Изготовление зубчатых шестерен

Реечная передача (кремальера)[ | ]

Реечная передача (кремальера) Система Романа Абта (нем. Roman Abt), применяется в зубчатой железной дороге Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.

Зубчатая рейка представляет собой часть колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Поэтому делительная окружность, а также окружности вершин и впадин превращаются в параллельные прямые линии. Эвольвентный профиль рейки также принимает прямолинейное очертание. Такое свойство эвольвенты оказалось наиболее ценным при изготовлении зубчатых колёс.

Также реечная передача применяется в зубчатой железной дороге.

Цевочная передача Коронная шестерня

Расчет параметров колеса и шестерни косозубой передачи.

Переходим к примеру с косозубой передачей и повторяем все действия, которые мы делали в предыдущем разделе.

Измерить угол наклона зубьев с необходимой точностью при помощи угломера или транспортира практически очень сложно

Я обычно прокатывал колесо и шестерню по листу бумаги и затем по отпечаткам транспортиром делительной головки кульмана производил предварительные измерения с точностью в градус или больше… В представленном ниже примере я намерил: βa1=19° иβa2=17,5°.Еще раз обращаю внимание, что углы наклона зубьев на цилиндре вершинβa1иβa2– это не угол β, участвующий во всех основных расчетах передачи!!! Уголβ – это угол наклона зубьев на цилиндре делительного диаметра (для передачи без смещения)

Ввиду малости значений рассчитанных коэффициентов смещения уместно предположить, что передача была выполнена без смещения производящих контуров шестерни и зубчатого колеса.

Воспользуемся сервисом Excel «Подбор параметра». Подробно и с картинками об этом сервисе я в свое время написал здесь.

Выбираем в главном меню Excel «Сервис» — «Подбор параметра» и в выпавшем окне заполняем:

Установить в ячейке: $D$33

Значение:

Изменяя значение ячейки: $D$22

И нажимаем OK.

Получаем результат β=17,1462°,xΣ(d)=0,x1=0,003≈0,x2=-0,003≈0!

Передача, скорее всего, была выполнена без смещения, модуль зубчатого колеса и шестерни, а также угол наклона зубьев мы определили, можно делать чертежи!

Заказать изготовление шестерен в ООО Завод Спецстанмаш

ООО Завод Спецстанмаш выполняет изготовление шестерней по индивидуальным чертежам или образцам заказчика.

Мы предлагаем уникальную услугу – выезд наших мастеров и инженеров на Ваше предприятие с целью произведения всех необходимых замеров, если у Вас отсутствует возможность предоставить наглядный материал.

Наш завод осуществляет изготовление шестеренок исключительно высочайшего качества с соблюдением всех Ваших требований. Предприятие оснащено прогрессивной, высокоточной техникой, что позволяет нам выполнять работы любой сложности и различных объемов, соблюдая при этом все запросы заказчиков. При изготовлении изделий любых размеров мы основываемся на требования чертежей, а при их отсутствии (если предоставлены только образцы) – на соответствующие справочники и ГОСТы, а также учитываем назначение деталей, условия эксплуатации, производим замеры твердости, при необходимости – химический анализ материала. Если требования чертежа являются явно завышенными или заниженными (не соответствуют общему характеру и назначению детали или условиям эксплуатации), то с согласия клиента вносятся соответствующие коррективы – это экономит деньги и время изготовления, либо продлевает срок эксплуатации деталей.

Доставка изделий производится по территории всей России: по Москве и европейской части страны – в течение трех дней, в населенные пункты Сибири и Дальнего Востока – не более десяти дней.

Кроме того, мы выполняем изготовление шестерен с питчевым модулем (нестандартным зубом): 1,01; 1,59; 2,02; 3,17 и др. Данные изделия предназначены для погрузчиков, полиграфических машин и другого зарубежного оборудования.

Порядок работы

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

• 5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
• ≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
• ≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d₂ — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z₂ – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b₂ – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z₁ – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; a_w – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Формула расчета параметров прямозубой передачи

Чтобы определить параметры прямозубой шестеренки, потребуется выполнить некоторые предварительные вычисления. Длина начальной окружности равна π×D, где D — ее диаметр.

