Модуль зубьев зубчатого колеса

Модуль зубьев зубчатого колеса

Запрос «шестерня» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Работа цилиндрической зубчатой передачи

Зубча́тое колесо́

или
шестерня́
[1],
зубчатка
[2] — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.

Обычно термины зубчатое колесо

,
шестерня
,
зубчатка
являются синонимами, но некоторые авторы называют ведущее зубчатое колесо
шестернёй
, а ведомое — колесом[2]. Происхождение слова «шестерня́» доподлинно неизвестно, хотя встречаются предположения о связи с числом «шесть». Л. В. Куркина, однако, выводит термин из слова «шест» (в смысле «ось»)[3].

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования крутящего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому крутящий момент подводится извне, называется ведущим

, а колесо, с которого момент снимается —
ведомым
. Если диаметр ведущего колеса
меньше
, то крутящий момент ведомого колеса
увеличивается
за счёт пропорционального
уменьшения
скорости вращения,
и наоборот
. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем; слева — ведущее, справа — ведомое колесо Шестерённая гидромашина

Содержание

• 1 Цилиндрические зубчатые колёса 1.1 Продольная линия зуба 1.1.1 Прямозубые колёса
• 1.1.2 Косозубые колёса
• 1.1.3 Шевронные колеса

6.1 Метод обката 6.1.1 Метод обката с применением гребёнки

7.1 Подрезание зуба

Цилиндрические прямозубые колеса (КПД

Цилиндрическое зубчатое колесо имеет зубья, расположенные на цилиндрической поверхности. Передачи с ними являются наиболее часто используемыми типами благодаря своей простоте и максимальной эффективности среди всех других. Передаточное число для одной пары u ≤ 12,5. Не рекомендуется для очень высоких нагрузок, так как прямые зубья зубчатого колеса довольно легко ломаются.

Конические зубчатые колёса[ | ]

Конические колёса в приводе затвора плотины Главная передача в заднеприводном автомобиле
Во многих машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют коническую зубчатую передачу. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных главных передачах коробки передач.

Механическое преимущество: крутящий момент против скорости вращения

Зубчатые передачи работают по принципу механического преимущества. Это значит, что с помощью использования шестерен различных диаметров вы можете изменять скорость вращения выходного вала и вращающий момент, развиваемый приводным двигателем.

Любой электродвигатель имеет определенную скорость вращения и соответствующий его мощности крутящий момент. Но, к сожалению, для многих механизмов предлагаемые на рынке и подходящие по стоимости асинхронные двигатели обычно не обладают желаемым соотношением между скоростью и моментом (исключением являются сервоприводы и мотор-редукторы с высоким моментом). Например, вы действительно хотите, чтобы колеса вашего робота-уборщика вращались со скоростью 3000 об/мин при низком крутящем моменте? Нет конечно, поэтому последний зачастую предпочтительнее скорости.

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

Конструкция и параметры зубчатого колеса

Оно содержит венец с зубьями, диск и ступицу. Имеется три наиболее важных его параметра: модуль, диаметр делительной окружности и количество зубьев. Какую же делительную окружность имеет зубчатое колесо? Чертеж цилиндрического колеса с типовыми эвольвентными зубьями показан ниже.

Делительная окружность показана на нем пунктиром. По ней принято определять окружной шаг зубьев p (шаг зацепления), т. е. часть ее длины, приходящуюся на один зуб, и модуль шестерни m – часть диаметра делительной окружности d, приходящуюся на один зуб. Чтобы его вычислить, просто используйте формулу ниже:

Например, зубчатое колесо с 22 зубьями и диаметром 44 мм имеет модуль m = 2 мм. Сцепленные шестерни должны обе иметь один модуль. Значения их стандартизованы, и как раз на делительной окружности модуль данного колеса принимает свое стандартное значение.

Высота головки зуба одного колеса меньше высоты ножки зуба второго, зацепляющегося с ним, благодаря чему образуется радиальный зазор c.

Для обеспечения бокового зазора δ между двумя сцепленными зубьями сумма их толщин принимается меньше их окружного шага p. Радиальный и боковой зазоры предусматриваются для создания необходимых условий смазки, нормальной работы передачи при неизбежных неточностях изготовления и сборки, тепловом увеличении размеров передачи и т. п.

