По технологическому принципу

По технологическому принципу различают следующие основные разновидности зубчатых колес:

1) цилиндрические и конические колеса без ступицы и со ступицей, с гладким или шлицевым отверстием;

2) многовенцовые блочные колеса с гладким или шлицевым отверстием;

3) цилиндрические, конические, червячные колеса типа фланцев;

4) цилиндрические и конические колеса с хвостовиком;

5) валы-шестерни.

 

 

5.2. Общие принципы обработки зубчатых колес

При обработке зубчатых колес можно условно выделить два этапа: обработка до нарезания зубьев и обработка зубчатого венца.

Задачи первого этапа соответствуют аналогичным задачам, решаемым при обработке деталей классов:

- диски (плоские колеса без ступицы);

- втулки (со ступицей);

- валы (вал-шестерня).

Задачи второго этапа решаются в сочетании с отделочными операциями обработки корпуса колеса.

При построении технологического процесса обработки зубчатых колес учитывают:

- конструкцию и размеры колеса;

- форму и расположение зубчатого венца, количество венцов;

- точность и качество поверхностей;

- вид исходной заготовки;

- материал колеса и его термическую обработку;

- методы контроля зубчатого колеса;

- годовую программу выпуска.

Протяженность технологического маршрута обработки зубчатого колеса главным образом зависит от степени точности колеса. При изготовлении зубчатых колес высоких степеней точности (6, 5 и выше) механическая обработка должна чередоваться с операциями термической обработки для снятия остаточных напряжений («термическая стабилизация»). При этом существенно возрастает также число отделочных операций технологических баз и зубчатого венца.

5.3. Технологические задачи и типовые требования
к точности некоторых поверхностей зубчатых колес

5.3.1. Точность размеров

Самый точный элемент зубчатого колеса – это, как правило, отверстие D (рис. 5.1). Его изготовляют по Н6 для зубчатых колес 5-й степени точности, по Н7 для зубчатых колес 6, 7, 8-й степени точности, по Н8 для колес 9-й степени точности.

Точность окружности выступов d зубчатого венца зависит от метода контроля толщины зуба. Если d является измерительной базой, то допуск Td = 0,5T_н, где T_н - допуск на смещение исходного контура. Если d не является измерительной базой, то диаметр d можно изготавливать по IT12.

 

Рис. 5.1. Типовые требования к точности зубчатых колес

5.3.2. Точность формы

Как правило, особых требований нет.

5.3.3. Точность взаимного расположения

Если d используется для контроля толщины зуба, например, при контроле смещения исходного контура, то радиальное биение поверхности вершин зубьев относительно оси отверстия (измерительной базы) не более 0,25T_н.

Если d используется для выверки, т.е. в качестве технологической базы, то радиальное биение поверхности вершин зубьев относительно оси отверстия не более (0,6…0,65)F_r, где F_r - допуск радиального биения зубчатого венца.

При l_ст/D≥0,8 (l_ст - длина ступицы, D – диаметр базового отверстия) и сопряжении зубчатого колеса с валом по посадкам H7/g6, H7/f6 и H7/p6, H7/r6, H7/s6 торцевое биение базового торца зубчатого венца относительно оси отверстия не более 0,5F_β, где F_β - допуск направления зуба.

При l_ст/D<0,8 (l_ст - длина ступицы, D – диаметр базового отверстия) и сопряжении зубчатого колеса с валом по посадкам H7/k6, H7/n6, H7/m6, H7/js6 и H7/p6, H7/r6, H7/s6 торцевое биение базового торца зубчатого венца относительно оси отверстия не более 1/3*(d/l_ст)F_β, где F_β - допуск направления зуба.

Технологическое ограничение на торцевое биение при обработке зубчатых колес пакетом F_т≤0,25(d/B)F_β, где F_β – допуск на направление зуба;

Отклонение от параллельности оси шпоночного паза оси базового отверстия в пределах половины допуска на ширину паза.

Отклонение от симметричности оси шпоночного паза оси базового отверстия в пределах удвоенного допуска на ширину паза.

5.3.4. Твердость рабочих поверхностей

В результате термической обработки поверхностная твердость зубьев цементируемых зубчатых колес должна быть в пределах 45…60HRC при глубине цементированного слоя 1…2 мм. При цианировании твердость 42…53HRC, глубина упрочненного слоя 0,5…0,8 мм.

Твердость незакаливаемых поверхностей в пределах 180…270НВ.

 

5.3.5. Шероховатость базовых поверхностей

Отверстие, рабочие торцы, боковые поверхности зубьев – в пределах Ra = 1,6…0,4 мкм.

