Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 2

Гост 19650-97

Изготовление червячных колес

Червячные колеса делают составными из чугунной ступицы и бронзового венца и собирают на болтах или прессовой посадке с последующим стопорением. Заготовки для ступиц червячных колес отливают в песчаную или в металлическую форму. Заготовку венца получают обычно центробежной отливкой.

Вначале ступицу и венец раздельно обрабатывают по поверхностям сопряжения. Ступицу обрабатывают на револьверном или токарном станке за два установа. Венец растачивают на токарном или токарно — карусельном станке. Ступицу и венец, сопрягаемые по посадке с натягом, собирают (после нагрева венца) на прессе с использованием оправки.

Обработка в собранном виде включает две токарные или токарно — карусельные операции и протягивание шпоночного паза в отверстии. При обтачивании обода колеса канавку небольшого радиуса обрабатывают фасонным резцом. При радиусе менее 35 —40 мм фасонный резец делают на весь профиль; при большем радиусе предварительное точение осуществляют двумя резцами (для левой и правой части выточки) и чистовое —одним резцом на весь профиль. Выточки большего радиуса обрабатывают проходным резцом при подаче но окружности заданного радиуса, сообщаемой резцу с помощью приспособления с червячной передачей.

В универсальном приспособлении (галтелыюм) для обработки поверхности по дуге окружности при ручном вращении червяка, приводится во вращение червячное колесо, а вместе с ним и резцедержавка с резцом; резец предварительно

Устанавливают в требуемое положение относительно заготовки и оси вращения червячного колеса так, что его вершина перемещается по дуге окружности заданного радиуса.

При вращении маховичка, установленного на хвостовике черняка, приводится во вращение червячное колесо и сидящее на од — поп оси с ним коническое колесо; находящееся с ним в зацеплении второе коническое колесо вращает резец; вылет резца предварительно регулируется по шаблону. На этой операции, кроме заданных радиуса и диаметра по дну выточки, обеспечивается симметричное расположение торцов заготовки относительно средней плоскости с —с колеса (равенство размеров а до обоих торцов). Для этого при подрезании торцов колеса применяют кантующийся шаблон 3 и щуп заданной толщины для проверки равенства зазоров s с обеих сторон.

Это свойство заготовки позволяет при сборке использовать торцовые поверхности в качестве измерительных баз для обеспечения требования точности расположения оси червяка в средней плоскости колеса в собранной передаче. Обработка заготовок после сборки, включая радиусную выточку на ободе, может быть выполнена на токарном станке с программным управлением, аналогично обработке втулки зубчатой муфты со сферической формой обода.

См. также:

  • Каталог кранов.
  • Кран-балки: производственный каталог.
  • Мостовые краны: производственный каталог.
  • Козловые краны краны: производственный каталог.
  • Консольные краны: производственный каталог.
  • Каталог систем электрификации.
  • официальное представительство кранового завода в Уфе.

Расчет передаточного числа червячной передачи

Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.

Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:

где U – передаточное число; Z1 – число заходов на червяке; Z2 – количество зубьев на колесе.

Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.

Расчет передаточного отношения

Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.

Где V1 – скорость скольжения червяка; V2 – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w1 и w2 угловые скорости; dδ1, dδ2 – диаметры.

Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:

Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.

Характеристики червячных передач нормируются по ГОСТ 2144-76. Для червяка с 1 и 2 заходами передаточное число может иметь значение 8-80. Для 4-заходных червяков разбег значений меньше, в пределах 30-80.

Повышение производительности инструмента

Основным способом увеличения срока службы инструмента является заточка при превышении допустимого износа режущей кромки и нарушении её геометрии. От качества заточки зависит точность нарезки зуба. Проводится она по передней режущей поверхности, по задней поверхности проводится затылование.

Существует ещё несколько способов модернизации фрез:

  • Сборные конструкции из твердых сплавов.
  • Усовершенствование кромок профиля.
  • Применение затылочных и многозаходных фрез.

На долговечность инструмента влияет, в первую очередь, схема резания, определяющая нагрузку на зубья. Определяющим фактором, позволяющим снизить износ фрез, является точное соблюдение технологии и правильная настройка оборудования.

Область применения шевингования

Шевингование как эффективная технология широко используется современной промышленностью.