Шаг зацепления t – это расстояние между смежными зубами, измеренное по начальной окружности. Если это расстояние умножить на число зубов z, то мы должны получить ее длину:

π×D=t× z,

проведя преобразование, получим:

Если разделить шаг на число пи, мы получим коэффициент, постоянный для данной детали зубчатой передачи. Он и называется модулем зацепления m.

размерность модуля шестерни — миллиметры. Если подставить его в предыдущее выражение, то получится:

выполнив преобразование, находим:

Отсюда вытекает физический смысл модуля зацепления: он представляет собой длину дуги начальной окружности, соответствующей одному зубцу колеса. Диаметр окружности выступов D e получается равным

где h’- высота головки.

Высоту головки приравнивают к m:

Проведя математические преобразования с подстановкой, получим:

De=m×z+2m = m(z+2),

откуда вытекает:

Диаметр окружности впадин D i соответствует D e за вычетом двух высот основания зубца:

где h“- высота ножки зубца.

Для колес цилиндрического типа h“ приравнивают к значению в 1,25m:

Выполнив подстановку в правой части равенства, имеем:

D i = m×z-2×1,25m = m×z-2,5m;

что соответствует формуле:

D i = m(z-2,5m).

Полная высота:

и если выполнить подстановку, то получим:

h = 1m+1,25m=2,25m.

Иначе говоря, головка и ножка зубца относятся друг к другу по высоте как 1:1,25.

Следующий важный размер, толщину зубца s принимают приблизительно равной:

• для отлитых зубцов: 1,53m:
• для выполненных путем фрезерования-1,57m, или 0,5×t

Поскольку шаг t приравнивается к суммарной толщине зубца s и впадины s в, получаем формулы для ширины впадины

• для отлитых зубцов: s в =πm-1,53m=1,61m:
• для выполненных путем фрезерования- s в = πm-1,57m = 1,57m

Характеристики конструкции оставшейся части зубчатой детали определяются следующими факторами:

• усилия, прикладываемые к детали при эксплуатации;
• конфигурация деталей, взаимодействующих с ней.

Детальные методики исчисления этих параметров приводятся в таких ВУЗовских курсах, как «Детали машин» и других. Модуль шестерни широко используется и в них как один из основных параметров.

Для отображения шестеренок методами инженерной графики используются упрощенные формулы. В инженерных справочниках и государственных стандартов можно найти значения характеристик, рассчитанные для типовых размеров зубчатых колес.

Ошибки при проектировании зубчатых колёс

Зуб, подрезанный у основания Подрезание зуба

Подрезание зуба

Согласно свойствам эвольвентного зацепления, прямолинейная часть исходного производящего контура зубчатой рейки и эвольвентная часть профиля зуба нарезаемого колеса касаются только на линии станочного зацепления. За пределами этой линии исходный производящий контур пересекает эвольвентный профиль зуба колеса, что приводит к подрезанию зуба у основания, а впадина между зубьями нарезаемого колеса получается более широкой. Подрезание уменьшает эвольвентную часть профиля зуба (что приводит к сокращению продолжительности зацепления каждой пары зубьев проектируемой передачи) и ослабляет зуб в его опасном сечении. Поэтому подрезание недопустимо. Чтобы подрезания не происходило, на конструкцию колеса накладываются геометрические ограничения, из которых определяется минимальное число зубьев, при котором они не будут подрезаны. Для стандартного инструмента это число равняется 17. Также подрезания можно избежать, применив способ изготовления зубчатых колёс, отличный от способа обкатки. Однако и в этом случае условия минимального числа зубьев нужно обязательно соблюдать, иначе впадины между зубьями меньшего колеса получатся столь тесными, что зубьям большего колеса изготовленной передачи будет недостаточно места для их движения и передача заклинится.

Заострение зуба

Для уменьшения габаритных размеров зубчатых передач колёса следует проектировать с малым числом зубьев. Поэтому при числе зубьев меньше 17, чтобы не происходило подрезания, колёса должны быть изготовлены со смещением инструмента — увеличением расстояния между инструментом и заготовкой (коррегированные

зубчатые колеса).

