Способ формообразования поверхностей зубьев цилиндрических колес

 

Изобретение относится к механической обработке металлов давлением и и может быть использовано для формообразования поверхностей зубьев цилиндрических прямои косозубых колес пластическим деформированием. Цель изобретения - расширение технологических возможностей.,Обкатывание наружного цилиндра-диаметром заготовки , базирующейся на оси, выполняют , когда межосевое расстояние устанавливают с жесткой связью между гладким роликом, свободно вращающимся на осях, и заготовкой. Обкатывание радиусов скругления вдоль линии вершин зубьев и вьтолнение профильной модификации (фланкирование) у вершин зубьев осуществляют при переменном межосевом расстоянии гладкого ролика. Диаметр ролика определяется по расчетной зависимости. Обкатывание гладким роликом разделяют на две операции. При зтом предварительное обкатывание выполняют перед накатыванием боковых поверхностей зубьев инструментом зубчатого типа. Это позволяет обеспечить профильную модификацию вершины зуба. 1 з.п. ф-лы, 14 ил. 1, г (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„14 560 А 1

СЮ4В21Н502

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к механической обработке металлов давлением и может быть использовано для формообразования поверхностей зубьев цилиндрических прямо- и косозубых ко- 5 лес пластическим деформированием.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества обрабатываемых зубьев. 10

На фиг. 1 и 2 изображены принципиальные схемы способа поочередного обкатывания цилиндрическими роликами после накатывания боковых поверхностей зубьев заготовки; на фиг. 3 — 6 "15 схемы процесса пластического деформирования металла при выполнении моГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4111442/25-27 (22) 18.06.86 (46) 30.01.89. Бюл. Ф 4 (75) В.В. Орлов (53) 621.771.67 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 503619, кл. В 21 Н 5/02, 1974. (54) СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС (57) Изобретение относится к механической обработке металлов давлением и и может быть использовано для формообразования поверхностей зубьев цилиндрических прямо- и косозубых колес пластическим деформированием, Цель изобретения — расширение технологических возможностей.. Обкатывание наружного цилиндра диаметром заго тов ки, б аэ ирующе йс я на о с и, выполняют, когда межосевое расстояние устанавливают с жесткой связью между гладким роликом, свободно вращающимся на осях, и заготовкой. Обкатывание радиусов скругления вдоль линии вершин зубьев и выполнение профильной модификации (фланкирование) у вершин зубьев осуществляют при переменном межосевом расстоянии гладкого ролика. Диаметр ролика определяется по расчетной зависимости. Обкатывание гладким роликом разделяют на две операции. При этом предварительное обкатывание выполняют перед накатыванием боковых поверхностей зубьев инструментом зубчатого типа.

Это позволяет обеспечить профильную модификацию вершины зуба. 1 з.п. ф-лы, 14 ил. дификации профиля у вершины зуба (фланкиров ание) и скругления кромок вдоль линии вершин зубьев после яа- Щ катывания их боковых поверхностей фф (вид А); на фиг. 7 — схема к расче- ар ту диаметра ролика; на фиг. 8 — принципиальная схема способа совместного обкатывания цилиндрическими роликами ;до и после накатывания боковых по верхностей зубьев заготовки; на .фиг. 9 - вид Б на фиг. 8; на фиг. 1012 — схемы процесса пластичекого деформирования металла при выполнении модификации профиля у вершины зуба (флаыкирование) и скругления кромок вдоль линии вершин зуба до накатывания их боковых поверхностей; на

1454560

Обкатывание наружного цилиндра заготовки 1 диаметром d „no первому варианту осуществляется при жесткой связи заготовки 1 и ролика 8, т.е. обработка выполняется при неизменном межосевом расстоянии а,= const (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 S (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 обрабатываемыми зубьями являются точки У (фиг. 5 и 7), расположенные на концентрической окружности диаметром dz, проходящей через начальные точки У линии модификации боковых поверхностей зуба заготовки 1. При дальнейшем вращении заготовки 1 в зоне взаимодействия заготовки 1 и ролика 8 возникают силы сопротивления, препятст вующие перемещению ролика 8 по траектории относительного рабочего движе40, фиг. 13 — схема обработки косозубых колес; 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 с зубьями накатников 3 и 4, свободно вращающихся на осях 5 и 6, установленных на требуемом неизменном меж- 1О осевом расстоянии а,@ = const, обеспечивая плотность (беэзазорность) станочного зацепления. Обработка боковых поверхностей зубьев заготовки ! 1 может осуществляться как с парал" 15

) лельным, так и со скрещивающимся расположением осей 5 и 6 накатников

3 и 4 к оси 2 заготовки 1. Обрабатываемое колесо (заготовка) 1, приведенное во вращение, приводит во 2О вращение зубчатые накатники 3 и 4 (направление вращения показано стрел. ками на фиг. 1), зубья которых входят в плотное (беэзазорное) станочное зацепление с зубьями заготовки 1, не- 25 посредственно выполняют формообразование их .боковых поверхностей.

Затем заготовке 1 сообщается движение подачи S в направлении, параллельном оси вращения. Усилия для 30 осуществления формообразования создаются за счет припуска„оставленного. по всему профилю обрабатываемых зубьев, создавая тем самым разношаговость в беззазорном зацеплении между обрабатываемыми зубьями заготовки 1 и деформирующими элементами зубчатых накатников 3 и 4. Пластическое деформирование боковых поверхностей зубьев заготовки приводит к одностороннему образованию гребешков 7 (фиг. 3), выступающих за пределы цилиндра d с,„ вершин зубьев заготовки.

Способ позволяет производить обкатывание цилиндрическими роликами по следующим вариантам: после накатывания боковых поверхностей зубьев заготовки 1 поочередно цилиндрическими роликами 8 и 9 (см. фиг. 1 и 2), совместно роликами 8 и 9, когда обкатывание выполняют роликом 9 перед накатыванием боковых поверхностеи зубьев заготовки 1, а затем роликом

8 после накатывания боковых поверхностей зубьев заготовки i .

Ролики 8 и 9 свободно вращаются на осях 10 и 11„автономно устанавливаются в рабочее положение, при этом образующая 12 боковой поверхности наружного пилиндра диаметром

D и (длина 1 которой меньше ширины Ь зубчатого венца заготовки 1), совпадает с направлением линии вершин 13 обрабатываемых 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).

145456

ӻ + inVo(— inVo(de

УУ

v = arcsin-dy

S fi 2xt

{»» = т +

d 2z z и 7я Zxtea — (— + — -"- + invQ — invo()

z 2г z )

Г(2xt20

20 = — — — — - — inv4 + invo(»

2z г »

Угол ! ния

Ц

2z

de

inv o(+ inv Д )) = arcsin—

l- д

2х аЫ

+ — — - + inv d — inv d>.

Отрезок О,N определяется угольника ONO„, 40

de сов dу= оч из треde

О N

1 d в е 2хТаЫ

2tg(arcsin — — — + — -"- + inv o(— invay) с!у 2z z

45 Диаметр ролика Э „для прямозубых колес равен а отрезок

1 Г

ЦДг,12 ч

dв 1-- Д -»

% 2xt с 2 В

+ — -1 - + inv Ы вЂ” inv Ы

2z z

В

2 de

2tg(arcsin —— У

Окончательно

02 Д2 ° а

В (+ - + invd — invl) в 2xt с

Ц асс $1п,.!

d = шг cosol»

Ь ния S от центра оси 2 заготовки 1, которые превышают усилия со стороны протарированных силовых устройств.

По мере перемещения ролика 8 в направление S от центра оси 2 заГ готовки 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, перемещаемого роликом 8, выполняя профильную модификацию (фланкирование)

do(у вершины зуба (фиг, 7). Оканчи- !5 вается процесс формообразования выполнением радиусов скругления R u деформированием металла гребешков .7 (фиг. 6), завершающая стадия которого осуществляется при жесткой связи заготовки 1 и ролика 8 (а = const, W1 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 о6ес- 30 печивается роликом, имеющим диаметр

D вычисление которого иллюстрирует» ся на фиг. 7 и приводится на примере обработки прямозубой заготовки.

Точке У эвольвенты, лежащей на окружности d соответствует угол у» профиля, вычисляемый по уравнению ч»

О 6 и эвольвентный угол invo(yt

Определение центрального угла »У» соответствующего половине искомой толщины S

Центральный угол » соответствующий половине толщины зуба по дуге делительной окружности, Остальные углы показаны на чертеже фиг. 7, из которого видно, что

Наряду с этим смежный угол ОУО, определяется выражением

Йв

К= arcsin—

d „ определяется из соотношеу

dв в 2xtgа(tl — ((и — ar c s in --) + (— — — — ——

7 1454560 8 где d - основной диаметр зубчатого

6 менном межосевом расстоянии а,; — const, леса до накатывания боковых пове рхностей

d — диаметр окружности для на- зубьев заготовки, доводя его до тре3 чальной точки модификации у буемого размера йд,, что обеспеч ва вершины обрабатываемого эу-, ет стабильность параметра эагото к

5 ба по наружному диаметру, так как эагоУ х - коэффициент смещения; товки в стадии поставки, а также мет — модуль ханической обработки имеют колебания

У

z — число зубьев обрабатываемо- 1р по указанному параметру.

Выполнение радиусов скругления К го колеса; о(- 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 R кромок ружности d 15 вдоль линии вершин обрабатываемых

Из-за одностороннего характера об- зубьев (фиг. 11 и 12) способствует

I разования гребешков 7 процесс обра- уменьшению объема деформируемых слоев ботки осуществляют с реверсированием металла у вершинь эу ины э бьев при послевращения заготовки 1 в обратную сто" дующем накатывании боковых поверхносРону (фиг ° 2) с целью выравнивания 2р тей зубьев, следовательно, и уменьшепрофиля обрабатываемых зубьев по вы- нию размеров образующихся гребешков соте, а направление движения подачи (фиг. 3), а их ф а их механизм формообраэоваS изменяется на противоположное, ния аналогичен м х у, ен механизм описанному ичем ролик 8 отведен от заготовки согласно иллюс р ц т а ии на иг. 4 5 пр ф

1 и не контактирует с ней, а обкаты- 25 и 7. вание наружного цилиндра заготовки Процесс обкатывания заготовки 1

1 диаметром d осуществляется при роликом 8 посл после накатывания боковых жесткой связи заготовки 1 и ролика поверхностей зу ьев у бьев з бчатыми накат9 при неизменном межосевом расстоя- никами 3 и 4 аналогичен схемам пронии а = const аналогично схеме чр цесса пластического дефор р ефо ми ования процесса пластического деформирова- металла при выполнении мод ф ии мо ификации ния металла при выполнении модифика- профиля у вер у ве 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). 35 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 4р 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- 45 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- 5 находясь в зацеплении с зубьями эаго процесса подведены к заготовке 1 готовки 1, а ц др илин ические ролики и контактируют с ней) и диктуется со-. 8 и 9 отводятся в исходное положеображениями технологического харак" ние, при котор то ом исключается контактера, суть которых сводится к сле- тирование с заготовкой 1.

При обработке косоэубых колес 14

4) об аэ ющая 15 ролиОбкатывание нарУжного цилиндра (фиг. 13 и 1 ), о разую

d (фиг. 9) ка 16 устанавливается на угол 8 нак-, заготовки 1 диаметром д, иг. лона винтовой линии вершин 17 обосуществляют при жесткой связи заготовки 1 и ролика лика 9 при неиз- рабатываемых зубьев.

145456

1, 1433 рад.

Угол шения

V+ inv Ы- inv 04

do

arcsin ——

40

-02437 -02364

= 0,02518 рад, с1ь

d в и 2xtge(2t (arcsin + — + invA — inv4 )

dy 2г z

704 775 704 775 — 174,9429 мм, 1

= — 316, 63

2 а отрезок

2 — Д2 12

2 ч В

158,315 мм, Пример. Обработка партии крупномодульных зубчатых колес после эубофреэерования с припуском на деформирование 0,2-0,25 мм на толщину зуба (z = 75; m = 10 мм; х = +0,437;

b, = 140 ммэ Ы= 20 i de = 704в

775 мм; 4o(= 0,031 мм; dy= 772,9 мм;

d = 750 мм; d 2, = 777,5-0 5 мм) тягового редуктора магистральных теп- 10 ловозов ТЭЗ, 2ТЭ10Л, изготовленных из стали 45ХН (НВ 255-311).

