Способ формообразования поверхностей зубьев цилиндрических колес

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 6 4 В 21 Н 5 02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТ 8 АВТОРСКОМУ(75) В.В, 0 (53) 621.77 (56) Авторск Ф 503619, кл (54) СПОСОБ о СССР 1974.ИЯ ПОВЕРКИХ КОЛЕС НОСТЕЙ ЗУБЬЕ (57) Изобре ческой обра и может быт образования линдрических лес пластиче Цель изобре нологических к мех отке металлов давлен использовано для фо поверхностей зубьев прямо- и косозубых скнм деформированием ения - расширение те возможностейОбкат о цилиндра диаметром ирующейся на оси, вь ием ирмох- ыва- зание наружно готовки, ба о ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР.67 (088,8)ое свидетельстВ 21 Н 5/02,фОРМООБРАЗОВАНВ ЦИЛИНДРИЧЕСение относится 1Изобретение относится к механической обработке металлов давлением и может быть использовано для формообразования поверхностей зубьев цилиндрических прямо- и косозубых колес пластическим деформированием.Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества обрабатываемых зубьев.На фиг, 1 и 2 изображены принципиальные схемы способа поочередного обкатывания цилиндрическими роликами после накатывания боковых поверхностей зубьев заготовки; на фиг. 3 - 6 " схемы процесса пластического деформирования металла при выполнении моняют, когда межосевое расстояние устанавливают с жесткой связью междугладким роликом, свободно вращающимся на осях, и заготовкой. Об"катывание радиусов скругления вдольлинии вершин зубьев и выполнение про"филькой модификации (фланкирование)у вершин зубьев осуществляют при переменном межосевом расстоянии гладкого ролика, Диаметр ролика определяется по расчетной зависимости. Обкатывание гладким роликом разделяютна две операции, При этом предварительное обкатывание выполняют переднакатыванием боковых поверхностейзубьев инструментом зубчатого типа.Это позволяет обеспечить профильнуюмодификацию вершины зуба. 1 з.п.ф-лы, 14 ил. дификации профиля у вершины зуба(фланкиров ание) и скругления кромоквдоль линии вершин зубьев после накатывания их боковых поверхностей 5 (вид А); на фиг. 7 - схема к расчету диаметра ролика; на фиг. 8 - принципиальная схема способа совместногообкатывания цилиндрическими роликами;до и после накатывания боковых поц 1 верхностей зубьев заготовки; на.фиг. 9 - вид Б на фиг, 8; на фиг. 1012 - схемы процесса пластичекого деформирования металла при выполнениимодификации профиля у вершины зуба(флаыкирование) и скругления кромоквдоль линии вершин зуба до накатывания их боковых поверхностей; на1454560 КоРРектоР Н, Король актор Е. Коп Подписное Тираж 57 сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 7384/15ВНИИПИ Го Составитель С. ЧукаТехред А. Кравчук1454560 Обкатьвание наружного цилиндразаготовки 1 диаметром дс,по первому варианту осуществляется при жесткой связи заготовки 1 и ролика 8, т,е.обработка выполняется при неизменном межосевом расстоянии а ,= сопя (Фиг. 3) между заготовкой 1 и роликом 8.При выполнении радиусов скругления К кромок вдоль линии вершин обрабатываемых зубьев (Фиг. 4) цилиндрический ролик 8 имеет возможность радиального перемещения Я с зубцовой частотой в пространстве впадины между двумя соседними зубьями в направлении к центру оси 2 вращения заготовки 1 (см, фиг. 1 и 4), контактируя при этом с боковой поверхностью обрабатываемого зуба, при переменной связи ролика 8 и заготовки 1 (фиг.4), под воздействием силовых устройств (пружинных, гидравлических, пневматических и т.д., протарированных на определенное усилие, необходимое для осуществления деформирования металла, предусмотренного для выполнения профильной модификации (Фланка) у вершины зуба). По мере вращения заготовки 1 ролик 8 соскользнет в направлении Я(Фиг. 4) во впадину между двумя соседними зубьями благодаря наличию свободного пространства, выполнив только скругление вершины зуба радиусом К. Конечными точками контакта ролика 8 с боковыми поверхностями впадины между двумя соседними обрабатьваемыми зубьями являются точки У (фиг. 5 и 7), расположенные на концентрической окружности диаметром Й, проходящей через начальные точки У линии модификации боковых поверхностей зуба заготовки 1, Придальнейшем вращении заготовки 1 в зоне взаимодействия заготовки 1 и ролика 8 возникают силы сопротивления, препятст-. вующие перемещению ролика 8 по траектории относительного рабочего движе 40, фиг. 13 - схема обработки косозубыхколес; на фиг. 14 - вид В на Фиг.13.Заготовку 1 (фиг. 1) после зубофреэерования с припуском под накаты"вание, базирующуюся на оси 2 шпинделя станка, вводят в зацепление сзубьями накатников 3 и 4, свободновращающихся на осях 5 и 6, установленных на требуемом неизменном межосевом расстоянии а = сопаС, обеспечивая плотность (беэзазорность)станочного зацепления. Обработка боковых поверхностей зубьев заготовки1 может осуществляться как с парал" 15лельным, так и со скрещивающимся расположением осей 5 и 6 накатников3 и 4 к оси 2 заготовки 1, Обрабатываемое колесо (заготовка) 1, приведенное во вращение, приводит во 20вращение зубчатые накатники 3 и 4(направление вращения показано стрелками на фиг. 1), зубья которых входятв плотное (беэзазорное) станочноезацепление с зубьями заготовки 1, непосредственно выполняют формообразование их боковых поверхностей.Затем заготовке 1 сообщается движение подачи Б, в направлении, параллельном оси вращения. Усилия для 30осуществления формообразования создаются за счет припуска оставленного по всему профилю обрабатываемыхзубьев, создавая тем самым разношаговость в беззазорном зацеплениимежду обрабатываемыми зубьями заготовки 1 и деформирующими элементамизубчатых накатников 3 и 4. Пластическое деформирование боковых поверхностей зубьев заготовки приводит кодностороннему образованию гребешков 7 (фиг. 3), выступающих за пределы цилиндра д с, вершин зубьев заготовки,Способ позволяет производить об" катывание цилиндрическими роликами по следующим вариантам: после накатывания боковых поверхностей зубьев заготовки 1 поочередно цилиндрическими роликами 8 и 9 (см е фиг е 1 и 2) ф совместно роликами 8 и 9, когда обкатывание выполняют роликом 9 перед,накатыванием боковых поверхностеи зубьев заготовки 1, а затем роликом 8 после накатывания боковь 1 х поверхностей зубьев заготовки 1.Ролики 8 и 9 свободно вращаются на осях 10 и 11 автономно устанавливаются в рабочее положение, при этом образую 1 цая 12 боковой поверх-ности наружного цилиндра диаметром Э и (длина 1 которой меньше ширины Ьг зубчатого венца заготовки 1), совпадает с направлением линии вершин 13 обрабатьваемых зубьев заготовки 1.Одновременно к заготовке подводится гладкий цилиндрический ролик 8 (на фиг. 1 ролик 9 отведен от заготовки 1 и не контактирует с ней).++ пчЯ - дпчс(.гОтрезок О,Я определяетсяугольника ОНО,40т всов с(у= из тресвО Исв 3 2 хТаЫ28(агсзп --- + - -"- + 1 пч сс - 1 пчу)су 2 г г 45 Диаметр ролика Э для прямозубых колес равен а отрезок 1 ГЦ г с 2ч= шг созЫ,ния Б от центра оси 2 заготовки 1, которые превышают усилия со стороны протарированных силовых устройств,По мере перемещения ролика 8 в направление Б от центра оси 2 заготовки 1 под действием сил сопротивления давление в зоне контакта при взаимодействии ролика 8 и заготовки 1 увеличивается, возрастает и сте- О пень деформации металла заготовки, а следовательно, и объем металла, пере- мещаемого роликом 8, выполняя профильную модификацию (фланкирование) да у вершины зуба (фиг, 7). Оканчи вается процесс формообразования выполнением радиусов скругления К и деформированием металла гребешков .7 (фиг. 6), завершающая стадия которого осуществляется при жесткой связи заготовки 1 и ролика 8 (а = сопзс,%1 см. фиг. 3).Таким образом, выполнение профильной модификации у вершин последующих зубьев и скругление радиусов вдоль линии вершин зубьев осуществляется аналогично описанному.Выполнение профильной модификации у вершин зубьев и радиусов скругления вдоль линии вершин зубьев обес печивается роликом, имеющим диаметр Р вычисление которого иллюстрируетЭся на фиг. 7 и приводится на примере обработки прямозубой заготовки.Точке У эвольвенты, лежащей на окружности с 1, соответствует уголу 1профиля , вычисляемый по уравнениюу Э О 6и эвольвентный угол дпчв(.Определение центрального угла су,соответствующего половине искомойтолщины БЦентральный угол с, соответствующий половине толщины зуба по дуге делительной окружности,Остальные углы показаны на чертеже фиг, 7, из которого видно, что и 7 2 хг.М- ( - + - -"- + пч 3 - Ыч 1 )г 2 г г: ------ 1 пчс + хпМ,2 г гу 1 Наряду с этим смежный угол ОУО, определяется выражениемЙвп = агсздп -с 1 уК определяется из соотноше7 1454560 8 где й " основной диаметр зубчатого6 менном межосевом расстоянии а,; - сопэ,леса до накатывания боковых поверхностейд - диаметр окружности для на- зубьев заготовки, доводя его до тречальной точки модификации у буемого размера й что обеспеч вавершины обрабатываемого эу-, ет стабильность параметра эагото к5ба по наружному диаметру, так как эагох - коэффициент смещения; товки в стадии поставки, а также меш - модуль ханической обработки имеют колебанияУе - число зубьев обрабатываемо по указанному параметру,Выполнение радиусов скругления Кго колеса;но( - угол профиля исходного кон- (фиг. 10) и предварительнои профильной модификации (фланка) у вершины .тура;(у- угол профиля в точке на ок- зуба и радиусов скругления К кромокружности Й, 15 вдоль линии вершин обрабатываемыхИз-за одностороннего характера об- зубьев (фиг. 11 и 12) способствуетразования гребешков 7 процесс обра- уменьшению объема деформируемых слоевботки осуществляют с реверсированием металла у вершинь эуины э бьев при после- вращения заготовки 1 в обратную сто" дующем накатывании боковых поверхносРону (Фиг2) с целью выравнивания 2 О тей зубьев, следовательно, и уменьшепрофиля обрабатываемых зубьев по вы- нию размеров образующихся гребешков соте, а направление движения подачи (фиг, 3), а их фа их механизм формообраэова- Б, изменяется на противоположное, ния аналогичен м х у,ен механизм описанномуичем ролик 8 отведен от заготовки согласно иллюс р цт а ии на иг, 4 5 пр ф 1 и не контактирует с ней, а обкаты и 7.вание наружного цилиндра заготовки Процесс обкатывания заготовки 1 1 диаметром й с, осуществляется при роликом 8 послпосле накатывания боковыхжесткой связи заготовки 1 и ролика поверхностей зу ьев убьев з бчатыми накат при неизменном межосевом расстоя- никами 3 и 4 аналогичен схемам пронии а = сопвт аналогично схеме Зо цесса пластического дефор Рефо ми ования процесса пластического деформирова- металла при выполнении мод фии мо ификацииния металла при выполнении модифика- профиля у вер уве шин з бьев (фланкирова-, ции профиля у вершины зуба (фланки- ние) и скругления кромок вдоль линии рование) и скругления кромок вдоль вершин зуба, показ линии вершин зубьев (фиг, 3 - 6), Из-эа одностороннего характера обПосле прекращения рабочего про- разования гребешков 7 (Фиг. 3 процесса накатники 3 и 4 зубчатого ти- цесс обработки осуществляют с реверсипа отводятся и Фиксируются в исходном рованием вращения заготовки 1 в обположении, находясь в зацеплении с ратную сторону с целью выравнивания зубьями заготовки 1, а цилиндрические 4 О профиля обрабатываемых зубьев по выролики 8 и 9 отводятся в исходное по- соте, а направление подачи Я, измеложение, при котором исключается кон- няют на противоположное, причем обтактирование с заготовкой 1, катывание выполняют вначале ролиРабочий процесс обработки по вто- ком 8, а затем роликом 9 (после нарому варианту (фиг, 8) осуществляет катывания боковых поверхностей эубься совместно роликом 9 перед накатыва- ев).нием боковых поверхностей зубьев за- По окончании рабочего процесса готовки 1, а затем рол иком 8 после зубчатые накатники 3 и 4 отводятся накатывания боковых поверхностей зу- и фиксируются в исходном положении, бьев (ролики 8 и 9 во время рабоче находясь в зацеплении с зубьями эаго процесса подведены к заготовке 1 готовки 1, а ц дрклин ические ролики и контактируют с ней) и диктуется со-, 8 и 9 отводятся в исходное положеображениями технологического харак" ние, при которто ом исключается контактера, суть которых сводится к сле- тирование с заготовкой 1.При обработке косоэубых колес 14554) об аэ ющая 15 ролиОбкатывание наружного цилиндра (фиг, 13 и 1 ), о разуюй (фиг. 9) ка 16 устанавливается на угол 8 нак-, заготовки 1 диаметром д, иг.лона винтовой линии вершин 17 обосуществляют при жесткой связизаготовки 1 и роликалика 9 при неиз- рабатываемых зубьев.158,315 мм,П р и м е р. Обработка партии крупномодульных зубчатых колес после эубофреэерования с припуском на деформирование 0,2-0,25 мм на толщину зуба (г = 75; в = 10 мм; х = +0,437; Ь, = 140 мм) с= 20 ) йв = 704) 775 мм; до = 0,031 мм; дУ= 772,9 мм; й = 750 мм; д,), = 777,5-0,5 мм) тягового редуктора магистральных теп ловозов ТЭЗ) 2 ТЭ 10 Л, изготовленных из стали 45 ХН (НВ 255-311).Режимы обработки: частота вращения заготовки и = 8 об/мин; осевая1подача заготовки Я,= 10 мм/мин; вре мя обработки= 15 мин; число проходов д = 2.Инструмент - цилиндрический ролик, диаметр Р= 33,256 мм.Приведен подробный расчет (см. 20 фиг. 7) .Точке У эвольвенты зубчатого колеса, лежащей на окружности д у) соответствует угол профиля О/у) вычислен 25 ный следующим образом: 1 в 704 775сов Ы = - = - -2 -- = 0,9118; йУ 772 9 ) о(У= 24 16,и эвольвентный угол пч У= 0,02729.Определение центрального угла у)соответствующего половине искомойтолщины Бу Центральный угол) соответствующий половине толщины зуба по дуге делительной окружности Я 2 2 хСА 3 14159й 2 г г 2 75 2 .02.437.02364 0 02094 + 0 0042475- 0,012794 рад. Остальные углы показаны на фиг.7,из которой видно, чтоНаряду с этим смежный угол ОУОопределяется выражением: Й- агсвдп - = 3,14159 - 1,1433 =йвд )1,99829 рад. с) определяется из соотноА 2 -С(Г - дп в )+( --дпчЫ + АМ )г1 2 х а(- + - + 1 пчс( - 1 пчд)2 г г 1, 1433 - 0,02094 + 0,00424 ++ 0,014904 - 0,02729 = 1,11421 рад. Отрезок О,И определяется из треугольника ОЮ,:(агсвдп --+- + дпчЫ - дпч Ыч)с 1 ч 2 г г Получаем Р= 33,256 мм.Это позволяет использовать изго 25 товленные зубчатые колеса без допол. , нительных механической и слесарной доработок, связанных с удалением нап,лывов (гребешков) на головке зуба, зачисткой и скруглением кромок, что представляет известную технологичес( кую трудоемкость, а также исключитьвспомогательное время, затрачиваемое на транспортирование и переустановки зубчатых колес на другом рабочем мес, те. При обработке указанной партии 35 крупномодульных колес достигнуто снижение трудоемкости в среднем при обработке одного зубчатого колеса на 1,5-2, О ч, стабильное обеспечение требуемой степени точности 8 А и ка О честна рабочей поверхности зубьев (например, шероховатость К = 0,631,25 .мкм). Наряду с этим можно упростить конструкцию червячных модульных фрез путем исключения модификации 45 профиля у основания зуба, предусмотренную для выполнения профильной мо 1дификации (фланкирования) обрабатываемых зубьев у вершины, что позволяет повысить эффективность и расширить область практического применения предлагаемого способа.Формула и э обретения1. Способ формообразования поверхностей зубьев цилиндрических колес, при котором осуществляют накатывание боковых поверхностей зубьев зубчатым инструментом и обкатывание вершин зубьев по наружному цилиндру заготовки гладким роликом при изменяющемся межосевом расстоянии между роликом и обрабатываемым зубчатым колесом, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей эа счет выполнения профильной модификации у вершин зубьев, дополнительно обкатывают боковые поверхности вершин зубьев, при этом расстояние между осью гладкого ролика и осью обрабатываемого зубчатого колеса изменяют циклически с эубцовой частотой, а диаметр ролика определяют дпя прямоэубых колес:Мс( = агсгдсов В 5 где д - основной диаметр зубчатогоколеса;Й- диаметр окружности для начальной точки модификацииу. вершины Обрабатываемого 10зуба;х - коэффициент смещения;т;в и - модуль, модуль нормальный;к - число зубьев обрабатываемогоколеса; 5 УГОЛ ПРОФИЛЯ ИСХОДНОГО КОНтура;Иу- угол профиля в точке на окружности 4 у,мн,- угол зацепления в торцовомсечении;В - угол наклона винтовой линииобрабатываемого зуба.2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества, перед накатыванием боковых поверхностей зубчатым инструментом осуществляют обкатыванию гладким роликом.