Шевингование колёс востребовано в автомобильном производстве, на основе калиброванных деталей выполнены редукторы и червячные передачи. Доработанные колёса используют при создании точных зубчатых передач в изготовлении надёжных машин и механизмов, измерительных приборов, востребованных в различных областях науки и техники.

Обточенная поверхность приобретает необходимую механическую прочность, упругость. Форма зубьев становится геометрически правильной, приобретает высокие эксплуатационные качества. Точность хода передачи повышается, снижается шумовой эффект зубчатых пар в работе.

Шевингование проходят заготовки из сплавов, не подлежащих к доработке шлифованием.

В частных случаях шевингование заменяет химическую обработку.

Окончательная обработка металла соскабливанием лишней стружки:


Чистовая обработка зубьев незакаленных цилиндрических зубчатых колес

  • исправляет ошибки боковых граней прямозубых и косозубых зубчатых колёс;
  • повышает класс точности деталей на 2–3 значения;
  • придаёт краям необходимые эксплуатационные характеристики.

Помимо обработки колёс, шевингование применяется для окончательной отделки проволоки. Соскабливание стружки с поверхности проволоки повышает упругость стали, подавляет лишние поверхностные примеси, улучшая качественный состав изделия.

Технология изобретена в 30 годах прошлого века в Англии, с тех пор нашла широкое применение в массовом автомобилестроении. В СССР, впоследствии в России, способ отделки широко используют с 1936 года.

Шевингование поверхности проходят следующие сплавы:

  • низкоуглеродистая, высокоуглеродистая, пружинная сталь;
  • алюминий, алюминиевые сплавы;
  • цинк, медь;
  • латунь, бронза.

Шевингование – менее опасный, трудоёмкий и сложный процесс, чем химическое очищение металла.

Классификация червячных фрез

В зависимости от характера обработки данный тип оснастки подразделяется на несколько типов:

  • Черновые фрезы. Используются для предварительной обработки заготовки. Имеет передний угол в 5-7° и небольшую толщину зубьев.
  • Чистовая оснастка. Необходима для чистовой обработки стальных зубьев.
  • Прецизионные фрезы. Преимущественно используются для изготовления турбинных передач.
  • Питчевые червячные фрезы. Используются для шевингования и нарезания звездочек.

Также фрезы подразделяются на одно- и многозаходные, лево- и правосторонние, цельные и сборные. В маркировке инструмента указывается угол зацепления, модуль, высота зуба и угол подъёма линии винтов.

Технологический процесс


Схема шевингования

Удаление лишнего слоя металла при шевинговании зубчатых колёс происходит за счёт срезки тонкой стружки при сцеплении боковых граней зубьев шевера с зубцами обрабатываемых деталей. Уменьшается толщина стенки металла, грани калибруются. Оси заготовки и инструмента сходятся под заданным углом в 10–15 градусов.

Технологически в процессе операции шевингования зацеплением зубьями шевера и колеса образуется зубчатая винтовая пара. Движущийся инструмент вращает зубчатое колесо. В точке соприкосновения снимаются тонкие слои металлической стружки по линии контакта между режущими гранями шевера и зубьями заготовки.

Рабочая линия снятия стружки зависит от вида подачи инструмента.

Осциллирующее движение

Возможность добавления в процессе шевингования осциллирующего (колебательного) движения повышает точность, скорость и качество обработки зубцов. Сопряжённые поверхности перемещаются с небольшой амплитудой. Частота осциллирующего движения в пределах 20–100 Гц наиболее эффективна, улучшает процесс обработки по следующим показателям:

  • Увеличивается производительность оборудования за счёт уменьшения времени операции шевингования. Качественную металлообработку достигают за один проход шевера.
  • Получают гладкую, ровную поверхность кромок. Величина шероховатости стальной поверхности снижается до значения 0,32–0,63 мкм, что близко к значению показателей обработкой шлифованием.

Припуски


Кинематика шевингования

Качество шевингования также зависит от предварительной точности геометрической формы заготовки. На обработку шевингованием закладывают припуски. Недостаточный размер припусков делает недостатки зубьев неисправимыми, ошибки накапливаются, повышая процент выбраковки.

Чрезмерно большой размер припусков ведёт к увеличению времени обработки, снижает производительность работ. Припуски на шевингование производят в процессе изготовления детали, принимают от модуля и диаметра шестерни, желаемого качества точности изделия.