Режимы обработки: частота вращения заготовки n = 8 об/мин; осевая

I подача заготовки S 10 мм/мин; вре- 15 мя обработки te= 15 мин; число проходов i = 2.

Инструмент — цилиндрический ролик, диаметр Dä= 33,256 мм.

Приведен подробный расчет (см. 20 фиг. 7) .

Точке У эвольвенты зубчатого колеса, лежащей на окружности д, соответствует угол профиля о/„, вычислен25 ный следующим образом:

d e 704 775

cos ol = — = — -2 — — = 0,9118;

d у 772,9 о(у= 24 16, и эвольвентный угол inv my= 0,02729.

Определение центрального угла у„, соответствующего половине искомой

TO HHbl S y

Центральный угол, соответствующий половине толщины зуба по дуге делительной окружности

S ll 2xtgo(3 14159

d 2z г 2 75

2tg 1,11421 2-2,0143

3 = 20, inv а(0,014904, тогда

Ч у = 0,02518+ 0,014904 -0,02729

0,012794 рад.

Остальные углы показаны на фиг.7, из которой видно, что (-- + - + дюж — invdу) и 4 2xtud

z 2z z

2xtea(= — — — - - — in + inv4y)

2z г

3 14159 2 ° 024370 364 0 014904 +

2.75 75

+ 0,02729 = 0,02909 рад, de а у = arcsin — = arcsin 0,9118 =

6j С1

Наряду с этим смежный угол ОУО„ определяется выражением:

Й- arcsin — = 3,14159 — 1,1433 =

< В д Ф

1,99829 рад. с" определяется из соотноУ

invd + invd ) г

М

ll 2xt a( — + — - - + invat — invd>)

2z г

1,1433 — 0,02094 + 0,00424 +

+ 0,014904 — 0,02729 = 1,11421 рад.

Отрезок О,N определяется из треугольника OND,:. !

1454560

d, х 2х и

2tg(arcsin — - — + — ""- + дп - inveó)

d> 2z z

Ди дз ч в

Окончательно

2 и . d и 2хг.ао(t (resin Й + — - - + invA — inv y)

Дч 2г г фи дй

704 775

704т775 3 14159 2 "0 437 0 364 + P 01490

772,9 2,75

Ф Э

704 775

316, 63 (1, 1433 — 0,02094 + 0,0042 + 0,014904 — 0,02729

33,256 мм. р - р ч в

D ег и ° ds

tg(arcsin бч

1t 2хсЫ

+ — - - + invd — invd>)

2z z для косоэубых колес;

< В= шг созе, ds

D — — ——

К ДВ ((2Хtgg( (arcsin — — -- + --- — + inv4 — inv с ч)

d1 2z z

Получаем Р„= 33,256 мм.

Это позволяет использовать изго25 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 исключить вспомогательное 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, 0 ч, стабильное обеспечение требуемой степени точности 8А и ка- 4О чества рабочей поверхности зубьев (например, шероховатость R = 0,63

1,25 .мкм). Наряду с этим можно упростить конструкцию червячных модульных фрез путем исключения модификации 45 профиля у основания зуба, предусмотренную для выполнения профильной мо1 дификации (фланкирования) обрабатываемых зубьев у вершины, что позволяет повысить эффективность и расширить область практического применения предлагаемого способа.

Формула изобретения

1. 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 шийся 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 для прямоэубых колес:

1454560! ч

m z

d = --"- сosa д соя 8

ГЕК с(® = arctg

cose 5 где d — основной диаметр зубчатого колеса;

d q — диаметр окружности для начальной точки модификации у. вершины обрабатываемого 10 зуба; х — коэффициент смещения;

m;m и — модуль, модуль нормальный;

z — число зубьев обрабатываемого колеса; 5

УГОЛ ПРОФИЛЯ ИСХОДНОГО КОНтура;

И у- угол профиля в точке на окружности d» м - угол зацепления в торцовом сечении;

 — угол наклона винтовой линии обрабатываемого зуба.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества, перед накатыванием боковых поверхностей зубчатым инструментом осуществляют обкатыванию гладким роликом.

1454560

1454560

ВгУБ

1454560

Фиа УЯ

Фиа 1У

Составитель С. Чукаева

Техред А. Кравчук

КоРРектоР Н. Король

Редактор Е. Копча

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7384/15 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5