Способ формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес и станок для его осуществления

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к производству арочных зубчатых передач с эвольвентным профилем зубьев. Формирование эвольвентного профиля зуба осуществляют согласованным вращением заготовки с их относительной тангенциальной подачей. В качестве инструмента используют зубчатую рейку, которой сообщают дополнительное, согласованное с первым, возвратно-поступательное движение вдоль направления тангенциальной подачи с амплитудой, соответствующей заданной кривизне арки зуба с радиусом R_и, определяемым по формуле R_и= B/2sinϕ, где В - длина зубьев арки; ϕ - угол наклона дуги арки на торцах зубьев (в пределах ϕ ≅ 15°). Станок для формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес содержит основание, установленную подвижно на основании стойку с вертикальными направляющими. На вертикальных направляющих стойки размещена каретка с приводом возвратно-поступательного движения, имеющая горизонтальные направляющие. В направляющих каретки смонтирован инструментальный суппорт с приводом прямолинейного перемещения. На основании имеется стол для обрабатываемого колеса с приводом вращения. В станок введен дополнительный привод возвратно-поступательного движения инструментального суппорта в горизонтальном направлении. Он выполнен в виде регулируемого по длине рычага, установленного с возможностью качания. Один конец рычага шарнирно связан с суппортом, а другой связан шарнирно с конечным звеном привода прямолинейного перемещения суппорта. Приводы вертикального и дополнительного горизонтального возвратно-поступательных движений и горизонтального движения суппорта, а также привод вращения стола кинематически связаны между собой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к производству арочных зубчатых передач с эвольвентным профилем зубьев в тяжелом и среднем машиностроении.

Известны станки для обработки арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес, описанные в книге А.К. Сидоренко "Зубчатая передача 70-НКМЗ", М. Машиностроение, 1984, с. 54-63, с помощью которых нарезание зубьев осуществляется резцовыми головками с круговыми и спиральными торцовыми зубьями с использованием как единичного, так и непрерывного деления. Формирование эвольвентного профиля зуба осуществляется согласованным вращением заготовки и инструмента и их относительной тангенциальной подачей.

Известные способы имеют общий недостаток, выраженный в том, что формируют зубья с различными радиусами кривизны в зависимости от угла зацепления.

При наклоне контура инструментальной рейки резцовой головки, взаимосвязанным с углом зацепления, кривизна арки на вершине и основании зуба различная. Это затрудняет сопряжение по длине зубьев.

Известен способ, реализованный в станке по заявке на патент РФ N 93011412 от 03.05.93, (положит. решение от 10.03.94) "Cтанок для обработки зубчатых колес с круговой формой зуба", заявитель ПО "Коломенский ЗТС", в котором нарезание зубьев осуществляется возвратно-поступательным перемещением и качательным движением шпинделя с долбяком при согласованном вращении инструмента и заготовки.

Указанный способ формирует арочные зубья с различной кривизной по вершине и впадине, что искажает сопряжение пары зубьев в зацеплении.

Известен также более близкий к заявляемому по существенным признакам способ нарезания прямозубых и косозубых цилиндрических колес, реализованный в зубострогальных станках, например, по книге В.В. Бушуева и С.П. Налетова "Тяжелые зубообрабатывающие станки", М. Машиностроение, 1986, с. 185-191. Обработка зубьев осуществляется возвратно-поступательным движением зубчатой рейки вдоль направления зуба. Эвольвентная форма профиля зуба образуется огибающими резами прямой режущей кромки зубьев рейки при многократном обкате изделия по ее длине с соответствующим периодическим делением.

По сравнению с вышеизложенными способами обработка на зубострогальных станках имеет преимущества, выраженные в использовании менее сложного по конструкции режущего инструмента рейки, геометрическая форма которой проста и соответствует исходному контуру обрабатываемого колеса, что дает выигрыш в стоимости изготовления и эксплуатации инструмента и, согласно теории, - большую геометрическую точность профиля зацепления.

Недостаток этого способа заключается в том, что он не обеспечивает формообразование криволинейных по длине зубьев, в частности арочных зубьев.

Техническим результатом заявляемого способа является обеспечение идентичной кривизны арки по всей высоте зуба.

Известны станки для обработки арочных зубьев цилиндрических колес, реализующие описанные выше известные способы в книге А.К. Сидоренко "Зубчатая передача 70-НКМЗ", М. Машиностроение, 1984, с. 75-77, рис. 66, 67. Станок имеет станину, подвижно установленную на станине стойку с поперечными направляющими, в которых размещены салазки со своими поперечными направляющими, в которых размещена суппортная головка, несущая на шпинделе резцовую головку, приводы вращения головки, приводы перемещения салазок, установленный на станине стол для обрабатываемого колеса с приводом вращения.

Недостатки станков те же, что и способов, реализованных в них, - формирование арочных зубьев с разными радиусами кривизны арки на вершине и в основании зуба, в зависимости от угла зацепления.

Известен более близкий по существенным признакам к заявленному станок фирмы "MAAG" (Швейцария), см. например, указанную выше книгу В.В. Бушуева и С. П. Налетова, рис. 114. Станок содержит основание, установленную подвижно на основании стойку с направляющими, размещенную в направляющих стойки каретку с приводом возвратно-поступательного движения, смонтированный на каретке инструментальный суппорт с зуборезной рейкой, установленный на основании стол для обрабатываемого колеса с приводом вращения.

Недостаток станка заключается в том, что он не обеспечивает формообразования арочных зубьев.

Техническим результатом заявляемого станка является расширение технологических возможностей станка, обеспечение нарезания зубчатых колес с арочным зубом с идентичной кривизной арки по всей высоте зуба.

Требуемые технические результаты способа и станка достигаются тем, что в способе и станке для формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес, при котором резание осуществляют возвратно-поступательным движением инструмента в направлении, параллельном оси заготовки, а формирование эвольвентного профиля зуба осуществляют при согласованном ее вращении с их относительной тангенциальной подачей, в качестве инструмента используют зубчатую рейку, которой сообщают дополнительное согласованное с первым возвратно-поступательное движение вдоль направления тангенциальной подачи с амплитудой, соответствующей заданной кривизне арки зуба с радиусом R_и, определяемым по формуле: где В длина зубьев арки; v угол наклона дуги арки на торцах зубьев (в пределах ϕ ≅ 15°).

В станок для формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес, содержащем основание, установленную подвижно на основании стойку с вертикальными направляющими, размещенную на вертикальных направляющих стойки каретку с приводом возвратно-поступательного движения и горизонтальными направляющими, смонтированный в них подвижно инструментальный суппорт с приводом прямолинейного перемещения, установленный на основании стол для обрабатываемого колеса с приводом вращения, введен дополнительный привод возвратно-поступательного движения инструментального суппорта в горизонтальном направлении, выполненный в виде регулируемого по длине рычага, установленного с возможностью качания, один конец которого шарнирно связан с суппортом, а другой связан шарнирно с конечным звеном привода прямолинейного перемещения суппорта, при этом приводы вертикального и дополнительного горизонтального возвратно-поступательных движений и горизонтального движения суппорта, а также привод вращения стола кинематически связаны между собой.

Отличительные признаки способа выражены в том, что в качестве режущего инструмента для формообразования арочных зубьев используют зубчатую рейку, которой сообщают дополнительное, согласованное с основным движением резания, возвратно-поступательное движение вдоль направления тангенциальной подачи с амплитудой, соответствующей заданной кривизне арки зуба с радиусом R_и, определяемым по приведенной выше формуле.

Отличительные признаки станка выражены в дополнительном введении в него привода возвратно-поступательного движения в горизонтальном направлении инструментального суппорта, выполненного в виде регулируемого по длине рычага, установленного с возможностью качания, один конец которого шарнирно связан с суппортом, а другой связан шарнирно с конечным звеном привода прямолинейного перемещения суппорта, при этом все приводы кинематически связаны между собой.

Указанные признаки обладают новизной, так как в известных технических решениях для данного типа зубчатого зацепления не выявлены.

Предложенный способ и станок для нарезания с помощью режущего инструмента в виде зубчатой рейки при любом угле зацепления дает идентичную кривизну по длине зуба в его основании и вершине, что улучшает сопряжение зубчатой пары.

На фиг. 1 показан вид в плане станка для фоpмообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес; на фиг. 2 вид станка спереди с кинематической схемой движения инструментальной рейки; на фиг. 3 схема зацепления инструментальной рейки с обрабатываемым зубчатым колесом.

Геометрические параметры зубчатого зацепления и их величины, изображенные на фиг. 2 и 3, рассчитываются по формулам: L 2L₁; L₁ l + l₁, где l₁= R_a·sin(α_a-α_tw);
где L величина тангенциального перемещения;
L₁ половина величины тангенциального перемещения;
l расстояние контактной точки в основании зубьев n до оси заготовки;
l₁ расстояние контактной точки по вершинам зубьев n1 до оси заготовки;
R радиус по делительной окружности зубьев колеса;
R_p радиус дна впадин зубьев колеса;
a_tw угол зацепления передачи;
R_a радиус по вершинам зубьев колеса;
α_a угол давления по вершинам зубьев колеса;
ε_a коэффициент перекрытия при формировании зубьев;
m_o модуль по основной окружности;
R_и радиус кривизны арки зуба;
B длина зубьев арки;
ϕ угол наклона дуги арки на торцах зубьев (в пределах ≅15^o).

Осуществляется способ следующим образом.

Режущий инструмент зубчатая рейка совершает возвратно-поступательные движения вместе с кареткой в направлении, параллельном оси заготовки. Одновременно вместе с суппортом рейке (заготовке) сообщают тангенциальную подачу, согласованную с вращением заготовки для формирования эвольвентного профиля зуба. Согласованно с основным вертикальным возвратно-поступательным движением резания в направлении, параллельном оси заготовки, зубчатой рейке сообщают дополнительное горизонтальное возвратно-поступательное движение вдоль направления тангенциальной подачи. Амплитуда этого движения соответствует заданной кривизне арки зуба с радиусом R_и, определяемым по приведенной выше формуле.

На основании 1 (фиг. 1) подвижно по стрелке А установлена стойка 2 с вертикальными направляющими 3. В вертикальных направляющих стойки размещена каретка 4 с приводом 5 вертикального возвратно-поступательного движения по стрелке Б (фиг. 2). Каретка 4 имеет горизонтальные направляющие 6, в которых смонтирован подвижно по стрелке Г инструментальный суппорт 7 с зубчатой рейкой 8 и приводом прямолинейного перемещения, включающим кинематические звенья 9, 10, 11, 12. На основании 1 установлен стол 13 для обрабатываемого колеса 14 с приводом (на чертеже не показан) вращения по стрелке Д. Станок снабжен дополнительным приводом возвратно-поступательного движения инструментального суппорта в горизонтальном направлении по стрелке Е (совпадающим с направлением тангенциальной подачи), выполненным в виде регулируемого по длине рычага 15, установленного с возможностью качания по стрелке Ж (фиг. 2). Один конец рычага 15 связан с суппортом с помощью шарнира 16, а другой конец связан шарниром 17 с конечным звеном 9 привода прямолинейного перемещения суппорта. Приводы вертикального 5 и дополнительного горизонтального рычага 15 возвратно-поступательных движений и горизонтального движения суппорта звенья 9, 10, 11, 12, а также привод вращения стола кинематически связаны между собой.

Станок работает следующим образом.

На стол 13 устанавливают обрабатываемое зубчатое колесо 14. Настраивают кинематические цепи привода вращения заготовки и тангенциального перемещения каретки аналогично известным зубострогальным станкам. Устанавливают на требуемый радиус кривизны арки зуба R_и регулируемый рычаг 15. Инструментальную рейку 8 устанавливают перемещением суппорта 7 и стойки 2 в исходное положение на заданную глубину резания. Включают станок. Суппорт 7 с рейкой 8 вместе с салазками 4 совершает возвратно-поступательное движение в направлении стрелки Б от положения Н до положения К (фиг. 2) и одновременно под воздействием качательного движения рычага 15 по стрелке Ж на угол 2v совершает дополнительное возвратно-поступательное движение по стрелке Е. При этом рейка 8 под воздействием двух возвратно-поступательных движений и движения тангенциальной подачи по стрелке Г, осуществляемой через звенья 9, 10, 11, 12, производит резание и формирование эвольвентного профиля арочного зуба с радиусом R_и. При этом угол наклона дуги арки зуба на торцах колеса v регламентируется величиной в пределах не более 15^o. Это обеспечит нормальный процесс резания с учетом необходимых величин переднего и заднего углов резания на зубьях рейки. По мере обката обрабатываемого колеса по длине зубчатой рейки (известным приемом в зубострогальных станках) осуществляется периодическое деление для вывода рейки в исходное положение, и процесс повторяется до полной обработки зубчатого колеса.

Формула изобретения

1. Способ формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес, при котором инструмент перемещают вдоль нарезаемого на заготовке зуба и сообщают ему возвратно-поступательное движение в тангенциальном направлении, а формирование эвольвентного профиля осуществляют при согласованном с относительной тангенциальной подачей вращении заготовки зубчатого колеса, отличающийся тем, что инструмент выполняют в виде зубчатой рейки, которой сообщают дополнительное согласованное с первым возвратно-поступательное движение в направлении, параллельном оси заготовки, при этом амплитуду первого возвратно-поступательного движения задают в соответствии с радиусом кривизны арки обрабатываемого зуба, которую определяют по формуле

где В длина зубьев арки;
v угол наклона дуги арки на торцах зубьев, который выбирают в пределах ≅ 15^o.

2. Станок для формообразования арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес, содержащий подвижно установленную на основании стойку, в направляющих которой размещена каретка с приводом, несущая инструментальный суппорт, имеющий приводы возвратно-поступательного и прямолинейного в тангенциальном направлении движений, а установленный на основании станка стол с приводом его вращения кинематически связан с приводами суппорта, отличающийся тем, что направляющие стойки выполнены вертикально, привод каретки выполнен с возможностью реализации возвратно-поступательного перемещения, а привод возвратно-поступательного движения суппорта выполнен в виде регулируемого по длине рычага, установленного с возможностью качания, при этом один конец рычага шарнирно связан с суппортом, а другой шарнирно связан с конечным звеном привода прямолинейного движения суппорта, причем приводы возвратно-поступательных движений каретки и суппорта кинематически связаны между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3