Изготовление зубчатых колёс[ | ]

Метод обката[ | ]

В настоящее время является наиболее технологичным, а поэтому и самым распространённым способом изготовления зубчатых колёс. При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обката с применением гребёнки[ | ]

Нарезание зубчатого колеса на зубофрезерном станке с помощью червячной фрезы Червячная фреза
Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется гребёнкой. На одной стороне гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка. Заготовка накатываемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси. Гребёнка совершает сложные перемещения, состоящие из поступательного движения перпендикулярно оси колеса и возвратно-поступательного движения (на анимации не показано), параллельного оси колеса для снятия стружки по всей ширине его обода. Относительное движение гребёнки и заготовки может быть и иным, например, заготовка может совершать прерывистое сложное движение обката, согласованное с движением резания гребёнки. Заготовка и инструмент движутся на станке друг относительно друга так, как будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Метод обката с применением червячной фрезы[ | ]

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление.

Метод обката с применением долбяка[ | ]

Зубчатые колёса также на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков. Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов. При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг. Таким образом, инструмент и заготовка как бы «обкатываются» друг по другу. После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Литейная форма для бронзового храпового колеса. Китай, династия Хань. (206 до н. э. — 220 н. э.)

Метод копирования (Метод деления)[ | ]

Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один угловой шаг при помощи делительного устройства, операция резания повторяется.

Метод применялся в начале XX века. Недостаток метода состоит в низкой точности: впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание[ | ]

Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определенной глубины заготовки зубонакатным инструментом. При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определенную глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Изготовление конических колёс[ | ]

Деревянная форма для изготовления зубчатого колеса из музея Geararium, 1896 год
Технология изготовления конических колёс теснейшим образом связана с геометрией боковых поверхностей и профилей зубьев. Способ копирования фасонного профиля инструмента для образования профиля на коническом колесе не может быть использован, так как размеры впадины конического колеса изменяются по мере приближения к вершине конуса. В связи с этим такие инструменты, как модульная дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг, можно использовать только для черновой прорезки впадин или для образования впадин колёс не выше восьмой степени точности.

Для нарезания более точных конических колёс используют способ обкатки в станочном зацеплении нарезаемой заготовки с воображаемым производящим колесом. Боковые поверхности производящего колеса образуются за счёт движения режущих кромок инструмента в процессе главного движения резания, обеспечивающего срезание припуска. Преимущественное распространение получили инструменты с прямолинейным лезвием. При прямолинейном главном движении прямолинейное лезвие образует плоскую производящую поверхность. Такая поверхность не может образовать эвольвентную коническую поверхность со сферическими эвольвентными профилями. Получаемые сопряжённые конические поверхности, отличающиеся от эвольвентных поверхностей, называют квазиэвольвентными.

Моделирование[ | ]

Моделирование (продолж. 1м35с) другая версия.

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.

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

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.

Червячные передачи (КПД

Это передача с винтом-червяком на одном валу и червячным колесом на втором, перпендикулярном первому, валу. Они имеют очень высокое передаточное число. В расчетах принимают во внимание то, что у червяка (однозаходного) имеется только один зуб (виток).

Еще одним преимуществом червячной передачи является то, что у нее только одно направление вращения. Это означает, что только приводной двигатель может вращать такую передачу, в то время как сила тяжести или другие сторонние силы не вызовут каких-либо вращений. Это бывает полезно, например, для стопорения груза на высоте.

В геральдике[ | ]

В геральдике зубчатое колесо изображается с прямоугольными зубцами, практически неработоспособными в механизме — такова традиция. В настоящее время изображения зубчатых колес присутствует на следующих гербах:

Фрезерование зубчатых колес

Цилиндрические зубчатые колеса имеют определенные параметры (рис. 115).

Диаметр вершин зубьев da соответствует диаметру наружной окружности, описанной по вершинам зубьев.

Диаметр делительной окружности d определяют по формуле:

где m — модуль зубчатого колеса; z — число зубьев. Диаметр впадин d_ƒ — диаметр окружности, проходящей через основание впадин зубьев. Расстояние между окружностями вершин зубьев и впадин называют высотой зуба h. Высота головки зуба h_a равна расстоянию между делительной окружностью зубчатого колеса и окружностью вершин, а расстояние между окружностями делительной и впадин определяет высоту ножки зуба h_ƒ. Если принять высоту головки зуба h_a=m, то диаметр наружной окружности равен:

d_a = d + 2h_a = d + 2m = mz + 2m = m(z + 2).