Заострение зуба

Компьютерная модель зубчатой передачи (см. нанотехнологии) При увеличении смещения инструмента толщина зуба будет уменьшаться. Это приводит к заострению зубьев. Опасность заострения особенно велика у колёс с малым числом зубьев (менее 17). Для предотвращения скалывания вершины заострённого зуба смещение инструмента ограничивают сверху.

Основные способы изготовления

Заготовки для рассматриваемых изделий получаются методом ковки или литьем, в некоторых случаях при применении технологии резания. Технологический процесс изготовления зубчатого колеса довольно сложен, так как нужно получить рабочую поверхность сложной формы с определенными геометрическими параметрами. Проводится нарезание косозубых колес и других изделий при использовании двух основных технологий:

1. Метод копирования предусматривает фрезерование, при котором прорез между впадинами зубьев образуются при применении, дисковых, модульных или концевых фрез. После образования каждой впадины заготовка поворачивается ровно на один зуб. Сред особенностей подобной технологии можно отметить то, что форма применяемого режущего инструмента повторяет форму впадины.
2. Метод обкатки сегодня встречается намного чаще. В этом случае механическая обработка предусматривает имитирование зацепления зубчатой пары, одним элементом которой становится червячная фреза. При изготовлении инструмента используется металл повышенной прочности, за счет чего и происходит резка. Обработка методом копирования предусматривает применение не только червячной фрезы, но также и долбяка и гребенки.

Довольно большое распространение получили червячные фрезы. Подобный инструмент представлен рейкой, на момент работы заготовка вращается вокруг своей оси. Применяется инструмент для изготовления исключительно шестерен с внешним расположением зубьев.

Технология накатывания используется для получения больших зубчатых колес, а также крупных партий. В подобном случае проводится горячее накатывание, за счет нагрева степень обрабатываемости материала повышается. Венец получается методом выдавливания. Для существенного повышения точности может проводится механическая обработка.

Изготовление вал шестерней также должно проводится с учетом условий эксплуатации. На этот элемент оказывается высокая нагрузка, поэтому в качестве основы применяется заготовка из каленой стали высокой прочности. Шестерня зубчатая, изготовление которой проводится с учетом диаметра вала, насаживается методом прессования, фиксация обеспечивается шпонкой.

Конструкция зубчатого колеса

Встречается просто огромное количество разновидностей шестерен, все они характеризуются своими определенными особенностями. Среди конструкционных особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении цилиндрических и конических шестерен с прямым зубом рабочая часть создается заодно целое с валом. Это связано с тем, что размеры конструкции существенно уменьшаются. За счет создания такой конструкции можно получить деталь с высокой точностью и износостойкостью.
2. Встречаются и шестерни насадного типа. Они весьма распространены в случае, когда диаметр рабочей части большой. За счет установки насадного варианта исполнения есть возможность проводить обслуживание конструкции.
3. При диаметре менее 500 мм изделие получается методом ковки и отливки, а также при применении технологии сварки. Вариант исполнения более 500 мм изготавливаются методов отливки и сварки.
4. Клепанные или свертные колеса могут устанавливаться в случае, если есть необходимости в экономии используемого материала.

Конструктивными особенностями подобного варианта исполнения можно назвать:

1. В качестве заготовки применяется диск определенной толщины.
2. В центральной части есть посадочное отверстие с прорезью для шпонки. Как правило, оно имеет достаточно большую кайму.
3. Рабочая часть представлена зубьями, которые могут быть расположены прямо или под углом. При этом геометрия зуба может существенно отличаться, все зависит от области эксплуатации.

Изготовление цилиндрических зубчатых колес проводится при применении специального оборудования. Примером можно назвать зубонарезные станки, которые работают по методу обкатки. Стоит учитывать, что процесс изготовления конических зубчатых колес существенно отличается.