5.4. Материалы и заготовки

В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изготовляют из чугуна, углеродистых и легированных сталей, пластмасс, цветных металлов. Зубчатые колеса из легированных сталей лучше прокаливаются и меньше деформируются в сравнении с колесами из углеродистых сталей.

Материал зубчатого колеса должен иметь однородную структуру для стабильности размеров после термической обработки. Это особенно важно для размера отверстия и шага зубьев. Нестабильность структуры может возникнуть вследствие цементации и закалки при сохранении остаточного аустенита, а также в результате наклепа и при механической обработке.

Наибольшее коробление создает цементация, меньшее – закалка. Поэтому часто исправление коробления и повышение точности шевингованием выполняют после цементации, но до закалки.

Основные виды заготовок для зубчатых колес зависят от конструкции колеса и серийности выпуска. Это может быть:

- прокат;

- поковка, полученная свободной ковкой на ковочном молоте;

- штампованная заготовка в подкладных штампах (на молотах или прессах);

- штампованная заготовка в закрепленных штампах (на молотах, прессах или горизонтально-ковочных машинах);

- отливка;

- заготовка с зубьями, накатанными в холодном или горячем состоянии, образованными горячей или холодной штамповкой или при литье (для крупномодульных зубчатых колес).

Свободная ковка на молотах не обеспечивает получения конфигурации готовой детали, но улучшает структуру металла в сравнении с заготовкой, отрезанной от прутка.

При использовании штамповок, полученных в закрытых штампах, снижается расход металла из-за отсутствия облоя (до 10…30%), форма заготовки приближена к готовой детали, снижается себестоимость. Однако возрастает расход штампов.

Штамповка на прессах (в сравнении с молотами) обеспечивает заготовки, наиболее точные и близкие к форме готовой детали (припуски и напуски снижаются на 30%). На прессах можно штамповать заготовки с прошивкой отверстия.

Штамповка на ГКМ применяется для получения заготовок зубчатых колес с хвостовиком или с отверстием.

5.5. Технологические базы и основные схемы базирования

5.5.1. Требования к выбору технологических баз

Основными требованиями, учитываемыми при выборе чистовых технологических баз для обработки зубчатых колес, являются:

(1) обеспечить совмещение технологических баз с конструкторскими посадочными поверхностями;

(2) в качестве опорной технологической базы должен использоваться торец, обработанный совместно с основными посадочными поверхностями;

(3) при шевинговании базы должны совпадать с базами, используемыми при чистовом нарезании зубьев.

5.5.2. Основные схемы базирования

Выбор схем базирования зависит от конструктивных особенностей зубчатого колеса.

Для колес со ступицей (одно- и многовенцовых) при достаточной длине центрального базового отверстия (l/d>1) технологическая база – двойная направляющая поверхность отверстия и опорная база – поверхность торца.

Для одновенцовых колес типа дисков (l/d<1) после обработки отверстия и торца торец – установочная база, отверстие – двойная опорная база.

Для валов-шестерен технологические базы – как правило, поверхности центровых отверстий.

На первой операции для обеспечения наилучшей концентричности поверхностей вращения используют варианты базирования:

1) при обработке на токарных станках за одну установку штампованных и литых заготовок их закрепляют в кулачках патрона за «черную» поверхность ступицы или «черную» внутреннюю поверхность обода;

2) при обработке за две установки заготовку сначала крепят за «черную» поверхность обода и обрабатывают отверстие, а при второй установке заготовки на оправку обрабатывают поверхность обода и другие поверхности колеса.

После обработки отверстия и торца именно их принимают технологическими базами для большинства операций.

Колеса с нарезанными зубьями после упрочняющей термической обработки при шлифовании отверстия и торца в одном установе (восстановление технологических баз) базируют по эвольвентной боковой поверхности зубьев для обеспечения соосности начальной окружности и посадочного отверстия.

5.5.3. Основные рекомендации по выбору баз при обработке зубьев

Валы-шестерни

Базы – посадочные шейки, упор – торец вала или торец одной из шеек большего диаметра. Центровые отверстия на торцах вала допускается использовать в качестве технологических баз только при нарезании зубчатых колес с модулем m≤6 мм. Установочно-зажимные элементы – трехкулачковые самоцентрирующие и четырехкулачковые патроны с поддержкой центром в случае предварительной обработки посадочных шеек. При шевинговании – на центрах или в люнетах по рабочим шейкам с упором в торец.

У закаленных валов-шестерен отделку посадочных шеек после термообработки выполняют на восстановленных центровых отверстиях.