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 ко­леса 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 β_m наклона линии зуба в середине венца не равен нулю (рис. 205,б). 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 штамповка 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 ТВЧ до темпера­туры ковки мерную заготовку 1 сателлита дифференциала (z₁ = 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 σ_в = 520 ÷ 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, D₁ 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 D₁ и D₂ должно быть в пределах 0,005—0,01 мм. Биение поверхности D₃ ограничивается допуском в том случае, ес­ли она используется для зажима во время зубонарезания и контроля. После термической обработки и зачистки центров необходимо править деталь таким образом, чтобы макси­мальное биение поверхности D₁ после правки не превышало 0,025 мм, а поверхности D₂ — 0,04 мм.  Для конических колес  (рис. 206,б) устанавливают допуски плоскостности опорного торца (табл. 27). Допуск плоскостно­сти опорного торца до термической обработки для поверхностей Т₁ 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 δ_а конуса вершин зубьев (табл. 29), угол заднего конуса ω, ба­зовые расстояния A₁ и А₂, ширину зубчатого венца b и др.

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

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_tе = 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 z₁ =z/cosδ.

Зубострогание является наиболее простым и менее производительным методом по срав­нению с другими методами нарезания прямо­зубых конических колес. Благодаря универ­сальности и несложной конструкции режущего инструмента он получил широкое распростра­нение в единичном и серийном производстве. Обработку зубьев проводят на зубострогальных 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 обрабатываемою колеса.

Конические колеса с модулем до 4 мм на­резают из целой заготовки за одну операцию методом обкатки, а с модулем свыше 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 отсутствует, подачу в направлении режущего ин­струмента совершает стол с заготовкой. Чер­новое нарезание осуществляют обычно на 0,1—0,3 мм глубже теоретической высоты зу­ба, что позволяет устранить возможность ка­сания вершинами чистовых резцов дна впа­дины зуба и тем самым улучшить их резание. Припуск на чистовую обработку зубьев опре­деляют в зависимости от внешнего окружного модуля (табл. 31).

При способе одинарного деления методом врезания стандартные резцы 1 и 2 обрабаты­вают противолежащие стороны одного зуба (рис. 208, а). Нагрузка на резцы во время реза­ния различная. Нижний резец 2 производит обработку в сплошном металле, он нагружен значительно больше верхнего резца 1, который удаляет оставшийся во впадине металл 3. Способ одинарного деления применяют для колес с большой шириной зубчатого венца в единичном и мелкосерийном производстве.

При способе двойного деления верхний 1 и нижний 2 резцы одновременно обрабаты­вают две соседние впадины зубьев методом врезания (рис. 208,б). Деление производят че­рез два зуба, Резцы имеют трапециевидный профиль, их проектируют отдельно для каждого колеса. Этот высокопроизводительный способ зубострогания применяют в серийном производстве для черновой обработки кониче­ских колес с числом зубьев более 24 и ши­риной зубчатого венца b ≤ 0,25R_е, где R_e — внешнее конусное расстояние.

Черновое нарезание зубьев с модулем до 6 мм и малым числом зубьев, профиль ко­торых имеет значительную кривизну, целесоо­бразно выполнять фасонными резцами (рис. 208, в). Форма режущей кромки резцов прибли­жена к профилю зубьев обрабатываемого ко­леса на его внешнем торце. Припуск 7 (рис. 208, г) по высоте профиля зуба после черново­го зубострогания фасонными резцами 6 рас­пределен значительно равномернее припуска 4, оставляемого после обработки стандартными резцами 5. Это позволяет повысить точность обработки, режимы резания и период стойко­сти резцов при чистовом зубострогании.

Чистовое нарезание осуществляют мето­дом обкатки чистовыми зубострогальными ре­зцами при согласованном вращательном дви­жении люльки и шпинделя бабки изделия. По окончании обкатки заготовка выходит из заце­пления с инструментом и вместе с люлькой возвращается в исходное положение: происхо­дит поворот заготовки для обработки следую­щего зуба.