Изготовление шестерен и зубчатых колес в Самаре

Изготовление зубчатых колес – сложный многооперационный процесс, требующий применения специального оборудования. Специфика выполнения операций подразумевает комплексный подход, ведь все этапы, из которых состоит изготовление зубчатых колес, тесно взаимосвязаны, начиная с проектирования и заканчивая техническим контролем готового изделия. Именно от качества выполнения отдельных операций зависит надежная и безопасная работа зубчатого колеса и срок его эксплуатации. Только в заводских условиях возможно точное соблюдение всех параметров производственного процесса.

В соответствии с конструктивными особенностями зубчатые колеса могут быть:

• коническими:
  • венцовыми;
  • со ступицей;
  • с валиком;
• цилиндрическими:
  • одновенцовыми;
  • многовенцовыми.

Цилиндрические зубчатые колеса изготавливаются:

• с косыми зубьями;
• с прямыми зубьями;
• с шевронными зубьями.

Для плавного и надежного зацепления зубчатое колесо должно иметь не менее 6 зубьев – шестерня. В обиходе это название закрепилось для всех зубчатых колес.

Изготовление шестерен осуществляется из:

• углеродистых сталей;
• хромистых сталей;
• легированных сталей (для высоконагруженных шестерен);
• некоторых марок чугуна.

Производство зубчатых колес начинается с формирования заготовки. Форма, размер будущего колеса и материал изготовления определяют метод его изготовления. Наиболее экономными и менее затратными являются холодная и горячая штамповка, горячая высадка, литье, горячая накатка, вырубка, порошковая металлургия.

Следующий этап изготовления шестерен – нарезка зубьев на заготовке обкаткой или копированием. Ввиду низкой производительности и погрешностей при нарезке методом копирования, в крупносерийном производстве предпочтение отдается методу обкатки. Нарезка обкаткой может выполняться долбяком, червячной фрезой, зубчатыми валками, резцом на зубострогальных, зубодолбежных и универсально-фрезерных станках. Технические характеристики станков позволяют нарезать внутренние и наружные зубья колес, прямые и косые зубья с открытым и закрытым венцом, зубчатые рейки.

При изготовлении шестерен крупных и средних размеров нарезка зубьев производится после запрессовки заготовки вместе с валом. После нарезки зубьев выполняется притирка поверхности на зубопритирочных станках и закалка ТВЧ или в специальных закалочных печах и шлифовка.

Зубошлифование и зубохонингование – операции финишной обработки в производстве шестерен, предназначенные для формирования окончательного вида поверхности изделий. При необходимости на зубчатых колесах нарезают шпоночные канавки или шлицы. Точная нарезка, шлифование и притирка конических зубьев колес, наиболее сложного и трудоемкого процесса, выполняется на специальном оборудовании с ЧПУ.

Для контроля соответствия параметров шестерен применяются специальные приборы: кромочные и оптические штангензубомеры. Из-за высоких требований к качеству изделий производство зубчатых колес может осуществляться с цементацией их рабочих поверхностей. Благодаря цементации достигается необходимая степень упрочнения изделий и регулируется степень их деформации.

Российские предприятия, представленные в каталоге, оснащены современным высококлассным оборудованием известных зарубежных марок, которое позволяет предлагать качественное изготовление шестерен в Самаре любых партий. Автоматизация производства способствует повышению производительности и снижению себестоимости изделий. Изготовление зубчатых колес осуществляется в соответствии с ГОСТами и ОСТами. Производство шестерен может выполняться по чертежам или образцам заказчика.

Удобная система поиска на сайте позволит быстро и без особых усилий найти предприятие, предлагающее профессиональное изготовление зубчатых колес в Самаре.

Анализ спроектированного зацепления

Наиболее важной задачей в оценке зацепления, конечно, является проверка на отсутствие зарезов. Для ее решения был использован режим анализа кинематики механизма, который дал возможность смоделировать реальное зацепление. Аналитические возможности Pro/ENGINEER позволяют обнаруживать возможные взаимные пересечения компонентов механизма при их движении

Соответственно отсутствие таких пересечений при проведении анализа дает полную уверенность в отсутствии зарезов в реальном зацеплении

Аналитические возможности Pro/ENGINEER позволяют обнаруживать возможные взаимные пересечения компонентов механизма при их движении. Соответственно отсутствие таких пересечений при проведении анализа дает полную уверенность в отсутствии зарезов в реальном зацеплении.

Убедившись на моделировании зацепления, что данную зубчатую пару не заклинит, можно было приступать к оценке пятна контакта. Для этого колеса были смещены друг относительно друга на определенный градус, что обеспечило взаимопроникновение — аналогично применению метода с краской. В процессе последующего анализа в механизме по характеру перемещения области взаимопроникновения можно было сделать вывод о пятне контакта (рис. 4).

Рис. 4. Перемещение зоны контакта и моделирующее пятно контакта

Выполненная в рамках проекта работа не ограничивалась проектированием только конкретной пары колес. Разработанная методика может применяться для быстрой генерации моделей зубчатых колес такого же типа (с конической круговой линией зуба), но с другими параметрами (рис. 5).

Рис. 5. Модель готовой зубчатой пары

Изготовление шестерней на заказ

Производство шестерней на заказ возможно по собственным чертежам заказчика, с указанием желаемой формы, модуля, количества зубцов и степени точности. После изучения предоставленной чертёжной и проектной документации, производится подготовка заготовок и настройка оборудования. После непосредственного процесса изготовления зубчатых колёс, они испытываются и сертифицируются.

Возможно изготовление шестерни по образцу новой или бывшей в употреблении детали. И это не только мелко, средне или крупносерийное производство шестерней, но и выпуск единичной продукции, например, для замены отработанных зубчатых колёс в механизме на производстве.

Стоимость процесса производства шестерней рассчитывается индивидуально для каждого заказчика и зависит от количества и вида необходимых деталей, используемого металла и сложности работ. Современное оборудование с ЧПУ даёт возможность воспроизвести типовую модель или сделать уникальное изделие. Оно имеет высокую точность производственного процесса, в следствие исключения «человеческого фактора», минимизирует брак и издержки.

Необходимые инструменты

Для проведения рассматриваемой процедуры требуется специальный режущий инструмент, которые позволяет проводить снятие требуемого количества материала. Довольно большое распространение получили следующие:

1. Если изготовление зубчатых колес проводится при применении технологии обкатки, то требуется эвольвентное зубчатое колесо, изготавливаемое при применении твердого и износостойкого материала.
2. Нарезка зубьев методом копирования проводится червячной фрезой. Она характеризуется определенной геометрией, которая позволяет получить впадины с заданными параметрами.

Также может устанавливаться пальцевая модульная фреза, которая устанавливается в специальном фрезеровальном оборудовании. Можно приобрести модульные фрезы для нарезания зубчатых колес, изготавливаемые при применении износостойких материалов.

Конструкция зубчатого колеса

Встречается просто огромное количество разновидностей шестерен, все они характеризуются своими определенными особенностями. Среди конструкционных особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении цилиндрических и конических шестерен с прямым зубом рабочая часть создается заодно целое с валом. Это связано с тем, что размеры конструкции существенно уменьшаются. За счет создания такой конструкции можно получить деталь с высокой точностью и износостойкостью.
2. Встречаются и шестерни насадного типа. Они весьма распространены в случае, когда диаметр рабочей части большой. За счет установки насадного варианта исполнения есть возможность проводить обслуживание конструкции.
3. При диаметре менее 500 мм изделие получается методом ковки и отливки, а также при применении технологии сварки. Вариант исполнения более 500 мм изготавливаются методов отливки и сварки.
4. Клепанные или свертные колеса могут устанавливаться в случае, если есть необходимости в экономии используемого материала.

Конструктивными особенностями подобного варианта исполнения можно назвать:

1. В качестве заготовки применяется диск определенной толщины.
2. В центральной части есть посадочное отверстие с прорезью для шпонки. Как правило, оно имеет достаточно большую кайму.
3. Рабочая часть представлена зубьями, которые могут быть расположены прямо или под углом. При этом геометрия зуба может существенно отличаться, все зависит от области эксплуатации.