13
Obróbka kół zębatych
Wiadomości wstępne
1. Uwagi ogólne. Klasyfikacja uzębień
Grupa części maszyn ogólnie określana nazwą kół zębatych obejmuje szeroki asortyment przedmiotów różniących się między sobą kształtem, wymiarem oraz rodzajem uzębień.
Do kół zębatych zalicza się: koła zębate walcowe, stożkowe, ślimakowe, wałki uzębione, pierścienie zębate i różne części uzębione o różnej dokładności, występujące we wszystkich przekładniach. Przykłady różnych części należących do kół zębatych podano na rys.8.01
Rys 8.01. Typowe konstrukcje kół zębatych
Ta różnorodność wynika ze stosunkowo dużej liczby przekładni zębatych stosowanych w mechanizmach, przy czym przekładnie te ogólnie można podzielić na:
- równoległe,
- kątowe,
- wichrowate, zależne od tego czy osie kół zębatych są równoległe, czy przecinają się pod kątem lub są wichrowate.
Odpowiednio do tego podziału rozróżniamy koła zębate:
- walcowe,
- stożkowe,
- hyperboloidalne zastępowane ogólnie przez koła śrubowe walcowe i stożkowe. Szczególnym przypadkiem przekładni zębatej wichrowatej jest przekładnia ślimakowa utworzona przez ślimak i koło ślimakowe.
Z kinematycznego punktu widzenia rozróżniamy zazębienia :
- czołowe, do których zaliczamy przekładnie o osiach równoległych i przecinających się pod kątem,
- zazębienia śrubowe (o osiach wichrowatych), do których zaliczamy nie tylko walcowe i stożkowe przekładnie śrubowe, lecz również przekładnie ślimakowe.
Poza tym rozróżniamy przekładnie zewnętrzne, utworzone przez koła posiadające uzębienie zewnętrzne oraz przekładnie wewnętrzne, utworzone przez koło o uzębieniu zewnętrznym z kołem o uzębieniu wewnętrznym. W wymienionych przekładniach stosowane są następujące rodzaje i typy kół zębatych:
- walcowe z zębami prostymi, skośnymi, daszkowymi (strzałkowymi) i łukowymi,
- stożkowe z zębami: prostymi, skośnymi i hakowymi,
- zębatki z zębami: prostymi i skośnymi,
- ślimaki,
- koła ślimakowe (ślimacznice).
Warunki pracy i charakter konstrukcji stawiają kołom zębatym bardzo różne wymagania, a więc i różne są wymagania dotyczące dokładności wymiarowej, jakości powierzchni, stosowanych materiałów i obróbki cieplnej.
Przy określaniu dokładności należy uwzględnić: błąd podziałki obwodowej i nierównomierność podziałek, bicie uzębienia, błąd zarysu boku zęba i chropowatość powierzchni bocznej zębów, błąd linii zęba.
Dla kół zębatych walcowych przyjęto 12 klas dokładności (najdokładniejsza jest klasa 1, najmniej dokładna — klasa 12), według PN/M-88521
Dobór klasy dokładności zależy od:
- obciążenia powierzchni,
- zakresu szybkości obwodowych.
Zakres stosowanych kół o określonej klasie dokładności podaje rys.8.02. Dopuszczalne wielkości odchyłek dla poszczególnych klas podają Polskie Normy.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Koła kontrolne warsztatowe wzorcowe
samoloty
Samochody osobowe
Samochody ciężarowe
Pojazdy szynowe
Obrabiarki (koła hart.)
Obrabiarki (koła niehart.)
Maszyny rolnicze, dźwignice
Rys.8.02. Wybór klasy dokładności w zależności od przeznaczenia. Klasą podstawową jest klasa 5
Wolno obracające się koła odlewane mogą mieć zęby w ogóle nie obrabiane, szybkoobrotowe silnie obciążone przekładnie mają natomiast koła o zębach szlifowanych.
Odpowiednio duża jest różnorodność stosowanych materiałów jak twardego drewna i skóry, tworzywa sztuczne, mosiądze i brązy, żeliwa szare, staliwo, stale węglowe, stale stopowe chromowe, chromowo-niklowe, chromowo-manganowo-molibdenowe itd.
Surówkami na koła zębate mogą być materiały prętowe, odkuwki, odlewy, spieki itd.
