Зубчатое колесо способ изготовления

Виды зубчатых колес и процесс их изготовления

Производство зубчатых колес — одна из самых сложных областей машиностроения, которая требует высокой культуры производства и специальных знаний в области теории зубчатых колес, обработки металлов резанием, науки о металлах и технологии машиностроения. Кроме того, расчет зубчатого колеса должен проводиться по ГОСТ. Обработка металла — профиль нашей компании. Выполняет заказы любой сложности!

Конструкции зубчатых колес

Составляющие зубчатого колеса: зубчатая ​​коронка, которая передает движение, подшипника, на котором соединяется вал (двигателя или другой части механизма), и перегородки между ними.

Наружный диаметр зубчатого колеса равняется диаметру делительной окружности плюс высота двух головок зуба. Размеры зубчатого колеса могут сильно варьироваться. Объекты больших размеров обычно состоят из отдельных секций. Длина зубчатого колеса определяется расстоянием между разноименными сторонам одной впадины. Это основные параметры зубчатого колеса.

В соответствии с назначением, размерами и технологиями получения заготовки зубчатые колеса могут иметь различную конструкцию:

1. Насадные шестерни используются при больших диаметрах и когда они должны перемещаться вдоль вала.
2. Цилиндрические и конические шестерни заодно целое с валом. Это связано с малыми размерами шестерен и с тем, что раздельное изготовление уменьшает точность и поднимает стоимость производства вследствие увеличения числа посадочных поверхностей.

Виды зубчатых колес также включают колеса в виде узлов, которые образуются сборкой отдельных частей.

Типы зубчатых колес подразделяются на 3 категории по направлению монтажных валов. Шестерни, включающие две оси, которые параллельны друг другу, называются шестернями с параллельными осями. Для передачи вращения и мощности по параллельной оси обычно используются цилиндрические, косозубые и внутренние зубчатые передачи. Шестерни, в которых две оси пересекаются в одной точке, называются шестернями с пересекающимися осями; общие применения включают вращение и передачу мощности конических шестерен. Шестерни с линейным движением классифицируются как шестерни с параллельной осью. Шестерни с двумя осями, которые не пересекаются или параллельны, называются шестернями с непараллельными и непересекающимися осями.

Способы изготовления зубчатых колес

В сфере производства сменных зубчатых колес очень важно выбрать наиболее эффективный и точный метод обработки и инструмент для зубчатых колес.

Тщательная подготовка к стадии закалки дает относительно простую операцию точения твердой детали с последующей жесткой обработкой шестерен. При точении твердых деталей важна хорошая чистовая обработка поверхности.

Процесс обработки зубчатых колес существенно изменится из-за электронной мобильности, новой конструкции трансмиссии и необходимости быть одновременно гибким и производительным. Основное внимание будет уделено обычным традиционным зубчатым станкам, и вместо этого нормой станет многозадачная обработка зубчатых деталей.

Традиционный метод изготовления большого объема зубчатых колес, а именно фрезерование зубчатых колес, требует станков и инструментов, специфичных для производства зубчатых колес и во многих случаях даже для размера самого зубчатого колеса.

Зубофрезерные работы — это процесс изготовления зубчатых колес, при котором зубья зубчатых колес образуются посредством серии надрезов с помощью косозубого режущего инструмента. Фреза и заготовка шестерни вращаются без остановки, пока не будут срезаны все зубья. Зубофрезерование возможно только для внешних шестерен.

1. Сниженная общая стоимость зубчатого колеса по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали.
2. Высокая скорость резания.
3. Увеличенный срок службы инструмента.
4. Никаких дополнительных затрат.

Нарезание

Во время производственного процесса зубчатое колесо нарезается. Это процесс механической обработки для создания зубчатого колеса. Методы нарезания зубчатых колес включают: протяжку, зубофрезеровку, фрезерование, формовку и шлифование.

Протяжка в основном используется для изготовления шлицевых или очень больших шестерен. Следующий этап – зубофрезерование. Для этого используется специальное оборудование, называемое фрезерным станком. Этот процесс позволяет производить множество типов зубчатых колес, включая прямозубые, шлицевые, червячные и косозубые.

Другой процесс зубонарезания — это фрезерование, которое является не только одним из начальных процессов, но и одной из самых важных методик. Здесь используется фрезерный станок и фасонная фреза, которая пропускается через заготовку зубчатого колеса, чтобы сформировать зазор между зубьями. Одним из основных преимуществ зубофрезерования является то, что с его помощью можно изготавливать зубчатые колеса практически любого типа.

Наконец, есть процесс чистовой обработки и шлифования, когда нарезанное зубчатое колесо завершается притиркой, стружкой, полировкой, хонингованием или шлифованием.

Точное нарезание позволяет производить высококачественные зубчатые колеса для сельскохозяйственной, автомобильной, производственной и других отраслей.

Накатывание

Это способ создания зубьев колеса пластическим деформированием, который проводится с помощью специального инструмента при взаимном обкатывании его с заготовкой.

Отделка зубьев

Неточности размеров и образовавшаяся шероховатая поверхность становятся источником большого количества шума, чрезмерного износа, люфта между парой шестерен в зацеплении. Все это приводит к потере передаваемой мощности и неправильному соотношению скоростей. Поэтому рекомендуется проводить чистовую обработку выпускаемых зубчатых колес. Подготовленное зубчатое колесо подвергается различным процессам закалки. Так что должны быть выполнены отделочные операции. Обычно используемые операции чистовой обработки зубчатых колес:

1. Полировка зубчатых колес.
2. Зубошлифование.
3. Притирка шестерен.
4. Зубчатое хонингование.

От этих операций также зависит прочность зубчатого колеса.

В зависимости от используемого материала и применяемой процедуры шестерни могут быть прочными, термостойкими, твердыми и долговечными. Важно заметить, что шестерни производятся различными способами, поэтому не существует единого «процесса», который можно было бы использовать для описания создания всех шестерен.

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Источник

Краткие сведения о методах изготовления зубчатых колес, их конструкциях, материалах

Существуют следующие способы изготовления зубчатых колес (обра­ботки зубьев):

— литье (без последующей механической обработки зубьев), для совре­менных машин этот способ применяют редко;

— накатка зубьев на заготовке (также без последующей их обработки);

— нарезание зубьев (т. е. зубья получаются в процессе механической обработки заготовки).

Способ изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от их на­значения и по технологическим соображениям.

Для отдельных конструкций машин в массовом производстве применя­ют способ накатки зубьев. Возможны также штамповка, протягивание и. т. д. В этом случае форма инструмента повторяет очертания впадины зубьев). В большинстве же случаев зубчатые колеса изготовляют наре­занием.

Зубья нарезают, как правило, методами копирования и обкатки. Ко­пирование заключается в прорезании впадин между зубьями с помощью тисковой (рис. 2) или пальцевой (рис. 3) фрезы.

Рис. 2. Нарезание зубьев методом ко­пирования дисковой фрезой

Рис. 3. Нарезание зубьев пальцевой фрезой

Обработка зубьев по методу обкатки производится инструментами очертаниями, отличными от очертаний нарезаемых зубьев, долбяком (рис.4 — зуб наружного зацепления, рис.5 — зуб внутреннего зацепления), червячной фрезой (рис.6) или инструментальной рейкой (рис.7):

Достоинством метода обкатки (огибания) является то, что он позволяет одним и тем же инструментом изготовлять колеса с зубьями различное формы. Изменяя относительное расположение инструмента и заготовки на станке, можно получать зубья различной формы и толщины (передачи со смещением).

Обкатка по сравнению со способом копирования обеспечивает боль­шую точность и производительность.

Рис.4. Нарезание зубьев на­ружного зацепления.

Рис.5. Нарезание зубьев внутреннего зацепления

Рис.6. Нарезание зубьев червячной фрезой

Рис.7. Нарезание зубьев инструментальной рейкой

Рис.8. Нарезание зубьев конического колеса

Для достижения высокой точности и малой шероховатости поверхности зубьев после нарезания производится их отделка.

Способы отделки зубьев:

— шлифование — производится методом копирования или обкатки шлифовальным кругом;

— шевингование — выполняется специальным инструментом шевер-шестерней или шевер-рейкой (обкатывая обрабатываемое коле­со, шевер отделывает зубья до требуемых точности и шероховатости поверхности);

— притирка — производится с помощью специального чугунного колеса (притира), находящегося в зацеплении с обрабатываемым колесом.

В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые (рис.9), кованые или штампованные, изготовлен­ные механической обработкой (рис. 10), сварные (рис.11).

Рис. 9. Литое зубча­тое колесо

Рис. 10. Кованое или штампованное

Рис. 11. Сварное зубчатое колесо колесо, механически обработанное

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 12) называют валом-шестерней. В ос­тальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после чего наса­живается на вал.

Рис. 12. Вал-шестерня

Колеса диаметром меньше 400 мм имеют форму диска с выточками (см. рис.9) или без выточек. Чаще всего эти колеса изготовляют из поко­вок. Колеса диаметром более 400-500 мм изготовляют со спицами (рис.13) различного сечения.

Рис. 13. Зубчатое колесо со спицами

При конструировании колеса наиболее важным требованием является его жесткость. Основные соотношения элементов зубчатых колес в зависи­мости от их конструкции приведены в специальных справочниках.

