Основы нарезания зубьев методом обкатки

Рейка представляет частный случай зубчатого колеса (см. рис. 11.4), у которого число зубьев обращается в бесконечность (z-*°°), при этом начальная окружность колеса обращается в прямую линию, называе­мую начальной прямой. При работе реечной передачи начальная пря­мая / рейки (рис. 11.12) перекатывается без скольжения по начальной окружности шестерни.

Согласно третьему свойству эвольвенты профиль зуба рейки прямо-бочный, трапециевидной формы.

Зацепление эвольвентной зубчатой шестерни с рейкой положено в основу нарезания зубчатых колес методом обкатки; при этом рейку используют в качестве режущего инструмента. Чтобы прямолинейная режущая кромка а зуба инструментальной рейки (рис. 11.13) могла обрабатывать эвольвентный профиль зуба, нужно ее положение отно­сительно нарезаемого зуба все время изменять. Такое движение назы­вают движением обкатки, а процесс нарезания зуба — нарезанием по методу обкатки.

В процессе нарезания (рис. 11.14) заготовка 2 вращается вокруг своей оси, а инструментальная рейка 1 совершает возвратно-поступательное

 

Рис. 11.12. Зацепление шестерни Рис. 11.13. Положения зуба рейки

с рейкой при нарезании методом обкатки

движение параллельно оси заготовки по принципу долбяка и поступательное движе­ние параллельно касательной к ободу заго­товки. Начальная окружность нарезаемого колеса (см. рис. 11.12) делится шагом рейки на z равных частей, благодаря чему она получила название делительной окружности (шаг рейки — расстояние между одноимен­ными сторонами двух соседних зубьев, взя­тое по средней линии). На делительной ок­ружности шаг р и угол зацепления a_w наре­заемого колеса равны шагу р и углу а профиля инструментальной рейки.

Исходный контур зубьев зубчатой рейки

При увеличении до бесконечности числа зубьев колеса в передаче без смещения (о смещении см. § 11.11) получают основную рейку (рис. 11.15, о), профиль зуба которой соответствует исходному контуру зуба, регламентированному стандартом. Этот контур положен в основу проектирования зубчатых передач и профилирования зуборезного ин­струмента. Исходный контур зуба характеризуют: угол профиля а = 20°, глубина захода h_d = 2m (т. е. наибольшая глубина, на которую зубья одного колеса заходят во впадины другого), радиальный зазор с, ра­диус закругления г, у корня зуба.

Рис. 11.15. Исходный контур зуба основной (а) и инструментальной (б) реек

Для цилиндрических колес с = 0,25т; r_i > 0,38т. Для прямозубых кони­ческих колес с = 0,2т; r_i = 0,2т. Для конических колес с круговыми зубьями с = 0,25т; r_i = 0,25т, где т — модуль зубьев (о модуле см. § 11.8). Для косозубых и шевронных колес параметры исходного контура принимают в нормальном сечении зуба.

Основная рейка полностью определяет профили зубьев всех колес передач без смещения и обеспечивает возможность их любого сочета­ния при одинаковом модуле.

Исходный контур инструментальной рейки (рис. 11.15, б) отличается от контура основной рейки увеличенной на «с» высотой головки зуба, необходимой для образования большей глубины впадины, обеспечива­ющей радиальный зазор с в зацеплении сопряженных колес. Избыточ­ная высота с зуба инструментальной рейки не участвует в формиро­вании эвольвентной части профиля зуба нарезаемого колеса.

Изготовление зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают ковкой в штампах или свобод­ной ковкой, реже литьем в зависимости от размеров, материала, фор­мы и масштаба выпуска. Зубья эвольвентных колес изготовляют так, чтобы каждое колесо могло входить в зацепление с колесами того же модуля, имеющими любое число зубьев.

Зубья колес получают нарезанием или накатыванием.

Нарезание зубьев выполняют одним из двух методов: копированием или обкаткой.

Метод копирования заключается в прорезании впадин между зубь­ями модульными фрезами (рис. 11.16): дисковыми (а) или концевыми (б). После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепления. Профиль впадины является копией профиля режущих кромок фрезы, отсюда и название — метод копирования. Точность нарезаемых зубьев невысокая, метод малопроизводительный, его при­меняют преимущественно в ремонтном деле.

Метод обкатки имеет основное применение. Нарезание зубьев по этому методу основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой является режущий инструмент — червяч­ная фреза (рис. 11.17, а), долбяк (рис. 11.17,6) или реечный долбяк — гребенка (см. рис. 11.14). Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность про­цесса.

Нарезание зубьев червячными фрезами широко применяют для из­готовления цилиндрических колес с внешним расположением зубьев. Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют долбя-ки. Гребенками нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления.

Нарезание зубьев конических колес методом обкатки производят строганием (рис. 11.18, а), фрезерованием (рис. 11.18,6), инструментом с прямобочным профилем или резцовыми головками (см. рис. 15.1).

Накатывание зубьев применяют в массовом производстве. Предвари­тельное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производят горячим накатыванием. Венец стальной заготовки нагрева­ют токами высокой частоты до 1200° С, а затем обкатывают между колесами-накатниками. При этом на венце выдавливаются зубья. Для получения колес более высокой точности производят последующую механическую обработку зубьев или холодное накатывание — калибровку.

 

 

Рис. 11.16. Нарезание зубьев методом копирования

 

Рис. 11.17. Нарезание зубьев методом обкатки

Рис. 11.18. Нарезание зубьев конических колес

Холодное накатывание зубьев применяют при модуле до 1 мм. Зу-бонакатывание — высокопроизводительный метод изготовления колес с минимальным отходом металла в стружку.

Отделка зубьев. Зубья колес точных зубчатых передач после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Шевингование применяют для тонкой обработки незакаленных зубьев. Выполняют инструментом — шевером, имеющим вид зубчатого колеса с узкими канавками на поверхности зубьев. Вращаясь в зацеплении с обрабатываемым колесом, шевер снимает режущими кромками кана­вок волосообразную стружку с зубьев колеса.

Шлифование применяют для обработки закаленных зубьев. Выполня­ют шлифовальными кругами способом копирования или обкатки.

Притирку используют для отделки закаленных зубьев колес. Выпол­няют притиром — чугунным точно изготовленным колесом с исполь­зованием притирочных абразивных паст.

Обкатку применяют для сглаживания шероховатостей на рабочих по­верхностях зубьев незакаленных колес. В течение 1...2 мин зубчатое колесо обкатывают под нагрузкой с эталонным колесом высокой твердости.