Materiały prętowe są stosowane na koła o prostych kształtach i niewielkich rozmiarach. Na ogół górną granicą średnicy zewnętrznej dla obróbki bez uprzedniego pocięcia prętów jest Ø 80 mm; dla większych średnic do ok. Ø150, pierwszą operacją jest cięcie materiału na piłach na krążki, będące surówkami do dalszej obróbki.
Odkuwki, umożliwiające znacznie lepsze wykorzystanie materiału, stosuje się na koła o kształtach bardziej złożonych oraz koła większe, o średnicach 150 - 500 mm.
Odlewy stosuje się na koła duże o średnicach powyżej 500 mm, jak również na koła wszystkich wielkości, mało dokładne, gdzie zęby otrzymane z odlewu mają dokładność wystarczającą i obróbka ich jest zbędna. Najczęściej są również odlewane koła zębate z mas plastycznych — przy dużej skali produkcji.
Niewielkie koła, mało obciążone, przy dużej skali produkcji są wykonywane również przy zastosowaniu metalurgii proszków.
Duże komplikacje do procesu obróbki kół zębatych wprowadzają wymagania dotyczące obróbki cieplnej. Koła zębate w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym najczęściej są wykonywane przy zastosowaniu nawęglania i hartowania; oprócz wprowadzenia wielu dodatkowych operacji powoduje to trudności utrzymania żądanych dokładności, wobec deformacji występujących przy obróbce cieplnej.
Przy obróbce kół zębatych można z reguły odróżnić dwa etapy:
1- początkowy ciąg operacji związany z nadaniem właściwego kształtui wymiarów aż do nacinania zębów,
2- nacinanie zębów i wszystkie dalsze operacje związane z wykańczaniem zębów i odtworzeniem baz w stosunku do naciętego wieńca zębatego.
Pierwszy etap procesu technologicznego praktycznie nie różni się od wykonania części klasy wały i tuleje.
Rozpatrując bliżej przykłady kół zębatych pokazanych na rys.8.01, można zgrupować je w cztery podklasy.
I. Części nr 1, 2, 3, 4, 6, 10, 12, 13, 14, 17, 19, 22, 23, 24 charakteryzuje otwór współśrodkowy z powierzchnią zewnętrzną, a więc można je zaliczyć do podklasy tuleje i obróbkę ich prowadzić przy zachowaniu zasadniczych prawideł obróbki tulei. Bazami obróbkowymi przy nacinaniu zębów będzie otwór i czołowa powierzchnia piasty.
.
II. Części nr 7, 8, 9, 16, 21, 25 można zaliczyć do podklasy wały i odpowiednio ich obróbkę prowadzić wg zasad obróbki wałów.
Bazami dla obróbki tokarskiej, a w większości przypadków i dla nacinania zębów — są nakiełki. W specjalnych przypadkach, przy małej sztywności części, bazami są czopy łożyskowe, ewentualnie specjalne zatoczenia, będące bazami pomocniczymi.
III. Części nr 5, 11, 15 pod względem kształtu odpowiadają podklasie tulei, jednak ze względu na to, że bazami konstrukcyjnymi są zewnętrzne powierzchnie walcowe, nacinanie zębów wykonuje się wychodząc z tej bazy.
IV. Specjalny charakter mają części nr 18 i 20 — wycinki pierścienia zębatego i zębatki —- będące wycinkami pierścienia zębatego o nieskończenie wielkim promieniu.
W drugim etapie występują istotne cechy charakterystyczne technologii kół zębatych, związane z przyjętą metodą nacinania zębów.
Charakterystyka i klasyfikacja metod i sposobów obróbki uzębień
Rozróżniamy trzy metody nacinania uzębień:
- kształtową,
- kopiową,
- obwiedniową.
Obróbka zgrubna i kształtująca zewnętrznych uzębień kół walcowych
Metoda kształtowa –narzędzie ma kształt wrębu międzyzębnego
Metoda ta obejmuje następujące sposoby obróbki (rys. 8.1):
- frezowanie frezem tarczowym lub trzpieniowym (modułowym) rys.8.1, i 8.9,
- dłutowanie nożem kształtowym, (rys.8.1b),
- szlifowanie odpowiednio ukształtowaną ściernicą (8.1c).
Frezowanie uzębień walcowych zarówno wewnętrznych jak zewnętrznych frezami modułowymi krążkowymi i palcowymi może być prowadzone na frezarkach uniwersalnych lub narzędziowych i jest stosowane w 3 przypadkach:
- w...
Przechowalnia5