Окружной шаг P_t — расстояние между одноименными точками профиля соседних зубьев по дуге делительной окружности.

Все эти параметры, кроме d_a, должны быть обеспечены фрезеровщиком в процессе фрезерования зубчатого колеса. Количественное значение допусков на неточность изготовления зубчатых колес зависит от степени точности (ГОСТ 1643—81).

Следует отметить, что системой допусков (независимо от степени точности изготовления зубчатых колес передачи) предусмотрено шесть видов сопряжений зубчатых колес, определяющих различную величину гарантированного бокового зазора. При изготовлении колес это положение в основном обеспечивается получением зуба требуемой толщины.

Фрезерование зубчатых колес на универсальных фрезерных станках осуществляют методом копирования. Он менее точен и менее производителен по сравнению с методом обкатки, используемым на специальных станках. Поэтому этот метод применяют при отсутствии специального оборудования, а также для предварительной фрезерной обработки зубчатых колес большого диаметра и модуля. Метод копирования распространен в условиях единичного производства и при ремонтных работах. При обработке зубьев в качестве режущего инструмента применяют пальцевые модульные фрезы (на вертикально-фрезерных станках) и дисковые модульные фрезы (на горизонтально-фрезерных станках). Профиль зубьев этих фрез соответствует профилю впадины между зубьями нарезаемого зубчатого колеса.

При одном и том же модуле у эвольвентных колес профиль зуба зависит от числа зубьев колеса. Следовательно, для нарезания колеса с заданным числом зубьев необходима отдельная модульная фреза, обеспечивающая получение профиля, свойственного колесу с данным числом зубьев. Однако для каждого числа зубьев невозможно изготовить отдельную фрезу и поэтому используют ограниченное их число — наборы модульных фрез, которые состоят из 8, 15 и иногда из 26 фрез каждого модуля. Каждая фреза из набора данного модуля предназначена для обработки колес с количеством нарезаемых зубьев в определенном диапазоне. Стандартные наборы из 8 и 15 дисковых модульных фрез приведены в табл. 17.

Фрезерование зубьев у цилиндрического зубчатого колеса выполняется обычно на основании операционного эскиза (рис. 116), дополняемого таблицей (табл. 18).

Для фрезерования зубьев на горизонтально-фрезерном станке согласно операционной карте необходимы следующие принадлежности и инструменты; делительная головка, задняя бабка, поводковый патрон, хомутик, центр к задней бабке делительной головки, оправка требуемого диаметра для закрепления заготовки, фрезерная оправка с набором установочных колец, дисковая модульная фреза требуемого модуля из набора фрез, штангензубомер для контроля толщины зуба, контрольный валик, индикатор, шаблон. При нарезании зубчатого колеса с горизонтальным расположением шпинделя делительной головки оправку устанавливают в центрах делительной головки 1 и задней бабки 6 (рис. 117, а). На конец шпинделя делительной головки надевают поводковый патрон 2, который через хомутик, закрепленный на оправке 5, передает вращательное движение со шпинделя головки на оправку с насаженной на ней заготовкой 3. Фрезу 4 устанавливают в диаметральной плоскости относительно заготовки известным уже способом.

Нарезание зубьев целесообразно выполнять в следующей последовательности:

• Изучить эскиз зубчатого колеса и маршрутную карту; получить необходимый режущий, вспомогательный и мерительный инструмент.
• Установить на фрезерном станке запланированную технологическую оснастку.
• Проверить биение наружной поверхности заготовки.
• В соответствии с числом зубьев нарезаемого колеса подготовить делительную головку для деления на заданное число.
• Установить режущий инструмент и проверить биение зубьев модульной фрезы.
• Установить и закрепить заготовку.
• Установить необходимую частоту вращения шпинделя и подачу.
• Установить упоры автоматического выключения продольной подачи.
• Нажать кнопку «Пуск станка».
• Подвести заготовку к фрезе до касания фрезы наружной поверхности заготовки и зафиксировать на лимбе это положение.
• Установить глубину фрезерования, равную высоте зуба h — 2,2 m, мм.
• Включить систему охлаждения, механическую продольную подачу; после обработки шаблоном проверить профиль впадин. Если необходимо, ввести поправку на глубину фрезерования.
• Отвести стол в исходное положение, отстопорить шпиндель делительной головки и повернуть заготовку на установленное число делений; закрепить шпиндель головки и профрезеровать вторую впадину.
• Проверить штангензубометром толщину зуба по постоянной хорде.
• Произвести фрезерование остальных зубьев зубчатого колеса.
• Проверить заданную длину общей нормали (если это требуется).
• Выключить станок, снять заготовку и предъявить ее контролеру.

При нарезании зубчатого колеса с вертикальным расположением шпинделя делительной головки (рис. 117, б) заготовку 3 устанавливают в патроне 2, закрепленном на шпинделе делительной головки 1. Нарезание зубьев осуществляют при вертикальной подаче стола фрезерного станка.

Наша компания принимает заказы на фрезерную обработку, чтобы сделать заказ или получить информацию по интересующим вопросам, свяжитесь с менеджерами нашей компании по телефонам +7 967 780 43 30, +7 917 856 82 24, по электронной почте info@inmet16.ru или отправьте сообщение через форму обратной связи.

Рис 115. Параметры цилиндрического прямозубого зубчатого колеса.

Рис. 116. Операционный эскиз для нарезания цилиндрического зубчатого колеса

Рис. 117. Схемы наладки станка для фрезерования зубчатого колеса дисковой модульной фрезой при горизонтальном (а) и вертикальном (б) расположении шпинделя делительной головки.

Детали машин

Косозубые и шевронные зубчатые цилиндрические передачи

В машиностроении широкое распространение получили цилиндрические зубчатые передачи, которые могут выполняться с прямыми, косыми и шевронными зубьями. При этом наиболее простыми и дешевыми в изготовлении являются прямозубые цилиндрические колеса. Тем не менее, косозубые и шевронные передачи обладают рядом существенных достоинств, благодаря которым их используют в машинах и механизмах, несмотря на относительно высокую стоимость изготовления.

Косозубые цилиндрические передачи

Очевидно, что способность зубчатого колеса передавать нагрузку во многом зависит от длины зуба – чем он длиннее, тем больше его нагрузочная способность. Увеличить длину зуба зубчатого колеса можно двумя способами – сделав колесо шире, т. е. увеличить его габарит, либо нарезав зубья под наклоном к оси колеса. Во втором случае длина зуба увеличивается без изменения габаритов колеса.
Эта идея и была использована в конструкции цилиндрических зубчатых колес – косозубое колесо при одинаковых параметрах изготовления способно передавать большую нагрузку, чем прямозубое.

Следует отметить, что характер косозубого цилиндрического зацепления отличается от прямозубого тем, что зубья косозубого колеса входят в контакт с зубьями сопрягаемого колеса не по всей длине, а плавно и последовательно, что придает такой передаче еще одно достоинство – плавность и относительная бесшумность работы. При этом, чем больше угол наклона зубьев β , тем выше плавность зацепления.

Еще одно преимущество косого расположения зубьев на колесах – в зацеплении участвуют сразу несколько зубьев, плавно передавая нагрузку от одного к другому. По этой причине несущая способность косозубой цилиндрической передачи дополнительно повышается.

Итак, основные преимущества косозубых цилиндрических зубчатых передач перед прямозубыми – бόльшая несущая способность при одинаковых габаритах, плавность и бесшумность работы.

Но у косозубых цилиндрических зубчатых передач имеется один существенный недостаток – расположение зубьев под углом к оси приводит к появлению осевой силы, пытающейся сдвинуть сопрягаемые колеса вдоль осей, при этом направление осевых сил шестерни и колеса противоположно, т. е. колеса пытаются «сбежать» друг от друга в разные стороны (рис. 2). Чтобы избежать взаимного смещения колес приходится применять различные фиксирующие и упорные устройства, которые усложняют конструкцию и отнимают часть передаваемой энергии, т. е. снижая КПД передачи.
Осевые силы достигают значительной величины (по отношению к окружной силе), если угол наклона зубьев β превышает 20˚, поэтому в косозубых зубчатых цилиндрических передачах зубья нарезают под углом к оси в пределах 8…20˚.
Вторым недостатком косозубых цилиндрических зубчатых передач, как указывалось выше, является некоторое увеличение стоимости изготовления.

Косозубые колеса нарезают тем же инструментом, что и прямозубые. Наклон зуба получают поворотом инструмента на угол β . Косозубые передачи в большинстве случаев выполняют без смещения, поскольку меняя угол β можно изменить угол α_w .

Расчет косозубых колес ведут с использованием параметров так называемого эквивалентного колеса. Если рассечь косозубое колесо по нормали к направлению зубьев (т. е. перпендикулярно линии зуба), то в сечении образуется эллипс (рис. 1), радиус кривизны которого в полюсезацепления может быть определен по формуле:

d_v = d/cos 2 β = mz/cos 3 β ,

где d – делительный диаметр колеса по нормальному сечению;
m – модуль зацепления;
z – действительное количество зубьев косозубого колеса.

Из полученной формулы принимают эквивалентное число зубьев:

которое используется в прочностных расчетах.

Анализ этой формулы позволяет сделать вывод, что с увеличением угла наклона зубьев β возрастает эквивалентное число зубьев колеса z_v .

Расчет на прочность косозубых передач ведут аналогично расчету прямозубых цилиндрических зубчатых передач с введением поправочных коэффициентов, учитывающих особенности работы.

По условиям прочности габариты косозубых передач получаются меньше, чем у прямозубых примерно на 20%.

Шевронные цилиндрические передачи

Одного из неприятных свойств косозубой передачи – наличие осевых сил, стремящихся сдвинуть колеса вдоль вала или оси, можно избежать, если применить шевронную передачу, состоящую из шевронных зубчатых колес.
Шевронное зубчатое колесо (от французского «chevron» — «стропило») представляет собой спаренные косозубые колеса, у которых зубья образуют «елочку» (латинскую букву «V»), т. е. каждое шевронное колесо можно представить, как два косозубых колеса с противоположным углом наклона зубьев, выполненных заодно.
Вследствие противоположного направления зубьев осевые силы у каждого из колес косозубой пары тоже противоположны и компенсируют друг друга, т. е. суммарное осевое (сдвигающее) усилие практически исчезает.
Это обстоятельство позволяет применять у шевронных колес угол наклона зубьев β значительно больше, чем у обычных косозубых колес, и составляет 25…45˚ (у обычных косозубых колес угол β не превышает 20˚).

Благодаря таким особенностям шевронная передача позволяет еще больше удлинить зубья при неизменных габаритах колес. Кроме того, увеличение угла наклона зубьев приводит к повышению плавности работы передачи и уменьшению шума.
Поскольку осевая сила в шевронном зацеплении практически отсутствует, нет необходимости жестко крепить колеса на валах (или осях), предохраняя их от осевого перемещения.
Можно сделать вывод, что шевронная передача не только вобрала в себя все достоинства косозубой передачи, но и существенно их повысила, при этом позволила избавиться от основного недостатка – появления осевой силы, нагружающей опоры, снижающей КПД передачи и нередко приводящей к сильному нагреву подшипников и вала.

Изобретателем шевронного зацепления является механик-самоучка из Польши, имя которого не сохранилось. Известно только, что патент на шевронную передачу и оригинальную технологию нарезания шевронных зубьев выкупил у этого талантливого механика известный французский промышленник Андре Ситроен (основатель автомобильного концерна «Ситроен»), которого иногда ошибочно считают изобретателем шеврона. Примечательно, что V-образные зубья шевронной передачи в виде двух горизонтальных «галочек» легли в основу фирменного знака концерна «Ситроен».

Но, как говорится, добра без худа не бывает. По сложности изготовления шевронные цилиндрические зубчатые колеса превосходят и косозубые, и уж тем более – прямозубые колеса. Нарезать зубья «елочкой» на поверхности цилиндрической заготовки достаточно сложно, ведь приходится менять направление резки в центре ширины колеса, но и здесь конструкторы и технологи нашли решение, облегчающее выполнение задачи. Обычно шевронные колеса изготавливают с дорожкой в середине колеса для выхода режущего инструмента (червячной фрезы). Ширина такой дорожки обычно составляет 10…15% модуля зацепления, а глубина равна высоте зуба.

Но иногда шевронные колеса изготавливают и без дорожки, чтобы полнее использовать ширину колеса для длины зубьев. Нарезание зубьев таким способом малопроизводительно, и требует дорогостоящего оборудования, поэтому применяется реже, чем нарезание зубьев с дорожкой.

Сопрягаемые шевронные колеса требуют строго определенного положения друг относительно друга во время работы передачи, поскольку малейший осевой относительный сдвиг колес приведет к заклиниванию или даже поломке зубьев. По этой причине вал одного из колес (обычно шестерни) выполняют плавающим, т. е. его монтируют в подшипниках, допускающих некоторое осевое смещение.

Шевронные передачи дороже в изготовлении, их применяют в мощных быстроходных закрытых передачах, поскольку при минимальных габаритах они способны передавать значительно бόльшие мощности по сравнению с другими цилиндрическими зубчатыми передачами, и меньше шумят на большой скорости. Шевронное зацепление нуждается в хорошей смазке, поэтому такие передачи чаще всего выполняют закрытыми.

Геометрический и прочностной расчеты шевронной передачи аналогичны расчетам косозубой передачи. Для шевронной передачи коэффициент ширины венца колеса принимают равным ψ_ba = 0,4…1,0.

Фрезерование прямозубых цилиндрических и конических зубчатых колее

Основные сведения о зубчатом зацеплении. Зубчатые колеса находят широкое применение в машиностроении. Зубья цилиндрических колес бывают прямыми, косыми и шевронными (см. табл. 7, п. 10). На рис. 222 показаны элементы цилиндрического прямозубого колеса.

Окружность выступов De представляет собой наружную окружность заготовки зубчатого колеса. Делительная окружность dд делит зуб на две неравные части — верхнюю h’, называемую головкой зуба, и нижнюю h’, называемую ножкой зуба. Окружность впадин.Di проходит по основанию впадин зуба. Шагом зубьев t называется расстояние между одноименными (правыми или левыми) боковыми поверхностями (профилями) двух смежных зубьев колеса, взятое по дуге делительной окружности:

где t — шаг, мм;
d — диаметр делительной окружности, мм;
z — число зубьев зубчатого колеса.
Модулем зацепления m называется длина, приходящаяся по диаметру делительной окружности на один зуб колеса, т, е.

откуда следует, что dд = m*z.
Значения модулей гостированы. Стандарт устанавливает размерный ряд модулей от 0,05 до 100 мм для передач с цилиндрическими и коническими зубчатыми колесами, а также для червячных передач. Из формулы (35) следует, что

отсюда t = п • m = 3,14 m.
Для нормальных зубчатых колес высота головки зуба h’ равна модулю, т. е.
h’ = m,
Высота ножки зуба h’ равна 1,2 модуля: h’= 1,2m. Высота зуба h = h’+h’=m+l,2m= =2,2т.
Наружный диаметр зубчатого колеса (диаметр окружности выступов) равен диаметру делительной окружности (рис. 222) плюс высота двух головок зуба, т. е.

Толщина зуба по дуге делительной окружности

ГОСТ 1643 — 56 установлено 12 степеней точности зубчатых колес, обозначаемых в порядке убывания точности 1, 2, 3. 12.
Дисковые и пальцевые модульные фрезы. Дисковые модульные фрезы предназначены для нарезания зубьев зубчатых колес методом копирования. Сущность метода состоит в том, что режущим инструментом последовательно или одновременно нарезают впадины зубчатого колеса, причем профиль инструмента должен точно соответствовать контуру этих впадин. Нарезают зубья на специальных зуборезных станках, а также на горизонтально- или универсально-фрезерных станках с помощью делительной головки. В последнем случае, после того как профрезеруют одну впадину между зубьями зубчатого колеса, заготовку поворачивают на.— оборота (г — число зубьев нарезаемого зубчатого колеса) и т. д. Дисковыми фрезами нарезают зубья зубчатых колес 9—10-й степени точности. На рис. 223 показаны дисковая модульная фреза (ГОСТ 10996 — 64). Дисковые модульные фрезы изготовляют с затылованным зубом и передним углом у = 0. Форма впадины двух зубчатых колес одного и того же модуля, но с разным числом зубьев неодинакова. Поэтому для каждого зубчатого колеса одного модуля, но с разным числом зубьев следовало бы иметь свою дисковую модульную фрезу, но практически это неприемлемо. Установлены комплекты дисковых модульных фрез, в которых каждая фреза данного модуля может быть использована для нарезания зубчатых колес с определенным числом зубьев. Профиль зуба фрезы комплекта рассчитывается по наименьшему числу зубьев зубчатого колеса в данном интервале.
По ГОСТ 10996 — 64 принято три комплекта дисковых модульных фрез из 8, 15 и 26 шт. (табл. 22). Комплект из 8 шт. применяется для нарезания зубьев зубчатых колес с модулем до 8 мм, комплект из 15 шт. — для колес с модулем 9 —16 мм и комплект из 26 шт. — для колес с модулем свыше 16 мм. Для нарезания прямозубых зубчатых колес фрезы выбирают по табл. 22 с учетом числа зубьев колеса.
Пример. Подобрать дисковую модульную фрезу для нарезания прямозубого зубчатого колеса: т = 5 мм, z = 72 — из комплекта с числом фрез, равным 8.
То табл. 22 при z = 72 и т = 5мм требуется фреза № 7.

Пальцевые модульные фрезы (рис. 224) применяют для нарезания прямых, косых и шевронных зубьев на заготовках зубчатых колес больших модулей (больше 8 мм) в условиях единичного и мелкосерийного производства. Черновая пальцевая модульная фреза отличается от чистовой наличием стружколомательных канавок. После чернового фрезерования зубьев оставляют припуск на чистовую обработку.
Контроль толщины зуба. По стандарту для каждой степени точности установлены три группы норм:
нормы кинематической точности колеса;
нормы плавности работы колеса;
нормы контакта зубьев.
Контроль параметров цилиндрических зубчатых колес осуществляется с помощью специальных приборов для каждой из указанных трех групп норм.
Для контроля толщины зуба по хорде применяют кромочный и оптический штангензубомеры. Кромочный штангензубомер состоит из двух взаимно перпендикулярных линеек 9 и 1 (рис. 225), по которым скользят рамки 7 и 3 с нониусами. Нониусы связаны соответственно с губкой 6 и высотомером 5. Толщина зуба измеряется по шкале на линейке 9, а установка высотомера производится по шкале линейки 1.
Толщина зуба по постоянной хорде Snx определяется по формуле
Sn.x= 1,387 m,
где т — модуль измеряемого колеса,
мм.
Высота от вершины зуба до постоянной хорды
hn.x = 0,747 m.
На шкале высоты головки зуба, имеющейся на зубомере, при помощи винта с гайкой 2 устанавливают размер hn.x и после этого измеряют фактическую толщину зуба перемещением губки б относительно губки 4 при помощи винта с гайкой 8. Разность между измеренной величиной и расчетной и есть величина отклонения. Оптический зубомер (рис. 226) также предназначен для измерения толщины зуба по хорде. В корпусе прибора имеются две шкалы — вертикальная и горизонтальная. По первой устанавливают упор, а по второй

определяют толщину зуба.

Длину общей нормали L определяют по формуле
L = [l,476(2n-l) + 0,014z]*m. мм,
где z — число зубьев проверяемого колеса;
п — число зубьев между губками инструмента;
m — модуль, мм.
Длину общей нормали обычно не вычисляют по указанной формуле, а пользуются данными составленных по ней таблиц для зубчатых колес с модулем m = 1 мм, табличные данные затем умножают на модуль измеряемого колеса.

Длину общей нормали можно измерять штангенциркулем, специальным зубомерным микрометром и другими приборами.
Зубомерный микрометр (рис. 227) в отличие от обычного имеет измерительные губки в виде дисков. Губками зубомерного микрометра измеряют длину. L нескольких зубьев колеса трижды в одном и том же месте, покачивая всякий раз микрометр. За действительный размер L принимают среднее значение трех промеров.
Если измеренный размер L нарезанного колеса больше допустимого, то производится дополнительная обработка колеса.

Для контроля колебаний длины общей нормали применяют нормалемер (рис. 228). На круглой штанге 1 прибора размещены два наконечника с параллельными плоскостями. Один из них — 4 — установлен неподвижно,

другой — 3 — вместе со втулкой 2 перемещается только при настройке прибора. Наконечник 4 подвешен на пружинном параллелограмме для обеспечения параллельности губок. В процессе измерения перемещения наконечника передаются на индикатор 5. Нормалемер определяет только колебания длины общей нормали, которая не должна превышать допуска б0L до ГОСТ 1643 — 56. Настройку прибора производят по плиткам на номинальный размер.
Наладку станка для нарезания зубьев прямозубого зубчатого колеса разберем на примере.

Требуется нарезать зубья зубчатого колеса на горизонтально-фрезерном станке. Для фрезерования согласно операционной карте необходимы следующие принадлежности и инструменты: делительная головка, задняя бабка, поводковый патрон, хомутик, центр к задней бабке делительной головки, оправка требуемого диаметра для закрепления заготовки, фрезерная оправка с набором установочных колец и, кроме того, дисковая модульная фреза требуемого модуля из набора фрез; штангензубомер для контроля толщины зуба, контрольный валик, индикатор, шаблон.

Как надо установить делительную головку, заготовку и фрезу, показано на рис. 229 и 230.
На рис. 229 показан случай фрезерования зубчатого колеса с горизонтальным расположением шпинделя делительной головки.
Оправку устанавливают в центрах делительной головки. На конец шпинделя делительной головки надевают поводковый патрон, который при помощи хомутика, закрепленного на оправке, передает вращательное движение со шпинделя головки на оправку с насаженной на ней заготовкой.

Если же конструкция детали не позволяет устанавливать ее на оправке, применяют трехкулачковый патрон.
Фрезу устанавливают в диаметральной плоскости относительно заготовки известным уже способом (см. стр. 184).
На рис. 230 показано фрезерование зубчатого колеса с вертикальным расположением шпинделя делительной головки. Заготовка закрепляется в трехкулачковом патроне. В этом случае необходимо выверить заготовку, например, с помощью индикатора и обеспечить биение по наружному диаметру в установленных пределах.
Порядок зубофрезерования следующий:
1. Установить упоры автоматического выключения продольной подачи.
2. Включить кнопкой «пуск» станок.
3. Установить дисковую модульную фрезу по центру заготовки в диаметральной плоскости на высоту зуба, так же как и при обработке канавок на цилиндрических поверхностях.
Установку фрезы на высоту зуба можно произвести также пробными проходами с проверкой правильности профиля зубомером или нормалемером.
4. Подвести заготовку к фрезе, включить систему охлаждения, включить механическую продольную подачу и профрезеровать первую впадину между зубьями. Проверить шаблоном профиль впадины зуба. При несоответствии профиля впадины и шаблона произвести необходимую корректировку по высоте стола.
5. Отвести стол в исходное положение, освободить

шпиндель делительной головки и произвести деление. Застопорить шпиндель делительной головки и профрезеровать вторую впадину. Проверить штангензубомером толщину зуба по постоянной хорде в соответствии с формулами (см. стр. 189).
6. Произвести фрезерование остальных зубьев зубчатого колеса.
7. Выключить станок, снять оправку с обработанным зубчатым колесом и сдать на контроль.
Виды брака при фрезеровании зубьев зубчатых колес
1. Неправильное число зубьев нарезанного зубчатого колеса. Причина — ошибка при делении.
2. Неравномерный шаг зубьев (зубья имеют разную толщину). Причины: небрежность рабочего при отсчете отверстий делительного круга, неправильно выбран делительный круг, рабочий не пользовался раздвижным сектором либо вращал рукоятку в разных направлениях.
3. Неправильная высота и толщина зубьев. Причина — ошибка в отсчете глубины фрезерования.
4. Профиль зубьев несимметричен относительно диаметральной плоскости. Причина — неправильная установка фрезы в диаметральной плоскости.
5. Неправильные размеры зуба по одному или нескольким из параметров: высота зуба, толщина зуба, шаг зубьев. Причина — неправильно выбрана дисковая модульная фреза либо по модулю, либо по номеру в комплекте.
6. Низкий класс чистоты обработанной поверхности профиля зубьев. Причина та же, что и при обработке канавок на цилиндрических поверхностях.