ЛЕКЦИЯ 10 Методы нарезания зубчатых колёс

При методе копирования применяются дисковые фрезы на горизонтально-фрезерном станке или пальцевые - на вертикально-фрезерном (рис. 10.1). Режущие кромки фрезы копируют форму впадины между зубьями колеса. Фреза 2 вращается, а поступательное движение заготовки 1 вдоль оси осуществляется столом станка. За каждый ход заготовки прорезается одна впадина между соседними зубьями. Затем заготовка возвращается в исходное положение и поворачивается делительным механизмом на угловой шаг t = 2p / z зубчатого колеса.

Данный метод изготовления профилей является сравнительно мало производительным, выполняется с заведомой погрешностью из-за неточности поворота заготовки на величину углового шага (неточность деления), требует большого набора фрез, так как форма впадины при одном и том же модуле изменяется в зависимости от числа зубьев z нарезаемого колеса.

Более производительным и распространённым при нарезании зубьев является метод обкатки, или огибания. При этом применяются зубодолбление зубчатым колесом (долбяком) с режущими гранями на зубьях на зубодолбёжном станке (рис. 10.2 а), зубострогание при помощи инструментальной рейки-гребёнки (рис. 10.2 б), и зубофрезерование червячными фрезами (рис. 10.2 в). При этом методе режущему инструменту 2 и заготовке 1 сообщают такие же относительные движения, которые имеют зубчатые колёса в зацеплении.

Рассмотрим нарезание зубьев рейкой. Контур зубьев рейки с режущими кромками (рис. 10.3) называется исходным производящим контуром (ИПК).

Прямая, по которой толщина зуба рейки равна ширине впадины, т.е. половине шага р = p × m, называется делительной (средней) прямой.

Геометрические параметры ИПК стандартизованы ( ГОСТ 13755-81) и приведены в табл. 10.1 для профиля с коэффициентом высоты головки зуба h*_a = 1. Реже используют профиль ИПК с укороченными зубьями и h*_a = 0,8.

При нарезании зубьев режущему инструменту (рейке) сообщают два движения:

1. Движение обкатки, при котором начальная прямая Н рейки перекатывается без скольжения по делительной окружности нарезаемого колеса;

2. Движение резания вдоль оси нарезаемого колеса.

Таблица 10.1

Параметры исходного производящего контура

На станке нарезание зубьев может производиться при различном расположении реечного инструмента и заготовки. На рис. 10.4 показаны три варианта возможного размещения инструмента относительно центра колеса.

Положение рейки определяется смещением х× m, где величина х называется коэффициентом смещения.

Рассмотрим каждый из трёх вариантов установки рейки отдельно.

В первом варианте (рис. 10.4 а) средняя (делительная) прямая С рейки совпадает с начальной прямой Н рейки, которая перекатывается по делительной окружности колеса. Смещение рейки х× m равно нулю (в данном случае х = 0). При такой установке рейки при нарезании получим нулевое колесо. Толщина S зуба колеса по делительной окружности будет равна ширине впадины.

Во втором варианте (рис. 10.4 б) делительная прямая С рейки смещена от центра заготовки на величину х× m > 0. Величина коэффициента смещения здесь х >0. При такой установке рейки при нарезании получим положительное колесо. Толщина S зуба колеса по делительной окружности будет больше ширины впадины.

В третьем варианте (рис. 10.4 в) делительная прямая С рейки смещена к центру заготовки на величину х × m < 0. Величина коэффициента смещения здесь х < 0. При такой установке рейки при нарезании получим отрицательное колесо. Толщина S зуба колеса по делительной окружности будет меньше ширины впадины.

На рис. 10.5 показаны профили зубьев трёх колёс с одинаковыми числами зубьев, но нарезанных с различными смещениями одним и тем же инструментом. Профили зубьев очерчены по одной и той же эвольвенте, но на разных её участках. Смещение рейки влияет на толщину зубьев по делительной окружности и радиусы окружностей вершин r_a .С увеличением коэффициента смещения толщина зуба у основания увеличивается (повышается прочность зуба на изгиб), но у вершины толщина зуба уменьшается. При некотором критическом значении коэффициента смещения наступает заострение зуба, толщина зуба по окружности вершин равна нулю. Опасность заострения особенно велика при нарезании колёс с малым числом зубьев (меньше 17). Для предотвращения излома и выкрашивания заострённого зуба при работе зубчатой передачи коэффициент смещения назначают таким, чтобы толщина зуба на окружности вершин была бы не меньше 0,2× m, т.е. (s_a ³ 0,2× m).

При нарезании колёс с малым числом зубьев по методу обкатки может возникнуть явление врезания головки режущего инструмента в ножку колеса. При этом траектория вершины зубьев инструмента пересекает эвольвентный профиль зуба. Это явление называется подрезанием зуба. Зуб, подрезанный у основания (рис. 10.6), теряет прочность на изгиб. Уменьшение эвольвентной части профиля зуба приводит к сокращению продолжительности зацепления каждой пары зубьев передачи, что ведёт, в свою очередь, к непостоянству передаточного отношения зубчатой передачи.

Для исключения подрезания ножки зуба при нарезании реечным инструментом при отсутствии смещения (х = 0) минимальное число зубьев колеса определяется по формуле

(10.1)

При угле зацепления a = 20^о и коэффициенте высоты головки h_a^* = 1 получим z_min = 17. Для уменьшения габаритов зубчатой передачи при проектировании следует брать колёса с малым числом зубьев. Однако при z_min < 17 для исключения подреза ножки зуба необходимо принимать положительное смещение инструмента.

Минимальный коэффициент смещения при отсутствии подреза:

( 10.2)

Переходя к минимальному значению z_min и h_a^* = 1, получим:

(10.3)

Из формулы (10.2) следует, что зубчатое колесо с z > z_min можно нарезать с положительным, нулевым и отрицательным смещениями инструмента, так как для такого колеса x_min < 0. Для зубчатого колеса с числом зубьев z = z_min можно принимать положительное или нулевое смещение, а для колеса с числом зубьев z < z_min - только положительное.