Для экономии высокопрочных дорогостоящих материалов изготовляют сборные конструкции — бандажированные колеса (рис. 14). В этом слу­чае зубчатый венец колеса изготовляют из качественной стали, а централь­ную часть делают из менее дорогого материала (например, чугуна).

Рис. 14. Зубчатый венец бандажированного колеса

Для изготовления зубчатых колес применяют следующие материалы:

— сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст5, Ст6; качест­венную сталь марок 35, 40, 45, 50, 55; легированную сталь марок 12ХНЗА, 30ХГС, 40Х, 35Х, 40ХН, 50Г; сталь 35Л, 45Л, 55Л;

— серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ40, высокока­чественный чугун марок ВЧ50-2, ВЧ45-5;

— неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1, лигнофоль, бакелит, капрон и др.).

Практикой эксплуатации и специальными исследованиями установлено, что нагрузка, допускаемая по контактной про­чности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Высокую твердость в сочетании с другими характеристиками, а следовательно, малые габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из сталей, подвер­гнутых термообработке. Сталь в настоящее время — основной материал для изготовления зубчатых колес и в особенности для зубчатых колес высоконагруженных передач (табл.1).

Таблица 1. Механические свойства сталей

Марка стали	Термообработка	Толщина или диаметр, мм	Твердость	, МПа	, МПа
поверхности (НВ) или HRC	сердцевины (НВ) или HRC
Ст. 5	Горячекатанный	—	—	—	500…640	260…
нормализация улучшение улучшение и закалка объем	Любая 80/125 50/80 до (20) 50	—	180 – 206 235 – 262 268 – 302 230 — 260	820 (920)	640 (730)
20Х	Нормализ. Ц. 3.0.200 0 С	До 100 До 60	56…60	— —
18Х ГТ	Ц. 3.0.200 0 С Ц. 3.0.180 0 С	Образцы до 160	— 58…62	— > (240)
25Х ГТ	Ц. 3.0.200 0 С Ц. 3.0.190 0 С	Образцы до 40	— 58…62	— 30…45	—	—
12ХНЗА	Ц. 3.0.180 0 С Ц. 3.0.200 0 С	до 100	58…63 56…62	(300) (250)
25Х ГМ	Н. 3.0.200 0 С Ц. 3.0.190 0 С	Образцы 40…75	— 58…61	— > (250)	—	—
40Х	Нормализа. улучшение Улучшение У+3 ТВЧ 3.0.560 0 С 3.0.200 0 С	до 100 до 200 до 125 до 125 до 20	(170…220) — — 45…50 — —	— (235…260) (270…300) (270…300) — > 46
40Х Н	Нормализ. улучшение Улучшение 3. 0. 650 0 С 3. 0. 170 0 С 3. 0. 220 0 С	до 700 200/315 125/200 до 40 до 500	— — — — > 46 48…54	— — (270…300) — — —	—	—
35ХГСА	3. 0. 650 0 С 3. 0. 240 0 С 3. ТВЧ 0. 200 0 С	до 100 до 30 до 100	— 44…52 > 48	(250…300) > 44 —	—	—
38Х2МЮА	3. 0. 640 0 С Азотирован.	—	— 850…1000	— —	—	—

Твердость	Материал	Замечания
Улучшение (закалка до малой твердости)	НB =260-300	Ст.40 Ст.45 Cт.40X Ст.45Х и др.	Окончательная на­резка зубьев после термообработки во избежание коробления
Закалка	HRC =40-50	Ст.40Х Ст.40ХН и др.	Необходима шлифовка зубьев по профили для устранения ко­робления
Цементация и за­калка	HRC = 56-63	Ст.20Х Ст.18ХГТ Ст.12ХНЗА Ст.20ХНЗА Ст.18ХНЗА	Окончательная обра­ботка зубьев до термообработки. Коробление невелико.
Закалка ТВЧ	НRC = 50-60	Ст. 45 Ст.40Х	Только для крупных шестерен с модулем >8

Важнейшими критериями работоспособности зубчатых колёс приводов являются объёмная прочность зубьев и износостойкость их активных поверхностей. Нагрузочная способность хорошо смазанных поверхностей ограничивается сопротивлением выкрашиванию. Для уменьшения расхода материалов назначают высокую твёрдость трущихся поверхностей.

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев. Повышение твердости в два раза позволяет уменьшить массу редуктора примерно в четыре раза.

В зависимости от твердости (или термообработки) стальные зубчатые, колеса разделяют на две основные группы: твердостью Н 350 НВ — с объемной закалкой, закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием и др. Эти группы различны по технологии, нагрузочной способности и способности к при­работке.

Твердость материала Н H₂ + (10. 15) HB

Технологические преимущества материала при Н 350 НВ (вторая группа материалов) твердость вы­ражается обычно в единицах Роквелла— HRC (1HRC = 10 HB).

Объемная закалка — наиболее простой способ получения высокой твердости зубьев. При этом зуб становится твердым по всему объему. Для объемной закалки используют углеродис­тые и легированные стали со средним содержанием углерода 0,35. 0,5% (стали 45, 40Х, 40ХН и т. д.). Твердость на поверхности зуба 45. 55 HRC.

Недостатки объемной закалки: коробление зубьев и необ­ходимость последующих отделочных операций, понижение изгибной прочности при ударных нагрузках (материал приоб­ретает хрупкость); ограничение размеров заготовок, которые могут воспринимать объемную закалку. Последнее связано с тем, что для получения необходимой твердости при закалке скорость охлаждения не должна быть ниже критической. С увеличением размеров сечений детали скорость охлаждения падает, и если ее значение будет меньше критической, то получается так называемая мягкая закалка. Мягкая закалка дает пониженную твердость.

Поверхностная закалка токами высокой частоты или пламенем ацетиленовой горелки обеспечивает Н = (48. 54) HRC и применима для сравнительно крупных зубьев (m > 5 мм). При малых модулях опасно прокаливание зуба насквозь, что делает зуб хрупким и сопровождается его короблением. При относительно тонком поверхностном закаливании зуб искажа­ется мало. И все же без дополнительных отделочных операций трудно обеспечить степень точности выше 8-й. Закалка ТВЧ требует специального оборудования и строгого соблюдения режимов обработки. Стоимость обработки ТВЧ значительно возрастает с увеличением размеров колес. Для поверхностной закалки используют стали 40Х, 40ХН, 45 и др.

Цементация(насыщение углеродом поверхностного слоя с последующей закалкой) — длительный и дорогой процесс. Однако она обеспечивает очень высокую твердость (58. 63HRC). При закалке после цементации форма зуба искажается, а поэтому требуются отделочные операции. Для цементации применяют низкоуглеродистые стали простые (сталь 15 и 20) и легированные (20Х, 12ХНЗА и др.). Легированные стали обеспечивают повышенную прочность сердцевины и этим предохраняют продавливание хрупкого поверхностного слоя при перегрузках. Глубина цементации около 0,1 . 0,15 от толщины зуба, но не более 1,5. 2 мм.

Нитроцементация — насыщение углеродом в газовой среде. При этом по сравнению с цементацией сокращаются длитель­ность и стоимость процесса,- упрочняется тонкий поверхностный слой (0,3. 0,8 мм) до 60. 63 HRC, коробление уменьшается, что позволяет избавиться от последующего шлифования. Нитроцементация удобна в массовом производстве и получила широкое применение в редукторах общего назначения, в автомобилестро­ении и других отраслях — материалы 25ХГМ, 25ХГТ и др.

Азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом) обеспечивает не меньшую твердость, чем при цементации.

Малая толщина твердого слоя (около 0,1. 0,6 мм) делает зубья чувствительными к перегрузкам и непригодными для работы в условиях повышенного абразивного износа (например, плохая защита от загрязнения). Степень коробления при азотировании мала. Поэтому этот вид термообработки особен­но целесообразно применять в тех случаях, когда трудно выполнить шлифование зубьев (например, колеса с внутренними зубьями). Для азотируемых колес применяют молибденовую сталь 38ХМЮА или ее заменители 38ХВФЮА и 38ХЮА. Заготовку зубчатого колеса, предназначенного для азотирова­ния, подвергают улучшению в целях повышения прочности сердцевины..

При отсутствии абразивного износа целесообразно приме­нять так называемое мягкое азотирование на глубину 10. 15 мкм. Оно значительно проще, обеспечивает минимальное коробление и позволяет получать зубья 7-й степени точности без отделочных операций. Для мягкого азотирования применя­ют улучшенные хромистые стали типа 40Х, 40ХФА, 40Х2НМА.

Как было отмечено, высокая твердость зубьев значительно повышает их контактную прочность. В этих условиях реша­ющей может оказаться не контактная, а изгибная прочность. Для повышения изгибной прочности высокотвердых зубьев рекомендуют проводить упрочнение галтелей путем дробест­руйного наклепа, накатки и т. п.

В зависимости от способа получения заготовки различают литые, кованые, штампованные колеса и колеса, изготовляемые из круглого проката. Стальное литье обладает пониженной прочностью и используется обычно для колес крупных раз­меров, работающих в паре с кованой шестерней.

В зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации, требований к габаритным размерам и квалиметрическим характеристикам, выбирают материалы зубчатых колес и необходимую термообработку.

На практике применяют следующие варианты химико – термической обработки (Т.О.):

Источник