A A A

NACINANIE ZĘBÓW STOŻKOWYCH KÓŁ ZĘBATYCH

Jak wspomniano na początku tego rozdziału, w samochodach i ciąg­nikach stosowane są stożkowe koła zębate o zębach prostych i spiralnych. W ostatnich czasach stosowane są w szerszym zakresie stożkowe koła zębate o zębach spiralnych. Powodem tego są następujące ich zalety: a)lepsze warunki zazębiania (płynność, cichobieżność) przy więk­szych prędkościach i przenoszeniu znacznych sił, gdyż jednocześnie współ­pracuje większa liczba zębów dwóch zazębiających się kół niż w przy­padku zębów prostych na kołach o tym samym stosunku przełożenia i wymiarach zasadniczych; b)większa wytrzymałość zębów spiralnych niż zębów prostych o tym samym module; c)mniejszy wpływ niedokładności wykonania zarysu zęba spiralnego na pracę zespołu stożkowych kół zębatych. Ponadto obróbka spiralnych zębów stożkowych kół zębatych o śred­nich modułach, wykonywana na obrabiarkach z głowicami wielonożowymi, jest znacznie wydajniejsza niż struganie zębów prostych przy uży­ciu noży wykonujących ruch postępowozwrotny. Należy do tego dodać, że strugarki do kół zębatych są mniej sztywne niż frezarki do nacinania zębów spiralnych. Dopiero w ostatnich czasach dzięki wprowadzeniu me­tody przeciągania zębów prostych narzędziem okrągłym pracochłonność obróbki znacznie obniżyła się. Stożkowe koła zębate o zębach spiralnych, stosowane w samocho­dach, dzielą się na trzy główne rodzaje: a) zwykłe koła do przekładni o osiach przecinających się; d)koła hipoidalne do przekładni z nieprzecinającymi się osiami sto­sowane w tylnych mostach samochodów osobowych (rys. 338); e)koła zębate z zębami krzywoliniowymi, których kąt pochylenia względem promienia w środkowym punkcie równa się zeru; charaktery­styczną cechą tych kół jest to, że w czasie pracy występujące w nich siły główne są mniejsze niż w zwykłych spiralnych stożkowych kołach zęba­tych. Koła zębate stożkowe z zębami spiralnymi wszystkich podanych ro­dzajów można nacinać na obrabiarkach tego samego typu. Należy dodać, że pracochłonność obróbki zębów stożkowych kół zębatych jest większa niż kół walcowych, przy czym otrzymanie kół dokładnych jest trudniej­sze, a obrabiarki do nacinania zębów są bardziej skomplikowane. Zęby stożkowych kół zębatych nacina się w dwóch operacjach, z któ­rych jedna jest wstępna, a druga wygładzająca. Proste zęby stożkowych kół zębatych nacina się wstępnie na frezar­kach modułowymi frezami tarczowymi, pozostawiając na całej długości zęba naddatek na obróbkę wygładzającą. Na rys. 339 przedstawiono wstę pne nacinanie zębów na obrabiarce model 5332, wykonywane jednocze­śnie na trzech stożkowych kołach zębatych. Wszystkie obrabiane półfa­brykaty są automatycznie obracane po nacięciu każdego zęba. Podczas obróbki trzech kół ustawia się na przeciwległej stronie stołu inne półfa­brykaty; stół po obrobieniu pierwszych trzech kół zębatych obraca się o 180°. Ta metoda obróbki wstępnej jest najbardziej rozpowszechniona przy produkcji samochodów i ciągników. Stosowane są również obrabiarki do jednoczesnego wstępnego naci­nania zębów na trzech półfabrykatach kół stożkowych o zębach prostych, przy użyciu jednej wielkiej głowicy frezarskiej. Na rys. 340a przedsta­wiono satelitowe koło zębate do ciągnika oraz układ trzech wrzecion obra­biarki do wstępnego nacinania zębów tego koła (rys. 340b). Stożkowe koła zębate obrabia się wygładzająco metodą obwiedniową na strugarkach do kół zębatych, model 526. Zasada działania tej obra­biarki polega na odtwarzaniu ruchu przetaczania obrabianego koła zęba tego po wyobrażalnym, płaskim kole zębatym, którego jeden wrąb międzyzębny kształtują w rzeczywistości dwa noże strugarskie, wykonujące ruch postępowozwrotny (rys. 341a i b). Obrabiane koło zębate A (rys. 342) wykonuje ruch wahliwy w obie strony dookoła osi OO, tocząc się po nie­ruchomym kole zębatym B. Oś OO również przemieszcza się opisując sto­żek, którego wierzchołek znajduje się w punkcie O. Kinematycznie osiąga się to w sposób, który można wyjaśnić na pod­stawie rys. 343. Wrzeciono 1, na którym osadzone jest obrabiane koło zę­bate 2, zmontowane jest na kołysce 3. Przy pomocy dźwigni 8 kołyska może przechylać się odpowiednio do łuku prowadnic 4, będących częścią po­wierzchni walcowej. Obrabiane koło zębate 2 ustawia się na wrzecionie w taki sposób, aby wierzchołek jego stożka znajdował się w punkcie O, leżącym na osi OOx powierzchni walcowej prowadnic. Przy przechylaniu się kołyski odpowiednio do łuku prowadnic 4, obrabiane koło zębate bę­dzie obracać się dookoła wierzchołka stożka O. W ten sposób uzyskuje się jeden ruch półfabrykatu. Wrzeciono 1 jest sztywno połączone ze stożkowym wycinkiem zęba­tym 5, o kącie stożka podziałowego równym kątowi stożka, podziałowego obrabianego koła zębatego. Wycinek 5 zazębiony jest z nieruchomym ko­łem zębatym 6. Wahadłowy ruch kołyski powoduje toczenie się wymien­nego wycinka 5 po nieruchomym kole zębatym 6, co wywołuje obrót pół­fabrykatu dookoła osi OO. W ten sposób powstaje druga składowa ruchu koniecznego do obwiedniowego nacinania zębów. Oś nieruchomego, płaskiego *) koła zębatego, o kącie stożka podzia­łowego 180°, pokrywa się z osią OiO walcowych prowadnic kołyski. Zarys zęba koła płaskiego jest trapezem, podobnie jak zarys zęba zwykłej zębatki, przy czym krawędź bocznej powierzchni zęba przekształca się z ewolwenty w linię prostą. Noże 7 stanowią jakby przedłużenie zębów płaskiego koła zębatego. Jeden nóż obrabia jedną stronę zęba, a drugi jego przeciwległą stronę (rys. 341). Tak więc noże mają kształt zęba płaskiego koła zębatego, czyli zarys ich krawędzi skrawających powinien być pro­stoliniowy. Noże poruszają się prostoliniowo ruchem postępowozwrotnym po tworzących stożka obrabianego koła zębatego, strugając obustronnie jeden ząb, przy czym ruch roboczy odbywa się w kierunku wierzchołka stożka. Skok noża w kierunku przeciwnym jest jałowy. Podobnie jak podczas pracy innych noży strugarskich, przy skoku jałowym krawędź skrawająca odsuwa się od obrabianej powierzchni. W czasie obróbki kołyska 3 unosi się do góry, przechylając się w prowadnicach 4, co w wyniku prowadzi do obwiedniowego strugania nożami (rys. 341). Po zakończeniu obróbki zęba noże razem z suportem odsuwają się od koła, kołyska opuszcza się w dół, a koło przy pomocy tarczy podziałowej 9 obraca się o jeden ząb. Następnie noże zbliżają się do półfabrykatu i cykl powtarza się. Czas obróbki jednego zęba wynosi 8 15 sek (dla kół zębatych o śred­nich modułach). Liczba skoków suportów nożowych wynosi 200=500 na minutę. Przy obróbce kół zębatych stożkowych o zębach prostych stosowane jest również przeciąganie obrotowe. Metoda ta znalazła zastosowanie przy nacinaniu kół zębatych satelitowych i kół zębatych do półosi (o małych i średnich modułach). Przeciąganie kół zębatych jest bardzo wydajne w porównaniu z innymi sposobami nacinania zębów (wydajność zwięk­szona 2,5 3 razy). Do obróbki wg tej metody stosuje się przeciągarki do kół zębatych. Narzędziem skrawającym jest okrągły przeciągacz obrotowy z wieloma sekcjami noży kształtowych; sekcji jest zwykle 15, przy czym każda zawiera 5 ostrzy (rys. 344). Układ skrawania takim przeciągaczem wyzna­czony jest przez dwa czynniki: a) postępową zmianę zarysu ostrzy i kolej­ność ich rozmieszczenia na przeciągaczu oraz b) ruch przeciągacza wzglę­dem części w czasie skrawania. Przeciągacz okrągły obraca się ze stałą prędkością kątową i jedno­cześnie przesuwa ruchem postępowozwrptnym z różną prędkością na poszczególnych odcinkach swojej drogi. Tym sposobem tor każdego noża na powierzchni nacinanego zęba jest wyznaczony przez wypadkową pręd­kości obrotowej i prędkości ruchu postępowego przeciągacza. Od rodzaju i ilości sekcji przeciągacza w połączeniu z odpowiednim ruchem postępowym zależy nacinanie zębów zgrubne, półwygładzające lub wygładzające. Przy zgrubnym i półwygładzającym nacinaniu zębów przeciągacz porusza się w kierunku od wierzchołka stożka ku jego pod­stawie, a przy wygładzającym odwrotnie — od podstawy ku wierzchoł­kowi. Przy jednym obrocie przeciągacza zostaje całkowicie obrobiony jeden wrąb koła zębatego. W czasie skrawania obrabiane koło jest nieruchome, a obraca się dookoła osi o jeden ząb w czasie przejścia nieuzbrojonego w ostrza wy­cinka przeciągacza obrotowego, dla umożliwienia obróbki następnego wrębu. Zarys i położenie wierzchołków ostrzy ulega zmianie w oparciu o okre­śloną zasadę, wg której tworzy się powierzchnię skrawającą przeciągacza obrotowego. Skrawanie metalu we wrębie odpowiednimi warstwami uzy­skuje się dzięki ruchowi wypadkowemu ostrzy i odpowiedniemu poło­żeniu ich krawędzi tnących. Prędkość i charakter ruchu postępowego przeciągacza zależy od kształtu krzywych kopiału obrabiarki. Znaczy to, że krzywe zarysu kopiału powinny być dla każdego koła zębatego zgodne z kształtem krawędzi tnących i rozmieszczeniem ostrzy na przeciągaczu okrągłym. Bicie obrobionych przez przeciąganie kół zębatych nie przekracza 0,07 mm. Dokładność uzyskiwana przy przeciąganiu odpowiada zatem w przybliżeniu dokładności kół zębatych obrobionych metodą obwiedniową. Koła zębate nacięte metodą przeciągania obrotowego nie są jed­nak zamienne z kołami naciętymi metodą obwiedniową. Metodę przeciągania obrotowego można stosować również przy naci­naniu walcowych kół zębatych o zębach prostych 1). Zęby spiralne stożkowych kół zębatych o średnich modułach nacina się wstępnie i wygładzająco na obrabiarkach o określonym przeznaczeniu. Obrabiarki do nacinania wstępnego zębów spiralnych są zasadniczo podobne do obrabiarek do nacinania wygładzającego różnią się jednak od nich większą sztywnością, większą mocą napędu i większą prostotą konstrukcji; w obrabiarkach do wstępnego nacinania nie ma ruchu obwiedniowego (przy nacinaniu większych napędzanych kół zębatych). Koła zębate o średnich modułach mogą być przy odpowiedniej zamianie narzędzia obrobione wstępnie i wykańczaj ąco na tej samej obra­biarce, w której zastosowano ruch toczenia się, jednakże w produkcji masowej do tych operacji są zwykle używane osobne obrabiarki. Jako narzędzia do nacinania zębów spiralnych służą głowice nożowe z zespołem spiralnych noży kształtowych (rys. 345) o średnicy 150 r 300 mm. Stosuje się głowice nożowe jednostronne i dwustronne; ostrza skrawające noży głowic jednostronnych są ułożone albo tylko od strony zewnętrznej, albo tylko od wewnętrznej w stosunku do bocznych powierzchni zębów; w głowicach dwustronnych krawędzie skrawające noży ułożone są na przemian od strony zewnętrznej i wewnętrznej zębów (rys. 345). Pomiędzy każdym nożem i odpowiednim wykrojem w obsadzie gło­wicy nożowej osadzone są płytki i kliny określonej grubości. Zmieniając płytki można w nieznacznych grani­cach zmieniać średnicę obwodu, na którym rozmieszczone są noże. Kli­ny służą do dokładnego ustawienia ostrzy noży; po przeszlifowaniu lub wymianie noży ustawienie to spraw­dza się czujnikiem. Dobór wymiarów głowicy zależy od wielkości obrabia­nych kół zębatych. Zasada działania obrabiarek do nacinania zębów spiralnych kół stoż­kowych polega na odtwarzaniu ru­chu toczenia się koła zębatego po wyobrażalnym płaskim kole zębatym o zębach spiralnych. Jednym z zębów tego wyobrażalnego koła zębatego jest nóż okrągłej głowicy nożowej. Na rys. 346 przedstawiono sche­mat ruchów roboczych obrabiarki. Oś wahadłowego ruchu kołyski 5 pokrywa się z osią wyobrażalnego płaskiego koła zębatego 1. Głowica nożowa 3 wykonuje ruch wahadłowy w odpowiedniej płaszczyźnie. Tworząca stożka podziałowego, odpowia­dająca płaskiemu wyobrażalnemu kołu zębatemu w miejscu nacinania zęba, leży również w tej płaszczyźnie. W czasie ruchu wahadłowego kołyski wraz z podstawą, na której umocowana jest głowica nożowa, nacinane koło zębate 4 również odpo­wiednio obraca się w obie strony. W czasie obracania się głowicy nożowej prostoliniowe krawędzie tnące jej noży 2 opisują powierzchnię stożków ściętych. Różnica w metodzie nacinania zębów przez wyobrażalne koło obra­biające w porównaniu z pracą obrabiarki model 526 do nacinania kół zęba­tych stożkowych o zębach prostych, polega na tym, że boczne powierzchnie zębów koła obrabiającego są tu opisywane nie przez prostoliniowy ruch ostrzy dwóch noży, lecz przez ruch obrotowy pracujących kolejno ostrzy kilku noży danej głowicy. Obracająca się głowica nożowa jest umieszczona na tarczy uchwy­towej obrabiarki; pod względem kinematycznym głowica jest kołem obra­biającym, przy czym obrabiany półfabrykat ustawiony jest pod kątem względem płaszczyzny tarczy uchwytowej, analogicznie do sposobu usta­wienia stosowanego na obrabiarkach do nacinania kół stożkowych o zębach prostych. Przy obróbce wygładzającej tarcza z głowicą nożową i półfabrykat powoli obracają się z takimi prędkościami obrotowymi, których stosunek odpowiada wzajemnemu toczeniu się kół (tj. przy obrocie półfabrykatu f)jeden ząb tarcza obraca się o jeden ząb koła obrabiającego). Gdy w wy­niku ruchu obrotowego półfabrykat całkowicie przetoczy się po obrabia­jących go nożach, obrót tarczy zmienia kierunek na przeciwny i staje się bardziej przyspieszony, półfabrykat odsuwa się od tarczy z głowicą nożową, a zatem następuje pozorne powrotne przetaczanie się półfabry­katu po nożach. W okresie przetaczania powrotnego koło obrabiane obraca się o jeden ząb, po czym znów zbliża się do tarczy uchwytowej g)cykl ruchów roboczych powtarza się. Przy obróbce zębów prostych na obrabiarce model 526 dwa noże obra­biają od razu dwie strony jednego zęba; dlatego po liczbie cykli obróbki równej ilości zębów obrabianego koła zębatego obróbka jego zostaje zakończona. Przy nacinaniu spiralnych zębów głowicą jednostronną, obrabia się tylko jedną stronę każdego zęba, a do obróbki drugiej strony zębów trzeba użyć inną jednostronną głowicę i powtórzyć cały proces. Przy pracy gło­wicami dwustronnymi, na których krawędzie skrawające noży są rozmie­szczone na przemian odpowiednio do zewnętrznych i wewnętrznych stron zębów, a więc poruszają się zarówno wzdłuż wklęsłej, jak i wypukłej powierzchni wrębu koła obrabiającego — wrąb jednego zęba nacinanego koła jest obrabiany od razu z obu stron i do pełnej obróbki potrzebne jest tylko jedno przejście. Wstępne nacinania wrębów zarówno koła zębatego napędzającego (małego), jak i napędzanego (dużego), wykonuje się zawsze głowicami dwustronnymi. Przy obróbce napędzanych (dużych) kół zębatych o dużym kącie nachylenia linii spiralnej zębów, tarcza uchwytowa i półfabrykat nie obracają się, a więc nacinanie odbywa się bez ruchu przetaczania, przez powolne nasuwanie półfabrykatu na tarczę z obracającą się głowicą no­żową. Po nacięciu każdego zęba półfabrykat zostaje szybko odsunięty do tyłu i obraca się o jeden ząb. W obrabiarkach do wstępnego nacina­nia napędzających kół zębatych o większej liczbie zębów i o dużym kącie nachylenia linii spiralnej, zostaje zachowany ruch przetaczania. Do obróbki wygładzającej zębów spiralnych stożkowych kół zębatych mogą być stosowane następujące trzy metody: Obróbka jednostronna. Boczne powierzchnie zębów napędzającego i napędzanego koła zębatego obrabia się kolejno głowicami jedno­stronnymi. Obróbka jedno i dwustronna. Boczne powierzchnie zębów koła napę­dzanego obrabia się głowicami dwustronnymi (tj. całkowicie za jednym przejściem), a zęby koła napędzającego obrabia się głowicami jednostron­nymi w dwóch przejściach. Obróbka dwustronna. Zęby koła napędzającego i napędzanego obrabia się głowicami dwustronnymi. Najbardziej rozpowszechniona w produkcji samochodów i ciągników jest metoda druga; metoda trzecia, chociaż wydajniejsza, nie daje dosta­tecznej dokładności i jest stosowana do zespołu kół stożkowych o sto­sunku przełożenia bliskim jedności. Obróbka wykańczająca stożkowych kół zębatych w przeważającej większości przypadków polega na dotarciu z kołami współpracującymi. Docieranie odbywa się na specjalnych obrabiarkach z zastosowaniem ciekłej mieszaniny proszku ściernego z olejem, doprowadzanej przez pompę na obracającą się parę kół. Wrzeciona tych obrabiarek wykonują ruch obrotowozwrotny, przy czym wrzeciono napędzane jest hamowane. Docieranie takie stosuje się wyłącznie do zespołów spiralnych, stoż­kowych kół zębatych, ponieważ przy zazębianiu się tych kół występuje podłużny poślizg elementów zarysu zębów i wobec tego zastosowanie mie­szaniny z materiałem ściernym sprzyja ich przyspieszonemu, wzajemnemu dotarciu. Czas docierania prawidłowo naciętych kół zębatych trwa od 3 do 6 minut. Przed ostateczną obróbką cieplną koła zębate stożkowe sprawdza się podczas współpracy na specjalnych maszynach, nadających im ruch obro­towy. W celu uwidocznienia śladów zetknięcia się kół jedno z nich sma­ruje się mieszaniną oleju z minią. Po obróbce cieplnej znowu sprawdza się jakość kół zębatych podczas współpracy na specjalnych maszynach kontrolnych. Koła dobiera się pod względem cichobieżności i zestawia odpowiednie współpracujące pary. Dobraną parę kół dociera się. Następnie koła znaczy się, łączy dobrane pary drutem, przemywa i wysyła na oddział montażu. W produkcji samochodów i ciągników nie stosuje się szlifowania zębów stożkowych kół o zębach prostych. Zęby stożkowych kół spiralnych można szlifować tylko na kołach napędzanych (dużych), naciętych spe­cjalnym sposobem, bez ruchu przetaczania. Skomplikowana konstrukcja i obsługa szlifierek do szlifowania spiralnych kół stożkowych i ich mała wydajność doprowadziły jednak do prawie całkowitego wyeliminowania z produkcji samochodów i ciągników tego sposobu obróbki.