Технология изготовления детали класса «зубчатое колесо»

 

Зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между параллельными и перекрещивающимися валами. Зубчатые колеса используются как для передачи больших крутящих моментов с задан­ным изменением частоты вращения валов (силовые передачи), так и для точного взаимного ориентирования валов (кинематические связи). Каждый вид зубчатых колес имеет свои технологические особенности изготовления» Технологические процессы изготовления различных зубчатых колес, принадлежащих к тому или иному классу, могут отли­чаться друг от друга по содержанию и последовательности выполне­ния ряда операций в зависимости от специализации производства. Методы изготовления колес в авиационной промышленности существенно отличаются от методов, применяемых при производстве зубчатых колес для грузоподъемных машин.

В авиационных передачах зубчатые колеса должны при минимальных габа­ритах и массе передавать большие крутящие моменты, иметь высокую точность и надежность. Эти требования заставляют делать зубчатые колеса из высоколегированных сталей с применением цементации и закалки, что усложняет технологический процесс, обусловливая необходимость введения шлифования и большого числа контрольных операций.

Для зубчатых кинематических передач основным требованием яв­ляется высокая геометрическая точность при сложной форме рабочих поверхностей, для зубчатых колес силовых передач - высокая проч­ность для обеспечения передачи крутящих моментов при малых конст­руктивных размерах.

Все многообразие конструктивных исполнений колес классифицируют по типам передач, в которых их используют, по конструктивно-технологическим признакам, по размерам и т.д.

По типам передач различают следующие виды колес (рисунок 4.21):

1) Цилиндрические зубчатые колеса для передач с параллельны­ми осями вращения, лежащими в одной плоскости. Эти колеса могут иметь внешний или внутренний зубчатый венец, могут быть прямозубыми, косозубыми, шевронными.

2) Конические зубчатые колеса для передачи с пересекающимися осями, расположенными под углом друг к другу в одной плоскости или со смещением (гипоидные передачи). Конические колеса могут быть прямозубыми, косозубыми и с круговыми зубьями (линия зуба представляет собой отрезок окруж­ности, эвольвенты или эпициклоиды).

3) Цилиндрические винтовые зубчатые колеса передач, сообщающие вращательное движение валам с перекрещивающимися осями.

4) Червячные передачи, для получения больших передаточных отношений между скрещивающимися валами, оси которых лежат во взаимно перпендикулярных перекрещивающихся плоскостях.

Рисунок 4.21 – Виды зубчатых передач:

а – цилиндрическая, б – коническая, в – червячная,

1 – шестерня, 2 – зубчатое колесо, 3 – червяк, 4 – червячное колесо

 

По конструктивно-технологическим признакам зубчатые колеса делятся на 5 основных типов(рисунок 4.22):

j Одновенцовые с достаточной длиной базового отверстия l: ,

где l - длина базового отверстия; d - его диаметр.

k Многовенцовые

l Одновенцовые типа дисков, у которых и длина отверстия недостаточна для образования двойной направляющей базы. Поэтому для обработки в качестве ТБ используют базовый торец - установочная база, поверхность отверстия - опорная база, шлицы - упорная база.

m Колеса венцы, которые после обработки монтируют на сту­пицу.

n Зубчатые колеса - валы, которые имеют большую длину детали.

При изготовлении зубчатых колес типа 1 и 2вкачестве основной ТБ используют двойную направляющую поверхность отверстия, в качестве опорных - поверхности торца и шлицы.

При изготовлении колес 3-его и 4-го типа - торец - устано­вочная база, поверхность отверстия и шлицы - опорные базы.

Колеса валы изготавливают по технологии, принятой для валов.

Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямыми, косы­ми, реже - шевронными зубьями.

ГОСТ 1643-81 устанавливает 12 степеней точности цилиндрических колес (в порядке убывания точности); 1; 2; 3; 4 …12.

Наибольшее распространение в машиностроении получили зубча­тые колеса 6-8-ой степени точности. Для каждой степени точности установлены нормы:

а) кинематической точности колеса - определяющие полную погрешность угла поворота зубчатых колес за один оборот (накоп­ленная погрешность, радиальное биение).

б) плавности работы колес, определяющие полной погрешности угла поворота зубчатого колеса, многократно повторяющейся за оборот колеса (постоянство передаточного отношения на 1
зуб).

