Методы изготовления зубчатых колес
Зубчатая передача представляет собой передаточный механизм, звеньями которого являются зубчатые колеса, служащие для передачи движения и сил путем непосредственного зацепления. Зубчатые передачи имеют самое широкое применение в технике. В настоящее время трудно найти отрасль машиностроения, в которой не применялись бы зубчатые передачи.
Широкое применение зубчатых передач в технике объясняется их преимуществом перед другими видами передач. Основными их преимуществами являются: высокие значения к. п. д. (до 99 %); возможность применения в широких диапазонах окружных скоростей (до 150 м/с) и мощности от долей до десятков тысяч кВт; высокая кинематическая точность; технологичность изготовления; компактность; надежность действия и долговечность работы в различных условиях эксплуатации.
Применяемые зубчатые передачи подразделяются на передачи с параллельными валами и цилиндрическими колесами; передачи с валами, оси которых пересекаются, и коническими колесами; передачи с валами, оси которых перекрещиваются, винтовые с цилиндрическими колесами; червячные и винтовые с коническими колесами или гипоидные. По форме профиля зуба передачи различают: эвольвентные; с зацеплением Новикова; циклоидальные и цевочные.
Методы обработки профилей цилиндрических зубчатых колес
Динамическая нагрузка, воспринимаемая зубьями колес, зависит от точности изготовления колес, их окружной скорости, деформации зубьев под действием сил и ряда других факторов. Поэтому вопрос точности изготовления зубчатых колес для быстроходных машин имеет большое значение.
Точность воспроизведения профиля зуба зависит от метода изготовления зубчатых колес.
На практике в основном приняты два метода изготовления профилей: метод копирования и метод обкатки.
При обработке профиля зуба методом копирования чаще всего впадину между двумя смежными зубьями фрезеруют дисковой или пальцевой модульными фрезами. Зубья дисковой модульной фрезы в поперечном сечении имеют такое же очертание, как и впадина (рис. 17). Если фрезе сообщить вращательное движение, а заготовке –– поступательное вдоль оси, то после одного прохода будет изготовлена одна впадина, т. е. сформированы профили правой и левой поверхностей двух соседних зубьев. Для изготовления каждой последующей впадины заготовка поворачивается делительной головкой на угол 2p/z.
Дисковая модульная фреза представляет собой сложный и дорогостоящий инструмент. Более простой является пальцевая фреза, применяемая при изготовлении одиночных зубчатых колес большого модуля (см. рис. 17).
Рис. 17. Нарезание зубчатых колес дисковыми и пальцевыми фрезами
Метод обкатки заключается в том, что режущему инструменту и заготовке сообщают то относительное движение, которое имели бы два зубчатых колеса, находящихся в правильном зацеплении. В таком случае режущий инструмент должен представлять собой также зубчатое колесо, т. е. колесо-инструмент может быть сделано в виде колеса или рейки. На рис. 18 показано такое колесо-инструмент, которое носит название долбяка. Долбяк совершает поступательное движение параллельно оси х –– х нарезаемого колеса. Одновременно долбяку и колесу сообщается вращательное движение с тем же отношением угловых скоростей, как если бы долбяк и колесо находились в зацеплении. Практически процесс долбления происходит не непрерывно, а имеет ряд последовательных операций, состоящих в движении долбяка вверх и вниз, поворота нарезаемого колеса и т. д. Но все эти движения строго согласованы с кинематическими соотношениями, определяющими долбяк и колесо как два колеса, находящихся в зацеплении. Тогда профиль нарезаемого зуба получается как огибающая всех положений режущей кромки долбяка, т. е. инструмент как бы обкатывает нарезаемое колесо. Особенность этого способа заключается в том, что он позволяет нарезать по методу обкатки колеса с внутренним зацеплением.
Так как для любого зубчатого колеса может быть спроектирована сопряженная с колесом рейка, то вместо колеса в качестве инструмента может быть использована также и рейка, которая называется инструментальной рейкой. Рейка совершает в вертикальном направлении возвратно-поступательное движение, параллельное оси нарезаемого колеса. Заготовка имеет двойное движение в горизонтальной плоскости. Вращаясь вокруг своей оси, она одновременно перемещается вдоль рейки. Таким образом, заготовка осуществляет движение колеса относительно рейки, и профили зубьев нарезаемого колеса получаются процессом обкатывания (рис. 19). Весь указанный процесс изготовления выполняется на специальных зуборезных станках.
Рис. 18. Нарезание зубчатого колеса долбяком
Рис. 19. Нарезание зубчатого колеса инструментальной рейкой
Структурная группа звеньев рассматриваемого механизма имеет два звена и три кинематические пары: одну крайнюю поступательную (Д) и две вращательные (В и С). Последовательность силового расчета этой группы такая же, как для аналогичной структурной группы звеньев, показанной на рис. 8.1,б:
1. Сумма всех моментов
сил, действующих относительно центра средней кинематической пары С на звено 2,
приравнивается нулю: 
. Вычисляется
тангенциальная составляющая реакции 
во вращательной паре А.
;
(
).
2. Векторная сумма всех сил, действующих на
звенья 2 и 3, приравнивается нулю: 
.
.
В соответствии с уравнением в масштабе сил строится
план сил, на котором находят нормальную составляющую реакции и полную реакцию
в крайней вращательной кинематической паре А и реакцию в поступательной паре Д:
, 
и 
. План сил (см. рис.8.4) строим в масштабе 
. Чтобы определить длину вектора силы, величину этой силы
делим на этот масштаб. Например, силу тяжести шатуна 2 откладываем на плане сил
в виде отрезка длиной 
Рис. 8.4. План сил структурной группы звеньев 2 — 3
Находим на плане неизвестные реакции, умножая измеренные на плане длины соответствующих векторов на масштаб плана сил:
(Н);
(Н);
(Н).
3. Векторная
сумма всех сил, действующих на звено 3, приравнивается нулю: .
.
В соответствии с уравнением в масштабе сил строится план сил, на котором находят
реакцию в средней кинематической паре С: 
.
Вектор
реакции 
замыкает уже имеющуюся на плане цепочку известных векторов
сил. Измеряем длину этого вектора и находим его величину:
(Н).
4. Сумма всех моментов
сил, действующих относительно центра средней кинематической пары С на звено 3,
приравнивается нулю:
. Вычисляется
плечо реакции 
, действующей в
поступательной паре Д, относительно точки С - 
. Однако уравнение моментов сил не записываем, так как
все известные силы, действующие на ползун 3, приложены к нему в точке С и их плечи
по отношению к точке С равны нулю. Момент каждой известной силы (
) относительно точки С равен нулю,
поэтому момент силы реакции тоже равен нулю и плечо ее относительно точки С - =0.
Силовой расчет входного звена состоит в определении силы реакции в кинематической
паре А соединения входного звена 1 со стойкой 4. Для этого в масштабе длин изображаем
отдельно входное звено 1 со стойкой 4 и прилагаем к нему силу тяжести 
и силу реакции 
от оторванного шатуна 2 механизма (рис. 8.5).
Векторная сумма всех сил, действующих на входное звено 1, приравнивается нулю:
.
В соответствии с уравнением
в масштабе сил строим план сил (рис.8.6), на котором находим реакцию во вращательной
кинематической паре А: 
.
Рис. 8.5. Схема входного звена механизма
Рис 8.6. План сил входного звена механизма
Реакция в кинематической паре
А: 
(Н).
Условный уравновешивающий момент в данной работе не определяем и проверку силового расчета по теореме Н.Е.Жуковского не выполняем.
