10.OBR. UZEBIENIA.doc

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.

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 kształtu
i 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...