§ 141. Шевинговальщик 4-го разряда

Характеристика работ. Шевингование зубьев шестерен и зубчатых колес по 5 — 7 степеням точности на шевинговальных станках. Наладка станка и установление режимов обработки. Шевингование особо сложных зубчатых колес с прямым и винтовым зубом по 6 степени точности на шевинговальных станках, налаженных для обработки определенных шестерен.

Должен знать: устройство, кинематические схемы и правила проверки на точность шевинговальных станков различных типов; конструктивные особенности и правила применения универсальных и специальных приспособлений; устройство контрольно-измерительных инструментов и приборов; правила определения наивыгоднейших режимов обработки; углы заточки шеверов и влияние заточки на качество обработки; систему допусков и посадок; квалитеты и параметры шероховатости.

Необходимое оборудование

Параметры оборудования

Подбор необходимого оборудования осуществляется согласно задачам производства, заданным параметрам мощности и производительности зубошевинговального станка. Основной привод двигателя полуавтоматического станка может быть гидравлическим, электромеханическим.

Промышленное заводское оборудование характеризуется следующими параметрами:


Зубошевинговальный станок — характеристика

  • Скорость цикла обтачивания заготовки, производительность станка в заданную единицу времени.
  • Максимальный размер диаметра детали, подлежащей обработке, разбег значения 125–4000 мм.
  • Мощность главного привода двигателя, потребляемая мощность варьируется в пределах 1,0–14 кВт.
  • Модуль зубчатого колеса. Величину модуля зубчатого колеса определяет толщина стенки зуба.
  • Способ подачи рабочего инструмента относительно оси детали, проходящей доработку.

Например, распространённый промышленный станок модели 5702 предназначен для обтачивания зубцов колёс диаметром до 200 мм, модулем до 6 мм.

Скорость вращения маховика регулируется в диапазоне от 78 до 395 оборотов в минуту, мощность основного привода станка 2,8 кВт.


Зубошевинговальный станок модели 5702

Классификация формы шевера

В операции шевингования зубчатых колёс на станках используется следующий инструмент резки:

  • зубчатая рейка с насечками, инструмент называется реечным;
  • зубчатый диск с режущими кромками, или дисковый шевер;
  • облегающий шевер, применяется в основном для шевингования бочкообразных зубьев;
  • червячный шевер.

Цилиндрические заготовки обтачивают реечным и дисковым инструментом, червячный вид резца применяют для шевингования металла червячных зубчатых колёс.

Виды подачи инструмента

Двигатель станка придаёт рабочее движение резцу, который после зацепления передаёт движение обрабатываемой детали. От вида подачи зависит рабочий ход шевера, скорость и количество проходов обтачивания.

Виды подачи режущего инструмента:


Определение основного времени на зубошевинговальных операциях

  • поперечная подача — режущие кромки движутся перпендикулярно к оси заготовки;
  • продольная подача резца — совпадает с направлением оси детали;
  • тангенциальная подача — заготовка расположена перпендикулярно к оси шевера;
  • диагональная подача инструмента — под углом к оси обрабатываемой детали.

При использовании продольной подачи величина шага хода шевера совпадает с размером зубьев обрабатываемой заготовки. В операции задействованы одни и те же режущие кромки, что приводит к неравномерному износу резца, увеличивает расходы на ремонт оборудования.

Поперечное направление, тангенциальные и диагональные подачи увеличивают ресурс резца, обеспечивают равномерный износ, сокращают ход движения. Время цикла обработки уменьшается, повышается производительность оборудования и общий экономический эффект. Минимальный ход движения инструмент производит при тангенциальной подаче.

Конструкции зубчатых колёс

Металлические Пластмассовые
Кованные Цельнолитые Бандажированные Болтовые Сварные

Зубчатые колёса средних диаметров (De до 500…600 мм) могут выполняться облегченной конструкции коваными

илилитыми .

Кованные зубчатые колёса

В кованных

зубчатых колёсах для облегчения обод соединяется со ступицей при помощи диска с отверстиями. (рис.1а).