Продольная бочкообразность зубьев при чистовом нарезании на зуборезных станках может быть получена двумя способами. При первом способе на станке устанавливают ме­ханизм для перемещения резцов по криволи­нейным траекториям. Движение ползунов с ре­зцами регулируют таким образом, чтобы их криволинейные траектории соответствовали кривизне бочкообразного зуба. По второму способу бочкообразность зубьев получают смещением вершины делительного конуса обрабатываемого колеса относительно оси люльки с помощью наладочных установок станка. Для обработки прямозубых конических колес применяют зубострогальные стан­ки 5236П (d_e = 125 мм; m_tе=2,5 мм), 5С276П (d_е = 500 мм, m_tе = 10 мм), 5С286П (d_e = 800 мм; m_tе = 16 мм). Эти станки универсальны; на них можно выполнять черновое нарезание ме­тодом врезания и чистовое — методом обкат­ки. Зубострогальные станки снабжают меха­низмом для автоматического выполнения двух операций — черновой и чистовой. На зубострогальных станках нормальной точности обра­батывают колеса до 7 —8-й степени точности, а на станках повышенной точности — до 6 —7-й степени.

Режимы резания должны обеспечивать тре­буемую производительность и качество обра­ботки при оптимальном периоде стойкости ре­жущего инструмента. При нарезании зубьев на зубострогальных станках скорость резания (м/мин)

,

где L_p.х = b + (6÷9) — длина рабочего хода резца, мм; n — частота возвратно-поступательно­го движения резцов, дв. ход/мин; b - ширина зубчатого венца, мм.

Основное время (мин) при зубострогании, зубофрезеровании и зубопротягивании

,

где t_z — подача — время обработки одного зу­ба, с/зуб, z — число зубьев обрабатываемого колеса.

Рекомендуемые режимы резания при обра­ботке методом обкатки колес из конструк­ционных легированных сталей с твердостью НВ 156 — 207 и пределом прочности при растя­жении σ_в = 520 ÷ 686 МПа на зубострогальных станках резцами из быстрорежущей стали приведены в табл. 32.

Режимы резания действительны и при обработке деталей из чугуна. Скорость реза­ния при обработке колес из углеродистых ста­лей увеличивают в 1,1 — 1,2 раза, а из бронзы в 1,5— 1,7 раза.

Зубофрезерование характеризуется более высокой производительностью по сравнению с зубостроганием и применяется в основном в серийном производстве. Обработку осущест­вляют двумя дисковыми фрезами 1 и 2 (рис. 209, а), расположенными в одной впадине зубь­ев обрабатываемого колеса 4. Фрезы накло­нены друг к другу таким образом, что резцы 5 (рис. 209, в) одной из них входят в промежут­ки между резцами б другой. Резцы каждой фрезы обрабатывают одну сторону зуба коле­са. Во время обработки фрезам сообщаю! вращение, а также движение обкатки совмест­но с обрабатываемым колесом. В станочном зацеплении резцы дисковых фрез воспроизво­дят один зуб производящего колеса 3 (см. рис. 209, а), и при обкатке, занимая последова­тельные положения от начала резания до его конца, они имитируют зацепление обрабаты­ваемого и производящего колес Конические колеса, обработанные этим методом, имеют октоидный профиль и взаимозаменяемы с ко­лесами, полученными методами строгания. Диаметры дисковых фрез достаточно боль­шие, что позволяет выполнять обработку зуба без продольного перемещения инструмента. Дно впадины зуба имеет незначительную во­гнутость, однако это не снижает эксплуата­ционные характеристики прямозубой кониче­ской передачи.

Продольная бочкообразность зубьев обес­печивается конструкцией режущего инструмен­та. Режущие кромки располагают под углом к оси вращения фрезы. В зависимости от бочкообразности угол поднутрения равен 1,5 — 5°. При вращении режущие кромки обеих фрез описывают поверхность конуса 7 (рис. 209, б) и, перемещаясь по криволинейным траекториям 8 и 9 (рис. 209, в), срезают металл на концах зуба больше, чем в середине. Отечественная промышленность выпускает станки: 5С237 (d_e = 125 мм; m_tе = 2,5 мм), 5С267П (d_e = 320 мм; m_tе = 8 мм) и 5С277П (d_e = 500 мм; m_te = 12 мм), работающие двумя дисковыми фре­зами. На этих станках можно осуществлять зубонарезание конических колес методами врезания, обкатки и комбинированным. Дости­гаемая точность — 7 — 8-я степень.

Прямозубые конические колеса с модулем свыше 5 мм обрабатывают за две операции — черновую и чистовую. Черновую обработку производят методом врезания, а чистовую ме­тодом обкатки. Колеса с модулем до 5 мм обрабатывают за одну операцию из целой за­готовки методом обкатки или комбиниро­ванным: сначала врезание, затем обкатка. При нарезании зубьев на зубофрезерных станках скорость резания (м/мин)

,

где D_ф — наружный диаметр фрезы, мм; n — частота вращения фрезы, об/мин.

Скорость резания при чистовом нарезании 35—55 м/мин, при черновом 25-40 м/мин. Время обработки одного зуба 10-30 с. Реко­мендуются следующие подачи врезания при обработке колес из легированной стали ди­сковыми фрезами с резцами из быстрорежу­щей стали:

Круговое протягивание широко применяют для обработки конических колес дифферен­циала легковых и грузовых автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и др. Профиль зубьев колеса круговой. Колеса, по­лученные этим методом, невзаимозаменяемы с колесами, нарезанными зубостроганием и зубофрезерованием. Форма заготовок колес для кругового протягивания — специальная. При круговом протягивании заготовка 1 неподвиж­на (рис. 210, а), а режущий инструмент вра­щается с постоянной угловой скоростью и со­вершает возвратно-поступательное движение параллельно образующей конуса впадин кони­ческого колеса. За один оборот инструмента полностью обрабатывается впадина зуба ко­леса. Инструментом служит резцовая головка-протяжка 2 с номинальными диаметрами 533 и 635 мм с радиально расположенными резцами, объединенными в блоки 3. Нарезание зубьев из целых заготовок выполняют за три этапа.

1. Вращающаяся протяжка на медленной подаче перемещается из точки А в точку В вдоль образующей внутреннего конуса коле­са. За это время протяжка поворачивается на четыре блока. Резцы протяжки врезаются в за­готовку на небольшую глубину.

2. При достижении точки Б продольная подача инструмента  прекращается,  резание происходит вследствие радиального подъема резцов шести следующих блоков до достиже­ния полной  глубины впадины зуба.  Затем резцовая головка-протяжка перемещается из точки В в точку С. На этом участке резцы одиннадцатого блока снимают припуск, распо­ложенный справа от линии ab.

3. Во время прохождения участка 4 про­тяжки мимо заготовки происходит снятие фа­ски (вращающимся резцом) с боковых сторон и дна впадины зуба на внешнем торце. При перемещении суппорта в обратном направле­нии из точки С в точку D осуществляется чи­стовое резание четырьмя последними блока­ми. Каждый чистовой резец профилирует определенный участок на боковой поверхности зуба. Деление заготовки на зуб производится при перемещении круговой протяжки из точки D в точку А, когда участок 5 проходит мимо заготовки. Зубья конических колес обрабаты­вают методом кругового протягивания на зубопротяжных станках 5245 (d_e = 250 мм; m_te = 5 мм) резцовыми головками-протяжками с номинальным диаметром 533 мм и 5С268 (d_e = 320 мм; m_te = 8 мм) протяжками с номи­нальным диаметром 635 мм. Станок 5С268 применяют для чистовой обработки зубьев. Технические характеристики станка 5С269 та­кие же, как и у станка 5С268, но он не имеет продольного перемещения в процессе резания и применяется только для чернового нареза­ния. Станки 5С268 и 5С269 могут работать как раздельно, так и встроенными в автоматиче­скую линию из двух станков. Точность прямо­зубых конических колес при нарезании мето­дом кругового протягивания — 8-9-я степень.

Прямозубые конические колеса с внешним окружным модулем до 5 мм нарезают за одну операцию из целой заготовки комбинирован­ной резцовой соловкой-протяжкой, а с моду­лем свыше 5 мм - за две операции (черновую и чистовую) с использованием соответственно черновой и чистовой протяжек. Скорость реза­ния при круговом протягивании (м/мин).

,

где D_пр номинальный диаметр круговой протяжки, мм. Частота вращения (об/мин) резцовой головки-протяжки n = 60/t_z. Рекомен­дуемые подача и скорость резания при нареза­нии прямозубых конических колес методом круговою протягивания приведены в табл. 33.

Нарезание конических колес с круговыми зубьями. Нарезание зубьев гипоидных и кони­ческих колес производят методами обкатки, врезания, комбинированным, включающим врезание и обкатку, и копирования.

При методе обкатки вращающаяся резцо­вая головка 1 (рис. 211, а) подводится к заго­товке 2, и начинается совместная обкатка при качании люльки вверх. В процессе обкатки резцы, занимая последовательные положения, формируют профиль и продольную кривизну зубьев по дуге окружности. В конце резания заготовка отводится от инструмента, люлька с резцовой головкой возвращается в исходное положение, а заготовка поворачивается на один зуб.

Черновое нарезание зубьев методом обкат­ки применяют для обработки шестерен и ко­лес с углом делительного конуса менее 68°. Зубья нарезают двусторонними резцовыми го­ловками на зуборезных станках 5П23 (d_e = 125 мм; m_te = 2,5 мм), 5С270П (d_e = 500 мм; m_te = 8 мм), 5С280П (d_e = 800 мм; m_te = 16 мм), 5А284 (d_e = 1600 мм; m_te = 30 мм). Зуборезный станок 5С273 (d_e = 500 мм; m_te=12 мм) имеет механизм двойной обкатки, который позволяет производить черновую обработку зубьев ше­стерни при качании люльки вверх, а затем вниз. При качании люльки вверх нарезается одна сторона впадины зубьев, а при качании люльки вниз — другая. Таким образом полу­чают равномерный по длине зуба припуск 0,15 мм под чистовое нарезание, что способст­вует повышению производительности, точно­сти обработки шестерни и стойкости режуще­го инструмента при чистовом нарезании. Черновое нарезание зубьев шестерни методом обкатки можно выполнять резцовыми голов­ками правого и левого вращения. Более высо­кая стойкость достигается при нарезании зубь­ев с попутной подачей, когда направление вращения резцовой головки противоположно направлению линии зуба шестерни. Это объяс­няется процессом стружкообразования. При попутном нарезании зубьев образующаяся стружка имеет большее сечение в начале реза­ния и меньшее сечение в конце (рис. 212, а). Создаются благоприятные условия для реза­ния: отсутствует скольжение резца по обрабо­танной поверхности, уменьшается нагрузка на резцы. Встречное нарезание характеризуется проскальзыванием резцов в начальный мо­мент резания, образованием наклепанной по­верхности, повышением нагрузки на резцы.

Стружка в начале резания имеет мини­мальную толщину, а в конце — максимальную (рис. 212,б).

Эффективным средством повышения про­изводительности при черновом нарезании яв­ляется переменная подача при. обкатке, кото­рая увеличивается в начале и конце резания. Наилучшие результаты получают при нареза­нии зубчатых колес с большой шириной венца, в частности при черновой обработке зубьев шестерен гипоидных передач. Значительное повышение стойкости резцов и производитель­ности может быть достигнуто при увеличении номинального диаметра черновой резцовой головки на одну ступень по сравнению с чи­стовой. Так, при черновом нарезании шестер­ни (z₁ =11; m_te=9 мм; b = 38 мм) увеличение номинального диаметра резцовой головки (D_p.г) с 9 дюймов на 12 дюймов позволило по­высить производительность станка на 25% и период стойкости резцов в 1,7 — 2 раза. Диа­метр черновой резцовой головки рекомендует­ся увеличивать на одну ступень при обработке конических колес средних и крупных модулей, имеющих степень сужения зуба 0,67 —1,25. На повышение стойкости головок в большей сте­пени влияет точность расположения вершин резцов, а не боковых режущих кромок. Так, при повышении точности расположения бо­ковых режущих кромок с 0,05 до 0,02 мм стой­кость головок увеличивается на 20 — 24%; в то же время при повышении точности расположе­ния вершин резцов в этих же пределах стойкость увеличивается на 26 — 44%. Это объяс­няется тем, что в процессе резания боковая режущая кромка нагружена меньше, чем вер­шина резца.

Чистовое нарезание зубьев методом обкат­ки производят на зуборезных станках 5П23, 5С26В (d_e = 320 мм; m_te = 8 мм), 527В (d_e = 500 мм; m_tе = 12 мм), 5С280П, 5А284 двусторонни­ми и односторонними резцовыми головками. Двусторонние головки применяют для нареза­ния зубьев колеса, а односторонние — для на­резания зубьев Шестерни. В массовом н круп­носерийном производстве для повышения точ­ности обработки зубьев чистовое нарезание конических колес с шириной зубчатого венца b ≥ 38 мм целесообразно осуществлять рез­цовыми головками с уменьшенным числом рез­цов. Число резцов в головке, обеспечивающее участие в резании только одного резца (наруж­ного или внутреннего), К ≤ πD_pгcosβ_m/b. На точность и шероховатость боковых по­верхностей зубьев при чистовой обработке ше­стерни и колеса влияет точность радиально­го и углового расположения резцов в корпусе головки. При чистовом нарезании зубьев ше­стерни односторонними резцовыми головками наибольшая стойкость достигается в случае, когда направление вращения головки противо­положно направлению линии зуба шестерни. Для чистового нарезания зубьев шестерни по­луобкатных передач используют станки 5А27С4П (d_e =500 мм; m_te = 10 мм), 5С27П (d_e = 500 мм; m_te = 12 мм), 527B, выполненные с наклоном инструментального шпинделя. Припуски по толщине зуба под чистовое зубонарезание гипоидных и конических колес с круговыми зубьями определяют по табл. 31.

При методе врезания обрабатываемое ко­лесо 2 неподвижно, а вращающаяся головка 1 перемещается вдоль своей оси (см. рис. 211,б). По достижении требуемой глубины впадины зубьев заготовка отводится от резцо­вой головки и поворачивается на шаг для обработки следующего зуба Этот метод при­меняют для чернового нарезания зубьев колес с углом делительного конуса более 68° двусто­ронними и трехсторонними резцовыми голов­ками, резцы которых копируют свой профиль, во впадине зуба Направление вращения рез­цовой головки совпадает с направлением ли­нии зуба колеса; резание производят от вну­треннего к внешнему концу. В единичном и мелкосерийном производстве для чернового нарезания методом врезания применяют уни­версальные станки 5С270П, 5С27П (d_e = 500 мм; m_tе =12 мм), 5С280П. Обработку прово­дят на пониженных режимах резания с исполь­зованием черновой канавки копира подачи. В крупносерийном и массовом производстве применяют высокопроизводительные станки (повышенной жесткости с короткой кинематической цепью) 5С272 (d_e = 500 мм; m_te = 10 мм), 5281 (d_e = 800 мм; m_te = 16 мм). Эти стан­ки позволяют автоматически изменять подачу врезания в зависимости от нагрузки на резцы Чтобы вершины чистовых резцов не касались дна впадины зубьев, черновое нарезание мето­дами обкатки и врезания производят глубже теоретической высоты зуба на величину 0,15-0,25 мм.

При комбинированном методе вращаю­щаяся резцовая головка 1 (см. рис. 211, в), рас­положенная в положении, соответствующем началу об каски, врезается в заготовку 2. По достижении требуемой глубины впадины зубь­ев подача врезания прекращается, станок авто­матически переключается на нарезание зубьев методом обкатки при качании люльки вверх. Комбинированным методом рекомендуется изготовлять обкатные конические колеса с углом делительного конуса более 25° и мо­дулем свыше 2,5 мм на зуборезных станках 5С280П. Этот метод эффективен также при черновом нарезании зубьев шестерни и обкатных колес с передаточным числом пары до 2,5 :1.

При методе копирования заготовка,2 (см. рис. 211. г) неподвижна, а резцовая головка-протяжка 1, вращаясь вокруг своей оси, благо­даря последовательному изменению радиаль­ного расположения внутренних и наружных резцов за один оборот обрабатывает впадину зубьев колеса. Деление заготовки на один зуб осуществляется во время прохождения безрезцового участка резцовой головки. Этим мето­дом производят чистовую обработку зубьев колес полуобкатных передач в крупносерий­ном и массовом производстве на специальных станках 5С271П (d_e = 500 мм; m_te = 10 мм), 5281Б (d_e = 800 мм; m_te = 16 мм), имеющих по­вышенную жесткость и короткую кинематиче­скую цепь. Производительность метода копирования больше в 3 — 5 раз, а точность выше на 10—20% чем при методе обкатки. Стой­кость режущего инструмента выше в 2-3 раза.

Технологические способы нарезания зубьев. Для чистового нарезания зубьев конических колес применяют следующие основные спо­собы. При двойном двустороннем способе обе стороны зубьев шестерни и колеса обрабаты­вают одновременно из целой заготовки. Необ­ходимы только две резцовые головки: одна для нарезания зубьев шестерни, другая — для нарезания зубьев колеса. Конические колеса с модулем до 2,5 мм обрабатывают методом обкатки, а с модулем свыше 2,5 мм — комби­нированным методом. Для устранения диагонального расположения пятна контакта на зубьях зуборезный станок 5П23А снабжен ме­ханизмом винтового движения. Под винтовым движением понимают относительное движение в процессе резания между резцовой головкой и заготовкой в направлении ее оси. Этим спо­собом может быть достигнута точность 7 —9-й степени.

При двустороннем способе обе стороны зубьев (выпуклую и вогнутую) нарезают одно­временно двусторонней резцовой головкой. Ширина дна впадины зубьев постоянная; она определяется шириной развода резцов голов­ки. Этот способ широко применяют для наре­зания зубьев колеса с точностью 6-8-й сте­пени в массовом и серийном производстве.

При одностороннем (поворотном) способе каждую сторону зубьев нарезают в отдельно­сти двусторонней резцовой головкой. Ширина развода резцов меньше ширины дна впадины. После обработки одной стороны у всех зубьев заготовку поворачивают вокруг оси для наре­зания противоположных сторон зубьев. Для нарезания каждой стороны зуба применяют различные наладки станка. Производитель­ность станка при этом способе невысокая (до­стигается точность 8—9-й степени). Его приме­няют для нарезания зубьев шестерни и колеса в мелкосерийном производстве, а также для колес с большой шириной зубчатого венца с целью устранения одновременного участия в резании наружных и внутренних резцов.

При способе постоянных установок обе стороны зубьев нарезают в отдельности одно­сторонними резцовыми головками. Для наре­зания вогнутой стороны зубьев применяют резцовые головки с наружными резцами, для нарезания выпуклой стороны — головки с вну­тренними резцами. Этот способ получил распространение в основном для нарезания зубь­ев шестерен с точностью 6 —8-й степени. В массовом и крупносерийном производстве для обработки каждой стороны зуба приме­няют отдельный станок; в серийном производ­стве нарезание производят на одном станке с переналадкой.

При нарезании конических колес с кру­говыми зубьями методами обкатки, врезания и комбинированным скорость резания (м/мин)

где D_pг - номинальный диаметр резцовой го­ловки, мм; n - частота вращения резцовой го­ловки, об/мин.

При обработке методом копирования ско­рость резания

;,

где t_z — подача (время обработки одного зуба), с/зуб.

Основное время (мин) при нарезании кони­ческих колес с круговыми зубьями

,

где z — число зубьев обрабатываемого колеса.

Для раздельного чернового и чистового на­резания зубьев конических и гипоидных колес в табл. 34, 35 приведены подачи на обработку одною зуба, которые включают время на ре­зание, холостые ходы и деление заготовки на зуб. Рекомендации по режимам резания для нарезания инструментом из быстрорежущей стали составлены применительно к условиям массового и крупносерийного производства. В серийном и единичном производстве подачи обычно увеличивают в зависимости от имею­щегося оборудования, режущего инструмента и требуемого качества изготовления колес.

При нарезании зубьев шестерен и колес 5 —6-й степени точности подачи, указанные в таблице, необходимо увеличить на 10—15%.

Отделка баз. У конических колес-валов с круговыми зубьями после термической обра­ботки, зачистки центров и правки вала от цен­тровых гнезд одновременно шлифуют базы-шейки и торец. Чтобы не вызывать во время сборки изменения формы и расположения пят­на контакта на зубьях, при шлифовании с опорного торца снимают минимальный при­пуск 0,05—0,1 мм, а в отдельных случаях то­рец вообще не шлифуют. У конических колес-дисков с круговыми зубьями обычно шли­фуют только отверстие; торец подвергают шлифованию в том случае, когда шлифуют зубья. При шлифовании конических колес-ди­сков в единичном и мелкосерийном производ­стве их устанавливают по наружному диаметру в трехкулачковом патроне с выверкой по индикатору от отверстия и базового торца с точностью 0,01 — 0,03 мм. В массовом и крупносерийном производстве для этой цели широко применяют мембранные патроны с базированием от боковых поверхностей зубьев. Радиальное биение установочных паль­цев в приспособлении и точность их углового расположения между собой не должны превы­шать 0,01 мм. У прямозубых конических колес после закаливания, как правило, шлифуют все поверхности, являющиеся сборочными базами (отверстие, торец, шейку ступицы, сферу и др). На рис 213,а приведен пример шлифования шейки ступицы и базового торца за один установ прямозубого конического колеса 2 со сту­пиццей. Колесо в приспособлении базируют по зубьям на пяти - семи шариковых пальцах 1 с твердостью HRC 65 — 68, изготовленных из твердого сплава или напыленных карбидом вольфрама.

Подбор в пары выполняют после термиче­ской обработки и шлифования баз на кон­трольно-обкатных станках 5Б720 (d_e = 125 мм), 5В722 (d_e = 200 мм), 5А725 (d_e = 500 мм), 5Б725 (d_e = 800 мм), 5А727 (d_e = 1600 мм) при установке шестерни и колеса на теоретически базовых расстояниях. Первоначально для выяв­ления забоин на зубьях сопряженную пару вращают с небольшой частотой вращения (n = 400 ÷ 600 об/мин) и под легкой нагрузкой. После удаления забоин увеличивают частоту вращения ведущего шпинделя контрольно-об­катного станка (n = 1200 ÷ 2000 об/мин) и кон­тролируют пятно контакта, плавность хода, а при останове станка — боковой зазор между зубьями. Если подбор в пары производят для последующей операции притирки зубьев, то их обычно разбивают на группы с расположе­нием пятна контакта, например, на внешнем конце, в центре и внутреннем конце зуба. С целью повышения качества и эффективности притирки в условиях массового производства для каждой группы деталей проводят спе­циальную наладку притирочных станков. У конических колес, зубья которых после тер­мической обработки не подвергают притирке и шлифованию; операцию подбора в пары проводят особенно тщательно, заменяя ше­стерню или колесо до получения требуемого качества зацепления, с последующей марки­ровкой подобранной пары для сборки.

Притирку зубьев применяют для уменьше­ния параметра шероховатости поверхностей зубьев и незначительного исправления формы и расположения пятна контакта с целью полу­чения плавной и бесшумной работы кониче­ских передач. Притирку выполняют на зубопритирочных станках 5П720 (d_e = 125 мм), 5П722 (d_e = 320 мм), 5725Е (d_e = 500 мм), 5724 (d_e = 800 мм) при совместном вращении сопрягаемых шестерни и колеса под легкой тормоз­ной нагрузкой с одновременной подачей абра­зивной жидкости в зону зацепления. Для обеспечения притирки всей рабочей поверхно­сти зубьев взаимное расположение шестерни и колеса во время притирки автоматически из­меняется. Абразивная жидкость, применяемая на зубопритирочных станках, состоит из абразива и масла. Наиболее эффективным абразивом для закаленных зубчатых передач является карбид кремния, твердые и хрупкие зерна 3 (рис. 213,б) которого имеют острые ре­жущие кромки. Во время притирки абра­зивные зерна вместе с маслом 2 подаются в зону зацепления и острыми гранями сни­мают металл с поверхности зубьев шестерни 1 и колеса 4 при взаимном их перемещении 5 и 7 относительно друг друга. Для повыше­ния режущих свойств абразива создается да­вление (см. стрелки 6 и 8) между зубьями ко­лес 1 и 4 с помощью тормозного момента. Размер абразивных зерен существенно влияет на притирку. Конические передачи с модулем 2,5 — 4,5 мм притирают абразивом с зерни­стостью 3, передачи легковых автомобилей — зернистостью 3—4, передачи грузовых автомо­билей и тракторов — зернистостью 5 — 6. Мас­ло, входящее в абразивную смесь, должно поддерживать абразивные зерна во взвешен­ном состоянии, свободно протекать через на­сосную систему станка и легко смываться с зубьев водным раствором. Этим требова­ниям отвечает масло СЭЛ-1. В качестве перво­начального состава абразивной жидкости можно принять 2,7 кг абразива и 3,8 л масла.

На притирку зубьев припуск практически не оставляют. Если после зубонарезания на поверхности зубьев нет глубоких рисок, то притиркой может быть достигнут параметр шероховатости Ra = 1 ÷ 2 мкм. Время притир­ки зависит от многих факторов: абразивной жидкости, тормозного момента, геометриче­ских параметров зубчатой пары, твердости по­верхности зубьев и др. Ориентировочное вре­мя притирки конических передач с круговыми зубьями 2—5 мин, гипоидных передач лег­ковых автомобилей 4—6 мин, гипоидных пере­дач тяжелых грузовиков 8—12 мин.

Приемочный контроль. После подбора в па­ру или притирки окончательно изготовленные конические зубчатые передачи подвергают сплошному контролю в специальных шумоизолированных комнатах на контрольно-об­катных станках. У конических зубчатых пере­дач контролируют форму и расположение пятна контакта, уровень звукового давления и боковой зазор. Для выявления формы и рас­положения пятна контакта боковые поверхно­сти зубьев пары покрывают тонким слоем маркировочной краски (обычно сурик с мас­лом). Затем зубчатую пару на контрольно-об­катном станке обкатывают в обоих направле­ниях под определенной нагрузкой до выявле­ния отпечатка пятна контакта. Форму и расположение пятна контакта определяют визуально на зубьях колеса. Обычно для тяже­ло нагруженных передач рекомендуемая длина пятна контакта приблизительно равна полови­не длины зуба. У малонагруженных передач пятно контакта составляет 3/4 длины зуба. Пятно контакта должно быть смещено к вну­треннему концу зуба, так как при повышении нагрузки в редукторе оно удлиняется и пере­мещается в направлении к внешнему концу; однако при полной нагрузке пятно контакта не должно выходить на кромки зубьев. Уровень звукового давления - один из основных показателей качества конических зубчатых передач, работающих при высоких окружных скоростях. Уровень звукового давления зуб­чатых передач в процессе их изготовления опе­ратор контролирует на слух путем сравнения с отобранным эталоном, а также шумоизмеряющими приборами. Боковой зазор, характе­ризующий вращательное движение одного ко­леса при неподвижном другом, у конических передач измеряют на внешнем делительном диаметре ведомого колеса, в большинстве слу­чаев в плоскости, перпендикулярной к линии зуба.

При проверке зубчатых передач на кон­трольно-обкатном станке могут быть выяв­лены повышенное биение зубчатого венда и погрешность окружных шагов. Повышенное биение проявляется постепенным изменением положения пятна контакта по длине зуба за оборот шестерни или колеса и периодическим изменением уровня звукового давления. По­грешность окружных шагов характеризуется наличием стуков в процессе обкатки, а также очень резким или слабым отпечатком пятна контакта на одном или нескольких зубьях.

Конические зубчатые передачи, прошедшие приемочный контроль и признанные годными, должны быть заклеймлены. У шестерни и ко­леса электрографом на тордах маркируют по­рядковый номер комплекта (113) и боковой за­зор (Б. 3. 0,25) между зубьями, отмеченными знаком «X» (рис 213, в). Если конструкция ре­дуктора позволяет во время сборки регулиро­вать осевое положение шестерни, то при контроле пары в определенных пределах изме­няют базовое расстояние шестерни для полу­чения наилучшего расположения пятна контак­та по высоте профиля зуба и уровню звуково­го давления. Полученное фактическое базовое расстояние (Б. Р. 128,1) или его отклонение от номинального значения маркируют на торце шестерни.

Шум - один из основных показателей каче­ства изготовления зубчатых колес, работаю­щих при высоких окружных скоростях. Напри­мер, шум ведущих мостов, коробок передач легковых автомобилей является критерием оценки качества зубчатых колес. Мероприятия по снижению уровня звукового давления приведены в табл. 36. С увеличением окружной скорости уровень звукового давле­ния зубчатых колес повышается.

Допустимый средний уровень звукового давления цилиндрических колес после шевин­гования 70-78 дБ, после термической обра­ботки (нитроцементации) и зубохонингования 76-80 дБ.

Уровень звукового давления (табл. 37) ко­нических и гипоидных передач с криволи­нейными зубьями проверяют на контрольно-обкатном станке под легкой нагрузкой при базовых расстояниях и боковом зазоре между зубьями, соответствующих чертежу. Для сни­жения уровня звукового давления можно изменять базовое расстояние шестерни без ухуд­шения формы и расположения пятна контакта на зубьях. В табл. 38 приведены мероприятия по снижению уровня шума.