Конструкції зубчастих коліс та їхнє виготовлення

Конструкція зубчастих коліс залежить від їхніх розмірів, мате­ріалу, способу і технології виготовлення заготовки, експлуатаційних вимог. Якщо діаметр кола впадин мало відрізняється від діаметра вала, шестірню виготовляють із валом як одну деталь (рис. 22.9, а, б). Зубчасті колеса, що допускають посадку та закріплення на валу, як правило, виготовляють насадними. Це дає змогу підбирати різні найвигідніші матеріали і термообробку для вала і колеса, спрощує технологію виготовлення та дає можливість після спрацювання зуб­ців колеса зробити його заміну, зберігаючи при цьому вал. Однак вали, виготовлені разом із зубчастими колесами, мають більшу жорсткість, що позитивно впливає на роботу зубчастої передачі.

Зубчасті колеса невеликого діаметра (d ≤ 200 мм) можуть виго­товлятись із круглого прокату, кованих або штампованих заготовок у вигляді суцільного диска без маточини або з маточиною (рис. 22.9, в).

Колеса середніх діаметрів (d ≤ 600 мм) виготовляють із заготовок куванням, штампуванням або литтям. У більшості випадків такі колеса мають дискову конструкцію (рис. 22.9, г, д). Наближені розмі­ри елементів цих коліс такі: діаметр маточини d_M = (I,8...2,0)d₀; довжина маточини /_м = (1,0...1,2) Ь; товщина диска

δ_Д = (0,25... 0,35) Ь; товщина обода δ₀ = (3...4) т.

Для великогабаритних передач заготовки для зубчастих коліс виготовляють литтям (рис. 22.9, д) абозварюванням (рис. 22.9, е). При використанні для зубчастих вінців високоякісних сталей інко­ли застосовують бандажовані зубчасті колеса (рис. 22.9, є). У цьому разі зубчастий вінець насаджують на центральну колісну частину з гарантованим натягом і додатково закріплюють гвинтами.

Сучасні методи утворення поверхонь зубців зубчастих коліс до­статньо різноманітні і нараховують у загальній кількості близько 50 найменувань. Сюди належать зубонарізування за допомогою зубо­різних інструментів усіх типів, лиття, порошкова металургія та пластичне деформування, яке забезпечує підвищення міцності зубців і високу продуктивність при виготовленні. Вибір будь–якого методу формоутворення зубців залежить від комплексу економічних, експлуатаційних, технологічних вимог, що ставляться до конструкцій зуб­частих коліс.

Широке застосування мають два методи нарізування зубців: ко­піювання та обкочування.

При нарізуванні зубців методом копіювання їх профіль ді­стають як копію контуру робочої частини зуборізного інструменту (рис. 22.10) – дискової або пальцевої фрези, що послідовно прорізає впадини між зубцями. Основні недоліки цього методу – це відносно низька продуктивність, мала точність та потреба великої кількості зуборізного інструменту, оскільки форма профілю зубців залежить не тільки від модуля, а й від числа зубців зубчастого колеса.

Основний, більш продуктивний та точний метод нарізування зуб­ців – це метод обкочування, при якому одночасно нарізується кіль­ка зубців і профіль зубців утворюється у вигляді оги­наючої лінії послідовних положень різальних кромок інструменту (рис. 22.11). Як інструмент тут може використовуватись спеці­альне зубчасте колесо (довбач), що здійснює зворот­но–поступальний рух. Од­ним довбачем можна нарізувати зубчасті колеса з різним числом зубців

даного модуля, при­чому колеса як зовнішнього, так і внутрішнього зачеплень. При без­межному збільшенні діаметра та числа зубців довбача будемо мати інструментальну рейку (рис. 22.11) – найбільш простий та точний інструмент для нарізування зубців за методом обкочування.

Принцип стругання з почерговими робочими та холостими ходами інструменту, який має місце при нарізуванні зубців довбачем та рей­кою, не забезпечує високої продуктивності. Якщо замінити інстру­ментальну рейку черв'ячною фрезою (рис. 22.12), що має у нормаль­ному перерізі профіль рейки, то процес стругання заміняється непе­рервним більш продуктивним процесом фрезерування. Цей спосіб нарізування зубців має переважне застосування. Він використовується для коліс як із прямими, так і з косими зубцями. Метод обкочування застосовується і для нарізування зубців конічних зубчастих коліс (рис. 22.12), яке здійснюється на спеціальних верстатах.

Основними методами остаточної або фінішної обробки зубців є шліфування, що виконується на спеціальних зубошліфувальних верстатах, у більшості випадків після термообробки нарізаних зуб­ців, та шевінгування, при якому інструмент (шевер), який працює за методом обкочування, знімає дуже тонкий шар металу з профіль­них поверхней зубців. Інколи для згладжування мікронерівностзй

на робочих поверхнях незагартованих зубців застосовують обкочування зубчастих коліс протягом кількох хвилин під навантаженням при зачепленні їх із еталонним колесом високої твердості.

Точність зубчастих передач

Одним із основних показників якості зубчастих передач є їх точ­ність. Точність виготовлення зубчастих коліс та передач визначає не тільки їхні кінематичні та експлуатаційні показники, а й такі ха­рактеристики, як інтенсивність шуму та вібрації, а також суттєво впливає на показники міцності передачі, довговічність її роботи, втрати на тертя тощо.

Термінологія та позначення похибок і допусків для зубчастих передач регламентовані відповідними стандартами.

Основними показниками точності функціонування евольвентних зубчастих передач є такі: кінематична точність; плавність роботи; контакт зубців; бічний зазор.

Норми кінематичної точності регламентують пов­ну похибку передаточного відношення – найбільшу похибку кута повороту: для зубчастого колеса – у межах його одного оберту; для передачі – за повний цикл зміни відносного положення зубчастих ко­ліс пари. Величина та характер кінематичних похибок є вирішальними для зубчастих передач точних кінематичних ланцюгів, ділильних ме­ханізмів, а також планетарних передач із кількома сателітами.

Норми плавності роботи регламентують циклічні похибки передаточного відношення – складові повної похибки кута повороту зубчастого колеса, що багатократно повторюються за один оберт колеса. Такі похибки є найважливішими для особливо точних відлікових і ділильних пристроїв та для високошвидкісних зубчастих передач.

Норми контакту зубців визначають точність (повно­ту) прилягання робочих поверхонь зубців спряжених у передачі коліс, що є найсуттєвішим для важконавантажених зубчастих передач.

Норми бічного зазора регламентують гарантований (найменший) бічний зазор між неробочими (при одному напрямі обертання) поверхнями зубців передачі і можливі межі коливання бічного зазора. Гарантований бічний зазор запобігає заклинюванню передачі при її нагріванні та появі ударів по неробочих профілях при динамічних навантаженнях, забезпечує потрібні умови змащу­вання зубців.

Бічний зазор встановлюють видом спряження зубча­стих коліс та видомдопуску на бічний зазор. Для зубчастих передач із модулем т ≥ 1 мм встановлено шість видів спряження – А, В, С, D, Е, Н та вісім видів допуску на боковий зазор – х, у, z, a, b, c, d, h. У спряженні виду Н мінімальний зазор дорівнює нулю, а у спряженні виду А мінімальний зазор найбільший. У біль­шості випадків для силових передач рекомендують використовувати спряження виду В, а для реверсивних передач спряження виду С і D.

За нормами кінематичної точності, плавності роботи та контакту зубців зубчасті передачі і колеса поділяють на 12 ступенів точності (із збільшенням номера ступеня точності точність зменшується). Найбільше розповсюдження у машинобудуванні ма­ють зубчасті передачі із ступенем точності 5, 6, 7, 8, 9. Рекомендова­ні ступені точності зубчастих передач залежно від колової швидкості для силових передач наведені у таблицях.

Практично рідко зустрічаються передачі, для забезпечення якості яких усі три види норм треба витримувати з однаковим ступенем точності. У більшості випадків один або два показники точності є визначальними, а інші менш важливі. Залежно від конкретних експлуатаційних вимог до зубчастої передачі стандартами рекомен­дується комбінування норм кінематичної точності, плавності робо­ти та контакту зубців із різних ступенів точності для однієї і тієї ж пе­редачі. Границі комбінування ступенів точності обмежуються стан­дартами у зв'язку з наявністю експлуатаційного та технологічного взаємозв'язку похибок зубчастих передач.

Стандартами на допуски зубчастих передач встановлена система умовних позначень точності та вимог до бокового зазору зубчастих передач і зубчастих коліс.

При однаковому ступені точності за нормами кінематичної точ­ності, плавності роботи та контакту зубців для відповідного виду спряження умовне позначення складається з цифри та літери, розді­лених тире. Цифра означає ступінь точності, а літера – вид спря­ження зубців, наприклад:

6 – В ГОСТ 1643–81– для циліндричної евольвентної пере­дачі;

7 – С ГОСТ 1758– 81– для конічної зубчастої передачі.

При комбінуванні норм із різних ступенів точності в умовному позначенні послідовно зазначають через тире три цифри, що відповідно означають ступені точності за нормами кінематичної точності, плав­ності роботи та контакту зубців, а літера – вид спряження зубців:

7 – 8' – 7 – В ГОСТ 1643–81; 8 – 7 – 6–D ГОСТ 1758–81.

Показники, норми точності та норми бічного зазора для неевольвентних зубчастих передач нормуються галузевими стандартами або стандартами підприємств.