в) контакта зубьев, определяющие отклонение относительных размеров пятна контакта сопряженных зубьев в передаче.

Независимо от степени точности колес установлены нормы бокового зазора (виды сопряжений зубчатых колес). Существует шесть видов сопряжений зубчатый колес в передаче, которые в порядке убывания гарантированного бокового зазора обозначаются буквами А, В, С, Д, Е, Н и восемь видов допуска (Т_jn) на боковой зазор х, у, z, a, b, с, d, h.

Рисунок 4.22 – Различные типы цилиндрических зубчатых колес:

I – V – типы; а – д – конструктивные разновидности каждого типа

Нормы кинематической точности определяют значение наибольшей погрешности угла поворота зубчатых колес за оборот при за­цеплении с точным колесом. Показателями кинематической точности являются:

а) предельная кинематическая погрешность DFi;

б) предельная накопленная погрешность окружного шага Fi;

в) колебания длины общей нормали Lнб(по 3 зуба).

Норма плавности работы зубчатого колеса определяет:

а) составляющую «а» полной погрешности углов поворота зубчатого колеса, многократно повторяющуюся за оборот колеса;

б) циклическая погрешность f_i - среднее значение размаха колебаний кинематической погрешности зубчатого колеса за оборот колеса. Плавность работы влияет на бесшумность и долговечность передачи.

Нормы контакта зубьев определяют точность выполнения сопря­женных зубьев в передаче. Пятном контакта называется часть боко­вой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы при­легания его к зубьям парного колеса после вращения передачи при легком торможении.

Норма точности определяется в процентахот длины и высоты зуба.

Боковым зазором называется зазор между зубьями сопряженных колес в передаче, обеспечивающей свободный поворот одного колеса при неподвижном втором колесе. Боковой зазор определяется в се­чении перпендикулярном направлению зубьев в плоскости, касатель­ной к основным цилиндрам (Сn) [Смотри рис.205, Данилевский].

Изготовление качественных зубчатых колес требует правильно­го положения базового торца относительно отверстия и точного вы­полнения отверстия. Биение торца на Æ50 мм для колес 6-ой сте­пени точности перед зубонарезанием должно быть не более 0,015 мм; 8-ой степени точности не более 0,025 мм.

Перед шлифованием - для колес 6-ой степени точности - не более 0,005 мм. Отверстия перед зубообработкой для колес 8-ой степени точности должны быть обработаны по 7-ому квалитету; для колес 6-ой степени точности – по IT6.

В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса из­готавливают из углеродистых, легированных сталей, чугуна, пласт­масс. Легированные стали обеспечивают более глубокую прокаливаемость и меньшую деформацию по сравнению с углеродистыми.

Материал зубчатых колес должен обладать однородной структу­рой, которая должна обеспечить стабильность размеров после терми­ческой обработки.

Нестабильность возникает после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный аустенит, также она может воз­никнуть в результате наклепа при механической обработке. Равнове­сие внутренних напряжений в металлахнарушается при большой глубине резания.

Наибольшее коробление дает цементация, меньшее закалка. Чис­товая обработка уменьшает наклеп и деформацию в2, 5 раза по срав­нению с черновой обработкой.

При изготовлении колес рекомендуется чередовать механическую обработку с операциями термической стабилизации размеров для сня­тия внутренних напряжений.

Материал также оказывает влияние на изменение микротвердости и степени отпуска при зубошлифовании. Если зубья колес шлифуют, рекомендуется выбирать сталь более теплостойкую, менее склонную к прижогам и дающую меньшие изменения микротвердости и степени от­пуска.

Широко используются стали 12ХН3А; 20Х; 25ХГТ; 18ХГТ; 40Х; 40ХФА; 45 и т.д.

В качестве заготовок зубчатых колес используют прокат, по­ковку, штамповку в зависимости от конструкции и серийности вы­пуска. Коэффициент использования материала при изготовлении зуб­чатых колес из штамповки равен 0,6 - 0,7 (рисунок 4.23).

Рисунок 4.23 – Способы изготовления заготовок:

I – одновенцовых колес: а – поковка, б – штамповка в подкладном штампе, в – штамповка в закрепленном штампе; II – двухвенцовых колес: а – поковка, б – штамповка на молоте в торец, в – на молоте вдоль оси, г – на горизонтально- ковочной машине

Поковки могут быть выполнены свободной ковкой на ковочном молоте;штампованная заготовка в подкладных штампах, выполненная на молотах или прессах; штампованная заготовка в закрепленных штампах, выполненная на молотах, прессах и горизонтально-ковоч­ных машинах.

Заготовки, полученные свободной ковкой, не соответствуют фор­ме готовой детали, но структура металла благодаря ковке улучшает­ся по сравнению с заготовкой, отрезанной пилой от прутка.

Штамповка заготовок в подкладных штампах выполняется на фрикционных и гидравлических

прессах или на механических ковоч­ных прессах в мелкосерийном производстве. Штамповка на прессах имеет большое преимущество перед штам­повкой на молотах, т.к. получается точная заготовка, припуски и напуски меньше на 30%, чем при штамповке на молоте. Повышается производи-тельность в 1,5 - 2раза, на прес-сах можно штамповать с проши-ванием отверстия. На горизонтально-ковочных машинах изготовляют заготовки с хвостовиком или отверстием (рисунок 4.24).

Рисунок 4.24 – Заготовки зубчатых колес, штампуемых на горизонтально-ковочных машинах: а – коническое, б – цилиндрическое, в – двухвенцовое, г – венец, д – колесо со ступицей, е – колесо с фланцем, ж - двухвенцовое

 

Обработка зубчатых колес

 

Изготовление зубчатых колес можно условно разделить на сле­дующие этапы:

1) Обработка до зубонарезания.

2) Нарезание зубьев.

3) Термическая обработка.

4) Финишная обработка.

На первом этапе обрабатывают внутренние, наружные и тор­цевые поверхности заготовок зубчатых колес.

Наружные и внутренние поверхности обрабатывают за 2 установа. Если базовое отверстие гладкое, цилиндрическое, то заготовку по наружному диаметру обрабатывают по размеру, необходимому для нарезания зубьев.

Если базовое отверстие шлицевое, то отверстие обрабатывают под протягивание, а венец и базовые торцы обрабатывают предвари­тельно. Затем протягивают шлицевое отверстие, заготовку насажи­вают на оправку, на которой "начисто" обрабатывают венец и тор­цы. Для обработки зубчатых колес со шлицевым отверстием применяют также предварительную обработку отверстия на сверлильном стан­ке, затем отверстие протягивают, а далее ведут черновую и чисто­вую обработку наружных и торцевых поверхностей на шлицевой оправке.

В процессе обработки зубчатых колес необходимо вводить чере­дование механической и термической обработки с целью улучшения структуры металла (стабилизирующий отпуск после цементации и за­калки, а также перед отделочными операциями шлифования).

После термической обработки ввиду коробления размеры отвер­стия нарушаются и опять же рекомендуется вводить стабилизирующий отпуск и калибрование отверстия.

В качестве приспособлений, используемых при обработке, вы­ступают 3-х кулачковые самоцентрирующие патроны с твердыми и мяг­кими кулачками. Для обеспечения соосности обрабатываемой и обра­ботанной поверхности кулачки растачивают по диаметру закрепляемой заготовки при наладке станка. После полного использования эти ку­лачки заменяют на новые.

Широко применяют патроны с механизированным перемещением ку­лачков (рычажные, рычажно-винтовые, клиновые и т.д.).

Цанговые патроны применяют при обработке зубчатых колес малых диаметров из прутков на токарных автоматах или токарно-револьверных станках. Угол цанг 30°. Точность базовых поверхностей под цан­говый зажим - IT 6 - 8.

Мембранные патроны применяют для точного центрирования и за­жима заготовок при чистовых и отделочных операциях. Если базовые поверхности обработаны пo IT 6-8, то обеспечивается центрирование с точностью 0,004-0,007 мм. Мембраны изготавливают из сталей 65Г; 30ХГС и термически обработанные до HRC_Э= 41... 51.

Для установки зубчатых колес по отверстию применяют оправки различных типов, неразжимные консольные и центровые; разжимные и упругой гильзой; гидрозажимом и т.д.

Точность обработки на оправке зависит от значения и постоян­ства зазора (натяга) при установке на неразжимную оправку и от симметричности "выбора" зазора при установке на разжимные оправ­ки. Поэтому отверстие в заготовке выполняют по IT 6-8, наружную поверхность оправок по IT 5-6.

Классификация основных методов формообразования зубчатых поверхностей и их возможности по обеспечению степеней точности и шероховатости показана на рисунке 4.25.

Рисунок 4.25 – Классификация основных методов формообразования зубьев зубчатых колес: цифры в числителе означают степени точности зубчатых колес, в знаменателе – параметр шероховатости Ra, мкм

 

 

Контроль зубчатых колес

 

Различают производственный и лабораторный контроль зубчатых колес.

Производственный контроль осуществляют в процессе изготовления зубчатого колеса на всех операциях обработки. При этом контролируют размеры и геометрию технологических базовых поверхностей и их расположение (диаметры отверстий, торцевое биение, радиальное биение наружных цилиндрических поверхностей, перпендикуляр­ность оси посадочного отверстия к торцам и т. д.) перед операциями зубонарезания.

После завершения операций зубообработки с помо­щью соответствующих приспособлений и инструмента производят комплексную проверку размеров и колебания измерительного межцентрового расстояния на оборот ко­леса и на шаг. Для этой цели используют приспособления для комплексного двухпрофильного (беззазорного) конт­роля (рисунок 4.26).

Колебание межцентрового расстояния характеризует суммарные погрешности зацепления, образуемые ради­альным биением зубчатого венца, отклонениями шага, изменениями толщины зуба, отклонениями в профиле и угле наклона зуба. Такому контролю подвергают первые два-три зубчатых колеса с каждого станка в начале рабо­чей смены, после замены инструмента и подладки стан­ка, а также дополнительно 2...5% общего выпуска. После термической обработки и отделочных операций производят окон-чательный контроль базовых поверхнос­тей и комплексный контроль точности колеса по колеба­ниям межцентрового расстояния при повороте на один оборот и на один шаг.

Рисунок 4.26 – Контрольное приспособление для проверки зубчатых колес: 1 – измерительное (эталонное) колесо, 2 – проверяемое колесо, 3 – индикаторная головка, 4 – подвижная каретка

Лабораторный (цеховой) контроль выполняют в от­дельных помещениях, расположенных вблизи зубообрабатывающих участков. В помещении поддерживают темпе­ратуру 19...21°С. В лаборатории производят поэлементный межоперационный и окончательный контроль зубчатых колес в количестве 2-5% от общего выпуска. Контроли­руют эвольвенту, направление зуба, ошибки шага, ради­альное биение зубчатого венца, колебание межцентрового расстояния, уровень шума и пятно контакта.

При контроле зубчатых колес проверяют: 1) Биение базового торца – с по-мощью индикатора и центровкой оправки. 2) Отклонение основного шага – шагомером по разности действительного и номинального расстояния между парал-лельными касательными к двум соседним одноименным профилям зубьев. В лабо-ратории основной шаг может быть проверен на стационарных приборах (рисунок 4.27, а). 3) Разность окружных шагов (ри-сунок 4.27, б). 4) Накопленную погрешность окружного шага. 5) Погрешность профиля – срав-нением действительного профиля по эвольвентомеру с теоретической эволь-вентой. 6) Толщину зуба колес – кромоч-ным штангензубомером (рисунок 4.27, в).

Рисунок 4.27 – Схемы способов проверки зубчатых колес

7) Смещение исходного контура - штангенциальным зубомером как радиальное положение исходного контура относительно окружности выступов (рисунок 4.27, г).

8) Радиальное биение зубчатого венца - по показаниям индикатора 1 и рамку 2, вставля-емому во впадины зубьев (рисунок 4.27, д).

Длину общей нормали проверяют индикаторной или жесткой ско­бой.

В условиях производства для контроля параметров точности пользуются прибором для комплексной проверки межцентрового рас­стояния в плотном зацеплении с эталонным зубчатым колесом.

Наибольшее влияние на протяженность технологического маршрута ока­зывает степень точности колеса. При изготовлении высокоточных колес (6, 5 и выше степеней точности) механическая обработка должна чередоваться с опе­рациями термической обработки для снятия внутренних напряжений, а количе­ство отделочных операций технологических баз и зубчатого венца возрастает,

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: