаратором (б)

Рис.6.94. Шлифование тарельчатыми кругами.

Для отделочной обработки зубчатых колес модулем более 10мм используют шлифование тарельчатыми кругами по методу обката с делением (рис.6.94).

Точечный контакт круга с деталью обеспечивает минимальные прижоги поверхности зуба, простота формы (правка круга по прямой) - высокую точность обработки. Станки имеют устройства компенсации износа круга. Возможна обработка косозубых

шестерен.

В инструментальном производстве используются зубошлифовальные станки, работающие плоскими кругами 5891, 5892А, 5893, 5892, 5А893

(рис. 6.95 – 6.96) Станки позволяют получать 4-5 степень точности, конический, корсетный и бочкообразный зуб.

Маршрут обработки шестерен в серийном и массовом производстве аналогичен.

Используется более

производительное оборудование и методы обработки, специальная технологическая оснастка.

Черновая и чистовая обработка заготовки под нарезание зубчатого венца в серийном производстве выполняется на токарно-револьверных станках или патронных токарных станках с ЧПУ.

В массовом производстве - на горизонтальных многошпиндельных автоматах (мелкие шестерни), токарно-револьверных станках с

крестообразным суппортом (шестерни средних габаритов), вертикальных токарных полуавтоматах.

Рис.6.95. Зубошлифовальный станок для обработки крупномодульных колес:

1 – планшайба; 2 – заготовка; 3 - плита поворотная; 4 - шлифовальная стойка; 5 - обкатной сектор; 6 - стальные ленты механизма обката; 7 - поворотная часть шлифовальной стойки (шлифование косозубых колес); 8 - ползун (вертикальная подача); 9,10 - шлифовальные бабки

В массовом производстве - на горизонтальных многошпиндельных автоматах (мелкие шестерни), токарно- револьверных станках с крестообразным суппортом (шестерни средних габаритов), вертикальных токарных полуавтоматах (рис.6.97 - 6.98).

Рис.6.96. Принцип действия станка 5893

Нарезание зубчатого венца в серийном и массовом производстве

выполняется на зубофрезерных и обработке шестерен модулем менее 2 мм. Возможна обработка на зубодолбежных станках. Зубодолбежные более производительны. При нарезании червячными фрезами на выходе фрезы

образуется заусенец. Для его удаления используют специальные приспособления на станке или вне станка (рис. 6.99 - 6.100). Для облегчения переключения передач на торцах зубьев выполняют закругления (на спецстанках). Закругление пальцевой фрезой - наименее производительно. Станки легко переналаживаются, позволяют закруглять наружные и внутренние венцы, используют простой дешевый инструмент (рис. 6.101 - 6.102). Основные методы отделки профиля зуба в серийном и массовом производстве – шлифование и шевингование.

Рис.6.97. Схема обработки заготовки на токарно-револьверном станке

Рис.6.98. Схема обработки на вертикальном токарном автомате

Рис.6.99. Удаление заусенцев в процессе нарезания венца

Рис.6.101. Закругление зубьев пальцевой фрезой:

а – кинематика процесса;

б – обработка конусной фрезой;

в – обработка фасонной фрезой.

Рис.6.100. Удаление заусенца с обработкой фасок дисковым кругом

Рис.6.102. Закругление зубьев дисковой и конусной фрезой

При контроле зубчатых колес проверяют:

а) биение базового торца (до нарезания зубьев) - с помощью индикатора и центровой оправки;

б) отклонение основного шага - шагомером по разности дей- ствительного и номинального расстояний между параллельными касательными к двум соседним одноименным профилям зубьев (рис. 6.103, а); жесткий упор 1 и подвижной упор 2 имеют две параллельные плоскости, которые воспроизводят обкат колеса с рейкой. Цена деления

Рис.6.103. Способы контроля элементов зубчатого зацепления:

а – отклонения основного шага (шагомером);

б – разности шагов; в – толщины зуба по хорде делительной окружности; г – смещения исходного контура (тангенциальным зубомером); д – радиального биения зубчатого венца.

индикатора 5 мкм. В лабораториях основной шаг может быть проверен также на стационарных приборах;

в) разность окружных шагов - с помощью прибора по разности расстояний между любыми окружными шагами по одной окружности колеса (рис. рис. 6.103, б), в приборе упор 1 жесткий, другой 2 подвижный и связан с индикатором 3;

г) накопленную погрешность окружного шага - измерением окружных шагов последовательно по всем зубьям и дальнейшим подсчетам по известным формулам в справочниках;

д) погрешность профиля - сравнением действительного профиля по эвольвентомеру с теоретической эвольвентой;

в);

е) толщину зуба колес - кромочным штангензубомером (рис. 6.103,

ж) смещение исходного контура - тангенциальным зубомером как

радиальное положение исходного контура относительно окружности выступов (рис. 6.103, г);

з) радиальное биение зубчатого венца - на приборе измерением отклонения показаний индикатора 1 по ролику 2, вставляемому до впадины зубьев (рис. 6.103, д).

Длину общей нормали проверяют индикаторной или жесткой плоскопараллельной скобой.

В цеховых условиях крупносерийного и массового производства пользуются в основном прибором для комплексной проверки колебаний межцентрового расстояния в плотном зацеплении с эталонным зубчатым колесом (двухпрофильная проверка).