Rodzaje, wykonywanie, parametry kół zębatych

8 czerwca 2020 0

Autor:

W dzisiejszych czasach otoczeni jesteśmy z każdej strony maszynami oraz przeróżnymi urządzeniami. Większość z nich wyposażona jest w różne mechanizmy i jednostki napędowe. Podstawowym elementem podzespołów tego typu jest koło zębate. Zazębiające się koła zębate to elementy układu, które powodują przeniesienie napędu w przekładni zębatej. Dlatego muszą być wykonane z materiałów, które zapewnią długotrwałą pracę z elementami współpracującymi. W artykule zostały omówione podstawowe parametry, klasyfikacje kół zębatych oraz metody ich wykonywania.

Parametry geometryczne koła zębatego

z – liczba zębów,
d – średnica podziałowa,
da – średnica wierzchołkowa,
df – średnica stóp, średnica okręgu przechodzącego przez dna wrębów,
db – średnica koła zasadniczego,
p – podziałka obwodowa,
pb – podziałka zasadnicza,
m – moduł zęba,
s – szerokość zęba,
h – wysokość zęba, suma wysokości głowy
i stopy zęba,
ha – wysokość głowy zęba,
hf – wysokość stopy zęba,
c – luz wierzchołkowy, zwykle 0,2 modułu.

Parametry koła zębatego

Metody pomiary kół zębatych

– Pomiar grubości pojedynczego zęba za pomocą suwmiarki modułowej.
– Pomiar przez n-zębów.
– Pomiar bicia promieniowego uzębienia – różnica zaobserwowanych granicznych położeń zarysu odniesienia przy wykorzystaniu znormalizowanych kulek.

Rodzaje kół zębatych

Ze względu na kształt wieńca koła dzielimy na:
– Koła walcowe
*O zębach prostych
*O zębach skośnych
*O zębach daszkowych
*O zębach łukowych

– Koła stożkowe
*O zębach prostych
*O zębach skośnych
*O zębach łukowych

Zarówno koła walcowe jak i stożkowe mogą mieć uzębienie zewnętrzne jak i wewnętrzne. Szczególną postać koła walcowego stanowi zębatka prosta, którą można uważać za koło walcowe o nieskończenie dużej średnicy. Podobnie szczególną postacią koła zębatego stożkowego jest koło płaskie, które nazywamy zębatką pierścieniową lub kołem koronowym.

Materiały na koła zębate

Wymagania stawiane przed materiałem, z którego ma zostać wykonane koło zębate, dotyczą skomplikowanych warunków pracy, które dotyczą przede wszystkim zagadnień wytrzymałościowych, trwałościowych oraz technologicznych. Podczas pracy przekładni zębatej niezbędna jest wysoka wytrzymałość, aby zapobiec wyłamaniom czy wykruszeniom zębów. Jednocześnie odpowiednia twardość materiału uzyskiwana w drodze obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej przekłada się na zdolność do przenoszenia naprężeń w styku zazębienia. Odpowiedni dobór materiału ma także znaczny wpływ na gabaryty i masę całej przekładni. Konstruktor danego rozwiązania musi odpowiednio wybrać między technicznymi oraz ekonomicznymi aspektami, aby dopasować przekładnie do potrzeb klienta. Stosując materiały droższe, ale bardziej wytrzymałe, możliwe jest zmniejszenie wymiarów gabarytowych i masy urządzenia oraz znaczne zwiększenie jego trwałości. Skutkuje to jednak znacznym wzrostem kosztów wytworzenia poszczególnych komponentów.. Wykonanie przekładni taniej, oznacza podzespół o dużych gabarytach, masie i stosunkowo niższej trwałości. Z punktu widzenia przedsiębiorstw produkcyjnych najkorzystniejsze jest rozwiązanie łączące w sobie zwartą konstrukcję o niskiej masie, o odpowiedniej wytrzymałości, trwałości i przystępnej cenie.

Przykładowe materiały stosowane na koła zębate:

1. Stale węglowe zwykłej jakości (koła słabo obciążone, niskie wymagania jakościowe)
St4, St5, St6, St7.
2. Stale węglowe wyższej jakości ( koła przekładni ogólnego przeznaczenia)
C20, C25, C45, C55, C65.
3. Stale stopowe (koła przekładni specjalnego przeznaczenia, mocno obciążone)
15H, 20H, 16HG, 20HG, 15HGM, 18HGM, 19HM,17HGN, 18HGT.
4. Żeliwa (niewielkie, słabo obciążone koła przekładni )
-szare: Zl150, Zl200, Zl250, Zl300, Zl350.
-czarne perlityczne: Zcp55004, ZCp60003.
-sferoidalne niestopowe: Zs55003, Zs60003, Zs70002,Zs80002.
5. Tworzywo sztuczne (małe przekładnie o niewielkim obciążeniu).

Technologie wykonania kół zębatych walcowych

Biorąc pod uwagę prędkość obwodową w czasie pracy kół zębatych rozróżnić można 12 klas dokładności ich wykonania. Najdokładniejszą jest klasa pierwsza, a klasa dwunasta jest najmniej dokładną. Wymagana klasa dokładności uzębienia zależy zwykle od wymogów odnośnie danego rodzaju podzespołu i jego zastosowania. Narzędzia do obróbki uzębień wykonane są w następujących klasach:
– Klasa AAA – koła zębate o dokładności 5-6 klasy,
– Klasa AA – koła zębate o dokładności 6-7 klasy,
– Klasa A – koła zębate o dokładności 7-8 klasy,
– Klasa B – koła zębate o dokładności 8-9 klasy,
– Klasa C – koła zębate o dokładności 10 klasy,
– Klasa D – ździeraki.

Poniżej przedstawiony został podział technologii

Wykonywanie kół zębatych ze względu na rodzaj uzębienia:

– Koła zębate walcowe:

#Obróbka kształtowa:
*Frezowanie.
*Przeciąganie.
*Szlifowanie.

#Obróbka kopiowa.

#Obróbka obwiedniowa:
*Struganie.
*Dłutowanie.
*Frezowanie.
*Szlifowanie.
*Wiórkowanie.
*Docieranie.

– Koła zębate stożkowe:

#Uzębienie proste:
*Struganie
*Frezowanie.
*Szlifowanie.
*Docieranie.

#Uzębienie łukowe:
*Frezowanie metodą Gleasona.
*Frezowanie metodą Fiat-Mammano.
*Frezowanie metodą Oerlikona.
*Frezowanie metodą Klingenberga
*Szlifowanie.
*Docieranie.

Ślimacznica:

#Frezowanie styczne.
#Frezowanie wgłębne.
#Wiórkowanie.
#Szlifowanie.

– Ślimak:

#Toczenie.
#Frezowanie.
#Szlifowanie.

– Zębatki

#Struganie.
#Frezowanie.
#Szlifowanie.

Metoda kształtowa obróbki kół zębatych

Metoda da polega na użyciu narzędzia, którego zarys krawędzi skrawającej dokładnie odpowiada zarysowi wrębu obrabianego koła. Z tego względu główną wadą wszystkich metod kształtowych jest konieczność posiadania dużej liczby narzędzi, ponieważ kształt wrębu międzyzębnego zależy od modułu i liczby zębów koła.

Przeciąganie jest obróbka bardzo wydajną, lecz ze względu na drogie narzędzie nadaje się jedynie do produkcji wielkoseryjnej. Swoje zastosowanie ma przy produkcji uzębienia prostego i skośnego.

Przykłady:

Frez modułowo palcowy

Frez modułowy krążkowy

W sklepie EBMiA znajdują się frezy modułowe do kół zębatych

Frezowanie kół zębatych daszkowych

Głowica frezowa modułowa (moduł 50mm).

Metoda obwiedniowa obróbki kół zębatych

W tej metodzie zarys zęba jest obwiednią kolejnych zmieniających się położeń krawędzi skrawającej narzędzia (nie jest bezpośrednia odwzorowywany zarys narzędzia). Kształtowanie geometrii wrębu następuje na skutek wzajemnego powiązania ruchów obrabianego koła i narzędzia skrawającego. W porównaniu do metody kształtowej zarys narzędzia nie zależy  od liczby zębów obrabianego koła zębatego. Można więc jednym narzędziem nacinać koła o dowolnej liczbie zębów, ale o tym samym module i kącie zarysu. Może być wykonywana w cyklu przerywanym i ciągłym. Jednak znacznie większa ilość obróbek jest przeprowadzana w sposób ciągły.

Sposób obróbki wykorzystywany metodzie to: struganie, dłutowanie, frezowanie, przeciąganie i szlifowanie.
Narzędzia odpowiednio do obróbki to: nóż strugarski, nóż dłutownicy, frez krążkowy, frez palcowy, przeciągacz i ściernica.
Wykorzystywane obrabiarki: strugarka, dłutownica (Magga, Fellowsa), frezarka obwiedniowa, przeciągarka, szlifierka specjalna.

– Frezowanie ślimakowe kół zębatych

Zalety:
– Nadaje się do obróbki kół walcowych o zębach prostych i skośnych.
– Nadaje się do obróbki kół stożkowych o zębach łukowych.
– Brak konieczność wykonania okresowego podziału.

Wady:
– Nadaje się jedynie do obróbki zarysów zewnętrznych.

Schemat obróbki koła walcowego frezem ślimakowym

Schemat obróbki koła zębatego stożkowego o zębach łukowych frezem ślimakowym stożkowym

– Frezowanie metodą Gleasona

Narzędzie ( głowica frezowa) wykonuje ruch obrotowy i jednocześnie przemieszcza się, tak jak gdyby powierzchnie działania, utworzone przez ruch krawędzi skrawających, były bokami zębów zębatki pierścieniowej, zazębiającej się z obrabianym kołem. Kołyska, w której znajduje się narzędzie i obrabiane koło obraca się w czasie obróbki dookoła swojej osi w sposób analogiczny do pracy zębatki pierścieniowej współpracującej z obrabianym kołem.

Zasada frezowania zębów łukowych kół zębatych stożkowych metodą Gleasona

– Frezowanie metodą Fiat Mammano

W tej metodzie noże głowicy narzędziowej tworzą pojedynczą spiralę Archimedesa o skoku równym podziałce międzyzębnej obrabianego koła. Linia zębów uzyskana w tej metodzie ma kształt epicykloidy.

Zasada frezowania zębów łukowych kół stożkowych metodą Fiat Mammano

– Frezowanie metodą Oerlikona

Metoda ta jest zbliżona do metody Fiat Mammano, z tym że noże głowicy narzędziowej tworzą wielokrotną spiralę Archimedesa.

– Dłutowanie metodą Fellowsa

W trakcie nacinania uzębienia narzędzie w kształcie koła tworzy z kołem obrabianym przekładnię technologiczną. Człony tej przekładni wykonują ruch (posuw) obrotowy, a ich średnice toczne współpracują ze sobą bez poślizgu.

– Dłutowanie metodą Maaga

Obwiedniowa metoda wykonywania kół zębatych poprzez nacinanie zębów w procesie dłutowania. Narzędziem wykorzystywanym w tej metodzie jest kształtowy nóż dłutowniczy umożliwiający częściowe nacinanie kilku zębów. Zarys zęba uzyskuje się jako obwiednie kolejnych położeń narzędzia. Metoda umożliwia wykonywanie kół o zębach prostych bądź śrubowych o modułach 1 ÷ 50 mm, średnicach zewnętrznych 20 ÷ 12000 mm oraz kącie linii zęba 0° ÷ 70°. Istotną wadą metody jest długi czas obróbki spowodowany przerywanym charakterem obróbki. Po obróbce każdej podziałki następuje zatrzymanie narzędzia i przesunięcie przedmiotu do pozycji początkowej i kompensacja luzów . Obróbkę przeprowadza się na dłutownicy Maaga. Bardzo podobną metodą dłutowania jest metoda Sunderlanda. Porównanie metod znajduję się na rysunku poniżej.

Schemat dłutowania koła zębatego walcowego

Zalety:
– Narzędzia mają prostą budowę w kształcie zębatki.
– Nadają się do obróbki kół walcowych o zębach prostych i skośnych.

Wady:
– Nadają się jedynie do obróbki zarysów zewnętrznych.
– Nie można obrabiać kół stożkowych.
– Trzeba dokonywać okresowego podziału.

Metoda kopiowa

Metoda ta polega na odwzorowaniu kopiału, którego zarys jest dostosowany do zarysu zęba. Swoje zastosowania me bardzo rzadko, ponieważ nie zapewnia dużej dokładności i wydajności obróbki.

Rodzaje przekładni ślimakowych

– Walcowe ( składa się ze ślimaka i ślimacznicy, przy czym najczęściej kołem napędzającym jest ślimak)

Ślimak-koło zębate o małej liczbie zębów śrubowych, które tworzą ciągły zwój gwintowy.
Ślimacznica -koło zębate o uzębieniu wklęsłym wzdłuż linii zęba. Zęby ślimacznicy nacinane są pod kątem równym kątowi pochylenia linii zęba ślimaka.

Zalety:
– duża cichobieżność zazębienia,
– możliwość uzyskania dużych przełożeń,
– możliwość przenoszenia dużych obciążeń.

Wady:
– trudność uzyskania dużej dokładności wykonania,
– stosunkowo mała sprawność w porównaniu z innymi ponieważ duża część mocy jest tracona na ciepło przekładni.

– Globoidalne (ślimak i ślimacznica są globoidami, przy czym ślimak „obejmuje” ślimacznice swoimi zwojami na znacznej części obwodu wskutek czego zwiększa się pole dolegania, a obciążenie rozkłada się na większa liczbę zębów). Zalety te uwidoczniają się wówczas, gdy elementy przekładni są bardzo dokładnie wykonane i został przeprowadzony dokładny montaż. Z tego względu przekładnie te stosuje się bardzo rzadko.

Parametry podstawowe zazębienia ślimakowego

– Moduł osiowy ślimaka.
– Wskaźnik średnicowy.
– Współczynnik gr. zęba ślimaka.
– Liczba zębów ślimacznicy.
– Współczynnik luzu wierzchołkowego.
– Współczynnik korekcji.
– Odległość osi przekładni.
– Kąt zarysu narzędzia.

Technologie wykonania ślimaków i ślimacznic

Metoda obwiedniowa wykonywana w cyklu przerywanym i ciągłym. Jednak znacznie większa ilość obróbek jest przeprowadzana w sposób ciągły.

Sposób obróbki wykorzystywany to frezowanie i szlifowanie.
Narzędzia odpowiednio do obróbki to: frez ślimakowy cylindryczny lub ściernica o kształcie ślimaka
Wykorzystywane obrabiarki: frezarka specjalna, szlifierka specjalna.

W sklepie EBMiA.pl istnieje możliwość wykonania koła zębatego na szczególne zamówienie. W tym celu należy skontaktować się z Warsztatem EBMiA https://www.ebmia.pl/content/13-obrobka-metalu

EBMiA.pl – Akcesoria CNC
16-300 Augustów, ul. 1 Pulku Ulanow Krechowiekcich 18
tel: +48 87 506 58 90
e-mail: warsztat@cnc.info.pl

 

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco