На главную  (The main) Выбор раздела   (Parts) Выбор расчета   (Gears) Карта номограмм  Справочная информация

Зубчатая передача. Конструкции, материалы, особенности изготовления зубчатых колёс

 Конструкции зубчатых колёс (типы зубчатых колес по способу изготовления)

Металлические

Пластмассовые

Кованные

Цельнолитые

Бандажированные

Болтовые

Сварные

Зубчатые колёса средних диаметров (De до 500...600 мм) могут выполняться облегченной конструкции коваными или литыми

Кованные зубчатые колёса 

В кованных зубчатых колёсах для облегчения обод соединяется со ступицей при помощи диска с отверстиями. (рис.1а).

Рисунок 1

Цельнолитые зубчатые колёса 

Цельнолитые зубчатые колёса наименее трудоёмкие при изготовлении. По своей несущей способности уступают колёсам с кованным или прокатанным ободом. При больших диаметрах и ширине могут выполняться двухдисковыми. Литые зубчатые колёса могут быть выполнены с диском (рис.1б) или со спицами (рис.1в). Зубчатые колёса со спицами чрезмерно интенсивно взбалтывают масло, что ухудшает качество смазки и снижает к.п.д. зубчатой передачи, особенно при крестообразных и двутавровых спицах. Формы сечения спиц литых колёс: эллиптические, тавровые, крестообразные, двутавровые и коробчатые. Спицы эллиптического сечения применяются в малонагруженных зубчатых передачах, крестообразного и таврового сечения - в средненагруженных, а двутаврового сечения - тяжелонагруженных.

Бандажированные  зубчатые колёса

Бандажированные  зубчатые колёса (рисунок 2) применяются в тех случаях, когда от материалов зубьев колеса требуется большая прочность, чем та, которую может дать стальное литьё. В этих зубчатых колёсах стальной бандаж насаживается на чугунный центр (иногда стальной). Однако вес бандажированного колеса увеличивается по сравнению с литым примерно на 30 %. Бандажи выполняются кованными или прокатываются. При ширине колёс более 500 мм применяются два бандажа. 

Бандаж насаживается на центр на горячей посадке. Для предотвращения от проворачивания или сползания бандаж крепится к центру тремя-шестью стопорными винтами. Головки стопорных винтов стачиваются заподлицо при обработке торцов собранного зубчатого колеса. 

Рисунок 2

Зубчатые колёса с болтовым соединением

Зубчатые колёса с болтовым соединением состоят из отдельных обода, ступицы и дисков, соединенных болтами (рисунок 3). Зубчатые колёса с болтовым соединением имеют такую же несущую способность, как и бандажированные, но обладают меньшим весом. Кроме того, при износе зубчатого венца можно производить замену его без смены всего зубчатого колеса.

Рисунок 3

Сварные зубчатые колёса

Сварные колёса применяют при индивидуальном производстве вместо литых. По сравнению с литыми сварные зубчатые колёса имеют меньший вес. Применяться сварные зубчатые колёса могут только в том случае, когда допускается применение материала с относительно невысокими механическими свойствами. Изготавливается сварное колесо из отдельных венца, ступицы и диска. Для устранения возможных смещений венца относительно ступицы при сварке элементы колеса имеют центрирующие расточки. Для придания жесткости зубчатому колесу к диску привариваются ребра. Окончательную обработку зубчатого колеса и нарезание зубьев рекомендуется производить после сварки колеса. Возможно изготовление обода колеса вальцовкой из полосы со сваркой в стык по впадине между зубьями. 

Рисунок 4

Материалы зубчатых колёс и их обработка

При выборе материалов для зубчатых колёс необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, стойкость поверхностных слоёв зубьев и сопротивление заеданиям. Основными материалами для изготовления зубчатых колес являются термически обрабатываемые стали, закаливаемые до высокой твёрдости. В настоящее время применяются поверхностные термические и химико-термические методы упрочнения: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование. Поверхностную закалку применяют в основном с нагревом ТВЧ. Ранее основным видом термообработки являлась объёмная закалка.

Стали в нормализованном состоянии для обоих сопряженных зубчатых колёс применяют только во вспомогательных механизмах, например в механизмах ручного управления. Основные материалы - среднеуглеродистые стали 40,45, 50. Для повышения стойкости против заедания следует шестерни и колёса изготовлять из разных материалов. Высоколегированные мартенситостареющие стали обладают высокой твёрдостью после старения, происходящего без коробления. Для них отпадает необходимость шлифования.

Стальное литьё применяют для изготовления зубчатых колёс больших диаметров. Основные материалы - литейные среднеуглеродистые стали 35Л...50Л, а также литейные марганцовистые и низколегированные стали 40ХЛ, 30ХГСЛ, 50ГЛ и др. Литые зубчатые колёса подвергают преимущественно нормализации.

Чугуны применяют для тихоходных, преимущественно крупногабаритных зубчатых передач. Чугуны относительно хорошо сопротивляются заеданиям, поэтому они могут работать при скудной смазке. Прочность обычных серых чугунов на изгиб значительно меньше, чем сталей. Применяют чугуны СЧ20...СЧ35, а также высокопрочные магниевые чугуны с шаровидным графитом. Зубчатые колёса из высокопрочных чугунов должны работать с твёрдыми шестернями.

Пластмассовые зубчатые колёса в паре с металлическими применяют в слабонагруженных передачах для обеспечения бесшумности, или самосмазываемости, или химической стойкости. Стальные зубчатые колёса целесообразно закаливать до 45 HRC и шлифовать или перед закалкой шевинговать. Применяются пластмассы: текстолит (ПТ и ПТК) и древесно-слоистые пластики (ДСП-Г).

Особенности изготовления зубчатых колёс

При изготовлении зубчатых колёс требуется соблюдение высокой точности изготовления, поэтому требования к оборудованию достаточно высокие.  

Формирование зубьев зубчатого колеса колеса с эвольвентным профилем осуществляется в процессе зацепления с реечным инструментом. Это объясняется следующим: при увеличении числа зубьев до бесконечности эвольвента превращается в прямую, а зубчатое колесо - в рейку с трапециевидным профилем зубьев, удобную для изготовления и контроля. Поэтому в качестве исходного контура для эвольвентного зацепления принята рейка.

Шестерни с диаметром впадин, близким к потребному диаметру вала, изготовляют преимущественно за одно целое с валом (в редукторах при передаточном числе  i>3,15). Шестерни небольшого диаметра (da<200мм) выполняют преимущественно в виде дисков со ступицами или без ступиц. Шестерни в форме сплошных дисков изготавливают из проката (при диаметре до 150 см) или из поковок. Зубчатые колёса со ступицами и блоки шестерён в зависимости от серийности производства изготовляют штамповкой, ковкой или точением из прутка. Зубчатые колёса средних диаметров с da<600мм выполняют преимущественно кованными облегченной конструкции. 

Способы нарезания зубьев:

а - модульной дисковой фрезой; б - пальцевой фрезой; в - гребенкой; г - червячной фрезой

Нарезание зубьев зубчатых колёс 

Нарезание зубьев зубчатых колёс можно производить методами:

- копирования,

- огибания.

В первом случае впадина между зубьями образуется инструментом, имеющим профиль впадины - дисковой фрезой, протяжкой шлифовальным кругом. Точность этого метода пониженная, поэтому он нашел применение  для обработки крупномодульных шевронных колёс, для нарезания и шлифования зубчатых колёс в массовом производстве, а также в условиях ремонтных мастерских.

Основное применения получил метод огибания. При данном методе зубья нарезают инструментом в виде рейки-гребёнки, червячной фрезы или шестерни-долбяка. Данный метод даёт непрерывный процесс нарезания, что обеспечивает повышенную производительность и точность.

Кроме нарезания применяют также метод накатывания зубьев, который повышает точность изготовления зубчатого колеса на 15...20%.

Точные зубчатые колёса подвергают отделочным операциям: шевингованию, шлифованию, притирке.

 Окончательная обработка зубьев зубчатого колеса

Зубья большинства шестерен при термообработке слегка искажаются. Поэтому, несмотря на прогресс, достигнутый в технике термообработки, желательно оставлять припуск на окончательную механическую обработку зубьев.

Шлифование зубьев зубчатого колеса (шестерни)

Окончательной обработкой для прямозубых и косозубых цилиндрических шестерен может быть шлифование или притирка зубьев.

Простейший метод шлифования зубьев прямозубой шестерни - фасонным кругом. Такой круг правится алмазом, управляемым шаблоном, который представляет собой профиль окончательно обработанного зуба, но значительно большего размера.

Часто применяется метод шлифования по способу обкатывания. Два шлифовальных круга на наружной поверхности имеют узкую полоску. Круги устанавливают с "развалом" так, что контакт происходит только по эти узким полоскам, имитирующим две две боковые стороны исходной рейки.

Шевингование и притирка

Шестерни шевингуются после нарезания и притираются после термообработки прямозубых и косозубых шестерен. Инструмент - шевер напоминает косозубую шестерню с ножкой зуба специальной формы и канавками на боковых поверхностях зубьев, образующими режущие кромки. Инструмент устанавливается так, что его ось пересекает ось шестерни, подлежащей обработке. Такое пересечение осей необходимо для осуществления резания. Обычно шестерни, подлежащие шевингованию, предварительно обрабатываются специальной фрезой, вершина зубьев которой имеет дополнительное утолщение, необходимое для подрезания зуба изделия. Поэтому не надо шевинговать некоторую часть ножки, что даёт возможность получить выкружку без ступеньки. Если предварительно шестерня нарезается обычным инструментом, то при шевинговании получится ступенька, которая при большой нагрузке шестерни может стать причиной преждевременной поломки её от концентрации напряжений. При шевинговании шестерня и инструмент имитируют зацепление двух шестерён. Обычно в процессе обработки снимается 0,05...0,12 мм с каждой стороны зуба. Шевингование шестерен перед термообработкой обеспечивает высокую точность профиля и чистоту поверхности.

Притирка имеет целью уничтожить выступающие места, бугорки или вмятины, появившиеся в результате термообработки. Притирка производится при обильной подаче притирочной пасты. Шестерня вращается, находясь в зацеплении с притирами, и совершает осевое возвратно-поступательное движение.

Успех процесса шевингования и притирки зависит в значительной степени от того, приняты ли необходимые меры для ограничения коробления зубьев при термообработке.

Источники:

И.Я. Левин "Справочник конструктора точных приборов",Государственное научно-техническое издательство, М.,1962г.

Д.Н. Решетилов "Детали машин",М.:Машиностроение, 1974г. и др.

 

 

Web-сайт "ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ".              Контактная информация. E-mail: nomogramka@gmail.com

Copyright © 2005-2022 г. Все права защищены.