Рисунок 1

Цельнолитые зубчатые колёса

Цельнолитые

зубчатые колёса наименее трудоёмкие при изготовлении. По своей несущей способности уступают колёсам с кованным или прокатанным ободом. При больших диаметрах и ширине могут выполняться двухдисковыми. Литые колёса могут быть выполнены с диском (рис.1б) или со спицами (рис.1в). Зубчатые колёса со спицами чрезмерно интенсивно взбалтывают масло, что ухудшает качество смазки и снижает к.п.д. передачи, особенно при крестообразных и двутавровых спицах. Формы сечения спиц литых колёс: эллиптические, тавровые, крестообразные, двутавровые и коробчатые. Спицы эллиптического сечения применяются в малонагруженных передачах, крестообразного и таврового сечения — в средненагруженных, а двутаврового сечения — тяжелонагруженных.

Бандажированные зубчатые колёса

Бандажированные

зубчатые колёса (рисунок 2) применяются в тех случаях, когда от материалов зубьев колеса требуется большая прочность, чем та, которую может дать стальное литьё. В этих колёсах стальной бандаж насаживается на чугунный центр (иногда стальной). Однако вес бандажированного колеса увеличивается по сравнению с литым примерно на 30 %. Бандажи выполняются кованными или прокатываются. При ширине колёс более 500 мм применяются два бандажа.

Бандаж насаживается на центр на горячей посадке. Для предотвращения от проворачивания или сползания бандаж крепится к центру тремя-шестью стопорными винтами. Головки стопорных винтов стачиваются заподлицо при обработке торцов собранного колеса.

Рисунок 2

Зубчатые колёса с болтовым соединением состоят из отдельных обода, ступицы и дисков, соединенных болтами (рисунок 3). Зубчатые колёса с болтовым соединением имеют такую же несущую способность, как и бандажированные, но обладают меньшим весом. Кроме того, при износе зубчатого венца можно производить замену его без смены всего колеса.

Рисунок 3

Сварные колёса

Сварные

колёса применяют при индивидуальном производстве вместо литых. По сравнению с литыми сварные зубчатые колёса имеют меньший вес. Применяться сварные зубчатые колёса могут только в том случае, когда допускается применение материала с относительно невысокими механическими свойствами. Изготавливается сварное колесо из отдельных венца, ступицы и диска. Для устранения возможных смещений венца относительно ступицы при сварке элементы колеса имеют центрирующие расточки. Для придания жесткости колесу к диску привариваются ребра. Окончательную обработку зубчатого колеса и нарезание зубьев рекомендуется производить после сварки колеса. Возможно изготовление обода колеса вальцовкой из полосы со сваркой в стык по впадине между зубьями.

Рисунок 4

Червячные и облегающие шеверы

Облегающие шеверы

Облегающий режущий инструмент отличается от обычного видом контакта зубьев элементов. В процессе обработки шевером сцепление с колесом носит линейный характер, происходит по всей поверхности. Пересечение осей в точке для получения результата не требуется, продольную подачу не применяют.

Облегающие шеверы используют:


Облегающие шеверы

  • для сокращения машинного времени обработки;
  • формирования бочкообразной поверхности зубьев.

Учитывают, что точность шевингования колёс, обработанных облегающим шевером, ниже точности, достигаемой на дисковом инструменте. Ошибки возникают вследствие формы шевера, боковая режущая поверхность которого вогнута. Эвольвентные (выпуклые) режущие поверхности дают большую точность калибровки.

Червячные шеверы

Принцип действия червячного шевера основан на физике червячной передачи.

Червяк, как режущий инструмент, оборудован редкими зубьями небольшого размера с помощью насечки на боковой поверхности.

Вращение червячного резца осуществляют:


Червячные шеверы — схема и описание

  • Круговым направлением, при этом между винтовой боковой поверхностью режущего инструмента и обрабатываемой деталью образуется зазор.
  • Радиальным направлением. В этом случае боковой зазор отсутствует, кромки заготовки и инструмента плотно прилегают друг к другу.

При вращении круговым способом межосевое расстояние червяка и колеса сохраняется постоянным торможением колеса. Размер витков червяка при этом зависит от припусков на обработку.

Рабочее движение радиальным направлением происходит сближением осей колеса и режущих граней. Размер витков насечки равен размеру впадин между зубами детали.

Червяные пары: червячные колеса и червяки

Червячная пара передает вращение по перекрещивающимся (но не пересекающимся, в отличие от конических шестерен) осям.

Червячная пара состоит из червячного колеса и червяка. Червячное колесо изготавливают из антифрикционного материала (чугун, бронза). Часто средняя часть червячного колеса делается из стали, а на нее одевается венец из бронзы (иногда чугуна). Червяк представляет из себя винт с особой «резьбой». Червяки изготавливают не только однозаходными, но и многозаходными (как, например, на рисунках выше).

Изготовление червячных колес и изготовление червяков весьма востребованная операция из-за широкого распространения червячных редукторов, что обусловлено целым рядом достоинств червячных пар:

  • большие передаточные отношения в одной паре и, как следствие, компактность редукторов;
  • часто, удобство компоновки вследствие перекрещивания осей валов;
  • плавность и бесшумность работы;
  • при небольшом угле подъема червяка обладают эффектом самоторможения, являясь необратимыми (нельзя вращать червяк, прикладывая усилие к червячному колесу).

Недостатки червячных пар:

  • повышенные потери на трение и, как следствие:высокие требования к качеству сборки;
    • невысокий КПД;
    • тепловыделение;
    • высокий износ;
  • склонность к заеданию;
  • меньший ресурс червячного редуктора.

Материалы зубчатых колёс и их обработка

При выборе материалов для зубчатых колёс необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, стойкость поверхностных слоёв зубьев и сопротивление заеданиям. Основными материалами являются термически обрабатываемые стали, закаливаемые до высокой твёрдости. В настоящее время применяются поверхностные термические и химико-термические методы упрочнения: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование. Поверхностную закалку применяют в основном с нагревом ТВЧ. Ранее основным видом термообработки являлась объёмная закалка.

Стали в нормализованном состоянии

для обоих сопряженных зубчатых колёс применяют только во вспомогательных механизмах, например в механизмах ручного управления. Основные материалы — среднеуглеродистыестали 40,45, 50 . Для повышения стойкости против заедания следует шестерни и колёса изготовлять из разных материалов. Высоколегированные мартенситостареющие стали обладают высокой твёрдостью после старения, происходящего без коробления. Для них отпадает необходимость шлифования.

Стальное литьё

применяют для колёс больших диаметров. Основные материалы — литейные среднеуглеродистые стали 35Л…50Л, а также литейные марганцовистые и низколегированные стали40ХЛ, 30ХГСЛ, 50ГЛ и др. Литые колёса подвергают преимущественно нормализации.

Чугуны

применяют для тихоходных, преимущественно крупногабаритных передач. Чугуны относительно хорошо сопротивляются заеданиям, поэтому они могут работать при скудной смазке. Прочность обычных серых чугунов на изгиб значительно меньше, чем сталей. Применяют чугуныСЧ20…СЧ35 , а также высокопрочные магниевые чугуны с шаровидным графитом. Колёса из высокопрочных чугунов должны работать с твёрдыми шестернями.

Пластмассовые

зубчатые колёса в паре с металлическими применяют в слабонагруженных передачах для обеспечения бесшумности, или самосмазываемости, или химической стойкости. Стальные колёса целесообразно закаливать до 45 HRC и шлифовать или перед закалкой шевинговать. Применяются пластмассы:текстолит (ПТ и ПТК) и древесно-слоистые пластики (ДСП-Г) .

Достоинства и недостатки

Особенностью червячной передачи является наличие тормозящего момента и большой интервал передаточных чисел и крутящего момента. К положительным характеристикам относятся:

  • передаточное число в пределах 8–100;
  • работает тихо;
  • начало вращения и остановка происходят плавно;
  • высокая точность перемещений;
  • возможность смещения на малую величину;
  • компактность узла;
  • самотормозящая передача.

Передача движения в паре червяк и червячное колесо возможна только в одном направлении. При попытке ведомой детали провернуться, возникает тормозящий момент. Это используют в приводе поворота и подъемных механизмах.

Основной недостаток в потерях мощности, связанных с большим трением. Это приводит к быстрому износу деталей, особенно колеса. К недостаткам относятся:

  • низкий КПД;
  • трение;
  • сильный нагрев;
  • изготовление венца из дорогих материалов;
  • частое заедание;
  • быстрое изнашивание;
  • постоянная регулировка зацепления подтягиванием червяка;
  • сложное изготовление.

Червячное зацепление требует высокой точности изготовления винтового зацепления и чистоты обработки. Передача не переносит попадание в рабочую зону пыли и другого мусора. Требует интенсивной смазки и охлаждения.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации