|
Подача (круговая), определяющая толщину слоя, срезаемого боковыми режущими кромками, осуществляется при относительном вращении долбяка и заготовки и измеряется по делительной окружности - S0 [мм/дв.ход]. Кроме того, долбяк получает радиальную подачу при врезании в заготовку 5Р [мм/дв.ход].
Профиль зубьев нарезаемого колеса образуется как огибающая различных положений режущих кромок долбяка относительно заготовки.
Из-за прерывистости процесса резания и невозможности развивать высокие скорости резания вследствие больших сил инерции долбяк по производительности уступает червячным фрезам.
В машиностроении применяются следующие типы конструкций долбяков: дисковые, чашечные (втулочные) и хвостовые (рис. 10.31). Их различие заключается в том, что у чашечных долбяков, работающих в упор, элементы крепления размещаются в специальной выемке или во втулке во избежание контакта с упором. Хвостовые долбяки имеют малый диаметр и применяются при нарезании колес внутреннего зацепления и мелкомодульных колес (т < 1 мм). Для нарезания косозубых и шевронных колес применяют косозубые долбяки.
Стандартные долбяки (ГОСТ 9323-79) изготавливаются трех классов точности АА, А и В для нарезания колес соответственно 6, 7 и 8-Й степеней точности.
К числу недостатков долбяков следует отнести: сложность кинематики зубодолбежных станков, ограничения применяемости по числу зубьев нарезаемых колес из-за вносимых погрешностей в их профиль.
б) Рис. 10.31. Типы конструкций долбяков: а - дисковый; б - чашечный; в - хвостовой |
Наружный диаметр долбяков ограничивается опасностью их перекоса при консольном креплении на станке.
Конструктивные и угловые параметры долбяка. Долбяк - это корригированное зубчатое колесо с непрерывно изменяемым смещением профиля по длине зуба, уменьшающимся от переднего торца к опорному.
Такая картина коррекции обеспечивает, как будет показано ниже, создание задних углов на боковых режущих кромках долбяка. Задняя поверхность вершинной кромки - усеченный конус, создающий задний угол на ней ав, передняя поверхность - также усеченный конус, образующая которого составляет с торцом долбяка передний угол ув.
На рис. 10.32 представлены разрез долбяка плоскостью, проходящей через его ось, а также три характерных сечения плоскостями, перпендикулярными к оси долбяка. В сечении /-/ смещение профиля максимальное положительное; в сечении И-ll оно равно нулю, а в сечении III-IU - максимальное отрицательное (до этого сечения возможна переточка долбяка по передней поверхности).
Сечение 11-11 называется исходным, а расстояние от него до переднего торца - исходным расстоянием нового долбяка А. Соответственно расстояние от //-// до ///-/// будет исходным расстоянием окончательно сточенного долбяка Ас.
Как видно из рис. 10.32,
(10.47)
где х0 - коэффициент смещения долбяка, изменяющийся от максимального положительного до отрицательного значений.
Величины расстояний А и Ас могут быть равны или отличаться, иногда существенно, в зависимости от модуля и числа зубьев долбяка, они также зависят от числа зубьев нарезаемых колес и технологических условий изготовления долбяков.
К особенностям Рис. 10.32. Основные параметры долбяка
конструкции долбяка
относится постоянство делительной и основной окружностей во всех сечениях, т.е. эвольвентные боковые режущие кромки образованы от одной и той же основной окружности, диаметр которой
db о = d0 cosa = mz0 cosa. (10.49)
От величины смещения х0 меняется соотношение высот головки и ножки зуба долбяка, а следовательно, и размеры окружностей выступов и впадин долбяка. При этом высота зубьев остается неизменной во всех сечениях.
Таким образом, в сечении 1-1:
высота головки зуба
h'a о = 1,25 m + x0m; | (10.50) |
диаметр окружности выступов |
|
dao = do + 2Ko = mzo + 2,5/я + 2 x0m; | (10.51) |
высота ножки зуба |
|
hf0 = 1,25 m - x0m; | (10.52) |
диаметр окружности впадин
d'f о =d0- 2h'f0 = mz0 - 2,5m + 2x0m; (10.53)
полная высота зуба
ho = h'a0+ h’jQ = 2,5m.
Здесь штрих вверху обозначения параметра указывает, что он относится к сечению /-/.
По аналогии эти параметры можно записать и для сечения III-III, сменив лишь знак перед xQm с положительного на отрицательный и обозначив их двумя штрихами (А'0, А/о, </»'„. <*/<>)•
Получение непрерывно меняющегося смещения профиля зубьев долбяка от переднего торца к опорному можно наглядно представить, рассматривая схему нарезания их, например, червячной фрезой (рис. 10.33, а). При вращении фрезы и взаимного обката с заготовкой долбяка, помимо вертикальной подачи вдоль оси заготовки ОА, фрезе одновременно задается радиальная подача АВ. При этом величины этих подач рассчитаны таким образом, чтобы результирующая подача ОВ =ОЛ+АВ была направлена наклонно к оси долбяка под углом а*.
Вследствие этого в каждом сечении долбяка плоскостями, перпендикулярными к его оси, будет иметь место определенное смещение исходного контура рейки при неизменных диаметрах делительной и основной окружностей. Из рис. 10.33, 6 видно, что если смещение хот по длине зуба В меняется по линейному закону, т.е. имеет место равенство Дх0т = = к\АВ, где ку - постоянный коэффициент, а АВ - расстояние вдоль оси долбяка, то ему одновременно соответствует угол поворота эвольвенты вокруг оси, также изменяющийся по линейному закону, т.е. Дер = к2АВу где к2 - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, при нарезании зубьев долбяка имеет место сочетание равномерного вращательного движения эвольвенты вокруг оси долбяка с поступательным движением ее вдоль оси. При этом образуемая боковая поверхность зуба представляет собой эвольвентную винтовую поверхность, а профиль зуба долбяка в разных сечениях - разные участки эвольвенты, смещенные относительно центра основной окружности (см. рис. 10.5).
Поэтому независимо от величины стачивания зуба долбяка по передней поверхности при нарезании зубчатых колес он будет образовывать один и тот же эвольвентный профиль.
Как было показано выше (см. рис. 10.6), при наличии высотной коррекции за счет смещения исходного контура рейки меняется положение делительной прямой рейки относительно центра колеса. Это приводит к тому, что изменяется не только соотношение высот головки и ножки зуба долбяка, но и меняется толщина зуба по делительной окружности, которая, как следует из рис. 10.6, может быть определена по формуле
S0 = nm/2±2x0mtga0. (10.54)
Как видно из рис. 10.34, на развертке сечения зуба долбяка делительным цилиндром такое изменение толщины создает задний угол на боковых режущих кромках аг:
tgar = x0mtgcL0 / А.
Подставим в это уравнение значение А из выражения (10.47) и после сокращения получим
(la55)
х0т
Очень важным угловым параметром, обязательно указываемым на рабочем чертеже, является задний угол в цилиндрическом сечении основным цилиндром - су. По нему устанавливается торец шлифовального круга относительно оси при шлифовании боковых поверхностей зубьев долбяка.
Рис. 10 J5. Задний угол на боковых режущих кромках зуба долбяка в цилиндрических сечениях |
В любом цилиндрическом сечении зуба долбяка задний угол можно найти как угол между осью и винтовой линией, лежащей на поверхности этого цилиндра. При этом винтовые линии во всех сечениях имеют один и тот же осевой шаг, так как принадлежат одной винтовой поверхности. Развертки винтовых линий на плоскость представляют собой гипотенузы прямоугольных треугольников, у которых один катет - осевой шаг Рх, а второй - развертка окружности цилиндра (рис. 10.35). Рассмотрим два сечения: основным цилиндром с радиусом гь и делительным цилиндром с радиусом г.
Из рис. 10.35 следует, что
р _ 27tr _ 2пгь _ 2щ
* tgar tgar4 tga, ’
tga, =-^-tgar. (10.56)
r
Согласно уравнению эвольвенты, при r{ = rb отношение rb I r = cosa0, тогда в соответствии с выражением (10.56)
tgar4 = —tgar = cosa0 tgar. (10.57)
r
Подставим значение ar из уравнения (10.55) и найдем, что
Для стандартных долбяков при ао = 20° и сх* = 6°, агЬ =
= 2°4'32".
С точки зрения процесса резания на рабочем чертеже долбяка также необходимо указать задний и передний углы на боковых режущих кромках в нормальном сечении - а# и yN.
Найдем угол aN, пользуясь рис 10.36, на котором вид на зуб долбяка представлен со стороны опорного торца. Задний угол в нормальном сечении в любой произвольно взятой точке М найдем, проведя из нее касательную к основной окружности на том основании, что эта прямая является одновременно образующей эвольвенты и нормалью к ней.
Из рис. 10.36 следует, что в нормальном сечении боковой режущей кромки задний угол
tga N=ab/B. (10.59)
Из условия обката прямой - образующей эвольвенты по основному цилиндру без скольжения, ab = ab = гьц>.
Как было показано выше (рис. 10.33), эвольвента при перемещении вдоль оси от переднего к опорному торцу одновременно поворачивается вокруг оси на угол ф. Исходя из того, что при повороте эвольвенты вокруг оси на 2п она переместится вдоль оси на величину осевого шага Рх,
запишем соотношение
Ф В
2п~Рх’
из которого следует, что
ф = 2тсЯ//>. (10.60)
Подставив значение ф в уравнение (10.59), найдем, что
‘8“*=-1^Г = г»1Г = const- (10-61)
врх их
Отношение Рх/2п называется винтовым параметром. Эта характеристика винтовой поверхности является постоянной величиной.
Таким образом, входящие в правую часть уравнения (10.61) величины не зависят от положения точки на эвольвенте и остаются неизменными для данного долбяка. Следовательно, задний угол в нормальном сечении на боковых режущих кромках долбяка во всех точках остается также одинаковым.
Если теперь в уравнение (10.61) подставить значение Рх из (10.56), ц агЬ из выражения (10.58), то найдем, что
tgotyy = - ------- = tgaBsina0 = const. (10.62)
2кгь
Таким образом, долбяк, имеющий фасонные боковые режущие кромки, обладает уникальным свойством: постоянством заднего угла в нормальном сечении по всей длине режущей кромки, в то время как в цилиндрическом сечении задний угол является величиной переменной, зависящей от величины радиуса окружности, проходящей через точку режущей кромки (см. уравнение (10.56)).
Передний угол долбяка ув на вершинной кромке задается в радиальной плоскости. В нормальном сечении на боковой режущей кромке в некоторой точке М на радиусе гм по аналогии с определением угла aN найдем, что
tg Улг =tgr,sinaM, (10.63)
где ам - угол профиля в точке М, а cosa,, = гь 1гм (см. уравнение эволь- венты).
Из (10.63) следует, что уЛ'- величина переменная, зависящая от гм - радиуса окружности, на которой лежит точка М Например, для стандартных долбяков с у* = 5°, cto = 20°, т = 2,5 мм и z0 = 30 на окружности впадин ул? = 0°13', а на окружности выступов yN = 2°36'.
На делительной окружности при rM = r0 = mz0/ 2, aM = a0 = 20°, у,=5°
tgY* =tgyBsina0 =1°40'. (10.64)
Этот угол также указывается на рабочем чертеже долбяка. Как следует из (10.64), он не зависит от модуля и числа зубьев долбяка. С целью снижения сил резания и повышения стойкости долбяков его можно увеличить только за счет увеличения у„, задаваемого при расчете.
Коррекция угла профиля долбяка. Боковые режущие кромки зубьев долбяка являются следом пересечения конической передней поверхности с эвольвентными винтовыми задними поверхностями (левой и правой). Поэтому хотя величины передних и задних углов невелики, профиль режущих кромок отличается от теоретической эвольвенты, что сказывается на профиле зубьев нарезаемых колес.
Уравнение режущей кромки можно определить аналитически, решив совместно уравнения конической и эвольвентной поверхностей, которым одновременно принадлежат точки режущих кромок.
Пример графического решения этого уравнения показан на рис. 10.37, а для случая т = 5 мм, z0 = 20. После совмещения проекции режущей кромки на торцовую плоскость и теоретической эвольвенты видно, что характер отклонений весьма неблагоприятен, так как ошибки по головке и ножке направлены в разные стороны и приводят к значительному утолщению зуба долбяка на вершине и, соответственно, к подрезу ножки зуба нарезаемого колеса. Для уменьшения величины отклонений и равномерного их распределения было предложено ввести коррекцию угла профиля долбяка в сторону небольшого увеличения. При этом величина погрешности будет меньшей и более благоприятной (рис. 10.37, б), а именно: отклонения имеют одинаковую направленность в сторону утолщения головки и ножки зуба долбяка. Боковая поверхность нарезанных зубьев колеса становится при этом более выпуклой, что обеспечивает плавность работы зубчатого зацепления. Отклонения же по ножке и го-
а) б) в) Рис. 10.37. Вид и величины отклонений проекции режущей кромки (2) долбяка от теоретической (/) эвольвенты: а - без коррекции угла профиля исходного контура; 6 - после коррекции угла профиля исходного контура; в - искажение профиля зуба колеса; г - зона касания зубьев колес, нарезанных долбяком |
ловке зуба очень малы, например, для рассматриваемого случая они равны, соответственно, Ад = 7,5 мкм и Дг= 7,1 мкм.
Для расчета коррекции угла профиля долбяка была предложена [22] следующая методика. Учитывая, что угол профиля на делительной окружности не зависит от числа зубьев долбяка z0, для удобства расчета принимается z0 - оо. Тогда долбяк превращается в рейку (гребенку), имеющую прямолинейные боковые режущие кромки с углом профиля в сечении N-N-аи (рис. 10.38), по которому проектируется инструмент второго порядка, нарезающий зубья долбяка.
Из-за наличия переднего и заднего углов проекция профиля зубьев на плоскость переднего торца А-А не совпадает с сечением N-N. При этом проекция высоты зуба h = h0+ be. При неизменном продольном размере е это приводит к несовпадению углов профиля аи и аА.
Приравняв угол профиля проекции режущей кромки аА к углу профиля исходного контура рейки Оо, найдем скорректированное значение угла профиля долбяка аи.
Как следует из рис. 10.38,
tga^=tga0=|; tga„ = (10.65)
Рис. 10.38. Схема определения aN профильного угла рейки долбяка |
Из A bed и ДAcd найдем значение Ъс:
be = cd tgав = h tgув tg ав,
тогда
“«= — ------------------------------ г=i——— • <10-66)
W-tgy.tga.) 1-tgy.tga,
Для стандартных долбяков при а0 = 20°, ув = 5°, = 6° скорректи
рованное значение угла профиля из уравнения (10.66) будет равно а„ = 20° 10'14,5". Хотя величина коррекции весьма мала, проекция режущей кромки, как видно из рис. 10.37, б, будет в большей степени приближена к эвольвенте.
Изменение угла профиля неизбежно приведет к изменению диаметра основного цилиндра, так как db0 = mz0cosaH.
Значение a„, определяемое по уравнению (10.66), должно приниматься во внимание при изготовлении и контроле долбяка, т.е. такая же величина угла должна быть у профиля зубьев червячной фрезы или шлифовального круга, формирующих боковые поверхности зубьев долбяка. Значение скорректированного угла профиля аи обязательно указывается на рабочем чертеже долбяка.
Хотя коррекция угла профиля долбяка в сечении N-N не позволяет полностью исключить погрешности профиля зубьев нарезаемых колес по ножке и головке, но, учитывая их малую величину, на практике для повышения стойкости долбяков увеличивают передний угол ув до 15°, а задний Ощ - до 9°.
Определение исходного расстояния долбяка. При проектировании долбяка основной задачей является определение исходного расстояния А нового и сточенного Ас долбяка, величина которого зависит от допустимых значений положительного и отрицательного смещений профиля.
Так как с точки зрения увеличения числа переточек и, следовательно, суммарной стойкости долбяка сумма значений А и Ас должна быть как можно большей, то при проектировании стремятся к назначению их максимально возможных величин.
Экспериментально установлено, что при увеличении положительного смещения повышаются стойкость долбяка и качество обработанной поверхности, при этом накладываются два ограничения, связанные с увеличением + х0т:
1) сокращается длина вершинной режущей кромки, т.е. происходит заострение зуба по вершине, на которую в процессе резания приходится наибольшая нагрузка, что может привести к резкому снижению стойкости долбяка при переходе через определенное минимально допустимое значение длины этой кромки;
2) появляется опасность интерференции зубчатых колес, нарезанных долбяком, под которой понимают наложение разноименных профилей зубьев колес, нарезанных одним и тем же долбяком при зацеплении. (С увеличением +дс0т увеличивается высота переходной кривой ножки зуба шестерни z,, нарезаемой долбяком, в зацеплении с колесом z2 не- эвольвентный участок шестерни может контактировать с эвольвентным профилем колеса, возникают вибрации и возможна даже поломка зубьев колес, поэтому интерференция недопустима).
При проектировании долбяков наибольшее значение +х0т обычно находят по первому ограничению, а по второму проводится проверка на отсутствие интерференции.
Расчет допустимого +х0т по первому ограничению проводят в следующей последовательности.
1. Определяется допустимая толщина зуба по наружному диаметру
долбяка S'a О в сечении 1-1 (см. рис. 10.32). На основании практических данных ее рекомендуется рассчитывать по формуле
s;0 =o,5iv^
или брать из таблиц [21].
2. На основании уравнения (10.10) для корригированных колес в сечении I-I долбяка толщину зуба по окружности выступов можно записать в следующем виде:
S'ao - da0 (SJ / </0 + inv a0 - inv a'o0),
где d'aо - диаметр окружности выступов долбяка в сечении /-/ (рис. 10.32): d'ao = m(z0 +2h*a0 +2х0);
S'0 - толщина зуба по делительной окружности в сечении /-/:
Sq =7im/2 + 2x0mtga0; d0- диаметр делительной окружности
d0 = mz0;
Оо - угол профиля долбяка (oto = 20° без учета коррекции, которая мала); а'а0 - угол профиля в точке на наружном диаметре в сечении /-/:
ьо mz0cosa0 |
fao m(z0+2h*a0+2x0y
Ко - коэффициент высоты головки зуба.
Если подставить эти величины в уравнение (10.68), выразив 5о в долях модуля через коэффициент ста:
S;0=<Vw, (10.70)
а затем сократив правую и левую части уравнения на величину т, получим
оа = (z0 + 2h*0 + 2х0)(- + + inv а0 - inv а^0). (10.71)
2 z0
Это уравнение позволяет по заданным параметрам долбяка z0, А*0,
осо и при различных значениях *0 находить величину ст0. Однако при проектировании долбяка решают обратную задачу: задавшись минимально допустимой величиной *S"0, рассчитанной по уравнению (10.67), находят максимально допустимое значение коэффициента смещения +х0. Так как решение уравнения возможно только методом подбора, то на практике применяют графическое решение функции ст0 = f(x0) для различных z0, представленное на рис. 10.39. По этим кривым для различных оа и z0 находят значение л0. Из рис. 10.39 можно сделать вывод, что долбяки с ббльшим числом зубьев допускают бблыиие значения х0, а следовательно, ббльшие исходные расстояния А. Как показано в [22], такое же влияние оказывает увеличение коэффициента высоты головки зуба долбяка
А*о с 1,25 до 1,3.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2х0 Рис. 10.39. Зависимость коэффициента смещения профиля дг0 от коэффициента ширины площадки на вершине зуба долбяка оа |
Проверка долбяка на отсутствие интерференции зубчатых колес в зацеплении.
Интерференция (наложение) эвольвентного профиля колеса z2 на неэвольвентную переходную кривую шестерни Z\ у ножки зуба возникает, как показывает анализ, при увеличении положительного смещения долбяка +*0т, когда долбяк недорезает у шестерни zx требуемый для нормального зацепления пары колес Z\ - z2 эвольвентный профиль.
На рис. 10.40 на Рис. 10.40. Крайние точки контакта шестерни z\ боковой поверхности
с зубьями долбяка ЛГ10 и колеса JT,2 (радиусы шестерни z, показаны
кривизны в этих точках соответственно Рю и рц) крайние точки контакта:
Ку2 - при сцеплении
колес z{-z2 и Кю - при нарезании зубьев шестерни z\ долбяком z0, а также окружности, проходящие через эти точки с радиусами гкх2 и гкхо.
Кривизна эвольвенты в этих точках характеризуется радиусами р12 и рю, проведенными касательно к основной окружности. При этом часть бокового профиля шестерни еК[0, нарезанная долбяком, будет эвольвентой, а ниже расположенная переходная кривая имеет форму удлиненной эпициклоиды, образованной вершинной режущей кромкой долбяка (рис. 10.41). Участок еК12 - рабочий (активный) участок контакта зубьев колес zi - z2 в зацеплении.
Зацепление сопряженных колес, нарезанных долбяком, будет правильным, если выполняется следующее условие:
ГК\0^ГК12 ИЛИ Рю — Р12 •
При нарушении этих неравенств возникает интерференция.
Рис. 10.41. Переходная кривая KXqN у ножки зуба зубчатого колеса внешнего зацепления, нарезанного долбяком |
На рис. 10.42 показано зацепление шестерни zx с долбяком z0. Конечную точку контакта их зубьев Кю найдем при пересечении окружности выступов долбяка с линией зацепления NoNx. Ниже этой точки у зуба шестерни будет переходная кривая.
Из расчетной схемы (рис. 10.42) найдем условие отсутствия интерференции при зацеплении шестерни z{ с долбяком z0 и колесом z2.
Долбяк z0 взят с максимальным значением +Х(/п (сечение 1-Г).
Из AOiNiK\o следует, что
гкю = Vгь\ + WqNi ~ N0Kl0)2.
На основании уравнения для корригированных колес (10.18) длина номинальной линии зацепления
N0N} = a'wX0 sin a^Q.
Из рис. 10.42 видно, что
N0^10 = V(Га0)2 ~ГЬ0 ~ ГЬ0 *8 aa0 •
2 — 117
Рис. 10.42. Расчетная схема для вывода условия отсутствия интерференции зубчатых колес гх - гг» нарезанных долбяком |
Следовательно,
'*10 = V'il + (<Сю sin <10 - 'io tg«ao)2 • (10-73)
Если на место долбяка поставить сопрягаемое колесо z2, то по аналогии с (10.73), сменив только индекс 0 на 2, найдем, что
ГК12 ~ 4ГЬ\ + (awl2 S^nctwl2 ” ГЬ2 18аа2)2 • (10.74)
В этих уравнениях гьх, гьъ гм - радиусы основных окружностей шестерни, колеса и долбяка; a'wl0 и awl2 - межцентровые расстояния пар шестерня - долбяк и шестерня - колесо. По уравнению (10.17) для корригированных колес
, _ m(zx +z0) cosa0 _ m(zx + z2) cosa0
aw\Q - -------- Z------------------------ * aw\2-------------- «------------------------»
2 cosawl0 2 cosawl2
а углы зацепления по уравнению (10.16):
inv<x'wl0 = invaq +2 *Х° tga0; invawl2 = inva0 + 2 Xx+Xl tga0.
Z\+Z0 z,+z2
Угол профиля на вершине зуба долбяка о!а0 рассчитывают по уравнению (10.69).
Подставив в неравенство (10.72) значения rKW и rKi2 из (10.73) и (10.74) и входящие в эти уравнения указанные выше величины, произведя необходимые сокращения, можно записать условие отсутствия интерференции в следующем упрощенном виде:
(z, +z2)tga'^o -z0 tg<0 <(zj +z2)tgalvl2 -z2 tgafl2. (10.75)
В случае использования радиусов кривизны эвольвенты шестерни в крайних точках контакта пар zx - z0 и zx - z2 это же условие, как следует из рис. 10.41, записывается так:
Р*10 -Р*12>
т.е.
<*Uo sin“wio - a/Wo)2 -'io Sawi2smaw,2 - -r620. (10.76)
Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 109 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |