Нарезание червячных зубчатых колес

Этот особый тип передачи превращает вращение шестерни во вращение червячной зубчатой детали. Или в поступательное перемещение зубчатой рейки. При этом оси двух видов движения относительно друг друга перпендикулярные, или под 45°. На червячном колесе нарезаны косые по отношению к его оси зубья, для зацепления с червяком (червячным валом или рейкой). На червяке нарезан косой зуб в виде винта (бесконечного). Этим такая передача отличается от цепных комплектов, которые передают вращение на расстояние, но между параллельными осями.

Нарезание таких деталей выполняется на зубофрезерном оборудовании.

Особенности нарезания

Для этого производства применяют зубофрезерные станки, обрабатывая детали с помощью метода обката. Он самый трудоемкий и одновременно больше всего распространенный. Незаменим для нарезания цилиндрических зубчатых колес с внешним зацеплением для косых и прямых зубьев, имеющих коническую и стандартную, а также бочкообразную форму. Нарезка выполняется для червячных и блочных колес, шлицевых валов, звездочек цепной передачи.

Инструмент

Для массовой обработки применяют червячные фрезы, а в единичных работах резцы-летучки.

Нарезание червячного колеса выполняется инструментом с использованием стандартизованных осевых модулей. Тогда как для зубчатого – инструмент с нормальным модулем.

Важно, что должно быть соответствие делительного диаметра и числа витков на фрезе и таких же параметров на червяке, с которым изготавливаемое колесо будет сопрягаться во время работы. Соответствовать должен и профиль на режущих кромках, и сечение по диаметру.

Примечательно, что одна фреза с одинаковым модулем и профильным углом позволяет резать косые и прямые зубья под разное их число и наклон. Даже колеса на два венца с разным числом зубьев нарезают на одной установке детали.

Способы

При обкатном способе обработки обрабатываемое колесо и червячная фреза вращаются так, что повторяют работу в червячном механизме рейки и шестеренки. Для образования продольных стружечных канавок работают прямозубые профили. Сам профиль на зубьях колеса обрабатывают режущие кромки на червячной фрезе.

Зубья на червячных колесах обрабатываются такими методами:

• Радиальным – фреза подается на колесную ось. Простая конструкция инструмента и высокая производительность.
• Тангенциальным, с подачей инструмента параллельно колесной оси. С каждым оборотом фреза перемещается к оси колеса.
• Комбинированно-диагональным, где его вектор – сумма векторов первых двух направлений (под углом).
• Смешанно-последовательным – в нем последовательно сменяются радиальные и осевые направления.

Современное оборудование использует смешанные и комбинированные способы.

Зубья могут нарезаться под два угла передачи вращения – 90° и 45°. Второй вариант нужен для сильно нагруженных передач с низкоскоростным вращением или перемещением.

В червячных передачах наблюдается усиленное трение и нагрев между зубьями в силу того, форма движения у них – эвольвента, налагающая нагрузочные дополнительные усилия. Чтобы деталь была с повышенной устойчивостью к износу, зубья червяка выполняют, применяя хромистую закаленную сталь. Поверхность шлифуется или шугаруется, вдавливая верхний слой материала для создания наклепов с повышенной прочностью и гладкостью.

Как изготавливается венец

На червячном колесе для венца часто прибегают к применению относительно мягких материалов, но туго истираемых. В этом случае берутся детали из оловянной бронзы или латуни. Там, где передача низкоскоростная, выливают чугунные венцы. Слишком дорогую бронзу применяют на деталях с наружным диаметром не больше 160мм.

При больших размерах детали выполняют стальными, и только венцы льют бронзовыми. Тогда венец сажается на диск в горячем состоянии, и закрепляется с помощью штифтов. Так исключается прокручивание при больших усилиях. После остывания детали проводится чистовая обработка с нарезанием зубьев.

Особенности нарезки зубьев на колесах

Перед изготовлением деталь проектируется и создается ее трехмерная модель. Это выполняется прикладными компьютерными приложениями. В проектировании закладывается метод нарезки – нижний заход фрезы или способ работы с торца.

В торцевом изготовлении применяются инструменты, которые повторяют по форме режущих поверхностей рабочий червяк. При таком производстве достигается обработка с высокой точностью. Установка инструмента (фрезы) с заходом является более сложным. При обработке инструмент необходимо точно позиционировать, имитируя работу червяка.

У фрезы должен быть диаметр соответствующий будущему червяку в передаче. Она только отличается тем, что вместо режущей линии фреза имеет зубцы соответствующими рядами.

Формы режущих инструментов повторяют резьбовую нитку. Но имеют ширину чуть большую, учитывающую необходимый зазор. В итоге обработки формы зубьев на венце колеса и соответствующие углубления симметрично обратно повторяют профили выступов с углублениями на резьбовой линии червяка.

Во время нарезания строго соблюдается плоскость оси одной и другой детали. Резание совершается при тангенциальной подаче окружности обода (венца) в отношении фрезы. Соблюдается также синхронность движения, когда обрабатывающая фреза и обрабатываемая деталь венца (колеса) вращаются вокруг своих осей.

Самый точный и удобный способ – радиального нарезания. При этом он может быть с нижней или верхней подачей фрез.

Ремонтная нарезка

Такие работы нужны, когда нужно заменить все колесо из редуктора или его венцовую часть. В таком случае одно из важнейших требований – выбрать фрезу, у которой соответствующе подходящий нормализованный диаметр. При этом нужно помнить о таких особенностях:

• Когда для нарезки червячных колес берутся фрезы с немного большим диаметром от радиусов на червячных выступах, сильно ухудшается прилегание. Уменьшается площадь, на которой соприкасаются сопрягаемые детали. При этом смещается линия, где происходит скольжение по зубьям на их вершинах.
• При нарезании фрезами с меньшим диаметром, на вершинах выступов действуют повышенные нагрузки. Возникающие погрешности при этом могут компенсироваться смещением режущих инструментов с регулировкой межосевых расстояний. Но тогда повысятся изнашиваемость и трение. В свою очередь это привет к понижению коэффициента полезного действия.

Когда нужны колеса с нестандартными размерами, берется оправка, у которой резцы повторяют формы впадин между зубьями. Тогда рабочий инструмент и колесо имеют синхронное вращение и движение. После каждого оборота делается поворот резца, учитывая размер на зубе, и продвижение в сторону оправки с учетом глубины нарезки.
Минус такого способа – большая продолжительность процесса.