Зубчатые колеса и их изготовление - Калашников А.С., Калашников С.Н.

Author: Калашников А.С. Калашников С.Н.
Tags: детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства инженерия машиностроение механика издательство машиностроение
Year: 1983
Similar
Технология изготовления зубчатых колес
Технология изготовления точных цилиндрических зубчатых колес
Производство зубчатых колес
Точность и контроль зубчатых колес
Text
                    С.Н.КАЛАШНИКОВ, АС. КАЛАШНИКОВ
ЗУБЧАТЫЕ
КОЛЕСА
BBS 34.6
K17
УДК 621.833.7.05
Рецензент ннж. В. П. Схриинв
Калашников С. Н., Калашников А. С. Зубчатые ко-
К17 леса и их изготовление —М.: Машиностроение, 1983. —
264 с., ил.
1 р. 10 к.
В книге изложены основные сведения о зубчатых передачах, их расчете,
материалах, методах получения ааготовок и термообработке. Приведены реко-
мендации по построению технологического процесса обработки вубчатых колес.
Рассмотрены современные методы изготовления и контроля вубчатых колее.
Описаны новые зубообрабатывающие станки, прогрессивные конструкции ре-
жущего инструмента и зажимных приспособлений, их наладка и установка на
станки. Даны рекомендации по повышению качества и производительности
станков.
Книга рассчитана на рабочих, наладчиков и мастеров, занятых в произ-
водстве зубчатых колес. Она будет также полезна технологам машинострои-
тельных предприятий.
2704040000-072 „
К 038(01)83	72'83
БЕК 84.в
6П4.6$
© Издательство «Машиностроение», 1983 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В «Основных направлениях экономического и социального разви-
тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» важней-
шее место уделено повышению качества и эффективности произ-
водства. Главным фактором экономического роста в одиннадцатой
пятилетке является повышение производительности труда в про-
мышленности на 23—25 процентов.
Производство зубчатых колес является трудоемким и сложным
процессом. Высокое качество зубчатого колеса и экономичность
его изготовления формируется на всех этапах производства,
начиная с проектирования и кончая его изготовлением.
Решение задачи повышения эффективности и качества изгото-
вления зубчатых колес предусматривает внедрение в производство
технологии малоотходного производства заготовок; механизацию
и автоматизацию процессов производства, сборки и контроля;
развитие методов пластического деформирования вместо обработки
резанием; внедрение новых высокопроизводительных процессов
механической и термической обработки, станков, режущего ин-
струмента и зажимных приспособлений на базе достижений новой
техники и передового опыта предприятий.
Внедрение в производство новой техники, эксплуатация со-
временных автоматизированных станков, приборов и техноло-
гической оснастки, а также более высокие требования, предъявля-
емые к качеству изготовления зубчатых колес, повышению долго-
вечности их работы, передаваемой нагрузки, снижению уровня
шума требуют подготовки специалистов-зуборезчиков высокой
квалификации.
В современном производстве зубчатых колес зуборезчик-
станочник, наладчик и мастер должны владеть не только практи-
ческими, но и теоретическими знаниями. Они должны знать
основы теории зацепления зубчатых колес и влияние основных
геометрических параметров зубьев на их качество; уметь пра-
вильно рассчитывать геометрические параметры зубьев и наладоч-
ные установки станка; должны знать прогрессивные методы изго-
товления и контроля зубчатых колес, определить причины возник-
новения погрешностей в зацеплении и способы их устранения.
1*	3
Необходимы также определенные знания в металлургии и терми-
ческой обработке зубчатых колес.
Зуборезчик должен уметь правильно выбирать в соответствии
с требуемой точностью и производительностью и квалифициро-
ванно налаживать зубообрабатывающие станки; правильно вы-
бирать и точно установить на станке режущий инструмент, за-
жимное приспособление и режимы резания; знать технологические
и конструктивные возможности применяемых станков, приборов
и технологической оснастки
Широкие знания зуборезчику необходимы еще и потому, что
в сложившейся практике при выявлении в зубчатых колесах
дефектов производственного или эксплуатационного характера
за помощью в первую очередь обращаются к специалистам-зубо-
резчикам, которые должны объективно, со знанием дела, разоб-
раться и принять правильные решения.
Цель настоящей книги — помочь зуборезчикам, наладчикам
и мастерам зуборезного дела повысить свою квалификацию в об-
ласти эффективного изготовления зубчатых колес высокого ка-
чества. Большое внимание в книге уделено также распространению
передового отечественного и зарубежного опыта в различные от-
расли машиностроения.
Гл. I настоящей книги написана авторами совместно, гл. II,
VI, VII, VIII, XI, XIII написаны С. Н. Калашниковым, гл. III,
IV, V, IX, X, XII — А. С. Калашниковым.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — базовое расстояние;
ас — глубина среза исходного контура;
аст — глубина модификации исходного контура;
аа, — межосевое расстояние;
В — расстояние от вершины до плоскости наружной окружности
вершин зубьев;
b — ширина зубчатого венца;
С — расстояние от базовой плоскости до плоскости наружной ок-
ружности вершин зубьев;
с — радиальный зазор;
d, db — диаметр делительной, основной окружности;
da, df — диаметр вершин, впадин зубьев;
dae — внешний диаметр вершин зубьев;
dum2 — наибольший диаметр червячного колеса;
de — внешний делительный диаметр;
De — внешний диаметр фрезы;
DT> — диаметр профильной окружности;
DP — диаметральный питч;
dH — номинальный диаметр резцовой головки;
Е — гипоидное смещение;
С/ — окружная ширина впадин;
f — коэффициент высоты головки зуба исходного контура;
g—длина линии зацепления;
~h — высота зуба;
— высота зуба до хорды;
ha, hf — высота головки, ножки зуба;
h:, — глубина захода исходного контура;
hg — высота модификации исходного контура;
hi — граничная высота;
hi, hm, h,. — внутренняя, средняя, внешняя высота зуба;
/— боковой зазор;
т — модуль;
тп, ntf — нормальный, окружной модуль;
т1е — внешний окружной модуль;'
п — частота вращения;
р — шаг зацепления;
Pn> Pb, Ph Рх — нормальный, основной, окружной, осевой шаг;
Pbn, Pbt—основной нормальный, основной окружной шаг;
Pz — ход винтовой линии;
R — радиус-вектор эвольвенты;
Rd — образующая дополнительного конуса;
Rm, Re — внутреннее, среднее, внешнее конусное расстояние;
5
ru — радиус резцовой головки;
гь — радиус основной окружности;
г, — радиус закругления у корня зуба исходного контура;
s — толщина зуба по хорде делительной окружности;
sn, st — нормальная, окружная толщина зуба;
и — передаточное число;
uvt — передаточное число эквивалентной цилиндрической передачи;
v — окружная скорость;
W — ширина вершины резца;
И?;, We —ширина впадины зуба на внутреннем и внешнем торце;
х — коэффициент смещения исходного контура;
z — число зубьев;
гс — число зубьев воображаемого производящего колеса;
а — угол зацепления;
ад — угол профиля исходного контура;
ап — нормальный угол зацепления;
Р — угол наклона линии зуба;
ах — угол давления;
Л, Рт> ₽е — внутренний, средний, внешний углы наклона линии зуба;
у — делительный угол подъема витка;
6 — угол делительного конуса;
f>w, — угол начального, дополнительного конуса;
6а, б; — угол конуса вершин, впадин;
Еа — коэффициент торцового перекрытия;
ер — коэффициент осевого перекрытия;
е? — суммарный коэффициент перекрытия;
6 — угол поворота радиуса-вектора эвольвенты;
О/ — угол ножки зуба;
S — межосевой угол;
т — угловой шаг;
— угол обхвата;
(р — угол развернутости эвольвенты;
11’ — угол конусности зуба;
со — угловая скорость.
ВВЕДЕНИЕ
Современные механизмы и машины трудно представить без зубча-
тых колес. В то же время до сих пор никто не знает, кем и когда
было изобретено зубчатое колесо. Хотя имя изобретателя зубча-
того колеса неизвестно, его нужно включить в число великих
изобретателей за неоценимый вклад в создание новейших дости-
жений современного машиностроения. С появлением зубчатого
колеса значительно сократился путь развития машинной циви-
лизации.
Применение зубчатых колес началось в глубокой древности;
они изготовлялись грубой формы, вместо зубьев применяли дере-
вянные пальцы, закрепленные по периферии деревянного обода
(рис. 1).
Наука о зубчатых колесах, математическое и графическое
обоснование профилей зубьев появились одновременно с разви-
тием геометрии, механики и кинематики в XVII в.
Эпициклоидная форма зубьев была создана еще в XVIII в.
французским ученым А1. Камусом и применялась до XX в.
Эвольвентная форма зубьев создана профессором Петербург-
ской академии Леонардом Эйлером (примерно в 1765 г.). Им
подробно были исследованы теоретические основы и возмож-
ности эвольвентного зацепления. В течение более чем ста ле?
было соперничество между эвольвентной и эпициклоидной формой
зубьев. С расширением области применения зубчатых колес уста-
новлено, что для изготовления одного и того же комплекта зубча-
тых колес эпициклоидного профиля режущего инструмента требует-
ся в 2—3 раза больше, чем эвольвентного. Это была одна из причин
постепенной замены эпициклоидного профиля эвольвентным. В на-
стоящее время почти все зубчатые колеса изготовляют с эволь-
вентной формой зубьев.
В 1782 г. был изготовлен вращающийся профильный зубо-
резный инструмент в виде диска с большим числом мелких зубьев.
По существу это был вращающийся напильник, с его появле-
нием значительно сократилось время обработки и возникла
необходимость в создании станков, на которых можно ими
работать.
7
«)
Рис. 1. Разновидность деревянных
зубчатых передач:
а — зубчатый подъемный мехаии$м|
б — косозубая цилиндрическая и гло*
боидная передачи Леонардо да Винчи
<9
Большим шагом вперед в дальнейшем усовершенствовании
процесса нарезания цилиндрических колес было изобретение
дисковой затылованной фрезы с эвольвентным профилем зубьев
(с углом профиля 14’ 80'); после переточки профиль зубьев фрезы
Рис. 2. Зубострогальный станок для изготовления конических зубчатых колес
6
не менялся. Комплект из восьми таких фрез позволял нарезать
зубчатые колеса от 12 зубьев до рейки. В этот период нарезание
зубьев производилось методом копирования, каждый зуб нарезали
отдельно с единичным делением. Точность зубчатых колес была
невысокой, она зависела в основном от точности инструмента.
Значительное повышение производительности и точности изго-
товления цилиндрических зубчатых колес было достигнуто в конце
XIX в. благодаря применению эвольвентного зацепления и на-
резанию зубьев методом обкатывания червячными фрезами с пря-
молинейными режущими кромками на более совершенных стан-
ках. Это был значительный вклад в совершенствование механи-
ческой обработки зубчатых колес методом обкатывания. Впервые
червячная фреза была изготовлена по английскому патенту
в 1856 г.
Первый зубострогальный станок (рис. 2) для нарезания прямо-
зубых конических колес методом строгания по копиру был изоб-
ретен в 1875 г., а зубофрезерный станок (рис. 3) для изготовле-
ния косозубых цилиндрических колес методом обкатывания чер-
вячной фрезой был изобретен в 1897 г.
Первый зубодолбежный обкатной станок для нарезания ци-
линдрических зубчатых колес с помощью возвратно-поступатель-
Рис. 3. Зубофрезерный станок для изготовления цилиндрических зубчатых жол«в
ного движения режущего инструмента изобретен в 1896 г. Этот
принцип широко используется в современных станках.
Начало XX в. характеризуется новым этапом разработки ин-
струментов, станков и методов более качественного изготовления
зубчатых колес.
В 1905 г. фирмой Gleason был создан зубострогальный станок
для изготовления прямозубых конических колес методом обкаты-
вания двумя резцами. Каждый резец обрабатывает одну сторону
зуба. При возвратно-поступательном движении резцы сходятся
в одной точке на оси колеса, благодаря чему профиль зубьев
имеет правильную форму по всей длине. Этот метод обработки
значительно повысил точность, производительность и уменьшил
шероховатость поверхности зубьев. Принцип работы сохранился
в станках, выпускаемых в настоящее время.
Примерно в 1910 г. были разработаны зубострогальные станки
для изготовления прямозубых конических колес методом обкаты-
вания одним резцом V-образной формы.
В дальнейшем был разработан более производительный метод
изготовления полуобкатных передач с циклоидальной линией
зубьев. Создан станок с двумя резцами V-образной формы, каж-
дый резец обрабатывает одну сторону зуба. Резцы жестко закре-
плены во вращающейся люльке. Продольная кривизна зуба полу-
чается в результате двух движений — вращения заготовки и пере-
мещения резца по синусоиде. Зубья имеют небольшую кривизну,
разница угла наклона линии зуба в середине и на его концах
не превышает 3°.
Первый зубошлифовальный станок для обработки цилиндри-
ческих колес методом обкатывания был создан в 1914 г. в Швей-
царии. Этот метод постоянно совершенствуется, в настоящее время
его широко применяют в промышленности.
Процесс шевингования цилиндрических зубчатых колес ди-
сковым шевером стал применяться с 1932 г.
Метод нарезания конических колес червячной конической
фрезой был разработан в 1921 г., а в 1923 г. создан первый зубо-
резный станок. Этот метод значительно усовершенствован и при-
меняется в промышленности. В 1944 г. разработан новый, более
универсальный метод нарезания конических колес с циклоидной
линией зубьев, разъемными резцовыми головками методом непре-
рывного деления.
Первый станок для нарезания зубьев методом непрерывного
деления был создан в 1946 г. Режущий инструмент и заготовка
вращаются непрерывно, одновременно обрабатываются не одна,
а все впадины зуба колес. Продольная кривизна зубьев имеет
форму удлиненной эпициклоиды, высота зуба постоянная.
Несколько лет спустя был разработан новый, более универсаль-
ный и эффективный метод нарезания зубьев. Продольная бочко-
сбразность зубьев по этому методу получается в результате на-
клона инструментального шпинделя. В резцовых головках впер-
10
вые начинают применять острозаточенные резцы простой кон-
струкции, в виде брусков прямоугольной формы.
Позднее был применен высокопроизводительный метод для
изготовления полуобкатных конических и гипоидных передач
с циклоидальной линией зубьев.
Впервые разработан и применен режущий инструмент и станки
для изготовления конических колес с круговыми зубьями мето-
дом единичного деления с обкатыванием еще в 1913 г. Конические
колеса с круговыми зубьями стали притираться и шлифоваться
с высокой степенью точности. Гипоидные передачи впервые раз-
работаны в 1925 г., полуобкатные конические передачи —
в 1934 г., высокопроизводительный метод их изготовления осуще-
ствлен в 1938 г., конические передачи с нулевым углом наклона
(типа Зерол) в 1937 г., а передачи Helixform — в 1958 г. Высоко-
производительный метод кругового протягивания прямозубых
конических колес, при котором впадина зуба нарезается за один
оборот круговой протяжки из целой заготовки, применяется
с 1937 г.
В 1954 г. в нашей стране было изобретено новое зацепление,
получившее название по имени автора М. Л. Новикова, — зубча-
тые передачи с зацеплением Новикова. Это зацепление точечное,
в нормальном сечении зубьев, рабочие участки профиля выпол-
нены по дугам окружности. Преимущественно рабочая поверх-
ность зубьев шестерни выпуклая, а колеса — вогнутая. Зубчатые
передачи с зацеплением Новикова применяют в тяжелонагружен-
ных передачах.
ЭНИМС в 1950 г. создал первый в отечественной промышлен-
ности зуборезный станок для чернового и чистового нарезания
конических колес с круговыми зубьями и. переменной высотой.
Выпуск этих станков в тот период значительно ускорил стано-
вление послевоенной промышленности.
В 1957 г. НИИТавтопром впервые в мировой зуборезной
практике разработал, а в 1962 г. внедрил в производство на авто-
заводе им. И. А. Лихачева новый метод горячего накатывания
конических колес с круговыми зубьями взамен чернового зубо-
нарезания. Этот прогрессивный метод позволяет повысить произ-
водительность по сравнению с зубонарезанием, получить экономию
металла, увеличить прочность зубьев и т. д.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗУБЧАТЫХ КОЛЕСАХ
1. ТИПЫ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ
И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Зубчатые передачи применяют в различных механизмах, машинах
и приборах для передачи вращательного движения между парал-
лельными, пересекающимися и скрещивающимися осями валов,
а также для преобразования вращательного движения в посту-
пательное. Высокий КПД, компактность конструкции, плавность
работы, высокая точность, возможность передавать силы практи-
чески под любым углом, с большим диапазоном скоростей и пере-
даточных чисел способствовали широкому распространению зуб-
чатых передач в автомобилях, тракторах, металлорежущих стан-
ках, самолетах, редукторах, приборах и т. д.
Сопряженная зубчатая передача состоит из ведущего и ведо-
мого элементов. Зубчатое колесо, передающее вращение, называют
ведущим. Колесо, приводимое во вращение, — ведомым. Зубчатая
передача обычно состоит из пары колес, одно из них имеет боль-
шее число зубьев, другое меньшее. Элемент зубчатой передачи,
имеющей меньшее число зубьев, называют шестерней, а элемент
с большим числом зубьев — колесом. Параметры, относящиеся
к шестерне, обозначают индексом 1, а к колесу индексом 2.
1. Основные типы зубчатых передач в зависимости от расположения
осей валов
Параллельные осч	Пересекающиеся оси	Перекрещивающие- ся оси
Прямозубые цилиндрические передачи с внешним и вну- тренним зацеплением	Прямозубые конические передачи	Винтовые пере- дачи
Косозубые цилиндрические пе- редачи с внешним и внутрен- ним зацеплением	Конические передачи с косыми зубьямн	Гипоидные пере- дачи
Шевронные цилиндрические передачи с внешним и вну- тренним зацеплением	Конические передачи с нулевым углом на- клона	Спнроидные пере- дачи
Цилиндрические передачи с круговыми зубьями	Конические передачи с криволинейными зубьями	Червячные пере- дачи
12
В зависимости от взаимного расположения осей валов и формы
зубьев различают цилиндрические, конические и червячные пере-
дачи (табл. 1).
Цилиндрические зубчатые передачи
Цилиндрические зубчатые передачи предназначены для пере-
дачи вращения между двумя параллельно расположенными ва-
лами. Цилиндрические передачи бывают прямозубые и косозубые
с внешним и внутренним зацеплением, шевронные и с круговыми
зубьями.
Зубчатой передачей внешнего зацепления называют передачу,
в которой сопряженные колесо и шестерня внешнего зацепления
вращаются в противоположных направлениях (рис. 4, а, б, г).
Зубчатой передачей внутреннего зацепления называют пере-
дачу, в которой одно колесо внутреннего, другое внешнего за-
цепления вращаются в одном направлении (рис. 4, в).
Реечной передачей называют передачу, в которой зубчатая
рейка сопряжена с шестерней внешнего зацепления, один элемент
имеет вращательное, другой — поступательное движение
(рис. 4, д).
Прямозубые цилиндрические колеса (см. рис. 4, а) наиболее
часто применяются в промышленности, зубья у прямозубых колее
о)	В)	g)
г)
Рис. 4. Прямозубые (а), косозубые (б), с внутренним зацеплением (в), шевре»>
ные (г) цилиндрические и реечные (Э) передачи
IS
Рис. 5. Коробка передач автомобиля
параллельны оси вращения, в результате чего осевые силы при
работе отсутствуют. Колеса вдоль своей оси под действием окруж-
ных сил не смещаются. В любом сечении по длине зуба, перпен-
дикулярно осп, профиль зубьев одинаков. Контакт между зубьями
в любой момент зацепления происходит параллельно оси вра-
щения.
Косозубые цилиндрические колеса (см. рис. 4, б) отличаются
от прямозубых тем, что зубья у них расположены под определен-
ным углом к оси вращения колеса. У сопряженных колес углы
наклона линии зубьев на делительном диаметре одинаковы по
величине, но имеют различные направления: у одного колеса
зубья с правым наклоном, у другого — с левым. Наличие на-
клона зубьев у косозубых колес по сравнению с прямозубыми
способствует передаче больших нагрузок, более плавному за-
цеплению зубьев п обеспечивает бесшумную работу даже при
высоких окружных скоростях. К недостаткам косозубых цилин-
дрических колес следует отнести возникновение осевых сил, кото-
рые смещают колесо вдоль осп. Это условие обычно учитывается
кэп проектировании путем установки в агрегате упорных под-
шипников. Мгновенная линия контакта при зацеплении распола-
гается наклонно к зубьям. Косозубые и прямозубые колеса
широко применяют в коробках передач автомобилей (рпс. 5),
тракторах, станках п т. д.
14
Рис. 6. Внешнее и внутреннее зацепление пары цилиндрических
колес:
стевнеш* виут“"межосевь1е РасстОяпня внешнего и внутреннего зацепления
Цилиндрические колеса с внутренним зацеплением (см. рис. 4, в)
могут быть с прямыми и косыми зубьями. Зубья у зубчатых колес
внутреннего зацепления нарезают на внутренней цилиндрической
поверхности заготовки, и они имеют вогнутые профили.
Обычно в передаче внутреннего зацепления ведущим элемен-
том является шестерня внешнего зацепления, которая устанавли-
вается внутри колеса с внутренними зубьями, благодаря чему,
по сравнению с передачей внешнего зацепления, значительно
сокращается межосевое расстояние и передача получается более
компактной. Схема расположения пары колес внешнего и внутрен-
него зацепления (z.2 = 36,	= 15) показана на рис. 6. Межосевое
расстояние передачи внешнего зацепления примерно в 2,4 раза
больше, чем у передачи внутреннего зацепления. Кроме того,
вогнутый профиль зубьев колеса внутреннего зацепления сопря-
гается с выпуклым профилем зубьев шестерни внешнего зацепле-
ния, в результате чего срок службы и прочность передачи вну-
треннего зацепления выше, чем у передачи внешнего зацепле-
ния.
Благодаря указанным преимуществам передачи внутреннего
зацепления нашли широкое применение в самолетах, трансмис-
сиях легковых автомобилей, редукторах, сложных планетарных
механизмах, шлицевых соединениях и т. д.
Шевронные колеса (см. рис. 4, г) можно представить себе как
два соединенных между собой косозубых колеса с противополож-
ными направлениями зубьев: одно с правым, другое с левым
наклоном линии зуба. Угол наклона обеих частей зуба одинако-
вый. Так как обе части шевронного колеса имеют, зубья с разным
направлением (левое и правое), то возникающие во время работы
осевые силы уравновешиваются, не создавая дополнительной
нагрузки на подшипники.
15
Рис. 7. Редуктор с шевронной передачей
Шевронные зубчатые колеса могут быть изготовлены с канав-
кой, которую выполняют в середине зубчатого венца для лучшего
выхода инструмента, и без канавки. Колеса без канавки обладают
более высокой прочностью зубьев, ио они сложнее в изготовлении.
Шевронные колеса трудоемки и сложны в изготовлении, при-
меняют их обычно в крупных редукторах для передачи больших
нагрузок плавно и бесшумно (рис. 7).
Цилиндрические колеса с круговыми зубьями имеют зубья,
выполненные по дуге окружности и симметрично расположенные
относительно ширины зубчатого венца, аналогично коническим
колесам с нулевым углом наклона.Такая форма зуба исключает
осевые нагрузки подобно шевронным колесам, которые более тру-
доемки в изготовлении и имеют большую ширину зубчатого вен-
ца. Продольная локализация пятна контакта у колес с круго-
выми зубьями, по сравнению с прямыми и косыми зубьями,
повышает их прочность и уменьшает концентрацию нагрузки на
края зуба. В настоящее время обработку круговых зубьев про-
изводят методом непрерывного деления червячно-дисковыми
фрезами, что позволяет значительно расширить область их при-
менения. Локализация пятна контакта на зубьях достигается за
счет изменения образующих диаметров режущего инструмента.
Винтовые цилиндрические передачи (рис. 8) служат для пере-
дачи вращения между валами, угол скрещивания осей которых
может быть от 0 до 90°. По внешнему виду винтовые цилиндри-
ческие колеса аналогичны косозубым цилиндрическим колесам,
их изготовляют на том же оборудовании. Винтовая передача в от-
личие от косозубой цилиндрической передачи имеет точечный
контакт, а не линейный. При передаче нагрузок точечный контакт
на профилях зубьев вызывает повышенный износ, поэтому винто-
вые колеса применяют для передачи небольших нагрузок. Направ-
16
ление наклона зубьев у сопряженных колес
винтовой передачи одинаковое.
Зубчатая рейка и зубчатое колесо (см.
рис. 4, д). В этой передаче зубчатую рейку
можно представить как часть зубчатого
колеса с бесконечно большим делительным
диаметром и прямыми профилями зубьев.
При вращении цилиндрического зубчатого
колеса сопряженная рейка будет переме-
щаться по прямой перпендикулярно оси зуб-
чатого колеса, преобразовывая таким обра-
зом вращательное движение в поступатель-
ное. Реечная передача, относящаяся к
передаче с параллельными осями, может
быть с прямыми и косыми зубьями; она про-
ста в расчетах и изготовлении, широко при-
меняется в различных механизмах.
Рис. 8. Винтовая
передача
Конические зубчатые передачи
Конические зубчатые передачи служат для передачи враща-
тельного движения между валами с пересекающимися и скрещи-
вающимися осями. Различают прямозубые конические колеса,
косозубые, с нулевым углом наклона, с криволинейными зубьями,
гипоидные и спироидные.
Ортогональной конической передачей называют передачу, у ко-
торой межосевой угол 2 = 90°. У обычных конических передач
межосевой угол образуется из суммы углов делительных конусов
сопряженной пары — колеса и шестерни: 2 =*	= 90°.
Неортогональной (угловой) конической передачей называют
передачу, у которой межосевой угол S =Д 90°. Межосевой угол
угловой передачи может принимать значения от 0 до 180°. При
межосевом угле 2 = 0 коническая передача переходит в цилин-
дрическую передачу, а при у, = 180°—в муфты с торцовыми
зубьями.
Прямозубые конические колеса (рис. 9, а) имеют зубья, кото-
рые при своем продолжении пересекают ось колеса. Эти колеса
просты в расчетах, изготовлении и сборке, их применяют для
передачи небольших и постоянных нагрузок при сравнительно
низких окружных скоростях. Если бесшумность и плавность хода
не имеют существенного значения, эти передачи с нешлифованным
профилем зуба можно применять с окружной скоростью до 5 м/с.
Радиальные и осевые нагрузки невелики, для их монтажа можно
применять обычные подшипники скольжения.
Изготовление прямозубых конических колес с бочкообразной
формой зуба дало возможность несколько расширить допуски
на сборку и предотвратить концентрацию нагрузки на концах
зуба в процессе эксплуатации. Шлифование зубьев прямозубых
17
Рис. 9. Прямозубые конические (а), косозубые конические (б), нулевые кониче-
ские (в), конические с криволинейными зубьями (г) и гипоидные передачи (<))
конических колес позволило повысить точность их изготовления
в закаленном виде и снизить уровень шума. Шлифование профиля
и впадины увеличило прочность зубьев и расширило предел
окружных скоростей.
В ответственных передачах прямозубые конические передачи
со шлифованным зубом лучше заменять коническими передачами
с нулевым углом наклона или передачами с круговыми зубьями.
Эти передачи экономичнее в изготовлении и имеют более высокие
эксплуатационные показатели.
Конические колеса с косыми (тангенциальными) зубьями
(рис. 9, б) имеют прямые зубья, касательные к окружности, ра-
диус которой называют эксцентриситетом тангенциальных зубьев.
Угол наклона зуба не должен превышать 30°, при большем угле
наклона возможно заострение вершины зуба на внутреннем торце.
Косозубые конические колеса не получили широкого примене-
ния в промышленности. Они сложны в изготовлении, для нареза-
ния зубьев необходимо иметь специальное оборудование, которое
выпускается в ограниченном количестве. В новых агрегатах косо-
зубые колеса заменяют колесами с криволинейными с нулевым
углом наклона или прямыми зубьями.
Конические колеса с нулевым углом наклона (рис. 9, в) имеют
круговые зубья с углом наклона зуба в середине венца, равным
нулю. Этот тип колес изготовляют на тех же стайках и тем же
режущим инструментом, на которых обрабатывают конические
колеса с круговыми зубьями. Колеса с нулевым углом наклона
18
Рис. 10. Зуйья, одновременно
находящиеся в зацеплении
вследствие отсутствия угла
наклона линии зуба имеют
те же осевые нагрузки,
что и прямозубые, следо-
вательно, их можно уста-
навливать в приводе, пер-
воначально сконструиро-
ванном для прямозубых
конических колес.
Все колеса с нулевым
углом наклона имеют ло-
кализованную форму пятна
контакта (бочкообразные
зубья), профиль зубьев
можно шлифовать после термической обработки с высокой точ-
ностью. Колеса с нулевым углом наклона и прямозубые кониче-
ские колеса со шлифованным профилем зубьев в редукторах сама»
летов работают с окружной скоростью до 75 м/с. Небольшие ра-
диальные и осевые нагрузки, возможность применения подшип-
ников скольжения делают нулевые и прямозубые конические
передачи компактными по конструкции и недорогими в изготовле-
нии. Эти передачи широко применяются в дифференциалах авто-
мобилей, станков и других механизмах.
Конические колеса с криволинейными зубьями (рис. 9, г)
имеют угол наклона линии зуба в середине зубчатого венца, не
равный нулю. Для высоконагруженных передач, например пере-
дач грузовых автомобилей, угол Рт = 30ч-35°. Благодаря кри-
визне зубьев зубчатые передачи этого типа, ио сравнению с прямо-
зубыми и с нулевым углом наклона, более бесшумны и прочнее,
их применяют в ответственных и быстроходных передачах.
Конические передачи с криволинейными зубьями имеют всегда
в зацеплении не менее двух зубьев (рис. 10), поэтому они могут
передавать нагрузку почти на 30 % выше, чем идентичные прямо-
зубые и колеса с нулевым углом наклона. Конические колеса
с криволинейными зубьями широко применяют в станкостроении,
ведущих мостах автомобилей, тракторостроении, авиации и дру-
гих отраслях промышленности.
Гипоидные зубчатые колеса (рис. 9, д) по внешнему виду по-
добны коническим зубчатым колесам с криволинейными зубьями,
но ось ведущей шестерни смещена ниже или выше оси ведомого
колеса.
Гипоидные зубчатые передачи проектируют таким образом,
что у шестерни средний угол наклона линии зуба больше (рт =
= 45-^50°), чем у колеса (Рт —25-^30°). Нормальные шаги
у шестерни и колеса одинаковые, торцовый шаг на шестерне
19
Рис. 11. Редуктор автомобиля
с гипоидной передачей
больше, чем на колесе.
Увеличение угла наклона
зуба и торцового шага
шестерни приводит к увели-
чению диаметра гипоидной
шестерни, следовательно,
шестерня становится проч-
нее соответствующей ше-
стерни с криволинейными
зубьями. Увеличение диа-
метра гипоидной шестерни
позволяет увеличивать
диаметр посадочных шеек
и, таким образом, приме-
нять для повышения жесткости монтажа опорные подшипники
большего размера.
Гипоидные передачи применяют в тех узлах и механизмах,
где окружные скорости превышают 5 м/с, хотя во многих случаях
их можно использовать для передачи более низких скоростей,
когда желательна плавная и бесшумная работа передачи. Если
окружные скорости превышают 40 м/с, то необходимо применять
гипоидные передачи со шлифованными зубьями.
Гипоидные передачи широко используются в ведущих мостах
легковых и грузовых автомобилей (рис. 11). Для автомобиля
большим преимуществом является не только повышение прочности
и снижение уровня шума передачи, но также и возможность кон-
струирования кузова автомобиля ниже на величину гипоидного
смещения. Гипоидные зубчатые пары можно изготовлять с боль-
шим передаточным числом до 100 : 1, такие передачи нашли при*
мененпе в металлорежущих станках взамен червячных передач
и других механизмах, где требуется точная их установка и регу-
лировка.
В отличие от конических передач с круговыми зубьями, где
на поверхности зубьев имеется или чистое качение или чистое
скольжение, гипоидная передача не имеет чистого качения, все
точки поверхности зубьев подвержены скольжению. Наличие
скольжения во всех точках поверхности зубьев делает гипоидную
передачу еще более плавной, бесшумной и благоприятно сказы-
вается на процессе притирки. Процесс притирки осуществляется
быстрее и более качественно. В результате повышенного сколь-
жения на зубьях гипоидной передачи увеличивается скорость
изнашивания их поверхности. Для сохранения масляной пленки
на поверхности зубьев необходимо применять специальные гипо-
идные масла.
20
Риг 12. Схема сравнения
червячных, спироидных,
гипоидных и конических
передач
Спироидные передачи (рис. 12) относятся к зубчатым переда-
чам, оси валов которых перекрещиваются под прямым углом.
Спироидная передача в семействе зубчатых передач занимает
промежуточное положение между червячной и гипоидной пере-
дачей. В отличие от червячной у спироидной передачи червяк
имеет коническую форму и зацепляется с зубчатым колесом,
зубья которого расположены на торцовой поверхности колеса
аналогично коническому колесу с криволинейными зубьями.
Подобно гипоидной спироидная передача имеет гипоидное смеще-
ние. Однако величина гипоидного смещения больше, ведущая
шестерня спироидной передачи напоминает винт с постоянным
шагом и углом наклона боковой поверхности.
Спироидные передачи отличаются большим коэффициентом
суммарного перекрытия (в зацеплении одновременно находится
большее число зубьев), высокой точностью деления, меньшей
чувствительностью к неточностям монтажа, удобной регулировкой
бокового зазора в зацеплении (за счет осевого смещения шестерни),
возможностью получения большого передаточного числа в одной
паре колес. Изготовление спироидных колес обычно производят
на стандартных зубофрезерных станках.
Спироидные передачи с передаточным числом ниже 9 : 1 при-
менять не рекомендуется из-за трудностей при нарезании зубьев.
Диапазон применения спироидных передач широк, их, в частности,
применяют в редукторах для передачи больших и переменных
нагрузок, в прецизионных приводах с минимальным боковым
зазором, а также в менее ответственных передачах сельскохозяй-
ственного оборудования, подъемников, лебедок, домкратов, где
требования к точности сборки невелики.
Червячные передачи
Червячные передачи применяют для передачи вращения между
скрещивающимися под углом 90° валами. У цилиндрических чер-
вячных передач (рис. 13, о) червяк представляет собой цилиндр,
на поверхности которого нарезаны по винтовой линий витки.
21
Рис. 13. Цилиндрическая
(а) и глобоидная (б) чер-
вячные передачи
°)
В зависимости от числа заходов у червяка может быть один или
несколько витков. Червячное колесо имеет вогнутые зубья. Вслед-
ствие линейного контакта зубья червячной передачи могут пере-
давать большие нагрузки. Скорости скольжения у червячных
передач значительно больше, чем у других зубчатых передач,
поэтому необходимо уделять особое внимание выбору материалов
для червяка и червячного колеса и определению смазки, пре-
пятствующей заеданию.
Дальнейшим развитием цилиндрических червячных передач
является глобоидная передача (рис. 13, б). Червяк глобоидных
передач имеет вогнутую форму. Это обеспечивает участие в за-
цеплении большого числа зубьев. Глобоидные червячные передачи
способны передавать значительно более высокие нагрузки, чем
цилиндрические червячные передачи, и требуют более точной
сборки в агрегате. Основные характеристики цилиндрических,
конических, гипоидных, спироидных и червячных передач при-
ведены в табл. 2.
2. Основные характеристики зубчатых передач
Тип зубчатых передач	Коэффициент полезного действия, %	Предел изменения передаточного числа	Наибольшая окруж- ная скорость передачи, м/с	
			высокой точно- сти	общего назна- чения
Прямозубые цилиндриче- ские: внешнего зацепления внутреннего зацепле- ния	97—99,5 97—99,5	1 : 1 —5 : 1 1 : 1 — 7 : 1	100 100	20 20
22
Продолжение табл. 2
Тип зубчатых передач	Коэффициент полезного действия, %	Предел изменения передаточного числа	Наибольшая окруж- ная скорость передачи, м/с	
			высокой точно- сти	общего нцзна- чеЪия
Косозубые цилиндриче- ские: внешнего зацепления	97—99,5	1 : 1 — 10 : 1	200	20
внутреннего зацепле-	97—99,5	1 : 5 — 10 : 1	100	20
ния Шевронные цилиндриче-	97—99,5	1 : 1 — 20 : 1	200	20
ские внешнего зацепления Винтовые	50—95	1 : 1 — 100 : 1	50	20
Прямозубые конические	97—99,5	1 : 1 —8 : 1	75	5
Конические: с нулевым углом на-	97—99,5	1 : 1 —8 : 1	75	5
клона с криволинейными	97—99,5	1 : 1 —8 : 1	125	20
зубьями Гипоидные	90—98	1 : 1 — 10 : 1	50	20
Гипоидные с высоким пе-	50—90	10 : 1 — 100 : 1	50	20
редаточным числом Спироидные	50—97	9 : 1 — 100 : 1	50	30
Червячные с цилиндриче-	50—90	3 : 1 — 100 : 1	50	25
ским червяком Глобоидные	50—98	3 : 1 — 100 : 1	50	20
Примечание. С увеличением передаточного числа коэффициент по-
лезного действия уменьшается в результате повышения скольжения профилей
зубьев.
2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОМЕТРИИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ С ВНЕШНИМ
И ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
В зависимости от формы кривой профиля зуба различают три
основных вида зацепления цилиндрических передач: циклоидаль-
ное, эвольвентное и зацепление Новикова.
Для правильной работы зуба (постоянное мгновенное относи-
тельное движение между двумя зацепляющимися зубчатыми коле-
сами) необходимо, чтобы общая нормаль двух зубьев в точке за-
цепления проходила через точку контакта начальных окруж-
ностей зубчатых колес (рис. 14). Этот случай соответствует эволь-
вентному зацеплению, в других случаях общая нормаль может
иметь другую форму, отличную от прямой. Профили зубьев могут
быть любой формы, если они удовлетворяют только что рассмо-
тренному случаю зацепления. Обычно профили выбирают такой
формы, которая может быть легко получена обкатыванием или
фасонной фрезой на фрезерных станках.
Циклоидальное зацепление — с профилями зубьев, очерчен-
ными по циклоидальным кривым (циклоидой называется кривая,
23
Общая нормаль	Рис- 14. Общая нормаль эвольвентных зубьев
в точке зацепления
описываемая точкой окружности, ка-
у''	¥______ . тящейся без скольжения по прямой
'	~ Ж	1 ’ линии). Общей нормалью зубчатых
/п	колес с циклоидальным профилем
лЛ	зуба является кривая. Для нормаль-
Начальные окружности	ной работы передачи расстояние
между осями сопряженных зубчатых
колес должно выдерживаться в пределах жестких допусков.
Этот вид зацепления применяют главным образом для мелко-
модульных колес в приборостроении.
Эвольвентное зацепление — с профилем зуба, выполненного
по эвольвентной кривой. Эвольвентная кривая описывается точкой
на прямой РЕ при перекатывании ее по периферии круга (рис. 15).
Окружность, по которой перекатывается прямая РЕ, называют
основной окружностью.
Эвольвента развертывается из первоначальной точки А на
основной окружности радиуса гь. Прямая РЕ, получившая назва-
ние производящей прямой, касательна к основной окружности
в точке Е и перпендикулярна к эвольвенте в точке Р. Отрезок РЕ
является радиусом кривизны эвольвенты в точке Р и равен длине
дуги АЕ. Угол <р называют углом развернутости эвольвенты
в точке Р.
Угол 0 и радиус-вектор R являются координатами точки Р
на эвольвенте. Угол 0 задается в радианах; он является эволь-
вентной функцией угла зацепления и широко применяется в расче-
тах зубчатых колес.
Радиан — центральный угол, охватываемый дугой окруж-
ности, длина которой равна радиусу этой окружности.
Радиан равен  = 57° 17' 46". Производящая прямая РЕ
определяется из прямоугольного треугольника ОЕР'.
РЕ = rb tg ах.
Угол поворота 0 радиуса-вектора можно определить (в рад) по
формуле
О = inv ах = tg ах — ах,
где inv ах = tg ах — ах — эволь-
вентная функция (инвалюта)
угла ах, для определения ко-
торой имеются специальные
таблицы; ах — значения угла
давления, град.
Рис. 15. Образование эвольвенты
24
Значения эвольвентной функции также могут быть определены
(в рад):
Inv ах = tg aX5729g.
Величина радиуса-вектор a R определяется из треугольника
ОЕР:
R =
cos ах
Радиус кривизны эвольвенты является переменной величиной,
в любой точке эвольвенты он соответствует длине производящей
прямой, которая определяется по формуле
РЕ = У R2- rf .
Цилиндрические зубчатые колеса с эвольвентным профилем
удовлетворяют всем современным требованиям плавного и точного
вращения, имеется также широкая возможность геометрической
модификации профиля. Зубчатые колеса этого типа имеют следу-
ющие основные преимущества.
1.	Простота формы и возможность высокой точности изгото-
вления режущего инструмента, имеющего реечный профиль.
2.	Возможность корригирования эвольвентных зубчатых
колес с использованием стандартного зуборезного инструмента.
3.	Незначительная чувствительность эвольвентных зубчатых
колес к изменению межосевого расстояния.
4.	Возможность применения точных и надежных методов кон-
троля эвольвентных зубчатых колес.
Эвольвентный профиль применяют почти для всех зубчатых
колес, за исключением зубчатых колес в часовой промышленности,
поэтому последующее рассмотрение будет касаться в основном
цилиндрических зубчатых колес с эволь-
вентным зацеплением.
Передача с зацеплением Новикова (рис. 16)
в нормальном сечении имеет профили зубьев,
выполненные в форме дуг окружностей.
Вследствие отсутствия достаточного пере-
крытия по высоте зубьев зубчатые колеса с
этой формой зуба могут быть только косо-
зубыми, плавность их вращения зависит от
коэффициента осевого перекрытия зубьев
колес. Иногда эти условия вызывают огра-
ничения по ширине зубчатого венца. Пе-
редачи Новикова обладают большой нагру-
зочной способностью и износостойкостью,
благодаря чему они нашли применение в
тяжелонагруженных машинах и механиз-
мах.
Рис. 16. Передача с
зацеплением Новикова
25
Рис. 17. Исходный контур:
в — цилиндрических колес внешнего
и внутреннего вац&плення; С — мо-
дифицированный профиль; с — им» !<
аиндрическнх колес передач Н<вв« г
кова
Исходный контур. У
зубчатого колеса с беско-
нечно большим делитель-
ным диаметром эвольвент-
ные профили зубьев пре-
вращаются в зубья с
прямолинейным профилем, они образуют зубчатую рейку. Зуб
рейки имеет такие же свойства, как и зуб колеса с эвольвентным
профилем. На этом принципе основана широко применяемая
передача зубчатого колеса с рейкой. Основные параметры зуба
исходного контура рейки определяют параметры проектируемого
зубчатого колеса. Если зубчатое колесо с эвольвентным профи-
лем спроектировано с теми же параметрами, что и исходная
рейка, то оно будет свободно обкатываться как с исходной рейкой,
так и с любым другим зубчатым колесом, спроектированным по
одной и той же системе. По этой причине в основу проектиро-
вания зубчатых колес и зуборезного инструмента для формиро-
вания зубьев колеса методом обкатывания (в беззазорном за-
цеплении) положен исходный контур.
Исходным контуром называют контур зубчатой рейки с прямо-
линейным профилем зубьев. По ГОСТ 13755—81 исходный контур
для цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления
представляет собой зубчатую рейку с прямолинейным профилем
и глубиной захода h3 = 2m (рис. 17, а). Под глубиной захода
понимают высоту зуба, которая участвует в работе. Угол профиля
исходного контура ад = 20°. Нормальная величина радиального
зазора равна с = 0,25m, а радиус закругления у корня зуба
исходного контура составляет г, = 0,40m.
26
Для цилиндрических колес внеш-
него зацепления, работающих при
высоких окружных скоростях
(табл. 3), необходимо применять мо-
дифицированный контур, на профиле
головки зуба которого предусмотрен
срез (рис. 17, б). Высота среза ис-
ходного контура рейки h0 = 0,45m.
Глубина модификации аст опре-
деляется в зависимости от моду-
ля и степени точности зубчатых ко-
лес.
Модифицированный исходный
контур применяют для уменьшения
ударов при входе зубьев в зацепле-
ние в результате погрешностей, ко-
3. Рекомендуемые окружные
скорости для колес
с модифицированным профилем
зубьев
Цилин- дри че- ские	Степень точности колес		
	6	7	8
колеса	Окружная скорость, м/с (н выше)		
Прямо- зубые	10	6	4
Косо- зубые	16	10	6
торые имеют место в зубчатых колесах. Исходный контур для
передач Новикова приведен на рис. 17, в.
Режущим инструментом с зубьями, имеющими форму исходной
рейки, для изготовления зубчатых колес является червячная
фреза. Одно из важнейших преимуществ червячной фрезы для
нарезания зубчатых колес методом обкатывания состоит в том,
что при сохранении величины основного шага можно производить
различные сочетания модуля и угла профиля, что позволяет из-
готовлять зубья колеса с одинаковыми параметрами согласно
зависимости рь = лт cos а.
Практически большинство червячных фрез изготовляют со
стандартными параметрами.
Передаточное число и. Главным назначением зубчатых ко-
лес является передача движения и крутящего момента от веду-
щего к ведомому элементу сопряженной пары колес. Меняя соот-
ветствующим образом числа зубьев передачи, можно увеличить
или уменьшить передаваемый крутящий момент или скорость
вращения. Отношение угловых скоростей вращения и со2 со-
пряженных зубчатых колес называют передаточным отношением'.
i = ^i.
<о2
Угловая скорость вращения обратно пропорциональна числам
зубьев сопряженных зубчатых колес. Передаточным числом на-
зывают отношение числа зубьев колеса (большего из пары) к числу
зубьев шестерни. Передаточное число всегда больше или равно
единице:
п =	=	= 21
<02	?1 ч2 ’
Частота вращения (об/мин) сопряженных зубчатых колес об-
ратно пропорциональна числу зубьев. Направление вращения
цилиндрического колеса определяется при взгляде на него с тор-
27
Рис. 18. Схема образования эвольвентных
профилен зубьев
цовой стороны. При правом направле-
нии вращения — колесо вращается
по часовой стрелке, левом — колесо
вращается против часовой стрелки.
Основной шаг рь. Схема образования
эвольвентных профилей зубьев цилинд-
рических колес внешнего и внутреннего
зацепления показана на рис. 18. Рас-
стояние между двумя любыми соседними
эвольвентами, измеренное по касательной к основной окруж-
ности, является постоянным. Это расстояние равно длине дуги
основной окружности, заключенной между начальными точками Аъ
А2, А3... двух соседних эвольвент, и называется основным шагом»
pb ~	~ пт cos а.
Для обеспечения правильного зацепления сопряженные зуб-
чатые колеса с эвольвентным профилем должны иметь одинаковый
основной шаг.
Шагом зацепления называют расстояние между одноименными
профилями двух соседних зубьев, измеренное по дуге делительной
окружности.
Окружным шагом pt называют расстояние между одно-
именными профилями двух соседних зубьев, измеренное по дуге
произвольной окружности.
У цилиндрических колес с прямыми зубьями имеется только
один окружной шаг pt в торцовом сечении, который равен шагу
в нормальном сечении. Осевой шаг у прямозубых колес практи-
чески равен бесконечности. У косозубых цилиндрических колес
шаг измеряется в трех сечениях: осевой шаг рх в плоскости,
параллельной оси вращения колеса; нормальный шаг зубьев рп
в плоскости, нормальной к углу наклона линии зуба; торцовый
шаг pt в сечении, перпендикулярном оси вращения колеса
(рис. 19).
Величины этих шагов связаны следующими зависимостями:
p„^pzcosP; рх = pzctgp,
где р — угол наклона линии зуба.
Окружной, осевой и нормальные шаги зубьев могут быть
на основной, делительной, начальной и других произвольных
(концентричных) окружностях зубчатого колеса.
Угловым шагом т называют центральный угол, соответствую-
360° 2л
щий шагу зубчатого колеса, равный —или — рад.
Начальная окружность. Передачу вращения с постоянной угло-
вой скоростью могут осуществлять зубчатые колеса с параллель-
28
Рис. 19. Шаги зацепления косозубого
колеса: торцовый pt, нормальный рп
и осевой рх
Рис. 20. Образующие поверх-
ности цилиндрических колес:
а — качение двух начальных ци-
линдров; б — качение начального цилинд-
ра по плоскости рейки
ними осями и конические колеса с пересекающимися осями. По-
стоянная угловая скорость (рад/мин) и окружная скорость (м/мин)
обеспечиваются поверхностями, которые катятся друг по другу
без скольжения. У цилиндрических зубчатых колес такими обра-
зующими поверхностями являются цилиндры 1 и 2 (рис. 20, о),
та же функция выполняется при качении без скольжения цилиндра
3 по плоскости зубчатой рейки 4 (рис. 20, б).
Образующие поверхности и плоскости это воображаемые
поверхности, материально не существующие, их нельзя измерить,
но размеры их можно учитывать в расчетах, так как они имеют
правильную геометрическую форму.
Начальная окружность — это воображаемый цилиндр цилин-
дрического зубчатого колеса, который катится без скольжения по
начальному цилиндру сопряженного колеса с постоянной окруж-
ной скоростью. Отдельно взятое цилиндрическое зубчатое колесо
не имеет диаметра начальной окружности до тех пор, пока оно
не будет введено в зацепление с другим зубчатым колесом.
Так как начальные цилиндры катятся друг по другу без сколь-
жения, то угловая скорость и колеса и шестерни (рад/мин)
и = 2зт/г,
где п — частота вращения, об/мин.
Окружная скорость v (м/мин) в точке контакта начальных
окружностей колеса и шестерни одинаковая и равна произведению
угловой скорости на радиус начальной окружности:
V = ®г.
Если два начальных цилиндра вращаются друг по другу без
скольжения, следовательно, они имеют одинаковую окружную
скорость:
<о, rt
«Л = или -^ = -1
<°i	'2
29
Отношение угловых скоростей пары цилиндрических зубчатых
колес с параллельными осями обратно пропорционально их на-
чальным радиусам (начальным диаметрам).
Когда контактирующие поверхности начальных окружностей
заменяются зубьями, то эти зубья должны располагаться так,
чтобы независимо от того, входят ли зубья в зацепление или вы-
ходят из него, должны сохраняться постоянные угловые скорости,
а следовательно, и передаточное отношение пары. Чтобы удовлет-
ворить эти требования перпендикуляры в точке касания сопря-
женных зубьев должны всегда проходить через точку касаниг
начальных окружностей (полюс зацепления), которая находится
на линии центров. Профили зубьев зубчатой передачи, которые
отвечают этим требованиям, сопряжены друг с другом и с произ-
водящей рейкой. Для упрощения расчета введено понятие о дели-
тельном диаметре. Модуль и угол зацепления на делительном
диаметре соответственно равны модулю и углу зацепления режу-
щего инструмента, которым нарезают зубьяжолеса. Делительный
диаметр d пропорционален модулю и числу зубьев. Для прямо-
зубых колес делительный диаметр d = mz, для косозубых колес
d = ТоДу ДиаметР основной окружности dt, равен произведению
делительного диаметра на косинус угла зацепления:
db = d cos а.
У сопряженной пары некорригированных зубчатых колес,
работающих при правильном межосевом расстоянии, начальные
окружности совпадают с делительными окружностями
Линией зацепления называют общую касательную ЕхЕг
(рис. 21) к двум основным окружностям, которая проходит через
полюс зацепления Р. По линии зацепления ЕгЕ2 перемещается
точка касания двух эвольвентных профилей сопряженной пары
зубчатых колес. Когда две эвольвенты совмещены как профили
зубьев сопряженных колес и соприкасаются в полюсе зацепления,
то все контактные взаимодействия и взаимодействия зубьев проис-
ходят вдоль линии зацепления. Если один элемент (шестерня)
вращается, то эвольвенты профилей зубьев скользят друг по
другу и приводят в движение другой элемент (колесо), враща-
ющийся в противоположном направлении.
Длиной зацепления называют отрезок линии зацепления, за-
ключенный между началом и концом зацепления сопряженных
профилей зубьев, т. е. отрезок между точками Сх и С2.
Коэффициент перекрытия является одним из основных факто-
ров, характеризующих конструкцию зубчатых колес. Он опре-
деляет продолжительность зацепления зубьев, т. е. число пар
зубьев шестерни и колеса, одновременно находящихся в зацепле-
нии. С увеличением коэффициента перекрытия возрастает плав-
ность и прочность зубьев цилиндрической передачи. У цилиндри-
30
Рис. 21. Внешнее зацепление цилиндрических колес
веских зубчатых колес различают коэффициенты торцового и осе-
вого перекрытия.
Коэффициентом торцового перекрытия еа называют отношение
длины зацепления к основному шагуз
еа =	•
Pbt
Для получения непрерывного зацепления зубчатых колес
необходимо, чтобы длина зацепления была всегда больше, чем
Основной шаг. Из трех одинаковых по размеру зубчатых передач
(внешнего зацепления, внутреннего зацепления и реечной пера-
дачи) самый маленький коэффициент торцового перекрытия у пере-
дач внешнего зацепления, самый большой у передач внутреннего
зацепления
Коэффициент осевого перекрытия ер имеет место в шевронных
и цилиндрических передачах с косыми и круговыми зубьями.
Он дополняет коэффициент торцового перекрытия и зависит от
ширины зубчатого венца и угла наклона линии зуба.
31
Рис. 22. Осевой коэффициент перекрытия:
о — косозубое колесо; б — колесо с круговыми зубьими
Коэффициент осевого перекрытия для косозубых колес
(рис. 22, а)
gp б tg р bsin р.
Р Pt Pt Рп ’
для колес с круговыми зубьями (рис. 22, б)
» -О
.
1	Pt
Контактной линией называют линию на боковой поверхности
зуба зубчатого колеса передачи, по которой в данный момент
могут соприкасаться сопряженные зубья.
Линией центров называют линию, которая соединяет центры
двух сопряженных зубчатых колес (рис. 23). Расстояние между
центрами О± и О2 — межосевое расстояние aw.
Полюсом зацепления Р называют точку пересечения линии
центров и линии зацепления.
Углом зацепления а, называют угол между линией зацепления
и перпендикуляром к линии центров (см. рис. 23). Когда два
зуба зубчатых колес с эвольвентным профилем соприкасаются
в полюсе зацепления Р, то угол зацепления а у колес будет оди-
наковым. Одно зубчатое колесо не имеет угла зацепления до тех
Рис. 23. Взаимодействие двух эвольвент
32
пор, пока эвольвентами профиль не придет в соприкосновение
с профилем сопряженного колеса.
Для данного межосевого расстояния и диаметров основных
окружностей угол зацепления можно определить из выражения
cos а = Д'- ИД*.
Угол зацепления у прямозубого цилиндрического колеса имеет
место только в плоскости, перпендикулярной к оси колеса. У косо-
зубого колеса углы зацепления расположены в трех плоскостях.
Торцовый угол зацепления расположен в плоскости, перпенди-
кулярной к оси вращения колеса, или параллельно торцу колеса.
Нормальный угол зацепления расположен в плоскости, перпенди-
кулярной линии зубьев, расположенных наклонно к оси колеса.
Этот угол используется в расчетах и чертежах зубчатых колес.
В плоскости оси вращения колеса угол зацепления называют
осевым. Углы в этой плоскости используют, например, у червяков,
которые имеют большой угол подъема винтовой линии. Практи-
чески угол зацепления пары зубчатых колес выбирается конструк-
тором исходя из назначения зубчатой передачи. Обычно зубчатые
колеса с эвольвентным профилем имеют углы зацепления в пре-
делах от 14,5 до 30°. Стандартные прямозубые цилиндрические
колеса, как правило, изготовляют с углом зацепления 20°. Нор-
мальный угол зацепления косозубых колес берется в пределах
ап = 14,5°4-18,5°, а иногда 20°. Большие углы зацепления (25—
30°) используют в зубчатых колесах насосов. С увеличением угла
зацепления прочность зубьев повышается, уменьшение угла за-
цепления способствует снижению уровня шума.
Углом наклона линии зуба [3 называют острый угол, заключен-
ный между осью вращения колеса и касательной к направлению
линии зуба на делительной поверхности (рис. 24). Косозубые
колеса могут быть с правым и левым направлением линии зуба.
Два сопряженных косозубых колеса имеют зубья с разным напра-
влением, например одно колесо имеет правое направление линии
зуба, другое левое и наоборот.
Если смотреть на зубчатое колесо вдоль его оси вращения,
и зуб колеса при своем продолжении удаляется от оси в направле-
ним по часовой стрелке, то
такое колесо имеет правое
направление линии зуба
(рис. 24, а). Если зуб ко-
леса при своем продолже-
нии удаляется в направле-
Рис. 24. Направление угла па-
клена линии зуба косозубого
колеса:
а — правое направление зуба;
б — левое направление зуба
2	Калашников С. Н.
с.)	б)
33
нии против часовой стрелки, то такое колесо имеет левое направ-
ление линии зуба (рис. 24, б).
Окружностью вершин do называют окружность, описанную
вокруг центра колеса и ограничивающую вершины головок
вубьев (рис. 21)
Окружностью впадин df называют окружность, описанную
вокруг центра колес и ограничивающую впадины зубьев.
Высотой головки зуба ha называют часть зуба, расположенную
над делительной окружностью.
Высотой ножки зуба hf называют часть зуба, расположенную
под делительной окружностью.
Высота зуба h равна сумме высот головки и ножки зуба, вклю-
чая закругление в основании зуба.
У некорригированных зубчатых колес высота головки равна
модулю, а высота ножки зуба равна 1,25m. Величина 0,25m соот-
ветствует радиальному зазору в паре.
Полная высота зуба должна обеспечивать достаточный радиаль-
ный зазор, с тем чтобы вершина головки зуба сопряженного колеса
свободно вращалась во впадине. Если во впадине зуба предусмо-
трено закругление (переходная поверхность), которое обеспечи-
вается радиусом при вершине зуба червячной фрезы, контроль
за сохранением полной высоты зуба при изготовлении должен
быть более тщательным, чтобы предотвратить заклинивание го-
ловки во впадине зубьев сопряженного колеса. Когда требуется
полностью закругленная впадина зуба колеса, то полная высота
зуба увеличивается по отношению к стандартной высоте.
Высоту профиля зуба червячной фрезы для обработки под
шевингование рекомендуется сохранить полностью. Радиус за-
кругления 1 и дополнительную высоту зуба определяют, как по-
казано на рис. 25.
Закругленная высота зуба увеличивает период стойкости ин-
струмента и повышает прочность зубьев колеса.
Окружной толщиной зуба st называют длину дуги делитель-
ной окружности d, ограниченную боковыми сторонами профиля
зуба (рис. 26).
Толщиной зуба по хорде делительной окружности s называют
величину хорды, которая стягивает дугу делительной окружности,
расположенную между боковыми сторонами профиля зуба. Тол-
щина зуба по хорде делительной окружности s и высота головки
зуба до хорды ha используются для контроля размера зуба по
штангензубомеру (рис. 26). У прямозубых колес контроль произ-
водят в торцовом сечении, у косозубых — в нормальном.
Высота головки зуба до хорды рассчитывается от теоретиче-
ского диаметра вершин зубьев da, поэтому перед контролем раз-
мера зубьев необходимо измерить фактический диаметр вершин
зубьев проверяемого колеса. Разницу между фактическим и теоре-
тическим диаметром заготовки следует учитывать изменением
высоты головки зуба до хорды. Если фактический диаметр за-
34
Рис. 25. Форма зуба червячной фрезы
для обеспечения закругленной впади-
ны зуба колеса

Рис. 26. Размеры зуба по штангензубо-
меру
готовки больше теоретического, то половину разницы в диаметрах
прибавляют к высоте головки до хорды. Когда фактический диа-
метр заготовки меньше теоретического, высота головки зуба
до хорды соответственно уменьшается. Этот метод контроля раз-
мера зуба широко применяют при изготовлении небольших партий
зубчатых колес, ремонтном деле и т. д.
Обычно хордальная толщина зуба несколько уменьшается для
получения бокового зазора между зубьями. Иногда путем соот-
ветствующего изменения толщин зубьев колеса и шестерни дости-
гается их равная прочность.
Боковой зазор j — кратчайшее расстояние между нерабочими
профилями зубьев, когда рабочие профили зубьев находятся
в зацеплении (рис. 27). У косозубых колес измеряют нормальный
боковой зазор в плоскости, перпендикулярной углу наклона
линии зуба. Боковой зазор обычно контролируют при правильном
межосевом расстоянии.
Некорригированные зубчатые колеса, обычно работают сопря-
женными парами на стандартном межосевом расстоянии с уто-
ненными зубьями для обеспечения определенной величины боко-
вого зазора. Боковой зазор должен быть достаточным, чтобы дать
возможность зубчатым колесам свободно вращаться без заклини-
вания зубьев при самых плохих условиях работы (при невыдер-
живании производственных допусков во время изготовления,
неточности сборки, расширении зубьев вследствие увеличения
температуры в рабочем агрегате и т. д.). Слишком большой боко-
вой зазор может увеличить уровень шума и уменьшить прочность
Рис. 27. Определение бо-
кового зазора между зубь-
ями
2*
35
зубьев. Боковой зазор получается за счет уменьшения толщины
зуба. В стандартных зубчатых колесах толщина зуба одного ко-
леса из пары определяется вычитанием половины общего бокового
зазора из половины окружного шага.
Когда требуется работа передачи без бокового зазора, основ-
ные размеры колеса должны выдерживаться в крайне жестких
пределах. При передаче больших нагрузок, если имеет место
прогиб зубьев или возникают высокие температурные изменения,
величина требуемого бокового зазора определяется опытным
путем.
Для зубчатых колес общего назначения имеются таблицы,
в которых рекомендуются предельные значения боковых зазоров
в зависимости от модуля.
Модуль т. Для упрощения расчета элементов зацепления
зубчатых колес введена величина, называемая модулем. Модуль —
это часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на
один зуб колеса:
т = dlz.
Таким образом, модуль, число зубьев и делительный диаметр
зависят друг от друга и влияют друг на друга. Модуль можно
также представить как отношение шага зацепления к числу л:
т — р/л.
Модуль режущего инструмента для изготовления зубчатого
колеса является производящим модулем. Размеры исходной рейки
также выражены через модуль. Когда передаваемая нагрузка
зубчатых колес небольшая, или, если нагрузка на зуб не является
определяющим фактором конструкции колеса, то следует приме-
нять малые модули. Зубчатые колеса с малым модулем обеспечи-
вают более продолжительный срок службы и условия их изгото-
вления. Лучше объясняется это тем, что при малом модуле на за-
данном делительном диаметре разместится больше зубьев. Следо-
вательно, в зацеплении одновременно будет находиться большое
число зубьев и нагрузка на каждый отдельный зуб уменьшится.
Прямозубые цилиндрические колеса имеют один окружной
модуль tnt, косозубые колеса два модуля — нормальный тп
и окружной mti которые связаны между собой зависимостью
тп = mt cos р.
В расчетах при изготовлении косозубых колес используют
нормальный модуль.
Зубчатые колеса с модулем до 1 мм называют мелкомодуль-
ными, от 1 до 10 мм — среднемодульными, выше 10 мм —крупно-
модульными.
Страны, где применяют дюймовую систему мер измерения
(1" = 25,4 мм), а не метрическую, при расчете параметров зубьев
вместо модуля применяют диаметральный питч и окружной питч.
36
Диаметральным питчем DP называют число зубьев колеса,
приходящееся на один дюйм делительной окружности. Диаме-
тральный питч и модуль связаны зависимостью
гчп 25,4	25,4
£>/>.= или т^-^р.
С увеличением модуля диаметральный питч уменьшается.
Окружным питчем (шагом) СР называют расстояние между
одноименными профилями двух соседних зубьев по делительной
окружности, выраженное в дюймах.
Зависимость между диаметральным питчем, окружным питчем
и модулем выражена следующими формулами:
пр л 3,14159	25,4.
— СР ~ СР ~ т ’
пр п _ 3,14159 _ т .
~ DP ~ DP ~ 8,09 ’
т = ^ = 8,09СР.
Корригирование цилиндрических зубчатых колес
Многие зубчатые колеса со стандартными пропорциями зубьев
в ряде случаев частично или полностью не соответствуют требо-
ваниям, которые к ним предъявляются условиями эксплуатации
и производства. Возможности эвольвентной системы зацепления
позволяют сделать их пригодными практически для всех случаев
за счет различных модификаций формы зуба.
Зубчатые колеса, изготовленные с отступлением от стандарт-
ных пропорций зуба, заданных исходным контуром, называют
корригированными. Н екорригированные передачи — это такие
передачи, которые изготовляют без смещения исходного контура
с сохранением стандартных пропорций зуба.
Корригирование можно производить различными методами
и для различных целей: устранения подрезания зубьев (утонение
в основании ножки), возникающего при нарезании методом обка-
тывания колес с малым числом зубьев, повышения прочности
зубьев, снижения уровня шума зубчатой передачи, повышения
плавности зацепления и т. д.
Подрезание снижает прочность зубьев и за счет сокращения
продолжительности зацепления уменьшает плавность работы пере-
дачи.
Корригирование зубчатых колес осуществляется смещением
режущего инструмента реечного типа (червячная фреза, гребенка)
при нарезании зубьев методом обкатки. За нулевое положение
(смещение исходного контура отсутствует) принимают такое поло-
жение инструмента, при котором делительная окружность ра-
диуса г обрабатываемого колеса катится по средней линии 2
37
Рис. 28. Смещение зуборезного инструмента при корригировании зубчатых колес:
а— пекорригированное колесо; б — корригированное колесо (положительное смещение)
рейки 1 исходного контура (рис. 28, а). Смещение средней линии
рейки относительно делительной окружности в направлении от
оси колеса (рис. 28, б) называют положительным смещением,
а в направлении к оси колеса — отрицательным смещением.
Коэффициентом смещения х называют отношение величины ра-
диального смещения делительной линии исходного контура к мо-
дулю.
Изменение формы зуба при различной величине положитель-
ного и отрицательного смещения исходного контура показано
на рис. 29. Зубчатые колеса имеют одинаковое число зубьев, один
и тот же модуль и делительный диаметр. На рис. 29, а показано
зацепление без смещения исходного контура (х = 0). При поло-
жительном смещении (рис. 29, б, в) увеличивается толщина в осно-
вании зуба; чем больше смещение исходного контура, тем зуб
О
Рис. 29. Влияние смещения на форму зуба
38
становится прочнее. Диаметр окружности выступов увеличи-
вается на удвоенную величину смещения. При значительной ве-
личине положительного смещения ширина вершины головки зуба
на окружности выступов уменьшается, вызывая заострение вер-
шины зуба (рис. 29, в).
При отрицательном смещении исходного контура толщина
в основании зуба уменьшается, зуб становится тоньше, менее
прочным. Большое отрицательное смещение может вызвать зна-
чительное подрезание ножки зуба (рис. 29, г).
Таким образом, в зависимости от величины смещения исход-
ного контура, числа зубьев и угла профиля форма зуба обрабаты-
ваемого колеса может меняться.
Лимитирующими факторами при корригировании зубьев яв-
ляются минимально допустимая ширина впадины и величина за-
острения вершины зуба меньшего колеса из пары, повышенное
скольжение профилей зубьев вследствие изменения рабочего
участка эвольвентной кривой, а также прочность зуба на изгиб
большего колеса из пары вследствие подрезания ножки зуба.
Эти вопросы требуют дополнительной проверки, прежде чем при-
нять решение о выборе пропорций зуба.
Наибольшее распространение в промышленности получили
два способа корригирования зубчатых колес — высотный и уг-
ловой.
При высотном корригировании шестерню изготовляют с поло-
жительным смещением исходного контура (х± >0), а колесо на
ту же величину с отрицательным смещением (х2 < 0). Сумма
коэффициентов смещения равна нулю (лу + х2 = 0). Высотное
корригирование характеризуется изменением окружной тол-
щины, диаметров окружностей выступов и впадин зубьев. У ше-
стерни диаметры окружностей выступов и впадин зубьев увели-
чиваются на величину, равную удвоенному смещению. Шестерня
по отношению к стандартной имеет большую высоту головки.
У колеса диаметры окружности выступов и впадин зубьев умень-
шаются на одинаковую величину. Колесо имеет меньшую высоту
головки.
Число зубьев, стандартная высота зуба и межосевое рассто-
яние у корригированной пары с высотной коррекцией остаются
без изменения. Начальные и делительные окружности совпадают.
Высотное корригирование применяют для устранения подрезания
ножки зубьев и увеличения прочности зубьев шестерни.
При угловом корригировании сумма коэффициентов смещения
не равна нулю (лу + х2 0). Межосевое расстояние корригиро-
ванной зубчатой пары будет отличаться от некорригированной.
Оно может быть меньше или больше стандартного. Изменяется
и угол зацепления пары. Угловое корригирование применяют
в том случае, если необходимо зубчатую пару спроектировать
с заданным межосевым расстоянием и одновременно повысить
прочность зубьев шестерни и колеса.
39
Эвольвентная система зацепления позволяет применять уве-
личенное или уменьшенное межосевое расстояние по отношению
к стандартному. Для получения более эффективной зубчатой
передачи целесообразно применять межосевое расстояние больше
стандартного, в этом случае аубья должны быть корригирован-
ными, а не стандартными. В коробках перемены передач автомо-
биля и многоступенчатых редукторах при изменении передаточного
числа целесообразно изменять пропорцию зубьев, а не межосевое
расстояние в картере, так как это связано с большими затратами.
В передаче с угловой коррекцией начальные и делительные
окружности не совпадают.
Нарезание зубьев с высотной и угловой коррекцией произ-
водят стандартным зуборезным инструментом, необходимая гео-
метрия зубьев достигается за счет смещения исходного контура
зубчатой рейки (режущего инструмента).
Зубчатые колеса с укороченной высотой зуба (рис. 30, а).
Эта модификация отличается от стандартного зацепления только
по высоте зуба. Меньшая высота делает зуб более прочным и умень-
шает величину подрезания у колес с малым числом зубьев. Длина
линии зацепления у сопряженных зубчатых колес с укороченной
высотой уменьшается, что снижает полученное увеличение проч-
ности и повышает уровень шума.
Уменьшение высоты зуба производят в определенных пределах.
Для определения пропорций укороченного зуба разработано не-
сколько систем.
Для обеспечения непрерывной передачи движения от зуба
к зубу длина линии зацепления укороченного зуба не должна
быть меньше шага основной окружности. Поэтому фаску на вер-
шине укороченных зубьев прямозубых цилиндрических колес не
делают. Некоторые зубчатые передачи с укороченной высотой
зуба применяют в коробках перемены передач автомобиля. Спе-
циальным случаем применения конструкции укороченного зуба
являются зубчатые муфты и эвольвентные шлицы. Эвольвентные
шлицы имеют максимальную прочность у основания зубьев. Они
точно изготовляются по шагу, что способствует равномерному
распределению нагрузки между зубьями. Угол зацепления обычно
составляет 30, 37,5 и 45°.
Зубчатые колеса с увеличенной высотой зуба. Когда необхо-
димо обеспечить большую продолжительность зацепления и более
плавное вращение сопряженных зубчатых колес, применяют
зубчатые колеса с увеличенной высотой зуба (рис. 30, б). Зубчатые
колеса этого типа обычно проектируют при стандартном меж-
осевом расстоянии, со стандартными толщинами зубьев и боковым
зазором. Высота головки зуба на обоих сопряженных колесах
делается больше стандартной, что приводит к уменьшению диа-
метра впадин и увеличению диаметра вершин зубьев.
Высота головки зуба ограничивается минимально допустимой
шириной вершины головки зуба (заострение) и потерей прочности
40
Рис. 30. Зубчатые колеса с модифицированными зубьями:
а — укороченные зубья (сплошная линия), стандартные зубья (штриховая линия)|
б — увеличенная высота головки зуба (сплошная линия), стандартные зубья (штрихо*
вая линия)
зуба меньшего колеса из пары вследствие увеличения высоты зуба
и возможного подрезания в ножке зуба.
Продольная и профильная модификация зубьев. В результате
неточного изготовления и сборки зубчатых колес и корпусных
деталей, деформации опор и валов в редукторе, прогиба зубьев
под нагрузкой и деформации зубчатых колес при термообработке
происходит накапливание погрешностей, которые ухудшают за-
цепление, вызывают неправильное расположение пятна контакта
на зубьях сопряженной пары.
Зубчатые колеса, имеющие погрешности в зацеплении, имеют
повышенный уровень шума, а неправильное расположение пятна
контакта на зубьях силовых передач способствует концентрации
нагрузки на кромках зубьев и приводит к преждевременной их
поломке или повышенному износу.
Для уменьшения влияния ошибок на качество зацепления
преднамеренно вводят отклонения от теоретической формы зубьев
путем продольной и профильной модификации, зуб'ья колеса де-
лают бочкообразной формы по длине и модифицируют их профиль.
Влияние неточности угла наклона линии зуба и непараллель-
ности осей на зацепление пары зубчатых колес показано на
рнс. 31, а. Пятно контакта располагается на концах зубьев 1 и
Рис. 31. Продольная модификация зубьев:
а — зубья не имеют бочкообразности — нагрузка приложена на концах зубьев; б —
зубья бочкообразной формы — нагрузка приложена в центре зубьев; в — бочкообразный
зуб
41
В)
Рис. 32. Профильная модификация зубьев:
а — зубья не имеют профильной модификации; б — зубья имеют профильную модифи-
кацию; в — форма модифицированного профиля зубьев
2	сопряженной пары, в этой же зоне сосредоточена передаваемая
нагрузка, что может вызвать преждевременную поломку зубьев.
Применение бочкообразной формы зубьев устраняет возмож-
ность образования кромочного контакта. Пятно контакта, а сле-
довательно, и передаваемая нагрузка сосредотачиваются прибли-
зительно в середине длины зуба (рис. 31, б, в). Для зубчатых
колес, работающих при высоких окружных скоростях или пере-
дающих большие нагрузки, чисто эвольвентный профиль зубьев
не всегда является лучшим. Снижение уровня шума и повышение
срока службы у таких передач требует модификации профиля
зубьев.
Основной целью модификации профиля зубьев является сни-
жение уровня шума в тех случаях, когда прилагаются высокие
нагрузки на зуб. На рис. 32, а показан момент зацепления зубьев
под нагрузкой. В результате изгиба зуба, находящегося под
нагрузкой, уменьшаются основные шаги между двумя рядом сто-
ящими зубьями по линии зацепления. Работа двух сопряженных
колес с различными основными шагами может вызвать заклинива-
ние или мгновенную ударную нагрузку в точке 1. Ударные на-
грузки, действующие на зубья, как известно, вызывают шум.
Для снижения уровня шума необходимо восстановить пра-
вильный основной шаг путем модификации зуба, входящего в за-
цепление, на величину отклонения нагруженного зуба от своего
первоначального положения. На рис. 32, б, в показан модифици-
рованный профиль зуба, который служит для смягчения удара
при вхождении зубьев пары в зацепление. Продольная и профиль-
ная модификации зубьев осуществляются на операции чистого
зубонарезания; этот вопрос более подробно будет рассмотрен
в гл. VIII. Подобно зубчатым колесам внешнего зацепления колеса
с внутренним зацеплением могут иметь почти любую форму зуба.
Теоретически зубчатые колеса внешнего и внутреннего зацеплений
с одинаковыми числом зубьев и пропорциями зуба точно совпа-
дают.
42
3.	ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОМЕТРИИ
КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Конические зубчатые колеса в отличие от цилиндрических
колес имеют более сложную и разнообразную геометрическую
форму зубьев. Прямозубые и косозубые цилиндрические колеса
с эвольвентным зацеплением, нарезанные на зуборезных станках
разных конструкций методом обкатывания, имеют одинаковые
профили зубьев и взаимозаменяемы.
Для производства конических колес с криволинейными зубь-
ями применяют различные системы, которые отличаются не только
методом зубонарезания, но и формой зуба. Конические колеса
с криволинейными зубьями, нарезанные различными методами,
не могут быть сопряжены между собой.
Продольная кривизна зубьев. В зависимости от продольной
кривизны зубьев конические колеса разделяются на две основные
группы: колеса с прямыми и криволинейными зубьями. У прямо-
зубых конических колес линии зубьев прямые по всей длине,
сходящиеся в вершине конуса.
У конических колес с криволинейными зубьями продольную
кривизну зубьев выполняют по удлиненной эвольвенте, по удли-
ненной эпициклоиде и другим окружностям.
Конические колеса, у которых продольная кривизна зубьев
выполнена по удлиненной эвольвенте, называют коническими
зубчатыми колесами с эвольвентной линией зубьев.
Зубчатые колеса с эвольвентной линией зубьев имеют постоян-
ную высоту по всей длине зуба (рис. 33). Нарезание зубьев осу-
ществляют конической червячной фрезой методом непрерывного
деления. Параметры этого вида зацепления ограничены; угол
наклона линии зуба должен быть выше 30°, а ширина зубчатого
венца не более b = (Дв — внешнее конусное расстояние).
Благодаря большей кривизне зубьев в продольном направлении
и теоретически точного их сопряжения конические передачи
с эвольвентной линией зубьев способны передавать высокие
нагрузки, они менее чувствительны к погрешностям изготовле-
ния, сборки и деформациям под нагрузкой. Сопряженные зубча-
тые колеса допускают значительные смещения относительно
друг друга без заметного нарушения качества зацепления.
Конические колеса, у которых продольная кривизна зуба
выполнена по удлиненной эпициклоиде, называют коническими
колесами с циклоидальной линией
зубьев. Высота зубьев постоянная
по всей длине зуба, нарезание
Рис. 33. Конические колеса с постоянной
и понижающейся высотой зубьев {hm —
средняя высота зуба)
13
зубьев производят резцовыми головками методом непрерывного
деления.
Метод нарезания конических колес с циклоидальной линией
зубьев, получивший за последнее время большое распространение,
имеет более широкие технологические возможности, чем метод
нарезания колес с эвольвентной линией зубьев. Этим методом
можно изготовлять конические колеса с диапазоном углов наклона
линии зуба Р — 0-ь50° и шириной зубчатого венца h э* 5.
Режущий инструмент для изготовления конических колес с цикло-
идальной линией зубьев менее сложен и более универсален. Путем
изменения параметров режущего инструмента можно производить
различные модификации формы зуба. Можно изготовлять как
обкатные, так и полуобкатиые конические и гипоидные передачи
с циклоидальной линией зубьев.
Преимущества конических колес с постоянной высотой зубьев,
по сравнению с переменной, состоит в том, что образующая конуса
впадин параллельна образующей делительного конуса, угол
ножки колеса и шестерни равен нулю, благодаря чему зубья ко-
леса и шестерни теоретически правильно сопряжены между собой.
При изготовлении таких колес требуется незначительная коррек-
тировка пятна контакта на зубьях. Расчет наладочных установок
зуборезного станка и его наладка проще и менее трудоемка, чем
при нарезании зубьев с переменной высотой, где углы ножек колеса
и шестерни имеют различные значения. Зацепления с циклоидаль-
ной линией зубьев особенно выгодно применять при изготовлении
крупномодульных конических колес в небольших количествах, в
этом случае отпадает необходимость в дополнительном изготовле-
нии дорогостоящих заготовок для наладки зуборезного станка.
Конические колеса, у которых продольная кривизна зубьев
выполнена по дуге окружности, называют коническими зубчатыми
колесами с круговыми зубьями. Они имеют пропорционально по-
нижающуюся высоту зубьев в направлении вершины конусов
(см. рис. 33). Радиус продольной кривизны зубьев соответствует
образующему радиусу резцов резцовой головки. Нарезание круго-
вых зубьев производят резцовыми головками методом единичного
деления, каждая впадина зуба нарезается отдельно. Метод на-
резания конических колес с круговыми зубьями достаточно уни-
версален и производителен, им можно нарезать обкатные и полу-
обкатные конические и гипоидные передачи различных модифика-
ций. В первую очередь этот метод пригоден для серийного и мас-
сового производства. Его широко используют и в единичном
производстве, когда зубья колеса и шестерни нарезают на одном
станке, но при этом приходится производить многократную пере-
наладку станка.
В качестве основного вида зацепления приняты конические
колеса с круговыми зубьями, поэтому в дальнейшем будут рас-
сматриваться главным образом эти передачи.
44
Профиль зубьев. Конические передачи могут иметь несколько
различных форм профиля зубьев. Основное требование, которое
предъявляется к форме профиля зуба, состоит в обеспечении
постоянства передаточного отношения таким образом, чтобы
равномерное вращение ведущего вала вызвало равномерное вра-
щение ведомого вала.
Эвольвентный профиль зубьев, который широко применяют
в цилиндрических колесах, не может быть точно получен в кони-
ческих и гипоидных передачах. Эвольвентный профиль зубьев
цилиндрических колес, как известно, образуется в плоскости,
у конических колес торцовые профили зуба расположены на сфе-
рической поверхности, поэтому зацепление зубьев конических
колес следует рассматривать па сфере, профиль зубьев при этом
имеет приближенную (сферическую) эвольвенту. Сопряженную
пару конических колес принято рассматривать в зацеплении
с плоским производящим колесом, радиус которого равен внеш-
нему конусному расстоянию Re (рис. 34).
Так как сферическую поверхность нельзя развернуть в одной
плоскости, то зацепление конической передачи с достаточной для
практики точностью можно приравнять по способу Тредгольда
к эквивалентной цилиндрической пе-
редаче, заменяя радиус делительной
окружности г длиной образующей
дополнительного конуса Rd (рис. 35).
Замена конического колеса эквива-
лентным цилиндрическим колесом
упрощает расчет прочности зубьев ко-
Рис. 35. Эквивалентные цилиндрические и
конические зубчатые колеса
1
Рис. 36. Профили зубьев конических колес:
а — октоидный; б — октоидное зацепление; в — сферический; г — реечный; д — кру-
говой
нических передач, расчет геометрических параметров угловых
передач и т. д.
Октоидный профиль зубьев соответствует плоскому произ-
водящему колесу, у которого профили зубьев имеют прямые
стороны. При изготовлении конических колес 2 с прямыми и кри-
волинейными зубьями октоидную форму профиля зубьев полу-
чают методом обкатывания инструментом 1 с прямолинейными
режущими кромками (рис. 36, а). Отличительным признаком ко-
нических колес с октоидным профилем зубьев является линия
зацепления, которая на сферической поверхности напоминает
фигуру восьмерки (рис. 36, б). Практически линия зацепления
конической передачи представляет собой лишь небольшой участок
этой кривой. В настоящее время октоидный профиль зубьев ши-
роко применяется при изготовлении конических колес с прямыми
и криволинейными зубьями.
Сферический профиль 2 в нормальном сечении зубьев колеса
(рис. 36, в) образуется резцовой головкой 1 со сферической формой
режущих кромок. Отличительным признаком конических колес
со сферическим профилем зубьев является то, что на сопряженных
профилях зубьев отсутствует диагональное расположение пятна
контакта и обеспечивается точное прилегание профилей зубьев.
Режущий инструмент дорог и трудоемок в изготовлении, поэтому
зацепления со сферическим профилем применяют ограниченно,
в основном в ответственных передачах, например в компьютерных
установках.
46
Рис. 37. Профиль зубьев обкатных (/)
и полуобкатпых (2) передач
Колесо
Шестерня
Реечный профиль зубьев коле-
са (рис. 36, г), большего из пары,
образуется методом копирова-
ния резцовой головкой/, резцы
которой имеют прямолинейные
режущие кромки. Форма впади-
ны зуба колеса 2 соответствует
форме профиля режущего ин-
струмента. Реечный профиль
зубьев нарезают на конических
колесах с углом делительного конуса более 70° в 3—5 раз быстрее,
чем при обработке методом обкатывания.
Круговой профиль зубьев (рис. 36, д) прямозубых конических
колес 2 образуется резцовыми головками-протяжками / с рез-
цами, режущие кромки которых имеют вогнутую форму, выпол-
ненную дугами окружности одного радиуса. Нарезание зубьев
круговыми протяжками получило название метода кругового
протягивания.
Профиль зубьев, полученный методом кругового протягива-
ния, отличается от эвольвентного профиля тем, что его кривизна
от головки к ножке зуба увеличивается в меньшей степени; такие
профили принято называть круговыми. Зубья колес с круговым
профилем свободны от подрезания даже при малом числе зубьев,
поэтому они имеют более высокую изгибную прочность, чем зуб-
чатые колеса с эвольвентным зацеплением. Прямозубые кони-
ческие колеса с круговым профилем зубьев применяют для пере-
дачи больших нагрузок при низкой скорости вращения, в ча-
стности их широко используют в дифференциалах автомобилей,
сельскохозяйственных машинах и т. д.
Для повышения изгибной прочности увеличивают модуль
и уменьшают высоту зубьев. Угол зацепления колес с круговым
профилем обычно принимают равным 22° 30', при этом угле за-
цепления возрастает радиус переходной поверхности у основания
зубьев, а коэффициент торцового перекрытия становится более
1,05, что обеспечивает непрерывное зацепление зубьев конических
колес.
Обкатной передачей называют передачу, у которой чистовое
нарезание зубьев колеса и сопряженной шестерни производят
методом обкатывания, в результате чего их зубья имеют октоидный
профиль.
Полуобкатной передачей называют передачу, у которой чисто-
вое нарезание зубьев колеса производят методом копирования,
а чистовое нарезание зубьев сопряженной шестерни — методом
обкатывания. Зубья колеса имеют реечный профиль, зубья ше-
стерни — октоидный (рис. 37). Термин полуобкатная передача
47
1
Рис. 38. Схема зацепления
сопряженных конических ко-
лес с плоским производящим
колесом
исходит из того, что у двух сопряженных зубчатых колес передачи
только один элемент — шестерня обрабатывается методом обка-
тывания. В обкатной передаче оба элемента обрабатываются
методом обкатывания. Более подробно этот вопрос будет рас-
смотрен ниже. Отметим, что у полуобкатных передач боковые
поверхности зубьев колеса и шестерни теоретически точно не со-
впадают, в результате чего пятно контакта имеет диагональную
форму. Однако в настоящее время разработано достаточно средств
для устранения этого недостатка.
Плоское производящее колесо имеет угол делительного конуса,
равный 90°. При формировании зубьев конических колес плоское
колесо имеет такое же значение, как зубчатая рейка при изгото-
влении цилиндрических колес, и является как бы кольцевой
рейкой для конических колес.
Плоское колесо материально не существует, это воображаемое
коническое колесо, которое образуется зуборезным станком и ре-
жущим инструментом. При изготовлении конических колес пло-
ское колесо заменяется инструментом, резцы которого воспроиз-
водят зуб этого плоского колеса. Плоское колесо, так же как и зуб-
чатая рейка, является определяющим исходным элементом при
образовании зубьев конических колес, по этой причине оно на-
зывается плоским производящим колесом. Основным условием
для достижения точного зацепления двух сопряженных кониче-
ских колес является совпадение относящихся к ним плоских
производящих колес, другими словами, зубья сопряженных
конических колес при нарезании должны обкатываться с одним
и тем же плоским производящим колесом.
Схема двух сопряженных конических колес 1 и 3, которые
одновременно находятся в зацеплении с плоским производящим
48
колесом 2, показана на рис. 38. Нарезание зубьев производят
резцовой головкой с номинальным диаметром dtI. Зацепление
можно представить таким образом, что зубья плоского произ-
водящего колеса 4 изготовлены из бесконечно тонкой пластины
и находятся между зубьями 5 и 6 двух зацепляющихся колес
и точно сопряжены с каждым из них. Следовательно, если два
конических зубчатых колеса точно сопряжены друг с другом, то
они сопряжены с одним и тем же производящим колесом. Спра-
ведливо и другое условие. Если два конических зубчатых колеса
сопряжены друг с другом, тогда производящие их колеса будут
сопряжены между собой. Любой элемент конической зубчатой
передачи, сопряженный с одним производящим колесом 1, будет
сопряжен с любым другим производящим колесом 2, при усло-
вии, что их делительные конусы касаются, а вершины конусов
совпадают в одной точке (см. рис. 34).
Схема нарезания зубьев конического колеса с криволинейными
зубьями на зуборезном станке показана на рис. 39. Основным
элементом при нарезании зубьев является воображаемое произ-
водящее колесо 1, которое, с одной стороны, находится в зацепле-
Рис. 39. Схема нарезания конических колес с криволинейными зубьями
49
нии с обрабатываемой шестерней 3 и совершает совместно с ней
движение обкатки, с другой стороны, зубом производящего колеса
являются резцы 2 резцовой головки, которые, совершая движение
резания, формируют профиль зуба обрабатываемой шестерни.
На этом принципе основан процесс нарезания зубьев конических
колес.
Число зубьев плоского производящего колеса ортогональных
конических передач
Нарезание конических колес с криволинейными зубьями
методом обкатывания производят двумя типами производящих
колес: плоским и конусным. Плоское производящее колесо имеет
угол делительного конуса, равный 90°, его применяют при обра-
ботке на зуборезных станках без наклона шпинделя инструмента.
На этих станках обычно нарезают зубья колеса и шестерни мето-
дом обкатывания. Октоидный профиль зубьев сопряженной пары
образуется одним и тем же плоским производящим колесом.
Конусное производящее колесо с углом делительного конуса
меньше 90° применяют на зуборезных станках, у которых шпин-
дель инструмента может наклоняться на угол до 30°. Эти станки
предназначены для нарезания зубьев шестерни полуобкатных
конических и гипоидных передач методом обкатывания с наклоном
шпинделя инструмента. При нарезании зубьев полуобкатной
передачи колесо и шестерня не имеют общего плоского производя-
щего колеса. Для нарезания зубьев шестерни плоское колесо
заменяется конусным производящим колесом. Конусное произ-
водящее колесо образуется, как и плоское воображаемое колесо,
зуборезным станком и резцовой головкой и теоретически соответ-
ствует форме сопряженного колеса. Таким образом, сопряженное
колесо косвенно является инструментом для нарезания зубьев
шестерни и имеет так же, как и плоское колесо, прямые боковые
поверхности зубьев.
Рис. 40. Схема нарезания зубьев колеса (а) и шестерни (б) полуобкатной пере-
50
Рис. 41. Исходный контур кониче-
ских зубчатых колес с круговыми
зубьями
Схема нарезания зубьев
колеса и шестерни полуоб-
катной передачи показана на
рис. 40. Зубья колеса 1
(рис. 40, а) нарезают резцо-
вой головкой 2 методом ко-
Pn
пирования на станке без наклона шпинделя инструмента. Зубья
колеса имеют реечный профиль. Шестерней (рис. 40, б) в процессе
резания сообщают движение обкатки с сопряженным колесом 5,
резцы резцовой головки 4 при нарезании зубьев воспроизводят
зубья не плоского производящего колеса, а сопряженного ко-
леса 5. Резцовая головка закреплена на инструментальном
шпинделе, который наклонен относительно оси А — А люльки
станка.
Исходный контур. Под исходным контуром конических зубча-
тых колес с круговыми зубьями и модулем более 1 мм подразу-
мевается контур зубьев условной рейки, у которой профиль и раз-
меры по высоте зубьев совпадают с одноименными элементами
зубьев плоского производящего колеса в среднем нормальном
сечении.
По ГОСТ 16202—81 профиль исходного контура прямо-
линейный (рис. 41). Глубина захода /г3 — 2тп, где тп— модуль
в нормальном сечении посередине ширины венца, угол профиля
ад = 20°, радиальный зазор с ~ 0,25тп и радиус закругления
у корня зуба Г/ = С),25тп.
Допускается применение профильной модификации исходного
контура и изменение основных размеров, если это не нарушает
правильного зацепления и позволяет использовать стандартный
инструмент.
Основные элементы конической зубчатой передачи изображены
иа рис. 42. При выборе основных параметров конической или
гипоидной передачи нужно учитывать, с одной стороны, повыше-
ние срока службы по прочности, долговечности работы и плав-
ности хода, с другой стороны, возможность более экономичного
изготовления.
Число зубьев Z. Наименьшее число зубьев шестерни реко-
мендуется выбирать равным шести, а суммарное число зубьев
колеса и шестерни в передаче не менее 40. При меньшем числе
зубьев в передаче возникает большая разница в ширине вершин
зубьев колеса и шестерни, а также подрезание ножки зуба. Если
возможно, то следует применять шестерни с нечетным числом
зубьев. Для легковых автомобилей минимальное число зубьев
ведомого колеса не должно превышать 40. Число зубьев сопря-
женной шестерни выбирают из передаточного числа пары- Для
51
Рис. 42. Элементы зацепления конических зубчатых колес:
2 — межосевой угол; с — радиальный зазор; — окружная толщина впадин
повышения производительности рекомендуется выбирать воз-
можно меньшее число зубьев шестерни. Объясняется это тем, что
зубья колеса нарезают в две операции, а зубья шестерни — за
три, следовательно, чем больше зубьев у шестерни, тем требуется
больше времени для ее обработки.
Очень важно, чтобы в зубчатой передаче зубья колеса и ше-
стерни не имели общих множителей. В качестве примера рас-
?2	30	<?2	30	..
смотрим две передачи:	=То к г ~	“ первой пере-
даче каждый зуб шестерни (гг = 10) работает только в трех опре-
деленных впадинах зубьев колеса. Во второй передаче каждый
зуб шестерни (гг = 11) работает попеременно во всех впадинах
зубьев колеса, в результате чего срок службы шестерни увели-
чивается. Кроме того, благодаря лучшему более равномерному
износу зубьев во второй передаче примера достигается максималь-
ная плавность и бесшумность передачи после притирки.
Прецизионные зубчатые передачи, применяемые для передачи
точного вращения, изготовляют с закаленными шлифованными
зубьями и целым передаточным числом. Эти передачи проще при
контроле и точнее при сборке.
Передаточное число конической передачи и выражается от-
ношением числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни:
Передаточное число эквивалентной цилиндрической передачи
__ г2 cos 6i
vt г, cos б2 •
Б2
При определении передаточного числа конической передачи
для условий массового производства желательно иметь полуоб-
катную передачу с передаточным числом более 3:1, тогда чисто-
вое нарезание зубьев колеса можно производить высокопроизво-
дительным методом копирования, который в 3—5 раз быстрее ме-
тода обкатывания.
Модуль окружной mf. Значение модуля для конических и ци-
линдрических зубчатых колес одинаково. Для конических колес
с переменной высотой зуба численная величина модуля изменяется
по длине зуба и выбирается по ГОСТ 9563—60*. Модуль кониче-
ских колес с пропорционально понижающейся высотой зуба
определяется по внешнему диаметру в торцовом сечении, который
принято называть окружным модулем mt. При расчете кониче-
ских колес с прямыми и криволинейными зубьями, в отличие от
цилиндрических колес, полученный расчетным путем модуль
можно не округлять до ближайшего стандартного значения.
Если для нарезания цилиндрических колес модуль режущего
инструмента соответствует модулю обрабатываемого зубчатого
колеса, то при обработке конических колес этих ограничений нет,
режущий инструмент в соответствии с модулем не стандартизи-
рован, модуль может быть и не целым числом. При нарезании
конических зубчатых колес одним и тем же инструментом можно
нарезать колеса с разными модулями в определенных пределах.
Основными параметрами режущего инструмента, которые за-
висят от модуля, является ширина развода резцов (двусторонние
и трехсторонние резцовые головки), образующий диаметр (одно-
сторонние головки) и ширина вершины резца. Первые два пара-
метра обеспечиваются путем применения и подбора соответству-
ющего размера подкладок под резцы. Ширина вершины резца
выбирается меньше самой узкой части ширины дна впадины зуба
колеса.
Модуль окружной конических и гипоидных колес равен мо
дулю плоского производящего колеса и определяется путем деле-
ния внешнего делительного диаметра de на число зубьев колеса.
Ширина зубчатого венца Ь. У конических колес с прямыми
и круговыми зубьями ширина зубчатого венца не должна превы-
шать 30 % внешнего конусного расстояния, а у конических колес
с нулевым углом наклона не более 25 %. Увеличение ширины
зубчатого венца, по сравнению с указанными, не рекомендуется,
хотя теоретически это связано с повышением прочности. Практи-
чески каждая пара зубчатых колес при сборке имеет отклонения
в базовых расстояниях, и если эти отклонения будут сосредота-
чивать нагрузку на внутренних концах зубьев, то поломка про-
изойдет раньше у колес с более длинным зубом. Кроме того,
с увеличением ширины зубчатого венца уменьшается ширина
53
впадины на внутреннем конце зубьев, что приведет к уменьшению
ширины развода резцов, ширины вершины резца и радиуса за-
кругления в основании зубьев. Узкая вершина резца снижает
стойкость режущего инструмента и увеличивает опасность его
поломки, а малый радиус закругления в основании зубьев вызы-
вает снижение прочности зубьев на изгиб.
Ширина зубчатого венца оказывает существенное влияние на
коэффициент осевого перекрытия зубчатой передачи, который
уменьшается с уменьшением ширины зубчатого венца. Это не-
обходимо учитывать особенно в тех случаях, когда величина коэф-
фициента перекрытия выходит за пределы установленных реко-
мендаций.
Угол зацепления а. В качестве стандартного угла зацепления
конических колес с прямыми и круговыми зубьями общего назна-
чения принят угол а = 20°, симметрично расположенный на обеих
сторонах зуба. При этом угле зацепления обеспечивается высокая
прочность зубьев, достаточная ширина развода резцов и исклю-
чается подрезание ножки зуба шестерни.
Прямозубые конические колеса дифференциала автомобиля,
обычно имеющие малое число зубьев и передающие большие на-
грузки, изготовляют с углом зацепления а = 22° 30', а более
нагруженные — с углом а = 25°. Так как у гипоидных передач
профиль зубьев несимметричный, принято задавать суммарный
угол зацепления. Сумма углов зацепления обеих сторон зуба
для гипоидных передач общего машиностроения равна 42° 30',
грузовых автомобилей и тракторов 45°, легковых автомоби-
лей 38°.
Повышение прочности зубьев за счет увеличения угла зацеп-
ления вызывает уменьшение развода резцов и ширины ленточки
на вершине зуба. Чтобы предотвратить скалывание вершины зуба
после термообработки, ширина ленточки на вершине зуба должна
быть больше, чем удвоенная глубина цементованного слоя или
не менее 0,25/?г/е.
У зубчатых колес, от которых требуется плавная и бесшумная
работа, угол зацепления уменьшают. К таким передачам можно
отнести гипоидные передачи легковых автомобилей, угол зацепле-
ния которых уменьшен до а — 19°. Кроме того, на вогнутой сто-
роне зуба шестерни, передающей крутящий момент при движении
автомобиля вперед, с целью снижения уровня шума, угол зацепле-
ния уменьшают примерно на 2—4°, но не менее чем до а = 12°.
На противоположной выпуклой стороне зуба шестерни, работа-
ющей при движении автомобиля назад, для сохранения прочности
зуба угол зацепления увеличивают так, чтобы суммарный угол
зацепления 38° оставался без изменения. Длина линии зацепления
на вогнутой стороне зуба шестерни с уменьшением угла зацепле-
ния увеличивается, а на выпуклой стороне уменьшается. Зубчатые
колеса с симметричным расположением угла профиля имеют оди-
наковую длину линии зацепления на обеих сторонах зуба.
54
Гипоидное смещение Е. Величина и направление гипоидного
смещения оси шестерни относительно оси колеса имеют большое
значение при проектировании гипоидных передач. Направление
гипоидного смещения, угол наклона и направление наклона
линии зуба зависимы между собой.
Гипоидная шестерня 1 с левым направлением линии зуба
(рис. 43), расположенная ниже оси колеса, имеет диаметр больше,
чем диаметр соответствующей конической шестерни 2 с круговым
зубом примерно на 30 %. Если гипоидная шестерня 3 с левым
наклоном зуба смещена выше оси колеса, то ее диаметр меньше,
прочность ниже, уровень шума выше по сравнению с конической
шестерней 2. Такие гипоидные передачи применять не рекомен-
дуется. Гипоидная шестерня с правым наклоном зуба увеличи-
вается в размерах при смещении ее выше оси колеса и умень-
шается при смещении ниже оси.
Величина гипоидного смещения для передач общего машино-
строения, легких грузовиков, легковых автомобилей не должна
превышать 40—50 % внешнего конусного расстояния R, экви-
валентной конической передачи. Для тяжелонагруженных пере-
дач грузовых автомобилей, автобусов, тракторов и передач желез-
нодорожного транспорта гипоидное смещение должно быть не
более 20 % Re. С увеличением передаточного числа гипоидное
смещение должно быть увеличено. При значительном увеличении
гипоидного смещения возникает повышенный износ и вероятность
образования задиров на поверхности зубьев.
Угол наклона линии зуба |3 у конических колес изменяется
по длине зуба, максимальной величины он достигает у внешнего
торца зуба (Pf), минимальной — у внутреннего торца (Рг)- В чер-
тежах и расчетах указывается угол наклона в средней точке
зубчатого венца (Рт), расположенный между касательной t к ли-
нии зуба в середине зубчатого венца и образующей делительного
конуса Rm, проведенной в точку касания (рис. 44).
Если известен средний угол наклона зуба |Зт и радиус резцо-
вой головки ги, то можно определить угол наклона в любой точке
зуба |3Х, находящейся на расстоянии Rx от вершины делительного
конуса:
Рис. 43. Гипоидное смещение относительно оси колеса
55
Рис. 44. Образование среднего угла
наклона линии зуба при обработке ко-
леса 2 на зуборезном станке Г.
— центр станка; г — радиус резцовой
головки; О — центр резцовой головки
Рис. 45. Направление линии зуба ко-
нического колеса и шестерни:
а — направление колеса правое, шестерни
левое; б — направление колеса левое,
шестерни правое.
Для конических колес общего назначения средний угол на-
клона зуба выбирают в пределах Рт = 30 ч-35°, он одинаков для
колеса и шестерни. Углы наклона зуба на шестерне и колесе ги-
поидной передачи различны. У шестерен легкового автомобиля
средний угол наклона зуба выбирают рт — 50°, шестерен грузо-
вого автомобиля Р„г = 45°, колес в пределах |Зт = 30 —38°.
Средний угол наклона зуба более 50°, вследствие возникновения
большого продольного скольжения на поверхности зубьев, при-
нимать не рекомендуется. Для колеса минимальный угол наклона
рт = 10°, ниже этого угла преимущества криволинейного зуба
уменьшаются, затруднена отработка формы и расположения пятна
контакта на зубьях.
Приближенный угол наклона линии зуба в середине зубчатого
венпа шестерни конической и гипоидной передачи можно опреде-
лить по формуле
25 + SjA+90^.
Если необходимо, то вычисленный по формуле угол наклона,
можно изменить, но его величина не должна отличаться более
чем на 5° от угла, полученного по формуле, иначе могут возникнуть
трудности в достижении удовлетворительного баланса прочности
зубьев колеса и шестерни.
Направление наклона линии зуба у конических и гипоидных
колес определяется направлением кривизны зубьев. Если смотреть
на зубчатое колесо со стороны вершины делительного конуса,
то зубья с левым направлением линии зуба отклоняются от оси
против часовой стрелки, а зубья с правым направлением откло-
няются по часовой стрелке (рис. 45). Направление линии зуба
одного элемента пары противоположно направлению линии зуба
Б6
сопряженного элемента. Направление линии зуба не влияет на
плавность и эффективность работы передачи.
При работе конической и гипоидной передач передаваемая
нагрузка раскладывается на две части: одна — вдоль оси — вы-
зывает осевое давление на подшипники, другая — перпендику-
лярно оси — создает радиальную нагрузку на подшипники.
Величина и направление осевых и радиальных нагрузок зависит
от передаточного числа, угла зацепления, угла наклона зуба,
направления линии зуба, направления вращения, а также от
того, является ли шестерня ведущим или ведомым элементом.
Ведущая шестерня с левым наклоном зуба (рис. 46, а) при
вращении в направлении по часовой стрелке 1 (если смотреть
с заднего опорного торца) имеет тенденцию перемещаться по оси
в сторону 2 от вершины делительного конуса, что способствует
увеличению бокового зазора между зубьями. При вращении по
часовой стрелке 3 шестерня перемещается в направлении 4 к вер-
шине конуса, боковой зазор уменьшается, вызывая заклинивание,
повышенный износ, а в отдельных случаях и поломку зубьев.
Осевое перемещение 5 (рис. 46, б) шестерни с правым наклоном
линии зуба будет направлено от вершины делительного конуса
при вращении ее против часовой стрелки 6. Если направление
вращения шестерни по часовой стрелке 7, то ее осевое перемеще-
ние 8 будет направлено к вершине делительного конуса.
Следовательно, направление линии зуба ведущей шестерни
нужно выбирать такое, при котором осевая нагрузка на рабочем
ходу способствует выходу шестерни из зацепления и увеличению
бокового зазора. Надежность такой конструкции определяется
упорными подшипниками, которые должны хорошо противостоять
осевому смещению шестерни при передаче нагрузки.
Коэффициент перекрытия оказывает существенное влияние на
плавную работу передачи и прочность зубьев. В конических и
гипоидных передачах рассматривают три основных коэффициента
перекрытия: торцовый, осевой и суммарный.
Коэффициент торцового перекрытия еа — отношение длины
линии зацепления к шагу на развертке дополнительного конуса.
Для прямозубых конических передач общего машиностроения
коэффициент торцового перекрытия всегда должен быть еа > 1
Рис. 46. Осевое перемещение шестерни в зависимости от направления ее вращения:
а — шестерня с левым и колесо с правым наклоном зубьев; б — шестерня с правым и
колесо с левым наклоном зубьев
57
Рис. 47. Определение коэффициент*
осевого перекрытия
Pte
а конических передач диффо?
ренциала ек 1,1. Ответствен»
ные прямозубые конический
передачи изготовляют с коэф-
фициентом профильного пере-
крытия ек = 1,5 и более. По-
вышение этого коэффициента
осуществляется путем увеличения высоты зуба и уменьшения
угла зацепления.
Коэффициент осевого перекрытия е|3 конических и гипоидных
колес с круговыми зубьями равен отношению длины дуги АС
(рис. 47) к внешнему окружному шагу зубьев. Минимальный
коэффициент осевого перекрытия находится в пределах е₽ =
— 1,5 -е-1,8, наилучшнм коэффициентом с точки зрения эксплуа-
тации является ер = 2 и более. Если, например, коэффициент
осевого перекрытия ер = 2,3, то это означает, что в зацеплении
одновременно находятся два-три зуба. Причем два из них пол-
ностью участвуют в работе, а третий зуб только на 30 %. Если
коэффициент осевого перекрытия ер < 2, то в определенные мо-
менты времени нагрузка в передаче передается только одним
зубом.
Увеличения коэффициента осевого перекрытия можно дости-
гнуть увеличением угла наклона зуба и ширины зубчатого венца,
в также уменьшением модуля при соответствующем увеличении
числа зубьев.
Суммарный коэффициент перекрытия ev характеризует сум-
марный коэффициент перекрытия под полной нагрузкой не на
всей поверхности зуба, а на части, ограниченной поверхностью
пятна контакта в форме эллипса. Этот коэффициент позволяет
определить число зубьев, находящихся в постоянном контакте:
Са + ер.
Максимальная плавность и бесшумность конических и гипоид-
ных передач достигается при суммарном коэффициенте перекры-
тия ev = 2 и более.
Конусность зуба является важнейшим параметром, которая
позволяет за счет ее рационального изменения выбрать более
производительный метод нарезания зубьев, повысить период
стойкости режущего инструмента и увеличить прочность зубьев.
Большинство конических и гипоидных передач имеют кониче-
ские зубья, высота которых от внешнего торца зуба к внутреннему
уменьшается. Форма конусности зуба может быть различной,
рассмотрим основные из них.
58
Рис. 48. Формы конусности зуба:
а — стандартная; б — двойная; в — с поворотом линии конуса впадин вокруг точки А:
г — равновысокий зуб
Стандартная конусность зуба (осевая форма зуба I, рис. 48,с)
характеризуется тем, что образующие делительного конуса и
конуса впадин пересекаются в одной точке. Высота и толщина зуба
пропорционально уменьшаются по мере приближения к вершине
конуса. Образующая конуса вершин не совпадает с вершиной
делительного конуса и конуса впадин, а расположена параллельно
образующей конуса впадин сопряженного колеса, благодаря этому
радиальный зазор остается постоянным по всей длине зуба. В ста-
рых системах расчета образующие конусов вершин, делительного
и впадин совпадали в одной точке, радиальный зазор уменьшался
от внешнего к внутреннему торцу, соответственно уменьшался и
радиус закругления в основании зубьев. Наличие постоянного
радиального зазора позволяет увеличить радиус закругления
в основании зуба, а следовательно, и прочность зубьев.
Конические и гипоидные передачи с постоянным радиальным
зазором широко применяют в машиностроении. Зубья колеса
нарезают двусторонними головками, обе стороны зуба обрабаты-
вают одновременно, дно впадины имеет постоянную ширину.
У сопряженной шестерни каждая сторона зуба нарезается от-
дельно односторонней резцовой головкой, ширина впадины зуба
переменная.
Двойная конусность зуба (осевая форма зуба II) характери-
зуется тем, что образующие конуса впадин и делительного конуса
не сходятся в одной точке. Разница между зубьями со стандартной
и двойной конусностью показана на рис. 48, б. Сплошными ли-
ниями показано сечение зуба с двойной конусностью, штрихо-
выми линиями — сечение стандартного зуба. Двойную конусность
зуба можно получить путем поворота образующей конуса впадин
вокруг любой точки вдоль длины зуба. Практически поворот
образующей конуса впадин принято производить относительно
двух точек: точки К (рис. 48, 6), лежащей в середине ширины зуб-
чатого венца, и точки А (рис. 48, в), расположенной на внешнем
торце.
59
При повороте образующей конуса впадин (сплошная линия)
относительно точки К высота зуба на внешнем торце — пятке зуба
увеличивается, а ширина впадины зуба уменьшается, на внутрен-
нем торце — носке зуба, наоборот, высота зуба уменьшается,
а ширина впадины зуба увеличивается. Высота и толщина зуба
в середине зубчатого венца практически остаются без изменения.
Таким образом, посредством поворота образующей конуса впадин
можно выровнить ширину впадины зуба, сделав ее одинаковой
по всей длине зуба.
В зависимости от направления поворота образующей конуса
впадин можно получить впадину зуба шире или уже расчетной
величины на внутреннем торце зуба. Практически ширину впадины
зуба делают больше расчетной. Преимущество конических колес
с одинаковой шириной впадины зуба на пятке и носке состоит в том,
что создается возможность получить максимальную ширину впа-
дины и, следовательно, максимальный развод резцов по сравнению
с расчетным. При максимальном разводе резцов увеличивается
ширина вершины резца и радиус его закругления, благодаря чему
повышается период стойкости инструмента, производительность
станка и прочность зубьев.
Когда ширина впадины по всей длине зуба колеса и шестерни
одинаковая, то для их обработки применяют высокопроизводи-
дительный двусторонний способ, обе стороны зуба нарезают одно-
временно двусторонней головкой. Пропорции зуба с двойной ко-
нусностью, ио сравнению со стандартной, меняются, а прочность
зуба остается без изменения, потому что расчет прочности ведется
по сечению зуба в середине зубчатого венца, где высота и толщина
зуба не меняются.
Поворот образующей конуса впадин относительно точки А
на внешнем торце (рис. 48, б) применяют для увеличения ширины
впадины зуба, а следовательно, развода резцов на внутреннем
торце зуба, оставляя без изменения ширину впадины на внешнем
торце. При повороте образующей конуса впадин в противополож-
ном направлении на внутреннем торце зуба увеличивается высота
зуба и коэффициент торцового перекрытия, а ширина впадины
зуба уменьшается.
Равновысокие зубья (осевая форма зуба III, рис. 48, г) конус-
ности по высоте зуба не имеют, образующие конуса вершин и впа-
дин расположены параллельно образующей делительного конуса.
К преимуществам равновысоких зубьев можно отнести их теоре-
тически правильное зацепление. Это преимущество использовано
для нарезания зубьев колеса и шестерни высокопроизводительным
двусторонним способом.
Равновысокие зубья по сравнению с зубьями с пропорцио-
нально понижающейся высотой обладают следующими недостат-
ками: более склонны к подрезанию в ножке зуба у внутреннего
торца и имеют меньшую ширину вершины зуба в этой зоне. Это
можно видеть из рис. 48, г, где понижающийся зуб обозначен
60
штриховыми линиями, а равновысокий — сплошными. Равновы-
сокий зуб на внутреннем торце выше и глубже, чем понижающийся,
что и вызывает указанные выше недостатки.
Равновысокий зуб применяют как в ортогональных, так и в уг-
ловых конических передачах с межосевым углом 2 =« 0	30°.
Толщина зуба s. В расчетах конических колес используют
окружную толщину зуба st, нормальную толщину зуба sn и тол-
щину зуба по хорде s (см. рис. 42). Эти величины измеряют в пло-
скости внешнего торца и в середине зубчатого венца.
Расчетная толщина зубьев гипоидных и конических передач
общего машиностроения, легковых и грузовых автомобилей, ко-
лесных тракторов, в которых высокие нагрузки прилагаются
не постоянно, определяется по специальной методике исходя из
условия равной долговечности работы зубьев шестерни и колеса.
Число циклов (до поломки) должно быть одинаковым для шестерни
и колеса. Напряжения изгиба у шестерни ниже, чем у колеса.
При определении пропорций зубьев высоконагруженных пере-
дач транзитных автомобилей, гусеничных тракторов, самолетов
за основу принимают равное напряжение изгиба зубьев у шестерни
и колеса. Такой метод расчета применяют в том случае, если
зубья должны нести высокие и непрерывные нагрузки, а также
для обеспечения безопасности работы, когда величина нагрузок
и характер точно не известны.
У конических колес со стандартной конусностью толщина
зуба изменяется по длине незначительно, поэтому измерительную
толщину зуба рекомендуется задавать в середине зубчатого венца,
а не на внешнем торце в плоскости дополнительного конуса, как
это обычно принято в практике. Вычисление измерительных
размеров и их измерение на внешнем торце зуба более сложно
и менее точно, чем в середине ширины зуба. Здесь на размер зуба
существенное влияние оказывает неточное изготовление заготовки.
Толщину зуба по хорде s и высоту до хорды ha измеряют в еди-
ничном производстве зубомером, а также при изготовлении
первых деталей новой пары зубчатых колес в серийном и массо-
вом производстве. У конических колес с круговыми зубьями
толщину зуба измеряют в нормальной плоскости внешней окруж-
ности вершин зубьев до снятия фаски или скругления на вершине
зуба, а также в середине зубчатого венца.
Хорошим практическим признаком оценки одинаковой проч-
ности зубьев колеса и сопряженной шестерни является ширина
вершины зуба. У новой передачи ширину вершин на зубьях
шестерни делают на 10—30 % больше или, в крайнем случае,
равной ширине вершины зубьев колеса. Если это условие воз-
можно, то зубья шестерни и колеса имеют практически одинако-
вую прочность. Когда имеются значительные отклонения в ши-
рине вершины зуба от указанных рекомендаций, то производят
тангенциальную коррекцию за счет изменения параметров ре-
жущего инструмента.
61
1
Рис. 49. Образующие по-
верхности конических ко-
лес:
а — качение двух началь-
ных конусов; б — каченНе
начального конуса по на-
чальной плоскости произ-
водящего колеса
Радиус закругления rt в основании зуба оказывает большое
влияние на его прочность. Чтобы повысить прочность, радиус
закругления нужно выбирать максимально возможным. В боль-
шинстве случаев кривизна закругления в основании зуба не
имеет формы радиуса и точно определить действительную кри-
визну практически невозможно. Поэтому на чертеже вместо ра-
диуса закругления принято задавать радиус резца режущего
инструмента, который обеспечивает требуемую кривизну. Обычно
радиус резца для нарезания зубьев шестерни выбирают равным
примерно 0,120mZe, а для колеса 0,24т/е. Если необходимо иметь
максимальный радиус закругления гг, например для авиацион-
ных зубчатых колес, то требуется дополнительная проверка
во избежание касания (интерференции) вершин зубьев о пере-
ходную поверхность во впадине зуба сопряженного конуса.
Окружной шаг pt (см. рис. 42) — расстояние между одноимен-
ными профилями соседних зубьев по дуге концентрической окруж-
ности конического зубчатого колеса.
Нормальный шаг рп конических и гипоидных передач с кру-
говыми зубьями определяется в плоскости, нормальной к углу
наклона линии зуба:
Рп = Pl cos ₽.
Нормальные шаги колеса и сопряженной шестерни кониче-
ских и гипоидных передач равны между собой. Окружные шаги
на обоих элементах пары равны только у конической передачи
и не равны у гипоидной.
Угол начального конуса — это угол между осью кони-
ческого колеса и образующей его начального конуса. У кониче-
ских колес с пересекающимися осями, имеющих общую вершину
конусов, передача вращения с постоянной угловой скоростью
обеспечивается поверхностями начальных конусов 1 и 2, которые
катятся друг по другу без скольжения (рис. 49, а), и при качении
без скольжения поверхности начального конуса 3 по плоскости 4
производящего конического колеса (рис. 49, б).
Поверхности начальных конусов конических колес, так же как
и поверхности начальных цилиндров цилиндрических колес,
62
Рис. 50. Образование конуса вершин:
с — радиальный зазор
которые катятся друг по другу без
скольжения, являются воображаемыми.
Отношение угловых скоростей пары
конических колес обратно пропорцио-
нально отношению синусов углов их
начальных конусов:
«а _ £1 _ sin 6(„t
r2 sin 6„!2 ’
Понятие начальные конусы относится к конической передаче,
отдельно рассматриваемое колесо угла начального конуса не имеет.
Угол делительного конуса 6 (см. рис. 42) — это угол между
осью конического колеса и образующей его делительного конуса.
Делительный конус представляет собой коническую поверхность,
которая в процессе нарезания зубьев на заготовке катится без
скольжения по конической поверхности воображаемого произ-
водящего колеса. В некорригнрованных передачах угол началь-
ного конуса совпадает с углом делительного конуса.
Угол конуса вершин б(1 (см. рис. 42) — это угол между осью
конического колеса и образующей его конуса вершин. Поверх-
ность конуса вершин определяет форму заготовки конического
колеса. Для получения постоянного радиального зазора по всей
длине зуба в современных методах расчета параметров зубьев
конических колес образующая конуса вершин проходит парал-
лельно образующей конуса впадин сопряженного зубчатого ко-
леса (рис. 50).
Угол конуса вершин равен сумме углов делительного конуса
и ножки зуба сопряженного колеса:
6О)=Л + 0/2; 6U2 = Vl-0b.
Угол конуса впадин (см. рис. 42) — это угол между осью
конического колеса и образующей его конуса впадин. Угол конуса
впадин указывают в чертеже, его используют для установки за-
готовки на зуборезном станке при нарезании зубьев.
Угол делительного дополнительного конуса dd — это угол
между осью конического колеса и образующей дополнительного
конуса Rd, которая перпендикулярна образующей делительного
конуса R,, (см. рис. 42).
Угол головки зуба 6П (см. рис. 42) — это угол между обра-
зующими конуса вершин и делительного конуса.
Угол ножки зуба (см. рис. 42) — это угол между образу-
ющими делительного конуса и конуса впадин.
Конусное расстояние R (см. рис. 42) — это длина отрезка
образующей делительного конуса от его вершины до пересечения
63
с образующей делительного дополнительного конуса. Различают
внешнее Rel среднее Rm, внутреннее К, и другие Rx конусные
расстояния в любой точке ширины зубчатого венца. Конусные
расстояния используют при расчете угла наклона линии зуба
и развода резцов на внешнем и внутреннем торцах зубчатого
венца.
Диаметры конического зубчатого колеса (см. рис. 42). Разли-
чают диаметры: внешний делительный dc, внешний вершин
зубьев dae, внешний впадин зубьев dfe и другие диаметры ко-
леса. Внешний диаметр вершин зубьев конического колеса —
теоретический (расчетный) размер заготовки. Практически этот
диаметр меньше благодаря снятию фаски или скруглению вершин
зубьев на внешнем диаметре.
Высота зуба 1г (см. рис. 42) — расстояние между окружно-
стями вершин зубьев и впадин. Обычно высоту зуба у конических
колес с модулем mte > 2,5 мм при черновом нарезании зубьев
выполняют на 0,1—0,2 мм больше расчетной величины, чтобы пред-
отвратить касание вершин чистовых резцов дна впадины зуба.
Высота зуба складывается из высоты головки зуба ha и высоты
ножки зуба hf. Различают внешнюю he, среднюю hm, внутреннюю
hj и другие 1гх высоты зуба. Внешняя высота зуба hc измеряется
по образующей дополнительного конуса.
Рабочая (граничная) высота зуба /iz (см. рис. 42) — это вы-
сота зацепления двух зубчатых колес, равная сумме их головок.
Боковой зазор /п (рис. 42) между зубьями в нормальном
сечении задают в зависимости от модуля, условий работы передачи
и выбирается по табл. 7. В результате погрешностей, возника-
ющих при изготовлении, сборке и термической обработке, таблич-
ную величину бокового зазора обычно приходится увеличивать
путем уменьшения толщины зуба, чтобы получить требуемый
зазор при сборке. Как правило, колесо нарезают на теоретических
установках двусторонней головкой, а боковой зазор увеличивают
за счет уменьшения толщины зубьев шестерни.
Базовое расстояние А (см. рис. 42) — это расстояние от вер-
шины делительного конуса до базовой плоскости, которая исполь-
зуется при сборке, контроле и в большинстве случаев при обра-
ботке зубчатого колеса. В — расстояние от вершины делительного
конуса до плоскости внешней окружности вершин зубьев. Раз-
меры А и В теоретические неизмеряемые; они точно учитываются
при проектировании контрольной оснастки, наладке станков
и т. д., С — расстояние от базовой плоскости до плоскости внеш-
ней окружности вершин зубьев. Этот размер оказывает непосред-
ственное влияние на форму заготовки, в чертеже он оговаривается
допуском. Неточность размера С вызывает увеличение или умень-
шение высоты зуба.
Корригирование конических зубчатых передач
Конические передачи, так же как цилиндрические корриги-
руются. Практически некорригированных конических передач
64
Заострение
Рис. 51. Параметры для
корригирования:
а — оптимального профиля
зуба; б — высоты зуба
с прямыми и круговыми зубьями не изготовляют. Основная цель
корригирования конических и цилиндрических передач состоит
в том, чтобы подобрать такие коэффициенты пропорции зубьев,
которые обеспечили бы оптимальный профиль зуба без участка
подрезания в основании зуба и заострения вершины (рис. 51, а),
а также достаточную прочность зуба на изгиб.
Высотная коррекция. Применяется при расчете геометрических
параметров конических передач общего машиностроения. При вы-
сотной коррекции профиль зубьев шестерни получает положи-
тельный сдвиг, при котором высота головки зуба увеличивается на
величину xmte, а высота ножки зуба на эту же величину умень-
шается. Высота головки зуба колеса соответственно уменьшается
и увеличивается высота ножки зуба:
hai = frnle 4- xmie; hfl = h — hal;
haz = ftnte — xmte; hf2 = h — ha2,
где f — коэффициент высоты головки зуба исходного контура;
х — коэффициент смещения исходного контура.
Значения коэффициентов высоты головки зуба и смещения
исходного контура для конических зубчатых колес определяют
по графикам и таблицам, разработанным ЭНИМСом.
Если в цилиндрических передачах коэффициент смещения
исходного контура х выбирают независимо от передаточного числа,
то в конических передачах величина этого коэффициента для
каждого передаточного числа различна. Каждому передаточному
числу соответствует свой постоянный коэффициент смещения.
При одинаковом числе зубьев шестерни и колеса коэффициент
смещения исходного контура х = 0.
При высотной коррекции с увеличением передаточного числа
высота головки зуба шестерни постепенно увеличивается, а высота
головки зуба колеса на ту же величину уменьшается. Сумма
головок зуба колеса и шестерни при любом передаточном чпслг
сохраняется постоянной, равной рабочей (граничной) высоте зуба
h-i = Кл ~Ь ha2-
3 Калашников С. Н.
65
4. Изменение высоты головки зуба шестерни н колеса
в зависимости от передаточного числа, мм
Головка зуба	Передаточное число и «						
	16/16 (х = 0)	Я сч о 2 II S*	32/16 (х = 0,345)	48/16 (х = 0,41)	64/16 (X = 0.43)	90/16 (X = 0,445)	100/16 (X = 0,447)
Колеса /la2 = 0,54/П/е 0,46mZe +	(^l)2	4,0	2,98	2,62	2,36	2,28	2,22	2,21
Шестерни ~ hi ~ ha2	4,0	5,02	5,38	5,64	5,72	5,78	5,79
Система расчета высотной коррекции конических зубчатых
передач, разработанная фирмой Gleason, отличается от си-
стемы ЭНИМСа. Величины коэффициентов высоты головки зуба f
и смещения исходного контура х непосредственно не определяются,
они заложены в формулы расчета головок зуба колеса и шестерни.
Это позволяет упростить расчет высотных пропорций зубьев.
Изменение высоты головки зуба шестерни hal и колеса /го2
обкатной конической передачи с прямыми зубьями (zi = 16;
mte — 4 мм; ht = 8,0 мм) в зависимости от передаточного числа
показано в табл. 4.
Абсолютное значение коэффициента смещения х приведено
в табл. 4 условно, оно учтено в формулах расчета высоты головок
зуба колеса и шестерни. По мере увеличения передаточного числа
интенсивность возрастания коэффициента смещения х умень-
шается.
Тангенциальная коррекция применяется для получения оди-
наковой прочности зубьев колеса и шестерни путем перераспреде-
ления их толщин по делительной окружности. Обычно при тан-
генциальной коррекции производят увеличение толщины зуба
шестерни за счет уменьшения на ту же величину толщины зуба
колеса; такая коррекция называется положительной. Изменения
толщины зубьев достигают регулировкой параметров режущего
инструмента, в частности величины развода резцов. Этот вид
коррегирования получил широкое распространение в практике,
так как он прост в исполнении и не требует существенных допол-
нительных затрат.
Смешанная коррекция включает высотную и тангенциальную
коррекцию. Этот вид коррекции применяют для высоконагружен-
ных конических передач с круговыми зубьями и небольшим
числом зубьев шестерни от 6 до 11. Такие передачи широко при-
меняют в грузовых автомобилях, тракторах, редукторах и т. д.
66
Рис. 52. Преимущество
конической передачи с
продольной модификаци-
ей:
а — нормальное положение
шестерни н колеса; б — по-
ложение после смещения
Если шестерню конической передачи, передающую большие на-
грузки, спроектировать с небольшим числом зубьев, то зубья
нормальной высоты будут иметь подрезку, которая вызывает
снижение их прочности. Для устранения этого недостатка реко-
мендуется применять специальные пропорции зубьев, включая
рабочую и полную высоту, высоту головок зуба колеса и ше-
стерни, размеры окружной толщины в зависимости от числа
зубьев колеса и шестерни и угла наклона линии зуба.
Продольная модификация характеризуется бочкообразной фор-
мой по длине зубьев. В гипоидных и конических передачах с пря-
мыми и круговыми зубьями продольная модификация оказывает
большее влияние на обеспечение нормальной работы передачи,
чем в цилиндрических передачах. Поэтому во всех случаях кони-
ческие передачи следует изготовлять с бочкообразной формой
зубьев. Преимущество конических передач с продольной модифи-
кацией, по сравнению с передачами без модификации, состоит
в том, что конические передачи менее чувствительны к погреш-
ностям изготовления, неточностям сборки и прогибам зубьев
под рабочей нагрузкой. Бочкообразная форма зубьев в кониче-
ских передачах позволяет избегать концентрации нагрузки на
кромках зубьев и тем самым предотвращает преждевременный
выход передачи из строя.
Правильное положение конической шестерни и колеса пока-
зано на рис. 52, а. Вершины их делительных конусов располо-
жены в одной точке 1, пятно контакта 2 занимает центральное
положение. Вершина конуса шестерни на рис. 52, б смещена
вследствие деформации картера редуктора под нагрузкой, пятно
контакта также смещено из центрального положения, но нагрузка
на кромках зубьев не концентрируется — передача будет рабо-
тать нормально.
Большим преимуществом конических и гипоидных передач
с круговыми зубьями является возможность изготовлять зубья
с любой бочкообразностью путем незначительного изменения
продольной кривизны сопряженных поверхностей зубьев про-
стыми средствами, за счет регулирования образующих диаметров
резцовой головки.
3*	67
4.	ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОМЕТРИИ
ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ
Червячные передачи относятся к передачам со скрещива-
ющимися осями с углом между осями, равным 90°. Эти передачи
можно разделить на два основных вида: передачи червячные
цилиндрические и передачи червячные глобоидные.
Червячная цилиндрическая передача (рис. 53) характеризуется
тем, что у червяка и колеса делительные и начальные поверхности
цилиндрические. В зависимости от формы профиля витка разли-
чают следующие разновидности цилиндрических червяков.
Конволютный червяк ZN — это цилиндрический червяк, тео-
ретический торцовый профиль витка которого является удлинен-
ной или укороченной эвольвентой. Профиль витка в сечении его
плоскостью, нормальной к винтовой линии,— прямолинейный.
Эвольвентный червяк Z1 — это цилиндрический червяк, тео-
ретический торцовый профиль витка которого является эвольвен-
той окружности. Эвольвентный червяк является частным случаем
конволютного червяка.
Архимедов червяк ZA — это цилиндрический червяк, теоре-
тический торцовый профиль витка которого является архимедовой
спиралью. В осевом сечении профиль имеет прямые стороны.
Наиболее широко применяются в машиностроении для сило-
вых передач эвольвентные червяки. Предпочтение отдается чер-
вякам с правой нарезкой. Червячные передачи по форме винтовой
поверхности червяка стандартом не регламентируются. Форма
профиля витка червяка зависит от условий работы передачи,
метода обработки и размера режущего инструмента. Профиль
нитки червяка червячных передач, работающих на низких ско-
ростях, фрезеруют инструментом диаметром до 150 мм с прямоли-
Рис. 53. Элементы зацепления цилиндрической червячной передачи: d/a — диа-
метр окружности впадин колеса; aw — межосевое расстояние
68
нейными режущими кромками. У точных высокоскоростных пере-
дач профиль витка червяка шлифуют кругом диаметром до 500 мм.
Червячные колеса нарезают на зубофрезерных станках чер-
вячными фрезами, летучими резцами и червячным шевером.
Ведущим элементом червячной передачи является червяк, ведо-
мым — червячное колесо.
Передаточное число равно отношению числа зубьев червяч-
ного колеса z2 к числу заходов (витков) червяка z±: и = zjzx.
Передаточное число стандартизовано в пределах 10—80. Число
зубьев или число витков червяка определяют из передаточного
числа передачи и числа зубьев колеса, при этом нельзя допускать
общих множителей между заходностью и числом зубьев колеса.
Число заходов червяка и число зубьев колеса подбирают таким
образом, чтобы получить соответствующий баланс между углом
подъема витка и диаметром впадин червяка.
Коэффициент диаметра червяка q — отношение делительного
диаметра к его расчетному модулю. Этот параметр введен для
унификации червячных передач и червячных фрез при их на-
резании.
Модуль — отношение осевого шага к л. Значение модуля в осе-
вом сечении выбирается по ГОСТ 2144—76*
Расчетный шаг червяка рг — расстояние между двумя сосед-
ними одноименными сторонами витка, измеренное по делительной
окружности в осевом сечении:
/?! = лт.
Расчетный (осевой) шаг червяка равен расчетному (окруж-
ному) шагу червячного колеса по делительной окружности.
Нормальный шаг червяка рп измеряется в плоскости, пер-
пендикулярной направлению витка. Между нормальным и осе-
вым шагом существует зависимость
Рп = A cos у.
Делительный угол подъема витка у — острый угол между каса-
тельной в данной точке к линии витка и плоскостью торцового сече-
ния червяка:
tgT = Zf
В передачах общего назначения угол подъема витка на дели-
тельной окружности не должен превышать 6° на заход, для двух-
заходных — не более 12° и т. д. С уменьшением угла подъема
коэффициент полезного действия передачи уменьшается. Наилуч-
ший коэффициент полезного действия достигается при угле подъема
от 15 до 30°. Угол подъема от 5 до 10° безопасен в отношении
69
заклинивания. Направление угла подъема одинаковое на обоих
элементах пары.
Ход витка рл — это осевое смещение точки, лежащей на
делительной окружности червяка при повороте его на один оборот.*
Рл = РА-
Угол профиля а принят равным 20° в осевой плоскости для
архимедовых червяков и в нормальном сечении для конволютных
и эвольвентных червяков. Угол профиля принято задавать на
режущем инструменте. Основные размеры червячного колеса
устанавливают в его средней плоскости, которая одновременно
проходит через ось парного червяка. Червячное колесо имеет два
внешних диаметра.
Наибольший диаметр колеса dam2 принадлежит поверхности
вершин зубьев этого колеса, а диаметр вогнутой части (выемки)
поверхности вершин зубьев du2 расположен в средней плоскости
колеса. Такая форма зубчатого венца колеса дополнительно
увеличивает поверхность контакта колеса с парным чер-
вяком.
Диаметр впадин червяка dfl. Если червяк представляет собой
одно целое с валом, то диаметр впадин должен обеспечить доста-
точную прочность вала. В насадных червяках диаметр впадин
делают значительно больше посадочного отверстия в червяке
с учетом паза под шпонку.
Ширина венца колеса Ь2 — наибольшее расстояние между тор-
цами зубьев червячного колеса по линии, параллельной оси
колеса. При значительной ширине венца появляются срезы на
краях зубьев при нарезании червячной фрезой. На концах зубьев
снимается фаска или делается радиусное закругление.
Длина нарезаемой части червяка ЬА — наибольшее расстояние
между торцами витков по линии, параллельной оси червяка.
Длина червяка определяется максимальным его контактом
в зацеплении с червячным колесом. Увеличение длины червяка
повышает стоимость его изготовления. Геометрические пара-
метры червячных цилиндрических передач рассчитывают по
ГОСТ 19650—74.
Червячные глобоидные передачи. В глобоидной передаче
червяк охватывает колесо по дуге, соответствующей удвоенному
углу обхвата 2vc (см. рис. 13).
Формы профиля нитки червяка в осевом сечении и боковых
сторон зубьев в средней плоскости колеса имеют прямые стороны,
которые при своем продолжении касательны к окружности диа-
метром Dp, которая получила название профильной окруж-
ности.
Угловой шаг колеса т определяется по формуле т = 3607z2.
Расчет геометрических параметров глобоидной передачи про-
изводят по ГОСТ 17696—80.
70
5.	РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Формулы для расчета основных параметров цилиндрических
и конических зубчатых колес с углом профиля а = 20° и модулем
более 1 мм приведены в табл. 5, 6, 8 и 10.
Расчет геометрических параметров зубьев разработан с вы-
сотной коррекцией для ортогональных обкатных прямозубых
конических передач общего машиностроения, работающих с ок-
ружной скоростью до 5 м/с. Расчетная толщина обеспечивает
одинаковую прочность зубьев колеса и шестерни.
Расчет производится по следующим основным параметрам
зубьев:
Угол профиля а, град.......................................... 20
Рабочая (граничная) высота зуба hi, мм ....................... 2	т/е
Радиальный зазор с, мм..................................... 0,188
Ширина зубчатого венца Ь, мм ............................(0,25—0,30) /?е
Наименьшее число зубьев шестерни ........ ...	13
Высота зуба, мм ....................................... 2,188 т1в
Внешний окружной модуль /п/е, мм........................... 1	(и более)
Примечания. 1. Для конических передач с модулем 2,5 мм и более прн чер-
новом зубонарезании подрезка зуба делается глубже на величину 0,10 мм, чтобы предот-
вратить касание вершин чистовых резцов дна впадины зуба.
2.	При числе зубьев шестерни менее 13 данная система расчета не приемлема
3.	Конические передачи с числом зубьев шестерни 16 и более Мфрут быть наре-
заны без подрезки. При меньшем числе зубьев шестерни отношение должйб быть;
2,	15	14	13
—— == —-=- в выше; - н выше;	и выше.
2g	1/	20	*?1
4.	Кроме передач общего машиностроения угол профиля, равный 20°, можно при-
менять также и для высоконагружениых передач, в том числе в самолетостроении и при-
борах, где передачи работают с минимальным боковым зазором.
5.	Увеличение ширины зубчатого венца Ь вызывает уменьшение ширины впадины
зуба на внутреннем торце, а следовательно, и ширины вершины резца. Резцы с узкой
вершиной имеют низкую стойкость и склонны к поломкам.
6.	Радиальный зазор постоянный вдоль всей длины зуба.
Рабочая (граничная) высота зуба — это участок профиля,
непосредственно участвующий в зацеплении; он равен сумме
головок зуба колеса и шестерни (см. рис. 42). Иногда рабочую
высоту называют высотой зацепления
/zz = hal -f- ha2.
В расчетах обкатных прямозубых конических колес коэффи-
циент высоты головки зуба / = 1,0, поэтому рабочая высота
равна двум модулям:
hi = 2т1е.
Применение в обкатных прямозубых конических передачах
меньшей высоты зуба не рекомендуется. Укороченная высота
уменьшает коэффициент торцового перекрытия, ухудшает плав-
ность хода и повышает изнашивание зубьев.
Боковой зазор. Рекомендуемые значения бокового зазора
(табл. 7) относятся к окончательно обработанным коническим
передачам перед сборкой. Погрешности изготовления и деформа-
71
5. Формулы для расчета основных геометрических параметров
некоррнгированных прямозубых цилиндрических передач внешнего зацепления
| № поз.	Параметр	Пример расчета	
		шестерни	колеса
1	Число зубьев	гх = 24	г2 — 36
2	Передаточное число	Ы = -^- = г1	36	50 24 “ ‘,t>J
3	Модуль, мм	т = 5,0 (ГОСТ 9563—60*)	
4	Окружной шаг, мм	Pt = к.т = 15,71; л = 3,1416	
5	Основной шаг, мм	рь = лт cos а =	14,76; а = 20°
6	Диаметр делитель- ной окружности, мм	dj = тгг = 120,0	d2 --- тг2 = 180,0
7	Диаметр вершин зубьев, мм	dai = d, + 2т = 130,0	da2 — d2+ 2т = 190,0
8	Диаметр впадин зубьев, мм	dh = d, — 2,5т = 107,5	df2 = d2— 2,5т = 167,5
9	Высота зуба, мм	/1= 2,25т = 11,25	
10	Высота головки зу- ба, мм	ha— т= 5,0	
11	Высота ножкн зуба, мм	hf = 1,25т = 6,25	
12	Радиальный зазор, мм	с = 0,25т = 1,25	
13	Окружная толщина	‘'--2	7,855
14	зуба, мм Высота до хорды, мм	S2 hal ~ ha "Ь ~л~Ъ— — 5,12	st я — h	4 Q9
			Ч(1а2
15	Толщина по хорде, мм	7 ЯР»	f- с,	7
		4dalZ1	4da2z2
16	Ширина зубчатого венца, мм	Ь Ю/;г;	b = 40,0
17	Межосевое расстоя-		
		‘	2	 ' ’uv>v
	ние, мм		
Примечание. Формулы расчета высоты до хорды и толщины по хорде являются приближенными.			
72
6. Формулы для расчета основных геометрических параметров
некорригированных косозубых цилиндрических передач
внешнего зацепления
rt	Параметр	Пример расчета	
С g		шестерни	колеса
1 2 3 4 5 6 7	Число зубьев Передаточное число Нормальный модуль, мм Нормальный шаг, мм Угол наклона ли- нии зуба Окружной модуль, мм Окружной шаг, мм Основной шаг, мм Диаметр делитель- ной окружности, мм Диаметр вершин зубьев, мм Диаметр впадин зубьев, мм Высота зуба, мм Высота головки зу- ба, мм Высота ножки зуба, мм Радиальный зазор, мм Окружная толщина, мм Нормальная толщи- на зуба, мм Ход винтовой линии, мм Высота до хорды, мм Толщина по хорде, мм	21 = 24	|	г2 = 36 и = -^ = -Ц.= 1,5О 2]	24 тп = 5,0 (ГОСТ 9563—60*) рп = ятп = 15,71; я = 3,1416 Р — 15°. Выбирается конструктивно 7°< Р< 35° Щ/ — т" _ 5 18	
		cos р г,. — Vn	in од	
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18		COS Vbn ~	cos а = d = —= 124,23 cos р rfai = + 2mn = = 134,23 dfi = dj — 2,5mn = = 111,73 h = 2,25w ha— tr hf = 1,25 c = 0,25 '<4 P t =	= 1456,58 sin P к	h i On cos P)2 4rfol - = 5,11 On cos P)2	p ’ = 14,76; a = 20° <^ = -ZZ^-= 186,35 cos p da2 = d2 4- 2m,1 = = 196,35 dfa = ^2 — 2,5mn = = 173,85 гп = 11,25 n = 5,0 mn — 6,25 mn — 1.25 - =8,13 = 7,85 = _^v^= 2184 87 sin p r	n , (S/1C0SP)2
19 20			1	4d(j2	 = 5,07 (szl cos P)2
		1	"	4dfi)2i = 7,84	4 Sn = 7,85
73
Продолжение табл. 6
Пример расчета
Параметр
шестерни	колеса
21 Межосевое расстоя-
ние, мм
22 Основной радиус,
мм
aw = —1 + - = 155,29
2
ft с°*и =58,37
_d2cosa
rb2 —---g-----87,56
Примечание. Формулы расчета высоты до хорды и толщины по хорде
я в л я ются п р ибл ижени ы м и.
ция в процессе термообработки вызывают уменьшение бокового
зазора, поэтому при изготовлении прямозубых конических колес
толщину зуба по хорде уменьшают примерно на 0,5 допуска,
чтобы получить необходимый боковой зазор при сборке (табл. 8,
поз. 22).
Угол конусности зуба (поз. 25) определяют для угловой уста-
новки суппортов с резцами на зубострогальном станке при об-
работке зубьев методом обкатывания двумя резцами.
Ширина впадины зуба на внешнем торце We (поз. 26) и ши-
рина впадины зуба на внутреннем торце Wt (поз. 27). Эти вели-
чины необходимы для определения ширины вершины резца.
Ширина вершины зуба W (поз. 28) должна быть меньше, чем
ширина впадины зуба на внутреннем торце, и больше, чем по-
ловина ширины впадины зуба на внешнем торце. При соблюдении
последнего условия дно впадины зуба на внешнем торце будет
ровным, без выступов.
Величина припуска Пр под чистовое зубонарезание опреде-
ляется по табл. 9.
В зависимости от назначения конической передачи с круго-
выми зубьями и метода ее нарезания применяются различные
формы зуба. Для удовлетворения этих требований разработано
7. Значения рекомендуемого бокового звзора
Окружной модуль, мм	Боковой зазор, мм	Окружной модуль, мм	Боковой зазор, мм
От 2,0 до 2,5	0,05—0,10	Св. 7,2 до 8,5	0,20—0,25
Св. 2,5 » 3,2	0,08—0,13	» 8,5 » 10,0	0,25—0,33
» 3,2 » 4,2	0,10—0,15	» 10,0 » 12,7	0,30—0,40
» 4,2 » 5,1	0,13—0,18	» 12,7 » 14,5	0,35—0,46
» 5,1 » 6,4	0,15—0,20	» 14,5 » 17,0	0,40—0,56
» 6,4 » 7,2	0,18—0,23	» 17,0 » 20,0	0,46—0,66
74
8; Формулы для расчета геометрических параметров
и размеров заготовки ортогональных, обкатных конических передач
с прямыми зубьями
				—
со	Параметр	Пример расчета	
с			
й		шестерни	колеса
1	Число зубьев	21=19	z2 = 56
2	Передаточное число	Z2 и = —- Z1	= 2,95
3	Окружной модуль,	т1е = 4,0 (ГОСТ 9563—60*)	
	ММ		
4	Ширина зубчатого	Ь = (0,25—0,30) Rc = 35	
	венца, мм Рабочая высота ау-		
5		hl == 2tnte = 8,00	
	ба, мм		
6 7	Высота зуба *, мм Угол профиля	2,188/и/е = 8,75 a = 20°	
8	Межосевой угол	2 =	= 90°
9	Внешний делитель-	del = 4mte = 76,0	de2 = г2>п1е — 224,0
	ный диаметр, мм		
10	Угол делительного	tgfo =-^- = 0,33928	62 = 90° — 6X = 71° 16'
	конуса		
		Cx= 18° 44'	
< 11	Внешнее конусное	7?	rf<?2	11Я 97
		2 sin	0г
12	расстояние, мм Окружной шаг, мм	Pt — mten = 12,566	
13	Высота головки зу-	hai — hi — h@2 — 5,63	ha2 ~~
	ба, мм		олб«^ = 2,37 (Z2/Z1)2
14	Высота ножки зуба,	hfi = h — hal = 3,12	hf2 — h — hu2 = 6,38
	ММ		
15	Радиальный зазор,	c = h —	hi = 0,75
	ММ		
16	Угол ножки зуба	tgOri = -^- = 0,02638	tg 6/2 = 4^- = 0,05394;
17	Угол конуса вер-	0f,= 1°31' c«l= 6t+ 6/2= 21° 49'	6/2 = 3° 5' 6C2 = 62 + 6/! = 72° 47'
18	шин, град Угол конуса впа-	_ eh = 17° 13'	6/2 =62 — 6/2 = 68° 1 1'
19	дин, град Внешний диаметр вершин, мм	^ael ~ ^el + 2hal cos = 86,66	^ae2 '=z ^e2 _b + 2ha2 cos 62 = 225,52
20	Расстояние от вер-		B2 =		hu2 sin 62 =
		~ 2 " 'Lal 2,111 01	
	ШИНЫ до плоскости	= 110,2	= 35,76
	внешней окружности		
	вершин зубьев, мм		
75
Продолжение табл. 8
№ поз.	Параметр	Пример расчета	
		шестерни	колеса
ei	Окружная толщина	S/l — Pl — S/2 = 7,53	S12 =		(hal —
	зуба 2, мм		— hai) tga —7^6 = = 5,04
22	Боковой зазор, мм	/ = 0,10—0,15 (см табл. 7)	
23	Толщина зуба но хорде 3, мм	с3 S<-Sl1	'*	1 -	ё - e	<	i
		1	11	2	2	12  6d^	2 -
		= 7,46	= 4,98
24	Высота зуба до хор- ды, мм	si COS 6i Д —bl	rt	—	S? cos d2 Й“2 ha2 +	_
		+ 44i	
25	Угол конусности зуба	= 5,81 __ 3438 /	= 2,38 34.38 7 A Re \ 2 +
		+ tga) = 141' =	+ fy2 tga ) = 140' =
		= 2°2Г	= 2°20'
26	Ширина впадины зу- ба на внешнем тор- це, мм	1Ге1 = s/2 — 2Л/т tga — — 0,04 = 2,73	1Ге2 = szi — 2hf2 tga — — 0,04 = 2,85
27	Ширина впадины зуба на внутреннем торце, мм	HZ.,	b	wi2 —	(s;i — — 2hf2 tga) — 0,r4 =
		il	R	v /2 — 2^71 tg a) — 0,04 =	
		= 1,91	= 1,99
28	Ширина вершины резца 4, мм	V/	л &	£	v/	A h	£
1 В расчете параметров зубьев увеличение высоты зуба при черновом паре-
зании зубьев на 0,1 мм не учтено.
2 Коэффициент kt для угла профиля а =» 20° определяется из графика
рие. 54, а.
3 Величина бокового зазора принимается в середине поля допуска.
4 Если нарезание зубьев производят за две операции (черновую и чисто-
вую), то ширина вершины чернового резца определяется по формуле
W1 = Wil ~	^-2 = Wi2 - ИР'
76
Рис. 64. Определение коэффициента
окружной толщины зуба и
(Xj =	= Л2)
-9
несколько стандартов, по которым рассчитывают геометрические
параметры зубьев и размеры заготовки. К числу таких специаль-
ных передач относятся.
1.	Конические передачи с круговыми зубьями, применяемые
в редукторах ведущих мостов автомобилей.
2.	Гипоидные обкатные и полуобкатные передачи.
3.	Конические передачи с круговыми зубьями общего маши-
ностроения со средним углом наклона линии зуба = 35°.
4.	Конические передачи с круговыми зубьями и модулем
2,5 мм и менее, нарезаемые двойным двусторонним методом.
5.	Крупномодульные конические передачи с косыми зубьями,
нарезаемые на зубострогальных станках с углом наклона зуба не
более 30°.
Ниже приведена стандартная система расчета параметров
зубьев с высотной коррекцией и размеров заготовки ортогональ-
ных обкатных конических передач с круговыми зубьями, широко
применяемых в машиностроении. Расчетная толщина обеспечи-
9. Значения рекомендуемого припуска Пр под чистовое зубонарезание
Окружной модуль, мм	Припуск на толщину зуба, мм	Окружной модуль, мм	Припуск на толщину зуба, мм
От 2 до 3	0,5	Св. 10 до 12	1,2
Св. 3 » 6	0,9	» 12 » 16	1,3
» 6 » 10	1,1	» 16 » 25	1,5
77
вает одинаковую прочность зубьев колеса и шестерни. Расчет
производится по следующим основным параметрам:
Угол профиля а, град........................................... 20
Рабочая (граничная) высота зуба hi, мм ........................1,7тгс
Радиальный зазор с, мм.........................................0,188m
Ширина зубчатого венца Ь, мм, не менее.........................0,37?е
Угол наклона линии зуба Pm, град ............................ 35
Наименьшее число зубьев шестерни г± ........................... 12
Высота зуба h, мм .............................................l,888mtg
Внешний окружной модуль mie, мм ...............................1	и более
Примечания. 1. Для конических колес с модулем 2,5 мм и более при чер-
новом зубоиарезаиин высота зуба делается глубже на 0,10 мм, чтобы предотвратить ка-
сание вершин чистовых резцов дна впадины зуба,
2.	Если угол наклона зуба значительно меньше 35°, возможна подрезка зубьев.
Для устранения подрезки необходимо уменьшить коэффициент торцового перекры-
тия за счет уменьшения высоты зуба.
3.	Конические передачи с числом зубьев шестерни 17 и более могут быть наре-
заны без подрезки. При меньшем числе зубьев шестерни отношение должно быть:
Zt 16	15	14	13	12
—— -=	и выше; и выше; -у—- и выше; —— и выше; -г- и выше,
18	19	20	22	26
4.	При числе зубьев шестерни меньше 12 данная система расчета неприемлема.
5.	Радиальный зазор вдоль всей длины зуба постоянный.
г2
Рабочая (граничная) высота зуба равна сумме головок ше-
стерни и колеса:
= hal + hai.
Первоначальная рабочая высота зуба для конических передач
с круговыми зубьями ht = 2mte.
Криволинейный зуб, изготовленный с указанной пропорцией,
имел повышенную деформацию в процессе термообработки и
малую ширину вершины головки зуба. Для уменьшения дефор-
мации криволинейного зуба, увеличения ширины вершины зуба
и повышения изгибной прочности рабочая высота зуба была
уменьшена путем введения в формулу коэффициента высоты
головки зуба f — 0,85. Физический смысл этого коэффициента
можно представить из прямоугольного треугольника СКЛ (см.
рис. 51, б), построенного в середине ширины зубчатого венца при
угле наклона линии зуба 32°. Из треугольника СКА с некоторым
приближением можно записать
СК = КА cos 32° « 0,85,
где СК — нормальная ширина вершины головки зуба; КА —
окружная ширина вершины головки зуба, равная 2 мм.
Новая формула для определения рабочей высоты зуба будет
ht = 2-0,85m/e = l,7mte.
Конечный результат этой формулы можно получить другим
путем. Так как стандартные пропорции зубьев рассчитаны для
конических передач с углом наклона линии зуба 35° или близким
к нему, в формулу определения рабочей высоты вместо коэффици-
78
ента 0,85 подставим значение косинуса угла наклона линии зуба
32°:
ht — 2 eos 32°mle 1
Боковой зазор для конических передач с прямыми и круго-
выми зубьями общего машиностроения принимают одинаковым
(см. табл. 7). Так как колесо обычно нарезают на зуборезном
станке на расчетных установках двусторонней резцовой головкой,
поэтому боковой зазор обеспечивается за счет уменьшения тол-
щины зуба шестерни.
Формулы для расчета геометрических параметров
неортогональных обкатных конических передач
с круговыми зубьями
У неортогональных (угловых) конических передач с круговыми зубьями
с углом между осями, не равным 90°, некоторые геометрические параметры имеют
отличия от параметров ортогональных конических передач. Их расчет ведется
на базе расчета ортогональных передач (табл. 10) с добавлением некоторых фор-
мул.
10. Формулы для расчета геометрических параметров
и размеров заготовки ортогональных обкатных
конических передач с круговыми зубьями
«	Параметр	Пример расчета	
с		шестерни	колеса
1	Число зубьев	Zj= 14	z2 = 43
2	Передаточное число	Z2 и — Z1	= 3,07
3 4 5 6	Окружной модуль, мм Ширина зубчатого венца, мм Рабочая высота зу- ба, мм Высота зуба1, мм	t^te = 6 (ГОСТ 9563—60*) Ь < 0,3/?с = 40 hi= 1,7туе= 10,20 /i= l,888mZe = 11,33	
7	Угол профиля	а -	= 20°
8	Межосевой угол	2 =	= 90°
9	Наружный дели- тельный диаметр, мм	dei = ZYttife = 84,0	de2 — ^mte = 258,0
10	У гол дел и тел ь н ого конуса	tg 6, = А- = 0,32556 г2	62 = 90° — = 71°58'
		fit = 18° 02'	
И 12	Внешнее конусное расстояние, мм Окружной шаг, мм	D	— i qc; лл
		*'e	2 sin 62 Pt — т/ел — 18,85	
79
Продолжение табл. 10
№ поз.	Параметр	Пример расчета	
		шестерни	колеса
13	Высота головки зу-	hat = hl — ha2 = 7,19	haz = 0,46mte +
	ба. мм		+ t^w==3'01 (Z2/Zi)2
14	Высота ножки зуба, мм	hfi= h — hai= 4,14	hf2 = h — ha2 — 8,32
15	Радиальный зазор, мм	c= h —	W = 1,13
16	Угол ножки зуба	tg 6fl = 41-= 0,03052; Ke	tgO/a = 41 = 6,06133; Ke
		6fl = 1° 45'	6/2 = 3°31'
17	Угол конуса вер- шин заготовки	6al = «1 + 6/2 = 21° 33'	= 62 + 6/, = 73° 43’
18	Угол конуса впадин	6^ = 6! — efl= 16° 17-	6/2 = 62 — 6/2 = 68° 27'
19	Внешний диаметр		due2 = rfe2 +
	вершин, мм	+ 2hai cos = 97,67	+ 2ha* cos 62 = 259,86
20	Расстояние от вер-	£i =	— hal sin 6, =	
			“ 2  ’ 'lo2°in 02 —
	шины ДО плоскости внешней окружно- сти вершин зубьев, мм	= 126,77	= 39,14
21	Окружная толщина	sti = Pi~sti= 11,92	st2	(hal ^аг) X
	зуба 2, мм		X о	— 6,93 cos pm
22	Боковой зазор, мм	/ = 0,15=0,20 (табл. 7)	
23	Средний угол на- клона линии зуба	=	= 35°
1 В расчете параметров зубьев увеличение высоты зуба при черновом наре-
зании зубьев на 0,1 мм не учтено.
и Коэффициент /?2 определяется из графика рис. 54, б.
Параметры, указанные в поз. 1, 2, 3, 4 и 8, задаются, а в поз. 5,6 и 9 опреде-
ляются по формулам.
Угол профиля (поз. 7) определяется из графика рис. 55. Точка пересечения
прямых линий угла ножки зуба и угла делительного конуса на графике должна
располагаться внутри или иа линии, соответствующей выбираемому углу про-
филя.
Угол делительного конуса (поз. /0);
80
>2>
имеет внутреннее зацепление, в этом случае необходим специальный расчет,
чтобы определить, можно или нельзя нарезать зубья у этого колеса.
Для неортогональных передач справедливы соотношения
« =	= sin 62 • V — х. 1 s
Zj sin 61
Формулы поз. 11 и 12 остаются без изменения.
Пропорции зубьев, соответствующие эквивалентной передаче с углом между
осями, равным 90°, определяются по формуле
„ = "I/г2 cos 6j
“° Г Zj cos 62 '
Вычисленное значение п90 подставляется вместо величины г2/?£ в формулу
для определения высоты головки зуба колеса (поз. 13).
Формулы поз. 14, 15, 16, 17, 18 и 19 остаются без изменения. Расстояние
от вершины до плоскости внешней окружности вершин зубьев (поз. 20) опреде-
ляется по формулам
Bt = Rc. cos 6j — hai sin 6t;
B.2 = Re cos 62 — ha2 sin 62.
Формулы поз. 21 остаются без изменения. Однако коэффициент k2 опреде-
ляется из графика (см. рис. 54) для числа зубьев эквивалентной передаче с уг-
лом между осями, равным 90°.
Число зубьев шестерни эквивалентной передачи с межосевым углом £ =
= 90°
_ ?! sin 62
Z1(M) - см"б7 ’ •
Формулы поз. 22 и 23 остаются без изменения.
Пропорции зубьев ортогональных конических передач с круго-
выми зубьями с числом зубьев шестерни меньше 12. Если кониче-
ские передачи с небольшим числом зубьев шестерни предназна-
81
11. Рекомендуемые коэффициенты пропорции зубьев для mte = 1 мм
Параметр	Число зубьв шестерил					
	6	7	8	9	10	И
Наименьшее число зубьев колеса	34	33	32	31	30	29
Рабочая высота зуба, мм	1,50	1,56	1,61	1,65	1,68	1,695
Высота зуба, мм	1,666	1,733	1,788	1,832	1,865	1,882
Высота головки зуба колеса, мм Окружная толщина зуба при числе зубьев колеса, мм:	0,215	0,270	0,325	0,380	0,435	0,490
30	0,911	0,957	0,975	0,997	1,023	1,053
40	0,803	0,818	0,837	0,860	0,888	0,948
50	—	0,757	0,777	0,828	0,884	0,946
60 Угол профиля Средний угол наклона зуба	—		0,777 2 35°-	0,828 0° -40°	0,883	0,945
Примечания. 1. Окружная толщина зуба рассчитана для получения
примерно одинаковой прочности зубьев колеса и шестерни. Однако если необхо-
димо, толщина зуба может быть изменена для получения оптимальной ширины
развода или ширины вершины зуба на колесе и шестерне.
2. Для определения рабочей высоты зуба, высоты зуба, высоты Головин
зуба колеса и окружной толщины зубьев конических передач с числом зубьев
шестерни меньше 12 необходимо коэффициенты, относящиеся к требуемому чи-
слу зубьев шестерни, умножить на числовое значение модуля.
Остальные параметры конической передачи определяются по стандартной
методике (см. табл. 10).
чены для передачи высоких нагрузок, то зубья нормальной вы-
соты будут иметь повышенную подрезку, что вызовет снижение
прочности. Чтобы не снижать прочность, разработаны специаль-
ные пропорции зуба (табл. 11).
Когда в конической передаче число зубьев шестерни меньше 12,
то суммарное число зубьев передачи не должно быть менее 40,
(Zj + z2 40). Конические передачи с передаточным числом выше
7 : 1 в практике встречаются редко, так как диаметр шейки вала
шестерни слишком мал для передачи крутящего момента. Если
требуется передаточное число еще больше, то необходимо приме-
нять гипоидную передачу.
ГЛАВА II
МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
1. МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Материал для изготовления зубчатых колес выбирают в зависи-
мости от назначения и условий эксплуатации колес, передавае-
мых ими нагрузок, скоростей вращения и т. п. При выборе марки
стали необходимо учитывать следующие требования: низкую стои-
ка
мость материала, хорошую обрабатываемость резанием, мини-
мальное коробление при закалке и три основных эксплуатацион-
ных показателя — высокую прочность, долговечность работы и
повышенную стойкость к износу.
Для большинства зубчатых передач автомобилей, тракторов,
самолетов, станков и других машин, передающих большие на-
грузки, лимитирующими факторами являются: прочность зубьев —
сопротивление на изгиб, стойкость поверхности профиля зубьев
против усталостного разрушения (питтинга) и изнашивание
зубьев. Может лимитировать один из указанных факторов, но
иногда все три фактора имеют почти одинаковые значения.
Разрушение зубчатых колес рассматривается как явление
поверхностной усталости. Сопротивление усталости зубьев в зна-
чительной мере зависит от геометрии зубьев, марки стали, тер-
мической обработки, шероховатости поверхности. Изнашивание
обычно имеет место, когда поверхность на зубьях обработана
грубо, а скорости и нагрузка высокие. Задир может возникнуть
у передач, несущих большие нагрузки или работающих на высо-
ких скоростях в условиях ограниченной масляной пленки.
Для производства зубчатых колес наиболее широко применяют
следующие стали: углеродистые — 40, 45, 50; углеродистые по-
ниженной прокаливаемости — 55ПП; хромистые — 20Х, 35Х,
40Х, 50Х; хромоникелевые — 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХН, 40ХН;
хромомарганцовые — 18ХГ, 18ХГТ, 25ХГТ, ЗОХГТ; хромомо-
либденовые — 20ХМ, хромоалюминиевые с молибденом —
38ХМЮА, 38Х2МЮА, хромоникельмолибденовые — 18Х2Н4МА,
хромоникельмолибденовые с титаном — 25ХГНМТ.
Углеродистые стали не нашли широкого применения для из-
готовления зубчатых колес вследствие большого коробления
в процессе термообработки и сравнительно низкой прочности.
Для повышения прочности и износостойкости в стали добав-
ляют один или несколько легирующих элементов. Хром является
одним из наиболее универсальных и широкоприменяемых леги-
рующих элементов. Хром усиливает действие углерода, повы-
шает твердость, стойкость к износу, расширяет предел упругости,
увеличивает прочность на разрыв и прокаливаемость. Никель
увеличивает ударную прочность, предел упругости и прочность
стали на разрыв. Прочная и вязкая поверхность никелевых сталей
обеспечивает высокую стойкость к усталости и износу. Никеле-
вые стали хорошо подвергаются цементации, никель уменьшает
деформацию и обеспечивает хорошие свойства сердцевины. Мо-
либден увеличивает прокаливаемость сталей и оказывает значи-
тельное влияние на уменьшение твердости сталей при температу-
рах отпуска. Титан размельчает зерно — обрабатываемость ухуд-
шается.
Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена,
марганца применяют для изготовления высоконагруженных зуб-
чатых колес. Наилучшие свойства в готовом зубчатом колесе
83
получаются после цементации. Содержание углерода в цементуе-
мых сталях обычно колеблется от 0,15 до 0,25 %. Стали с низким
содержанием углерода дают максимальную вязкость зубьев,
а с высоким содержанием углерода — максимальную прочность
сердцевины. После термической обработки зубчатые колеса из
этих сталей имеют твердую поверхность, хорошо сопротивля-
ющуюся износу, хорошую внутреннюю структуру, высокую
ударную вязкость и высокие показатели по сопротивлению уста-
лости металла. Глубина цементованного слоя зубчатых колес со-
ставляет 1—2 мм. Зубчатые колеса самолетов с тонкими попереч-
ными сечениями изготовляют из азотируемой стали 38ХМЮА.
Эта сталь имеет незначительное коробление во время термической
обработки, но плохо обрабатывается и не обеспечивает низкой
шероховатости поверхности на профилях зубьев. В автомобиль-
ной промышленности азотируемая сталь 38ХМЮА вследствие
малой деформации при термообработке широко используется для
изготовления измерительных (эталонных) конических колес с пря-
мыми зубьями.
Хромоникелевые, хромомолибденовые и хромомарганцовые це-
ментуемые стали широко используют при изготовлении зубчатых
колес автомобилей, самолетов и станков.
2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
При изготовлении заготовок зубчатых колес применяют раз-
личные методы. Лучшим методом является тот, по которому заго-
товки получаются более экономичными, включая стоимость меха-
нической обработки, и имеют требуемое качество. Экономия
металла при изготовлении заготовок зубчатых колес достигается
путем применения новых технологических процессов, обеспечи-
вающих резкое сокращение припусков под механическую обра-
ботку. К основным технологическим процессам малоотходного
производства заготовок относятся: поперечно-клиновая прокатка
ступенчатых валов, холодная и холодно-тепловая штамповка,
горячая высадка на многопозиционных автоматах, метод порошко-
вой металлургии, горячее накатывание и горячая штамповка
заготовок с зубьями.
Поперечно-клиновая прокатка круглыми валками или пло-
скими плашками применяется при изготовлении заготовок типа
ступенчатых валов коробки перемены передач. Только за счет
исключения облоя по периметру заготовки достигается экономия
10—15 % проката по сравнению с объемной штамповкой на моло-
тах и прессах. Припуск на механическую обработку уменьшается
от 2,0—2,5 мм до 1,0—1,5 мм. Производительность прокатных
станов ВНИИметмаш составляет 360—900 шт./ч.
Холодная штамповка является наиболее экономичным про-
цессом, который при высокой производительности обеспечивает
минимальный припуск 0,1—0,3 мм на сторону с допуском на
84
припуск 0,1—0,2 мм, гладкую поверхность без окалины, значи-
тельно сокращает или полностью устраняет последующую меха-
ническую обработку. Применяемое в настоящее время оборудова-
ние позволяет изготовлять методом холодного выдавливания
заготовки зубчатых колес типа вала с диаметром зубчатого венца
до 75 мм и длиной хвостовика до 300 мм. Ведущая коническая
шестерня с диаметром зубчатого венца 40 мм изготовляется за
пять рабочих ходов с производительностью 30 шт/мин. Потеря
металла в стружку при этом методе обработки составляет 2—
7 %.
Горячая высадка на многопозиционных автоматах осуще-
ствляется с производительностью от 70 до 180 шт/мин, заготовки
не имеют облоя, припуск на сторону под механическую обра-
ботку для заготовок диаметром от 30 до 120 мм находится в пре-
делах 0,35—0,75 мм. Заготовки зубчатого колеса диаметром
67 мм и высотой 40 мм высаживаются за пять переходов из горя-
чекатаного прутка с производительностью 70 шт/мин, отход
металла в стружку около 6 %. Этот метод позволяет обрабатывать
заготовки зубчатых колес диаметром до 195 мм из штанги диа-
метром 90 мм.
Метод порошковой металлургии. Зубчатые колеса спекаются
из порошковых смесей в закрытых штампах при температуре
ковки. Этот метод применяют для изготовления зубчатых колес
насосов, конических колес дифференциала, коробок передач
садовых тракторов и т. д. Когда не требуется высокая точность
зубьев после спекания, зубчатые колеса не подвергаются дополни-
тельной обработке. Производительность процесса для деталей
с простой геометрической формой достигает 3000 шт/ч, а более
сложных от 200 до 800 шт/ч. Отход металла в стружку незначи-
тельный, при изготовлении 1 т заготовок из спеченного порошка
экономится около 2 т проката.
Горячее накатывание конических колес с круговыми зубьями.
Институт НИИТАвтопром совместно с ЗИЛом разработали и
внедрили в производство горячее накатывание конических колес
с круговыми зубьями (z2 = 40; mte = 8,017 мм; b = 42,5 мм;
₽т = 33° 37'; сталь 12Х2Н4А) взамен чернового нарезания
зубьев.
Механически обработанная заготовка 3 специальной формы
(рис. 56) устанавливается в патрон и зажимается, затем сообщается
вращение столу 4. Индуктор 8 перемещается в зону обработки и
нагревает заготовку токами высокой частоты (ТВЧ) до темпера-
туры 1100—1150 °C, после чего отходит в исходное положение.
Верхняя головка 7 накатного стана с вращающимся накатником 1,
и коническим зубчатым синхронизатором 6 быстро перемещается
вниз. Когда зубья верхнего синхронизатора войдут в зацепление
с зубьями нижнего синхронизатора 5, установленного на столе 4,
ведущим элементом становится стол. Время полного цикла об-
разования зубьев около 3 мин, из них на нагрев заготовки не-
85
Рис. 56. Схема горячего накатыва-
ния конических колес с криволи-
нейными зубьями
обходимо около 55 с. Накат-
ник 1 имеет реборды 2 для
формирования торцовых по-
верхностей зубьев колеса.
Точность зубчатых колес
после горячего накатывания;
биение зубчатого венца 0,1 —
0,2 мм, наибольшая разность
соседних окружных шагов
0,02—0,04 мм. Припуск на
сторону зуба 0,4—0,7 мм.
При внедрении процесса горячего накатывания производи-
тельность повысилась по сравнению с черновым зубонарезанием
в 3—4 раза, получена экономия металла 20—25 % на деталь и по-
высилась прочность зубчатого колеса на 20—30 %.
Горячее накатывание зубьев цилиндрических зубчатых колес.
Институт ВНИИметмаш совместно с ЗИЛом разработали метод
горячего накатывания зубьев цилиндрических зубчатых колес
взамен чернового зубонарезания.
Поковку, полученную на механическом ковочном прессе,
устанавливают в зажимное приспособление, закрепляют между
стаканами и нагревают ТВЧ до 1100—1150 °C. Зубья накатывают
за два последовательных этапа. Сначала гладкими роликами ка-
либруют штампованную поковку по наружной поверхности и ши-
рине зубчатого венца до требуемых размеров под накатку. Затем
заготовка в зажатом состоянии вместе с индуктором перемещается
гидроцилиндром в положение для накатки зубьев. После вторич-
ного подогрева заготовки зубчатыми накатниками накатываются
зубья. Время полного цикла накатки зубьев зубчатого колеса
(г = 46, /тгп = 6 мм, b — 70 мм, р = 16° 7') составляет 2,4 мин.
Применение горячего накатывания зубьев взамен чернового зубо-
фрезерования позволяет снизить расход металла для этой детали
приблизительно на 4 кг, высвободить рабочих, станки и т. д.
Точность зубчатых колес после горячего накатывания: ра-
диальное биение 0,8—1,0 мм, колебание длины общей нормали
0,5—0,7 мм. Припуск на сторону зуба 1,5—2,0 мм. Базирование
заготовки при расточке отверстия и обработке торцов произво-
дят по внешнему диаметру зубчатого венца.
Горячая штамповка конических колес с прямыми зубьями*
В автомобильной промышленности горячую штамповку применяют
для получения заготовок сателлитовых и полуосевых зубчатых
колес дифференциала с предварительно отштампованными зубьями
под последующее чистовое зубонарезание. Этот метод целесооб-
разно применять для конических колес с модулем свыше 5 мм,
«6
у которых в обычных условиях зубья нарезают в две операции:
черновое и чистовое зубонарезание. Горячая штамповка приме-
няется взамен чернового нарезания зубьев. Этот метод разработан
и внедрен ЗИЛом совместно с НИИТавтопромом при обработке
сателлитовых и полуосевых конических колес дифференциала
(zx =11, z2 — 22, mte = 6,35 мм). Поковка, нагретая ТВЧ до
температуры 1200 °C, поступает на кривошипный горячештампо-
ванный пресс. На прессе поковка обрабатывается в два-три по-
следовательных перехода. Производительность 40—85 шт/ч. Стой-
кость штампов 3500—5000 заготовок. Припуск на сторону зуба
0,8 мм. Процесс горячей штамповки достаточно эффективен, при
внедрении его на двух конических колесах достигнута годовая
экономия металла 800 т (расход металла на деталь сокращается
на 20—25 %), отменена операция чернового нарезания зубьев,
высвобождены рабочие, станки, площадь и т. д. Общая годовая
экономия составила 170 тыс. руб.
Термическая обработка заготовок
Термическая обработка зубчатых колес включает в себя боль-
шое число различных процессов, которые можно разбить на две
группы:
1.	Процессы, в результате действия которых металл приоб-
ретает свойства, необходимые для механической обработки.
2.	Процессы, которые необходимы для создания требуемых
качеств в готовом зубчатом колесе.
После ковки, штамповки перед механической обработкой за-
готовки проходят нормализацию, отпуск или отжиг.
Нормализация улучшает обрабатываемость резанием, размель-
чает зерно и т. д. Отпуск снижает внутренние напряжения,
сохраняет высокую твердость и т. д. Отжиг имеет несколько
разновидностей, подробно рассмотрим изотермический отжиг,
который производится в специальных печах.
Чтобы обеспечить однородную структуру металла, хорошую
обрабатываемость резанием, незначительную и стабильную де-
формацию зубчатых колес при цементации и закалке, заготовки
перед механической обработкой должны иметь феррито-перли-
товую структуру.
Учитывая большую неоднородность металла в состоянии по-
ставки, неравномерное охлаждение заготовки после ковки и дру-
гие факторы необходимая феррито-перлитовая структура обра-
зуется при изотермическом отжиге. Это относится к стальным де-
талям, деформированным как в холодном, так и горячем состоя-
нии, особенно к заготовкам из легированных сталей — хромони-
келевых, хромомолибденовых и т. д. Чтобы полностью снять
ковочные напряжения, температура нагрева при отжиге рекомен-
дуется на 15—30 °C выше, чем при цементации.
87
При изотермическом отжиге поковки нагревают до 950 °C
с выдержкой при этой температуре до полного прогрева, затем
быстро охлаждают потоком воздуха до 650 °C, для превращения
аустенитовой структуры в феррит и перлит. При температуре
650 °C производят выдержку для перлитового превращения при
постоянной температуре. Затем заготовки медленно остывают
в печи до 315 °C. После этого заготовки вынимают и охлаждают
на воздухе. Точное время выдержки и температура меняются
в зависимости от химического состава обрабатываемой стали,
термического оборудования и размера заготовки.
Перед механической обработкой поковки должны иметь пер-
лито-ферритовую структуру с твердостью НВ 156—207. Металл
заготовки с пониженной твердостью прилипает к режущему ин-
струменту, при этом шероховатость поверхности ухудшается.
Слишком твердый материал вызывает повышенный износ ин-
струмента.
3.	ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Для обеспечения высокой твердости и прочности стальные
зубчатые колеса подвергают различным видам окончательной
термической обработки. Основная цель любого вида термической
обработки зубчатых колес состоит в обеспечении твердой, износо-
стойкой поверхности зуба при сохранении мягкой и вязкой сердце-
вины для восприятия ударных нагрузок.
Закалка. Все процессы термической обработки, предназначен-
ные для повышения твердости, включают операцию закалки.
Операция закалки заключается в быстром охлаждении зубчатого
колеса для получения твердой мартенситной структуры. Средами
для закалки являются воздух, вода, масло и соляный раствор.
Воздух обладает более низкой скоростью охлаждения, а соляный
раствор — наиболее высокой.
Химике-термическая обработка характеризуется изменением
химического состава поверхностного слоя зубьев зубчатых колес
в результате насыщения стали углеродом или другими элементами
из внешней среды с последующей закалкой и отпуском.
К основным видам химико-термической обработки относятся
цементация (науглероживание) — газовая (в жидком и твердом
карбюризаторе), нитроцементация и др. Во время цементации
происходит насыщение поверхности, подлежащей закалке, угле-
родом. Увеличенное содержание углерода в стали позволяет по-
лучить высокую твердость и износостойкость после закалки.
В крупносерийном и массовом производстве, особенно для об-
работки автомобильных зубчатых колес, наиболее часто приме-
няют цементацию и нитроцементацию в газовой среде.
Газовая цементация. При газовой цементации зубчатые ко-
леса нагревают до температуры 890—960 °C в атмосфере, содер-
жащей углеродистые газы. Время нахождения зубчатого колеса
£8
в этой среде определяет глубину цементованного слоя. Обычно
газовую цементацию используют для получения слоев цементации
в стали глубиной 1—2 мм, но ее можно применять и для малых
слоев, начиная с 0,1 мм. Широкое распространение в промыш-
ленности имеет газовая цементация в печах непрерывного дей-
ствия с непосредственной закалкой (стали типа 25ХГТ, 25ХГНМ,
20ХНМ). Этот технологический процесс механизирован и ав-
томатизирован, обеспечивает высокое качество при сравнительно
коротком цикле обработки.
Зубчатые колеса из высоколегированной стали типа 12Х2Н4А
и 18Х2Н4ВА не могут обрабатываться непосредственной закал-
кой, так как после закалки образуется остаточный аустенит,
в результате чего твердость на поверхности снижается. При об-
работке колес из указанной стали после цементации и охлажде-
ния производят повторный нагрев с последующим охлаждением.
Газовая цементация экономичнее, быстрее и чище цементации
в твердом карбюризаторе и дает более однородные результаты
цементованного слоя. При газовой цементации возможна более
точная регулировка глубины и содержания углерода и мини-
мальная деформация.
Нитроцементация. Этот процесс аналогичен газовой цемента-
ции. Различие заключается в том, что насыщение поверхности
зубчатого колеса осуществляется углеродом и азотом при тем-
пературе ниже, чем при газовой цементации (820—860 °C). В ре-
зультате газовой нитроцементации поверхность получается
тверже, чем при газовой, и обладает большей износостойкостью.
По сравнению с газовой цементацией продолжительность цикла
обработки короче, благодаря чему деформация зубчатых колес
меньше. Глубина слоя при газовой нитроцементации примерно
0,9 мм и менее.
Большое значение для уменьшения степени деформации зуб-
чатых колес имеет их установка на поддоне во время газовой
цементации. Колеса-диски 2 (рис. 57, а) обычно устанавливают на
поддоне по несколько штук с сепаратором 1 между каждым коле-
сом, которое опирается на другой сепаратор, а не на колесо.
При таком способе установки каждое колесо свободно от любых
внешних нагрузок. Нельзя устанавливать зубчатые колеса одно
на другое. В процессе цементации длительное время колеса на-
ходятся под нагрузкой при высокой температуре, и при таком
способе установки значительно повышается их деформация
(рис. 57, в, г).
Цилиндрические колеса-диски диаметром до 200 мм надевают
на горизонтальные стержни, установленные в несколько рядов
в поддоне, колеса большего диаметра обычно закаливают в штам-
пах, аналогично коническим зубчатым колесам.
При цементации колеса-валы 2, если они затем закаливаются
в прессе, удобнее устанавливать на торец зубчатого венца, хво-
стовую часть поддерживать легким сепаратором 1 (рис. 57, 6).
89
Рис. 57. Примеры правильной и неправильной установки зубчатых колес на
поддоне:
а, б — правильная установка; в, г — неправильная
Когда закалка в прессе не производится, колесо-вал удобнее
устанавливать в поддон хвостовой частью вверх.
Азотирование производится при температуре 500—560 °C в ам-
миаке. Аммиак при этой температуре распадается на азот и во-
дород. Азот соединяется с некоторыми лигирующими элементами
стали, образуя нитриды, имеющие высокую твердость. Алюминий
является наиболее сильным элементом, соединяющим нитрид.
Для азотирования применяют и другие стали, легированные хро-
мом, ванадием и молибденом. Азотирование обеспечивает повы-
шенную износостойкость, более высокий предел усталости и мень-
шую деформацию по сравнению с другими методами химико-
термической обработки. Глубина азотированного слоя от 0,1
до 0,9 мм достигается в течение 10—100 ч.
Азотированию подвергаются зубчатые колеса, применяемые
в самолетостроении, а также измерительные конические колеса
с прямыми и круговыми зубьями без последующего шлифования
зубьев.
Прессы для закалки зубчатых колес
Для уменьшения деформации после термической обработки
используют специальные закалочные прессы. Для закалки ко-
лес-валов фирма Gleason выпускает трехпозиционные закалоч-
ные прессы, каждый шпиндель которых работает самостоятельно.
Нагретая шестерня устанавливается в загрузочный механизм,
нажимается пусковая кнопка и пресс начинает работать в авто-
матическом цикле. Загрузочный механизм переносит шестерню
в положение центров, где струя воздуха охлаждает и очищает
центровые отверстия. Верхний центр, опускаясь вниз, зажимает
шестерню в центрах и приводит ее во вращение. К шейкам ше-
90
стерни 2 (рис. 58, а) подводятся ролики 8 с небольшой силой,
благодаря чему деталь во время вращения выпрямляется и предо-
храняется от деформации при закалке. Это обстоятельство исклю-
чает операцию правки колеса-вала после закалки и шлифования
торца после термообработки. После установки шестерни в центры
загрузочный механизм отходит в исходное положение, закрывается
кожух и начинается быстрое заполнение камеры 4 маслом с тем-
пературой около 50 °C насосом с подачей 1370 л/мин. В конце
цикла масло из камеры закалки направляется по каналу 1 в ре-
зервуар, открывается кожух и шестерня с помощью загрузочного
механизма удаляется из пресса.
Конические и цилиндрические колеса дискового типа зажи-
маются в штампах по торцу или по поверхности конуса вершин
зубьев и отверстию. Колесо 5 устанавливается на нижний штамп 4
(рис. 58, б). В верхнем штампе 8 расположены два кольца 1 и 6
(каждое кольцо состоит из нескольких секторов), которые могут
перемещаться в вертикальном направлении одно относительно
другого при помощи качалок 7. Кольцо 6 контактирует с поверх-
ностью конуса вершин, а кольцо 1 — с торцом фланца колеса.
Конус 2 при перемещении вниз через разрезную втулку 3 удержи-
вает от деформации отверстие колеса.
Нагретое колесо устанавливается на нижний штамп 4, авто-
матически выдвигаемый стол из-под верхнего штампа, для удобства
загрузки и выгрузки детали. Когда стол с нижним штампом
подойдет под верхний штамп 8, последний быстро опустится вниз
до контакта с деталью, затем перемещение верхнего штампа авто-
матически замедляется и на медленной подаче с определенной
силой выпрямляется колесо, находящееся в нагретом состоянии.
После зажима детали начинается подача масла для закалки.
Время цикла закалки составляет 6—10 с.
91
Характер деформации зубьев
В процессе цементации и нитроцементации цилиндрических
и конических зубчатых колес всегда происходят изменения основ-
ных поверхностей зубчатого колеса — овальность и конусооб-
разность отверстия, отклонение от плоскостности опорного торца,
биение шеек относительно центров и т. д., а также деформация
зубьев. Обычно деформация колеса воздействует на деформацию
зубьев, однако возможна деформация зубьев и без существенного
изменения самого колеса.
В цилиндрических зубчатых колесах деформация оказывает
влияние на эвольвентный профиль и угол наклона зуба косозубых
колес. При цементации профиль зуба изменяется — угол профиля
(зацепления) увеличивается (рис. 59, а) в зависимости от модуля
и глубины слоя цементации. Отклонение эвольвентного профиля
при цементации следующее:
Модуль, мм............... 1,5—2,0	2,0—4,0	4,0—6,5
Отклонение эвольвентного про-
филя, мм................. 0,005—0,0076 0,0076—0,020	0,020—0,025
Цементация вызывает также выпрямление зуба, т. е. умень-
шение угла наклона линии зуба косозубых колес.
Изменение хода винтовой линии в зависимости от угла наклона
зуба при цементации:
Наклон зуба, град	5—10	10—20	20—30	30—40
Изменение хода
винтовой линии,
мм ........... 0,005—0,0076 0,0076—0,013	0,013—0,018 0,018—0,025
Приведенные величины отклонения эвольвентного профиля и
изменения хода винтовой линии при цементации могут меняться
в зависимости от материала, вида термической обработки, формы
и размера зубчатого колеса и т. д.
У конических колес с круговыми зубьями обычно зубья ше-
стерни изменяются в большей степени, чем зубья колеса. Дефор-
мации, как и у цилиндрических зубчатых колес, направлены
в сторону уменьшения угла наклона зуба, т. е. зубья выпрям-
ляются. В результате выпрямления зубьев пятно контакта на
выпуклой стороне зуба перемещается к пятке, а на вогнутой —
Рис. 59. Характер дефор-
мации профиля зуба (а)
и пятна контакта (б):
1 — до термообработки; 2 —
после термообработки
92
в направлении носка (рис. 59, б). Чтобы компенсировать эти
деформации, перед термообработкой пятно контакта из правиль-
ного положения перемещается в неправильное. По опыту авто-
мобильной промышленности, изменения в расположении пятна
контакта делают на зубьях шестерни, а не на зубьях колеса.
Величины этих изменений определяют опытным путем.
ГЛАВА III
ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Качество зубчатого колеса в готовом виде в значительной степени
зависит от конструкции и точности изготовления заготовки.
Технологические, конструктивные, экономические и другие фак-
торы должны быть учтены еще на первой стадии разработки кон-
струкции зубчатой передачи при тесном сотрудничестве кон-
структоров, технологов по механической и термической обработке
и специалистов-зуборезчиков.
1.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Рассмотрим рекомендации по выбору конструкции заготовок
зубчатых колес, которые необходимо учитывать при проектирова-
нии и изготовлении зубчатых колес высокого качества и сравни-
тельно низкой себестоимости.
Цилиндрические зубчатые колеса. Зубчатые колеса с двумя
и более зубчатыми венцами целесообразно делать открытыми,
чтобы можно было свободно фрезеровать зубья червячной фрезой
вместо зубодолбления долбяком. С этой целью расстояние L
(рис. 60, а) между зубчатыми венцами делают достаточным для
свободного выхода из резания червячной фрезы. Производитель-
ность и точность обработки при зубофрезеровании выше, чем при
зубодолблении.
Зубчатый венец муфты 3 (рис. 60, б) расположен таким обра-
зом, что его обработку можно производить только сложным и
дорогостоящим инструментом. Если долбление зубьев производить
круглым долбяком, то вследствие ограниченного пространства
можно применять круглый долбяк лишь с 7—8-мю зубьями,
вследствие чего уменьшенное число резов не обеспечивает требуе-
мой шероховатости поверхности и оптимальной стойкости режу-
щего инструмента. Зубчатые венцы необходимо располагать так,
чтобы их можно было обрабатывать круглыми долбяками с боль-
шим внешним диаметром порядка 150 мм.
Опорный торец ступицы 4 выступает над торцом зубчатого
венца 1, поэтому при одновременном зубонарезании двух или
более зубчатых колес между торцами зубчатого венца необходимо
93
Рис. 60. Цилиндрические зубчатые колеса, имеющие конструктивные недостатки
устанавливать дополнительное кольцо. Помимо неудобств в ра-
боте это кольцо увеличивает время обработки, усложняет кон-
струкцию и увеличивает затраты при автоматизации рабочего
цикла.
Для облегчения детали между зубчатым венцом и ступицей
сверлят несколько отверстий 2. Стоимость оборудования для
выполнения этой операции очень велика, в то время как эти от-
верстия можно получить в заготовке при штамповке.
Для уменьшения деформации во время термической обработки
перемычку 5 (рис. 60, в) внутри зубчатого колеса следует распо-
лагать симметрично по отношению к зубчатому венцу. В конструк-
ции зубчатого венца следует избегать несимметричных сечений.
Зубчатые колеса, имеющие большой диаметр отверстия, тон-
костенную ступицу и узкий зубчатый венец, деформируются при
зажиме. Кроме того, происходит значительная деформация от-
верстия и зубчатого венца в процессе термической обработки,
в результате чего приходится применять дорогостоящую операцию
зубошлифования.
Не рекомендуется располагать посадочное отверстие со шпо-
ночным пазом 6 слишком близко к впадине зуба, а также про-
ектировать тонкостенную ступицу 7 (рис. 60, г, д).
Большое колесо из сопряженной пары цилиндрических зуб-
чатых колес необходимо проектировать с нечетным числом зубьев,
что позволит при зубофрезеровании вместо однозаходных червяч-
ных фрез применять двузаходные. Применение двузаходных фрез
позволит сократить потребность в зубофрезериых станках на
30—40 %.
Конические зубчатые колеса. Передняя и задняя ступицы 1
колеса (рис. 61, а) должны быть расположены ниже продолжения
94
Рис. 61. Конические зубчатые колеса, имеющие конструктивные недостатки
образующей конуса впадин 3, чтобы исключить касание вершин
резцов резцовой головки 2 этих поверхностей.
Посадочную шейку и опорный торец колеса—вала (рис. 61, б)
следует располагать ниже продолжения образующей конуса впа-
дин 3, чтобы предотвратить касание этих поверхностей вершинами
резцов резцовой головки 2. Если при нарезании зубьев базовая
шейка прорезается зуборезным инструментом, то вылет за-
жимного приспособления будет иметь прорези, которые значи-
тельно снижают жесткость и точность зажимного приспособле-
ния.
У конического колеса (рис. 61, в) шлицы расположены под
зубчатым венцом, а не в конце ступицы на участке 6. Такое рас-
положение шлицев является правильным, так как зубья после
термической обработки будут концентричны расположению шлиц.
Биением ступицы в этом случае можно пренебречь, оставив до-
статочный припуск на шлифование по внешнему и внутреннему
диаметрам. Когда шлицы расположены в конце ступицы на
участке 6, то вследствие деформации при закалке невозможно
получить концентричность шлиц и зубьев при окончательном
шлифовании посадочных поверхностей. В случае, если зубья
колеса сделаны без биения, то шлицы будут иметь повышенное
биение и наоборот. Разделение ошибки обычно не дает положи-
тельных результатов.
Шлицы в отверстии должны выходить за пределы опорного
торца 5 (как показано на рис. 61, в). Когда длина шлиц ограни-
чена плоскостью, проходящей через опорный торец 5, или еще
короче, может возникнуть опасность, что зубчатый венец отло-
мится от ступицы. Для колес такой формы целесообразно иметь
вспомогательные базы 4, выполняемые с жесткими допусками. Эти
поверхности необходимы для контроля при сборке. Толщину Н
тела колеса под зубьями (рис. 61, г) выбирают из следующих
соотношений:
а)	прямозубые конические колеса общего назначения Н =
= (0,4ч-0,6) й;
б)	гипоидные и конические колеса с криволинейными зубьями
легковых автомобилей Н — (1,1-=-1,3) h\
95
в)	гипоидные и конические колеса грузовых автомобилей,
автобусов, тракторов Н = (1,5ч-1,7) Л;
г)	конические колеса с криволинейными зубьями общего ма-
шиностроения Н = h.
2.	БАЗЫ И ИХ ВЫБОР
Базированием называют придание заготовке или изделию
требуемого положения относительно выбранной системы коор-
динат.
Базой называют поверхность или сочетание поверхностей,
ось, точку, принадлежащие заготовке и используемые для бази-
рования. По назначению базы разделяют на три вида: конструк-
торские, технологические и измерительные.
Выбор баз на заготовках зубчатых колес зависит от формы,
размера и точности изготовления колеса. Как правило, если это
позволяет размер и форма колеса, то все операции, связанные
с обработкой и контролем зубьев, следует производить от кон-
структорских баз, т. е. стремиться к совмещению конструктор-
ских, технологических и измерительных баз. Это необходимо во
избежание накапливания ошибок и уменьшения числа поверх-
ностей, обрабатываемых с жесткими допусками.
Однако иногда отходят от этого правила и в качестве техноло-
гических баз при зубонарезании и зубошевинговании выбирают
поверхности, которые обеспечивают более устойчивое положение
заготовки в процессе резания. В этих случаях поверхности,
принятые за технологические базы, должны быть точно изготов-
лены по отношению к конструкторским и измерительным ба-
зам.
В качестве опорного торца, если это возможно, выбирают
торец, имеющий наибольший диаметр, он обеспечивает более
устойчивое положение заготовки при обработке зубьев. Целе-
сообразно также в качестве базы использовать тот торец, который
обрабатывается за один установ с отверстием.
Колеса-валы обычно базируют от центровых отверстий, кото-
рые дополнительно должны иметь углубление в виде выточки для
предохранения от забоин и других повреждений. У колес-дисков,
которые базируют по отверстию и торцам, опорные торцы должны
быть плоские, перпендикулярны оси отверстия и параллельны
между собой.
При выборе баз у зубчатых колес со шлицевым отверстием
прежде всего необходимо определить, по какому способу шлицы
центрируются с сопряженной деталью. Большинство эвольвент-
пых шлиц центрируются по боковым поверхностям зубьев шлиц,
но может быть посадка по внешнему диаметру. Независимо от
способа центрирования необходимо, чтобы после протягивания
шлиц все поверхности заготовки были расположены концентрично
относительно шлиц. Проще и экономичнее базирование зубчатых
96
колес со шлицевым отверстием производить по внутреннему диа-
метру шлиц на гладкой оправке.
Если шлицы зубчатого колеса центрируются с сопряженной
деталью по боковым поверхностям зубьев шлиц, то внутренний
диаметр шлиц должен быть протянут концентрично боковым по-
верхностям.
Когда центрирование осуществляется по внешнему диаметру
шлиц, то внутренний диаметр должен быть протянут концентрично
внешнему диаметру и боковым поверхностям зубьев шлиц. Чтобы
обеспечить хорошую концентричность внутреннего и внешнего
диаметров и боковых поверхностей зубьев шлиц, необходимо все
эти три поверхности протягивать одновременно специальной про-
тяжкой.
Базирование цилиндрических зубчатых колес. У колес-валов
с модулем примерно до 6 мм при нарезании и шевинговании зубьев
в качестве технологических баз используют центровые отверстия
на торцах вала. Детали с модулем более 6 мм и большой длиной
базируют по посадочным шейкам с упором в торец, при необхо-
димости используют люнеты.
При зубофрезеровании и зубошевинговании зубчатых колес-
дисков в качестве технологических баз применяют посадочное
отверстие 3 (рис. 62, а), один или оба торца 1 зубчатого венца;
торцы 2 ступицы используют в качестве баз при контроле и сборке.
Шевингование следует производить от тех же баз, которые исполь-
зовались при зубофрезеровании. Чтобы избежать прогиба заго-
товки при обработке, опорный торец должен располагаться как
можно ближе к зубчатому венцу, иметь достаточно большую,
хорошо обработанную и перпендикулярную оси отверстия по-
верхность соприкосновения.
У цилиндрических зубчатых колес-блоков нарезание, шевин-
гование, контроль зубьев и сборку выполняют с базированием
по отверстию.
Базирование конических зубчатых колес. Конические колеса-
валы (рис. 62, б) на зуборезных, зубоотделочных и контрольно-
обкатных станках базируют на две посадочные шейки 5, 9 и опор-
ный торец 2. Здесь имеет место совмещение конструкторских,
технологических и измерительных баз. Базирование по одной
шейке 5 не допускается.
Конические колеса-диски (рис. 62, в) при обработке зубьев
и контроле базируют по посадочному отверстию 3 и опорному
Рис. 62. Базы при обработке зубчатых колес
4 Калашников С. Н.
97
Рис. 63. Базирование и погрешности заготовки
торцу 2. В этом случае совмещаются конструкторские, технологи-
ческие н измерительные базы. Поверхности конуса вершин зубьев
4 и торца 8 используют при закалке в штампе. У конических
колес со ступицей и шлицевым отверстием (рис. 62, г) за техно-
логические базы при зубообработке и контроле принимают шейку
ступицы 7 и торец 2, шлицы в отверстии используют для передачи
крутящего момента. Поверхности 2 и 7 являются также сбороч-
ными базами.
Влияние базирования и погрешности заготовки на точность
изготовления зубчатого колеса показано на рис. 63. Неправильно
производить базирование заготовки по торцу зубчатого венца,
а зажим за торец ступицы (рис. 63, а), так как в этом случае
происходит прогиб заготовки. Базирование и зажим заготовки
по торцам ступицы (рис. 63, б) используют только при контроле.
При обработке зубьев базирование и зажим заготовки следует
производить по торцам зубчатого венца (рис. 63, в). Если базовые
торцы заготовки неперпендикулярны оси отверстия (рис. 63, г),
то при зажиме заготовки происходит изгиб зажимного приспо-
собления. Аналогичный пример показан на рис. 63, д, когда опор-
ный базовый торец заготовки неперпендикулярен оси отверстия.
Зажим таких заготовок также вызовет прогиб оправки, а следова-
тельно, погрешности в зубчатом колесе при его изготовлении.
Характерные примеры установки неточных заготовок 1 в за-
жимное приспособление показаны на рис. 63, е, ж, з. Увеличен-
ный диаметр базового отверстия (рис. 63, ж) вызывает в зубчатом
колесе повышенное радиальное биение. Отклонение от перпен-
дикулярности базовых торцов относительно оси отверстия
(рис. 63, ё), биение и отклонение от параллельности базовых
торцов (рис. 63, з) вызывают погрешности шагов, направления
зуба, радиальное биение и т. д. Следовательно, качество изгото-
98
вления заготовки оказывает непосредственное влияние на точность
окончательно изготовленного зубчатого колеса и, прежде всего,
на точность его вращения и погрешность направления зуба.
Погрешности заготовки помимо ухудшения точности зубчатого
колеса могут привести к поломке режущего инструмента.
При обработке конического колеса (рис. 63, и) базовые поверх-
ности 2 принимают при черновом зубонарезании, а поверхности 3
при чистовом нарезании зубьев и контроле. Опорные торцы рас-
полагают между собой с точностью /<+0'15.
3.	ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
Производство зубчатых колес высокого качества должно на-
чинаться с получения правильной формы заготовки. Неточная
заготовка является первым источником образования большинства
погрешностей в зубчатом зацеплении, которые при последующей
обработке нельзя исправить. Поэтому при разработке нового тех-
нологического процесса особое внимание необходимо уделять
точности обработки поверхностей в заготовках, которые прини-
мают в качестве базовых на операциях зубообработки, контроля
и сборки. Для получения точных зубчатых колес в технологиче-
ский процесс вводят дополнительные доводочные операции для
обработки посадочных отверстий, шеек и базовых торцов загото-
вок. Выбор метода получения заготовки (горячая штамповка,
поперечно-клиновая прокатка, горячая высадка и т. п.) оказывает
существенное влияние на обрабатываемость и режимы резания.
Большие припуски повышают трудоемкость изготовления и сни-
жают качество обработки. Хорошая заготовка является резуль-
татом правильного выбора конструкции, метода получения за-
готовки, материала и механической обработки. Транспортировка
заготовок при механической и термической обработках также
является важным фактором в производстве точных заготовок.
Допуски на заготовки для нарезания зубьев цилиндрических
колес-дисков высокого качества (7—8-й степени точности) при-
ведены в табл. 12.
12. Допуски на заготовки цилиндрических зубчатых колес, мм
Номи- нальный диаметр заготовки	Биение торца	На диаметр отверстия	Конусооб- разность отверстия на длине 25 мм	Отклонение от круглости отверстия	На наруж- ный диаметр	Биение на- ружного диаметра
До 25	0,008—0,013	0,008—0,015	0,005—0,008	0,005—0,008	0,108	0,08
Св. 25 до 100	0,010—0,020	0,013—0,025	0,005—0,008	0,008—0,013	0,13	0,13
Св. 100 до 200	0,015—0,030	0,020—0,030	0,005—0,008	0,010—0,015	0,13	0,13
Св. 200 до 300	0,025—0,050	0,025—0,038	0,005—0,008	0,013—0,018	0,13	0,13
4*
99
13. Допуски иа базовые отверстия я шейки заготовок
конических колес, мм
Номинальный посадочный диаметр	Зубчатые колеса					
	повышенной точности (5—6-й степени)		точные (7—8-й степени)		общего назначения (грубее 8-й степени)	
	Шейка	Отвер- стие	Шейка	Отвер- стие	Шейка	Отвер- стие
Св. 25 до 100 » 100 » 250 » 250 » 500 » 500	—0,005 —0,0075 —0,0075 —0,0075	+0,005 +0,0075 +0,0075 +0,0075	—0,015 —0,025 —0,025 —0,050	+0,015 +0,025 +0,025 +0,050	—0,025 —0,050 —0,075 —0,010	+0,025 +0,050 +0,075 +0,010
Примечание. У прецизионных зубчатых колес (точнее 5-й степени)
посадочные шейки и отверстия притирают по оправке.
Базовые отверстия 3 (рис. 62, в) и базовые шейки 5, 9
(рис. 62, б) заготовок конических и гипоидных колес, применя-
емые для центрирования зубчатого колеса, должны выполняться
с жесткими допусками (табл. 13), величина которых зависит от
степени точности зубчатого колеса.
Для колеса-вала (см. рис. 62, б) максимальное биение поверх-
ностей 2, 5 и 9 в незакаленном виде 0,005—0,01 мм. Биение поверх-
ности 6 не более 0,03 мм оговаривается в том случае, если эта
поверхность используется для зажима во время зубонарезания
и контроля. После термической обработки и зачистки центров
деталь правят, максимальное биение поверхности шейки 5 не
должно превышать 0,025 мм, поверхности шейки 9 — не более
0,004 мм.
14. Допуски на наружный диаметр
вершин зубьев dae и расстояние С
от базовой плоскости заготовки
до плоскости наружной окружности, мм
Окружной модуль	Наруж- ный диа- метр колеса ^ае	Размер С
Менее 1	—0,075	—0,05
Св. 1 до 10	—0,15	—0,05
10 и более	—0,25	—0,10
15. Допуски на конус вершин зубьев
и угол дополнительного конуса б,/
Окружной модуль, мм	Конус вершин 6а, мни	Дополни- тельный конус мил
1,5 и более Св. 1,5 до 0,75 0,75 и менее	+8 * + 15 +30	II II II СТ) СО й— О О Си
* Когда конус вершин или дополнительный конус используют в качестве баз при механической и термической обработках, указан- ные допуски необходимо ужесто- чить.		
100
16. Допуски иа отклонение от неплоскостностн опорного торца
н эллиптичности отверстия колеса-диска, мм
Диаметр колеса	Эллиптичность отверстия для колес		При проверке отклонения от плоскостности опорного торца на плите не должен проходить щуп для колес		
	не под- верга- ющихся терми- ческой обра- ботке	для тер- мически обрабо- танных	не подвер- гающихся термической обработке	для термически обработанных	
				Г,	Тг
Св. 150 до 200	0,025	0,08	0,025	0,08	0,025
» 200 » 250	0,025	0,08	0,025	0,10	0,04
» 250 » 275	0,025	0,08	0,025	0,13	0,05
» 275 » 450	0,025	0,08	0,025	0,15	0,08
Допуски на наружный диаметр вершин зубьев due и на рас-
стояние от базовой поверхности заготовки до плоскости наружной
окружности С даны в зависимости от модуля (табл. 14). Допуски
на угол конуса вершин 6й и угол дополнительного конуса
заготовки (см. рис. 42) конического колеса, также даны в зави-
симости от модуля (табл. 15).
Для конических колес-дисков (рис. 62, в) допуски на отклоне-
ние от плоскостности опорного торца 7\ и Т2 и на эллиптичность
отверстия 3 даны в табл. 16.
Передние торцы 8 заготовок (рис. 62, г), с которыми сопри-
касаются прижимные шайбы, гайки и т. п., должны быть пло-
скими и параллельными задним опорным торцам в пределах
0,02—0,04 мм.
4.	ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА МЕТОДА
ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ
Для проектирования технологического процесса обработки
зубчатого колеса необходимо иметь следующие исходные данные:
рабочий чертеж детали, степень точности колеса, сборочный
чертеж узла, в котором устанавливается зубчатое колесо, годовой
выпуск деталей, а также различного вида руководящие и справоч-
ные материалы на типовые технологические процессы обработки
ит. д. Технологический процесс обработки зубчатого колеса можно
разделить на две части: механическую обработку заготовки до
термической обработки и после нее и зубообработку. Так как
технологическое (основное) время, затрачиваемое на зуборезные
операции, при обработке зубчатых колес достаточно велико
и составляет 64—76 % суммарного технологического времени
(табл. 17), поэтому ниже будут даны рекомендации по выбору
эффективных методов обработки зубьев.
101
17. Трудоемкость зубообрабатывающих операций
в технологическом процессе
Тип зубчатого колеса	Зубообрабатыва ющая операция	Технологи- ческое время зубообработ- ки, мин	Отношение времени зубообра- ботки к суммарному технологиче- скому вре- мени, %
Коническое колесо с круговыми	зубьями z2 = 25, т.[е = 9 мм	Нарезание зубьев, сня- тие фасок, подбор в па- ры и удаление забоин, притирка зубьев	27,74	76,17
Коническая шестерня с круговыми зубьями ?! = 13, mte = 9 мм	Нарезание зубьев, сня- тие фасок, нарезание шлиц, подбор в пары и удаление забоин, при- тирка зубьев	38,90	73,33
Косозубое цилиндриче- ское колесо г2 — 43, тп — 3,5 мм	Нарезание зубьев, сня- тие фасок, шевингова- ние, обкатка зубьев, зубохонинговапие	8,98	65,02
Прямозубое цилиндри- ческое колесо г2 = 45, тп — 4,25 мм	Нарезание зубьев, зубо- закругление с двух тор- цов раздельно, шевин- гование, обкатывание зубьев, зубохонинго- вание	11,87	64,9
На правильный выбор метода обработки зубьев цилиндриче-
ских и конических зубчатых колес влияют различные факторы,
но важнейшими из них являются: качество, производительность
и экономичность изготовления. Ниже рассмотрим влияние основ-
ных факторов на выбор методов изготовления зубчатых колес.
Материал. Обычно химический состав стали редко оказывает
непосредственное влияние на выбор метода нарезания. Однако
некоторые стали (например, 38XMIOA) оказывают большое вли-
яние на производительность и период стойкости режущего инстру-
18. Влияние термической обработки заготовок на производительность и период стойкости режущего инструмента
Тип колеса	Параметры колеса				Метод термическог обработки нормализация			Улучшенный метод обработки			
	Число зубьев г	Внешний окруж- ной модуль мм	Средний угол наклона зуба р/п, град	Марка стали	Твер- дость загото- вок НВ	Время обра- ботки зубьев, мин	Стойкость инструмента на заточку, шт.	Твердость заготовок НВ	Термическая обработка	Время обра- ботки зубьев, мин	Стойкость инструмента до заточки, шт.
Колесо с круговы- ми зубьями Шестерня гипоид- ная	16 13	1,5 5	30 50	зохгм 20ХГМ	187—217 156—186	4,2	366	187—217 143—163	Сфероидиза- ция Изотермиче- ский отжиг	3,0	477
102
мента. Когда требуется высокая производительность, иногда
экономически выгоднее изменить материал.
Состояние стали (твердость, предел прочности при растяже-
нии, структура и однородность металла) оказывает значительное
влияние на обрабатываемость резанием. Хорошие результаты
по стойкости режущего инструмента при обработке цементуемых
рталей достигаются при твердости заготовки НВ 170—200, причем
наиболее высокий период стойкости имеет место при НВ 190.
Уменьшения вязкости и увеличения однородности (отсутствие
пятнистой твердости) можно достичь соответствующей термиче-
ской обработкой заготовки. Оба эти фактора влияют на период
стойкости инструмента, а следовательно, и на производительность.
Опыт работы автомобильной промышленности показал, что хоро-
шим средством повышения срока службы инструмента и умень-
шения деформации зубчатых колес в процессе термической об-
работки является изотермический отжиг заготовок. В ряде случаев
для модификации структуры и формы зерна и улучшения обраба-
тываемости применяют сфероидизацию.
По данным фирмы Gleason (табл. 18) приведены сравни-
тельные результаты по производительности и стойкости инстру-
мента в зависимости от термической обработки заготовки. Замена
нормализации изотермическим отжигом позволяет повысить пе-
риод стойкости режущего инструмента примерно на 30 %.
Тип колеса. Выбор метода нарезания должен основываться
прежде всего на типе колеса и форме зуба. Цилиндрические колеса
с прямыми и косыми зубьями практически могут обрабатываться
на одних и тех же станках. Конические колеса с прямыми зубьями
изготовляют на станках различных конструкций в зависимости
от формы профиля зуба. Конические и гипоидные колеса с круго-
выми зубьями изготовляют на одних и тех же станках. На выбор
метода может оказать влияние конструкция заготовки. Для за-
крытых венцов цилиндрических колес из-за отсутствия места для
выхода червячной фрезы вместо зубофрезерования применяют
зубодолбление. Конические колеса с передней ступицей во избе-
жание зарезания ступицы, вместо высокопроизводительного
103
метода нарезания дисковыми фрезами обрабатывают строганием
двумя резцами.
Размер колеса является одним из определяющих факторов при
выборе метода нарезания и зуборезного оборудования. При этом
необходимо учитывать размеры зубьев и размеры самой заготовки,
которые определяются величиной модуля. Обычно зубчатые ко-
леса с модулем примерно до 4 мм нарезают за один рабочий ход
из целой заготовки. Колеса с модулем 4—10 мм нарезают за два
рабочих хода — черновой и чистовой. Размеры заготовки также
существенно влияют на выбор метода и оборудования. Например,
зубчатые колеса малого модуля для приборостроения обрабаты-
вают на станках небольших размеров. Зубчатые колеса средних
модулей для автомобилей, тракторов обрабатывают на более
крупных стайках с использованием совершенно других методов.
Оборудование для обработки зубчатых колес в значительной
степени определяется типом и размерами зубчатых колес, объемом
выпуска, принятым методом нарезания и т. п. При выборе метода
обработки часто ориентируются на имеющееся оборудование,
так поступают в единичном и серийном производстве. В массовом
производстве такой подход может оказаться экономически не-
выгодным, в этом случае обычно выбирают современное высоко-
производительное оборудование.
Для изготовления небольших партий зубчатых колес, особенно
конических, с различными передаточными числами следует вы-
бирать универсальное оборудование и простейшие методы об-
работки, требующие небольшого числа режущих инструментов.
Для выпуска большого числа деталей цилиндрических или
конических зубчатых колес зубофрезерные и зуборезные станки,
выполняющие наиболее трудоемкие операции, должны иметь
высокую производительность, жесткость и мощность главного
электродвигателя. Резерв в жесткости и мощности ставка по срав-
нению с модулем обрабатываемого колеса должен составлять
2—4 модуля.
Качество изготовления существенно влияет на выбор метода
нарезания и структуру технологического процесса. Высокая
точность и низкая шероховатость зубьев зубчатых колес требует
дополнительных отделочных операций при обработке базовых
поверхностей и профиля зубьев. Станки и технологическая осна-
стка должны иметь высокую точность.
Высокое качество необходимо для точного и плавного враще-
ния зубчатых колес. Зубчатые колеса для автомобилей должны
иметь низкий уровень шума. Для обеспечения этих требований
цилиндрические зубчатые колеса шевингуют и хонингуют. Гипо-
идные и конические колеса с круговыми зубьями притирают.
У более точных и ответственных зубчатых колес, например,
в самолетостроении зубья шлифуют. К зубчатым колесам при-
боров и космической техники предъявляют высокие требования
по точности окружных шагов и концентричности зубьев относи-
1С4
тельно ©си вращения. Эти требования нужно учитывать при
проектировании и изготовлении зубчатого колеса, а также при
изготовлении технологической оснастки и режущего инструмента.
Перед любой операцией чистовой обработки зубьев (шлифова-
ние, хонингование и притирка) всегда желательно иметь одно-
родную поверхность с минимальным припуском.
Размер партии оказывает наибольшее влияние на выбор ме-
тода нарезания и построение технологического процесса. В мас-
совом производстве при выпуске большого числа зубчатых колес
принимают высокопроизводительные методы с использованием
специального высокопроизводительного автоматизированного
оборудования, прогрессивных конструкций режущего инстру-
мента и зажимных приспособлений.
При передаточном числе гипоидной и конической передачи
с круговыми зубьями менее 3 : 1 чистовое нарезание зубьев колеса
и шестерни производят методом обкатывания, шестерню способом
постоянных установок, а колесо — двусторонним способом. Если
к коническим колесам с модулем 4—5 мм и менее не предъявляют
высоких требований по точности обработки, то зубья колеса
и шестерни нарезают двойным двусторонним способом из целой
заготовки. При нарезании гипоидных и конических полуобкатных
передач с передаточным числом 3 ; 1 и выше наиболее высокую
производительность при чистовом нарезании зубьев колеса обес-
печивает метод копирования, чистовое нарезание зубьев шестерни
производят методом обкатывания с применением постоянных
наладочных установок станка.
Черновое нарезание зубьев колеса полуобкатных передач
производят методом врезания, а зубьев шестерни — методом об-
катывания.
В единичном производстве, когда требуется нарезать неболь-
шие партии деталей с различными параметрами зубьев, выбирают
универсальное оборудование и методы. Например, для нарезания
прямозубых конических колес широко применяют метод зубо-
строгания двумя резцами, а для конических колес с круговыми
зубьями — поворотный односторонний способ. Цилиндрические
и червячные колеса нарезают на универсальных зубофрезерных
станках. Нарезание цилиндрических и конических колес диско-
выми модульными фрезами на горизонтально-фрезерных станках
в делительных головках производят весьма ограниченно, вслед-
ствие низкой точности и высокой трудоемкости.
Экономичность метода. При выборе метода нарезания все фак-
торы важны, но решающим является экономический, от него
обычно зависит окончательный выбор метода. При определении
стоимости выбранного метода необходимо учитывать и сопутству-
ющие затраты, например стоимость инструмента, его заточку
и т. д. Примеры повышения экономичности, по данным фирмы
Gleason, путем замены одного метода нарезания зубьев другим,
более производительным, приведены в табл. 19.
105
19. Нарезание конических колес с прямыми и круговыми зубьями
различными методами (материал сталь 20Н2Л1, твердость НВ 160—190)
Параметры колеса				Метод нарезания			
Тип колеса	Число зубьев z 1	Внешний окружной мо- дуль т te, мм	Средний угол наклона зуба ет°	Обычный	Производитель- ность, шт/ч	Улучшенный	Производитель- ность, шт/ч
Прямозу- бое кони- ческое диф- ференциала	10	2	—	Фрезерование двумя диско- выми фрезами	35	Круговое про- тягивание	160
Прямозу- бое кони- ческое	22	5,5	—.	Строгание двумя рез- цами	2,4	Фрезерование двумя диско- выми фрезами	9,5
Полуоб- катная передача	44	5,5	35	Черновое на- резание зубь- ев методом врезания, чи- стовое — ме- тодом копи- рования	1,6	Черновое и чистовое наре- зание зубьев за одну уста- новку мето- дом врезания	5,0
При обработке прямозубых конических колес дифференциала,
заменяя метод нарезания двумя дисковыми фрезами на метод
кругового протягивания, можно повысить производительность
станка более чем в 4,5 раза. Замена метода строгания зуба двумя
резцами фрезерованием двумя дисковыми фрезами позволяет
повысить производительность примерно в 4 раза. Нарезание
зубьев колеса полуобкатной передачи за одну операцию (черновое
и чистовое нарезание методом врезания) более эффективно, чем
в две раздельные операции, производительность повышается
примерно в 3 раза.
Термическая обработка. Для зубчатых колес с глубиной це-
ментованного слоя менее 1,0 мм необходимо применять нитро-
цементацию. К таким деталям относятся зубчатые колеса коробок
перемены передач автомобилей, тракторов и т. д. Этот высоко-
производительный процесс обеспечивает минимальную деформа-
цию. Газовая цементация обычно применяется для зубчатых
колес с большей глубиной цементованного слоя.
Зубчатые колеса сложной формы и высокой точности закали-
вают в штампах. Закалку большинства конических и гипоидных
колес ведущих мостов автомобилей производят с использованием
штампов. Предпочтительно применять стали с непосредственной
закалкой вместо двойного нагрева. При непосредственной закалке
производительность выше, а деформации меньше.
106
Б. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Обработка заготовок цилиндрических колес-валов в единичном
производстве не представляет больших трудностей. Поковку
или штамповку зажимают в патрон токарного станка, обрабаты-
вают один конец вала и делают зацентровку в торце. Затем обра-
батывают противоположный конец заготовки с последующей
зацентровкой торца, от центровых фасок производят окончатель-
ную обработку шеек точением или шлифованием.
В условиях массового производства первая операция — фре-
зерование и центровка торцов с двух сторон вала выполняется
двумя методами: на фрезерно-центровальном полуавтомате фрезе-
рование и центрование торцов с двух сторон заготовки производят
последовательно (на первой позиции — фрезерование торцов, па
второй — центрование). По новому, более производительному
методу, подрезка и центрование торца заготовки 5 осуществляются
одновременно специальной инструментальной головкой 1 (рис. 64).
Подрезные резцы 2, 9 обрабатывают торец вала 7, центровочное
сверло 8 сверлит центровое отверстие 6 в торце. Резцом 3 про-
тачивают шейку 4. Дальнейшую обработку шеек колеса-вала
производят обычно на гидрокопировальном станке. Базовые шейки
шлифуют от центров на многокруговых шлифовальных станках.
Обработку заготовок колес-дисков можно производить по
двум основным технологическим процессам. Первый технологи-
ческий процесс характеризуется тем, что за один установ заго-
товки растачивают отверстие, протачивают торцы зубчатого венца
и ступицы и снимают фаски с острых кромок. Зажим осуществляют
в патроне по внешнему диаметру с опорой на необработанный
торец зубчатого венца. На второй операции обрабатывают противо-
положные торцы, наружный диаметр и снимают фаски, базами
являются отверстие и обработанный торец. Иногда на второй
операции обрабатывают оставшуюся необработанной часть внеш-
него диаметра, торцы и повторно отверстие. Зажим осуществляют
за обработанную часть наружного диаметра с опорой в торец
зубчатого венца. При изготовлении небольшой партии деталей
обработка ведется на токарных или револьверных станках.
Рис. 64. Схема фрезеро-
вания и центрования тор-
цов колеса-вала специаль-
ной инструментальной го-
ловкой
107
По второму технологическому процессу обработку производят
в условиях массового производства. Заготовку по всему контуру
обрабатывают аналогично первому процессу на специальных
высокопроизводительных одно- и двухшпиндельных станках. В за-
готовке, обработанной по контуру, сначала хонингуют отвер-
стие — гладкое или шлицевое, а затем, используя его как базу,
за один установ заготовки протачивают одновременно оба базо-
вых торца зубчатого венца и торец ступицы. Наружный диаметр
может обрабатываться одновременно с базовыми поверхностями
или же при обработке заготовки по контуру. Точность заготовки
зубчатого колеса (наружный диаметр 263 мм, диаметр отверстия
91,65 мм, ширина зубчатого венца 43 мм), обработанной по при-
веденной выше технологии: биение торцов зубчатого венца 0,04 мм,
отклонение параллельности торцов 0,02 мм, биение наружного
диаметра 0,1 мм, диаметр отверстия выполнен с допуском 0,02 мм.
Зубофрезерование является самой трудоемкой операцией об-
работки зубьев, ее следует производить на жестких с мощным
электродвигателем высокопроизводительных станках на повы-
шенных режимах резания с применением многозаходных червяч-
ных фрез. Зубчатые колеса с модулем до 4—5 мм обрабатывают
за один рабочий ход, с модулем более 5 мм — за два рабочих
хода.
Зубозакругление относится к числу трудоемких операций,
поэтому в условиях массового производства ее более экономично
производить на двухшпиндельных станках одновременно с двух
противоположных торцов зубчатого венца чашечными фрезами,
а снятие фасок одновременно с обоих торнов зубчатого венца
производить методом непрерывного деления одновитковыми много-
зубыми фрезами. Трудоемкой операцией является также и обра-
ботка шлицов на валах. При обработке резанием целесообразно
применять метод единичного деления дисковыми профильными
фрезами, его производительность на 20—30 % выше, чем произ-
водительность при фрезеровании червячными фрезами на зубо-
фрезерных или шлицефрезерных станках с обкатыванием. Более
высокая эффективность достигается при обработке шлиц методом
холодного накатывания без снятия стружки. При накатывании
прямобочных и эвольвентных шлиц планетарными роликами
производительность, по сравнению с фрезерованием, повышается
в 4—6 раз. Время цикла накатывания эвольвентных шлиц зуб-
чатыми рейками составляет 3—7 с.
Шевингование является наиболее распространенным методом
чистовой обработки профиля зуба цилиндрических колес. В пос-
леднее время разработаны новые методы чистовой обработки
зубьев, например врезное, черновое и чистовое шевингование
и холодная прикатка, которые в ряде случаев могут заменить
традиционное диагональное шевингование. Затраты на деталь при
обработке различными методами в зависимости от числа выпуска-
емых деталей показаны на рис. 65 (по данным фирмы Hurth).
108
рис. 65. Затраты на одну деталь (%) при раз-
личных методах изготовления в зависимости
от числа обрабатываемых деталей:
/ диагональное шевингование; 2 — врезное ше-
вингование: 3 — холодная прикатка
Для зубчатых колес (т — 2-:-3 мм,
d с 80 мм, b = 20 мм) диагональное
шевингование для партии 2500 шт.
дешевле, чем врезное шевингование,
а холодная прикатка требует меньше
затрат, начиная с партии 100 000 шт.
деталей. При большем выпуске врез-
ное шевингование более экономично, чем диагональное, благодаря
меньшему времени обработки (производительность выше в 2—
4 раза) и более высокой стойкости инструмента. Производитель-
ность при обработке указанных колес при двусменной работе:
шевингование с диагональной подачей 750 шт., врезное шевинго-
20. Технологический маршрут изготовления в массовом производстве
цилиндрического зубчатого колеса-диска коробки передач
автомобиля (6—8-й степени точности)
№ опера- ции	Содержание операции	Оборудование
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19	Обработка заготовки по контуру Хонингование отверстия Моечная Тонкое точение базовых поверх- ностей Контроль базовых и других по- верхностей (выборочно) Зубофрезерование Снятие фасок с острых кромок зубьев Моечная Зубошевингованне Моечная Контроль параметров зубьев (выборочно) Термическая обработка Зубообкатывание — снятие за- боин и заусенцев Хонингование отверстия Моечная Шлифование торцов ступицы Зубохонинговапие Моечная Окончательный контроль	Одно-, двух- или многошпиндель- ный токарный полуавтомат Хонинговальный полуавтомат Моечный агрегат Одно- или двухшпиндельный то- карный полуавтомат Контрольные приборы Зубофрезерпый полуавтомат или автомат Зубофасочный полуавтомат Моечный агрегат Зубошевинговальиый полуавтомат или автомат Моечный агрегат Контрольные приборы Цементационно-закалочный агре- гат Специальный обкатной станок Хонинговальный полуавтомат Моечный агрегат Плоскошлифовальный полуавтомат Зубохонинговальный полуавтомат Моечный агрегат Контрольные приборы
109
вание — 1900 шт., холодная прикатка — 3200 шт. При большом
выпуске зубчатых колес с модулем до 3 мм наиболее эффективным
методом чистовой обработки зубьев является холодная прикатка,
до модуля 4 мм — врезное шевингование, с модулем свыше
4 мм •— диагональное шевингование с двумя подачами, черновой
и чистовой.
При отсутствии специальных станков более экономично при-
менять диагональное шевингование.
Зубошлифование — процесс дорогостоящий, его применяют
для обработки зубчатых колес высокой точности. Наиболее высо-
кая точность достигается при шлифовании методом копирования
и методом обкатывания с периодическим делением двумя шлифо-
вальными кругами тарельчатой формы.
Самая высокая производительность при обработке зубчатых
колес до модуля 5 мм достигается при непрерывном шлифовании
методом обкатывания абразивным червяком. Зубчатые колеса
с модулем более 4—5 мм рационально шлифовать методом обка-
тывания с периодическим делением двусторонним коническим
кругом. Более подробно эти вопросы освещены в гл. XI, п. 3.
«3 убошл ифов ание».
Последовательность операции типового технологического
процесса изготовления цилиндрического зубчатого колеса-диска
коробки перемены передач автомобиля приведена в табл. 20.
6. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ
КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Заготовки конических колес-валов в единичном производстве
изготовляют из поковки или штанги на токарном станке. На
первой операции предварительно обрабатывают головку. Затем
головку зажимают в трехкулачковый патрон, зацентровывают
торец хвостовика и обтачивают его. После этого зацентровывают
торец головки и обрабатывают головку окончательно. Далее от
центровых отверстий шлифуют базовые шейки, которые принимают
за технологические базы при зубофрезеровании и контроле.
В массовом производстве, например, в автомобильной промыш-
ленности изготовление конических колес высоко специализиро-
вано.
В последнее время технология механической обработки кони-
ческих колес-валов значительно усовершенствована. Подрезку
и зацентровку торцов вала производят одновременно специальной
инструментальной головкой (см. рис. 64). Головку 3 н хвосто-
вики 4 колеса-вала обрабатывают резцом 5 одновременно за один
установ заготовки на гидрокопнровальном полуавтомате (рис. 66).
Резец 7 протачивает необработанный участок переднего торца
головки. Центр 1 подвижной, вращение заготовки передается от
шпинделя станка через острые стержни 2, которые внедряются
в торец головки колеса под действием заднего центра 6.
110
Рис. 66. Схема обработки заго-
товки конического колеса-вала
Опорный торец и базовые шейки хвостовика под последующее
зубонарезание обрабатывают двумя методами: на шлифовальных
многокруговых станках или специальных жестких токарных
станках на высокой скорости с малой подачей со снятием неболь-
шого припуска. В последнем случае по сравнению со шлифованием
сокращается время обработки с сохранением качества.
Схема обработки заготовки конического колеса-диска за две
операции в условиях массового производства показана на рис. 67.
На первой операции окончательно растачивают базовое отверстие
и протачивают опорный торец. Зажим осуществляют по наруж-
ному диаметру в трехкулачковом патроне с опорой на три сфе-
рических пальца. На второй операции производят окончательное
протачивание конуса вершин и дополнительного конуса. Центри-
рование и зажим осуществляют по отверстию разжимной оправки.
Опорный торец устанавливают на 6—10 сферических пальцев.
Конические колеса находят широкое применение в общем
машиностроении, они часто требуют специальной технологии
Рис. 67. Схема обработки заготовки конического колеса-диска:
а I— первая операция; б — вторая операция
Я
Ill
Рис. 68. Стоимость обработки (%) конических
и гипоидных передач в зависимости от метода
нарезания зубьев (по данным фирмы Gleason)
21. Снижение уровня шума (дБ) передачи
с круговыми зубьями при отделке и подборе
Технологическая операция	Передачи	
	кони- ческие	гипо- идные
Взаимная притирка (прира- ботка) на притирочном	4—6	10—12
станке		
Шлифование	3—5	4—6
Подбор зубчатых колес в пары	3	3
изготовления в зависимости от поставленных перед ними требо-
ваний.
Колеса авиационных двигателей для уменьшения массы необ-
ходимо изготовлять сложной формы. В связи с этим установочные
базовые поверхности важно выполнять в заданных допусках.
У конических колес-дисков сложной формы и большого раз-
мера, например, грузовых автомобилей заготовки обрабатывают
на вертикальных многошпиндельных токарных полуавтоматах
за несколько операций.
При нарезании конических колес с круговыми зубьями, ана-
логично цилиндрическим колесам, черновое зубонарезание яв-
ляется самой трудоемкой операцией, поэтому на этой операции
зубья нарезают на специальных высокопроизводительных зубо-
резных станках. Зубья колеса нарезают методом врезания трех-
сторонней головкой; зубья шестерни — методом обкатывания
специальными резцовыми головками с увеличенным числом рез-
цов.
Снятие фасок с острых кромок зубьев колеса на некоторых
черновых зуборезных станках совмещается с черновым нареза-
нием зубьев. На зубьях шестерни фаска снимается на отдельных
станках после чернового нарезания зубьев.
Чистовое нарезание зубьев можно производить различными
методами. Стоимость обработки конических и гипоидных передач
автомобиля (Zj =10, г2 = 40, tnte = 4,5 мм, материал сталь
20ХН2М, твердость НВ 160—190) тремя методами показана на
рис. 68. Чистовое нарезание зубьев колеса производилось методом
копирования 1 и 2 и методом обкатывания 3; чистовое нарезание
зубьев шестерни во всех случаях — методом обкатывания при
постоянных установках станка. Из трех методов нарезания самым
экономичным для данной пары зубчатых колес при обработке
большого числа деталей является метод копирования 1, а самым
неэкономичным метод обкатывания 3.
112
Колесо
Рис. 69. Схема технологического процесса обработки автомобильных конических
колес с круговыми зубьями
Если у конических передач зубья нарезают и притирают, то
опорный торец 2 колеса-вала (см. рис. 62, б) и опорный торец 2
колеса-диска (см. рис. 62, в) шлифуют только в незакаленном
виде. Когда зубья конических передач нарезают и шлифуют,
опорный торец должен шлифоваться также и после термообработки
перед шлифованием зубьев.
Снизить уровень шума конических и гипоидных передач авто-
мобильного типа можно путем введения дополнительных операций
(табл. 21). Схема типового технологического процесса обработки
автомобильных конических колес с круговыми зубьями приведена
на рис. 69.
ГЛАВА IV
ЗАЖИМНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Зажимное приспособление должно иметь достаточную жесткость,
чтобы избежать вибрации и деформации при зажиме заготовки
и в процессе резания, а также обеспечивать точное и стабильное
113
закрепление заготовки в приспособлении. Эти факторы гаранти-
руют высокое качество и производительность, повышенную стой-
кость режущего инструмента и малую шероховатость поверхности
на профилях зубьев. Установочные поверхности: отверстия,
шейки и опорные торцы зажимного приспособления должны быть
точными в пределах 0,005—0,01 мм и концентрично расположен-
ными относительно оси вращения стола или осп шпинделя
станка — биение в пределах 0,01 мм, а для прецизионных колес
до 0,005 мм. Следует также избегать чрезмерного вылета оправки
зажимного приспособления и множества посадок. Важное значе-
ние имеет точность установки и жесткость закрепления зажимного
приспособления на станке. Необходимо предусмотреть простую
и удобную установку, быстрое снятие и зажим заготовки в при-
способлении, в массовом производстве применять механизирован-
ный и автоматизированный зажим. Опорная поверхность при-
способления должна располагаться как можно ближе к зубьям
обрабатываемого колеса.
Для чернового нарезания зубьев цилиндрических и кони-
ческих колес приспособления должны быть массивными с повы-
шенной жесткостью. При обработке цилиндрических зубчатых
колес на зубофрезерных станках для повышения производитель-
ности необходимо учитывать одновременную установку двух
и более зубчатых колес. Приспособления для шлифования зубьев
должны обладать повышенной точностью изготовления.
Если оправки устанавливаются на станок с использованием
центровых отверстий, то эти отверстия должны быть большими
и иметь предохранительные выточки. При высокой производитель-
ности, точности и больших силах резания на зубофрезерных стан-
ках центры контрподдержки в большинстве случаев не могут быть
использованы вследствие недостаточной их жесткости. При ис-
пользовании центра контрподдержки опасность заключается в том,
что контактирующая поверхность центрового отверстия может
быть слишком мала и забиваться стружкой во время работы.
В этом случае оправка с обрабатываемым колесом или само колесо
будут вибрировать, что вызовет погрешности в зубчатом зацепле-
нии и снижение стойкости инструмента. Целесообразным решением
в данном случае является применение направляющих втулок
в контрподдержке.
Для повышения точности изготовления зубчатых колес в про-
мышленности особенно на чистовых операциях широко применяют
приспособления с беззазорным центрированием и закреплением
обрабатываемого колеса в зажимном приспособлении. Беззазор-
ное центрирование осуществляется с помощью цанг, подвижных
кулачков, гофрированных втулок, тарельчатых пружин, гидро-
пластмассы и т. д.
По опыту ЗИЛа, замена на зубофрезерном станке гладких
жестких оправок на разжимные оправки с подвижными кулач-
ками типа ТоЫег для беззазорного центрирования и закрепления
114
заготовки позволила повысить точность обработки зубчатых
колес по колебанию межосевого расстояния за оборот зубчатого
колеса на 30—40 % и соответственно уменьшить припуск под
последующую операцию.
Зажимные приспособления с беззазорным центрированием
заготовок удобно и надежно применять при автоматическом про-
цессе изготовления зубчатых колес. Наиболее высокая точность
изготовления зубчатых колес достигается, когда разжимные
оправки для беззазорного центрирования применяются на всех
основных зубообрабатывающих операциях, включая обработку
базовых поверхностей заготовки и контроль зубьев.
1. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Основные формы цилиндрических зубчатых колес, их базиро-
вание и закрепление в зажимном приспособлении при нарезании
зубьев на зубофрезерном станке приведены на рис. 70. Схема
базирования по отверстию и торцу зубчатого колеса-диска с за-
жимом по противоположному торцу зубчатого венца приведена
на рис. 70, а. Базирование и зажим по центровым отверстиям
с обоих торцов колеса-вала, передача вращения осуществляется
через острые стержни зажимного приспособления, которые вне-
дряются в торец заготовки (рис. 70, б). Если базирование и зажим
осуществлять за нижнюю шейку колеса-вала, то верхняя шейка
должна поджиматься центром по центровому отверстию или бази-
роваться во втулке контр поддержки (рис. 70, в). Последний вид
закрепления обеспечивает большую жесткость, его обычно при-
меняют при нарезании зубчатых колес с модулем более 5—6 мм.
Наименьший прогиб заготовки и соответственно величина вибра-
ций в процессе резания достигаются, когда базирование и за-
крепление происходит по нижней шейке, а верхняя шейка под-
держивается во втулке контрподдержки.
Зажимные приспособления с центрированием по отверстию
заготовки можно разделить на две основные группы: приспособле-
ния с центрированием на жесткой оправке с зазором и центри-
рованием в разжимной оправке без зазора. Если обрабатываемая
Рис. 70. Базирование
и определение радиаль-
ного биения зубчатого
колеса
«2
115
заготовка, вследствие допуска на отверстие, устанавливается
в оправку зажимного приспособления с зазором, то в результате
зазора между оправкой и отверстием заготовки возникает радиаль-
ное биение зубчатого колеса. Важнейшим фактором при констру-
ировании зажимного приспособления является обеспечение
допустимой величины радиального биения зубчатого колеса.
В процессе нарезания зубьев ось вращения стола станка
должна быть совмещена с осью вращения приспособления. Если
заготовка закреплена в приспособлении без точного центрирова-
ния, то образующийся радиальный зазор Ad (рис. 70, г) между
диаметром отверстия d0 и диаметром вала dB приводит к тому, что
ось заготовки А± будет параллельно смещена относительно оси А
приспособления на величину эксцентриситета Ап. Ось А зажим-
ного приспособления является также осью вращения вала оправки
d,„ вокруг которой производится нарезание зубьев. Таким обра-
зом, максимальный эксцентриситет Аптах, который возникает при
зубонарезании относительно оси заготовки А, равен половине
посадочного зазора Ad между диаметром отверстия заготовки
и диаметром оправки приспособления ^Апгпах =	. Биение
зубчатого венца Frr будет в 2 раза больше, чем эксцентриситет
при зубонарезании (Frr = 2Ап). Таким образом, наибольшая
величина радиального биения зубчатого венца Frr равна разности
между наибольшим допустимым диаметром отверстия заготовки
и диаметром оправки приспособления:
Frr = Ad = d0 — dB = 2Ап.
Величины зазоров (допуски и посадки по системе СТ СЭВ 144—75),
посредством которых можно достигнуть требуемое радиальное
биение зубчатого венца, приведены в табл. 22. Радиальный зазор
между диаметром отверстия и диаметром вала оправки достигается
путем изменения допуска на отверстие по посадкам Н6, Н7 и Н8,
допуск на вал оправки принимают постоянным — посадка й5.
Биение и отклонение от плоскостности опорных торцов зажим-
ного приспособления или заготовки вызывают дополнительное
радиальное биение зубчатого колеса при зубообработке. Эти по-
грешности при зажиме заготовки могут привести к изгибу цен-
трального положения оправки приспособления, в результате
радиальное биение будет иметь различные значения в различных
торцовых сечениях колеса. Аналогичные погрешности имеют место
и при зажиме в приспособлениях с беззазорным центрированием.
Чтобы получить радиальное биение Frr в необходимых пре-
делах, следует выдерживать допуски на отверстие заготовки
и оправку (см. табл. 22) в жестких пределах или применять за-
жимные приспособления с беззазорным центрированием.
Многокулачковое приспособление фирмы ТоЫег для беззазор-
ного центрирования и зажима двух зубчатых колес на зубофрезер-
ном автомате показано на рис. 71. В приспособлении два ряда
116
Рис. 71. Приспособление кулач-
кового типа для закрепления
двух зубчатых колес (фирмы
117
22. Наибольшее значение радиального биения зубчатого венца,
возникающего при зубофрезерованин вследствие зазора
между диаметром отверстия заготовки и диаметром оправки приспособления
Номинальные		Допуски на диаметр, отверстия заготовки, мм			Допуск на диаметр оправки, мкм	Наибольшее значение ра- диального биения Fr/., мкм, в систе- ме посадок отверстие— оправка		
	мм							
			Н7	не	1г5	H6/h5	H7/hS	оо £
Св.	6 до 10	0 — +9	0 — +1Г	0 — +22	0 - (-6)	15	21	28
»	10 » 18	0 — +11	0	Н8	0 — +27	0 - (-8)	19	26	35
»	18 » 30	0 —+ 13	0 — +21	0 — +33	о - (-9)	22	30	42
»	30 » 50	0 —+16	0 —+25	0 — +39	О-(-П)	27	36	50
»	50 » 80	0 —+19	0 —+30	0 —+46	0 — (—13)	32	43	59
»	80 » 120	0 — +22	0 — +35	0 —+54	0 - (—15)	37	50	69
»	120 » 180	0 —+25	0 — +40	0 — +63	0 - (-18)	43	58	81
»	180 » 250	0 — +29	0 — +46	0	+72	0 — (—20)	49	66	92
подвижных кулачков, верхний ряд центрирует и зажимает верхнее
зубчатое колесо, нижний ряд кулачков зажимает нижнее колесо.
Центрирование и зажим происходит одновременно. В приспосо-
бление на массивное кольцо 14 заготовки подаются автомати-
чески из магазина. При опускании кронштейна 10 кулачки 5, 7
и центрирующий палец 3 входят в отверстия заготовок 6 и центри-
руют их в результате радиального перемещения кулачков 5, 7
от конусных втулок 4, 8 под действием пружин 13, а тарельчатой
формы кольцо 9 закрепляет заготовки по торцу. Зажимной шток 1
в это время находится в верхнем положении с раскрытыми кулач-
ками 2. Шток 1 при опускании с помощью гидроцилиндра через
кулачки 2, головку центрирующего пальца 3 и тарельчатое кольцо
9 окончательно закрепляет заготовки по торцам. По окончании
нарезания зубьев сначала поднимается шток 1 и кулачки 2 рас-
крываются. С помощью гидравлики поршень 11 перемещает вниз
конусные втулки 4, 8 и освобождает кулачки 5, 7. Затем центри-
рующий палец 3 с кронштейном 10 и подвижными кулачками 5, 7
поднимаются в исходное положение, а упоры 12 удерживают за-
готовки от перемещения.
На наружной поверхности кулачки 5 и 7 имеют канавки, в ко-
торые входят пружинные кольца, для постоянного прижима их
к конической поверхности втулок 4, 8. Для снятия заусенцев на
торце заготовки установлен резец 15.
Преимущества многокулачкового приспособления фирмы ТоЬ-
1ег заключается в том, что кроме большого срока службы и высокой
точности оно допускает большой диапазон развода кулачков
118
(до 0,5 мм), что значительно облегчает условия установки детали
в приспособлении. Для каждого многокулачкового приспособле-
ния поставляются контрольные калибры в виде кольца для си-
стематического контроля точности установки приспособления на
станке. Наружный диаметр калибров соответствует максималь-
ному диаметру обрабатываемого колеса. Биение наружного диа-
метра и торца калибра находится в пределах 0,005—0,01 мм.
Зажимное приспособление для обработки блочных зубчатых
колес на зубодолбежных станках в условиях массового произ-
водства приведено на рис. 72. Центрирование блочного колеса 3
осуществляется по центральному отверстию двумя пальцами.
Верхний палец 2 свободно вращается в шариковой втулке 1 контр-
поддержки, нижний палец 4 жестко закреплен в планшайбе 5
трехкулачковым патроном 8. Благодаря шариковой опоре 6 ку-
лачки патрона во время зажима имеют возможность смещаться.
Зажимные кулачки 8 приводятся в действие от тяги 7 гидро-
цилиндра.
Рис. 72. Приспособление для закрепления блочного зубчатого колеса на зубо-
долбежном станке
119
Рис. 73. Типовые зажимные при"
способления при шевинговании
зубчатых колес внешнего зацеп-
ления
каленную и шлифованную оправку 2, зажим осуществляется че-
рез подвижную втулку 4 между центрами 1 шевинговального
станка. Для облегчения установки втулки 4 на оправке 2 ее то-
рец имеет срез под углом 5°. Это приспособление можно исполь-
зовать как на шевинговальных, так и на зубохонинговальных
Простейшее и удобное
в работе зажимное приспо-
собление для ручной за-
грузки, состоящее из двух
деталей, показано на
рис. 73, а. Зубчатое коле-
со 3 устанавливают на за-
станках.
Аналогичное приспособление для шевингования колес-
дисков большого размера приведено на рис. 73, б. Размеры по-
садочных мест на оправке изготовляют с точностью 0,005 мм.
Центры правой и левой бабок должны иметь биение в пределах
0,005 мм. Торцы заготовки должны быть перпендикулярны отвер-
стию, а допуски на отверстие выдерживаются такими, чтобы
обеспечить скользящую посадку на оправке.
Другой тип приспособления, широко применяемый в массовом
производстве, показан на рис. 73, в. Оператор кладет зубчатое
колесо 2 на подставку 6, вводит его в зацепление с шевером и
ориентирует относительно центрирующего пальца 5. Поворотом
рукоятки центрирующий палец 5 правой бабки переместится
влево от гидроцилиндра, и сферическое кольцо 3 прижмет колесо
к торцу фланца 1 и закрепит деталь. По окончании шевингования
центрирующий палец отходит в исходное положение, а обрабаты-
ваемое колесо задерживается кольцом 4 и опускается на подставку
6. Время загрузки и разгрузки при полуавтоматическом цикле
составляет 10 с, что в 3 раза быстрее, чем при ручной за-
грузке.
120
Рис. 74. Приспособление для закрепления зубчатых колес на зубошлифовальных
станках
При зубохонинговании вследствие малых сил резания за базо-
вые торцы принимают торцы ступицы 8 колеса, а не торцы 7 зуб-
чатого венца, как это принято при зубошевинговании. Достиже-
ние высокой точности при шлифовании зубьев зубчатых колес
в значительной степени зависит от конструкции и точности изго-
товления зажимного приспособления. При зажиме деталь не
должна деформироваться, в то же время она должна быть на-
дежно закреплена против проскальзывания и поворота в процессе
шлифования. Для устранения вибрации при шлифовании зубча-
тых колес-дисков необходимо использовать в качестве базовых
торцов — торцы вблизи зубчатого венца.
Наиболее часто применяемые зажимные приспособления для
шлифования зубьев представлены на рис. 74. Кроме жестких
и точных оправок широко применяют прецизионные разжимные
оправки с разрезной втулкой, подвижными кулачками и гидро-
пластом для беззазорного центрирования колеса на оправке.
Разжимные втулки / высокой точности обычно изготовляют
с тремя прорезными канавками, причем одна из них сквозная,
внутренний конус равен 5°. Сквозная канавка придает оправке
большую эластичность и увеличивает диапазон контролируемого
диаметра детали. Наружную поверхность втулок изготовляют
с точностью DZJxaJI, биение внешнего диаметра втулки до
прорезания паза находится в пределах 0,002—0,004 мм. При
центрировании зубчатого колеса по разжимной втулке необходимо
производить точную выверку колеса по торцу, биение торца не
должно превышать 0,002—0,005 мм.
2. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зажимные приспособления для обработки и контроля гипоид-
ных и конических колес с прямыми и криволинейными зубьями
на зуборезных, зубострогальных, зубофрезерных, зубопритироч-
121
Рис. 75. Зажимное приспособление:
а — для колеса-вала; б — для колеса со ступицей
них и контрольно-обкатных станках характеризуются тем, что
их посадка в шпиндель станка производится по конической по-
верхности с упором в торец. Для обеспечения посадки одновре-
менно на две поверхности необходимо посадочный конус зажим-
ного приспособления изготовлять с правильным натягом. Натяг
определяется величиной зазора /< (рис. 75), образующегося между
торцем шпинделя станка и опорным торцом зажимного приспо-
собления при посадке его от руки. Величина зазора изменяется
в зависимости от диаметра конусного отверстия шпинделя детали
станков.
Величины зазора для различных отечественных и зарубежных
станков приведены в табл. 23.
При затяжке крепежных винтов зазор К полностью выби-
рается, приспособление устанавливается на торец станка и цен-
трируется по конусному отверстию. Посадка на торец и кониче-
скую поверхность удлиняет срок службы приспособления и со-
храняет точность отверстия в шпинделе станка.
122
23. Размеры конусных отверстий шпинделей станков
для обработки гипоидных и конических зубчатых колес
Модели станков	Наибольший диаметр конусного отверстия» мм	Конусо- образность	Зазор К, мм	
			наимень- ший	наиболь- ший
Станки Саратовского завода тяжелых зуборезных станков				
5П23БП, 5Т23В, 5П23А, БС23П, 5С286	31,267	Морзе 4	0,058	0,115
БП23, 5230, 5С277П, 5А2Б0П, БС26В, 525, БА27С4, 5Б231,	100	1 : 20	0,12	0,22
5Б232				
5282, БС268, 5С269, Б28С, 5С273, 5С280П, 5281	153	1 : 20	0,12	0,22
5А284	200	1 : 20	0,12	0,22
Станки фирмы G		leason		
102	38,896	1 : 24	0,15	0,20
606, 607, 608, 609	86,916	1 : 24	0,20	0.30
104, 106, 108, 114, 116, 122, 724, 72Б, 726	99,219	1 : 19,69	0,15	0,25
24, 26, 28	154,400	1 : 16	0,10	0,15
Станки фирмы Modul				
ZRKK, ZFTKKR, ZFTKK, ZFKK	100	1 : 20	0,15	0,25
Если посадка зажимного приспособления производится только
по конической поверхности без опоры на торец, то уменьшается
его жесткость и возникает опасность изнашивания и потери точ-
ности прецизионного посадочного отверстия в шпинделе станка.
Когда зазор К превышает рекомендуемые величины, то при за-
тяжке приспособления возможно заклинивание подшипников
в шпинделе, а иногда и поломка станка.
Базирование колеса-вала 1 (рис. 75, а} при закреплении в за-
жимном приспособлении цангового типа производят по шейкам 10
и 8 с упором в торец 11. Первоначально под действием штока 7
зажимная цанга 6 двойного действия своей внешней частью 4,
имеющей угол конуса 15°, центрирует и зажимает шейку 10.
При дальнейшем перемещении цанги вступает в действие ее вну-
тренняя часть 5 с меньшим углом конуса 7°, которая центрирует
и зажимает заготовку за шейку 8. Пазы цанги двойного действия
залиты маслостойкой резиной 9.
После чернового нарезания на зубьях заготовки остается
припуск, который необходимо равномерно распределять на обе
стороны зуба. Для этой цели служит шаблон 3. Во время уста-
новки колеса-вала в зажимном приспособлении его необходимо
123
повернуть таким образом, чтобы боковая сторона зуба (выпуклая
или вогнутая) коснулась сферического пальца 2, после чего за-
готовку закрепляют.
Базирование и закрепление конического зубчатого колеса 1
со ступицей (рис. 75, б) производят с помощью цанги 2 одно-
временно за две шейки с упором в торец. При перемещении штока 5
конусная втулка 3 воздействует на цангу 2, заставляя ее сме-
щаться и закреплять заготовку. Для предотвращения поворота
заготовки в процессе обработки служит шпонка 4, которая входит
в пазы шлицевого отверстия. Разрезная пробка 6 закрывает за-
жимное приспособление от попадания грязи и стружки.
ГЛАВА V
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
1. МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБОРЕЗНОГО
ИНСТРУМЕНТА
Для изготовления зуборезных инструментов применяют различ-
ные легированные и быстрорежущие инструментальные стали,
а также твердые сплавы. Выбор марки стали для зуборезного
инструмента иногда вызывает затруднения, так как приходится
учитывать различные факторы: обрабатываемость материала, ха-
рактер операции — черновое или чистовое зубонарезание, период
стойкости режущего инструмента, режимы резания и т. д. Во всех
случаях выбор инструментальной стали должен основываться на
достижении максимальной экономической эффективности, выра-
женной стоимостью режущего инструмента, отнесенной к одной
обработанной детали.
Кобальт, входящий в стали в качестве легирующего компо-
нента, сообщает инструменту высокую красностойкость — способ-
ность не терять режущие свойства при нагреве в процессе резания.
Ванадий повышает износостойкость при работе на истирание.
Содержание в стали ванадия способствует повышению стойкости
инструмента, причем особенно эффективно при снятии небольшой
прерывистой стружки при зубофрезеровании червячной фрезой
и зубошевинговании. Легирование быстрорежущих сталей ко-
бальтом и ванадием уменьшает прочность инструмента, но по-
вышает его красностойкость до 630—670 °C и износостойкость
в 1,5—3 раза по сравнению со сталью Р18.
При повышенном выкрашивании режущей кромки рекомен-
дуется применять более прочные инструментальные стали, а при
чрезмерном износе целесообразно применять стали с более высокой
износостойкостью и твердостью. Например, износостойкость на
истирание будет намного больше при твердости HRC 66, чем при
HRC 64.
Шлифуемость инструментальной стали при обработке и за-
124
точке инструмента также необходимо учитывать, так как плохая
обрабатываемость абразивами повышает трудоемкость изготовле-
ния и стоимость инструмента.
Большое влияние на режущие свойства инструмента оказывает
твердость. Разброс не должен превышать двух единиц твердости
по шкале С Роквелла. Нормальная твердость зуборезного ин-
струмента HRC 64—66. Опыт показал, что даже такое небольшое
изменение твердости (2 единицы) может оказать существенное
влияние на режущие свойства инструмента. В настоящее время
уже достигнуто регулирование твердости в пределах одной еди-
ницы по шкале С Роквелла благодаря тщательному выбору стали
и точному контролю процесса термической обработки. Кроме
твердости на качество инструмента оказывают влияние другие
компоненты: отпуск, процент науглероживания и обезуглерожи-
вания, размер зерна, размер и распределение карбидов и образо-
вание полосчатой структуры. Инструмент должен иметь мелко-
зернистую структуру, а частицы карбидов распределятся равно-
мерно в массе стали; когда карбиды сгруппированы, они образуют
хрупкие зоны, которые легко разрушаются. Эти характеристики
проверяются путем металлографического анализа.
Сравнительно простые зуборезные инструменты: дисковые
и пальцевые модульные фрезы, зубострогальные резцы — изгото-
вляют обычно из легированной инструментальной стали 9ХС
с твердостью HRC 61—64 и красностойкостью до 300—350 °C.
Значительное место средн материалов, применяемых для зубо-
резных инструментов, занимают быстрорежущие инструменталь-
ные стали нормальной и повышенной производительности. Основ-
ными быстрорежущими сталями нормальной производительности
являются стали Р18, Р9, Р6М5. Инструменты, изготовленные из
этих сталей, имеют твердость HRC 62—65, красностойкость до
550—600 °C, достаточно высокую прочность, используются при
скорости резания до 50—60 м/мин.
Быстрорежущая сталь Р18 является универсальной сталью,
практически пригодной для всех зуборезных инструментов, хо-
рошо шлифуется и имеет высокую износостойкость при резании.
Недостатком этой стали является повышенная карбидная неодно-
родность. Сталь Р18 — дорогостоящая; применяют ее ограни-
ченно, например для шеверов со сложной коррекцией профиля
зуба.
Сталь Р9 по красностойкости и режущим свойствам не усту-
пает стали Р18, но имеет более равномерное распределение карби-
дов, несколько большую прочность и пластичность. Вследствие
высокого содержания ванадия сталь плохо шлифуется, примени-
тельно для дисковых и пальцевых модульных фрез и зубостро-
гальных резцов.
Вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 является новой маркой
стали, в которой вольфрам частично заменен молибденом. Замена
вольфрама молибденом снижает карбидную неоднородность и по-
125
вышает пластичность. Повышенная чувствительность к обезугле-
роживанию является недостатком этой стали. Сталь Р6М5 реко-
мендуется применять в промышленности взамен вольфрамовых
сталей Р18, Р9 для изготовления червячных фрез, зуборезных
долбяков, дисковых фрез, резцов резцовых головок.
К сталям повышенной производительности относятся стали
Р9К10, Р9Ф5, Р9М4К8. Эти стали более чувствительны к обез-
углероживанию и хуже шлифуются, чем вольфрамовые стали.
Червячные фрезы из стали Р9К10 обладают высокой твер-
достью (HRC 64—66) и значительной стойкостью, что позволяет
производить нарезание зубьев при скоростях резания 60—
75 м/мин. Сталь Р9М4К8 имеет высокие режущие свойства. Сталь
Р9Ф5 широко применяют для изготовления дисковых шеверов.
Зуборезные инструменты из твердого сплава обладают высокой
твердостью (HRA 87—92), большой теплостойкостью (до 800—
1000 JC) и износостойкостью, что позволяет использовать их при
обработке при скоростях резания 200—300 м/мин. Основным не-
достатком твердых сплавов является повышенная хрупкость, ко-
торая вызывает выкрашивание режущей кромки.
Инструменты из твердых сплавов вольфрамовой группы ВК6М,
ВК8, состоящих из зерен карбида вольфрама, сцементированных
кобальтом, применяют для обработки зубчатых колес из чугуна,
цветных металлов и неметаллических материалов.
Зубчатые колеса из легированных и углеродистых сталей
(до модуля 2 мм) обрабатывают инструментом из сплавов титано-
вольфрамовой группы Т5К10, Т15К6, Т30К4, Т14К8. Сплавы этой
группы состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама
в карбиде титана, сцементированных кобальтом.
К третьей группе твердых сплавов относятся титанотантало-
вольфрамовые сплавы ТТ7К12. Вольфрамовые сплавы вязкие
и менее хрупкие, чем титановольфрамовые.
2. ДИСКОВЫЕ И ПАЛЬЦЕВЫЕ МОДУЛЬНЫЕ ФРЕЗЫ
Дисковые зуборезные модульные фрезы (рис. 76, а) вследствие
низкой производительности и невысокой точности применяют
в ремонтном деле для изготовления небольших партий и сравни-
тельно неточных цилиндрических зубчатых колес с прямыми и
косыми зубьями 10-й степени
точности. Дисковые модуль-
ные фрезы изготовляют двух
типов: с нешлифованным про-
филем зубьев для черновой
обработки и со шлифованным
профилем для чистовой обра-
Рис. 76. Зуборезные инструменты:
а — дисковая зуборезная модульная
фреза; б — пальцевая модульная фреза
126
ботки. На профиле зуба фрез для черновой обработки делают
канавки для дробления стружки, а для улучшения условий реза-
ния передний угол выполняют равным 5—10°. Фрезы для чистовой
обработки имеют передний угол, равный нулю. Нарезание зубьев
производят методом копирования, поэтому профиль зуба фрезы для
чистовой обработки должен точно соответствовать профилю впа-
дины зуба прямозубого цилиндрического колеса. Рабочий участок
профиля зуба фрезы соответствует эвольвенте. Теоретически для
каждого нарезаемого колеса необходимо иметь свою фрезу, но
это неэкономично, потребуется большое количество фрез. До-
пуская некоторые погрешности профиля, предусмотрено одной
фрезой данного модуля обрабатывать зубчатые колеса определен-
ного диапазона чисел зубьев. Профиль зуба при этом соответствует
наименьшему числу зубьев колеса данного интервала. Например,
профиль фрезы № 5 рассчитан по впадине зуба с числом зубьев 26.
Предусмотрено два набора фрез. Набор из 8 фрез предназначен
для нарезания зубчатых колес с модулем до 8 мм, набор из 15
фрез — для колес с модулем свыше 8 мм.
Номера фрез в зависимости от числа зубьев обрабатываемого
колеса:
Номер фрезы........................
Число зубьев колеса, шт............
Номер фрезы...................  .	.
Число зубьев колеса, шт............
1
12—13
5
26—34
2	3
14—16	17—20
G	7
35—54 55—134
4
21—25
8
135—Рейка
Для чернового и чистового нарезания прямозубых цилиндриче-
ских колес 9-й степени точности во ВНИИинструменте разработаны
высокопроизводительные сборные острозаточенные дисковые фрезы.
Пальцевые модульные фрезы (рис. 76, б) обычно применяют
для нарезания прямозубых, косозубых цилиндрических и шеврон-
ных зубчатых колес крупного модуля (т — 10 -п50 мм). Пальце-
вые фрезы состоят из двух частей: режущей 1 и хвостовой 2 для
закрепления фрезы в шпинделе стайка. Режущая часть фрезы
может быть цельной, сборной со вставными или приваренными
пластинами.
Пальцевые фрезы для черновой обработки изготовляют с пе-
редним углом 5—10° и канавками для дробления стружки. У паль-
цевых фрез для чистовой обработки передний угол равен нулю.
Профиль зубьев шлифован и затылован. Профиль зубьев пальце-
вой фрезы для прямозубых цилиндрических колес соответствует
форме впадины зуба колеса. Для косозубых и шевронных колес
профиль зуба фрезы отличается от профиля впадины, в этом слу-
чае необходим специальный расчет профиля зуба фрезы.
S. ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ
Червячная фреза представляет собой одно- или многозаходный
червяк, который имеет определенный исходный контур зубчатой
рейки, а расположенные вдаль оси продольные стружечные ка-
127
Рис. 77. Червячная фреза цельная:
а — общий вид фрезы; б, в, г — профиль зуба фрезы в нормальном сечении; De — иа*
ружный диаметр; — делительный диаметр; t — осевой шаг; tn — нормальный шаг;
/ОКр — окружной шаг фрезы; sr — толщина зуба; h — высота зуба; h" — высота головки;
k — величина спада задней поверхности на вершине зуба; ап — угол профиля
навки образуют зубья с режущими кромками, необходимые для
обработки резанием. Зубья фрезы затылованы.
Червячные фрезы предназначены для нарезания цилиндри-
ческих колес с прямыми и косыми зубьями, червячных колес
и шлицевых валов. Широко применяются многозаходные (двух-
трехзаходные) червячные фрезы, способствующие повышению
производительности от 30 до 70 % по сравнению с однозаходными.
Сборные червячные фрезы большой длины (L = 180 4-220 мм)
с широкой режущей частью зуба (W = 19 4-23 мм) позволяют
значительно сократить расход быстрорежущей стали, увеличивают
число возможных передвижек и переточек фрезы, благодаря чему
повышается срок службы фрезы, ее эффективность и снижаются
потери времени на смену инструмента.
Повышение периода стойкости фрез достигается путем увели-
чения твердости режущей части фрезы (HRC 66—68), увеличе-
ния задних углов по вершине зуба (ав = 12 4-16°), задних углов
на боковой режущей кромке (аб = 4 4-6°) и применения остро-
заточенных фрез. Скругленце головки зуба фрезы по радиусу
способствует повышению периода стойкости фрезы и нагрузочной
способности зубчатого колеса. Автоматическое перемещение фрезы
в процессе резания, благодаря равномерному изнашиванию зубьев,
значительно повышает срок службы фрезы.
Модуль и угол профиля фрезы должны быть равны модулю
и углу профиля нарезаемого колеса. Червячной фрезой одного
и того же модуля можно нарезать зубчатые колеса с различным
числом зубьев (рис. 77, а). Затылование зуба фрезы 1 производят
128
по архимедовой спирали, благодаря чему при переточке фрезы
по передней поверхности 2 задний угол при вершине зуба ав =
— 10-к12°, задний угол по боковым сторонам зубьев фрезы аб =
= 2 -т-4° и толщина зуба практически не изменяются. Стандартный
профиль зубьев фрезы имеет прямые стороны (рис. 77, б). Чер-
вячные фрезы для нарезания цилиндрических зубчатых колес
под шлифование и шевингование имеют модифицированный про-
филь (рис. 77, в). Утолщение «усик» (протуберанец) 4 на головке
зуба служит для поднутрения ножки зуба колеса, фланк 3 срезает
фаску на вершине зуба колеса. Если необходима полностью скруг-
ленная впадина зуба колеса, головка зуба фрезы скругляется
(рис. 77, г) и высота ее увеличивается, при этом необходимо
дополнительно увеличить полную высоту зуба колеса.
В зависимости от вида производства и требуемой точности
в машиностроении наиболее широко применяют четыре основных
типа червячных фрез: цельные со шлифованным профилем, сбор-
ные с поворотными вставными рейками, цельные затылованные
с нешлифованным профилем повышенной точности и твердосплав-
ные червячные фрезы.
Цельные червячные фрезы со шлифованным профилем приме-
няют для изготовления высокоточных цилиндрических колес
с прямыми и косыми зубьями, червячных колес, шлицевых валов,
а также зубчатых колес в единичном и серийном производстве.
Фрезы самой высокой точности класса АА предназначены для
обработки зубчатых колес 7-й степени точности (ГОСТ 1643—81)
с модулем от 1 до 10 мм. Червячные фрезы общего назначения
классов А, В, С для чистовой обработки используют для нареза-
ния колес с модулем от 1 до 14 мм. Фрезы класса А предназначены
для обработки колес 8-й степени точности, класса В — для 9-й
степени точности, класса С — для 10-й степени точности.
Когда необходима высокая точность профиля зуба зубчатого
колеса, применяют червячные фрезы с большим числом стружеч-
ных канавок. При фрезеровании точных зубчатых колес реко-
мендуется использовать однозаходные червячные фрезы для чи-
стовой обработки.
Сборные червячные фрезы с поворотными вставными рейками
широко применяют в массовом производстве, главным образом
в автомобильной промышленности. Эти фрезы имеют большую
длину реек (до I = 200 мм), ширина режущей части рейки увели-
чена до W == 23 мм, число заходов 2—3. Число реек составляет
11—15 (реже 17), которые обычно применяют для пяти-, семи-
заходных фрез.
Шлифование профиля зубьев рейки осуществляется в техно-
логическом корпусе на резьбошлифовальном станке без затыло-
вывания, как винт, большим шлифовальным кругом с обеспече-
нием высокой производительности и качества. Задние углы режу-
щих кромок образуются соответствующей установкой реек в ра-
бочем корпусе.
5 Калашников С. Н.
129
2
Рис. 78. Сборная червячная фреза с поворотными рейками
Сборная червячная фреза показана на рис. 78. Рейки 1 за-
прессовываются в прямоугольные пазы рабочего корпуса 5 с подо-
гревом корпуса. Плотная посадка реек гарантирует высокую
жесткость против осевого смещения. Дополнительно рейки удер-
живаются запрессованными с обоих торцов крышками 2. Встав-
ные рейки имеют после термообработки однородную структуру
(особенно по карбидной неоднородности), более равномерную
твердость и меньшие остаточные напряжения.
Червячные фрезы с поворотными вставными рейками из стали
Р9КЮ по сравнению со сборными фрезами, применяемыми в авто-
мобильной промышленности, при обработке зубчатого колеса
(? = 38, тп = 3,5 мм, сталь 25ХГТ) со скоростью резания
70 м/мин и подаче 4 мм/об позволили повысить производительность
в 1,7 раза, обеспечить 7-ю степень точности и увеличить период
стойкости на один постанов фрезы без учета ее длины в 1,3 раза.
Червячные фрезы с нешлифованным профилем повышенной
точности отличаются от шлифованных тем, что их зубья не под-
вергаются механической обработке после закалки, профиль зуба
фрезы обрабатывается резцом 1 (рис. 79, а) на токарно-затыловоч-
ном станке. Фрезы с нешлифованным профцлем по сравнению
с цельными фрезами со шлифованным профилем допускают зна-
чительно большее число переточек. Объясняется это тем, что при
Рис. 79. Затылование
зубьев червячной фре-
зы:
а — резцом; б — шлмфо*
ва^ьным кругом
130
любом, даже малом диаметре шлифовального круга 2, использу-
емая часть профиля 3 зубьев фрезы значительно меньше, чем не-
затылованный участок 4 (рис. 79, б). Задние и боковые углы
у нешлифованных фрез больше, благодаря чему достигаются
лучшие условия резания. У фрез с нешлифованным профилем
внешний диаметр меньше, а число стружечных канавок больше,
чем у фрез с поворотными вставными рейками, что позволяет при
одинаковой скорости резания работать с большей производитель-
ностью. Точность червячных фрез с нешлифованным профилем
ниже точности фрез со шлифованным профилем на один класс
и соответствует классу точности В.
Фрезы в нешлифованным профилем часто применяют под по-
следующее получистовое зубофрезерование, исключая шевинго-
вание, и перед шлифованием шлицевых валов, их стойкость в 1,5—
2 раза выше, чем стойкость цельных фрез со шлифованным про-
филем.
Цельные фрезы с нешлифованным профилем с модулем до 5 мм
и длиной до L = 150 мм из молибденовой быстрорежущей стали
в течение многих лет применяют в автомобильной промышлен-
ности.
Острозаточенные червячные фрезы, разработанные ВНИИин-
струментом, имеют сборную конструкцию, комплект отдельных
зубьев вставляется в пазы корпуса и плотно закрепляется. Зубья
фрезы затачивают по боковым сторонам и вершине вне корпуса
в специальном приспособлении, благодаря чему можно получить
большие задние углы по вершине <хв = 15 4-20°, на боковой режу-
щей кромке <хб = 8ч-12° и передний угол до у = 5°. Эти фрезы
по сравнению с затылованными имеют большее число возможных
переточек и более высокий период стойкости, в большинстве слу-
чаев их применяют для чернового зубонарезания. Корпус фрезы
используется при многократной замене изношенных зубьев. Для
нарезания зубчатых передач Новикова, имеющих круговую форму
зубьев в торцовом сечении колеса, применяют специальные чер-
вячные фрезы. Профиль зубьев инструмента имеет круговую форму
в осевом сечении фрезы.
Червячные фрезы для нарезания червячных колес. Конструк-
ция червячной фрезы зависит от метода нарезания зубьев червяч-
ного колеса. Фреза для нарезания червячного колеса с радиаль-
ной подачей имеет цилиндрическую форму, а для нарезания колес
с тангенциальной подачей фреза состоит из двух частей —-заборной
и цилиндрической. Угол заборной части выбирается в пределах
20—26°, а ее длина составляет примерно 75 % всей длины фрезы.
Цилиндрическая — калибрующая часть фрезы имеет один полный
виток.
В зависимости от размера червяка фрезы для нарезания чер-
вячных колес изготовляют насадочными и хвостовыми. Хвостовые
фрезы точнее и жестче. Длина хвостовика выбирается в зависи-
мости от диаметра нарезаемого колеса и возможности заточки.
5*	131
Фреза для нарезания червячных колес должна соответствовать
червяку червячной передачи. Число заходов червячной фрезы
равно числу заходов червяка. Для получения требуемого бокового
зазора толщина зуба фрезы должна быть больше на величину за-
зора между зубьями червячной передачи, а наружный диаметр
должен быть больше на удвоенную величину радиального зазора
в передаче.
Когда фрезерование производят в две операции — черновую
и чистовую, то фреза для черновой обработки по сравнению с фре-
зой для чистовой обработки должна иметь большую высоту го-
ловки, а фреза для чистовой обработки по отношению к фрезе для
черновой обработки — большую толщину зуба.
Твердосплавные червячные фрезы применяют двух типов —
сборные п цельные, предпочтение отдается сборным фрезам с мо-
нолитными рейками. Вследствие частых выкрашиваний режущих
кромок, высокой стоимости и практически отсутствия специальных
зубофрезерных станков область применения твердосплавных фрез
ограничена. Твердосплавные фрезы применяют при нарезании
мелкомодульных зубчатых колес из чугуна, неметаллических
материалов, цветных металлов (в приборостроении), а также сталь-
ных зубчатых колес до модуля примерно 2,5 мм со скоростью ре-
зания 200—300 м/мин.
Наилучшие условия резания достигаются при нарезании
стальных зубчатых колес с большим углом профиля, небольшим
углом наклона линии зуба, небольшой высотой зуба и большим
числом зубьев.
Новым направлением в этой области является создание фир-
мой Azumi (Япония) сборной твердосплавной фрезы для оконча-
тельного нарезания зубьев закаленных зубчатых колес с твер-
достью до HRC 64 и модулем 5—25 мм, а также взамен шлифова-
ния или под прецизионное шлифование, чтобы уменьшить при-
пуск, а следовательно, машинное время при шлифовании. Фреза
имеет отрицательный передний угол до 30°. Твердосплавные пла-
стины припаяны.
У закаленных зубчатых колес твердосплавной фрезой обра-
батывают только боковые поверхности зубьев. Припуск на сто-
рону зуба равен 0,1—0,4 мм.
Многозаходные червячные фрезы в отличие от однозаходных
имеют не одну винтовую линию (виток), навернутую на наружную
цилиндрическую поверхность, а две и более. Двухзаходные фрезы
имеют две винтовые линии, трехзаходные три и т. д. Двухзаход-
ная фреза за один оборот нарезает два зуба, трехзаходная — три
зуба. С увеличением заходности фрез заготовка вращается бы-
стрее по отношению скорости вращения фрезы. Сечение среза-
емой стружки, а следовательно, нагрузка на зуб фрезы при на-
резании многозаходными фрезами больше, чем при обработке
однозаходными, поэтому подачу при работе многозаходными фре-
зами приходится уменьшать. Это зависит от нескольких факторов,
132
обычно при переходе от однозаходных фрез на двухзаходные
производительность увеличивается на 40—50 %, а при примене-
нии трехзаходных — на 60—70 %.
При применении многозаходных фрез число зубьев обрабаты-
ваемого колеса не должно быть кратным числу заходов фрезы
В этом случае каждый заход фрезы участвует в нарезании всех
зубьев колеса, поэтому ошибка заходов здесь уменьшается, дости-
гается высокая точность шага. Если число заходов фрезы и число
зубьев колеса кратны (делятся без остатка), то впадины зубьев
колеса обрабатываются зубьями фрезы только одного захода и
ошибка захода фрезы полностью переносится на деталь и про-
является в форме ошибки шага.
При работе многозаходными фрезами поверхность получается
более грубой, ухудшается и точность профиля зубьев колеса
вследствие меньшего числа резов. Например, однозаходная фреза,
имеющая 12 зубьев, формирует профиль зуба колеса 12-ю резами,
двухзаходная шестью резами, а трехзаходная только четырьмя
резами. Следовательно, с увеличением заходности необходимо
увеличивать число стружечных канавок у фрезы.
В отечественной промышленности двухзаходные фрезы широко
применяют под последующее шевингование, трехзаходные имеют
ограниченное применение. Силы резания при работе многозаход-
ными фрезами значительно возрастают, поэтому для их исполь-
зования необходимо иметь зуборезные станки повышенной же-
сткости и мощности и состояние их должно быть хорошее.
4.	КРУГЛЫЕ ДОЛБЯКИ И ЗУБЧАТЫЕ РЕЙКИ
Круглые долбяки изготовляют трех типов: дисковые с пря-
мыми и косыми зубьями (рис. 80, а), чашечные с прямыми зубьями
(рис. 80, б), которые применяют для нарезания зубчатых
колес наружного и внутреннего зацепления. Хвостовые долбяки
(рис. 80, в) применяют для нарезания зубчатых колес внутреннего
зацепления с малым отверстием. Чашечные долбяки значительно
Рис. 80. Типы круглых долбяков:
а — дисковый; б — чашечный; е — хвостовой
&
133
Рис. 81. Зуборезный инструмент:
а — форма зуба долбяка; б — зубчатая рейка
жестче, чем хвостовые, поэтому их рекомендуется применять для
обработки более точных зубчатых колес внутреннего зацепления.
Контрольный поясок 1 служит для выверки долбяка на шпинделе
станка.
Круглый долбяк можно сравнить с закаленным, шлифованным
зубчатым колесом с затылованными зубьями. Зубья долбяка
имеют задние углы по вершине и боковым сторонам для устране-
ния трения и передний угол у, облегчающий условия резания
(рис. 81, а). Так как зубья долбяка имеют небольшой конус,
после заточки толщина зуба уменьшается, наружный диаметр
становится меньше, профиль зуба изменяется. Для повышения
срока службы при нарезании зубчатых колес внешнего зацепления
у нового долбяка увеличивают диаметр делительной окружности.
Под шевингование или шлифование долбяки с модулем более
1,5 мм изготовляют с модифицированным профилем зуба—«усик»
на головке и фланк в основании зуба долбяка.
При нарезании зубчатых колес внешнего зацепления диаметр
долбяка выбирают максимально возможным. Высокая точность
и стойкость достигается, когда диаметр долбяка в 2 раза больше
обрабатываемого колеса, т. е. за один оборот долбяка заготовка
совершает два оборота.
Косозубые долбяки применяют для изготовления косозубых
колес внешнего и внутреннего зацепления. При изготовлении
колес внешнего зацепления направления угла наклона линии
зуба долбяка и обрабатываемого колеса противоположные, а для
внутреннего зацепления углы наклона инструмента и детали
одинаковые. Косозубый долбяк и направляющие копира станка
находятся в определенной зависимости друг с другом. Косозубый
долбяк, спроектированный для определенного зубчатого колеса,
нельзя использовать для нарезания других колес, если угол на-
клона зуба их отличается от угла наклона данного колеса.
Долбяки для шевронных колес изготовляют комплектно: одни —
с правым наклоном зуба, другой — с левым для обработки обеих
половин шевронного колеса. Долбяки со специальной заточкой
134
режущих кромок выточки в заготовке шевронного колеса не тре-
буют. Диаметры долбяков в комплекте после заточки должны быть
одинаковыми.
Долбяки для колес внутреннего зацепления. Число зубьев
долбяка для колес внутреннего зацепления должно быть равно
или несколько меньше числа зубьев сопряженной шестерни.
Долбяки с числом зубьев менее 10 применять не рекомендуется.
С уменьшением диаметра долбяка увеличивается переходная по-
верхность в основании зуба колеса и возникает опасность срезания
вершин зубьев колеса боковыми поверхностями зубьев долбяка
при обкатывании. При увеличении диаметра долбяка происходит
срезание уголков вершин зубьев колеса при врезании на полную
высоту.
У долбяков высокой точности шлифуют узкий контрольный
поясок 1 (см. рис. 80) для определения точности установки дол-
бяка на шпинделе станка.
Зубчатые рейки (рис. 81, б) предназначены для обработки ци-
линдрических колес внешнего зацепления с прямыми и косыми
зубьями и шевронных колес. Геометрическая форма профиля зуба
зубчатой рейки соответствует профилю зуба исходного контура
зубчатой рейки. Профиль зуба рейки изготовляют различной
формы: для чернового и чистового нарезания зубьев, под шевинго-
вание и шлифование, с утолщением («усиком») и фланком и с пол-
ностью скругленной вершиной зуба. Одной и той же прямозубой
рейкой можно нарезать прямозубые и косозубые цилиндрические
колеса. Шевронные колеса изготовляют косозубыми рейками.
Простая плоская форма рейки, по сравнению с другими видами
инструмента, проще в изготовлении и измерении и гарантирует
более высокую точность изготовления. По мере переточки размер
зуба рейки не меняется. Рейка имеет большое число возможных
переточек, ее стачивают до высоты 3,5 мм. Чтобы сохранить проч-
ность зуба под рейку устанавливают упорную подкладку. Перед-
ний угол рейки, равный 6° 30', образуется при ее установке в дер-
жавку зубодолбежного станка.
5.	ДИСКОВЫЕ ШЕВЕРЫ И ЗУБЧАТЫЕ ХОНЫ
Дисковые шезеры изготовляют по ГОСТ 8570—80 трех классов
точности Л, В и С с углом профиля 20° и номинальным делитель-
ным диаметром: 180 мм-—для модулей 1,25—6 мм и 240 мм—
для модулей 2—8 мм. Шеверы класса А предназначены для колео
6-й степени точности; класса В — для 7-й степени точности и
класса С — для колес 8-й степени точности по ГОСТ 1643—81.
Дисковый шевер (рис. 82, а) имеет форму закаленного и шлифо-
ванного зубчатого колеса с прямыми или косыми зубьями, с боль-
шим числом прямых зубчиков 1, расположенных на боковой по-
верхности по всей высоте зуба в большинстве случаев параллельно
торцу. Зубчики имеют режущие кромки для снятия стружки
135
в процессе резания. В основании зубьев имеются отверстия (или
поднутрения) для выхода инструмента при изготовлении канавок,
прохождения потока охлаждающей жидкости и срезаемой
стружки.
Диаметр шевера следует выбирать максимально возможным,
в аависимости от имеющегося шевинговального станка. Угол
наклона линии зуба шевера определяют в зависимости от угла
скрещивания осей шевера и обрабатываемого колеса. Угол скре-
щивания, дающий хорошие результаты, обычно равен 10—15°.
Увеличение угла скрещивания улучшает условия резания, но
ухудшает направляющее действие зубьев шевера во впадине зуба,
в результате чего погрешности профиля увеличиваются. Зубчатые
колеса с углом наклона линии зуба от 5 до 18° могут быть шевин-
гованы шевером с прямыми зубьями. Отношение числа зубьев
шевера к числу зубьев обрабатываемого колеса не должно быть
целым числом. Зуб червячной фрезы под шевингование должен
иметь утолщение, которое производит небольшое подрезание
(несколько больше величины припуска) в ножке зуба колеса, для
обеспечения зазора головки зуба шевера при шевинговании.
Высота зуба под шевингование нарезается несколько глубже
обычного.
В массовом производстве целесообразно для каждого или
ограниченной группы колес применять отдельный шевер и чер-
вячную фрезу. Для ремонтных работ шевер проектируют для колес
разного размера, но одного модуля. При шевинговании зубчатых
колес с малым числом зубьев следует выбирать наибольший диа-
метр шевера, зубья перед шевингованием нарезать с большей
точностью и с меньшим припуском. Продолжительность зацепле-
ния шевера и зубчатого колеса должна быть по возможности наи-
большей, но не менее чем 1,6. Для повышения продолжительности
зацепления следует избегать зубчатых колес с узкими венцами
136
и короткой высотой зубьев. Размер фаски на вершине зуба колеса
должен быть как можно меньше, если возможно, то необходимо
увеличить высоту зуба на размер фаски. У прямозубых колес
с укороченной высотой зуба фаску на вершине зуба делать не
следует.
Зубчатые хоны представляют собой прямозубые или косозу-
бые колеса, состоящие из стальной ступицы 2 и абразивного зуб-
чатого венца 1 (рис. 82, б). Зубчатый хон изготовляют того же
модуля, что и обрабатываемое колесо, его проектируют для каж-
дого зубчатого колеса подобно стальным шеверам с увеличенным
диаметром. Разница между наружным диаметром нового и пре-
дельно изношенного хона составляет 15—20 мм. Наружный диа-
метр хона выбирают в пределах 220—250 мм, ширину венца 20—
25 мм. Угол скрещивания осей 10—15°. Число зубьев хона не
должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса.
Абразивные хоны изготовляют на основе эпоксидных смол
с добавлением карбида кремния различной зернистости. Отливают
хоны в точных формах, изготовленных по мастер-колесу (5-й сте-
пени точности). Радиальное биение зубчатого венца нового хона
0,07—0,10 мм. Срок службы хона при обработке автомобильных
зубчатых колес составляет 1500—3000 шт., после изнашивания
хоны не восстанавливаются, а стальная ступица сохраняется.
Для обработки точных закаленных и шлифованных зубчатых колес
авиационной и космической техники зубья хонов шлифуют с вы-
сокой степенью точности. Чтобы сократить поломку зубьев хона
при хонинговании мелкомодульных зубчатых колес, хоны имеют
стальной корпус с абразивным покрытием зубьев.
Для повышения точности и производительности получают
применение в промышленности хоны из синтетических алмазов.
Зерна алмазов тонким слоем наносят на боковые поверхности
стальных зубьев. Эти зубья воспринимают большое давление при
хонинговании, они не выкрашиваются и не ломаются. После
изнашивания покрытие может быть снято и заменено новым.
6.	ЗУБОСТРОГАЛЬНЫЕ РЕЗЦЫ, ДИСКОВЫЕ ФРЕЗЫ
И РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ-ПРОТЯЖКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ
ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
Зубострогальные резцы применяют для нарезания прямозу-
бых конических колес на зубострогальных станках для чистовой
и черновой обработки. Размеры и конструкция резцов для чисто-
вой обработки стандартизованы (ГОСТ 5392—80), они могут
изготовляться четырех типоразмеров.
Резцы для чистовой обработки выполняются в виде призмати-
ческого тела с отверстиями, крепятся к резцедержателю станка
двумя винтами (рис. 83). Зажимная часть резца делается клиновой
формы с углом 73°. Высота режущей части резца h должна быть
Достаточной для полного профилирования зубьев колеса.
1S7
Задняя поверхность зубострогальных резцов не затылована.
Для образования задних углов по вершине ав и на боковой режу-
щей кромке аб во время резания их устанавливают в резцедержа-
теле под углом 12° к направлению движения. Режущая кромка
резца перпендикулярна направлению его движения. Режущая
часть резца выполнена с двух сторон. После затупления одной сто-
роны резцы меняют местами в резцедержателях и в работу вводят
незатупленные стороны. Ширина вершины резца b = 0,4mte не
должна быть менее половины дна впадины у наружного конца
зуба колеса и не более ширины дна впадины у внутреннего конца.
Так как нерабочая поверхность резца имеет небольшой угол на-
клона 8°, то в процессе резания на ее боковой режущей кромке
образуется задний угол аб = Г 30', который не обеспечивает
условия нормального резания в сплошном металле. Поэтому
резцы для чистовой обработки могут работать только по предва-
рительно прорезанным впадинам или с небольшой глубиной реза-
ния при обработке зубьев за несколько рабочих ходов.
Резцы для чистовой обработки одного модуля и угла профиля
можно использовать для нарезания колес с другими модулями,
если высота режущей части и ширина вершины резца удовлетво-
ряют новым требованиям.
Резцы для черновой обработки не стандартизованы, конструк-
ция их режущей части может быть различной — трапециевидной,
фасонной, прорезной.
Дисковые фрезы для нарезания прямозубых конических колес
методом обкатывания могут быть цельными или сборными со встав-
ными резцами. Цельные фрезы вследствие большого расхода
быстрорежущей стали применяют ограниченно, только для мелко-
модульных колес. Для колес среднего модуля mte = 0,5ч-12 мм
наибольшее распространение получили сборные дисковые фрезы,
138
которые выполняют с тремя номинальными диаметрами 150, 278
и 450 мм. Корпус фрезы, изготовленный из стали 40Х, использует-
ся многократно. Резцы изготовляют из быстрорежущей стали с
твердостью НРС 62—65.
Дисковые зуборезные фрезы работают парами. Нижняя —
праворежущая фреза вращается по часовой стрелке, если на нее
смотреть со стороны опорного торца, а верхняя — леворежущая
вращается против часовой стрелки.
Праворежущая дисковая фреза с номинальным диаметром
278 мм для конических колес с модулем от 1,5 до 8 мм показана
на рис. 84, а. Затылованные резцы 1 устанавливают в корпус 2
и закрепляют диском 6 с пазами. На шпиндель зубофрезерного
станка дисковую фрезу устанавливают с предварительным натя-
гом по посадочному конусу 4 с опорой на торец 3. Винты 5 пред-
назначены для съема головки со шпинделя станка. Дисковые фрезы
диаметром 150 и 278 мм закрепляют на станке одним центральным
винтом, а фрезы диаметром 450 мм — четырьмя винтами.
Для нарезания конических колес с бочкообразными по длине
зубьями резцы имеют угол поднутрения |3. Резцы изготовляют
со следующими углами поднутрения: 0; 1° 30'; 2°; 3° и 5°, с увели-
чением угла поднутрения длина пятна контакта уменьшается.
После сборки и заточки дисковых фрез суммарное торцовое биение
резцов по середине режущей кромки должно быть 0,012—0,025 мм,
меньшее значение относится к колесам с модулем до 4 мм, а боль-
шее — к колесам с модулем до 12 мм. Радиальное биение вершин
резцов не должно превышать 0,03—0,04 мм.
Если необходимо повысить качество нарезания зубьев, умень-
шить шероховатость боковых поверхностей зубьев и увеличить
стойкость инструмента, то следует применять дисковые фрезы
с регулируемыми резцами. В таких фрезах с помощью винта
Рис. 84. Сборная дисковая фреза:
а — общий вид фрезы; б — схема контроля правильности заточки
139
Рис. 85. Комбинированная рез-
цовая головка-протяжка;
1—10 блоки для черновой обра-
ботки; 11 — для получистовой об-
работки; 13—16 — для чистовой
обработки
и клина можно произво-
дить тонкую регулировку
режущих кромок резцов
относительно базового рез-
ца. Торцовое биение рез-
цов фрезы после заточки
и регулировки не должно
превышать 0,0025 мм от
резца к резцу и 0,01 мм для
всех резцов фрезы.
Резцовые головки-про-
тяжки для нарезания пря-
мозубых конических колес
относятся к наиболее слож-
ным и дорогостоящим зубо-
резным инструментам. В зависимости от назначения различают
комбинированные и резцовые головки-протяжки для черновой и
чистовой обработки.
Комбинированные протяжки (рис. 85) предназначены для на-
резания конических колес с модулем 5 мм и менее. Окончательная
обработка впадины зуба в сплошном металле производится за
один оборот протяжки. Комбинированная протяжка состоит из
черновых, получистовых и чистовых затылованных резцов с уг-
лами ав = 12° и аб = 5°, объединенных в блоки.
Резцы для черновой обработки выполняют с подъемом в ра-
диальном направлении от зуба к зубу в пределах 0,1—0,2 мм.
Боковые поверхности резцов имеют вогнутую форму, выполненную
дугой окружности одного радиуса. Угол профиля резцов про-
тяжки а = 22° 30'.
Блоки резцов 1 в корпусе 2 протяжки базируют по цилин-
дрической и конической поверхностям и закрепляют двумя вин-
тами 8. Между собой блоки контактируют по выступу 3. При
сборке протяжки первоначально в корпус следует установить
блоки И и 16, фиксируя их в угловом положении по установочным
штифтам 4 и 6. Затем последовательно собирают блоки с мень-
шими порядковыми номерами, упирая их в торец уже установлен-
ного блока. Закрепляют блоки резцов в головке динамометриче-
ским ключом с определенным крутящим моментом. Плотность
прилегания блоков к установочным штифтам и между собой сле-
дует тщательно проверить. Зазор должен быть не более 0,025 мм.
В протяжке предусмотрены два безрезцовых участка 5 и 7,
которые предназначены соответственно для установки державки
140
24. Основные технические данные резцовых головок-протяжек
Тип головки	Номи- нальный диаметр головки		Наибольшая высо- та зуба, мм	Наибольшая длина зуба, мм	Теоретическое чи- ело делений	Число резцов в головке			Число резцов в блоке	Число блоков
	дюймы	S				черно, вых	получн- стовых	чисто- вых		
Комбинированная	21	533,4	10,67	25,4	90	50	5	20	5	15
Для черновой обра- ботки	21	533,4	14,86	28,6	90	80	—	—	5	16
Для чистовой обра-	21	533,4	17,02	34,9	72	—	32	28	4	15
ботки Комбинированная	25	635,0	12,7	27,0	108	60	4	24	6	15
Для черновой обра- ботки	25	635,0	15,87	28,6	108	96	—	—	6	16
Для чистовой обра- ботки	25	635,0	15,87	28,6	90	—	40	35	5	15
с фасочным резцом и деления заготовки на зуб без отвода инстру-
мента. Установку резцовой головки-протяжки на шпиндель зубо-
протяжного станка осуществляют с минимальным натягом одно-
временно по конусному отверстию В и торцу корпуса Tj.
Прямозубые колеса с модулем более 5 мм обычно обрабаты-
вают за две раздельные операции с использованием протяжек для
черновой и чистовой обработки. Резцовые головки-протяжки со-
стоят только из резцов для черновой обработки, у них отсутствует
фасочный резец, на место которого установлен дополнительный
блок резцов. Протяжки для чистовой обработки имеют полу-
чистовые и чистовые резцы. Основные технические данные резцо-
вых головок-протяжек фирмы Gleason, получивших распростра-
нение в отечественной промышленности, приведены в табл. 24.
Точность изготовления и сборки резцовых головок оказывает
существенное влияние на качество нарезания зубьев конических
колес и стойкость режущего инструмента. Поэтому после сборки
нового комплекта блоков резцов на контрольном приспособле-
нии или непосредственно на зубопротяжном станке при установке
головки по конусному отверстию В (см. рис. 85) и торцу Tt
должны быть проверены следующие параметры:
1)	биение торца Т корпуса головки не более 0,005 мм;
2)	биение резцов для чистовой обработки по поверхности Б
от блока к блоку не более 0,005 мм, суммарное биение не более
0,008 мм;
3)	биение резцов для получистовой и черновой обработки
по поверхности Б от блока к блоку не более 0,013 мм, суммарное
биение не более 0,025 мм;
Ml
4)	биение резцов для чистовой, получистовой и черновой
обработки по поверхности Д от блока к блоку не более 0,005 мм,
суммарное биение не более 0,013 мм.
Если при контроле будет обнаружено отклонение отдельных
параметров от допустимых величин, то необходимо резцы снять
и тщательно проверить посадочные поверхности корпуса и блоков
резцов, нет ли забоин, мелкой стружки, грязи, различных пов-
реждений, и устранить их.
7.	РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ КОНИЧЕСКИХ
КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
Резцовые головки изготовляют по метрической
(ГОСТ 11902—77*, ГОСТ 11906—77) и дюймовой системам. Раз-
личают резцовые головки цельные и со вставными резцами. Рез-
цовые головки с номинальными диаметрами 20—80 мм и 0,5—2
дюйма изготовляют цельными, их применяют для нарезания мел-
комодульных колес. Головки, номинальный диаметр которых
100 мм и 3,5 дюйма и выше, имеют сборную конструкцию и при-
меняются для нарезания гипоидных и конических колес среднего
и крупного модуля.
Для чернового нарезания зубьев используют двусторонние
и трехсторонние резцовые головки. Двусторонние резцовые го-
ловки применяют при нарезании зубьев методами обкатывания
и врезания. В массовом и крупносерийном производстве их ис-
пользуют в основном при работе методом обкатывания.
Наружные 1 и внутренние 2 (рис. 86, а) резцы двусторонних
резцовых головок расположены в пазах корпуса 8 поочередно.
Регулировочные клинья 6 и винты 7 служат для точной радиаль-
ной установки режущих кромок резцов относительно оси вращения
головки. Выверку производят относительно базовых резцов —
наружного 4 и внутреннего 3, клинья которых закреплены штиф-
тами.
Винты 10 для крепления резцов расположены под углом 10°
относительно опорного торца. При затяжке винта создается сила,
направленная вдоль оси головки, которая поджимает резцы к опор-
ным поверхностям корпуса без дополнительного подстукивания
их по вершине. Закаленное кольцо И воспринимает нагрузки,
действующие на резцы при резании в осевом направлении.
На шпиндель зуборезного станка резцовую головку устанавли-
вают по конусному отверстию 14 с опорой в торец 12 и закреп-
ляют винтами, которые располагают в отверстиях 9. Винты 5
служат для съема головки со станка. Для снижения деформа-
ции корпуса, уменьшения изнашивания инструментального шпин-
деля и повышения точности установки головки в ней выполнена
кольцевая канавка 13. В процессе резания наружные 1 и внутрен-
ние 2 резцы одновременно обрабатывают боковую сторону и часть
дна впадины зуба (рис. 86, б).
142
Трехсторонние резцовые головки для черновой обработки при-
меняют только при работе методом врезания в условиях массового
и крупносерийного производства. Они имеют наружные, внутрен-
ние и средние резцы. Вершины средних резцов установлены на
6,20—0,25 мм выше наружных и внутренних. Средние резцы 15
обрабатывают только дно впадины зуба (рис. 86, в), их число
равно половине общего числа резцов в головке. Наружные 1
и внутренний 2 резцы предназначены для обработки только бо-
ковых сторон зуба и не касаются дна впадины. Стойкость трех-
сторонних головок выше двусторонних.
Разработаны новые высокопроизводительные конструкции рез-
цовых головок для черновой обработки, которые имеют большее
число резцов в головке, увеличенную массу и жесткость корпуса,
резцы в головке закрепляют с помощью клина.
ИЗ
Резцовые головки для чистовой обработки разделяют на дву-
сторонние и односторонние. В зависимости от направления враще-
ния они могут быть праворежущие и леворежущие. Двусторонние
резцовые головки состоят из наружных и внутренних резцов,
применяют их в основном для чистового нарезания зубьев колеса
методом обкатывания. В единичном и мелкосерийном производ-
стве их иногда применяют для черновой обработки. Полную вы-
соту зуба в таких случаях нарезают за несколько рабочих хо-
дов при более низких режимах резания, чем при чистовой обра-
ботке.
Односторонние резцовые головки имеют только наружные
пли внутренние резцы. Они предназначены для чистоврго нареза-
ния зубьев шестерни методом обкатывания. Односторонняя право-
режущая головка показана на рис. 87. Корпус головки 3 зака-
лен до твердости HRC 57, радиальные пазы под наружные рез-
цы 1 шлифуют с высокой точностью. При посадке резцовой го-
ловки на шпиндель зуборезного станка от руки между опорным
торцом головки и торцом шпинделя должен быть зазор 0,076—
0,127 мм, который устраняется при закреплении головки цент-
ральным винтом со сферической опорой. Это дает возможность
устанавливать головку на шпиндель с небольшим натягом одно-
временно на конусное отверстие 8 и опорный торец 7, в результате
чего обеспечивается высокая точность установки и длительное
время эксплуатации.
Резцы в головках новых конструкций устанавливают с опорой
на два заплечика А и Б (см. рис. 93, б), благодаря чему достига-
ется точное центрирование резца в пазе корпуса. На переднем
торце корпуса выполнена контрольная канавка 10. Торцовое бие-
ние контрольной канавки при установки резцовой головки на кон-
трольном приспособлении или зуборезном станке не должно пре-
вышать 0,001 мм. Если торцовое биение больше допустимого, то
необходимо проверить посадочное отверстие и торец головки на
отсутствие забоин, грязи, мелкой стружки, а затем вновь про-
верить биение канавки.
Резец 9 в головке — базовый; он не имеет радиальной регули-
ровки. Радиальный размер паза базового резца шлифуют с вы-
сокой точностью 0,076 мм. Для повышения точности установки
базового резца в головке в его паз вместо клина 5 и подкладки 6,
применяемых для всех остальных резцов, устанавливают мастер-
подкладку 2. Точную выверку резцов относительно базового резца
производят с помощью клиньев 5 и винтов 4.
Для чистового нарезания зубьев колеса полуобкатных гипо-
идных и конических передач методом копирования применяют
резцовые головки-протяжки. Резцовые головки-протяжки за один
оборот обрабатывают одну впадину зубьев колеса. Их изготовляют
со вставными резцами и со вставными сегментами, каждый из
которых состоит из двух-трех резцов. Радиус расположения режу-
щих кромок наружных резцов в протяжке от первого к последнему
144
Рис. 87. Резцовая головка для чи-
стовой обработки
Рис. 88. Резцовая головка с остро-
заточенными резцами:
а — схема установки резцов в корпусе
головки; б острозаточенные резцы
равномерно возрастает, а радиус внутренних резцов, наоборот,
равномерно уменьшается. Разница в расположении соседних
одноименных резцов (0,02—0,04 мм) соответствует припуску,
снимаемому одним резцом. Разница в радиусах первого и послед-
него одноименных резцов равна припуску на сторону зуба (0,2—
0,4 мм). Последние два резца являются калибрующими, их вы-
сота на 0,05—0,10 мм меньше высоты предшествующих режущих
резцов. Для повышения точности обработки калибрующие резцы
расположены таким образом, что они вступают в резание после
того, как предшествующий закончит обработку.
Фирма Gleason разработала резцовые головки новой кон-
струкции (рис. 88, а). Они состоят из корпуса 2 и массивного
кольца 3. Корпус имеет пазы, в которые устанавливают наружные
1, средние 7 и внутренние 6 резцы и закрепляют винтами 5 через
подкладку 4.
Конструкция резцов значительно упрощена. Их выполняют
острозаточенными, без затылования, из прямоугольного бруска
(рис. 88, б). Профиль резцов образуется при заточке в специаль-
ном приспособлении по боковым поверхностям 8 и вершине 9.
Передняя поверхность 10 у резцов не затачивается, она покрыва-
ется износостойким материалом с целью предотвращения образо-
вания лунки и уменьшения трения при сходе стружки с передней
поверхности резцов. Резцы просты в изготовлении, стоимость их
невысокая, допустимо большое число переточек, возможно размеще-
ние большого их числа в головке. Резцы радиальной регулировки
145
не имеют, после заточки их устанавливают в корпусе по высоте
до упора.
Радиальное биение режущих кромок резцов для чистовой об-
работки не должно превышать 0,0025 мм, для черновой — 0,025 мм.
Резцовые головки с острозаточенными резцами изготовляют трех
типов: для черновой обработки — трехсторонние (наружный,
средний, внутренний, средний и т. д.), для чистовой обработки —
двусторонние (наружный, внутренний, и т. д.) и для чистовой об-
работки зубьев в целой заготовке — трехсторонние (наружный,
внутренний, средний, наружный и т. д).
8.	ИЗНАШИВАНИЕ ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
Большинство зуборезных инструментов изготовляют из быстро-
режущей стали; червячные фрезы, долбяки, дисковые модульные
фрезы, резцы резцовых головок подвергаются в основном тепло-
вому изнашиванию, образованную в результате трения задней
поверхности зубьев режущего инструмента о поверхность обраба-
тываемого колеса и трения стружки, сходящей на передней по-
верхности зубьев инструмента. Затылованные зубья червячной
фрезы, долбяка, резцы зуборезных головок изнашиваются по
задней и передней поверхностям и боковой режущей кромке.
Наибольшее изнашивание происходит на уголках при пересечении
задней и боковой режущих кромок (рис. 89, а). На передней по-
верхности у вершины зуба образуется небольшая лунка, облегча-
ющая сход стружки.
В зависимости от времени работы инструмента его изнашивание
можно разделить на три этапа (рис. 89, б), которые соответствуют
трем участкам изнашивания. Участок / — начальное изнашива-
ние— период приработки. Участок II— период нормального
изнашивания. С увеличением времени работы изнашивание воз-
растает постепенно. С увеличением изнашивания повышается
трение и температура резаиия, наступает период III — период
интенсивного изнашивания. Начало интенсивного изнашивания
зависит в основном от факторов, которые вызывают повышение
температуры резания, к ним относятся: скорость резания, мате-
риал инструмента и обрабатываемого колеса и его термическая
обработка, и в меньшей степе-
ни подача. При снижении ско-
рости резания интенсивное из-
нашивание наступает после
продолжительного времени ра-
боты (участок 11 увеличивается),
Рис. 89. Изнашивание зуборезного ин-
струмента:
а — характер изнашивания зуба червячной
фрезы; б — зависимость изнашиваний oil
времени работы инструмента
146
с увеличением скорости резания время работы инструмента до
наступления интенсивного изнашивания сокращается (участок II
уменьшается). Самое неблагоприятное явление — это наступле-
ние критического изнашивания (точка В), когда инструмент из-
нашивается так быстро, что при обработке двух—четырех до-
полнительных деталей инструмент изнашивается больше, чем при
обработке всей партии деталей. За критерий оптимального изна-
шивания следует принимать точку А.
Практически червячные фрезы, долбяки, модульные фрезы,
резцы резцовых головок и другие инструменты, используемые при
черновой обработке зубьев, затачивают при величине изнашивания
по задней поверхности 0,8—1,2 мм. Как правило, инструмент
снимают со станка для заточки принудительно. Оптимальный
срок службы инструмента определяется после нарезания на станке
определенного числа деталей или при достижении установленной
величины износа. Допустимые величины износа инструмента при
чистовой зубообработке 0,2—0,4 мм. За критерий съема со станка
инструмента принимают не износ, а качественные показатели об-
рабатываемого колеса — шероховатость поверхности и точность
геометрических параметров.
Основные пути повышения периода стойкости зуборезного
инструмента. Хорошая обрабатываемость металла с феррито-
перлитовой структурой и твердостью по Бринеллю НВ 160—200.
Длинные червячные фрезы с большими задними и боковыми угла-
ми, автоматическое перемещение фрезы вдоль оси и попутный ме-
тод фрезерования. Режущий инструмент повышенной твердости.
Точная выверка резцов в резцовой головке. Оптимальные режимы
резания, качественная заточка инструмента и соответствующая
смазочно-охлаждающая жидкость высокой очистки от мелкой
стружки.
9.	ЗАТОЧКА И КОНТРОЛЬ ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
В производстве зубчатых колес заточка режущего инструмента
оказывает существенное влияние на точность изготовления зубча-
тых колес и изнашивание инструмента. Неправильно заточенные
инструменты снижают точность обработки и подвергаются повы-
шенному и неравномерному изнашиванию. На стойкость инстру-
мента большое влияние оказывает твердость и структура металла
режущих кромок. Другой опасностью чрезмерного перегрева
является появление мелких трещин, например, в основании зубь-
ев червячной фрезы, которые часто приводят к поломке зубьев.
Изменение структуры и уменьшение твердости на передней по-
верхности режущей кромки является следствием большого мест-
ного теплообразования при заточке. Устранения этих недостатков
можно достигнуть путем подачи обильного охлаждения в зону
заточки. В конце цикла заточки, после правки шлифовального
круга, необходимо производить выхаживание не только для по-
вышения точности, но и улучшения шероховатости поверхности.
147
Рис. 90. Заточка зуборезного ин-
струмента:
а — червячной фрезы; б — прямозубо-
го долбяка; в косозубого долбяка;
г — аубчатой рейки
ю
Заточка червячных фрез производится по передней поверх-
ности зубьев (рис. 90, а) на специальных заточных станках двумя
основными методами; маятниковым — шлифовальными кругами
тарельчатой формы на керамической связке и глубинным—шлифо-
вальными кругами из эльбора и алмаза.
При маятниковом методе заточки снятие затупленного слоя
осуществляется при обильном охлаждении, последовательно с каж-
дого зуба за несколько оборотов фрезы, при возвратно-поступа-
тельном ходе стола. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет
полностью удален затупленный участок на зубьях фрезы. По
окончании заточки производят правку шлифовального круга и
выхаживание за два дополнительных оборота червячной фрезы без
подачи. В последнее время этот метод усовершенствован. При
черновой заточке деление на следующую стружечную канавку
осуществляется только после того, как будет полностью снят
затупленный слой, далее чистовая заточка производится как при
обычном маятниковом методе. Благодаря сокращению хода стола
(шлифовальный круг не выходит за пределы фрезы) после каждого
двойного хода производительность станка повышается на 50 %.
При глубинном методе заточки весь затупленный слой на
зубе снимается за один рабочий ход, после чего происходит деле-
ние для заточки следующей стружечной канавки. При величине
износа 0,5 мм припуск снимается за один рабочий ход, при боль-
шей величине — за два и более рабочих ходов. Производитель-
ность глубинного метода на 20 % выше усовершенствованного
маятникового. Глубинный метод широко применяют в массовом
производстве для заточки фрез из быстрорежущей стали и трудно-
шлифуемых материалов, а также твердосплавных фрез.
После заточки у червячных фрез на контрольном приборе про-
веряют три параметра: передний угол, окружной шаг канавок и
угол наклона стружечных канавок. Шероховатость передней по-
148
верхности зубьев должна быть Ra = 0,63 4-0,32 мкм, не выше.
Визуально контролируют наличие прижогов и тепловых трещин
на передней поверхности зубьев.
У червячных фрез под шевингование и для окончательной об-
работки зубьев передний угол равен нулю. Положительный перед-
ний угол 5—8° обычно делается у одно- и многозаходных фрез для
черновой обработки. Погрешность переднего угла фрезы для чер-
новой обработки, которая получается в результате неправильной
установки шлифовального круга относительно оси фрезы, вызы-
вает изменение угла профиля зубьев колеса. При положительном
угле заточки угол профиля зубьев колеса уменьшается, появляется
избыток материала на головке зуба. Когда фреза заточена с отри-
цательным передним углом, угол профиля увеличивается, материал
срезается с головки зуба колеса.
Погрешности окружного шага зубьев фрезы приводят к изме-
нению эвольвентного профиля зубьев колеса — эвольвента имеет
криволинейную форму. Чаще всего погрешности шага появляются
в результате биения червячной фрезы в процессе заточки. Обычно
это может быть вызвано посадкой фрезы на оправку с большим за-
зором, непараллельными кольцами, чрезмерной затяжкой гайки,
биением шпинделя станка или оправки; применением изношенных
делительных дисков на заточных станках и заточка без выхажива-
ния. Ошибки в угле наклона стружечных канавок приводят к ко-
нусности фрезы по длине и «наклону» профиля зуба колеса отно-
сительно теоретического, на одной стороне в плюс, на другой в ми-
нус. Более всего ошибки в угле наклона выявляются при наре-
зании червячных колес с осевой подачей и при диагональном ме-
тоде фрезерования.
Эти ошибки могут быть вызваны неправильной установкой угла
наклона канавки, большого зазора в системе, отклонением от
соосности центров или отсутствием выхаживания.
Заточка круглых долбяков и зубчатых реек. Прямозубые дол-
бяки затачивают с передним углом, равным 5° (рис. 90, б). От
этого угла зависит точность профиля режущей кромки, поэтому
при заточке его необходимо выдерживать с возможно высокой
точностью. Ошибки в переднем угле оказывают влияние на точность
Рис. 91. Заточка косозу-
бого долбяка для обра-
ботки шевронных колес:
а — форма заточки долбяка;
б — схема нарезания зубьев
шевронного колеса; / — зуб
колеса; 2 — впадина зуба;
3 — зуб долбяка
А-А
149
эвольвентного профиля зуба. Долбяки затачивают на станке
с вращающимся столом, который наклонен под углом 5°.
Косозубые долбяки затачивают в специальном приспособлении.
Затачиваемая передняя поверхность располагается под углом 909
к винтовой линии зуба долбяка, передний угол равен 5°
(рис. 90, в). Каждый зуб затачивается отдельно, поэтому очень
важно снимать одинаковый слой металла со всех зубьев с после-
дующим тщательным выхаживанием. Колебание высоты зубьев
долбяка вызывает ошибки в шаге обрабатываемого колеса. Не-
перпендикулярное расположение шлифовального круга к винто-
вой линии приводит к ошибке эвольвенты, эта же ошибка может
возникнуть при неправильном переднем угле. После заточки у ко-
созубых долбяков проверяют передний угол и точность располо-
жения высоты зубьев, у прямозубых долбяков проверяют только
передний угол. Визуально контролируют шероховатость поверх-
ности, прижоги и отсутствие следов износа на режущих кромках.
При заточке долбяков для шевронных колес первой операцией
является шлифование передней поверхности перпендикулярно оси
долбяка для снятия затупленного слоя. Так какдолбяки этого типа
применяются в паре (комплектно), один долбяк с правым, другой
с левым наклоном зуба, то диаметры их должны быть одина-
ковыми. На передней поверхности со стороны острого угла снима-
ется небольшая фаска, а со стороны тупого угла образуется ради-
усная канавка, параллельная эвольвентному профилю, для луч-
шего схода стружки (рис. 91, а). Долбяками с такой заточкой мо-
жно нарезать шевронные колеса без разделительной канавки
(рис. 91, б). Режущая кромка зуба с фаской режет до внутренней
вершины, а режущая кромка с канавкой выходит за внешнюю
вершину зуба колеса. Аналогично затачивают косозубые рейки
для обработки косозубых и шевронных колес. Стандартная форма
заточки передней поверхности зубчатой рейки для черновой и
чистовой обработки прямозубых и косозубых цилиндрических
колес, а также шевронных колес с широкой разделительной ка-
навкой показана на рис. 90, г.
Заточка шеверов производится по профилю на станках с од-
ним шлифовальным кругом большого диаметра, каждая сторона
зуба шлифуется отдельно, а на станках с двумя шлифовальными
кругами обе стороны зуба шлифуют одновременно. Последний
метод более производителен, качество заточки практически оди-
наковое. При заточке шевера снимают минимальное количество
материала 0,05—0,08 мм с каждой стороны зуба. Шевер затачивают
до тех пор, пока не будут устранены следы затупления или пов-
реждения на зубчиках. Число переточек шевера зависит от модуля
и глубины канавки, практически шевер перетачивают 5—8 раз до
глубины канавки примерно 0,25 мм. После заточки каждый шевер
подвергают размагничиванию. Характерными признаками зату-
пления шевера могут быть ухудшение эвольвентного профиля
зубьев колеса — утолщение на головке зуба, грубая поверхность
150
на профиле зуба колеса и повышенное колебание измерительного
межосевого расстояния на одном зубе.
У заточенного шевера контролируют: погрешности эвольвенты
и направления зуба, радиальное биение, наличие затупления
на зубчиках шевера и шероховатость поверхности. В процессе за-
точки должны быть полностью выведены следы износа на режущих
кромках зубчиков. Контролируемые зубчики освещаются электро-
лампой. Фокус микроскопа (увеличение 10—15 раз) направляют на
режущую кромку проверяемого участка зуба шевера, затупленный
участок выявляется в виде ярко выраженной светлой полоски.
Опыт показывает, что большинство шеверов после их изготов-
ления или заточки не обеспечивают требуемой точности. Поэтому
кроме поэлементной проверки дополнительно контролируют по
точности обрабатываемого колеса. Каждым шевером после заточки
шевингуют зубчатое колесо, у которого проверяют погрешности
направления зуба и эвольвенту на четырех равнорасположенных
зубьях или колебание измерительного межосевого расстояния
за оборот и на одном зубе, а также уровень шума и пятно контакта
на контрольно-обкатном станке. Обработка ведется на специально
выделенном шевинговальном станке опытным оператором. Если
колесо отвечает техническим требованиям, шевер признается
годным; шевера, не обеспечивающие требуемого качества, отпра-
ляют на перешлифовку. По опыту ЗИЛа, дополнительный контроль
шеверов по точности обрабатываемого колеса значительно повы-
шает качество и стабильность процесса шевингования.
Заточка зуборезных резцов производится по передней поверх-
ности с обоих концов на универсальных заточных или плоскошли-
фовальных станках. При заточке резцов для чистовой обработки
угол между режущей кромкой и задней поверхностью равен
6 = 78° (см. рис. 83). Для обработки стальных зубчатых колес
передний угол резцов принимают у = 20°, а для колес из латуни
и бронзы у — 5 4-10°. Правильность углов заточки чистовых рез-
цов контролируют специальным калибром.
У резцов для чернового нарезания зубчатых колес с модулем
более 3 мм рекомендуется затачивать переднюю поверхность
лункой / (рис. 92, а) шлифовальным кругом с диаметром, прибли-
зительно равным 6mte, выдерживая при это*м угол б = 75°. При
модуле менее 3 мм производят плоскую заточку передних поверх-
ностей резцов под углами б = 60° и у = 0.
Заточка дисковых фрез производится в сборе на специальных
заточных станках по передней поверхности резцов. Для обработки
стали передний угол принимают равным у = 20°. После заточки
режущая кромка резцов должна лежать в радиальной плоскости,
проходящей через ось фрезы. Правильность заточки контролируют
радиальным приспособлением, контрольная пластина 1 которого
должна плотно прилегать к режущей кромке резца 2 (см. рис. 84, б).
Зазор на головке или на ножке резца не должен превышать
0,025 мм.
151
Рис. 92. Заточка зубострогального резца (а) и резцовой головки-протяжки (б)
Так как дисковые фрезы работают парами, то их диаметры по-
сле заточки не должны отличаться друг от друга более чем на
0,05 мм. Диаметры фрез после заточки контролируют приспособле-
нием индикаторного типа.
У дисковых фрез после заточки погрешность шагов между пе-
редними поверхностями соседних резцов не должна превышать
0,01—0,013 мм, суммарное отклонение шагов в головке не более
0,02—0,025 мм.
Заточка резцовых головок-протяжек производится в сборе по
передней поверхности резцов на специальных заточных станках.
На шпиндель заточного станка протяжку устанавливают по конус-
ному отверстию 9 и торцу 10 и закрепляют винтами (см.рис. 85).
При заточке протяжек у делительного диска заточного станка чи-
сло пазов должно соответствовать теоретическому числу делений.
Передний угол у протяжек у = 15° обеспечивается вертикаль-
ной установкой X станка (рис. 92, б). Вертикальная установка
заточного станка для резцовых головок-протяжек с диаметром
21 дюйм X = 69,85 мм, для головок диаметром 25 дюймов X =
= 82,17 мм. При заточке резцовых головок-протяжек диаметром
25 дюймов в безрезцовый участок корпуса, предназначенный для де-
ления, устанавливают противовес, который балансирует протяжку.
После заточки специальным приспособлением, которое уста-
навливают на корпус протяжки, контролируют параллельность
двух режущих кромок резца и угол заточки на просвет. Отклоне-
ние величин перепадов резцов в радиальном направлении относи-
тельно чертежных должно быть выдержано с точностью ±0,01 мм.
У чистовых и комбинированных протяжек разность соседних
окружных шагов передних поверхностей резцов после заточки
должна быть выдержана с точностью 0,013 мм, а накопленная
погрешность шагов в пределах 0,050 мм. У протяжек для черновой
обработки эти величины больше соответственно 0,025 мм и
0,102 мм.
Заточка резцовых головок для нарезания зубьев гипоидных
и конических колес производится в сборе по передней поверхно-
162
Рис. 93. Контроль точности резцовых головок:
а — радиального биения; б — торцового биения
сти резцов на специальных заточных станках. Передний угол,
наружных и внутренних резцов обычно принимают равным
у = 20°. При обработке вязких материалов передний угол реко-
мендуется увеличить. Средние резцы трехсторонних резцовых
головок затачивают под углом 13°. Во время заточки резцовая
головка неподвижна, а шлифовальный круг, кроме вращения
имеет колебательное движение поперек передней поверхности
резца и автоматически подается на резец для снятия затупленного
слоя.
Перед заточкой целесообразно измерить максимальный износ
резцов и записать его в карточку. Карточку заводят на каждую
резцовую головку. Величина слоя металла, снимаемого с передней
поверхности резцов при заточке, должна соответствовать значению,
указанному в карточке.
Режущие кромки противолежащих резцов головки после за-
точки должны быть прямолинейны, параллельны и лежать в одной
плоскости, проходящей через центр головки. Проверку производят
контрольной линейкой, которую прижимают к режущим кромкам
диаметрально противоположных резцов. Контрольная линейка
должна плотно прилегать к режущим кромкам резцов, допустимый
зазор не более 0,025 мм.
После заточки у резцовой головки на специальном контроль-
ном приспособлении или контрольном станке производят про-
верку радиального (рис. 93, а) и торцового (рис. 23, б) биения
резцов.
При проверке радиального биения ножку 2 индикатора 3
устанавливают у резцовых головок для шестерни на расстоянии
2/3 внешней высоты зуба от вершины резца 1, а у головок для коле-
са — на расстоянии 1/2 внешней высоты зуба от вершины. Ос-
новные допуски на сборку и заточку резцовых головок фирмы
Gleason, широко распространенных в отечественной промышлен-
ности, приведены в табл. 25.
153
25. Основные допуски на сборку и заточку резцовых головок, мм
Контролируемые параметры	Резцовая головка для обработки	
	черновой	чистовой
Отклонение угла профил я-веер резцов в комплекте Отклонение угла профиля-веер резцов в разных комплектах Колебание развода резцов в разных комплектах Отклонение диаметра режущих кромок резцов в разных комплектах Радиальное биение между резцами в резцовых головках: с нерегулируемыми резцами; соседними в пределах головки с регулируемыми резцами: соседними в пределах головки Торцовое биение вершин резцов: соседних в пределах головки Погрешность шага передней поверхности: между соседними резцами в пределах головки Шероховатость передней поверхности резцов Rat мкм	0,013 0,038 0,127 0,025 0,038 0,005 0,007 0,050 0,076 0,025 0,038 0,15—0,25	0,0013 0,0076 0,127 0,0025 0,003 0,050 0,076 0,025 0,038 0,15—0,25
ГЛАВА VI
НАРЕЗАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ЧЕРВЯЧНЫХ
КОЛЕС НА ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
1. НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ ДИСКОВЫМИ
И ПАЛЬЦЕВЫМИ МОДУЛЬНЫМИ ФРЕЗАМИ
Дисковые модульные фрезы применяют для чернового и чистового
нарезания цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями,
шлицевых валов, секторов, реек, чернового нарезания кониче-
ских колес с прямыми зубьями и чистового нарезания мелкомо-
дульных зубчатых колес. Нарезание осуществляется на специ-
альных и универсально-фрезерных станках методом копирования,
каждый зуб нарезается отдельно с единичным делением.
Метод нарезания зубьев дисковыми фрезами применяют при
изготовлении запасных частей в ремонтном деле или при изготов-
лении небольших партий зубчатых колес, к точности которых не
предъявляют высоких требований. Практически точность из-
готовления цилиндрических колес соответствует 10-й степени
точности (ГОСТ 1643—81). Лимитирующим фактором обычно
является погрешность шага, которая зависит от точности дели-
154
a)	ff)
Рис. !)4. Схема нарезания зубьев спаренными дисковыми фрезами
тельного механизма. К преимуществам этого метода следует
отнести низкую стоимость инструмента и возможность изготов-
ления деталей с различной формой зуба.
Дисковые модульные фрезы чаще всего применяют для чергэ-
вого нарезания зубьев цилиндрических колес. Для повышения
производительности, особенно при обработке зубчатых колес
с большим числом зубьев, производится одновременная обработка
двух и трех зубьев спаренными дисковыми фрезами. Применяются
различные схемы обработки: черновое нарезание одновременно
двух и трех зубьев, а также черновое и чистовое нарезание одно-
временно. В каждом рассматриваемом варианте применяют фрезы
специального профиля. Спаренные дисковые фрезы требуют
точной установки относительно оси обрабатываемого колеса.
Когда обработка ведется двумя фрезами, их устанавливают сим-
метрично оси колеса (рис. 94, а). Если на оправке установлены
три фрезы для черновой обработки, средняя фреза должна рас-
полагаться симметрично оси колеса. Когда на оправке с фрез ;й
для чистовой обработки установлена одна или две фрезы для
черновой обработки, центрирование относительно оси колеса
осуществляется по фрезе для чистовой обработки (рис. 94, б}.
Во многих случаях дисковые фрезы используют для чер: о-
вого нарезания зубьев, одновременно обрабатывают две, три де-
тали на специальных станках.
Пальцевые фрезы применяют для нарезания прямозубых,
косозубых и шевронных колес крупного модуля.
2. НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ
Этот процесс является самым распространенным и наибол ее
трудоемким в производстве зубчатых колес. На зубофрезерных
станках червячными фрезами нарезают зубчатые колеса внешнего
зацепления с прямыми и косыми зубьями, конической и бочкооб-
(53
a)	ff)	в)	г)
8)
Рис. 95. Зубчатые колеса и шлицевые валы, нарезанные на зубофрезерном станке:
а — зуб стандартный; б — зуб конусный; в — зуб бочкообразный; г — червячное ко-
лесо; д — двухвенцовое цилиндрическое колесо; е — шлицевый вал
разной формы, червячные колеса и червяки, шлицевые валы с раз-
личными формами зубьев, звездочки цепных передач и другие де-
тали (рис. 95). Метод нарезания зубьев червячной фрезой экономи-
чен. Червячной фрезой одного нормального модуля и угла про-
филя можно нарезать прямозубые и косозубые колеса с различным
числом зубьев и углом наклона линии зуба. Размер обрабатыва-
емого колеса лимитируется параметрами зуборезного станка.
Этот метод применяется для чистового и чернового нарезания
зубьев под шевингование и шлифование в массовом и единичном
производстве. Качество зубчатого колеса при зубофрезеровании
червячной фрезой определяется точностью и жесткостью зубофре-
зерного станка, точностью заготовки, зажимного приспособле-
ния, фрезы и правильной их установкой на станке. При нормаль-
ном ведении процесса можно достигнуть точности 7—8-й степени.
При фрезеровании зубчатого колеса 3 методом обкатывания
профиль зубьев образуется червячной фрезой / с исходным конту-
ром производящей зубчатой рейки 2 (рис. 96, а). Червячная
фреза является червяком, нитки винта разделены продольными
стружечными канавками на отдельные зубья с прямолинейным
профилем, которые в результате затылования получают задние и
боковые углы, необходимые для обработки резанием. Эвольвент-
ный профиль зубьев колеса образуется прямолинейными режу-
щими кромками фрезы в результате их взаимного обкатывания.
На рис. 96, б показано, как следующие один за другим зубья 4
червячной фрезы входят в контакт с зубом 5 обрабатываемого
колеса и формируют эвольвентный профиль. Кинематически про-
цесс нарезания зубьев колеса червячной фрезой следует рассмат-
ривать как зацепление червяка и червячного колеса.
156
Рис. 96. Принцип образования зубьев при нарезании червячной фрезой
Принципиальная кинематическая схема зубофрезерного станка
показана на рис. 97. Червячная фреза 2 и обрабатываемое колесо 1
получают вращение от главного электродвигателя 6 через шкивы
и систему зубчатых колес. Вращательные движения червячной
фрезы и обрабатываемого колеса кинематически связаны между
собой и определяются отношением числа заходов фрезы к числу
зубьев колеса. За один оборот однозаходной червячной фрезы
обрабатываемое колесо должно повернуться на один зуб, при
двухзаходной фрезе — на два зуба и т. д. Обрабатываемому
колесу 1 вращательное движение передается через делительную
пару 8/9, а червячной фрезе через косозубую цилиндрическую
пару 514. Червячная фреза кроме вращения имеет возможность
перемещаться вдоль своей оси относительно косозубого колеса 5
и осуществлять движение подачи параллельно оси обрабатывае-
мого колеса 1 по шлицевому валу 3. Зубчатые колеса для изменения
скорости резания, подачи, деления находятся в узле 7.
157
«. МЕТОДЫ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС
Цилиндрические зубчатые колеса внешнего зацепления с пря-
мыми и косыми зубьями нарезают двумя основными методами:
копирования и обкатывания. Метод копирования имеет малую
производительность и невысокую точность, применяется ограни-
ченно. Наибольшее распространение в промышленности для обра-
ботки цилиндрических зубчатых колес имеет метод обкатывания,
который обеспечивает высокую производительность и качество
изготовления.
Для обработки зубчатых колес с обкатыванием существует
несколько способов. Наибольшее практическое применение имеет
метод зубофрезерования с осевой подачей, который выполняется
на обычных зубофрезерных станках с высокими режимами реза-
ния. Основным недостатком этого способа является большая
длина врезания, которая зависит от высоты зуба, диаметра чер-
вячной фрезы и угла наклона линии зуба у косозубых колес.
Для сокращения длины и времени врезания используют различные
пути: нарезание зубьев червячными фрезами небольшого диаметра;
одновременную обработку нескольких заготовок (пакета); при
угле наклона линии зуба 20° и более используют червячные фрезы
с заборным конусом, что позволяет не только сократить путь вре-
зания, но и исключить поломку зубьев фрезы при врезании; фре-
зерование с переменной осевой подачей — увеличение подачи
на входе и выходе фрезы из заготовки (адаптивный контроль).
Последний способ применяют для колес с модулем до 5 мм. С уве-
личением подачи шероховатость поверхности зубьев ухудшается,
поэтому фрезерование с адаптивным контролем целесообразно
применять под последующее шевингование или шлифование.
За счет переменной подачи сохраняется почти постоянная нагрузка
на всем пути фрезерования.
Фрезерование с радиально-осевой подачей характеризуется
тем, что подача фрезы в начале резания направлена радиально
осп заготовки. При радиальной подаче фреза подвергается боль-
шей нагрузке, а следовательно, более быстрому износу, поэтому
радиальная подача должна составлять примерно 0,3—0,5 осевой
подачи, но не более 0,7—0,9 мм/об. Большие радиальные подачи
приводят к быстрому износу инструмента, а следовательно, неэко-
номическому использованию фрезы. Малые радиальные подачи
иногда приводят к тому, что времени на врезание затрачивается
больше, чем при фрезеровании с большими осевыми подачами.
Способ с радиально-осевой подачей рекомендуется применять там,
где это необходимо по условиям работы (двухпроходное зубофре-
зерование, обработка закрытых венцов). В обычных условиях спо-
соб с осевой подачей более экономичный.
Фрезерование с диагональной подачей целесообразно приме-
нять для обработки колес с широкими венцами или повышенной
твердостью, когда необходимо иметь большой период стойкости
158
инструмента. Эффективность этого способа достигается при приме-
нении длинных и точных червячных фрез.
Широкое распространение получило двухпроводное зубофре-
зерование колес с модулем более 4 мм. Сущность его состоит в том,
что первый и второй рабочие ходы осуществляются последова-
тельно за один установ заготовки. Второй рабочий ход произво-
дится при глубине резания 0,5—1,0 мм и повышенных режимах
резания. При этом способе обработки повышается производитель-
ность и точность, особенно по направлению зуба, создаются луч-
шие условия для автоматизации и т. д.
Американская фирма Gleason создала новый высокопроизво-
дительный метод обработки цилиндрических колес с прямыми и
косыми зубьями. В качестве режущего инструмента применяют
острозаточенные резцы, которые установлены в 14-ти резцедержа-
телях, являющихся звеньями замкнутой цепи. Для нарезания
прямозубых колес резцы 3, имеющие форму прямоугольных брус-
ков, с прямолинейными режущими кромками устанавливают
в один ряд в резцедержателях 2. Общее число составляет 112 рез-
цов (рис. 98).
При нарезании прямых зубьев (рис. 98, а) фреза-протяжка 1
с перемещающимися по прямой, параллельной оси обрабатывае-
мых деталей, резцами быстро подводится к пакету заготовок 4,
резцы 3 врезаются в заготовки (рис. 98, б) до получения полной
глубины зуба. Затем начинается комбинированное движение
заготовок — вращение и поступательное движение (рис. 98, в. г)
для получения эвольвентного профиля зуба. После чего фреза-
протяжка возвращается в первоначальное положение и происходит
деление заготовки для обработки следующего зуба (рис. 98, д).
Этот цикл продолжается до тех пор, пока не будут нарезаны все
зубья. Время одного оборота фрезы-протяжки составляет 3 с, за это
время 112 резиов прорезают одну впадину зуба в пакете заготовок.
Рис. 88. Схема нарезания цилиндрических зубчатых колес фрезой-протяжкой
159
При нарезании косозубых колес применяется тоже цепная
фреза-протяжка, но державки выполнены в форме реек
(рис. 98, е), аналогично зубьям червячной фрезы. Зубья реек
смещены относительно друг друга, образуя воображаемый винт
большого диаметра с одним или несколькими заходами, который
входит в зацепение с обрабатываемым колесом. Рабочий цикл на-
чинается с согласованного вращения обрабатываемого пакета
заготовок и фрезы протяжки. Инструмент быстро перемещается
в позицию резания, а затем постепенно врезается на полную глу-
бину зуба. Когда будет достигнута полная глубина зуба, необ-
ходимо только один оборот шпинделя обрабатываемого колеса для
нарезания всего пакета заготовок одновременно 84 рейками в тече-
ние трех секунд. Наибольший диаметр обрабатываемого колеса
355 мм, модуль до 10 мм, угол наклона линии зуба ±45°, наи-
большая ширина обрабатываемого пакета заготовок 190 мм.
4.	НАРЕЗАНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС
Червячные колеса нарезают на зубофрезерных и специальных
станках методом обкатывания. В процессе нарезания зубьев чер-
вячная фреза и червячное колесо, вращаясь, воспроизводят зацеп-
ление червяка и червячного колеса в собранном агрегате.
Выбор метода обработки зависит от качества зацепления чер-
вячной передачи. Червячные колеса для червяков с углом подъема
винтовой линии до 8° обрабатывают по методу радиальной подачи
(рис. 99, а). При большем угле происходит повреждение боковых
поверхностей зуба, что вызывает ухудшение пятна контакта. Для
больших углов подъема червяков и при обработке фрезами-летуч-
Рис. 99. Методы нарезания зубьев червячных колес
160
ками применяется способ тангенциальной подачи (рис. 99, б).
Комбинированный способ радиально-тангенциальной подачи
(рис. 99, в) сочетает в себе преимущества обоих способов.
В большинстве случаев червячные колеса обрабатывают чер-
вячными фрезами в одну или две операции. В качестве отделочного
инструмента для червячных колес повышенной точности приме-
няют червячные шеверы. Шевер представляет собой червяк, на
вершине и боковых сторонах которого нанесено большое число
зубчиков, которые путем снятия малых стружек улучшают шеро-
ховатость поверхности на профилях зубьев колеса. Червячный
шевер по диаметру равен сопряженному червяку или несколько
больше его, что позволяет стабильно получать оптимальное пятно
контакта в середине зубчатого венпа.
Для обеспечения правильного зацепления червячной передачи
необходимо соблюдать следующие правила: червяк и червячное
колесо должны иметь одинаковую форму профиля. Внешний диа-
метр червячной фрезы должен быть на удвоенную величину ради-
ального зазора больше, а толщина зуба фрезы больше, чем у чер-
вяка на величину бокового зазора в передаче.
Метод нарезания с радиальной подачей (рис. 99, а) осущест-
вляется на зубофрезерных станках цилиндрической фрезой, ось
которой устанавливают горизонтально, симметрично оси колеса,
в положение оси сопрягаемого червяка. В процессе нарезания
фреза подается радиально на глубину зуба. Длина фрезы должна
перекрывать поле зацепления. Чтобы зубья колеса были нарезаны
полностью по всей окружности, после достижения полной высоты
зуба и выключения радиальной подачи, необходим еще один
полный оборот детали, прежде чем остановить станок.
При радиальном методе фрезерования число огибающих ре-
зов, а следовательно, и шероховатость поверхности зависят от
числа стружечных канавок на фрезе, числа заходов фрезы и диа-
метра колеса. Когда диаметр червячного колеса мал и фреза имеет
небольшое число стружечных канавок, на профиле зуба колеса
остаются широкие поверхности огибающих резов. В этом случае
для повышения качества поверхности по окончании радиаль-
ной подачи целесообразно применять чистовую обработку танген-
циальным или радиально-тангенциальным способом.
Способ с радиальной подачей обладает высокой производитель-
ностью и прост в наладке, его применяют для обработки червяч-
ных колес невысокого качества.
Метод фрезерования с тангенциальной подачей (рис. 99, б)
производится на зубофрезерных станках с протяжным суппортом,
который сообщает фрезе осевую подачу. В качестве режущего
инструмента применяют червячные фрезы с заборным конусом или
фрезу-летучку. Заборная часть фрезы предназначена для черновой
обработки зубьев колеса, а также равномерного распределения
износа и уменьшения нагрузки на зубья фрезы. Цилиндрическая
Часть производит чистовую обработку зубьев.
6 Калашников С. Н.
161
В начале резания фреза устанавливается таким образом, чтобы
ее заборная часть слегка касалась окружности выступов обраба-
тываемого колеса. Затем фреза перемещается вдоль своей оси
тангенциально (касательно) к делительной окружности колеса до
тех пор, пока ее первый калибрующий зуб с полным профилем не
выйдет из зацепления с профилем зуба колеса. Тангенциальная
подача требует дополнительного вращения детали посредством диф-
ференциала. Осевая подача должна быть противоположна направ-
лению вращения детали.
Производительность метода фрезерования с тангенциальной
подачей ниже, чем с радиальной подачей, а точность выше.
Метод фрезерования с радиально-тангенциальной подачей
(рис. 99, в) состоит в том, что за один уставов заготовки произво-
дится черновое нарезание зубьев с радиальной подачей. Для обе-
спечения припуска под чистовую обработку радиальная подача
выключается несколько раньше, чем будет достигнута полная
высота зуба, затем станок автоматически переключается на тан-
генциальную подачу для чистового нарезания зубьев. При ради-
ально-тангенциальном методе можно применять фрезы с заборным
конусом и цилиндрические фрезы той же длины, как при фрезеро-
вании с радиальной подачей.
Метод с радиально-тангенциальной подачей включает в себя
более высокую производительность метода с радиальной подачей и
лучшее формообразование профиля зуба, характерное для метода
с тангенциальной подачей. Тангенциальный путь фрезы при этом
методе короче, чем при методе с тангенциальной подачей.
Метод обработки фрезой-летучкой обычно применяется в еди-
ничном производстве при отсутствии дорогостоящих червячных
фрез. Черновое нарезание зубьев колеса осуществляется с радиаль-
ной подачей на 0,2 мм глубже полной высоты зуба, а чистовое
нарезание — одним резцом с тангенциальной подачей, припуск
снимается только с боковых сторон зуба.
При обработке точных червячных колес и колес крупного мо-
дуля вместо одного в оправке устанавливают несколько резцов.
На рис. 99, г показана оправка с тремя резцами: резцы 1 и 2
предназначены для черновой обработки впадин зубьев, а резей 3 —
для чистовой. Обработка фрезой-летучкой процесс длительный,
однако возможность регулирования резца в оправке по высоте
позволяет получать однородное качество зацепления червячных
колес.
Пятно контакта, характеризующее качество зацепления чер-
вячной передачи, должно располагаться в середине зубчатого
венца без выхода на головку, ножку и концы зуба. Качество за-
цепления зависит от точности изготовления и сборки передачи.
Новая фреза с завышенным диаметром дает пятно контакта в се-
редине зуба (рис. 100, о). После переточки фрезы до номинального
диаметра пятно контакта располагается на всю длину зуба
(рис. 100, б). Фреза с заниженным после переточки диаметром дает
J62
Рис. 100. Форма и расположение пятна контакта на зубьях червячного колеса,
нарезанного фрезой с диаметром:
а — завышенным; б — нормальным; в — заниженным
неприемлемое пятно контакта, расположенное на концах зуба
червячного колеса (рис. 100, в). При сборке очень важно точно
соблюдать межосевое расстояние.
Червяки червячной передачи обычно подвергаются термиче-
ской обработке. До термической обработки витки червяка обраба-
тывают на токарном станке резцами или на специальных станках
фрезеруют дисковыми или пальцевыми фрезами. После термиче-
ской обработки профиль витка червяка шлифуют, а для высоко-
нагруженных и быстроходных передач витки червяка дополни-
тельно полируют для уменьшения шероховатости поверхности на
профилях зубьев.
5.	ВСТРЕЧНОЕ И ПОПУТНОЕ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЕ
При встречном зубофрезеровании стружка имеет форму запя-
той, в начале ее толщина минимальная, а в конце — максималь-
ная (рис. 101, а). В начале резания режущие кромки, особенно
когда они затуплены, не могут сразу вступить в резание, а скользят
по поверхности, уплотняют ее и подвергаются повышенному из-
нашиванию. Встречное фрезерование рекомендуют для обработки
вязких сталей, благодаря сглаживающему действию шероховатость
поверхности уменьшается.
Рис. 101. Зубофрезерование:
а •*- встречное; б — попутное
163
При попутном фрезеровании (рис. 101, б), наоборот, в начале
резания толщина стружки максимальная, а в конце — минималь-
ная. В начале резания режущие кромки свободно врезаются в ме-
талл и создаются благоприятные условия резания. Период стой-
кости инструмента повышается на 10—30 %, достигается хоро-
шее качество поверхности зубьев и образуется меньше заусенцев
на торцах при выходе фрезы.
6.	АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ФРЕЗЫ ВДОЛЬ ОСИ
В процессе резания зубья червячной фрезы в зависимости от
своего расположения относительно оси обрабатываемого колеса
нагружены различно. Зубья, находящиеся на входной стороне,
нагружены больше, чем на выходной, поэтому на входной стороне
зубья изнашиваются больше. Для того чтобы распределить износ
по всей длине фрезы по возможности равномернее и таким образом
повысить период стойкости инструмента, фрезу необходимо пере-
мещать вдоль своей оси. Существует два способа перемещения:
непрерывно-диагональное фрезерование, когда вся длина фрезы
используется при нарезании одной детали или целого пакета, и пе-
риодическое, в конце нарезания одной или нескольких деталей.
Направление периодического перемещения должно осуществ-
ляться против направления вращения детали, тогда неиспользу-
емые зубья фрезы на выходной стороне будут окончательно фор-
мировать профиль зуба колеса, а затупленные зубья входной
стороны выводятся из резания.
Величину периодического перемещения Д/ фрезы определяют
по формулам. Для фрез со стружечными канавками, расположен-
ными параллельно оси,
А/ — Я<?тп
COS Уо» *
Для фрез, стружечные канавки которых расположены перпенди-
кулярно винтовой линии,
д/ _ л<7т« cos То
где тп — нормальный модуль, мм; у0 — угол подъема винтовой
линии фрезы; i — число стружечных канавок; q — число заходов
фрезы.
Величина периодического перемещения должна определяться
максимально-допустимым износом червячной фрезы, которая за-
висит от модуля и назначения операции — чистовое зубофрезеро-
вание или получистовое — под шевингование. Если при какой-то
величине Д/, полученной расчетным путем, износ фрезы будет
мал, то ее следует уменьшить, если же износ фрезы большой, то
величину Д/ необходимо увеличить до получения допустимой ве-
личины износа зубьев фрезы.
164
Рис. 102. Схема опреде-
ления первоначальной и
конечной установок чер-
вячной фрезы на зубофре-
зерном станке
Формирование профиля зуба колеса 2 происходит на участке
А в зоне линии зацепления / (рис. 102). Чтобы рационально ис-
пользовать зубья по всей длине фрезы 3, необходимо определить
начальное и конечное ее положение. На входной стороне перво-
начального положения, чтобы не перегружать первый зуб фрезы,
вводится зона предварительной обработки, равная половине осе-
вого шага фрезы Минимальную длину фрезы на входной сто-
роне первоначального положения относительно оси колеса при-
ближенно можно определить из уравнения
.	h' , тпя
1	tg а ' 2
Минимальная длина фрезы на выходной стороне конечного
положения
I =
2	tga‘
Общая длина осевого перемещения фрезы
К = Ь2 - (h + Z2),
где h' — высота головки зуба фрезы, мм; а — угол профиля;
Ь2 — длина рейки фрезы.
При автоматическом перемещении особенно эффективно при-
менять длинные и точные червячные фрезы.
7.	РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ
Выбор скорости резания зависит от модуля, материала заго-
товки, материала и конструктивных параметров червячной фрезы
и характеристики зубофрезерного станка. Обрабатываемость заго-
товки определяется структурой и твердостью материала. Скорость
резания снижают при повышении твердости обрабатываемого
165
материала, а также при обработке легированных сталей по срав-
нению с углеродистыми. Червячные фрезы из быстрорежущей ста-
ли кобальтовой группы допускают более высокие скорости реза-
ния, чем фрезы из быстрорежущей стали нормальной производи-
тельности. Малый радиус скругления на вершине зуба фрезы тре-
бует снижения скорости резания. С увеличением скорости реза-
ния износ инструмента увеличивается больше, чем при увеличении
подачи. Обычно при выборе скорости резания руководствуются
желаемой стойкостью режущего инструмента, а при выборе по-
дачи — точностью обработки.
При выборе подачи под шевингование важна точность по на-
правлению зуба и наличие гребешков на боковой поверхности
зуба, которые создают благоприятные условия резания. В авто-
мобильной промышленности зубчатые колеса из цементуемых ста-
лей с пределом прочности на растяжение 5,88-108—7,84-108 Па
и твердостью НВ 160—200 обрабатывают фрезами из стали
Р&К10 на скорости резания 60—80 м/мин и подаче 3—6 мм/об.
8.	ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
Классификация зубообрабатывающих станков. Изготовляе-
мые в СССР металлорежущие станки имеют шифр, обозначающий
модель станка. Станки разбиты на девять групп, а каждая группа
на девять типов. Зубообрабатывающие и резьбообрабатывающие
станки относятся к 5-й группе, поэтому первой цифрой в шифре
зубообрабатывающих станков является цифра 5. Вторая цифра
в шифре станка характеризует его тип. Если станок модернизи-
рован, после первой цифры ставится буква. Последняя буква
шифра указывает на специальные изменения в станке для выпол-
нения определенных работ.
Типы зубообрабатывающих станков: 1 — зубодолбежные и
зубострогальные для цилиндрических колес; 2 — зубострогаль-
ные, зуборезные и зубофрезерные для конических колес; 3 —
зубофрезерные для цилиндрических колес и шлицевых валов;
4 — зубофрезерные для червячных колес; 5 — для обработки
торцов зубьев (зубозакругляющие и зубофасочные); 6 — резьбо-
фрезерные; 7 — зубоотделочные (зубошевинговальные, зубоот-
делочные), контрольно-обкатные и обкатные станки; 8 — зубо-
шлифовальные и резьбошлифовальные; 9 — зубохонинговальные
и другие зубо- и резьбообрабатывающие станки.
В зависимости от уровня точности нарезаемых зубчатых колес
станки разделены на классы точности; Н — нормальной точности;
П — повышенной точности; В — высокой точности; А — особо-
высокой точности; С — особоточный. Станки классов Н и П
применяют в общем машиностроении, В и А используют для на-
резания высокоточных колес, станки класса С являются мастер-
станками.
Зубофрезные станки и их технические характеристики. Зубо-
фрезерные станки выпускают двух типов: универсальные, имеющие
166
26. Основные технические характеристики зубофрезерных станков
Технические характеристики	Модели станков для обработки зубчатых колес							
	диаметром 125—350 мм и модулем до 8 мм				диаметром 350—800 мм и модулем до 10 мм			
	5306, 5306К	5К352П	5307К	5А312	5К324. 5К324П	5М324А	5К32, 5К32А	5360
Наибольший диа- метр обрабатывае- мого колеса, мм Наибольший мо- дуль, мм	200	200	320	320	500	500	800	800
	4	6	6	6	8	8	10	6
Наибольший диа- метр фрезы, мм:	125	160	160	160	180	200	200	160
Мощность главного электродвигателя, кВт Габаритные размеры станка, мм:	5,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	4,5
длина	1545	3205	2100	2000	2500	2625	2650	4 125
ширина	927	1900	1450	1240	1440	1682	1510	1 550
высота	1895	2140	1950	2150	2000	2187	2000	2 540
Масса станка, кг	3300	7660	6800	5250	6400	6600	7200	12 000
Класс точности станка	Н	П	П	Н	Н и П	П и Н	Н	Л
Технические характе- ристики	Модели станков для обработки зубчатых колес диаметром до 12 500 мм и модулем до 40 мм						Модели мастер- стан ков для обработки делительных червячных колес	
	5373 А. 5В373	5К328А, 5К328П	5А375. 5В375	5А342	5343	5345	543	54 4М
Наиболь- ший диа- метр обра- батываемо- го колеса, мм	800	1250	1250	2000	3200	5000	800	2000
Наиболь- ший мо- дуль, мм	35	12	40	20	30	40	6	10
Наиболь- ший диа- метр фрезы, мм	360	225	400	250	360	400	125	320
Мощность главного электродви- гателя, кВт	25	10	25	14	25	25	2,8	14
167
Продолжение табл. 26
Технические характе- ристики	Модели станков для обработки зубчатых колес диаметром до 12 500 мм и модулем до 40 мм						Модели мастер- стан ков для обработки делительных червячных колес	
	5373А, БВ373	5К328А, 5К328П	5А375, 5В375	5А342	5343	6345	543	544М
Габаритные размеры станка, мм:								
длина	9 115	3 580	12 000	6 910	9 570	11 070	2950	6 925
ширина	4 880	1 780	4 900	2 990	3 780	5 900	1950	3 300
высота	2 975	2 590	3 175	3 462	5 170	4 140	1515	3 100
Масса станка, кг	43 520	14 000	67 000	29 300	80 600	132 490	9000	51 000
Класс точности станка	Н	Н и П	Н	Н	Н	Н	•	—
широкие технологические возможности, предназначены для мелко-
серийного производства, и специальные для крупносерийного
и массового производства, которые характеризуются повышенной
жесткостью и высокой степенью автоматизации. Для современных
зубофрезерных станков характерна работа на высоких режимах
резания. Высокие скорости резания (60—80 м/мин) повышают
тепловые нагрузки. Многозаходные фрезы с большими подачами
(3—6 мм/об) увеличивают силы резания, а следовательно, требуют
увеличения жесткости конструкции станка и прочности на скру-
чивание. Прерывистый процесс резания при фрезеровании при-
водит к постоянным вибрациям.
Зубофрезерные станки обычного типа не могут удовлетворять
этим требованиям. Современные зубофрезерные станки должны
иметь высокую статическую и динамическую жесткость за счет
повышения массы (1,2—1,5 т на модуль), точную и короткую ки-
нематическую цепь, большую мощность главного электродвига-
теля (1,8—2,5 кВт на модуль), длинные и широкие направляющие
плоской конструкции, шариковый ходовой винт с гайкой, большую
длину осевого перемещения фрезы (160—180 мм), обильное ох-
лаждение (200—400 л/мин), хорошие условия отвода тепла и дыма.
При выборе нового зубофрезерного станка для массового про-
изводства резерв его мощности и жесткости по сравнению с модулем
обрабатываемого колеса должен быть на 2—4 модуля выше.
Цилиндрические зубчатые колеса 6—8-й степени точности
изготовляют на станках нормальной и повышенной точности,
колеса 3—5-й степени — на станках высокой и особовысокой соч-
ности. Червячные колеса свыше 3-й степени точности обрабаты-
вают на особоточных станках. Основные технические характери-
стики зубофрезерных станков приведены в табл. 26.
168
6. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА
ПРИ ЗУБ0ФРЕЗЕР0ВАНИИ
В области зубофрезерования, которое имеет наиболее широкое
применение и наиболее трудоемко, усилия направлены, прежде
всего, на повышение производительности и качества изготовления.
Уменьшения машинного времени (повышения производительности)
при зубофрезеровании можно достигнуть путем повышения ско-
рости резания, увеличения подачи и применения многозаходных
фрез. С повышением скорости резания износ инструмента увели-
чивается больше, чем при увеличении подачи.
Увеличение подачи вызывает ухудшение шероховатости по-
верхности и снижение точности. Если после зубофрезерования при-
меняют зубошевингование или зубошлифование, то величина по-
дачи не имеет большого значения, однако высота следов от подачи
(высота гребешков) не должна превышать припуска под последу-
ющую чистовую обработку.
Многозаходные фрезы в большинстве случаев применяют при
предварительном зубофрезеровании под последующее шевингова-
ние или шлифование. При использовании многозаходных фрез,
по сравнению с однозаходными, сокращается число резцов, уча-
ствующих в образовании профиля, что вызывает погрешность
профиля, а также увеличивает погрешности шага и направления
зуба.
Имеются и другие мероприятия, позволяющие повысить эф-
фективность зубофрезерования. Двухпроходное зубофрезерование
повышает производительность и точность, особенно по направле-
нию зуба. Фрезерование с переменной осевой подачек! характери-
зуется увеличением подачи при врезании и выходе фрезы из за-
готовки. Совмещенное зубофрезерование и зубодолбление за один
уставов заготовки увеличивает производительность и повышает
точность. Автоматизация станков и создание магазинов большой
емкости способствует сокращению вспомогательного технологи-
ческого времени и повышению качества изготовления. Попутное
зубофрезерование, обработка заготовок пакетом, автоматическое
перемещение фрезы вдоль оси, прогрессивные конструкции чер-
вячных фрез, быстродействующие зажимные приспособления —
все это способствует повышению эффективности процесса фрезе-
рования зубьев.
10. НАЛАДКА СТАНКОВ
Наладка зуборезного станка производится в соответствии
с техническими данными нарезаемого колеса, т. е. по чертежу
детали. При наладке станка необходимо выполнить расчет смен-
ных зубчатых колес гитар деления, скорости резания, подачи
и дифференциала; установку зажимного приспособления и заго-
товки, установку оправки под инструмент и червячной фрезы на
169
27. Скорость резания при зубофрезеровании
червячными фрезами по методу обкатывания
Параметр	Сталь, предел прочности при растяжении		Чугун серый		Бронза
	ДО	свыше	Фрезерование		
	<7В -= 5,88-10» Па		без охла- ждения	с охлаж- дением	
Скорость резания, м/мин	50—90	40—75	25—35	50—70	50—70
оправку; установку угла поворота суппорта, упоров и рукояток,
ограничивающих величины рабочих и впомогательных ходов.
Расчет сменных зубчатых колес гитар деления, скорости,
подачи и дифференциала производится по формулам, приведен-
ным в инструкции по обслуживанию данной модели станка. Точ-
ность расчета — до пятого знака после запятой. Перед установкой
на станок сменные колеса должны быть чистыми и без забоин.
Боковой зазор между зубьями устанавливают в пределах 0,10—
0,15 мм. После закрепления зубчатые колеса должны свободно
без заедания повертываться от руки.
Настройка скорости резания. Для зубчатых колес среднего
модуля скорость резания выбирают по табл. 27.
Поправочные коэффициенты при определении скорости резания в зави-
симости от:
а)	механических свойств обрабатываемого материала
ов-10-“, Па	. . .До	5,88	5,88—6,86	6,86—7,84	7,84—8,82	8,82—9,81
НВ .............. 170	200	230	260	290
............	1,2	1	0,8	0,6	0,4
б)	химического состава обрабатываемого материала
Сталь ................... 20—30 18ХГТ 40Х	12Х2Н4А
25ХГТ ЗОХГТ 18Х2Н4А
К2....................... 1,1	1	0,9	0,7
в)	материала режущего инструмента
Сталь	. .	. .	Р18, Р6М5 Р9КЮ Р9М4К8
Аз .............................. 1,0	1,2	1,3
Скорость резания выбирают по формуле
V — Ц?абл
По выбранной скорости резания и диаметру червячной фрезы
определяют частоту вращения фрезы
nlJeti .	1000 о
V = 1000' ’ П ~ nDt ’
170
28. Подачи при нарезании зубьен червячными фрезами
Операция	Модуль, мм			
	1,25—2,5	2,5-4	4—6	6 — 10
	Осевая подача s, мм/об			
Черновая Чернобай под шевинго- вание Чистовая	2—4 1,5—4 0,8—1,2	2,5—6 2—5 1,0—1,4	3—5,5 2—4,5 1,2—1,6	3—5 2—4 1,4-2,0
где v — скорость резания, м/мин; De — наружный диаметр фрезы,
мм; п — частота вращения фрезы, об/мин (по частоте вращения
подбирают сменные колеса гитары скорости резания).
При правильно выбранной скорости резания обрабатываемая
поверхность матовая, ровная, а не блестящая (вызванная большим
Давлением инструмента). Стружка изогнутая, гладкая, серого
цвета, а не толстая (с надрывом деформированная, синего цвета,
В результате большого теплообразования).
В углеродистых сталях обрабатываемость улучшается с увели-
чением содержания углерода примерно до 0,2—0,25 % и ухуд-
шается при дальнейшем повышении содержания углерода. С уве-
личением углерода повышается твердость стали, а следовательно,
и износ инструмента. Например, при содержании углерода в стали
0,60 % обрабатываемость ухудшается и составляет порядка 65 %.
Легирующие элементы при одинаковом содержании углерода та-
кже ухудшают обрабатываемость. Никель, молибден и ванадий
ухудшают обрабатываемость в большей степени, чем хром и
марганец, поэтому при обработке сталей с содержанием ука-
занных элементов скорость резания и подачи следует умень-
шить.
Влияние увеличения прочности материала на обрабатывае-
мость особенно значительно в диапазоне предела прочности при
растяжении ов = 7,84-108 Па.
Настройка осевой подачи. Средние значения подач для одно-
заходных червячных фрез приведены в табл. 28. В зависимости от
требуемой шероховатости поверхности зубьев, точности и обраба-
тываемости материала подачи могут изменяться. С уменьшением
подачи качество поверхности улучшается, однако величина подачи
может уменьшаться до определенного предела, после чего невоз-
можно образование стружки, особенно при встречном фрезерова-
нии. Для среднего модуля наименьшая подача при чистовом фре-
зеровании равна примерно 1 мм/об, для малых модулей примерно
0,5 мм/об, при дальнейшем уменьшении величины подачи
качество поверхности не улучшается. Зубчатые колеса с моду-
лем примерно свыше 4—4,5 мм обрабатывают за два рабочих
хода.
171
Поправочные коэффициенты при определении подачи в зависи-
мости от числа заходов и обрабатываемого материала следующие:
2
0,75
До 250
0,8
3
0,55
До 300
0,7
Число заходов............ 1
Коэффициент ............. 1
Твердость НВ	До 210
Коэффициент Кз	... .	1
Осевую подачу выбирают по формуле
S = $табл^4^5-
По выбранной величине подачи подбирают сменные колеса ги-
тары подачи.
При фрезеровании косозубых колес табличная подача соот-
ветствует подаче по направлению зуба, а осевая подача будет
меньше:
,$0 = s cos р.
При обработке колес с малым числом зубьев целесообразно
применять меньшие значения подач, скорости резания и не при-
менять многозаходные фрезы. Подача снижается и при нежестком
креплении заготовки. Повышение периода стойкости фрезы дости-
гается при фрезеровании с попутной подачей и автоматическом
перемещении фрезы вдоль оси. Большое значение на обрабатыва-
емость оказывает термическая обработка заготовки, которая дол-
жна обеспечить перлитно-ферритовую структуру и твердость в пре-
делах НВ 160—200. На станке должно быть обильное охлаждение
СОЖ соответствующего качества.
Режущие свойства фрезы и правильность выбора режимов ре-
зания обычно оценивают путем сравнения длины фрезерования
(L) всей фрезой и одним зубом (LJ за период между переточками!
.__bzk .	. __ Lmnn
cos р	г bii ’
где b — ширина зубчатого венца; k — число деталей, обработан-
ных между переточками; — общая длина осевого перемещения
фрезы; z — число зубьев фрезы; р — угол наклона линии зуба
для косозубых колес.
Число деталей, обработанных червячной фрезой за полный
срок ее службы, определяют по формуле
д _ bjk'c
tit ’
где k' — число деталей, обрабатываемых одновременно; с — число
возможных переточек; А/ — величина периодического перемеще-
ния фрезы.
Настройка гитары деления. Кинематическая цепь гитары деле-
ния обеспечивает связь между фрезой и обрабатываемым колесом.
Общий вид формулы для настройки гитары деления
а с _
b d г
24 К
172
где а, b, с, d — сменные колеса гитары деления; К — постоян-
ная станка; z — число зубьев обрабатываемого колеса.
После установки сменных колес деления на станок, необхо-
димо произвести их проверку. Фрезу вручную подводят к детали
и делают на заготовке неглубокие следы. Если после первых обо-
ротов следы остаются неизменными, начинают их подсчитывать,
число следов должно соответствовать числу зубьев колеса.
Настройка гитары дифференциала. При нарезании косозубых
колес, по сравнению с прямозубыми, вводится дополнительная
цепь, связывающая фрезу с заготовкой посредством дифференци-
альной подачи. Сменные колеса дифференциала определяются по
специальной формуле. Правильность установки сменных колес
дифференциала подвергают проверке.
Фрезу подводят к заготовке аналогично проверке сменных
колес деления и делают на ней неглубокие следы. Затем на осе-
вой подаче перемещают фрезу на небольшое расстояние. Если на-
правление линии зуба колеса соответствует чертежу, следовате-
льно, сменные колеса гитары дифференциала подобраны пра-
вильно.
Установка зажимного приспособления и заготовки. Посред-
ством зажимного приспособления образуется соединение стола
станка с заготовкой, при этом ось нарезаемого колеса должна
точно совпадать с осью вращения стола. Низкая стойкость фрезы,
повышенное радиальное биение, ошибки шага и другие погреш-
ности нарезаемого колеса обычно являются результатом неточной
установки зажимного приспособления. Точность установки за-
жимного приспособления оценивается по поверхностям, которые
служат базами при установке зубчатого колеса в приспособлении.
Этими поверхностями обычно являются оправка или втулка для
центрирования заготовки и торец, на который устанавливается за-
готовка. Биение указанных, поверхностей после закрепления
приспособления на столе станка не должна превышать 0,01—
0,015 мм. Следует избегать зажима заготовки в приспособлении
гайкой. Затяжка гайки, особенно с применением удара, нарушает
точность делительного колеса в столе станка.
Установка червячной фрезы. Неправильная установка червяч-
ной фрезы на станке вызывает погрешности профиля зубьев, сни-
жение периода стойкости фрезы, повышение шероховатости по-
верхности и т. д. Основными предпосылками для сохранения точ-
ности фрезы на станке являются короткое закрепление фрезы ме-
жду торцами шпинделя и поддерживающим кронштейном, мини-
мальное число распорных колец (лучше одно длинное, чем не-
сколько коротких) точная установка фрезы на оправке.
Радиальное биение оправки под фрезу без поддерживающего
кронштейна не должно превышать 0,005—0,01 мм как вблизи
подшипников шпинделя фрезы, так и на противоположном конце
оправки. Торцовое биение оправки не более 0,005 мм. Радиальное
биение закрепленной фрезы по обоим буртикам должно находиться
173
Рис. 103. Схема установки червяч-
ной фрезы на станке:
а — прямозубое колесо, фреза с пра-
вым направлением зубьев; б — колесо
и фреза с правым направлением зубь-
ев; в — колесо с левым, а фреза с пра-
вым направлением
в пределах 0,01—0,02 мм.
Наивысшие точки биения
противоположных буртиков
фрезы должны быть располо-
жены в одной плоскости; если
высшие точки биения нахо-
дятся друг против друга, то
это вызовет погрешности фор-
мы профиля.
Если предъявляются вы-
сокие требования к произво-
дительности и точности, то
рекомендуется зажим без
промежуточных колец. Когда
фреза закреплена на длинной
оправке, значительно уменьшается жесткость, инструмент ста-
новится более чувствительным к колебаниям и вибрациям, что
может привести к поломке зубьев, снижению точности и стой-
кости инструмента.
Угол установки суппорта фрезы определяют в зависимости от
направления наклона линии зуба колеса и винтовой линии чер-
вячной фрезы. Рекомендуется применять одноименный наклон.
При нарезании прямозубых колес (рис. 103, а) угол установки у
равен углу подъема X витков червячной фрезы, т. е. у = Л. При
нарезании косозубых колес угол установки определяют по формуле:
для одинаковых направлений винтовой линии зубьев колеса
и витков фрезы (рис. 103, б)
V = Р — X;
для разных направлений линий зубьев колеса и витков фрезы
(рис. 103, в)
У = Р + X.
По окончании обработки первой пробной детали на вновь на-
лаженном станке, не снимая зубчатого колеса со станка, изме-
ряют у него высоту зубьев штангенциркулем и толщину зуба
штангензубомером. Более точные результаты получаются при изме-
рении длины общей нормали микрометром.
При измерении толщины зуба штангензубомером величина до-
полнительного перемещения фрезы Д/г для получения толщины
зуба по чертежу определяется по формуле
Л 1 As
1 — 2tgaH ’
174
где As — разность между фактической измеренной толщиной
зуба и толщиной по чертежу; аи — профильный угол инстру-
мента.
Если аи = 20°, величина перемещения A/i = l,37As.
При измерении длины общей нормали микрометром с тарельча-
тыми поверхностями величина радиального перемещения фрезы
,для получения толщины зуба по чертежу определяется по фор-
муле
где A1F — разность между фактическим и чертежным размером
длины общей нормали. При угле профиля фрезы а„ = 20° вели-
чина перемещения А/i = 1,462A IF.
Виды погрешностей. При нарезании цилиндрических зубча-
тых колес методом обкатывания возникают различные погрешнос-
ти (табл. 29). Погрешности формы профиля зуба колеса чаще всего
связаны с неточным изготовлением или неправильной установкой
червячной фрезы. Такие неточности, как погрешность шага,
направления зуба, радиальное биение и другие,обычно вызваны
неточностью станка и зажимного приспособления.
29. Причины возникновения погрешностей при нарезании
зубчатых колес методом обкатывания
Причины возникновения	Вид погрешности
Отклонение от соосности подшипника шпинделя фрезы и поддерживающего крон- штейна. Радиальное биение оправки фрезы. Осевое биение шпинделя фрезы. Неточные или неправильно установленные зубчатые колеса шпинделя фрезы. Биение делитель- ного червяка стола. Осевое смещение дели- тельного червяка Неточные, неправильно рассчитанные или неправильно установленные сменные колеса деления или дифференциала. Погрешность в шаге ходового винта подачи или осевое смещение в узле ввит—гайка Направляющие фрезерного суппорта не па- раллельны осн зажимного приспособления Осевой зазор в столе станка Несоосность оси стола и оси поддержива- ющего кронштейна Неточно или неправильно установлено де- лительное червячное колесо стола	Различные погрешности фор- мы профиля зуба зубчатого колеса Погрешности формы профиля и направления зуба. Смеще- ние пятна контакта из цен- трального положения Погрешности направления и толщины зуба Погрешности направления зу- ба Повышенное радиальное бие- ние Погрешности в шаге и форме профиля зуба колеса
175
ГЛАВА VII
НАРЕЗАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
НА ЗУБОДОЛБЕЖНЫХ СТАНКАХ
Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес на зубодол-
бежных станках производится двумя методами: обкатыванием —
круглыми долбяками или зубчатой рейкой и копированием —
специальной резцовой головкой.
Наибольшее применение в промышленности получил метод
обкатывания круглыми долбяками. Обработку производят на зу-
бодолбежных станках с одним вертикальным инструментальным
шпинделем или на станках с двумя противоположно расположен-
ными горизонтальными шпинделями. Метод обкатывания круглым
долбяко.м более универсален, его технологические возможности
значительно шире, чем при зубофрезеровании червячными фре-
зами. На зубодолбежных станках методом обкатывания круглыми
долбяками можно нарезать зубчатые колеса внешнего (рис. 104, о)
и внутреннего (рис. 104, б) зацепления с прямыми и косыми зубь-
ями, с бочкообразной (рис. 104, в) и конической (рис. 104, г)
формой зуба. Некоторые типы зубчатых колес могут быть наре-
заны только долбяками, к ним относятся блочные зубчатые колеса
с близко расположенными венцами (рис. 104, д), колеса, лежа-
щие вблизи большого фланца (рис. 104, с), зубчатые рейки
(рис. 104, ж), шевронные колеса без канавки между зубьями
(рис. 104, з) и с канавками, короткие шлицевые валы, а также ко-
пиры со сложной формой зубьев. Зубодолбление широко приме-
няют не только там, где вследствие геометрии колеса нельзя ис-
пользовать зубофрезерование, но и для нарезания стандартных
зубчатых колес высокого качества. Степень точности изготовле-
Рис. 1С4. Нарезание зубчатых колес круглыми долбяками на зубодолбежных
станках
176
ния зубчатых колес круглыми долбяками: при применении дол-
бяков класса АА — 6-я, класса А — 7-я и класса В — 8-я (по
ГОСТ 1643—81).
1.	ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ
ПРИ ЗУБ0Д0ЛБЛЕНИИ КРУГЛЫМИ ДОЛБЯКАМИ
Нарезание зубчатых колес с круглыми долбяками по методу
обкатывания основано на воспроизведении зацепления пары
зубчатых колес. Одним элементом является нарезаемое колесо 1,
другим — круглый долбяк 2 (рис. 105). Если червячную фрезу
можно сравнить с производящей рейкой, то долбяк сравнивают
с зубчатым колесом, имеющим такое же число зубьев.
Долбяк нарезает зубья строганием при возвратно-поступатель-
ном движении, причем снятие стружки производится по всей
ширине зуба и только в процессе рабочего хода. При обратном
ходе снятие металла не происходит, инструмент отводится от за-
готовки (или заготовка отводится от инструмента), чтобы исклю-
чить повреждение режущих кромок при трении. В процессе
резания колесо и долбяк вращаются согласованно вокруг своих
осей, совершая движение обкатки относительно друг друга для
придания эвольвентного профиля зубьям нарезаемого колеса,
одновременно долбяк совершает возвратно-поступательное дви-
жение вдоль оси. Поворот долбяка на один зуб соответствует
повороту заготовки также на один зуб.
В начале обработки долбяк быстро подводится к заготовке,
не доходя до ее наружной поверхности примерно 0,5 мм, и включа-
ется радиальная подача для осуществления врезания. При до-
стижении полной высоты зуба (если обработку производят за один
проход) врезание прекращается, автоматически включается кру-
говая подача, начинается взаимная обкатка, в результате движе-
ния резания происходит формирование профиля зубьев колеса.
Обкатывание продолжается до тех пор, пока заготовка после вре-
зания не совершит один полный оборот, т. е. все зубья колеса будут
полностью обработаны. После чего
станок автоматически выключается,
заготовка возвращается в исходное
положение.
2.	НАРЕЗАНИЕ КОСОЗУБЫХ КОЛЕС
При нарезании косозубых колес
внешнего зацепления долбяк должен
быть также косозубым с тем же уг-
лом наклона, что и нарезаемое ко-
Рис. 105. Схема нарезания зубьев круглым
долбяком
177
Рис. 106. Винтовые направляющие и долбяк для нарезания косозубых колес
лесе, но с противоположным направлением наклона зуба. Заго-
товка н долбяк вращаются в разных направлениях. Для об-
разования косых зубьев колеса долбяк при его возвратно-посту-
пательном движении получает дополнительный поворот от спе-
циального копира с винтовыми направляющими (при обработке
прямозубых колес направляющие копира прямолинейные). Под-
вижная часть копира 2 (рис. 106, а) закреплена на шпинделе 3
долбяка и совершает с ним возвратно-поступательное движение.
Неподвижная часть копира 1 закреплена с червячным колесом.
Бинтовые направляющие копира 1 (рис. 106, б) должны иметь
направление наклона, как у зубьев долбяка 2, а угол наклона,
как у зубьев нарезаемого колеса.
Шаг направляющих копира Н (рис. 106, б) должен быть равен
шагу винтовой линии зубьев долбяка Т, который зависит от угла
наклона линии зуба и диаметра делительной окружности дол-
бяка. Отношение шага направляющих копира Н к шагу винто-
вой линии зубьев нарезаемого колеса Т должно быть равно отно-
шению числа зубьев 2д долбяка к числу зубьев г нарезаемого ко-
леса:
_ £д
Т ~ 2 *
3.	НАРЕЗАНИЕ КОЛЕС ВНУТРЕННЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ
Зубчатые колеса внутреннего зацепления обычно нарезают
круглым долбяком методом обкатывания. Чтобы избежать интер-
ференции между головкой зуба долбяка и переходной поверх-
ности зуба колеса при врезании и радиальном отводе долбяка,
а также срезания уголков 1 на вершине зуба колеса (рис. 107),
долбяк должен быть меньше, чем сопряженная с нарезаемым
внутренним колесом шестерня.
В станках новых конструкций долбяк отводится от нарезае-
мой шестерни под некоторым углом к линии центров. Такой спо-
соб отвода долбяка позволяет избежать интерференции при наре-
зании зубчатых колес с внутренним зацеплением. При нарезании
178
Рис. 107. Срезание уголков зубьев при
долблении колес с внутренним зацепле-
нием
косозубых колес внутреннего за-
цепления направление угла нак-
лона линии зубьев колеса и дол-
бяка совпадают. Долбяк и заго-
товка вращаются в одном направ-
лении.
4.	НАРЕЗАНИЕ ШЕВРОННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Нарезание зубьев шевронных колес производится на горизон-
тальных зубодолбежных станках двумя спаренными косозубыми
долбяками с правым и левым наклоном зубьев. Долбяк с правым
наклоном зубьев нарезает зубья шевронного колеса 5 с левым на-
правлением, а долбяк с левым наклоном зубьев нарезает зубья
колеса с правым направлением. Оба долбяка 3, 4 и соответству-
ющие им копиры с винтовыми направляющими 2, 1 установлены
на одном шпинделе (рис. 108, а). При нарезании шевронного колеса
долбяк и заготовка совершают те же движения, что и при
нарезании цилиндрического косозубого колеса. Правый и левый
долбяки работают попеременно, каждый из них производит об-
работку до середины колеса, образуя таким образом непрерывный
шевронный зуб. Когда первый долбяк производит нарезание зуба
заготовки, в это время левый долбяк перемещается обратно на
вспомогательном ходу и наоборот.
На рис. 108, б приведена принципиальная схема горизонталь-
ного зубодолбежного станка для нарезания шевронйых колес.
Рис. 108. Нарезание шев-
ронных колес:
а — схема нарезания; б —
принципиальная схема го-
ризонтального зубодолбеж-
ного станка
179
Долбяки 4 и нарезаемое колесо 5 кинематически связаны между
собой. Вращение передается от коробки передач 1 к заготовке 5
через сменные колеса 2 и червячную передачу 3, а к долбякам 4
через червячные передачи 6. Каждый долбяк приводится во вра-
щение от отдельной червячной передачи. Долбяки возвратно-
поступательное движение и дополнительный поворот получают от
копиров.
Современные станки для обработки шевронных колес имеют
широкие технологические возможности. Так, например, на стан-
ках фирмы Sykes можно обрабатывать одновременно за один
установ: два зубчатых колеса, расположенных на одном валу и
имеющих различный модуль; диаметры и угол наклона линии зуба;
два или три блочных прямозубых колеса с разным числом зубьев,
двумя или тремя инструментами; два блочных колеса —одно с косы-
ми, другое с прямыми зубьями, зубчатые колеса внутреннего за-
цепления и т. д. В массовом производстве автомобильной промыш-
ленности горизонтальные станки применяют для обработки муфт
синхронизатора. Комплект из четырех инструментов одновременно
выполняет четыре операции. Следует отметить, что одновременная
обработка нескольких зубчатых венцов на валу за один установ
обеспечивает высокую концентричность их зубьев.
5.	НАРЕЗАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ЗУБЧАТЫМИ РЕЙКАМИ
Нарезание зубчатых колес рейками производится на зубо-
строгальных станках фирмы Maag. Эти станки обладают большой
универсальностью, их применяют для нарезания главным обра-
зом крупномодульных прямозубых и косозубых цилиндрических
колес, шевронных колес, цепных звездочек и т. д. Если устано-
вить дополнительные механизмы, то на тех же станках можно
изготовлять прямозубые и косозубые зубчатые рейки, прямозу-
бые, косозубые и шевронные колеса внутреннего зацепления.
Нарезание зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления
на зубострогальных станках можно производить методом обкаты-
вания зубчатой рейкой, круглым долбяком и специальным рез-
цом, а также методом копирования — профильным резцом. Ос-
новным на этих станках является метод нарезания зубчатой рей-
кой. Круглые долбяки применяют для нарезания зубчатых колес
внутреннего зацепления с прямыми, косозубыми зубьями и шев-
ронных колес.
Процесс зубострогания рейкой основан на зацеплении наре-
заемого колеса с зубчатой рейкой, которая выполняет функции
режущего инструмента. Заготовка, закрепленная на столе, имеет
вращательное и согласованное с вращением поступательное
движение вдоль рейки. Зубчатая рейка, установленная в суппорте,
имеет возвратно-поступательное движение. Резание осуществля-
ется при движении рейки вниз, во время обратного хода рейка
вместе с откидной державкой отводится от заготовки. Эвольвент-
180
Рис. 109. Схема строгания зубчатых колес зубчатой рейкой:
а — движения обкатки и деления заготовки; б — строгание косозубого колеса прямой
рейкой; в — строгание косозубого колеса косозубой рейкой
ная форма зубьев колеса получается в результате обкатывания
нарезаемого колеса вдоль зубьев рейки, которые имеют прямые
режущие кромки. Так как число зубьев инструмента, как правило,
меньше числа зубьев нарезаемого колеса, то обкатывание по ак-
тивной длине рейки приходится осуществлять многократно.
Движение инструмента и отвод его повторяются до тех пор, пока
не будут обработаны все зубья колеса (рис. 109, а).
В принципе одной и той же прямозубой рейкой 1 можно наре-
зать зубчатые колеса с прямыми, косыми 2 (рис. 109, б) и шев-
ронными зубьями. Зубья шевронных колес с узкой канавкой, ко-
созубые колеса 2 с небольшим пространством для выхода инстру-
мента и большим углом наклона зубьев нарезают косозубыми
рейками 3, в этом случае длина хода рейки L сокращается
(рис. 109, в).
Фирма Maag провела сравнение по производительности мето-
дов нарезания зубьев цилиндрических колес червячными фрезами
и зубчатыми рейками.
В результате проведенной работы было выяснено, что при
фрезеровании червячными фрезами зубчатых колес малого модуля
производительность выше, чем при зубострогании зубчатыми рей-
ками. В отличие от широко распространенного мнения, при обра-
ботке зубчатых колес с модулем свыше 12—16 мм из металла обыч-
181
ной твердости, а также при обработке колес с модулями свыше
3—7 мм из улучшенной стали процесс зубострогания зубчатой
рейкой становится более эффективным, особенно при повышенных
требованиях к точности изготовления зубчатых колес.
При экономической оценке методов зубонарезания необходимо
учитывать еще то, что стоимость зубчатых реек, особенно для
крупных модулей, значительно дешевле стоимости червячных
фрез. Зубчатые рейки проще в изготовлении и заточке, чем чер-
вячные фрезы.
Точность обработки зубчатыми рейками высокая, соответствует?
3—5 степени точности по ГОСТ 1643—81.
6.	НАРЕЗАНИЕ ВСЕХ ЗУБЬЕВ ОДНОВРЕМЕННО
Резцовой головкой
Этот высокопроизводительный метод, предназначенный для
массового производства, осуществляется на специальных зубо-
долбежных станках для обработки прямозубых цилиндрических
колес внешнего и внутреннего зацепления, зубчатых муфт и ко-
пиров сложных форм методом копирования. Затылованные резцы
в головке расположены радиально. Число резцов равно числу
зубьев нарезаемого колеса. Профиль режущей кромки резцов
соответствует форме впадины зуба колеса.
При обработке резцовая головка остается неподвижной, а
зажимное приспособление с нарезаемым колесом совершает воз-
вратно-поступательное движение в вертикальной плоскости вну-
три головки. Нарезание зубьев производится за несколько ра-
бочих ходов. После каждого рабочего хода наружный конус от
копира подводит резцы к центру до достижения полной глубины
зубьев. Внутренний конус после каждого рабочего хода отводит
резцы назад для обеспечения зазора. Время обработки зубчатого
венца муфты автомобиля (z = 24, т = 5 мм, b — 11 мм) состав-
ляет 21 с.
7.	ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
При разработке новых зубодолбежных станков основное вни-
мание уделяется повышению производительности и точности
обработки. Новые станки имеют вертикальную компоновку про-
ходного типа, повышенную жесткость и мощность двигателя,
большую массу, обильное охлаждение и частоту движения ин-
струмента в пределах 1500—2500 дв. ход/мин; они удобны для ав-
томатизации. Стол имеет только вращательное движение, инстру-
мент возвратно-поступательное, а также движение отвода при
обратном ходе. Предусмотрено многопроходное зубодолбление.
В ответственных узлах предусмотрены гидростатические напра-
вляющие и подшипники. Чтобы исключить ослабление толщины
последнего зуба в зоне останова станка, предусмотрен электрон-
ный счетчик импульсов.
182
30. Основные технические характеристики зубодолбежных станков
Параметр	Модель станка							
	5121	5В12, 5М12	5122	5131	514П	5М14	5В150, 5В150П	5В161, 5В161П
Наибольший диаметр нарезаемого колеса, мм	200	208	250	320	500	500	800	1250
Наибольший модуль, мм	4,5	4	6	5	8	6	12	12
Наибольшая частота движения инструмен- та, дв. ход/мин	700	600	600	1000	450	400	188	188
Мощность главного	2,3	1,7	2,3	4,7	3,7	2,8	4,8	7,0
электродвигателя, кВт Габариты станка, мм:	2,9		2,9				5,0	7,5
длина	1600	1320	1460	—	1750	1760	3 100	3 100
ширина	1000	940	950	—	1250	1270	1 800	1 800
высота	2100	1820	2100	-—•	2350	2060	3 500	3 500
Масса станка, кг	3000	1850	3850	8800	4200	3400	10 200	10 400
Класс точности станка	П	Н	П	П	П	Н	Н и П	Н и П
При выборе нового зубодолбежного станка необходимо пре-
дусмотреть резерв в модуле, мощности двигателя, внешнем диа-
метре по отношению к размерам нарезаемого колеса.
Горизонтальные зубодолбежные станки 5171 и 5173, работаю-
щие двумя долбяками, предназначены для обработки шевронных
колес. На станке 5171 можно нарезать зубчатые колеса диаметром
до 800 мм и модулем до 10 мм, на станке 5173 — колеса диаметром
до 3200 мм и модулем до 24 мм. Основные технические характери-
стики зубодолбежных станков приведены в табл. 30.
8.	НАЛАДКА ЗУБОДОЛБЕЖНОГО СТАНКА
В наладку зубодолбежного станка, работающего круглыми
долбяками, входят: выбор и установка долбяка, установка зажим-
ного приспособления, заготовки и длины хода долбяка, настройка
гитар деления, скорости, радиальной и круговой подачи, выбор
режимов резания и т. д.
Выбор долбяка зависит от геометрических параметров и формы
нарезаемого колеса. Модуль, угол профиля и угол наклона линии
зуба долбяка и нарезаемого колеса должны быть равны. Направ-
ления линий зуба колеса и долбяка противоположные при обра-
ботке колес внешнего зацепления и одинаковые при обработке
колес внутреннего зацепления. Число зубьев долбяка желательно
выбирать некратным числу зубьев нарезаемого колеса. Параметры
косозубого долбяка необходимо согласовывать с имеющимися
183
Рис. 110. Методы крепления долбяка на шпинделе инструмента
на станке направляющими копира. Под шевингование и шлифо-
вание долбяк должен иметь утолщение и фланк. Для повышения
точности и стойкости инструмента, при обработке открытых вен-
цов внешнего зацепления диаметр долбяка выбирают максимально
возможным.
Установка и крепление долбяка. На шпинделе зубодолбежного
станка долбяк закрепляется консольно, без нижней опоры. Чтобы
избежать прогиба при резании система долбяк — шпиндель дол-
жны иметь достаточную жесткость и высокую точность установки.
Для повышения жесткости в новых станках внешней диаметр
шпинделя инструмента увеличен. В конусное отверстие шпинделя
устанавливается переходная вставка, ее размеры и форма опреде-
ляются типом и размерами долбяка. На рис. ПО представлены
способы крепления долбяков на шпинделе инструмента. На рис.
рис. НО, а, б показано крепление долбяков с хвостовиками, креп-
ление дисковых долбяков с диаметром 150, 125, 100 и 75 мм по-
казано на рис. 110, в, г, д, е.
Перед установкой долбяка на шпиндель необходимо тщательно
протереть посадочные и опорные места инструмента, шпинделя,
промежуточных подкладок и резьбовой гайки. Радиальное биение
контрольного пояска не должно превышать 0,01—0,015 мм. При
отсутствии контрольного пояска 1 (см. рис. 80) на долбяке произ-
водят проверку биения опорной и посадочной поверхности на
шпинделе под долбяк. Это биение должно находиться в пределах
0,005—0,01 мм.
184
Установка длины хода долбяка. Длина хода долбяка L, за-
висящая от ширины зубчатого венца, определяется по формуле
L = b + I,
где b — ширина зубчатого венца, мм; I — перебег долбяка выше
и ниже торца колеса (рис. 104, а). При обработке открытых
венцов длина хода долбяка на входе и выходе практически равна
и составляет около 1/7Ь, но не менее 5 мм.
Ширину канавки I для выхода долбяка у закрытых зубчатых
венцов (рис. 104, е) необходимо учитывать еще и при проектиро-
вании зубчатого колеса, ее ширина должна быть достаточной
для выхода долбяка и стружки. У косозубых колес канавка для
выхода долбяка должна быть значительно шире, так чтобы ниж-
няя режущая кромка зуба долбяка имела зазор с торцом заго-
товки. Чтобы исключить удар долбяка о торец заготовки при об-
работке закрытых венцов, необходимо точно устанавливать выход
долбяка.
Установка зажимного приспособления и заготовки. Точность
установки зажимного приспособления, точность изготовления за-
готовки, так же как и точность установки долбяка, оказывают
существенное влияние на точность изготовления зубчатого колеса.
Деталь, как и долбяк, устанавливают в приспособление консольно,
без верхней опоры, поэтому приспособление должно быть точно
установлено и иметь достаточную жесткость, чтобы уменьшить
прогиб в процессе резания. Радиальное биение посадочной ци-
линдрической поверхности и торцовое биение опорной поверхно-
сти приспособления должно находиться в пределах 0,005—0,015 мм.
При нарезании колес внутреннего зацепления и шлицев с боль-
шим отношением длины к диаметру долбяки с хвостовиками, име-
ющие небольшое сечение также подвержены прогибу. При зна-
чительном прогибе снижается точность обработки и стойкость
инструмента. В этих случаях необходимо уменьшать режимы ре-
зания и увеличивать задний угол на боковых сторонах зуба дол-
бяка до 3°30'.
Число рабочих ходов устанавливают в зависимости от модуля,
материала заготовки и требуемого качества. Применяют один, два
и более рабочих ходов от специального кулачка. При однопроход-
ном кулачке деталь после врезания совершает один оборот, при
двухпроходном — два и т. д. В зубодолбежных станках новых
конструкций число рабочих ходов устанавливается не от кулач-
ков, а микрометрическим винтом. Новые станки допускают изме-
нение круговой подачи, частоты движения долбяка и направление
вращения долбяка между рабочими ходами. При многопроход-
ной обработке полная глубина зуба делится на число рабочих
ходов. Глубина резания постепенно уменьшается, при последнем
рабочем ходе она равна примерно 0,25 мм. Нарезание зубчатых
колес с модулем 2—3 мм ведется в один черновой и один чистовой
рабочие хода, с модулем 3—6 мм — за два черновых и один
185
31. Круговые подачи и скорости резания при зубодолблении
Материал	Предел прочности при рас- тяжении 0в-1О-\ Па	Твер- дость НВ	Модуль, мм				Скорость резания о, м/мии
			, с 1.5 — ДО С5 2,5	2,5— 4	4—6	6—8	
			Круговая по/	;ача, N	м/дв.	СОД	
Сталь 15, 20	4,41—4,90	127—141	0,30 0,40	0,40	0,50	0,50	30—40
Сталь 35, 45	5,88—7,06	169—203	0,20 0,25	0,30	0,35	0,40	30—35
18ХГТ, 25ХГТ	6,18—6,96	177—200	0,20 0,25	0,30	0,35	0,40	30—35
12Х2Н4А	5,88—7,35	170—210	0,20 0,20	0,25	0,30	0,35	28—32
ЗОХГТ	5,39—7,35	155—210	0,20 0,20	0,25	0,30	0,35	28—32
зохм	6,37—6,86	183—197	0,20 0,25	0,30	0,35	0,40	30—35
40ХНМ	6,37—7,35	183—210	0,18 0,20	0,25	0,25	0,30	25—30
Чугун	2,45—4,41	65—127	0,15 0,20	0,25	0,30	0,35	20—30
Бронза	1,96—2,45	—	0,20 0,25	0,30	0,35	0,40	50—60
Пластмасса	—	—	0,20 0,20	0,25	0,25	0,30	50—60
чистовой рабочие хода, с модулем 6—12 мм — за три черновых
и два чистовых рабочих хода.
Режимы резания выбираются в зависимости от модуля, требу-
емого качества поверхности и точности, свойств материала за-
готовки и инструмента, крепления заготовки и инструмента,
конструкции инструмента и т. д.
Средние значения круговых подач и скорости резания при-
ведены в табл. 31. Оптимальные значения этих величин уточняют
опытным путем.
Изнашивание долбяка в значительной степени зависит от ско-
рости резания — с увеличением скорости изнашивание увеличи-
вается. Малая подача улучшает качество поверхности и точность,
но увеличивает время обработки. При малом числе зубьев долбяка
и нарезаемого колеса предпочтительнее выбирать малые подачи.
Максимальная vmax и средняя уср скорости определяются по
формулам
__ nLn .	__ 2Ln
fmax — 1000 • Уср — 1000 •
При обработке косозубых колес скорость резания увеличи-
вается в зависимости от угла наклона линии зуба р:
nLn	cos В  1000
Утах	Ю00 COS [Г	nL ’
где L — длина хода долбяка, мм; п — частота вращения дол-
бяка, дв. ход/мин.
При выбранной круговой и радиальной подачах, а также
частоте вращения долбяка подбирают сменные колеса на
станке.
186
Радиальные подачи при зубодолблении следующие:
Твердость НВ .......... 135—185	185—230	230—290
Радиальная подача,
мм/дв. ход............. 0,06—0,03 0,05—0,02 0,04—0,015
Указанные в табл. 31 круговые подачи и скорости резания пред-
назначены для однопроходной обработки, при двухпроходном
зубодолблении их используют для первого рабочего хода, при
втором — чистовом рабочем ходе подачи могут быть уменьшены
или увеличены в зависимости от требуемого качества. Скорость
резания при втором рабочем ходе увеличивается примерно на 50 %.
Для повышения стойкости при втором рабочем ходе целесообразно
автоматически менять направление вращения долбяка.
Долбяк перемещается от эксцентриситета с переменной ско-
ростью в течение полного рабочего хода. Движение начинается
с нулевой скорости, максимальное значение скорости достигается
около середины хода, затем скорость снижается и в конце хода
равна нулю. Частота движения долбяка определяется из макси-
мального значения скорости. Возвратно-поступательное движение
долбяка не линейное.
Для повышения стойкости инструмента и качества черновое
зубодолбление рекомендуется производить на малой скорости ре-
зания и большой круговой подаче, а чистовую обработку осуществ-
лять на высокой скорости резания и малой подаче, причем наи-
более эффективным является способ обработки за несколько рабо-
чих ходов.
ГЛАВА VIII
ШЕВИНГОВАНИЕ И ХОЛОДНАЯ ПРИКАТКА
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Чистовая обработка зубьев цилиндрических колес произво-
дится четырьмя основными методами: зубошевингованием и хо-
лодной прикаткой для незакаленных зубчатых колес, зубохонин-
гованием и зубошлифованием для закаленных.
Шевингование дисковым шевером является простым и эффек-
тивным методом, который получил широкое применение для чи-
стовой обработки незакаленных (до твердости HRC 30) прямозу-
бых и косозубых цилиндрических колес с внешним и внутренним
зацеплением после зубофрезерования или зубодолблении. Шевин-
гование применяют в целях улучшения качества поверхности
зубьев и повышения точности зубчатого зацепления путем исправ-
ления погрешности шага, направления зуба, профиля, уменьше-
ния радиального биения и т. д.
При шевинговании одни параметры (погрешности профиля)
исправляются больше, другие (погрешности направления зуба,
радиальное биение, колебание длины общей нормали) меньше.
187
Посредством шевингования можно повысить точность на одну-
две степени. Точность шевингованных колес находится в преде-
лах 6—8-й степени по ГОСТ 1643—81, шероховатость поверх-
ности Ra = 0,82-j-2,5 мкм. Точность зубчатых колес при шевин-
говании зависит от точности после зубофрезерования или зубо-
долбления и коэффициента перекрытия.
При шевинговании можно производить продольную и профиль-
ную модификацию зуба. Путем образования бочкообразной формы
зуба исключается опасность концентрации нагрузки на концах
зубьев. Модификация эвольвентного профиля зубьев позволяет
уменьшить уровень шума и повысить срок службы зубчатой пере-
дачи. Модификацию формы зуба производят также для компенса-
ции деформации в процессе термической обработки.
1.	ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ПРИ ШЕВИНГОВАНИИ
В этом процессе режущим инструментом является дисковый
шевер, имеющий вид косозубого или прямозубого колеса. Оси
шевера 1 и обрабатываемого колеса 3 пересекаются, образуя вин-
товую передачу, которая имеет движение обката по высоте зуба
(эвольвенте) и винтовое движение (скольжение) по направлению
длины зуба. Профили зубьев шевера имеют ряд мелких зубчиков 2
(рис. 111, а), расположенных параллельно торцу, грани зубчи-
ков образуют режущие кромки. В процессе шевингования шевер
и обрабатываемое колесо вращаются в беззазорном зацеплении,
в результате давления между инструментом и деталью и относи-
тельного скольжения, возникающего при пересечении осей кромки
каждого зубчика шевера, при перемещении по поверхности зуба
колеса внедряются в нее и снимают тонкую стружку 4 в виде
волоска (рис. 111, б). Чем меньше давление между шевером и
обрабатываемым колесом, тем тоньше стружка.
Обрабатываемое колесо за-
крепляется свободно, вращение
ему передается от шевера, ки-
нематическая связь между ин-
струментом и деталью отсут-
ствует. В большинстве методов
во время цикла шевингования
обрабатываемое колесо кроме
вращения имеет возвратно-по-
ступательное движение и в кон-
це каждого рабочего хода пере-
мещается радиально на шевер.
Рис. 111. Шевингование зубчатых ко-
лес дисковым шевером:
а — схема шевингования; б — схема по-
следовательного снятия стружки с поверх-
ности зуба колеса; в — следы резцов
зубчиков шевера
188
2.	МЕТОДЫ ШЕВИНГОВАНИЯ
Применяют четыре основных метода шевингования: параллель-
ное, диагональное, тангенциальное и врезное, которые отли-
чаются между собой направлением подачи, временем обработки
и конструкцией шевера. Каждый из методов выбирается с учетом
конкретных условий.
Параллельное шевингование. При параллельном шевингова-
нии обрабатываемое колесо 1 совершает возвратно-поступатель-
ное движение 3 параллельно своей оси (рис. 112, а) и в конце
каждого хода перемещается радиально на шевер 2. Последние не-
сколько возвратно-поступательных ходов совершаются без ра-
диальной подачи калибрующие ходы. Ширина зубчатого венца
колеса и ширина шевера не зависят друг от друга, поэтому этим
методом можно шевинговать колеса практически с любой шири-
ной зубчатого венца. Производительность станка и период стой-
кости шевера ниже, чем при других методах шевингования. Это
объясняется большой длиной хода стола, превышающей ширину
зубчатого венца. Точка скрещивания осей находится постоянно
в среднем сечении шевера, поэтому в этой зоне он изнашивается
значительно быстрее, чем на краях.
Параллельное шевингование обычно применяют при ширине
зубчатого венца свыше 50 мм, а также в мелкосерийном производ-
стве.
Диагональное шевингование. При диагональном шевинговании
обрабатываемое колесо 1 совершает возвратно-поступательное
движение 3 под диагональным углом е к оси заготовки
(рис. 112, б). Ширина зубчатого венца колеса Ь, ширина шевера В,
угол скрещивания осей у и угол диагонали е связаны между собой
следующим соотношением:
,	В sin у
® е ~ 6 — В cos у *
Теоретически угол диагонали изменяется от 0 до 90°, практически
его величина находится в пределах 30—60°, а при угле примерно
40° создаются оптимальные условия для резания и качества обра>
Рис. 112. Схема шевингования:
а — параллельное; б — диагональное; е — тангенциальное; г врезное
189
батываемой поверхности. При угле диагонали до 60° можно исполь-
зовать стандартные шеверы, при угле диагонали свыше 60° —
специальные шеверы со смещенными зубчиками.
Преимущество диагонального шевингования, по сравнению
с параллельным, состоит в том, что при перемещении заготовки
под диагональным углом длина хода стола становится короче,
меньше, чем ширина зубчатого венца колеса. При сокращении
длины хода стола производительность повышается до 50 %.
Длину хода стола L (мм) определяют по формуле
.	b sin у	, ,, о.
L —	—гт + (1 — 2)т„ .
sin (в 4- у) '	'
Увеличение расчетной длины хода стола необходимо для вреза-
ния и выхода шевера.
Другим преимуществом диагонального шевингования является
то, что точка скрещивания осей в процессе резания проходит по
всей ширине шевера, этим достигается равномерный его износ,
а следовательно, более высокая стойкость шевера. Так как ши-
рина шевера зависит от ширины зубчатого венца колеса, диаго-
нальное шевингование экономически выгодно применять для ко-
лес с шириной венца не более 50 мм. С увеличением угла диаго-
нали и ширины шевера время обработки сокращается. Диагональ-
ное шевингование широко применяют в крупносерийном и массо-
вом производстве.
Тангенциальное шевингование. При тангенциальном шевин-
говании продольная подача отсутствует, а имеется лишь подача
на глубину перпендикулярно оси обрабатываемого колеса /,
диагональный угол равен 90° (рис. 112, в). Шевер 2 должен быть
шире, чем зубчатый венец, а режущие зубчики смещены относи-
тельно друг друга и расположены по винтовой линии, что заменяет
продольную подачу при снятии стружки. При небольшом припуске
тангенциальное шевингование выполняется на постоянном меж-
осевом расстоянии за один двойной ход, возможна работа и за
несколько ходов стола с радиальной подачей. Длину хода стола L
(мм) определяют по формуле
L = b tg у.
Наибольший путь стола составляет ±Ю мм от среднего поло-
жения, но не менее 6 мм, иначе могут оставаться отпечатки режу-
щих зубчиков на профилях зубьев колеса. Ограничение пути в обо-
их направлениях необходимо для того, чтобы шевер всегда нахо-
дился в зацеплении с заготовкой.
Этот метод шевингования более производителен, чем пере-
численные выше, но шероховатость поверхности несколько хуже.
Метод применяют для шевингования узких венцов и блочных ко-
лес с закрытыми венцами.
Врезное шевингование. При врезном шевинговании подача
вдоль оси заготовки 1 отсутствует, шевер 2 имеет одно движение
190
радиально к заготовке (рис. 112, г). Этот высокопроизводительный
метод шевингования осуществляется на специальных станках и
предназначен для обработки колес с шириной зубчатого венца
не более 40 мм и модулем до 5 мм в массовом производстве. Его
производительность в 2—4 раза выше, чем при диагональном
шевинговании.
Ширина шевера больше ширины зубчатого венца, в продоль-
ном направлении зубья шевера имеют вогнутую форму, режущие
зубчики расположены по винтовой линии, вся поверхность зуба
колеса обрабатывается одновременно.
Шевингование с черновой и чистовой подачами. При этом
методе первые несколько рабочих ходов совершаются при подаче
в 1,5—2 раза больше (черновая подача), чем на последних рабочих
ходах (чистовая подача). Число рабочих ходов с черновой и чисто-
вой подачами выбирают в зависимости от требуемого качества,
но не менее двух рабочих чистовых ходов. При черновой подаче
частота вращения шевера меньше, чем при чистовой, а величина
вертикальной подачи наибольшее значение имеет на первом ходе,
затем постепенно уменьшается, последние хода обычно выполняют
без подачи.
При шевинговании с двумя подачами время обработки сокра-
щается до 25 %, в зависимости от выбора числа черновых и чисто-
вых рабочих ходов. Стойкость шевера, выраженная числом об-
работанных деталей, повышается приблизительно на 25 % благо-
даря лучшим условиям резания. Глубина резания при черновой
подаче больше — изнашивание меньше, время обработки короче,
следовательно, каждая режущая кромка выполняет меньшее число
рабочих ходов.
Этот метод целесообразно применять как в массовом, так
и мелкосерийном производстве. Особенно эффективен он при об-
работке фрезерованных колес с большими подачами двухпроход-
ным методом.
3.	ШЕВИНГОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ВНУТРЕННЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ
Колеса с внутренним зацеплением шевингуют на специальных
станках или на станках для колес с внешним зацеплением, у ко-
торых вместо обычной шевинговальной головки устанавливают
головку для внутреннего шевингования и применяют приспособ-
ление для зажима колеса с внутренним зацеплением. В результате
скрещивания осей шевера и колеса при внутреннем шевинговании
зубья шевера зацепляются несколько глужбе на концах зубьев
колеса, чем в середине. Чтобы избежать интерференции с зубьями
обрабатываемого колеса, зубья шевера делают бочкообразной
формы, угол скрещивания выбирают небольшим, около 3°.
Колеса с шириной зубчатого венца свыше 20 мм обрабатывают
методом параллельного шевингования, бочкообразная форма зуба
достигается качанием стола с деталью, аналогично шевингованию
колес внешнего зацепления. Для колес, имеющих ширину зуб-
191
чатого венца менее 20 мм или ступицу, которая ограничивает воз-
вратно-поступательное движение, применяют врезное шевинго-
вание. Шевер шире, чем заготовка. Режущие зубчики на зубьях
шевера выполняют по винтовой линии. Бочкообразная форма зуба
колеса достигается шевером, зубья которого в продольном направ-
лении имеют вогнутость.
4.	ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
Новые зубошевинговальные станки имеют повышенную жест-
кость, массу и точность. Жесткий корпус станины, отлитый из
чугуна заодно с основанием, имеет внутренние ребра жесткости
для восприятия динамических и статических сил, возникающих
при шевинговании.
При выборе нового станка необходимо предусмотреть резерв
в модуле, диаметре шевера и диаметре детали по отношению к раз-
мерам обрабатываемого колеса. Технические характеристики ше-
винговальных станков приведены в табл. 32.
32. Основные технические характеристики шевинговальных станков
Параметр	Станки					
	горизонтального типа			вертикального типа		
	5702	5706	5708	5А703	5717С	5717
Наибольший диаметр обра- батываемого колеса, мм	320	1 250	3 200	500	800	1250
Наибольший модуль, мм Наибольшая ширина зубча- того венца, мм Наибольший диаметр шеве- ра, мм: Мощность главного электро- двигателя, кВт Габаритные размеры станка, мм:	6	16	16	8	10,5	10,5
	100	240	240	150	200	200
	280	350	350	280	280	280
	3	13,5	14	4	5,5	5,5
длина	1675	8 400	8 400	2250	2770	3080
ширина	1240	3 500	7 100	1165	2650	2690
высота	2160	2 200	2 410	2000	1900	2080
Масса станка, кг	4700	30 500	55 000	4500	7000	7800
5. НАЛАДКА ШЕВИНГОВАЛЬНОГО СТАНКА
Шевингование является чистовой операцией, которая предназ-
начена для улучшения качества зубчатых колес после зубофрезе-
рования или зубодолбления. Качество изготовления зубчатых
колес в значительной степени зависит от наладки шевинговаль-
ного станка. Наладка должна производиться с особой аккурат-
ностью и квалифицированно. Оператор шевинговального станка
должен систематически контролировать размер, точность и шеро-
192
Рис. ИЗ. Методы контроля шевинговального станка:
а *** биение центров бабок; б параллельность центров направляющим стола; в —
осевая установка шевера; г *** радиальное и торцовое биение шпинделя шевера; д
биение торца шевера
ховатость поверхности на зубьях колеса после шевингования,
следить за состоянием шевера, режущих зубчиков и попаданием
стружки в канавки. Кроме того, необходимо тщательно контроли-
ровать размер шага, профиля, направления зуба и других пара-
метров колеса перед шевингованием. Недостаточный контроль
предшествующих операций снижает точность и вызывает чрезмер-
ную нагрузку на шевер, в результате чего шевер быстро изнаши-
вается и появляются повреждения.
Установка зажимного приспособления. Размеры установочных
поверхностей зажимного приспособления или оправки выдержи-
вают в пределах 0,005 мм. Радиальное биение установочной
поверхности и торцовое биение опорной поверхности зажимного
приспособления должно находиться в пределах 0,005—0,010 мм
Если зубчатое колесо обрабатывается в центрах, то центры пра
вой и левой бабок шевинговального станка должны иметь биение
не более 0,005 мм (рис. 113, а). Отклонение от параллельности вы
соты центров направляющим стола на длине 100 мм оправки 1
должно быть не более 0,003 мм (рис. ИЗ, б). Осевой зазор в под-
шипниках центров не более 0,003 мм. Биение центров можно про-
1/а 7 Калашников С. Н	193
верить как по оправке /, так и непосредственно по конусной по-
верхности центров.
Установка обрабатываемого колеса. Зубчатое колесо должно
шевинговаться от тех же баз, которые применялись при зубофре-
зеровании или зубодолблении. Для колес-дисков базовое отвер-
стие должно быть точным, опорные торцы параллельны между
собой и перпендикулярны оси отверстия. Невыполнение первого
условия вызывает повышенное радиальное биение, а двух после-
дующих — погрешности в направлении зуба. Колесо со шлице-
вым отверстием обычно устанавливают от тех же поверхностей,
которые используют при сборке — наружный или внутренний
диаметр или боковые поверхности шлиц.
При шевинговании колес-валов от центровых отверстий необ-
ходимо точно выдерживать угол центровых фасок и предохранять
их поверхности от забоин и заусенцев, которые вызывают повы-
шенное радиальное биение. Более высокая точность достигается
при шевинговании от собственных центровых отверстий. Базиро-
вание по отверстию колес-дисков должно осуществляться на точ-
ных закаленных оправках с минимальным зазором по скользя-
щей посадке. Беззазорное центрирование заготовки на разжим-
ных оправках обеспечивает более высокую точность. При исполь-
зовании оправок с ручным зажимом следует применять две оди-
наковые оправки вместо одной, время на смену детали сокра-
щается примерно на 50 %.
Выбор и установка шевера. При нормальных требованиях
к профилю зуба (например, для ремонтных работ) одним шевером
можно шевинговать зубчатые колеса с различными числами зу-
бьев, если их модуль и угол профиля одинаковые. При повышен-
ных требованиях к уровню шума (зубчатые колеса автомобилей)
или для учета деформации после термообработки целесообразно
применять отдельный шевер для обработки каждого колеса или
небольшой группы колес.
Плоскость, проведенная через ось поворота шпиндельной го-
ловки, должна проходить через середину ширины шевера. При ус-
танове нового шевера шириной 25 мм середина шевера на боль-
шинстве моделей станков находится на расстоянии 25,4 мм от
торца шпинделя шевера (рис. 113, в). Ширина промежуточных ко-
лец 2 и 4 шевера 3 должна составлять не менее чем 50,5 мм и не
более чем 53,5 мм.
Шевер Должен храниться и транспортироваться в специаль-
ной таре, в виде деревянных ящиков. С шевером следует обра-
щаться аккуратно и избегать ударов о твердые предметы, чтобы
не повредить зубья. Перед установкой шевера на шпиндель станка
необходимо тщательно очистить шпиндель, торцы шевера и про-
межуточные кольца. Если шевер был в работе, то проверить, нет ли
застрявшей стружки в канавках зубчиков. После очистки прове-
ряют биение шпинделя шевера. Радиальное биение посадочного
диаметра и опорного торца шпинделя 6 станка с контрподдерж-
194
кой 5 и без нее (рис. 113, г) не должен превышать 0,005 мм. Осе-
вой зазор шпинделя без контр поддержки не более 0,01 мм. Шевер
на шпиндель станка устанавливается по скользящей посадке.
Если при установке будет отмечена тугая посадка, то необходимо
проверить шпонку или внешний диаметр шпинделя, нет ли за-
боин и заусенцев, Устанавливать шевер на шпиндель станка уда-
ром молотка категорически запрещается. После установки и за-
крепления шевера 5 на шпиндель станка (рис. 113, д) необходимо
проверить точность его установки по торцу. Биение торца шевера
диаметром до 300 мм не более 0,02 мм, диаметром 240 мм —
0,015 мм и диаметром 180 мм — 0,01 мм. Прежде чем начать ше-
вером работать, необходимо некоторое время вращать его на вспо-
могательном ходу и хорошо смочить охлаждающей жидкостью,
чтобы предотвратить от возможного задира.
Установка угла скрещивания осей шевера и колеса. Метол
шевингования, как известно, основан на продольном скольжении
профилей зубьев в результате скрещивания осей. С увеличением
угла скрещивания осей съем стружки увеличивается, но умень-
шается зона контакта между зубьями шевера и колеса, а следова-
тельно, и направляющее действие зуба шевера во впадине колеса,
в результате чего снижается точность обработки и стойкость
шевера. При уменьшении угла скрещивания зона контакта и на-
правляющее действие увеличиваются. При нулевом угле скрещи-
вания резание практически не происходит. Угол скрещивания
осей у определяется как сумма при одинаковом направлении ли-
нии зуба колеса |3 и линии зуба шевера |3Ш > У — Р + Р1П и как
разность при разноименном направлении: V Р — Рш. При ше
винговании прямозубых колес угол скрещивания равен углу
наклона линии зуба шевера.
Для обработки обычных сталей угол скрещивания применяют
в пределах у = 10-?-15°, внутренних венцов и блочных колес
у = Зн- 10е, чугуна, цветных металлов и пластмассы у — 20°.
Вследствие ухудшения условий резания следует избегать приме-
нения малых углов скрещивания.
После установки угла скрещивания осей шевингуют деталь
на небольшую глубину без движения стола и проверяют контакт.
Следы резов всех режущих зубчиков на длине L должны быть оди-
наково заметны на профиле зубьев (см. рис. 111, в). Если отпе-
чатки резов неодинаковые, необходимо соответственно исправить
угол скрещивания осей до получения всех отпечатков зубьев.
Затем деталь шевингуют и производят измерение направления ли-
нии зуба на приборе или проверяют по пятну контакта с измери-
тельным колесом. По результатам измерения производят подналад-
ку станка. Грубая регулировка угла скрещивания производится
поворотом шпиндельной головки по лимбу с помощью лупы, точ-
ная — индикатором.
Выбор режимов резания. Окружная скорость шевера выби-
рается в зависимости от стойкости инструмента, обрабатываемого
195
материала, его твердости, шероховатости поверхности, размера и
массы колеса. Обычно хорошие результаты достигаются при ок-
ружной скорости на делительном диаметре v0 си. 120 м/мин. С уве-
личением скорости стойкость шевера уменьшается. Частота вра-
щения шевера пш (об/мин) определяется по формуле
1000г,'(1
«... = --— >
ш гштп
где гш — число зубьев шевера.
Частота вращения п обрабатываемого колеса определяется по
формуле
« = «ш -у .
где z — число зубьев обрабатываемого колеса.
Продольная подача выбирается в пределах snp — 0,15ч-
ч-0,5 мм/об колеса.
Хорошие результаты получают при snp = 0,25 мм/об колеса.
Минутная подача sM (мм/мин) определяется по формуле sM ~
= $ирп или, заменяя $пР = 0,25 мм/об, получим
sM = 0,25лшХ
С увеличением продольной подачи увеличивается производи-
тельность, но ухудшается шероховатость поверхности и точность.
Когда шероховатость поверхности имеет большое значение, на-
пример, для колес авиационных и судовых двигателей и легковых
автомобилей, подача уменьшается, для тракторных колес — подача
увеличивается. Если диаметр обрабатываемого колеса значи-
тельно меньше диаметра шевера, то рекомендуется окружную
скорость шевера уменьшить, а продольную подачу увеличивать,
и, наоборот, когда шевер меньше колеса, то окружную скорость
шевера следует увеличивать, а продольную подачу уменьшать.
Рекомендуемые припуски под шевингование по толщине зуба
следующие:
Модуль, мм..1	2	3	4 В 6	7	8
Припуск, мм 0,б5	0,06 0,07	0,08	0,09	0,10 0,11	0,12
Чрезмерный припуск на шевингование снижает точность,
стойкость инструмента и увеличивает время шевингования.
Число ходов стола зависит от величины снимаемого припуска,
определяемого качеством предварительно обработанных колес
и требуемой точности. Практически суммарное число ходов стола
колеблется в пределах 6—10, из них 2—4 калибрующих хода без
радиальной подачи, для улучшения качества. Величина радиаль-
ной подачи составляет 0,02—0,06 мм, причем на чистовую обра-
ботку предусматривают небольшие подачи, а на черновую — боль-
шие. Слишком большое число ходов ухудшает условия резания и
может уменьшить стойкость инструмента.
196
Рис. 114. Схема образования бочкообразной формы зуба:
а поворотный стол станка; б — бочкообразный зуб колеса; в — зуб шевера с про-
дольной вогнутостью
Получение бочкообразной формы зуба. При параллельном
и диагональном шевинговании с углом диагонали до 60° бочко-
образная форма зуба выполняется на шевинговальном станке по-
средством качания стола вокруг оси 1 (рис. 114, а) во время воз-
вратно-поступательного хода. Сухарь 2, перемещаясь по направ-
ляющему пазу 3 копира, вызывает качание стола с обрабатывае-
мым колесом, благодаря чему шевер у торцов зубьев опускается
глубже, чем в середине венца, постепенно уменьшая толщину зуба
от середины к торцам. Бочкообразность регулируется наклоном
паза 3 копира.
При диагональном с углом диагонали от 60 до 90°, танген-
циальном и врезном шевинговании бочкообразная форма зуба
(рис. 114, б) выполняется шевером, у которого зубья в продоль-
ном направлении имеют вогнутость (рис. 114, в). Величина бочко-
образности зависит от условий работы передачи и обычно состав-
ляет на сторону 0,0075—0,015 мм на 25 мм длины зуба. У прямо-
зубых колес бочкообразность выполняют обычно на одном колесе
из пары, чаще всего на колесе, которое больше деформируется
при термообработке. У косозубых колес и колее со сравнительно
широкими венцами бочкообразную форму делают на обоих сопря-
женных колесах с величиной, равной половине вышеуказанной.
Следует иметь в виду, что чрезмерная бочкообразность на зубьях
так же вредна, как и ее отсутствие. При большой выпуклости на-
грузка будет концентрироваться на малой площади в центре зуба
и может явиться причиной усталостного разрушения зубьев.
Инструмент для нарезания зубьев под шевингование. Наре-
зание зубьев под шевингование в большинстве случаев произво-
дят червячными фрезами или долбяками с модифицированной
формой зубьев. Утолщение (усик) 3 (рис. 115) на головке зуба ин-
струмента служит для подрезки профиля в ножке зуба обрабаты-
ваемого колеса 4 с тем, чтобы вершина зуба шевера свободно
7 Калашников С. Н.
197
Рис. 115. Форма зуба колеса и червячной фрезы
повертывалась во впадине зуба. Чтобы
не уменьшить прочность зубьев, вели-
чина подрезки зуба колеса червячной
фрезой или долбяком с утолщением
должна быть на 0,015—0,025 мм боль-
ше, чем припуск на сторону зуба 5. В
ножке зуба режущего инструмента де-
лается фланкированный участок 1 для
снятия на головке зуба колеса фаски 2
величиной 0,03—0,06 мм, чтобы препятствовать образованию зау-
сенцев при шевинговании и забоин на вершине зуба при транс-
портировке.
Погрешности, возникаемые при шевинговании. Первое зубча-
тое колесо, изготовленное на вновь налаженном станке или новым
инструментом, обычно имеет погрешности, устранение которых
отнимает много времени и требует высокой квалификации опера-
тора.
Получение хороших результатов дает квалифицированная на-
ладка станка в соответствии с приведенными выше рекомендациями.
Большое внимание необходимо уделять точности изготовления
базы заготовки, величине припуска, точности колеса перед ше-
вингованием, точности установки и изготовления приспособления
и шевера, выбору режимов резания и СОЖ (смазочно-охлаждаю-
щая жидкость).
Станок должен быть в хорошем состоянии. Повышенное бие-
ние центров вызывает погрешности профиля, шага от зуба к зубу,
направления зуба и радиальное биение. Торцовое, радиальное
и осевое биение шпинделя шевера вызывают погрешности в на-
правлении зуба, профиля и радиальное биение. Наличие зазора
в горизонтальных направляющих стола приводит к погрешности
шага и конусности зуба. Зазор в вертикальных направляющих
кронштейна стола вызывает погрешности в направлении зуба,
шага и профиля. Коническая форма зуба получается в результате
непараллельности осей колеса и шевера в процессе резания. Ца-
рапины на профиле зубьев колеса являются результатом недоста-
точной вязкости охлаждающей жидкости СОЖ и содержания в ней
частиц стружки.
Признаки затупления шевера: изменение эвольвентного про-
филя — головка зуба колеса становится полнее, ухудшение ше-
роховатости поверхности, увеличение размера зуба, повышенное
колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе.
Для достижения высокого качества изготовления зубчатых
колес отработку геометрии шевера и червячной фрезы необходимо
производить одновременно для колеса и шестерни. При опробо-
вании нового инструмента встречаются недостатки, а именно:
фреза не обеспечивает необходимой подрезки в ножке зуба, го-
198
33. Формы пятна контакта
Форма и расположение пятна контакта		Основные способы исправления пятна контакта
	Контакт в середине ши- рины зуба	Желаемое пятно контакта
Контакт на	конце зуба. \	Погрешность	в угле на- /	клона зуба		Изменить угол скрещива- ния осей
	Контакт широкий, на го- ловке и носке зуба	Изменить профиль зуба ше- вера
	Контакт пятнистый, гру- бая поверхность при зу- бофрезеровании	Уменьшить шероховатость поверхности при зубофре- зеровании
Контакт узкий но высоте .s' профиля зуба		Изменить профиль зуба шевера
/ Ws'	Контакт на концах зуба. Короткий ход стола	Увеличить длину хода стола
-i'XX	Царапины на головке зу- \	ба. Высокая окружная /у .Л скорость шевера или ма- J	лый угол скрещивания осей		Уменьшить окружную ско- рость шевера или увели- чить угол скрещивания осей
7*
199
ловка зуба шевера упирается в дно впадины или, наоборот, слиш-
ком большая подрезка, которая вызывает уменьшение прочности
зуба и степени перекрытия, имеются случаи невыдерживания
размера фаски на вершине зуба колеса.
Шевера с точно эвольвентным профилем не всегда обеспечивают
правильный профиль зубьев колеса, в результате чего пятно кон-
такта располагается на головке или ножке зуба. После изготов-
ления первых деталей производят поэлементный контроль основ-
ных параметров как зубьев колеса, так и шестерни. На основании
анализа полученных результатов измерения вводят изменения в
геометрию профиля зубьев фрезы и диаграмму профиля зуба ше-
вера. Обычно один из шеверов, который обеспечивает лучшее ка-
чество зацепления, остается с точно эвольвентным профилем,
Такие шевера проще в изготовлении. Другой шевер, для обработки
сопряженного колеса, если не обеспечивает требуемого качества
по геометрии и уровню шума, подвергается корригированию по
профилю зуба. Отметим, что погрешности в направлении длины
зуба обычно исправляют изменением угла скрещивания осей,
а погрешности профиля — путем корригирования профиля зуба
шевера. Погрешности профиля и направления зуба зависимы друг
от друга, поэтому их корректировку следует производить одно-
временно, окончательное решение о их правильности принимают
при номинальном размере зубьев колеса. Характерные формы
пятна контакта и способы их исправления приведены в табл. 33.
6. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
В целях достижения высоких результатов при шевинговании
необходимо выполнить ряд условий. Чтобы избежать радиального
биения и вибрации, заготовка должна иметь достаточный диаметр
и длину по отношению к внешнему диаметру.Опорные торцы долж-
ны быть параллельны между собой и перпендикулярны оси от-
верстия и располагаться как можно ближе к зубчатому венцу.
Шевингование и зубофрезерование производить от одних и тех же
баз. Коэффициент перекрытия при зацеплении шевера с обрабаты-
ваемым колесом должен быть не менее 1,6. Для повышения про-
должительности зацепления число зубьев колеса должно быть как
можно больше (следует избегать применения зубчатых колес
с укороченным зубом). Размер фаски на вершине зуба колеса
должен быть как можно меньше. Если возможно, то необходимо
увеличить высоту головки на размер фаски. У прямозубых колес
с укороченным зубом фаску на вершине зуба делать не следует.
При шевинговании прямозубых колес с малым числом зубьев
целесообразно применять шевер с максимальным диаметром.
После изготовления или заточки поэлементного контроля
необходим дополнительный контроль шеверов по точности обра-
батываемого колеса. При проектировании блочных колес необхо-
димо предусматривать достаточный зазор между венцами для вы-
200
хода шевера, угол скрещивания осей при этом желательно иметь
не менее 8°. Транспортировку деталей следует организовать таким
образом, чтобы избежать малейших повреждений зубчатых колес.
7. ХОЛОДНАЯ ПРИКАТКА ЗУБЬЕВ
Холодная прикатка является сравнительно новым высокопро-
изводительным процессом окончательной обработки зубьев ци-
линдрических колес после зубофрезерования или зубодолбления.
Этот процесс от шевингования отличается тем, что окончательная
обработка профиля зуба осуществляется без снятия стружки пу-
тем пластического деформирования в холодном состоянии. Для
холодной прикатки изготовляют станки с одним, двумя и тремя
накатниками. Станки с одним накатником более приемлемы для
мелко- и крупносерийного производства, включая зубчатые колеса
большого диаметра. Станки с двумя накатниками широко исполь-
зуют в массовом производстве для прикатки зубчатых колес не-
больших размеров, диаметром до 150 мм и модулем примерно до
4 мм. Преимущество этих станков состоит в том, что диаметр и
ширина обрабатываемого колеса не лимитируются размерами на-
катников. Силы, создаваемые накатниками в процессе прикатки,
взаимно уравновешиваются.
Обрабатываемое колесо 2 устанавливается на параллельных
осях между двух, изготовленных из быстрорежущей стали, за-
каленных и точно отшлифованных накатников 1, 3, которые вра-
щаются синхронно от одного электродвигателя (рис. 116, а).
Во время рабочего цикла один или оба накатника перемещаются
радиально, расстояние между их осями постепенно уменьшается
до получения требуемого размера зубчатого колеса.
В процессе холодной прикатки на зубьях обрабатываемого
колеса и накатника возникает взаимное скольжение вдоль линии
зацепления. На стороне зуба 2 колеса, соприкасающейся с ведущей
стороной накатника, скольжение, а следовательно, и перемещение
металла направлено от головки и ножки зуба к полюсу зацеп-
V
Рис. 116. Холодная прикатка зубьев:
а — схема прикатывания двумя накатниками; б —» перемещение металла по профилю
зуба колеса
201
ления 1 (делительной окружности), где имеет место качение
(рис. 116, б). В этой зоне образуется выступ. На обратной стороне
зуба 3 колеса металл перемещается от полюса зацепления к го-
ловке и ножке зуба, в результате чего около делительной окруж-
ности 4 образуется впадина, а в ножке зуба наплыв металла 5.
Точность прикатанных колес в значительной степени зависит от ко-
личества металла, который должен перемещаться во время про-
цесса прикатки, и твердости этого материала.
Так как во время холодней прикатки металл перемещается
в направлении головки и ножки зуба, то для устранения этого из-
быточного материала зубья перед прикаткой следует нарезать
червячными фрезами с флашом для снятия фаскг. на головке зуба
колеса и с утолщением для подрезки ножки зуба колеса, так же
как перед шевингованием.
Холодная прикатка по сравнению с шевингованием позволяет
увеличить производительность станка в 4—5 раз, понизить шеро-
ховатость поверхности на профилях зубьев до Ra = 0,32 мкм,
снизить уровень шума на 2—3 дБ, повысить стабильность точности
обработки от детали к детали и период стойкости инструмента.
По опыту ЗИЛа при прикатке зубчатого колеса (z = 26, тп =
= 2,54 мм, Ъ = 30 мм, р — 39° ЗГ, а = 14° 30', сталь 35, твер-
дость НВ 207—241) на двухшпиндельном автомате фирмы Lorenz
одним комплектом накатников работали целый год и прикатали
274 400 деталей. Время прикатки одного колеса 14 с. Точность
основных параметров колеса при холодной прикатке повышается
на одну-две ступени по ГОСТ 1643—81. Следовательно, когда
требуется обеспечить высокую точность после холодной прикатки,
необходимо соответственно повышать точность зубчатого колеса до
прикатки. В процессе прикатки в результате деформации металла
повышается твердость до 5 единиц по Роквеллу и износостойкость
профиля зубьев. Прикатанные зубчатые колеса во время терми-
ческой обработки, вследствие более однородной структуры, дефор-
мируются меньше, чем шевингованные.
Процесс холодной прикатки имеет и недостатки. Возможности
исправления погрешностей при прикатке ниже, чем при шевинго-
вании. Точность зубчатых колес перед прикаткой должна быть
выше, а припуск на сторону зуба меньше, чем перед шевингова-
нием, примерно наполовину. Отметим, что повышение точности
обработки и уменьшение припуска под прикатку можно достиг-
нуть путем применения при зубофрезеровании вместо гладких
жестких оправок — многокулачковых приспособлений с безза-
зорным центрированием заготовки.
ГЛАВА IX
НАРЕЗАНИЕ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
С ПРЯМЫМИ ЗУБЬЯМИ
1.	НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ ЗУБОСТРОГАЛЬНЫМИ РЕЗЦАМИ
Этот метод является наиболее простым и менее производительным
по сравнению с другими методами изготовления прямозубых ко-
нических колес. Вследствие универсальности и простоты в на-
ладке он получил широкое распространение в единичном и се-
рийном производстве.
Обработку зубьев производят на зубострогальных станках
методом обкатывания. В процессе обработки осуществляется за-
цепление обрабатываемого колеса с воображаемым производя-
щим колесом, которое в зависимости от конструкции люльки
станка может быть плоским или плосковершинпым. Прямолиней-
ные режущие кромки зубострогальных резцов во время движения
обкатки воспроизводят боковые поверхности зубьев производя-
щего колеса, которое теоретически точно зацепляется с зубчатыми
колесами изготавливаемой пары.
Наибольшее распространение в промышленности получили
зубострогальные станки, резцы которых работают в соседних
впадинах зубьев колеса и обрабатывают противоположные сто-
роны одного зуба (рис. 117, о). Во время резания верхний 2 и
нижний 1 зубострогальные резцы, установленные в суппортах
люльки станка, получают возвратно-поступательное движение и
перемещаются в плоскости, параллельной образующей конуса
впадин 4 (рис. 117, б). Резание производят при качании люльки
вверх и поочередном движении резцов от внешнего к внутреннему
торцу зуба, при обратном ходе резцы отводятся от заготовки. В ре-
зультате согласованного обкатывания зубострогальных резцов 1,
Рис. 117. Схема зубострогания прямозубых конических колес:
а — зубострогание противоположных сторон одного зуба; б — перемещение резцов
в процессе резания
203
Рис. 118. Черновое строгание:
а— способОхМ одинарного деления; б — способом двойного деления; в — фасонными рез«
цами; г — распределение припуска по профилю зуба
2 с обрабатываемым колесом 3 образуется октоидный профиль.
Нарезание зубьев производят с единичным делением, после
обработки одного зуба заготовка выходит из зацепления с инстру-
ментом и вместе с люлькой станка возвращается в первоначаль-
ное положение, происходит деление для обработки следующего
зуба.
Конические колеса с модулем до 4 мм обычно нарезают мето-
дом обкатывания из целой заготовки за одну операцию, а с моду-
лем свыше 4 мм за две операции — черновую и чистовую. После
чернового нарезания на боковых поверхностях зубьев конических
колес оставляют припуск под чистовое зубонарезание (см. табл. 9).
При черновом нарезании зубьев одинарным делением оба резца,
верхний 1 и нижний 2, обрабатывают противолежащие стороны
зуба (рис. 118, а) методом врезания. Резцы стандартные, они на-
гружены в процессе резания не одинаково. Нижний резец 2
производит обработку в сплошном металле и нагружен значительно
больше верхнего /, который удаляет из впадины оставшийся ме-
талл 3. Способ одинарного деления применяют для колес с боль-
шой шириной зубчатого венца в единичном и мелкосерийном
производстве.
Способ двойного деления характеризуется тем, что верхний 1,
и нижний 2 резцы (рис. 118, б), работая каждый в отдельной впа-
дине, одновременно обрабатывают две впадины зуба. Резцы имеют
трапециевидный профиль, их проектируют отдельно для каждого
колеса. Настройку механизма деления производят на число зубьев
вдвое меньше, числа зубьев нарезаемого колеса. Этот высокопро-
изводительный способ широко применяют в серийном производ-
стве для черновой обработки конических колес с модулем свыше
6 мм, числом зубьев более 24 и шириной зубчатого венца не более
0,25 Re.
Для получения равномерного и минимального припуска по
профилю под чистовую обработку у колес с малым числом зубьев
и модулем 2—6 мм черновое нарезание целесообразно производить
фасонными резцами (рис. 118, в). Форма режущей кромки резцов
приблизительно соответствует профилю зубьев обрабатываемого
колеса на его внешнем торце.
Припуск 7 по высоте профиля зуба после чернового зубонаре-
зания фасонными резцами 6 распределен значительно равномернее,
204
цов по криволинейным траекториям;
б — бочкообразный зуб
чем припуск 4, образующийся после обработки стандартными
резцами 5 (рис. 118, г). Это способствует повышению точности
зубьев, повышению режимов резания и периода стойкости режу-
щего инструмента при чистовой обработке. Для изготовления пря-
мозубых конических колес с продольной модификацией (бочко-
образностью) зубьев зубострогальные станки снабжают механиз-
мом для перемещения резцов по криволинейным траекториям.
На верхнем и нижнем поворотных сегментах люльки станка уста-
навливают по два ролика 1 (рис. 119, а), по которым перемещаются
ползуны 2. Направляющие ползунов 3 можно устанавливать под
различными углами, благодаря чему в процессе резания резцы 4
описывают криволинейную траекторию 5, которая определяет
степень бочкообразности зуба 6.
Величина бочкообразности (рис. 119,6) у прямозубых кониче-
ских колес равна Л= 0,02 4-0,05 мм на длине зуба.
На зубострогальных станках нормальной точности изготов-
ляют прямозубые колеса 7—8-й степени точности (ГОСТ 1758—81),
а на станках повышенной точности — 6—7-й степени точности.
2.	НАРЕЗАНИЕ ЗУБЬЕВ ДИСКОВЫМИ ФРЕЗАМИ
Этот способ характеризуется более высокой производитель-
ностью по сравнению с зубостроганием. Обработку производят
двумя спаренными дисковыми фрезами 1 и 2 (рис. 120, о), наклон-
ными друг к другу и расположенными в одной впадине зуба обра-
батываемого колеса 3. Наклонное положение позволяет резцам
верхней дисковой фрезы 1 входить в промежутки между резцами
нижней фрезы 2 и соответственно резцам нижней фрезы 2 в проме-
жутки верхней фрезы 1, образуя таким образом как бы единый
инструмент. Зубофрезерование производят методом обкатывания.
Прямолинейные режущие кромки инструмента кроме вращения
совершают совместно с обрабатываемым колесом 3 движение в вер-
тикальной плоскости, в результате которого они воспроизводят
боковые поверхности зубьев производящего колеса 4 (рис. 120, б).
205
1
Рис. 120. Зубофрезерование конических колес:
а — схема нарезания зубьев; б — воспроизведение зубьев производящего колеса
Фрезы большого диаметра позволяют производить полную об-
работку зуба без продольного перемещения инструмента. Дио
впадины зуба имеет слегка вогнутую поверхность, причем высота
на концах зуба соответствует значению чертежа, а в середине она
несколько больше. Такая форма зуба практически не оказывает
влияния на точность зацепления, прочность и работоспособность
конической передачи.
Продольная модификация зубьев обеспечивается конструкцией
режущего инструмента. Если режущие кромки резцов лежат
в плоскости, перпендикулярной оси вращения, то нарезанные
зубья колеса будут иметь сопряжение по всей поверхности зубьев,
без локализации пятна контакта по длине. Бочкообразность по
длине зуба колеса выполняют резцами с поднутрением режущих
кромок. В процессе резания резцы образуют коническую поверх-
ность, благодаря чему снимают металл на концах зуба больше,
чем в середине. Величина бочкообразности определяется углом
поднутрения режущих кромок. Можно получить пятно контакта
от 1/3 до полной длины зуба.
Конические зубчатые колеса, нарезанные двумя дисковыми
фрезами, имеют октоидный профиль и взаимозаменяемы с коле-
сами, обработанными строганием двумя резцами. Нарезание зу-
бьев можно производить методами врезания, обкатывания или ком-
бинированным методом. Колеса с модулем менее 5 мм обычно из-
готовляют комбинированным методом, нарезание зубьев произво-
дят за одну операцию из целой заготовки.
Представляет интерес цикл нарезания зубьев при комбиниро-
ванном методе обработки на зубофрезерных станках фирм
Gleason и Modul. Люльку станка с дисковыми фрезами устанав-
ливают несколько выше центра качания и на ускоренном ходу
подводят каретку с заготовкой к инструменту (по стрелке 1)
(рис. 121, а).
206
s.
люльки
^,3
Рис. 121. Комбинирован-
ный метод обработки:
а — цикл обработки; б —
'’	схема резания
4	°)
В этом положении при неподвижной люльке каретка станка
медленно перемещается на вращающийся инструмент, совершая
подачу врезания (по стрелке 2). В процессе врезания инструмент
копирует свой профиль, образуя прямобочную впадину
(рис. 121, б). Незадолго до достижения полной высоты зуба по-
дача врезания выключается. Перемещением люльки (по стрелке 3)
в нижнее положение производят черновую обработку зубьев
методом обкатывания. Из впадин зубьев удаляют металл 8, вы-
равнивая припуск 9 под последующую чистовую обработку. Это
особенно важно при нарезании конических колес с небольшими
углами делительного конуса.
В крайнем нижнем положении люльки заготовка (по стрелке 4)
подается на инструмент на величину Д / — 0,2 -^-0,4 мм до достиже-
ния полной высоты зуба. Затем при быстром качении люльки вверх
(по стрелке 5) производят чистовую обработку зубьев методом
обкатывания со снятием припуска 9.
В верхнем положении качания люльки обрабатываемое колесо
(по стрелке 6) отводится от резцовых головок и совместно с лю-
лькой (по стрелке 7) перемещается вниз в исходное положение.
При качании вниз заготовка поворачивается для обработки следую-
щего зуба. Конические колеса с модулем более 5 мм обрабатывают
за две операции — черновую и чистовую. Черновую обработку
производят методом врезания, а чистовую — методом обкатывания.
На зубофрезерных станках можно достигнуть 7—8-й степени
точности. При обработке колес комбинированным методом произво-
дительность станка в 4 раза выше, чем при зубострогании двумя
резцами. Этот производительный способ в основном применяется
в серийном и крупносерийном производстве.
3.	НАЛАДКА ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Наладку зубофрезерных станков производят по чертежу де-
тали и карте наладки, в которой даны основные наладочные уста-
новки станка, полученные расчетным путем.
207
Сменные зубчатые колеса гитар главного движения, подачи
и деления определяют по таблицам в зависимости от типа станка,
требуемых режимов резания и геометрических параметров зубча-
того колеса. Таблицы имеются в инструкции по обслуживанию
станка, а также прикреплены к внутренней стороне крышек ука-
занных гитар.
Сменные колеса гитары обката определяют по специальным
таблицам в зависимости от передаточного отношения обката, рас-
считываемого с точностью до пятого знака.
Перед установкой на станок посадочные поверхности валов
и сменных колес должны быть тщательно очищены от грязи,
забоин, мелкой стружки. Установку сменных колес необходимо
производить на валах в порядке их буквенного обозначения с ми-
нимальным боковым зазором (0,1—0,15 мм), достаточным для сво-
бодного вращения колес от руки.
Проверка правильности набора сменных колес гитар деления
и обкатывания. В начале рабочего хода люльку станка с помощью
толчковой кнопки останавливают так, чтобы ее указатель показы-
вал целое значение угла. В этом положении поворотное кольцо,
расположенное на задней стороне шпинделя изделия, устанавли-
вают на нуль и закрепляют. Затем при повороте люльки на вели-
чину проверочного угла 6пр (обычно 20°) нониус поворотного коль-
ца должен повернуться на угол
6д = 6цр7;	=
где гс — число зубьев производящего колеса; г — число зубьев
обрабатываемого колеса.
Если угол поворота шпинделя детали 0Д не соответствует рас-
четному, то сменные шестерни гитар обкатки или деления непра-
вильно установлены или неточно рассчитаны.
Установка угла конусности впадин определяет толщину зубьев
обрабатываемого колеса. Угол конусности, на который устанавли-
вают суппорты станка, рассчитывают по формуле
со = 28,648Уg- град.,
где ete — внешняя окружная ширина впадины обрабатываемого
колеса, равная внешней окружной толщине ste сопряженного ко-
леса; hfe — внешняя высота ножки зуба; а — угол профиля.
Если калибр зуба не соответствует значению на чертеже, то
изменяют угол конусности впадин. При уменьшении или увели-
чении толщины зуба на As угол установки верхнего и нижнего
суппортов следует изменить на величину (угл. мин.)
208
Рис. 122. Установка заготовки
на станке
При обработке конических колес
на зубофрезерных станках, имею-
щих только один поворотный
суппорт (верхний), величину уг-
ла конусности со и поправку
угла конусности Дсо следует уд-
воить.
Радиальная установка фрезер-
ных суппортов позволяет уста-
новить дисковые фрезы так, чтобы
максимальная вогнутость впа-
дины располагалась в середине ширины зубчатого венца (рис. 122).
Величину радиальной установки фрезы определяют по формуле
— -Rj — 0,5 Ъ.
Установка зажимного приспособления в шпиндель зубофрезер-
ного станка производится с посадкой на торец и коническую
поверхность. После установки биение базовых поверхностей при-
способления не должно превышать 0,01—0,02 мм. Неточность
установки зажимного приспособления, повреждение или износ
базовых поверхностей вызывают погрешности зубчатого зацепле-
ния по шагам, биению и т. д.
Установка дисковых фрез. После заточки и проверки радиаль-
ного и торцового биения резцов специальным калибром измеряют
образующие диаметры дисковых фрез. Определяют разницу в диа-
метрах между новой фрезой и бывшей в работе. Чтобы сохранить
калибр зубьев постоянным по мере переточки фрез, разницу
в диаметрах фрез необходимо компенсировать установкой каретки
станка.
Продольная установка бабки изделия равна расстоянию от
центра станка до опорного торца шпинделя бабки изделия. Ве-
личина продольной установки складывается из базового расстоя-
ния А и величины вылета В зажимного приспособления (см.
рис. 122). Если у обрабатываемого колеса после термообработки
шлифуют опорный торец, то к базовому расстоянию прибавляют
величину припуска на шлифование.
Установка величины отвода стола нужна для свободного пово-
рота заготовки в процессе деления. Обычно величина отвода стола
равна 1, 1 внешней высоты зуба.
Обработка пробных деталей. Для обработки первых пробных
деталей заготовки изготовляют с острой кромкой на внешнем
диаметре без закругления или фаски. Первоначально на расчет-
ных установках станка нарезают зубья колеса. На внешнем диа-
метре колеса контролируют высоту зуба штангенциркулем и тол-
щину зуба по хорде штангензубомером. Если высота и толщина
209
34. Способы исправления пятна контакта прямозубых конических колес
Положение пятна контакта на зубьях колеса	Способы исправления
Ножка	верхний Д	^профиль Маспк'\^^ ^^.Ляткп Лишний	Лолобко Профиль Правильное положение пятна кон- такта	
Пятно контакта на пятке на верх- нем н нижнем профилях зубьев	1. Верхний профиль — нижнюю фре- зу на зубофрезерном станке поднять вверх1 и для сохранения размера увеличить угол конусности впадин2 2. Нижний профиль — верхнюю фре- зу опустить вниз и увеличить угол конусности впадин
Пятно контакта па носке на верх- нем и нижнем профилях зубьев	1. Верхний профиль — нижнюю фре- зу опустить вниз 1 и уменьшить угол конусности впадин 2 2. Нижний профиль — верхнюю фре- зу поднять вверх и уменьшить угол конусности впадин
Пятно контакта на головке на верх- нем и нижнем профилях зубьев	Увеличить передаточное отношение сменных колес гитары обкатки 3 или уменьшить продольную установку и для сохранения размера отодвинуть стол станка назад 4
Пятно контакта на ножке на верх- нем и нижнем профилях зубьев	Уменьшить передаточное отношение сменных колес гитары обкатки или увеличить продольную установку и придвинуть стол вперед 4
2В Пятно контакта короткое на верх- нем и нижнем профилях зубьев	Произвести новый расчет наладки станка с уменьшенным углом под- нутрения у резцов фрезы
£10
Продолжение табл. 34
Положение пятна контакта на зубьях колеса	Способы исправления
Пятно контакта длинное на верх- нем и нижнем профилях зубьев	Произвести новый расчет наладки станка с увеличенным углом подну- трения у резцов фрезы
Пятно контакта широкое иа верх- нем и нижнем профилях зубьев	Уменьшить установку угла конуса впадин 6 и изменить другие установки станка
Пятно контакта узкое па верхнем и нижнем профилях зубьев	Увеличить установку угла конуса впадин6 и изменить другие уста- новки станка
Пятно контакта под полной нагрузкой в собранном агрегате	
1	Величина вертикального смещения дисковых фрез ДР равна изменению
в вертикальной установке контрольно-обкатного станка ДУ, требуемому для
смещения пятна контакта в правильное положение.
2	Величину изменения угла конусности впадин можно определить по фор-
муле
.	3440 &F .	.
Ди =---------- (угл- мин).
Rm
3	Изменение в передаточном отношении сменных колес гитары обката на-
ходим по формуле
. . Д/77 cos 6
Д‘ = —Б------->
Кт
где ДН — изменение горизонтальной установки шестерни на контрольно-обкат-
ном станке, необходимое для смещения пятна контакта в правильное положение;
i — передаточное отношение сменных колес обкатки; б — угол делительного
конуса обрабатываемого колеса.
4	Изменение продольной установки станка ДР применяют при небольших
исправлениях пятна контакта. Изменение положения стола
ДР = ДР sin 6.
8	В качестве первоначальной величины изменения угла конуса впадин ре-
комендуется 1—2°.
зуба не соответствуют значениям чертежа, то необходимо прове-
рить наладку станка и точность изготовления заготовок.
При нарезании зубьев сопряженной шестерни сначала прове-
ряют внешнюю высоту зуба. Затем обработанные шестерню и
колесо устанавливают на контрольно-обкатной станок на теорети-
ческие базовые расстояния и контролируют боковой зазор, ве-
личина которого характеризует толщину зубьев шестерни. Сле-
дующий этап контроля под легкой нагрузкой на контрольно-
обкатном станке проверяют форму и расположение пятна кон-
такта. Пятно контакта должно быть расположено в середине про-
филя зуба, не выходя за границы головки и ножки, и смещено ближе
к носку зуба (табл. 34).
Длина пятна контакта у бочкообразных зубьев, как правило,
равна 1/2—3/4 длины зуба. В процессе эксплуатации в собранном
агрегате под нагрузкой пятно контакта расширяется и удлиняется,
располагаясь по всей длине зуба.
При неправильном положении пятна контакта необходимо про-
извести подналадку станка в соответствии с рекомендациями,
данными в табл. 34. Корректировку контакта обычно производят
при нарезании зубьев шестерни, а его проверку на зубьях колеса.
4.	КРУГОВОЕ ПРОТЯГИВАНИЕ ЗУБЬЕВ
Этот высокопроизводительный метод разработан специально
для обработки прямозубых конических колес дифференциала легко-
Рис. 123. Нарезание прямозубых конических колес методом кругового протя-
гивания:
а схема нарезания зубьев; б я- принципиальная кинетическая схема зубопротяжного
стайка
212
вых и грузовых автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных
машин в условиях массового производства. Конические колеса
для устранения подрезки имеют круговой профиль и специальную
форму заготовки, они не взаимозаменяемы с колесами, нарезан-
ными зубостроганием и зубофрезерованием.
При круговом протягивании заготовка 1 неподвижна
(рис. 123, о), а режущий инструмент 3 вращается с постоянной
угловой скоростью и совершает возвратно-поступательное движе-
ние параллельно образующей конуса впадин конического колеса.
За один оборот инструмента, который происходит на 2—5 с, пол-
ностью обрабатывается впадина зуба колеса.
Режущим инструментом является специальная резцовая го-
ловка-протяжка 3 большого диаметра с радиально расположен-
ными резцами, объединенными в блоки 2.
Конструкция зубопротяжного станка сравнительно проста
(рис. 123, б). Инструментальный шпиндель 7 с закрепленной кру-
говой протяжкой 3 получает вращение от электродвигателя 10
через конические 9 и цилиндрические 8 зубчатые передачи. Для
устранения зазоров в цепь главного движения введено зубчатое
колесо 12 с пружинами.
В начале цикла вращающаяся протяжка перемещается из
точки А в точку В (см. рис. 123, о), резцы врезаются в заготовку
на небольшую глубину. Поступательное движение протяжки осу-
ществляется с помощью копира 6, криволинейный профиль ко-
торого определяет закон перемещения протяжки. Копир является
наиболее сложным звеном зубопротяжного станка.
Для обеспечения точности продольного перемещения протяжки
зазор между копиром 6 и роликом 14 должен быть минимальным.
Когда центр протяжки достигнет точки В, продольная подача
прекращается, резание происходит за счет радиального подъема
резцов протяжки до достижения полной глубины впадины зуба,
после чего протяжка перемещается в точку С. Во время прохож-
дения протяжки участка 4 происходит снятие фаски резцом с бо-
ковых поверхностей и дна впадины зуба на внешнем торце. Фа-
сочный резец получает вращение от шестерни 13, закрепленной
на инструментальном шпинделе.
При перемещении протяжки в обратном направлении из точки С
в точку D осуществляется чистовое резание. Каждый чистовой
резец профилирует определенный участок на поверхности зуба.
Деление заготовки на зуб производится с помощью механизма 11
при перемещении протяжки из точки D в точку А, во время про-
хождения безрезцового участка 5.
Прямозубые конические колеса с модулем до 5 мм нарезают
за одну операцию комбинированной резцовой головкой-протяж-
кой, а свыше 5 мм за две операции — черновую и чистовую с ис-
пользованием соответственно протяжек для чистовой и черновой
обработки.
213
Точность прямозубых конических колес при нарезании мето-
дом кругового протягивания несколько ниже (8—9-я степень по
ГОСТ 1758—81), чем при обработке другими методами, однако
эта точность достаточна для зубчатых колес дифференциалов.
Бочкообразная форма зуба достигается за счет изменения конст-
рукции режущего инструмента.
5.	РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ
Режимы резания должны обеспечивать требуемую производи-
тельность и качество обработки при оптимальном периоде стой-
кости режущего инструмента. Режимы резания при обработке
прямозубых конических колес выбирают в зависимости от многих
факторов. Главные из них: применяемый метод обработки, модуль
колеса, ширина зубчатого венца, обрабатываемый материал, ма-
териал режущего инструмента, конструкция режущего инстру-
мента.
При нарезании зубьев на зубострогальных станках скорость
резания (м/мин)
2/.,, хл
V == —--	.
1000 ’
где Гг. х — длина рабочего хода резца, Гр.х = b 4~(6-^9), мм;
п — частота движения, дв. ход/мин.
Основное время (мин) при зубострогании определяют по формуле
где 4 — подача-время обработки одного зуба, с/зуб; г — число
зубьев обрабатываемого колеса.
Рекомендуемые режимы резания при обработке цементуемых
сталей с твердостью НВ 156—207 зубострогальными резцами из
быстрорежущей стали приведены в табл. 35.
При нарезании зубьев на зубофрезерпых станках скорость
резания (м/мин)
лРфЯ
1000 ’
где Рф — наружный диаметр фрезы, мм; п — частота вращения
фрезы, об/мин.
Основное время (мин) при комбинированном методе зубофрезе-
рования конических колес
j _ (?ВР + б>бк 4- ^в.х)г
° ~	60	’
где /вр — время врезания, с/зуб; /,)бк — время обкатывания,
с/зуб; /в. х — время вспомогательного хода (подвод и отвод стола,
214
35. Подачи и скорости резания при нарезании зубьев
на зубострогальных станках
Частота движения, дв. ход/мин	Ширина зубчатого венца, мм	Скорость резання, м/мин	Подача	с/зуб, при модуле										
			1.5	1,75	2	2,5	3	3.5	4	5	6	7	8
352 293 256 224 196 171 142 123 101	12 20 25 30 38 45 50 60 75	14 16 18 18 20 20 18 18 18	12 14	12 14	12 14	14 16 19	16 19 22 25	19 22 25 25	22 25 29	29 32	32	—	—
								19	22 25	22 25 32	25 29 32 42	29 32 42 50 60	32 42 42 50 60
								—					
									-				
													
													
При выделенных подачах обработку ведут в две операции — черновую и чистовую, при чистовой обработке скорость резания можно увеличить в 1,2 — 1,5 раза.													
деление заготовки на зуб, возврат люльки станка), с/зуб. Время
врезания (с/зуб) можно определить по формуле
__ (^вр 2) 60
ьр ~ «вР2ф/г ’
где snp — подача врезания на резец, мм; хф — число резцов фрезы;
hBp — глубина врезания на внешнем торце зуба, мм.
В современных конструкциях зубофрезерных станков время
обкатывания и врезания приблизительно равны, поэтому можно
принять /Ъбк = tBp.
Для станков мод. 5П23, 5230 время вспомогательного хода
/в.х=4 с/зуб, для станков мод. 104 и 114 фирмы Gleason
,	0,12/о60 , -
te.x =	С/зуб.
Если обработку производят только методом врезания, то из
формулы основного времени для комбинированного метода исклю-
чают /обк, а при обработке только обкатыванием — /вр. При этом
время обкатывания (с/зуб) определяют по формуле
_ 66О_
обк ~ So6K ’
где 6 — угол качания люльки, град; $oGk— подача при обкаты-
вании, град/мин.
Рекомендуемые подачи врезания и скорости резания в зависи-
мости от твердости обрабатываемого материала приведены
в табл. 36.
215
При круговом протягивании
скорость резания (м/мин)
лРфбО
v ~ 1000/2 ’
36. Подачи врезания и скорости
резания при нарезании зубьев
на зубофрезерных станках
Твердость по Бринеллю НВ	Подача врезания на резец sBp, мм	Скорость резания V, м/мин
160—190	0,125—0,100	61—51
190—220	0,100—0,075	51—44
220—270	0,075—0,050	44—38
где £)ф — диаметр круговой
протяжки, мм.
Скорость резания при об-
работке прямозубых конических
колес находится в пределах
v = 22 4-30 м/мин, она кинематически связана с временем цик-
ла обработки.
Частота вращения (об/мин) круговой протяжки
60
,г = ~г-
Основное время при зубопротягивании определяют аналогично
зубостроганию.
6.	ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
При выборе оборудования для нарезания прямозубых кони-
ческих колес руководствуются объемом производства, точностью
изготовления зубьев, геометрическими параметрами зубчатых
колес.
В мелкосерийном и единичном производстве, для которых ха-
рактерна большая номенклатура обрабатываемых деталей, целе-
сообразно применять зубострогальные станки (табл. 37).
Для нарезания мелкомодульных колес предназначен зубо-
строгальный станок 5П23БП, который может работать методом
обкатывания и комбинированным методом, включающим вреза-
ние и обкатывание. Зубострогальные станки 5А250 и 5282 и их
модификации повышенной точности 5А250П и 5282П универсальны,
на них можно производить черновое нарезание методом врезания
и чистовое методом обкатывания. Для обработки прецизионных
(5—6-я степень точности ГОСТ 1758—81) мелкомодульных колес
предназначен станок 5Т23В. Он работает методом обкатывания
двумя зубострогальными резцами, расположенными в одной впа-
дине зубьев.
Для изготовления конических колес 7—8-й степени точности
в серийном и массовом производстве применяют зубофрезерные
станки 5П23 и 5230. Обработку производят двумя дисковыми
фрезами методами врезания, обкатывания и комбинированным.
Зубопротяжные станки 5245, 5С268 и 5С269 применяют в усло-
виях массового производства. Производительность зубопротяги-
вания в 5—7 раз выше зубофрезерования. При работе в массовом
и крупносерийном производстве рекомендуется применять зубо-
216
37. Основные технические характеристики станков
для нарезания прямозубых конических колес
	Зубострогальные станкн				Зубофре- зерные станки		Зубопро- тяжные станки	
Параметр	С и со сч	.С оо ш ю 04 04	-С Qi 04	СП С4	со сч	О	ю	СО СТ)
	с	<<	С4 04	р-<	с		сч	ио
	ш	Ю ьО	lo т	ю	ш	ю	ш	ю ю
Наибольший диаметр	125	500	800	125	125	320	180	320
обрабатываемого коле- са, мм Наибольший модуль,	2,5	8	16	2	2,5	8	5	8
ММ Наибольшая ширина	20	90	150	15	20	50	25	50
зубчатого венца, мм Частота движения,	160	73	28	210	70	23	9	10
ДБ. ХОД/МИН или частота вращения,	800	470	255	1030	570	155	20	30
об/мин Диаметр фрез или кру-	—	—	—	—	150	278	540	635
говых протяжек, мм Мощность	главного	3	4,5	9,3	3,1	3	10,7	6,2	13
электродвигателя, кВт Габариты станка, мм: длина	1295	2200	2 700	1620	1295	2200	2050	2000
ширина	945	1600	2 100	1050	945	1600	1970	2095
высота	1700	1600	1 250	1415	1700	1600	1465	1600
Масса станка, кг	1800	8700	12 600	3000'	1800	8200	6240	9500
Класс точности	П и Н	Н и П	Н и П	В	Н	Н	Н	Н
резные, зубофрезерные и зубопротяжные станки, наибольший
модуль которых на 2—4 мм превышает модуль обрабатываемых
колес.
ГЛАВА X
НАРЕЗАНИЕ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ
1.	ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ
Гипоидные и конические передачи нарезают путем воспроизве-
дения станочного зацепления зубьев производящего колеса 2
с зубьями обрабатываемого колеса 3 (рис. 124, а). Производящее
колесо является воображаемым, его функции при нарезании вы-
полняют люлька станка 1 и резцовая головка 4, эксцентрично
установленная на люльке. Ось люльки совпадает с осью вообра-
жаемого производящего колеса и проходит через центр станка М
(рис. 124, б).
217
Рис. 124. Нарезание зубьев гипоидных и конических передач:
а — воспроизведение зацепления зубьев производящего и обрабатываемого колеса; б
схема наладки станка
Обрабатываемое колесо 3 устанавливают таким образом, чтобы
образующая конуса впадин совпадала с плоскостью 6 вращения
вершин резцов, а вершина делительного конуса лежала в центре
станка М. Прямолинейные режущие кромки резцов 5 в процессе
нарезания зубьев воспроизводят зуб воображаемого производя-
щего колеса 2.
2.	МЕТОДЫ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ
Нарезание зубьев гипоидных и конических колес на зуборез-
ных станках можно производить методами: обкатывания, врезания,
комбинированным, включающим врезание и обкатывание, и копи-
рования.
При нарезании зубьев методом обкатывания вращающаяся
резцовая головка 1, закрепленная на люльке станка, подводится
к заготовке 2 и начинается совместное обкатывание (рис. 125, а).
Для устранения зазоров в кинематической цепи станка качание
люльки целесообразно производить снизу вверх. При совместном
обкатывании заготовки 2 и резцовой головки 1 ее резцы, зани-
мая последовательные положения, формируют октоидный профиль
зубьев и их продольную кривизну по дуге окружности. В конце
резания инструмент отводится от заготовки, срабатывает ревер-
сивный механизм, изменяющий направление вращения люльки,
и включается делительный механизм, который поворачивает обра-
батываемое колесо на один зуб. Резцовая головка перемещается
в исходное положение.
Черновое нарезание зубьев методом обкатывания применяют
для обработки шестерен и колес с углом делительного конуса
менее 68°. Нарезание зубьев производят двусторонними резцо-
выми головками, обычно при качании люльки в одном направле-
218
й)	г)
Рис. 125. Методы нарезания зубьев:
а — обкатывания; б — врезания; в — комбинированный; г — копирования
нии (вверх или вниз). Ширина впадины зубьев постоянная, в ре-
зультате чего припуск под чистовое зубонарезание неравномерен
по длине, у внешнего торца зуба он больше, чем у внутрен-
него.
Новые конструкции зуборезных станков 5С273, фирмы Gleason
мод. 106 и 116, фирмы Modul мод. ZFTKK 500/2У имеют механизм
двойного обкатывания, который позволяет производить черновую
обработку зубьев шестерни при качании люльки в двух направле-
ниях, вверх и вниз. Цикл обработки проходит без потери времени
на возврат люльки в исходное положение. Одна сторона зубьев
впадины нарезается при качании люльки вверх, другая — при
качании люльки вниз с изменением установок станка.
Ширина впадины зубьев переменная по длине, на внешнем
торце шире, чем на внутреннем. Этим способом получают равно-
мерный по длине зуба припуск под чистовое зубонарезание в пре-
делах 0,15 мм.
Черновое нарезание зубьев шестерни методом обкатывания
можно производить резцовыми головками правого и левого вра-
щения, Более высокая стойкость достигается при нарезании зубьев,
с попутной подачей, когда направление вращения резцовой го-
ловки противоположно направлению линии зуба.
219
Для оптимизации нагрузки на резцы и повышения произво-
дительности черновое нарезание можно производить с переменной
подачей обката, ускоряя ее в начале и конце резания. Этот метод
эффективен при черновом нарезании зубьев шестерен гипоидных
передач. Черновое нарезание зубьев шестерен при передаточном
числе пары менее 3 : 1 более производительно осуществлять в два
этапа: первоначально большая часть металла удаляется врезанием,
затем зуб нарезают с обкатыванием.
Чистовое нарезание зубьев методом обкатывания производят
на универсальных зуборезных станках двусторонними и односто-
ронними резцовыми головками. Двусторонними головками наре-
зают, как правило, зубья колеса, а односторонними — зубья
шестерни.
В массовохМ и крупносерийном производстве конические колеса
с шириной зубчатого венца ft > 38 мм целесообразно обрабаты-
вать резцовыми головками с уменьшенным числом резцов, чтобы
в резании всегда находился только один резец — внутренний
или наружный. Это способствует повышению точности обработки
зубьев. Количество резцов Л в головке определяют по формуле
is ^иом TOS
Х	Ь ’
где dumi — номинальный диаметр резцовой головки; рт — сред-
ний угол наклона линии зуба.
При чистовом нарезании зубьев шестерни односторонними
головками наибольшая стойкость достигается, когда направле-
ние вращения головки противоположно направлению линии зуба.
Зуборезные станки мод. 525, 528, 5С280П, 527В, 5С27П,
фирмы Gleason, мод. 116, 118, 122 снабжают механизмом
модифицированного обкатывания, с помощью которого изменяют
скорость обкатки люльки при постоянной скорости вращения
заготовки. Замедляя обкатывание люльки в начале резания и
ускоряя ее в конце или наоборот, добиваются увеличения снятия
припуска на одном конце зуба и уменьшения на другом. Модифи-
цированный обкат применяют для исправления диагонального
пятна контакта при нарезании зубьев шестерни односторонними
резцовыми головками.
Величины припусков по толщине зуба под чистовое зубонаре-
зание гипоидных и конических колес с круговыми зубьями сле-
дующие:
Внешний окруж-
ной модуль, мм . . 2—3	3—5	5—7	7—10	10—12	12—16
Припуск, мм . . . 0,5	0,7	0,8	1,0	1,2	1,4
При нарезании зубьев методом врезания обрабатываемое ко-
лесо 4 (рис. 125, б) неподвижно, а вращающаяся резцовая голов-
ка 3 перемещается вдоль оси и прорезает впадину зубьев. В не-
которых конструкциях станков вдоль оси перемещается бабка
220
детали. Одновременно обрабатывают обе стороны зуба двусторон-
ними и трехсторонними резцовыми головками, резцы которых
копируют свой профиль во впадине зуба. После достижения тре-
буемой глубины резцовая головка отводится, а заготовка повора-
чивается для обработки следующего зуба.
Метод врезания применяют для черновой обработки зубьев
колес с углом делительного конуса более 68°. Направление вра-
щения резцовой головки совпадает с направлением линии зуба
колеса, резание производится от внутреннего конца к внешнему.
В крупносерийном и массовом производстве для этой опера-
ции применяют высокопроизводительные специальные станки
с короткой кинематической цепью. На станках можно автомати-
чески изменять подачу врезания в зависимости от глубины реза-
ния и нагрузки на резцы.
Чтобы вершины чистовых резцов не касались дна впадины
зубьев, черновое нарезание методом врезания и обкатывания не-
обходимо производить глубже чистового на величину Л / = 0,15-ь
--0,25 мм. У высоконагруженных передач для исключения образо-
вания концентраторов напряжений дно впадины зубьев целесо-
образно обрабатывать резцами для чистовой обработки, глубину
черновой обработки выполняют несколько меньше чистовой.
При изготовлении небольших партий полуобкатных передач
на зуборезных станках фирмы Gleason мод. 641, 645, 650
и 655 метод врезания двусторонними головками применяют для
чистовой обработки зубьев ведомых конических колес. Первона-
чально врезание производят с небольшой скоростью резания и
большой подачей. Когда глубина врезания достигнет 90 % высоты
зуба, подача врезания уменьшается, а скорость повышается до
скорости чистового резания.
Обкатные гипоидные и конические зубчатые колеса с окруж-
ным модулем до 2,5 мм нарезают, как правило, методом обкаты-
вания из целой заготовки за один рабочий ход.
Комбинированный метод применяют для изготовления обкат-
ных передач с модулем свыше 2,5 мм (рис. 125, в). Заготовку 6
начинают нарезать при расположении люльки ниже центра кача-
ния. Вращающаяся резцовая головка 5 врезается в заготовку,
подача врезания изменяется в зависимости от глубины резания:
в начале она больше, чем в конце резания. Эта часть цикла ис-
пользуется для обработки обкатных шестерен и колес, угол дели-
тельного конуса которых превышает 25°. Если угол меньше 25°,
то обработку производят обкатыванием без чернового врезания.
После достижения определенной глубины врезание прекра-
щается и при качании люльки вверх производится черновое об-
катывание с переменной подачей. В крайнем верхнем положении
осуществляют врезание на небольшую глубину, подачу обката
и скорость резания изменяют до величин, соответствующих чисто-
вому нарезанию. При качании люльки вниз производят чистовую
обработку обеих сторон зубьев.
221
Рис. 126. Нарезание полуобкатных передач:
а — распо.иожение осей резцовых головок при на*
резании передач Formate; б — механизм допол-
нительного осевого перемещения резцовой голов-
ки; е — расположение осей резцовых головок при
нарезании передач Helixfonn
Комбинированным методом можно нарезать обкатные пере-
дачи на зуборезных станках мод. 641,	645,	650,	655 и
ZFTKK 500/2 W.
Методом копирования производят чистовую обработку зубьев
колес полуобкатных передач в крупносерийном и массовом про-
изводстве. Во время обработки заготовка 8 неподвижна
(рис. 125, г). Резцовая головка-протяжка 7, вращаясь вокруг
своей оси, благодаря последовательному изменению радиального
расположения резцов за один оборот обрабатывает впадину зубьев
колеса. Деление заготовки на один зуб производят во время про-
хождения безрезцового участка головки.
Обработку зубьев методом копирования производят на спе-
циальных зубопротяжных станках, имеющих повышенную жест-
кость и короткую кинематическую цепь. Производительность
зубопротяжных станков в 3—5 раз выше станков, работающих
методом обкатывания. Точность обработки методом копирования
выше на 10—20 %, чем при обкатывании. Стойкость инструмента
также выше в 2—3 раза.
При обработке методом копирования колес полуобкатных
передач резцовая головка-протяжка совершает только вращатель-
ное движение. Оси резцовых головок для нарезания зубьев ше-
стерни / и колеса 2 (рис. 126, с) не параллельны друг другу, в ре-
зультате чего возникает диагональное расположение пятна кон-
такта на зубьях, которое в значительной степени ухудшает экс-
плуатационные свойства передачи.
222
Основное отличие между методами нарезания полуобкатных
колес Formate и Helixform заключается в дополнительных осе-
вых перемещениях резцовой головки 3 совместно с инструменталь-
ным шпинделем 4 от кулачка 5 (рис. 126, б). При прохождении
каждого резца во впадине зуба колеса резцовая головка-протяжка
перемещается в осевом направлении и быстро возвращается в ис-
ходное положение до входа во впадину следующего резца. В ре-
зультате комбинации вращательного и возвратно-поступательного
движения головки резцы перемещаются касательно плоскости
впадин зубьез колеса, оси резцовых головок для шестерни 6
и колеса 7 (рис. 126, в) параллельны между собой.
Основное преимущество полуобкатных передач Helixform со-
стоит в том, что на их зубьях не образуется диагональное рас-
положение пятна контакта. Пятно контакта имеет прямоугольную
форму, оно более устойчиво к смещениям монтажа под загрузкой,
неточностям изготовления и сборки.
3.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЬЕВ
Различают несколько технологических способов чистового
нарезания зубьев гипоидных и конических колес.
Двойной двусторонний способ — обе стороны зубьев колеса
и шестерни обрабатывают одновременно из целой заготовки. Не-
обходимо только две резцовые головки: одна — для шестерни,
другая — для колеса. Ширина дна впадины зубьев шестерни и
колеса постоянная по длине, заготовки имеют специальную форму.
Для устранения диагонального расположения пятйа контакта
зуборезные станки 5П23А и станки мод. 102, 106, 108, 641 и 645
снабжают механизмом винтового движения. Под винтовым дви-
жением понимают перемещение обрабатываемой заготовки вдоль
своей оси, согласованное с качанием люльки. Винтовое движение
обеспечивает необходимое изменение угла профиля по длине зуба,
его используют в основном при нарезании зубьев шестерни из
целой заготовки. Этим способом может быть достигнута точность
7—9-й степеней (ГОСТ 1758—81).
Двусторонний способ, когда обе стороны впадин зубьев вы-
пуклую и вогнутую нарезают одновременно двусторонней резцо-
вой головкой. Ширина дна впадины зубьев постоянная, она опреде-
ляется шириной развода резцов головки. Двусторонний способ
широко применяют для нарезания зубьев колеса в массовом и се-
рийном производстве с точностью 6—8-й степени.
Односторонний (поворотный) способ — каждую сторону зубьев
нарезают в отдельности двусторонней резцовой головкой, развод
которой меньше ширины дна впадины. После обработки одной
стороны зуба расцепляют кинематическую цепь станка и повора-
чивают заготовку вокруг своей оси для нарезания противополож-
ной стороны зуба. Для каждой стороны зуба требуется отдельная
наладка станка. Производительность обработки при этом способе
223
невысокая. Применяют его для нарезания зубьев шестерни и ко-
леса в мелкосерийном производстве, а также для колес с боль-
шой шириной зубчатого венца для устранения одновременного
участия в резании наружных и внутренних резцов. Точность об-
работки 8—9-я степени.
Способ постоянных установок, когда обе стороны зубьев на-
резают в отдельности односторонними резцовыми головками:
вогнутую сторону — головками с наружными, а выпуклую —
головками с внутренними резцами. Требуются различные наладки
станка для нарезания каждой стороны зуба.
Ширину впадины зуба контролируют приспособлением для
разделения припуска. Этот способ применяют в основном для
нарезания зубьев шестерен высокого качества (6—8-й степеней
точности).
В массовом производстве для обработки каждой стороны зуба
применяют отдельный станок, в серийном производстве нареза-
ние производят на одном станке с переналадкой.
4.	РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ
Определение рациональных режимов резания способствует
достижению высокой производительности станков, требуемого
качества изготовления зубчатых колес, снижению себестоимости
обработки и сокращению расхода режущего инструмента.
При нарезании зубьев методами обкатывания, врезания и ком-
бинированным скорость резания v (м/мин) определяется по формуле
1000 ’
где dH0M — номинальный диаметр резцовой головки, мм; п —
частота вращения, об/мин.
При методе копирования скорость резания
лфтом60 .	60
71 — ------• fl — — .
v 1000Zz ’ 1 tz 1
где — подача, с/зуб.
Основное время /0 (мин) при нарезании гипоидных и конических
колес с круговыми зубьями
J ~
~ 60 ’
где г — число зубьев обрабатываемого колеса.
Гипоидные и конические колеса с круговыми зубьями общего
назначения с окружным модулем до 2,5 мм нарезают за одну чи-
стовую операцию из целой заготовки, а колеса с модулем свыше
2,5 мм за две операции — черновую и чистовую. Для раздельного
чернового и чистового нарезания в табл. 38, 39 указаны подачи
224
38. Подача при черновом нарезании зубьев гипоидных
и конических передач
			Подача	Л,, с/зуб *	
Окружной	Ширина		Колесо и шестерня	Шестерня	
модуль, мм	зубчатого венца, мм	Колесо 2	при передаточном числе		Гипоидная шестерня
		(метод врезания)	от 1 : 1 до 2 ; 1	3 ; 1 н выше	
			метод обкатывания		
3,0	19	8	17	17	17
3,5	24	10	17	18	20
4,0	31	11	18	22	26
5,0	35	12	23	25	34
6,0	41	14	30	34	39
7,0	45	17	34	45	51
8,0	50	20	45	51	57
9,0	54	23	51	57	64
10,0	57	27	57	64	71
1	Указанные в таблице подачи рекомендуются для обработки легирован-
ных сталей, имеющих твердость НВ 156—207 и предел прочности при растяже-
нии оЕ = (4,47-j-6,86) 106 Па, со скоростью резания v = 38-ь43 м/мнн. При
обработке легированных сталей с твердостью НВ 207 — 269 и ов= (7,55-:-8,53)106 Па
значение подач, указанных в таблице, необходимо умножить на коэффициент 1,25,
а скорость резания принимать о — 29 ч- 35 м/мин.
2	Если нарезание зубьев колеса производится на специальных зуборез-
ных станках 5Б231, 5281, фирмы Gleason мод. 11R, 22R, 606, 608, фирмы Modul
мод. ZFK.K, то табличные величины подач следует уменьшить, умножив их иа
коэффициент 0,75.
на обработку одного зуба, которые учитывают время полного
цикла, включая время на резание, вспомогательные хода и деление
заготовки на зуб. Рекомендации по режимам резания составлены
применительно к условиям массового и крупносерийного произ-
водства для обработки инструментом из быстрорежущей стали.
В серийном и единичном производстве величины подач обычно
увеличивают в зависимости от имеющегося оборудования, режу-
щего инструмента и требуемого качества изготовления зубчатых
колес.
225
39. Подачи при чистовом нарезании зубьев гипоидных
и конических передач
Окружной модуль,- мм	Ширина зубчатого венца, мм	Подача <г, с/зуб						
		Колесо 3 (метод копи- рования)	Метод обкатывания 1					
			Колесо (двусторон- ний или односто- ронний способы)	Шестерня при передаточном числе				Гипоид- ная ше- стерня
				от 1 : 1 до 2 : 1	от 3 : 1 и выше	от 1 : 1 до 2 : 1	от 3 : 1 и выше	
				Оди осторони ИЙ способ		Способ постоянных установок		
3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10.0	19 24 31 35 41 2 45 2 50 2 54 2 57 2	4 5 5 6 6 7 8 9 10	14 16 19 23 30 34 38 43 49	21 23 25 32 37 45 49 54 59	23 24 29 37 45 49 54 59 64	14 16 19 22 26 30 34 39 44	18 19 22 26 30 34 39 44 49	18 20 26 30 34 39 44 49 55
1 При методе обкатывания указанные величины подач рекомендуются для
обработки легированных сталей, имеющих твердость НВ 166—207 и = (6,47 4-
и-6,86) 10 е Па, со скоростью резания v = 46 4-55 м/мин. Прн обработке легиро-
ванных сталей с твердостью НВ 207 — 269 и ов == (7.55 4-8,53) 10е Па значение
подач необходимо умножить на коэффициент 1,16, а скорость установить в пре-
делах V = 35 4-44 м/мин.
£ Когда ширина зубчатого венца обкатных колес превышает 38 мм, то сле-
дует применять двусторонний способ с резцовыми головками, у которых в реза-
нии всегда находится только один резец, или односторонний способ.
8 Нарезание зубьев колеса методом копирования производят на зубопро-
тяжных станках 5Б232, 5281 Б, фирмы Gleason мод. 11F, 22F, 607, 609, фирмы
Modul мод. ZRKK со скоростями резания v — 5 4-Ю м/мин.
При нарезании конических колес повышенной точности время обработки
одного зуба необходимо увеличить на 10—15%.
5. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
Основными факторами, влияющими на выбор оборудования
для нарезания гипоидных и конических колес с круговыми зубь-
ями, являются параметры и вид передачи, программа выпуска,
требуемая точность обработки зубьев.
В мелкосерийном и единичном производстве применяют уни-
версальные станки, на которых можно нарезать зубья как шестер-
ни, так и колеса с использованием различных методов и тех-
нологических способов.
В крупносерийном и массовом производстве наиболее распро-
странены специализированные станки, а также универсальные
в упрощенном исполнении. Непременным условием высокопроиз-
водительного производства при двух- и трехсменной работе яв-
ляется наличие запаса по жесткости и мощности станка, наиболь-
ший модуль которого на 2—4 мм должен превышать модуль обра-
батываемого колеса.
226
40. Основные технические характеристики станков для нарезания гипоидных и конических колес с круговыми зубьями
Параметр	Зуборезные станки										Зубопротяж- ные станки	
	5П23А	525, 525П	5А27С4, 5А27С4П	5С273	527В, 5С27П	ио СС со CSJ C'J Ю 1Л	5С280П	5А284	5Б231	528! 1		5Б232 		5281Б
Наибольший диаметр обра-	125	500	500	500	500	800	800	1600	500	800	500	800
батываемого колеса, мм Наибольший окружной мо-	2,5	10	10	12	12	15	16	30	10	16	10	16
дуль, мм Наибольшая ширина зубча-	20	65	70	80	80	100	125	235	—	100	65	100
того венца, мм Диаметры резцовых головок,	20—90	150—	150—	160—	160—	150—	160—	450—	190—	190—	190—	190—
мм		315	350	400	400	460	500	900	315	460	315	460
Частота вращения, об/мин	137—	25—325	34—218	21—160	21—160	21—300	18—135	8,4—	25—252	21—232	3—64	2,3—
Потребляемая мощность,	820 3	6	6,75	11,3	11,3	12,4	12,88	62,5 27,4	9,3	14,6	5,3	17,9 10,6
кВт Габаритные размеры станка, мм: длина	1295	2200	2470	3 100	3 235	2 600	3 235	4 600	2300	3 070	2300	3 070
ширина	945	1600	1500	1 900	2 180	2 350	2 180	3 500	1850	2 500	1850	2 500
высота	1700	1600	1650	2 250	2 200	1 950	2 200	3 250	1715	2 498	1715	2 498
Масса станка, кг	1800	7500	8000	13 500	15 500	14 200	15 000	35 000	7000	14 000	7000	14 000
Класс точности	Н	Н и П	Н и П	Н	В и П	Н и П	П	Н	—	—	П	Н
227
41. Виды неполадок при производстве гипоидных
и конических колес с круговыми зубьями и причины их возникновения
Вид неполадок	Способ выявления	Основная причина возникновения
Увеличена	При проверке на кон-	Неправильно отрегулировано
или умень-	трольно-обкатном станке	приспособление для разделения
шена вели-	в паре с сопряженным ко-	припуска. Неточная установка
чина боково-	лесом или с измеритель-	заготовки в приспособлении.
го зазора	ным	Нежесткое закрепление бабки изделия при нарезании зубьев
Повышена	Визуальный осмотр. Изме-	Повышенные «веер» и радналь-
шероховатость	рение шероховатости на	ное биение резцов в головке.
на боковых	профилографе или про-	Резцовая головка неправильно
поверхностях	филометре. Повышенный	установлена нли плохо закре-
зубьев	шум при проверке на контрольно-обкатном станке	плена на шпинделе станка. Под резцы нли посадочные поверх- ности корпуса головкн попала грязь. Резцы в головке имеют повышенный износ
На боковых	Визуальный осмотр. При	Забоины задиры или недо-
поверхностях	проверке на контрольно-	статочный боковой зазор зубь-
зубьев имеются	обкатном станке в паре	ев сменных колес гитары об-
беспорядочные	с сопряженным илн нзме-	катки деления и качания люль-
срезы	р и тельным	колесом по краске	ки. Большие зазоры в под- шипниках валов сменных колес гитары деления и обкатки
Повышенное	При проверке контроль-	Неточно выполнены базовые
биение зубча-	ными приборами. На кон-	поверхности заготовки. Повы-
того венца	трольно-обкатном станке	шейное биение зажимного при-
или большие	биение проявляется по-	способления на зуборезном
погрешности	степенным изменением по-	станке. Неправильная установ-
окружных	ложения пятна контакта	ка и закрепление заготовки
шагов	по длине зубьев за оборот шестерни нли колеса и периодическим изменением уровня шума. Погрешно- сти окружных шагов ха- рактеризуются либо удар- ным звуком в процессе обкатывания на станке, либо очень резким или очень слабым отпечатком пятна контакта на одном или нескольких зубьях	зубчатого колеса в приспособ- лении. Осевой зазор в шпинде- ле бабки изделия. Большой вылет зажимного приспособле- ния и недостаточная его жест- кость. Большой припуск под чистовое зубонарезание. Вер- шины чистовых резцов касают- ся дна впадины зубьев
Большая под- резка ножки зуба	Визуальный осмотр	Заготовка далеко удалена от центра станка вдоль оси нли уменьшено передаточное число сменных колес гитары обкатки
Много метал- ла срезается с	головки зуба	Визуальный осмотр	Заготовка приближена к центру вдоль оси или увеличено пере- даточное число сменных колес гитары обката
228
Зуборезный станок мод. 5П23А (табл. 40) имеет устройство
для наклона инструментального шпинделя и механизм винтового
движения. На станке можно производить нарезание зубьев вы-
сокопроизводительным двойным двусторонним способом. Зубча-
тые колеса с небольшим углом делительного конуса обрабаты-
вают методом обкатывания, а колеса с большим углом — комби-
нированным методом. Станок удобен в наладке.
Станки мод. 525,525П, 528С и 528СП являются универсальными,
имеют механизм модификации обкатки. Вследствие отсутствия
наклона инструментального шпинделя станки применяют глав-
ным образом для обработки обкатных передач методами врезания
и обкатывания, причем врезание производят с малой величиной
обкатки. Деление заготовки при обработке производят через
несколько впадин зубьев.
Станок 5С280П также универсального типа, его выполняют
с механизмом модификации обката, но без наклона инструменталь-
ного шпинделя. На станке можно производить обработку мето-
дами обкатывания, врезания или комбинированным.
Станки 5А27С4, 5А27С4П, 5С27П, 527В выполняют с накло-
ном инструментального шпинделя, что позволяет производить
нарезание шестерен полуобкатных передач, а также обработку
обкатных передач при ограниченной номенклатуре резцовых го-
ловок. На станках можно производить черновое и чистовое наре-
зание методами врезания и обкатывания. Черновое нарезание
с большими нагрузками может привести к потере точности стан-
ков. Наибольшая эффективность достигается при использовании
станков в условиях массового и крупносерийного производства
при обработке шестерен, предварительно нарезанных на стан-
ках 5С273.
Станки 5С273 специализированные, они предназначены для
чернового нарезания зубьев шестерни. Станки выполняют с на-
клоном инструментального шпинделя и механизмом двойной об-
катки, который позволяет производить обработку при качании
люльки вверх и вниз.
Станки 5Б231, 5281, 5Б232 и 5281Б являются специализиро-
ванными, они предназначены только для обработки зубьев колеса.
Первые две модели применяют для черновой обработки методом
врезания, вторые две — для чистовой обработки методом копиро-
вания. Во время работы на зуборезных и зубопротяжных станках
могут иметь место различные виды неполадок, которые в значи-
тельной степени ухудшают качество обработки зубьев.
Наиболее распространенные неполадки и основные причины
их возникновения, приведены в табл. 41.
в. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА
Работы по повышению производительности и качества нар®,
зания гипоидных и конических колес с круговыми зубьями ве-
229
дутся в нескольких направлениях, затрагивающих все основные
составляющие процесса нарезания: станок, режущий инструмент,
технологическую оснастку, заготовку.
В новых конструкциях зуборезных станков повышена жест-
кость и масса, увеличена подача охлаждающей жидкости в зону
резания, существенно сокращено время на деление и вспомога-
тельные ходы. Расширены технологические возможности станков,
они могут быть оснащены: устройством переменной подачи об-
ката, двухскоростным двигателем для нарезания зубьев из
целой заготовки, механизмом двойного обкатывания, устрой-
ством для изменения подачи врезания при черновой обработ-
ке, механизмами винтового движения и модифицированного
обката.
Зуборезные станки объединяют в короткие автоматические ли-
нии с законченным циклом обработки, включающим черновые и
чистовые операции.
Большой эффективностью обладают резцовые головки с остро-
заточенными резцами. Конструкция резцов значительно упро-
щена, их выполняют из прямоугольного бруска без затыловы-
вания. Число разцов в головке увеличено на 15—30 %, что
позволяет соответственно повысить производительность стан-
ка. Число возможных переточек острозаточенных резцов увели-
чено до 40—45, вместо 15—17 у обычных затылованных рез-
цов.
Повышение производительности чернового зубонарезания на
20—25 % может быть достигнуто при увеличении номинального
диаметра резцовой головки на одну ступень, по сравнению с чи-
стовым.
Для уменьшения шероховатости поверхности на зубьях не-
обходимо производить более точную выверку резцов в чистовой
головке.
При нарезании зубьев шестерни конических и гипоидных пере-
дач легковых автомобилей окончательную выверку резцов в го-
ловке целесообразно производить непосредственно на зуборез-
ном станке.
Предварительное формообразование зубьев заготовок гипо-
идных и конических колес методами горячего накатывания и го-
рячей штамповки, кроме снижения расхода металла, способствует
также снижению трудоемкости изготовления и повышению проч-
ности на изгиб зубчатых передач. Для повышения точности наре-
зания зубьев на зуборезных станках большое распространение
получают зажимные приспособления с разжимными центрирую-
щими элементами.
Эти приспособления удобны в работе, обеспечивают большую
силу зажима, точное центрирование, что позволяет повысить точ-
ность зубьев по шагам и биению зубчатого венца на 15—-20 %.
230
7. НАРЕЗАНИЕ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС МЕТОДОМ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЛЕНИЯ
Нарезание зубьев производят методом непрерывного деления
(метод фирмы Oerlikon), при этом режущий инструмент и заготовка
непрерывно вращаются, одновременно обрабатываются все впадины
зубьев колеса. Высота зубьев конических передач постоянна по
всей ширине зубчатого венца. Продольная кривизна зубьев вы-
полнена по удлиненной эпициклоиде, которая образуется как тра-
ектория точки катящейся окружности с радиусом Еь при перека-
тывании последней без скольжения по основной неподвижной ок-
ружности радиуса Еу (рис. 127, а).
Сопряженные поверхности равновысоких зубьев имеют окто-
идный профиль; они образуются путем обкатывания в беззазор-
ном зацеплении с зубьями воображаемого производящего колеса,
роль которых при зубонарезании выполняют резцы режущего
инструмента.
Режущий инструмент представляет собой резцовую головку
номинального радиуса ги с несколькими группами резцов. Каждая
группа состоит из резцов трех типов: внутреннего 1 и наружного 3
для обработки соответственно выпуклой и вогнутой сторон зуба,
а также среднего 2 для прорезания дна впадины зуба. Порядок
расположения резцов в группах при обработке шестерни и ко-
леса различен. Резцовая головка для нарезания зубьев колеса
имеет следующее расположение резцов в группах» наружный,
средний, внутренний, а резцовая головка для шестерни — сред-
ний, наружный, внутренний.
Число групп резцов зависит от диаметра разцовой головки
и может выбираться в пределах от 3 до 13. Если требуется высокая
точность нарезания зубьев, то число групп в резцовой головке
не должно быть кратным числу зубьев нарезаемого колеса.
Рис. 127. Нарезание зубьев методом непрерывного деления (метод
фирмы Oerlikon):
а «- схема нарезания; б » резцовые головки о затылованными и острозаточенными рез-
цами; (с — слой металла, снимаемый при заточке)
231
Простота и высокая точность расчета геометрических пара-
метров равновысоких зубьев конических колес с циклоидальной
линией зубьев позволяют нарезать как шестерню, так и колесо
высокопроизводительным двусторонним способом из целой за-
готовки, без предварительной обработки зубьев. При этом боковые
поверхности зубьев получаются точно сопряженными, а погреш-
ности зацепления, свойственные коническим колесам с перемен-
ной высотой зубьев, отсутствуют.
Первые зуборезные станки фирмы Oerlikon мод. SKM1 и SKM2
работают резцовыми головками с затылованными резцами. Про-
дольная бочкообразность зубьев при обработке достигается кон-
струкцией резцовой головки или наладочными установками станка.
Разработанный фирмой Oerlikon метод «Spiroflex» характе-
ризуется тем, что продольная бочкообразность выпуклых и вог-
нутых профилей зубьев образуется благодаря наклону ин-
струментального шпинделя. В практике продольная бочкообраз-
ность производится только на зубьях шестерни, а сопряженное
колесо изготовляют обычным способом без наклона головки. Для
работы методом «Spiroflex» создан станок SK.M3 и модернизи-
рован SK.M1, инструментальный шпиндель которых может на-
клоняться.
Фирма Oerlikon создала новые конструкции резцовых головок.
Эти резцовые головки имеют массивный корпус, в пазах которого
расположены острозаточенные резцы в виде стандартных брус-
ков прямоугольной формы. В отличие от обычных, широкоприме-
няемых в производстве зубчатых колес затылованных резцов,
которые затачиваются в корпусе резцовой головки по передней
поверхности, у острозаточенных резцов, кроме передней поверх-
ности, шлифуются вершина и профиль резца, т. е. рабочая по-
верхность резцов полностью возобновляются (рис. 127, б). При
правильной эксплуатации и своевременной заточке, которая
производится вне корпуса резцовой головки на специальном за-
точном станке SKB, число возможных переточек острозаточенных
резцов достигает 100. Другим преимуществом острозаточенных
резцов из брусков является то, что их можно изготовлять на за-
воде-изготовителе зубчатых колес.
Для нарезания полуобкатных передач конических и гипоидных
колес с циклоидальной линией зубьев разработан метод
«Spirac». Зубья шестерни полуобкатной передачи нарезают ком-
бинированным методом из целой заготовки на зуборезном станке
S17, инструментальный шпиндель которого может наклоняться
на угол до 30°. Зубья колеса, имеющего реечный профиль, наре-
зают методом врезания, на любом из вышеперечисленных станков.
При обработке методом «Spirac» используют резцовые головки
с острозаточенными резцами.
Методы нарезания зубьев, разработанные фирмой Oerlikon,
широко применяются во всех типах производства: единичном,
серийном и массовом.
232
Фирма Klingelnberg выпускает станки и режущий инстру-
мент для нарезания зубьев гипоидных и конических колес
с эвольвентной и циклоидальной линиями зубьев.
Нарезание колес с эвольвентной линией зубьев производят
методом непрерывного деления, инструментом является кониче-
ская червячная фреза. Высота зубьев постоянная, а их продоль-
ная кривизна имеет форму удлиненной эвольвенты. Процесс наре-
зания зубьев основан на зацеплении обрабатываемого колеса 4
с воображаемым плосковершинным производящим колесом 5,
роль которого выполняют зубья червячной фрезы 2 (рис. 128, а).
В результате непрерывного вращения конической червячной фре-
зы 2 и обрабатываемого колеса 4, а также обката фрезы по поверх-
ности производящего колеса из начального 3 в конечное 1 положе-
ние формируется эвольвентная продольная кривизна зубьев.
Октоидный профиль зубьев образуется в результате огибания
зубьев прямолинейными режущими кромками фрезы. Зубья колеса
и шестерни обычно нарезают за один установ из целой заготовки.
Продольная бочкообразность зубьев может быть достигнута нали-
чием вогнутости на наружной поверхности фрезы или изменением
наладочных установок станка.
Для нарезания эвольвентных конических колес с окружным
модулем 1,5—12 мм и средним углом наклона рт > 32° фирма
Klingelnberg выпускает следующие модели станков: AFK 153,
AFK. 203, AFK 151, AFK 201. На двух последних моделях
станков можно нарезать гипоидные передачи. Этот метод
применяется главным образом в единичном и мелкосерийном про-
изводстве.
Нарезание гипоидных и конических колес с циклоидальной
линией зубьев производят методом непрерывного деления разъем-
ными резцовыми головками, состоящими из двух частей: наруж-
ной 5 и внутренней 6 (рис. 128, б). Обычно резцовая головка имеет
несколько групп резцов. Каждая группа состоит из четырех
резцов, установленных в следующем порядке: внутренний 1,
средний 2 и 3 и наружный 4. Средние резцы установлены выше на-
ружных и внутренних на 0,05 тп. Обе части резцовой головки,
входящие друг в друга, вращаются вокруг двух осей, парал-
лельно смещенных между собой (рис. 128, в). Эксцентриситет Ех,
определяющий разницу между образующими радиусами на-
ружного гн и внутреннего гв резцов, регулируется за счет
перемещения подвижной наружной части корпуса. Величина
эксцентриситета характеризует продольную бочкообразность
зубьев.
Разъемные резцовые головки обладают универсальностью,
чаще всего они применяются для окончательного нарезания зубьез
шестерни и колеса из целой заготовки при изготовлении неболь-
ших партий. В условиях крупносерийного и массового производ-
ства нарезание зубьев шестерни и колеса осуществляют за две
операции: черновую и чистовую. Черновое нарезание производят
8 Калашников С. Н.	233
Рис. 128. Нарезание зубь-
ев методом непрерывного
деления (метод фирмы
Klingelnberg):
а — схема нарезания зубьев
червячными фрезами; б —*
разъемная резцовая голов-
ка; « — схема нарезания
вубь^в разъемным» резцо-
выми головками; г — резец
с. твердосплавной пластиной
методом врезания неразъемными резцовыми головками. Чистовую
обработку производят разъемными резцовыми головками методом
обкатывания.
Для обработки зубьев полуобкатных передач в условиях
массового производства фирма Klingelnberg разработала метод
«Zyklomet» Гипоидные и комические зубчатые колеса с цикло-
идальной линией зубьев с окружным модулем 1,5—45 мм наре-
зают на зуборезных станках мод АМК250, АМК630, АМК850,
AM <1600.'
В последние годы фирма Klingelnberg разработала новый метод
изготовления закаленных крупномодульных гипоидных и кони-
ческих колес с циклоидальной линией зубьев взамен трудоемкого
зубошлифования пли притирки. Обработку зубьев закаленных
колес с внешним диаметром до 1600 мм производят на универсаль-
ном зуборезном станке мод. АМК1601 специальной твердосплав-
ной резцовой головкой. Головка неразъемного типа имеет три
группы резцов, в каждой из которых по три резца — наружный,
внутренний и средний.
Твердосплавный резец (рис. 128, г) состоит из твердосплавной
пластины 1 и резцедержателя 4, к которому пластина прикреп-
лена винтами 2. Перемещение пластины ограничивает палец 3.
Режущая кромка твердосплавной пластины заточена под углом 15°.
У закаленных колес резцы обрабатывают только боковые поверх-
ности зуба и не касаются дна впадины. За один рабочий ход сни-
мают припуск не более 0,1 мм. Более высокое качество достигается
при обработке зубьев в два рабочих хода. Скорость резания
234
v = 15-J-20 м/мин. Метод изготовления закаленных крупномо-
дульных колес твердосплавными резцовыми головками расширяет
область применения точных зубчатых колес во многих отраслях
машиностроения.
ГЛАВА XI
ЗУБОХОНИНГОВАНИЕ И ЗУБОШЛИФОВАНИЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зубохонингование и зубошлифование являются процессами
чистовой обработки закаленных цилиндрических зубчатых колес
с прямыми и косыми зубьями с внешним и внутренним зацепле-
нием.
1.	ОТДЕЛКА БАЗОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Если зубья не шлифуются, то точность зубчатого колеса
в основном определяется точностью обработки базовых поверх-
ностей. У колес-валов базовые поверхности (шейки, торцы) после
термической обработки шлифуют при установке в центрах, ко-
торые перед шлифованием зачищают и удаляют забоины. Точные
зубчатые колеса — валы правят на прессах с высокой точ-
ностью.
У колес-дисков базовые отверстия и опорный торец обрабаты-
вают за один установ на внутришлифовальных станках в кулач-
ковых и мембранных патронах. Кулачковые патроны используют
в единичном и мелкосерийном производстве, они допускают обра-
ботку зубчатых колес с большим диапазоном диаметров.
В массовом и серийном производстве применяют мембранные
патроны (рис. 129, а), обеспечивающие более точную и быструю
установку заготовки. Базой при установке колеса в патрон слу-
жит делительная окружность зубьев и торец ступицы или зубча-
того венца. Перед установкой колеса 1 во впадины зубьев закла-
дывают ролики 3 с сепаратором 2. Затем колесо вместе с сепара-
тором вставляют в патрон до упора в пальцы 6. В это время ку-
лачки 4 под действием мембраны разжаты. Шток 9 пневмоцилиндра
нажимает на торец мембраны 8, которая упруго прогибается и
разжимает кулачки. При отводе штока назад мембрана возвра-
щается под действием сил упругости в исходное положение. Ку-
лачки сближаются и зажимают обрабатываемое колесо через ро-
лики с одновременным поджимом к пальцам 6.
Посадочное гнездо и опорный торец планшайбы 7 шлифуют не-
посредственно на станке с высокой точностью по размеру патрона
с плотной посадкой. Внутренний диаметр кулачков 4 и опорные
торцы пальцев 6 также шлифуют непосредственно на станке с уста-
новочным кольцом 5. Радиальное биение кулачков 4 не более
0,015 мм, торцовое биение пальцев 6 не более 0,01 мм.
8*	235
д)
Рис. 129. Схема закрепления цилиндрических колес в патронах при шлифовании
базовых поверхностей
Различные виды базирования цилиндрических колес приве-
дены на рис. 129. Размеры ролика или клинового пальца 10 вы-
бирают такими, чтобы они контактировали в зоне делительной
окружности (рис. 129, б). При ручной загрузке ролики группи-
руют по три—четыре под каждый кулачок (рис. 129, в), в случае
автоматической загрузки ролики вводят во все впадины зубьев. Для
ручной и автоматической загрузки широко применяют мембран-
ные патроны с тремя клиновыми пальцами 11 (рис. 129, д), план-
ки 12 ориентируют заготовку при установке в патрон. Колеса
с маленьким диаметром устанавливают по делительной окруж-
ности и торцу в патроне по трем зубчатым колесам (рис. 129, г).
Когда у блочных зубчатых колес отверстия с обоих торцов шли-
фуют одновременно, применяют мембранные патроны двойного
действия с клиновыми пальцами. Установка производится по край-
ним зубчатым венцам (рис. 129, е). При шлифовании одного отвер-
стия в блочном колесе зубчатый венец со стороны шлифуемого
отверстия центрируют в мембранном патроне по делительной ок-
ружности, противоположный торец устанавливают по центровой
фаске или по отверстию. Установка блочного колеса по центровым
фаскам удобна при шлифовании отверстий с поворотом заготовки.
2.	ЗУБОХОН ИН ГОВАН ИЕ
Зубохонингование является высокопроизводительным методом,
который применяется для уменьшения шероховатости поверх-
ности шевингованных зубчатых колес до Ra = 1,25-1-0,32 мкм,
снижения уровня шума на 2—4 дБ, удаления небольших забоин
236
и заусенцев величиной до 0,3 мм и увеличения срока службы зака-
ленных зубчатых колес после шевингования или зубошлифования.
Процесс хонингования предназначен для удаления небольшого
припуска и исправления небольших погрешностей. Практически
припуск под хонингование не оставляют, снимаемый припуск со
стороны зуба составляет 0,01—0,03 мм, в этом же пределе проис-
ходит исправление погрешностей в зубчатом зацеплении. У зубча-
тых колес самолетов и космических аппаратов применение после
шлифования зубьев хонингования хонами со шлифованным про-
филем позволило увеличить срок службы за счет повышения точ-
ности и уменьшения шероховатости поверхности. В автомобиль^
ной промышленности хонингование применяют после шевинго-
вания в основном для снижения уровня шума путем уменьшения
шероховатости поверхности, удаления забоин и других повреж-
дений. Хонингование не повышает температуру поверхности зуба,
не вызывает тепловых трещин, прижогов и не снижает твердость
поверхностного слоя. В процессе хонингования обрабатываемое
колесо обычно находится в плотном зацеплении с абразивным
зубчатым хоном, выполненным в виде косозубого колеса при угле
скрещивания осей 10—15°. Зубчатое колесо совершает возвратно-
поступательное движение параллельно своей оси. Направление
вращения хона изменяется при каждом ходе стола. Беззазорное
зацепление происходит при небольшом регулируемом давлении
путем поджима бабки инструмента к колесу. Во время рабочего
цикла хон подвижен, он как бы следует за погрешностями в зубьях
колеса и тем самым предотвращает поломку инструмента и умень-
шает эти погрешности до определенных пределов.
Зубохонингование осуществляется на специальных станках.
Станок 5913 с горизонтальной компоновкой, предназначен для
хонингования зубчатых колес внешнего зацепления диаметром
до 320 мм и модулем до 6 мм. Ведущим элементом является инстру-
мент. Станок мод. 5915 — вертикальной компоновки, применяется
для обработки колес диаметром до 500 мм и модулем до 10 мм,
привод от изделия. На станках предусмотрены два метода хонин-
гования с радиальным и окружным нагружением.
На рис. 130 приведена схема хонингования с радиальным на-
гружением. В процессе хонингования вершина и профиль зуба
колеса 2 постоянно контактируют с впадиной и профилем зуба
хона 1 в точках 4. Благодаря контактированию внешнего диаметра
колеса со впадиной зуба хона под небольшим давлением зубья
колеса постепенно внедряются в тело хона и автоматически вос-
станавливают его зубья, а на вершине зуба колеса образуется
скругление небольшого радиуса, которое обеспечивает плавный
вход зубьев в начале зацепления. Чтобы предотвратить поломку
зубьев, хон по внешнему диаметру 3 периодически правят для
поддержания необходимого радиального зазора 5.
Для диаметра хона 200—250 мм частота вращения составляет
200—250 об/мин, горизонтальная подача в пределах 180—
237
Рис. 130. Схема эубохонингования с радиальным
нагружением
220 мм/мин, количество двойных ходов
стола 2—3, радиальное нагружение
инструмента к обрабатываемому колесу
осуществляется с силой 15—45 Н. Вре-
мя обработки колеса составляет 30 —
60 с.
Для закрепления зубчатых колес на
хонинговальном стайке можно исполь-
зовать оправки, приведенные на рис. 73, с той лишь разницей,
что при хонинговании в качестве базы можно использовать тор-
цы ступицы, а не зубчатого венца, как это делается при зу-
бофрезеровании и шевинговании. При ручном зажиме заготовки
для сокращения вспомогательного времени целесообразно приме-
нять две оправки. Реверсирование вращения хона при хонинго-
вании колес с малым модулем следует производить в середине
хода стола, чтобы исключить возможность поломки зубьев в ре-
зультате ударных нагрузок. При обработке бочкообразного зуба
обрабатываемое колесо устанавливают в центре стола, иначе мо-
жет произойти смещение бочкообразного профиля.
3.	ЗУБОШЛИФОВАНИЕ
Среди чистовых методов обработки зубьев зубошлифование
имеет ряд преимуществ. Этот метод обеспечивает самую высокую
точность обработки (3—6-ю степень точности) и малую шерохова-
тость поверхности. Шлифование позволяет устранить неизбеж-
ные деформации при закалке и производить профильную и про-
дольную модификацию зубьев для повышения эксплуатационных
показателей. Зубошлифование широко используют для обработки
зубчатых колес авиационной техники; станков, измерительных
колес, шеверов, долбяков, накатников и т. д. В настоящее время
применяют два метода шлифования цилиндрических зубчатых
колес: копирования и обкатки.
Шлифование методом копирования (рис. 131, а) осуществля-
ется профильным шлифовальным кругом, профиль которого обычно
соответствует профилю впадины зуба колеса. Обрабатываемое ко-
лесо 2 в процессе шлифования, оставаясь неподвижным, совер-
шает возвратно-поступательное движение, а вращающийся шлифо-
вальный круг 1 перемещается вдоль зуба колеса, получает периоди-
ческую подачу на глубину шлифования и окончательно шлифует
одну или обе стороны зубьев колеса одновременно.
Эвольвентная или модифицированная форма профиля зуба на
шлифовальном круге обеспечивается путем правки специальным
приспособлением. Точность станка в первую очередь определяется
точностью системы деления. Диаметр делительного диска должен
238
Рис. 131. Методы зубошлифования цилиндрических зубчатых колее
быть значительно больше и точнее, чем диаметр и допуски на
изготовление обрабатываемого колеса. Профиль шлифовального
круга зависит от точности правочного алмазного устройства. При
обработке косозубых колес трудности возникают при профили-
ровании шлифовального круга и получении точного направления
зуба, поэтому этот метод более эффективен при шлифовании прямо-
зубых колес. На станках для профильного шлифования можно
обрабатывать цилиндрические колеса с прямыми и косыми зубьями,
внешнего и внутреннего зацепления. Этот высокопроизводитель-
ный и точный метод обработки широко применяют для шлифова-
ния силовых зубчатых передач самолетов, реактивной техники,
а также точных измерительных колес. Станки, работающие про-
фильными кругами: 586, 5860, 5960А, 5861 и фирм National
Broach и Liebherr.
Шлифование методом непрерывного обкатывания абразивным
червяком (рис. 131, б) аналогично зубофрезерованию, где вместо
червячной фрезы применяются одно- или двухзаходный абразивный
червяк с реечным профилем зуба. В процессе шлифования абра-
зивный червяк 2, находясь в зацеплении с зубьями обрабатывае-
мого колеса /, в результате движения обкатки осуществляет фор-
мирование эвольвентного профиля зуба. Основным преимущест-
вом этого метода является высокая производительность, которая
достигается благодаря непрерывному процессу резания, приме-
нению многозаходных червяков и одновременной обработки обоих
профилей зуба прн движении детали вверх и вниз. Наибольшая
239
производительность достигается при обработке зубчатых колес
с модулем до 4—5 мм. Другая особенность метода — высокая точ-
ность обработки по шагу зуба, погрешности профиля и направле-
ния зуба исправляются в меньшей степени. Форму эвольвенты
рекомендуется проверять после каждой правки абразивного чер-
вяка. Радиальное биение, погрешности направления зуба воз-
никают в результате некачественного изготовления технологиче-
ской оснастки, заготовки и неточной наладки станка. Погреш-
ности в направлении зуба возникают также при изменении угла
подъема нитки червяка по мере уменьшения его диаметра.
Первая деталь, закрепленная в оправке, сначала шлифуется
предварительно до полной зачистки всех зубьев. Затем у детали
вместе с оправкой на приборе контролируют эвольвенту и направ-
ление зуба. Ошибки в профиле исправляются корректировкой
профиля зуба абразивного червяка, ошибки в направлении зуба —
изменением установки угла наклона зуба. После внесения измене-
ний в установки, если это требуется, деталь шлифуется оконча-
тельно. Вторую деталь также шлифуют предварительно и оконча-
тельно с промежуточным измерением. Зубчатые колеса с прямыми
и косыми зубьями с модулем до 1 мм можно шлифовать без предва-
рительного нарезания зубьев. Зубонарезание под шлифование
производят червячными фрезами без «усика». Этот метод шлифова-
ния используется для обработки зубчатых колес самолетов, стан-
ков и автомобилей. В автомобилях шлифованию подвергают зуб-
чатые колеса коробок передач, ведущих мостов и газораспреде-
ления в дизелях. Модели станков этой группы: 5В832, 5В833,
5В835, 5В836 и фирмы Reishauer.
Шлифование методом обкатывания с делением двусторонним
коническим кругом (рис. 131, в). Профиль зубьев обрабатывае-
мого колеса 2 обкатывается по прямобочному профилю шлифоваль-
ного круга J, воспроизводя зацепление обрабатываемого колеса
с производящей рейкой 3. Движение обкатки, состоящее из воз-
вратно-вращательного движения колеса вокруг своей оси и про-
дольного его перемещения от центра, осуществляется сменными
колесами гитары деления и гитары обкатки. В зависимости о! тре-
буемой точности и производительности стороны зуба шлифуют
одновременно или поочередно. Преимуществом метода является
высокая производительность и точность обработки, короткое время
переналадки станка, широкая универсальность. Наиболее рацио-
нально его применение для изготовления зубчатых колес с модулем
свыше 4—5 мм. По этому методу работают станки мод. 5831,
584М, фирм Niles и Hofler.
Шлифование методом обкатки с делением двумя тарельчатыми
кругами (рис. 131, г, д, ё). Шлифовальные круги 1 устанавливают
под углом, равным 0° (рис. 131, г), или под углом зацепления —
метод Л. Преимущество метода шлифования Л (рис. 131, г) — бо-
лее короткий путь обкатки, простота в достижении продольной и
профильной модификации зуба. Каждый круг обрабатывает одну
240
боковую сторону зуба колеса. Обрабатываемое колесо 2 кроме воз-
вратно-поступательного движения получает обкаточное движе-
ние через обкатной сектор 3 и стальные ленты 4, диаметр сектора
равен диаметру основной окружности обрабатываемого колеса
минус толщина ленты. Благодаря простой и короткой кинемати-
ческой цепи движения обкатки через сектор и стальные ленты до-
стигается высокая точность обработки. Тарельчатый круг в про-
цессе шлифования касается обрабатываемой боковой поверхности
зуба лишь небольшим участком периферии. Благодаря небольшой
и быстроперемещающейся контактной площадке по поверхности
зуба выделяется незначительное количество тепла, что позволяет
производить шлифование без охлаждения. Повышенный износ
круга автоматически компенсируется.
Этот метод шлифования широко применяется для изготовле-
ния и заточки шеверов и зубчатых накатников, он более экономи-
чен, чем заточка шеверов на станках с одним шлифовальным кру-
гом большого диаметра. Время заточки дискового шевера диа-
метром 250 мм составляет от 0,5 до 1,5 ч. Достигаемая точность
погрешности профиля окружного шага и направления зуба на-
ходятся в пределах 3 мкм, шероховатость поверхности Ra
0,5 мкм. Станки, работающие тарельчатыми кругами: 58511
5852, 5853 и фирмы Maag.
Основные характеристики некоторых шлифовальных станков
приведены в табл. 42.
42. Технические характеристики зубошлифовальных станков
Параметр	Модель станка			
	S86	SB833	S831	5851
Наибольший диаметр	500	320	320	320
обрабатываемого коле- са, мм Наибольший модуль, мм	10	4	6	10
Наибольшая ширина	200	150	100	220
зубчатого венца, мм Наибольший диаметр	350	400	250	225
шлифовального круга, мм Тип шлифовального	Профиль-	Абразив-	Ковиче-	Тарель-
круга	ный	НЫЙ	ский	чатый
Мощность главного	7	червяк 4	1,1	2
электродвигателя, кВт Габариты станка, мм: длина	3350	2400	2390	3170
ширина	2670	2500	2110	1820
высота	2300	2040	2990	1950
Масса станка, кг	8500	9500	4750	5600
Класс точности	П	В	П	А
241
К недостаткам процессов шлифования следует отнести шлифо-
вочные прижоги, трещины и т. д., которые зависят от многих
причин: характеристики шлифовального круга, СОЖ, режимов ре-
зания и т. д. Ухудшение поверхности в форме пятнистости,
снижения твердости и образования трещин чаще всего выявляются
при снятии большого припуска на высоких скоростях. Наиболее
эффективным средством выявления прижогов или отпуска у ответ-
ственных зубчатых передач является травление.
ГЛАВА XII
ПРИТИРКА И ЗУБОШЛИФОВАНИЕ
КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
1.	ОТДЕЛКА БАЗОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Базовые поверхности у конических колес-валов шлифуют от цен-
тровых гнезд после их зачистки и правки вала в центрах прессов
с точностью до 0,02—0,04 мм. Чтобы не вызвать изменения пятна
контакта при сборке, в большинстве случаев опорный торец у ше-
стерни после термообработки не шлифуют или снимают минималь-
ный припуск 0,05—0,1 мм.
При обработке небольших партий, когда применять специаль-
ные патроны неэкономично, установку колеса при шлифовании
отверстия производят в кулачковом патроне с выверкой с помощью
индикатора по отверстию и опорному торцу с максимально возмож-
ной точностью.
В массовом и крупносерийном производстве при шлифовании
отверстия и торцов широко применяют мембранные патроны с уста-
новкой от зуба по делительному конусу колеса. Принцип дей-
ствия таких патронов аналогичен патронам, применяемым при
шлифовании базовых поверхностей цилиндрических колес.
На рис. 132 приведены различные виды базирования кониче-
ских колес с прямыми и криволинейными зубьями. Прямозубые
конические колеса 1 с малым числом зубьев, типа сателлита диф-
ференциала автомобиля, базируют по всем зубьям с использова-
нием конического колеса 2 с внутренними зубьями (рис. 132, а)
или установочных пальцев. Конические колеса со ступицей 4,
типа шестерен полуоси дифференциала автомобиля, устанавли-
вают на пять—семь пальцев 3, имеющих твердосплавные шарико-
вые наконечники или напыленных карбидом вольфрама с твердо-
стью HRC 65—68 (рис. 132, б). В обоих вышеуказанных случаях
за один установ заготовки шлифуют отверстие и опорный торец.
У конических колес-дисков 5 с криволинейными зубьями после
термической обработки обычно шлифуют только отверстие, опор-
ный торец шлифуют тогда, когда шлифуются зубья. Базирование
осуществляют по делительному конусу на пять и более конусных
242
6)
Рис. 132. Схема закрепления конических колес в патронах при шлифовании
базовых поверхностей
пальцев 6 (рис. 132, в). Удобнее шлифование отверстия произво-
дить на впутришлифовальных станках с вертикальной осью из-
делия.
2.	ПОДБОР В ПАРЫ
Так как погрешности зубьев у гипоидных и конических колес
в партии после термической обработки в результате деформации
различны, поэтому качество их зацепления по пятну контакта,
уровню шума и боковому зазору будет неодинаково. Операция
подбора в пары предназначена для выявления двух сопряженных
элементов — шестерни и колеса, качество зацепления которых
должно соответствовать требованиям чертежа. Подобранные в пару
шестерня и колесо остаются сопряженными друг с другом на про-
тяжении всего периода эксплуатации.
Подбор зубчатых колес в пары после термической обработки
и шлифования базовых поверхностей производят на контрольно*
обкатном станке при установке на теоретических базовых рас-
стояниях. На зубья колеса наносят тонкий равномерный слой
краски. Первоначально для выявления забоин и заусенцев сопря-
женную пару вращают с небольшой окружной скоростью (п =?
= 400-4-600 об/мин) и под легкой нагрузкой. После удаления
ручной шлифовальной машинкой забоин и заусенцев увеличивают
частоту вращения ведущего шпинделя контрольно-обкатного
243
станка (п = 1200-4-2000 об/мин) и контролируют пятно контакта
и плавность хода, а при остановке станка боковой зазор между
зубьями.
У гипоидных и конических передач, зубья которых после термо-
обработки не подвергаются притирке и шлифованию, спаривание
производят особенно тщательно, заменяя шестерню и колесо до
получения требуемого пятна контакта и плавности хода. Боковой
зазор регулируют изменением базового расстояния колеса.
После спаривания электрографом на торце шестерни клеймят
ее базовое расстояние, а на колесе величину бокового зазора
отмеченных зубьев. Порядковый номер пары маркируют на колесе
и шестерне. При сборке редукторов базовое расстояние шестерни
и боковой зазор, определенные на контрольно-обкатном станке,
должны быть строго соблюдены. Когда спаривание производят
под последующую притирку зубьев, то в массовом и крупносерий-
ном производстве в соответствии с наладкой притирочных станков
производят сортировку пар с различным расположением пятна
контакта по длине зуба, например на пятке, носке и в середине
зуба. Подбор в пары производят в отдельной комнате, изолиро-
ванной от цехового шума.
3.	ПРИТИРКА КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ
ЗУБЬЯМИ
Притирка закаленных гипоидных и конических зубчатых пере-
дач производится для уменьшения шероховатости поверхности
зубьев и незначительных исправлений формы и расположения
пятна контакта с целью получения плавной и бесшумной работы
пары.
Операция притирки выполняется на специальных притирочных
станках при совместном вращении сопрягаемых шестерни и колеса
под легкой тормозной нагрузкой с одновременной подачей абра-
зивной жидкости в зону зацепления. Чтобы обеспечить притирку
всей рабочей поверхности зубьев, взаимное положение шестерни
и колеса во время процесса притирки автоматически изменяется.
В течение автоматического цикла притирки станки выполняют
три основных движения (рис. 133, а).
1.	Вертикальное движение 2 одного из сопряженных элемен-
тов шестерни 4 или колеса 1 управляет длиной пятна контакта
путем перемещения его по длине зуба к носку или пятке
(рис. 133, б). В отдельных конструкциях притирочных станков
продольное перемещение пятна контакта производят с помощью
поворота 3 шестерни 4 вокруг оси А—А, проходящей приблизи-
тельно через секунду длины зуба. При продольном перемещении
пятно контакта изменяет свое положение и по высоте профиля
зуба, переходя из среднего положения на головку или ножку зуба.
2.	Горизонтальное движение 6 в направлении оси шестерни
способствует удержанию пятна контакта в среднем положении
244
f)	2 г)
Рис. 133. Притирка гипоидных и конических зубчатых передач:
а схема движений при притирке; б —* перемещение пятна контакта по длине зуба;
в — схема притирки зубьев; г — расположение трубки, подающей абразивную жидкость
по высоте профиля зуба при его перемещении к носку или пятке.
3.	Осевое движение 5 в направлении оси колеса в сочетании
с вертикальным и горизонтальным движениями позволяет под-
держивать постоянный боковой зазор между зубьями в течение
всего цикла притирки.
Величины вертикального, горизонтального и осевого движе-
ний притирочного станка определяют опытным путем при его на-
ладке или при проверке пары методом V—Н контрольно-обкат-
ном станке.
Абразивная жидкость, применяемая на зубопритирочных стан-
ках, состоит из абразива и масла.
Наиболее эффективным абразивом для закаленных зубчатых
передач является карбид кремния, твердые и хрупкие зерна 3
которого имеют острые режущие кромки (рис. 133, в). Во время
притирки абразивные зерна вместе с маслом 2 подаются в зону за-
цепления и острыми гранями снимают металл с поверхности зубьев
шестерни 1 и колеса 4 при взаимном их перемещении 5 и 7 относи-
тельно друг друга. Для повышения режущих свойств абразива
создается давление между зубьями 6 и 8 с помощью тормозного
момента. В процессе притирки абразивные зерна разламываются,
образуя новые режущие грани.
Размер абразивных зерен оказывает существенное влияние
на процесс притирки. Очень мелкие зерна увеличивают время при-
тирки и могут способствовать возникновению задиров на поверх-
245
ности зубьев. Если абразивные зерна слишком крупные, то по-
верхность зубьев после притирки будет грубой. При применении
крупных абразивных зерен следует тщательно контролировать
обработку зубьев во избежание чрезмерной притирки и изменения
базового расстояния шестерни.
Для притирки зубчатых передач с окружным модулем 2,5—
4,5 мм целесообразно применять абразив зернистостью 3. Пере-
дачи легковых автомобилей притираются абразивными зернами
размером 3—4, а передачи грузовых автомобилей и тракторов
5—6.
Масло, входящее в абразивную смесь, должно поддерживать
абразивные зерна во взвешенном состоянии, свободно протекать
через насосную систему станка и легко смываться с зубьев водным
раствором. Этим требованиям в полной мере отвечает масло
СЭЛ-1. В качестве первоначальной пропорции абразивной жидко-
сти можно принять 2,7 кг абразива и 3,8 л масла. На операцию
притирки зубьев припуск практически не оставляют. Если после
зубонарезания на поверхности зубьев нет глубоких рисок, то
притиркой может быть достигнута шероховатость Ra = 1ч-2 мкм.
Во время притирки абразивные зерна разрушаются, теряя
свои режущие свойства, поэтому необходимо периодическое до-
бавление новой абразивной жидкости. В массовом и крупносе-
рийном производстве абразивную жидкость целесообразно добав-
лять после притирки 20—30 зубчатых пар.
Абразивную жидкость принято направлять на колесо, причем
благоприятные условия для притирки создаются при положении
подающей трубки в промежутке между точками 2 и 3 (рис. 133, г)
на расстоянии около 20 мм от зубчатого венца. Если применяются
две подающие трубки, то их следует устанавливать в точках /
и 2. Боковой зазор во время притирки должен быть на 0,05—
0,07 мм меньше минимального чертежного зазора, чтобы избежать
интерференции верхней кромки зуба при работе пары в собранном
механизме. Если зубчатые пары собираются с малым боковым за-
зором, то время притирки по возможности ограничивают.
Время притирки зависит от многих факторов, главные из них:
характеристика абразивной жидкости, величина тормозного мо-
мента, геометрические параметры зубчатой пары, твердость по-
верхности зубьев. Ориентировочное время притирки конических
передач с криволинейными зубьями 2—5 мин, гипоидных передач
легковых автомобилей 4—6 мин, гипоидных передач тяжелых гру-
зовиков 8—12 мин. Если зубчатые пары после притирки имеют
неудовлетворительное качество, то они могут быть подвергнуты
повторной притирке с изменением наладки станка. Время повтор-
ной притирки должно быть сокращено вдвое.
Пятно контакта при притирке конических передач вследствие
наличия только профильного скольжения имеет тенденцию к су-
жению и располагается вдоль линии делительного конуса, что
требует ограничения времени притирки. У гипоидных передач на
246
43. Основные технические характеристики зубопритирочных станков
Параметр	Модель станка		
	5П722	5П725М	5725Е
Наибольший диаметр обрабатывав-	320	500	500
мого колеса, мм Наибольший окружной модуль, мм	6	8	10
Межосевой угол, град.	90	90	90
Частота вращения ведущего шпин-	1450	1360	1450
деля, об/мин Масса станка, кг	4600	4000	4800
Класс точности	Н	П	Н
поверхности зубьев наряду с профильным имеется продольное
скольжение, поэтому при их притирке пятно контакта имеет склон-
ность к расширению по высоте профиля.
Правильно выбранный тормозной момент во многом определяет
эффективность процесса притирки. При небольшом тормозном
моменте уменьшается действие абразивной жидкости и увеличи-
вается продолжительность притирки. Слишком большая тормоз-
ная нагрузка способствует чрезмерной притирке профиля и повы-
шенному уровню шума, увеличивает ширину и длину пятна кон-
такта, перемещая его ближе к носку зуба. Оптимальной величи-
ной является давление 5-Ю1 Па, создаваемое на поверхностях
зубьев сопряженных колес.
Для устранения пятна контакта, расположенного в виде уз-
кой плоскости на вершине головки зуба, чистовое нарезание зу-
бьев шестерни с передаточным числом пары 2 : 1 и выше произво-
дят резцами со специальным утолщением на головке.
Притирка зубьев выполняется на специализированных зубо-
притирочных станках, основные технические параметры которых
приведены в табл. 43.
4.	ЗУБОШЛИФОВАНИЕ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС
Зубошлифоваипе гипоидных и конических колес позволяет
получить закаленные зубчатые передачи высокого качества (5—
6-й степени точности ГОСТ 1758—81). Шлифование зубьев яв-
ляется трудоемкой операцией, производительность и качество
которой в значительной степени зависит от точности предвари-
тельной обработки и величины припуска (обычно 0,1—0,2 мм на
сторону). Для повышения стойкости шлифовальных кругов и
уменьшения опасности появления прижогов и микротрещин
шлифование зубьев производят с обильным охлаждением (мине-
ральное масло или сульфофрезол). Зубошлифование прямозубых
конических колес производят методом обкатывания двумя спосо-
бами. Наиболее распространен способ шлифования зубьев кони-
247
1	2
Рис. 134. Способы шлифования зубьев конических колес:
в **• наклонными шлифовальными кругами; б — дисковым кругом; в —> чашечно-цилин-
дрическим кругом; г — чашечно-коническим кругом
ческими поверхностями двух наклонных шлифовальных кругов 2,
совершающих возвратно-поступательное движение вдоль зуба
(рис. 134, а). При этом способе площадь контакта абразива с по-
верхностью зубьев 1 очень мала, охлаждающая жидкость имеет
свободный доступ в зону резания. Благоприятные условия реза-
ния позволяют избежать прижогов на поверхности зубьев.
В качестве материала для шлифовальных кругов чаще всего
применяют белый электрокорунд с твердостью М3—CMI и зер-
нистостью 16—25. Окружная скорость кругов 30—35 м/с, а ско-
рость их перемещения вдоль зуба 5—7м/мин. Периодичность правки
шлифовальных кругов 2—5 раз в течение обработки зубчатого
колеса.
Другой способ — шлифование прямозубых конических колес
одним дисковым шлифовальным кругом 3, который кроме враще-
ния получает продольное перемещение вдоль зуба колеса 4
(рис. 139, б). Как правило, каждую сторону зуба колеса шлифуют
отдельно, только при постоянной ширине дна впадины производят
одновременное шлифование обеих сторон зубьев. Конические ко-
леса с модулем менее 1,5 мм шлифуют из целой заготовки. Этот
способ требует применения специальных кругов и обильного под-
вода СО>К в зону резания. Окружная скорость шлифовального
круга 20—22 м/с.
Гипоидные и конические колеса с круговыми зубьями шлифуют
методом обкатки, чаще всего чашечно-цилиндрическими шлифо-
вальными кругами, осевое сечение которых подобно зуборезным
248
44. Основные технические характеристики зубошлифовальных станков
Параметр	Зубошлифовальные станки для колес				
	прямозубых			с круговыми зубьями	
	587 В	5870М	5А871	5871	5А872
Наибольший диаметр об- рабатываемого колеса, мм	125	200	500	500	800
Наибольший модуль, мм	3	6	8	10	15
Наибольшая ширина зуб- чатого венца, мм Диаметр шлифовального круга, мм Частота вращения, об/мин	20	40	80	65	100
	200	250	350	150—315	150—460
	680—6800	2650	3000	1435— 4950	ИЗО— 4150
Потребляемая мощность, кВт Габаритные размеры стан- ка, мм:	4,18	9,4	9,1	11,5	11
длина	1857	2500	2690	2690	2600
ширина	ИЗО	2100	1750	1750	2100
высота	1855	1680	2100	2100	2000
Масса станка, кг	3500	8000	1050	1050	1250
Класс точности	В	В	В	В	П
резцовым головкам. Между обрабатываемым колесом 5 и шлифо-
вальным кругом 6 (рис. 134, в) происходит движение обкатки, ко-
торое аналогично обкатыванию зубчатого колеса с воображаемым
производящим колесом, зубом которого является шлифовальный
круг.
Окружную скорость шлифовального круга принимают равной
25—35 м/с. Когда шлифуют колеса с большим углом делительного
конуса, во избежание возникновения прижогов, окружную ско-
рость уменьшают до 18—20 м/с.
При угле начального конуса зубчатого колеса более 50—60°
способ шлифования чашечно-цилиндрическими кругами мало про-
изводителен. Возрастает площадь контакта круга с изделием,
появляются прижоги, из-за которых приходится снижать ре-
жимы обработки. В этом случае рекомендуется применять чашечно-
конические круги 7 (рис. 134, г). Значительно меньшая площадь
контакта между кругом 7 и зубьями 8 при шлифовании чашечно-
коническими кругами позволяет работать с большими окруж-
ными скоростями 25—30 м/с.
Технические характеристики зубошлифовальных станков при-
ведены в табл. 44.
Зубошлифовальный станок мод. 587В работает методом обкатки
одним абразивным кругом, имеет механизм винтового движения.
Станок универсален, может быть использован как в единичном,
249
так и в серийном производстве. На станках мод. 5870М и 5А871
обработку производят коническими поверхностями двух наклон-
ных шлифовальных кругов, движущихся вдоль зуба.
Станок мод. 5871 является универсальным, на нем можно
шлифовать как колеса, так и шестерни. Обработку производят
методом обкатки, как чашечно-цилиндрическими, так и чашечно-
коническими кругами.
Шлифование зубьев на станке мод. 5А872 производят только
чашечно-цилиндрическими кругами, причем диаметр круга равен
диаметру резцовой головки для нарезания зубьев. Деление на
станке производится через несколько зубьев.
ГЛАВА Х111
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
В современных машинах и механизмах зубчатые передачи должны иметь
меньшие размеры, большую прочность, вращаться с более высокой скоростью,
плавно и бесшумно и быть взаимозаменяемыми. Эти требования могут быть удов-
летворены с помощью зубчатых передач высокой точности. Высокое качество зуб-
чатых колее можно обеспечить при условии применения правильных методов
и средств контроля, а также систематического контроля на протяжении всего
технологического цикла изготовления, включая контроль базовых поверхностей
заготовок, зубчатых колес после зубофрезерования, зубодолбления, зубешевин-
гованпя, термической обработки, финишных операций и сборки.
Зубчатые колеса обычно проходят три этапа контроля: производственный,
лабораторный и окончательный (приемочный). Первым шагом в получении точ-
ных зубчатых колес являются хорошие заготовки. Важнейшими поверхностями
заготовок, которые выдерживают в пределах жестких допусков, являются базо-
вые поверхности (отверстия, шейки, торцы), используемые при зубообработке
и контроле. Эти поверхности должны иметь точные размеры и располагаться
перпендикулярно и концентрично оси колеса. Перед зубообработкой базовые по-
верхности заготовки, как правило, проходят 100 %-ный контроль.
1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
Производственный контроль осуществляется непосредственно па участке
зубообрабатывающих станков рабочим или наладчиком. После зубофрезерования
и зубодолбления па приспособлениях в плотном двухпрофильном зацеплении
обрабатываемого колеса с измерительным проверяют размер зубьев, колебание
измерительного межосевого расстояния за оборот колеса и на одном зубе, при-
пуск под шевингование и шероховатость поверхности -— визуально.
Контролируют первые два зубчатых колеса с каждого станка в начале смены,
после замены инструмента, подналадки станка, а также через каждые 1—2 ч ра-
боты станка. По результатам проверки, если это необходимо, наладчик вносит
изменения в наладку станков.
После шевингования кроме размера зубьев и колебания межосевого рас-
стояния за оборот и на одном зубе дополнительно проверяют форму и расположе-
ние пятна контакта, уровень шума на контрольно-обкатном станке и более тща-
тельно шероховатость поверхности зубьев.
Производственный контроль позволяет быстро на простом приспособлении
определить размер и суммарные погрешности в зубчатом зацеплении на первом
этапе его изготовления.
250
Лабораторный контроль предназначен для управления точностью техноло-
гического процесса путем измерения отдельных параметров зубчатого колеса и
оперативного устранения производственных неполадок. Лабораторный контроль
осуществляется контролером на специальных приборах с записывающим устрой-
ством, установленных в специальном помещении, хорошо защищенном от цехо-
вого шума, рядом с участком изготовления зубчатых колес.
После зубофрезерования, зубодолбления и зубошевингования погрешности
направления зуба и профиля проверяют на четырех равнорасположенных зубьях
одного колеса с каждого станка один раз в смену. Результаты измерения контро-
лер вносит в таблицы для каждого станка, что позволяет постоянно анализиро-
вать его работу и наладку. Пятно контакта и уровень шума после зубошевингова-
ния проверяют у тех же зубчатых колес, у которых измеряли профиль и направ-
ление зуба. Ошибки шага измеряют примерно один—два раза в месяц, радиаль-
ное биение и колебание длины общей нормали по мере необходимости.
Для контроля степени деформации зубьев в процессе термической об-
работки измерения производят на двух зубьях, расположенных под углом
180°. Эвольвенту зуба измеряют в трех сечениях по длине зуба (середине и
двух крайних), а направление — в трех сечениях по высоте (середине, головке
и ножке).
Окончательный контроль зубчатых колес осуществляется после полной
механической и термической обработки. Эта стадия контроля является заклю-
чительной, здесь решается вопрос, принимать или браковать зубчатое колесо,
поэтому опа должна производиться ответственно квалифицированным специали-
стом на приборах хорошего состояния.
Выбор основных параметров и средств при окончательном контроле обычно
определяет завод—изготовитель зубчатых колес в зависимости от назначения
передачи. Например, у зубчатых колес легковых автомобилей основным пара-
метром для оценки качества является уровень шума, у передач грузовых авто-
мобилей — форма и расположение пятна контакта, у передач автобусов — уро-
вень шума и пятно контакта. Зубчатые колеса в приборостроении, работающие
с минимальным боковым зазором, изготовляют с жесткими допусками по откло-
нению шага зубьев и биению зубчатого венца.
Применяют несколько методов окончательного контроля цилиндрических
зубчатых колес. Для колес обычной точности при малом выпуске комплексный
двухпрофильный контроль является достаточным средством проверки качества.
Ошибки различных параметров зубьев оценивают одним показателем — колеба-
нием измерительного межосевого расстояния. Погрешности шага, профиля и
направления зуба контролируют вы5орочно на отдельных приборах.
Современное направление контроля качества зубчатых колес в массовом
производстве основано на применении автоматических многофункциональных
приборов, где все основные параметры зубьев проверяют за один установ заготов-
ки, другое направление — автоматические измерительные линии. Эти высоко-
производительные измерительные устройства производят не только измерение,
но и сортировку колес на размерные группы, а также на исправимый и неиспра-
вимый брак.
При однопрофильном контроле на контрольно-обкатном станке проверяемое
зубчатое колесо устанавливают в паре с измерительным или сопряженным коле-
сом на номинальном или несколько меньшем межосевом расстояний. При этом
методе контролируют боковой зазор, расположение пятна контакта на зубьях
и уровень шума. Вращение осуществляют от электродвигателя с приводом к од-
ному колесу, сначала в одном направлении, затем в обратном с приложением
небольшой нагрузки. Зубья колеса и шестерни перед испытанием покрывают
тонким слоем краски (сурик с маслом). Оптимальным считается пятно контакта,
расположенное в середине зубчатого венца достаточной площади, без выхода на
кромки по высоте и длине зуба (см. рис. 137, е). Уровень шума обычно проверяет
контролер на слух, иногда специальными приборами. Для повышения
качества коробок передач легковых автомобилей при окончательном конт-
роле зубчатые колеса подбирают в пары (комплекты) по уровню шума н пятну
контакта.
25t
У зубчатых колес грузовых автомобилей пятно контакта, уровень шума и
боковой зазор контролируют в паре с отобранным на производстве сопряженным
колесом, срок службы которого 800—1000 шт., после чего его заменяют новым,
а использованное колесо отправляют на сборку.
Другой метод окончательного контроля на приборах однопрофильного за-
цепления зубчатого колеса в паре с измерительным колесом на номинальном меж-
осевом расстоянии основан на измерении изменения угловой скорости (кинемати-
ческой погрешности) проверяемого колеса. Вращение получает измерительное
колесо с небольшой нагрузкой для поддержания контакта между зубьями. Элек-
тронные датчики измеряют скорость вращения шпинделя проверяемого и изме-
рительного колес с высокой точностью. Импульсы датчиков подаются в электрон-
ный процессор, который дифференцирует угловые скорости ведомого и ведущего
шпинделя. Колебания в скорости между ведущим и ведомым шпинделем является
разультатом ошибок в проверяемом зубчатом колесе. Затем эти колебания уси-
ливаются и записываются на график.
Контроль кинематической погрешности на приборах однопрофильного зацеп-
ления особенно важен для зубчатых передач, от которых требуется точная пере-
дача вращения, например, в кинематических цепях приборов, станков, а также
в высоконагруженных передачах.
Окончательный контроль на высокопроизводительных электронных полу-
автоматических и автоматических приборах фирмы Illitron (США) основан на
измерении колебания межосевого расстояния при комплексном двухпрофильиом
контроле проверяемого колеса с измерительным. Импульс, полученный от ко-
лебания измерительного межосевого расстояния, пропускается через фильтры,
усилители и разделяется на отдельные составляющие. Для контроля погрешности
направления зуба на подвижные салазки прибора устанавливают шарнирную
головку, которая позволяет измерительному колесу смещаться и наклоняться
в направлении угла наклона зуба.
На рис. 135 показан прибор-автомат с производительностью до 1000 дет./ч
(150 зубьев/с), который может иметь одну, две и три проверочные позиции. Перед
контролем зубчатые колеса поступают в узел обкатки с тремя зубчатыми колесами
для удаления забоин и заусенцев, после чего они поступают на измерение. На
первой позиции прибора контролируются размер отверстия с разбивкой на три
группы (ослабленный, годный, полный) и его конусность. На второй — размер
по делительному диаметру (ослабленный, годный, полный), биение делительного
диаметра, колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе и
наличие забоин. На третьей — средняя погрешность направления зуба (отри-
цательная, годная, положительная), предельная погрешность направления зуба
и наличие забоин в направлении зуба.
Проверенные зубчатые колеса поступают в разгрузочный узел с наклонными
желобами, где они сортируются на годные, окончательный брак, исправимый
брак (забоины) и разбиваются на размерные группы в пределах допусков.
Приборы с автоматическим циклом измерения широко применяются в авто-
мобильной промышленности США для окончательного 100%-ного контроля.
Преимуществом автоматических приборов является их высокая точность, корот-
кий цикл измерения и устранение возможных ошибок контролера. Установлено,
что 100%-ная ручная проверка добросовестным контролером является правиль-
ной только на 80 %.
Аналогичны им по конструкции полуавтоматические одношпиндельные на-
стольные приборы с ручной загрузкой и циклом измерения от 3,6 до 6 с. Кроме
окончательного контроля их применяют для непрерывного производственного кон-
троля качества после зубофрезерования и шевингования. Этими приборами можно
также контролировать размер зубьев, колебание межосевого расстояния на од-
ном зубе, погрешности направления зуба и наличие забоин и заусенцев.
На японских автомобильных заводах массового производства контроль
цилиндрических зубчатых колес производят на автоматических линиях фирмы
Osaka seimitsu kikai (рис. 136). Линия состоит из трех измерительных
приборов. На первом контролируют колебание межосевого расстояния в плотном
двухпрофильиом зацеплении измерительного и проверяемого колес при повороте
последнего за оборот и на одном зубе. На втором — кинематическую погрешность
252
Рис. ’35. Контрольный автомат
зубчатого колеса. Проверка производится на номинальном межосевом расстоянии
проверяемого колеса в паре с измерительным прибором однопрофильного зацеп-
ления Третий прибор предназначен для контроля формы и расположения пятна
контакта иа зубьях колеса в паре со специальным измерительным колесом. Пе-
редача колеса с одного прибора на другой осуществляется роботом с двумя за-
хватами. Все три прибора управляются одним мини-компьютером, с помощью
которого осуществляется измерение, сортировка и анализ полученной информа-
ции.
Зубчатые колеса по конвейеру 1 поступают в моечный агрегат 2 и обкатное
устройство 3 с тремя зубчатыми колесами для снятия забоин и заусенцев. Далее
колеса по одной штуке проходят через отсекатель 4 и толкатель 5, который по-
очередно перемещает колеса в захват 6 робота 7. При повороте работа 7 на 90Q
захват 6 перемещает зубчатое колесо в прибор 9 для измерения колебания меж-
осевого расстояния. Захват 8 устанавливает проверенное колесо в накопитель 10,
откуда захват 11 робота 12 перемещает его на позицию однопрофильного прибо-
ра 14 для контроля кинематической погрешности. Одновременно захват 13 уста-
навливает проверенное колесо в накопитель 15, затем захват 16 робота 17 пере-
носит его на прибор 19 для проверки пятна контакта на экране телевизора. Про-
веренные зубчатые колеса захватом 18 передаются в сортировочное устройство 20
с наклонными желобами, где колеса разделяются па годные и бракованные. Ав-
томатическая линия применяется для окончательного контроля и после зубо-
шевингования. Время контроля, включая установку и снятие колеса, составляет
30 с.
Независимо от того, производится ли контроль зубчатых колес на автомати-
ческих линиях, приборах-автоматах, однопрофильных приборах или контрольно-
обкатных станках, необходимо периодически контролировать в лабораторных
условиях погрешности профиля, направления зуба и ошибки шага.
При окончательном контроле зубчатые колеса обычно проходят 100%-ную
проверку.
253
Рис. 136. Схема автоматической линии для контроля зубчатых колес
2. КОНТРОЛЬ УРОВНЯ ШУМА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Борьба с шумом, создаваемым зубчатыми колесами, выросла в серьезную
проблему. Зубчатые колеса станков, автомобилей, автобусов, электробытовых
приборов и других механизмов должны быть не только прочными, но и бесшум-
ными. Потенциальными источниками возникновения шума являются передавае-
мая нагрузка, скорость вращения, конструкция узла с подшипниками и погреш-
ности зубчатого зацепления. Основной причиной шума зубчатых колес являются
суммарные погрешности, возникающие в системе зубчатых колес.
Уровень шума у пары окончательно изготовленных зубчагых колес проверяют
в бесшумной комнате на контрольно-обкатном станке с регулируемой скоростью
в обоих направлениях с торможением и без торможения для определения харак-
тера п уровня шума. Эта проверка предотвращает сборку зубчатых колес с забо-
инами и повышенным шумом. При контроле уровня шума проверяют также
пятно контакта на зубьях, что помогает проанализировать причины возникнове-
ния специфического шума.
Эксплуатационные характеристики шума зубчатых колес, испытанных на
контрольно-обкатном станке, могут отличаться от работы зубчатых пар в соб-
ранных редукторах и коробках передач. Появление шума может быть вызвано
некачественной сборкой, недостаточной величиной бокового зазора, наличием
забоин на зубьях и другими дефектами. Наиболее распространенными причинами
возникновения шума зубчатых колес являются погрешности профиля зуба и от-
клонения шага. Другой причиной шума является наличие на зубьях забоин
вследствие небрежной транспортировки перед термообработкой.
Наплучшнм является контроль уровня шума зубчатых колес в собранном
агрегате. Собранные редукторы ведущих мостов и коробки передач контроли-
руют на испытательном стенде. Вращение передается от вынесенного за пределы
испытательной комнаты электродвигателя, выходной вал которого соединен с тор-
мозным устройством. Шум зубчатых колес прослушивает контролер на всех
скоростях путем переключения передач.
Другим распространенным методом контроля уровня шума редукторов веду-
щих мостов и коробок передач легковых автомобилей является выборочный кон-
троль на автомобиле. Отобранные из числа годных редукторы и коробки передач
устанавливают на испытательные автомобили, выделенные для этой цели, и про-
веряют уровень шума в дорожных условиях.
3.	КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Для обеспечения взаимозаменяемости и падежной работы зубчатой передачи
погрешности изготовления зубчатых колес и передач ограничены допусками, ко»
торые установлены ГОСТ 1643—81. По стандарту установлено 12 степеней
254
45. Основные комплексы контроля цилиндрических зубчатых колес
(ГОСТ 1643—81)
Нормы	Комплексы контроля	Обозначения	Степень точности	Наибольший диаметр ко- леса, мм	Основные модели приборов
Кинемати- ческой точности	Наиоольшая кинематиче- ская погрешность колеса	F'ir	3—8	1000	Б В-5058 БВ-5030
	Накопленная погреш- ность окружного шага ко- леса	Fpr	7—8	6300	БВ-5056 БВ-5059
	Радиальное биение	Frr	9—12	6300	Б-10М
	Колебание длины общей нормали	Fvwr	3—8	1600	БВ-5045 БВ-5047
	Колебание измеритель- ного межосевого расстоя- ния за оборот колеса	F" ir	9—12	1000	МЦ-320М МЦ-400Б
Плавности работы	Циклическая погреш- ность колеса	fzkr	3—8	6300	БВ-5024
	Погрешность	профиля зуба	ffr	3—8	1000	БВ-1089
	Отклонение шага заце- пления (основной шаг)	fpbr	3—8	1000	БВ-5043
	Отклонение шага (окруж- ного)	fpir	9—12	6300	Б В-5043
	Колебание измеритель- ного межосевого расстоя- ния на одном зубе	n	9—12	1000	МЦ-320М МЦ-400Б
Контакта зубьев	Погрешность направле- ния зуба	F^r	3—12	630	БВ-5034
	Определение пятна кон- такта	Fkr	3—12	630	Контрольно- обкатной ста- нок мод. 5798
Бокового зазора	Боковой зазор	in		-—	Контрольно- обкатной ста- нок мод. 5798
255
Продолжение табл. 45
Нормы	Ко,мплексы контроля	1 Обозначения	Степень точности	Наибольший диаметр колеса, мм	Основные модели приборов
Бокового зазора	Отклонение толщины зуба	Ест	—	—	Штанген- зубомер ШЗ-18, БВ-5016К
точности, более точные колеса имеют первые номера, менее точные послед-
ние. Для степеней точности 1 и 2 допуски еще не разработаны. Каждая степень
точности содержит три нормы; кинематической точности, плавности работы и кон-
такта зубьев в передаче, а также шесть видов сопряжений и восемь видов допу-
сков на боковой зазор. Стандарт допускает комбинирование степенями точности
по трем видам норм с определенными ограничениями. Каждая группа норм точ-
ности (кинематическая, плавности работы и пятна контакта), а также сопряже-
ние по боковому зазору имеют несколько комплексов (табл. 45), которые являются
равноправными. Для контроля зубчатых колес завод-изготовитель может вы-
бирать комплексы, исходя из условий работы передачи, требуемой точности из-
мерительных средств, размеров колес и т. д. На рис. 137 приведены типовые
погрешности зубьев зубчатых колес.
!)
Правильный
Погрешность игла угол наклона/
шага Неправильный угол
наклона
°) Неправильный
Правильный шаг
Погрешность
шага
Неправильные контакты
Оптимальный
контакт
Неправильный
Рис. 137. Типовые погрешности зубьев цилиндрических колес
Правильный
зув
Погрешности шага ШЕг винтовой линии
256
4.	КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ точности
Кинематическая погрешность колеса F'ir определяется как наибольшая по-
грешность угла поворота проверяемого колеса за один оборот сточным зубчатым
колесом на приборе в однопрофильном зацеплении. Однопрофильный контроль
фиксирует комплекс ошибок, находящихся в зубчатом зацеплении, которые пери-
одически повторяются один раз за каждый оборот колеса и приводят к периоди-
ческому ускорению или замедлению кинематической цепи станка или при-
бора.
Накопленная погрешность окружного шага Fpr может определяться по ре-
зультатам измерения окружного шага по всей окружности колеса или путем авто-
матического измерения п записи диаграммы, из которой определяется накоплен-
ная погрешность и разность шагов.
Радиальное биение зубчатого венца Frr контролируется на прпборах-биение-
мерах. Измерительный наконечник 2 последовательно под действием пружины вво-
дят во впадины зубчатого венца 1 до соприкосновения с боковыми поверхностями
зубьев (см. рис. 140, е). Радиальное смещение наконечника фиксируется индика-
тором 3. Величина радиального биения зубчатого венца определяется как наи-
большая разность показаний индикатора.
Колебание длины общей нормали Fvwr. Длина общей нормали — это расстоя-
ние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум разноимен-
ным профилям зубьев (см. рис. 140, е). Колебание общей нормали определяется
как разность между наибольшей и наименьшей длиной общей нормали одного
колеса. Контроль длины общей нормали осуществляется нормалемерами и микро-
метром с тарельчатыми измерительными поверхностями.
Колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса F"ir изме-
ряют на приборах комплексного двухпрофплыюго контроля (рис. 138, о). Про-
веряемое колесо 1 находится в плотном зацеплении с измерительным колесом 2
под небольшим давлением пружины 4. При взаимном обкате вследствие погреш-
ностей проверяемого колеса происходит изменение межосевого расстояния Я".
Индикатор 3 фиксирует смещения одного из колес. Разность между наибольшим
и наименьшим межосевым расстоянием при повороте колеса на полный оборот
характеризует колебание измерительного межосевого расстояния (ИМР) за обо-
рот. На величину ИМР оказывают суммарное влияние погрешности профиля
шага, радиальное бненпе, размер по толщине зуба и т. д. Измеряемые параметры
при двухпрофпльном контроле показаны на графике рис. 138, б.
При оценке качества проверяемого колеса большое влияние оказывает точ-
ность измерительного колеса, которая уменьшает плн увеличивает его погреш-
ности, поэтому неточность измерительного колеса необходимо учитывать.
Рис. 138. Измерение колебания измерительного межосевого расстояния:
а схема прибора; б — диаграмма записи погрешностей при комплексном Даухлрофиль-
ном контроле
257
5.	КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛАВНОСТИ РАБОТЫ
Плавность работы передачи характеризуют составляющие кинематической
погрешности, периодически повторяющиеся за один его оборот. Показатели плав-
ности работы зубьев для степени точности 3—8 устанавливаются в зависимости
от коэффициента осевого перекрытия eg, равного 1,25—3,0, для степеней точности
9—12 независимо от ер. Плавность работы имеет важное значение для высоко-
нагруженных и скоростных зубчатых передач, так как многократно повторяю-
щиеся погрешности за оборот колеса вызывают неравномерность вращения, шум
и вибрации.
Циклическая погрешность колеса — составляющая кинематической
погрешности колеса, многократно повторяющаяся за его оборот. Циклические
погрешности, обычно возникающие при зубофрезеровании широких косозубых
колес, вызывает появление волнистости по профилю и направлению зуба. Вол-
нистость измеряется волномером при перемещении его вдоль зуба.
Погрешность профиля зуба ffr. Теоретически правильная эвольвента пред-
ставляет собой прямую линию (рис. 139, б), практически профиль зуба имеет
Отклонения от прямой линии плюс или минус или имеет корригированную форму.
Погрешности профиля выражаются в виде отклонения от прямой линии.
Измерение эвольвентного профиля осуществляется на эвольвентомерах и
комбинированных приборах для контроля профиля и направления зуба (рис.
139, а) путем сравнения теоретической или корригированной формы профиля
с практически полученной на приборе. Проверяемое колесо 2 устанавливается
на одной оправке с обкатным диском 1, равным диаметру основной окружности
проверяемого колеса. При перемещении линейки 4, находящейся с ней в контакте
диск 1 будет вращаться вместе с колесом 2. На каретке с линейкой 4 установлен
измерительный наконечник 3, который, соприкасаясь с профилем зуба, реги-
стрирует отклонения от теоретической эвольвенты и записывает их на график.
На рис. 139, б показан график с модифицированной эвольвентой па головке зуба.
Эвольвентомеры изготовляют двух типов: эвольвентомеры со сменным ди-
ском обката, диаметр которого равен диаметру основной окружности проверяе-
мого колеса. Эти приборы проще и надежнее в работе, их используют при боль-
шом выпуске в цеховых условиях.'Универсальные приборы, не требующие спе-
циальной оснастки, используются для измерения в лабораторных условиях и
при небольших партиях колес.
Шаг зацепления (основной шаг) fpt,r — расстояние между двумя параллель-
ными плоскостями, касательными двум соседним одноименным профилям зубьев.
Основной шаг измеряется шагомером станкового нли накладного типа. Перед
измерением прибор устанавливают на номинальный размер основного шага.
Рис. 139. Схема измерения профиля и направления зуба
258
Контролируется разность между действительным и номинальным шагом зацепле-
ния (см. рис. 137, е).
Отклонение окружного шага fpir определяется как наибольшая разность
между двумя любыми соседними окружными шагами станковыми и накладными
шагомерами. Индикатор устанавливают на нуль на первой паре зубьев, отсчеты
на последующих парах являются относительными к первому отсчету.
Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f”lf опре-
деляется из приборах для комплексного двухпрофильного контроля (рис. 138, а)
как колебание измерительного межосевого расстояния не за полный оборот ко-
леса, а на одном зубе (рис. 138, 6).
6.	КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНТАКТА ЗУБЬЕВ
Форма н расположение пятна контакта на зубьях сопряженных колес имеют
существенное значение не только для нагруженных передач с целью повышения
их долговечности, но и для передач, которые должны работать плавно и бес-
шумно.
Погрешности направления зуба Fpr (см. рис. 137, г). Контролируются на при-
борах- ходомерах или комбинированных приборах для измерения эвольвенты и
направления зуба (рнс. 139, а). При измерении направления зуба на комбини-
рованном приборе одновременно с вращением проверяемого колеса 2 измеритель-
ный наконечник 3 с кареткой перемещается вдоль оси колеса. Взаимосвязь между
вращением н верти кат. и ым перемещением измерительного узла определяется уг-
лом наклона линии зуба. При перемещении измерительный наконечник воспро-
изводит фактическую винтовую линию, которая сравнивается с теоретической
винтовой линией колеса. Погрешность направления зуба определяется как сред-
нее значение (рис. 139, в).
Контроль пятна контакта на зубьях проверяемого колеса осуществляется
взаимной обкаткой в паре с сопряженным зли измерительным колесом на кон-
трольно-обкатном станке на номинальном межосевом расстоянии при неболь-
шом торможении. Для нагруженных передач длину контакта выбирают короче,
чем для малойагруженпых. Пятно контакта должно располагаться в центре, оди-
наково па всех зубьях с отрывом по длине и высоте профиля (рис. 137, е). Пра-
вильная модификация зуба будет удерживать выход пятна контакта на кромке
зуба под нагрузкой. Неправильные контакты вызывают повышенный шум и со-
кращают срок службы передачи.
7.	КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ бокового зазора в передаче
Боковой зазор — наименьшее расстояния по нормали между нерабочими
профилями зубьев двух сопряженных колес на номинальном межосевом расстоя-
нии. Величина гарантированного зазора jn mIn выбирается видом сопряжения.
В)	г)
Рис. 140. Схема измерения толщины зуба:
а — по двум роликам; б — зубомером; в — микрометром одновременно несколько зубьев!
г — индикатором по глубине впадины
259
Боковой зазор окончательно изготовленной пары обычно определяется на
контрольно-обкатном станке на номинальном межосевом расстоянии с помощью
индикатора. Измерение производят на четырех равнорасположенных по окруж-
ности зубьях, разница между наименьшим и наибольшим значением будет соот-
ветствовать колебанию бокового зазора в паре.
Толщина зуба Есг (рис. 140, б). Отклонение толщины зуба от заданного раз-
мера измеряют различными методами в зависимости от величины требуемого
бокового зазора между зубьями в передаче. При широком допуске на боковой за-
зор применяют три метода. Кромочным зубомером (рис. 140, б) измеряют хор-
дальную толщину зуба от окружности выступов на расстоянии высоты головки
зуба до хорды. Измерение микрометром расстояния по двум роликам (шарикам),
установленным во впадины двух диаметрально расположенных зубьев (рис. 140, а),
и измерение расстояния между боковыми поверхностями профилей двух и более
зубьев с помощью микрометра (рис. 140, в) обеспечивают более точное измерение
толщины зуба, так как здесь исключаются погрешности заготовки.
Если зубчатая передача работает с минимальным боковым зазором, то раз-
мер зубьев контролируют с установкой проверяемого колеса от оси вращения,
чтобы учесть эксцентричность (рис. 137, д) и другие погрешности.
Толщину зуба в этом случае можно измерить двумя методами. Первый ана-
логичен измерению радиального биения. Колесо 1 (рис. 140, а) устанавливают
по отверстию на оправку, измерительный наконечник 2 последовательно вводят
во впадины между зубьями, а индикатор 3 фиксирует глубину захода. Установка
индикатора производится по отмеченной впадине зуба. Другой метод — при-
борами комплексного двухпрофильного контроля в паре с измерительным коле-
сом. Толщина зуба определяется колебанием межосевого расстояния за один
оборот.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Калашников С. Н., Калашников А. С. Контроль производства конических
зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1976. 174 с.
2.	Кедрииский В. Н., Писмаиик К. М. Станки для обработки конических
зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1967. 583 с.
3.	Прогрессивные технологические процессы в автостроении/Под ред.
С. М. Степашкина. М.: Машиностроение, 1980. 319 с.
4.	Производство зубчатых колес/ Под ред. Б. А. Тайца. Изд. 2-е перераб.
и доп. М.: Машиностроение, 1975. 708 с.
5.	Тайц Б. А., Марков Н. Н. Точность и контроль зубчатых передач. Л.:
Машиностроение, 1978.137 с.
6.	Хлебалии Н. Ф. Нарезание конических зубчатых колес. Л.: Машинострое-
ние, 1978. 160 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .......................................................   3
Введение............................................................. 7
Глава I. Общие сведения	о зубчатык колесах....................... 12
1. Типы зубчатых передач, их назначение и основные характери-
стики ......................................................... 12
Цилиндрические зубчатые передачи........................... 13
Конические зубчатые передачи .............................  17
Червячные передачи ........................................ 21
2. Основные сведения о геометрии цилиндрических передач с внеш-
ним и внутренним зацеплением................................... 23
Корригирование цилиндрических зубчатых колес .............. 37
8. Основные сведения о геометрии конических зубчатых передач	43
Корригирование конических зубчатых передач................. 64
4. Основные сведения о геометрии червячных передач............. 68
5. Расчет геометрических параметров зубчатых колес............. 71
Глава II. Материалы, методы изготовления заготовок и термическая
обработка........................................................... 82
1.	Материал для изготовления зубчатых колес.................... 82
2.	Методы получения заготовок ................................ 84
Термическая обработка заготовок..........................   87
3.	Термическая обработка зубчатых колес ...................... 88
Прессы для закалки зубчатых колес.......................... 90
Характер деформации зубьев ................................ 92
Глава III. Построение технологических процессов обработки зубчатых
колес.......................................................... 93
!.	Технологические требования к конструкции	зубчатых	колес.	.	93
2.	Базы и их выбор...................................... 96
3.	Точность изготовления заготовок ........................... 99
4.	Исходные данные для выбора метода	обработки	зубьев	....	10'1
б. Типовые технологические процессы обработки цилиндрических
зубчатых колес................................................ 107
6. Типовые технологические процессы обработки конических зуб-
чатых колес.................................................... ПО
Глава IV. Зажимные	приспособления.................................. 113
1. Приспособления	для	обработки	цилиндрических зубчатых колес 115
2. Приспособления для обработки конических зубчатых колес . . .	121
£62
Глава V. Зуборезный инструмент .................................... 124
1.	Материал для изготовления зуборезного инструмента.......... 124
2.	Дисковые и пальцевые модульные фрезы....................... 126
3.	Червячные фрезы............................................ 127
4.	Круглые долбяки и зубчатые рейки........................... 133
5.	Дисковые шеверы и зубчатые хоны ........................... 135
6.	Зубострогальные резцы, дисковые фрезы и резцовые головки-
протяжки для нарезания прямозубых конических колес ....	137
7.	Резцовые головки для нарезания конических колес с круговыми
зубьями ...................................................... 142
8.	Изнашивание зуборезного инструмента.......................  146
9.	Заточка и контроль зуборезного инструмента ................ 147
Глава VI. Нарезание цилиндрических и червячных колес на зубофрезер-
ных станках........................................................ 154
1.	Нарезание зубьев дисковыми и пальцевыми	модульными фрезами 154
2.	Нарезание зубьев червячными фрезами	........ 155
3.	Методы нарезания зубьев цилиндрических	колес..... 158
4.	Нарезание червячных колес.................................. 160
5.	Встречное и попутное зубофрезерование...................... 163
6.	Автоматическое перемещение фрезы вдоль	оси...... 164
7.	Режимы резания............................................  165
8.	Выбор оборудования ........................................ 166
9.	Пути повышения производительности и качества при зубофрезеро-
вании ........................................................ 169
10.	Наладка стапков........................................... 169
Глава VII. Нарезание цилиндрических зубчатых колес на зубодолбеж-
ных станках........................................................ 176
1.	Принцип образования зубьев при зубодолблении круглыми дол-
бяками ....................................................... 177
2.	Нарезание косозубых колес.................................. 177
3.	Нарезание колес внутреннего зацепления .................... 178
4.	Нарезание шевронных зубчатых колес......................... 179
5.	Нарезание зубчатых колес зубчатыми рейками................. 180
6.	Нарезание всех зубьев одновременно резцовой головкой . . .	182
7.	Выбор оборудования ........................................ 182
8.	Наладка зубодолбежпого станка.............................. 183
Глава VIII. Шевингование и холодная прикатка зубчатых колес 187
1.	Принцип образования зубьев при шевинговании................ 188
2.	Методы шевингования........................................ 189
3.	Шевингование зубчатых колес внутреннего	зацепления ....	191
4.	Выбор оборудования ........................................ 192
5.	Наладка шевинговального станка ............................ 192
6.	Пути повышения качества.................................... 200
7.	Холодная прикатка зубьев..................................  201
Глава IX. Нарезание конических колес с прямыми зубьями, . , .	203
1.	Нарезание зубьев зубострогальными резцами................. 203
2.	Нарезание зубьев дисковыми фрезами......................... 205
3.	Наладка зубофрезерных станков.............................. 207
4.	Круговое протягивание зубьев .............................. 212
5.	Режимы резания............................................. 214
6.	Выбор оборудования ........................................ 216
Глава X. Нарезание конических колес с круговыми зубьями............ 217
1.	Принцип образования зубьев ............................... 217
2.	Методы нарезания зубьев.................................... 218
3.	Технологические способы нарезания зубьев .................. 223
263
4.	Режимы рездния............................................ 224
5.	Выбор оборудования ....................................... 226
6.	Пути повышения производительности	и	качества............. 229
7.	Нарезание конических	колес	методом	непрерывного деления 231
Глава XI. Зубохонингование и зубошлифование цилиндрических зуб-
чатых колес ....................................................... 235
1.	Отделка базовых поверхностей .............................. 235
2.	Зубохонингование ......................................... 236
3.	Зубошлифование ........................................... 238
Глава XII. Притирка и зубошлифование конических зубчатых колес 242
1.	Отделка базовых поверхностей ............................. 242
2.	Подбор в пары............................................ 243
3.	Притирка конических колес с криволинейными зубьями ....	244
4.	Зубошлифование конических колес .......................... 247
Глава XIII. Методы и средства контроля цилиндрических зубчатых
колес .............................................................. 250
1.	Методы контроля........................................... 250
2.	Контроль уровня шума зубчатых колес....................... 254
3.	Контроль точности цилиндрических зубчатых	колес .......... 254
4.	Контроль показателей кинематической точности ............. 257
5.	Контроль показателей плавности работы..................... 258
6.	Контроль показателей контакта зубьев	............... 259
7.	Контроль показателей бокового зазора в	передаче........... 259
Список литературы.................................................. 261
И Б № 3363
Сергей Никифорович Калашников, Александр Сергеевич Калашников
ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Редактор А. А. Степанова
Художественный редактор И, К. Капралова
Технический редактор А. И. Захарова
Корректоры О. Е. Мишина н А. А. Снастина
Оформление художника С. Н. Орлова
Сдано в набор 13.07.82. Подписано в печать 17.01.83. Т-04009.
Формат бОХЭО1/^. Бумага типографская № 1.
Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 16,5.
Уч.-изд. л. 18,43. Тираж 19000 экз. Заказ 199. Цена 1р. Юк.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Б-76, Стромынский пер., д. 4
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.