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.