Изготовление зубчатых колес

Зубчатые колёса широко используются для создания кинематических соединений и передачи вращения в самых разных механизмах. Зубчатое зацепление обладает рядом ценных преимуществ: передача значительного крутящего момента, работа без проскальзывания, возможность изменения числа оборотов и крутящего момента (различные типы понижающих и повышающих передач), передача вращения между скрещенными, перпендикулярными или параллельными валами и прочее.

Но чтобы реализовать указанные преимущества, добиться высокой плавности и долговечности работы зубчатого зацепления требуется тщательная обработка материала при изготовлении зубчатых колёс. Именно этим объясняется широкая востребованность работ по нарезанию зубьев.

Конструкция зубчатых колёс

В целом, зубчатым колесом называют цилиндрическое или коническое колесо с зазубринами специальной формы. Чаще всего, колёса работают парами. Причём ведущее колесо (к нему приложен внешний крутящий момент) обычно называют шестерней. Ведомое остаётся с исходным называнием – зубчатое колесо (с него крутящий момент снимается).

Зубья любого колеса располагаются не как попало, а в строгом соответствии с определёнными правилами. Число зубьев зависит от вида передачи, материала колёс, их диаметра и типа самих зубьев (см. ниже). Более того, отношение числа зубьев колёс пропорционально отношению крутящего момента передачи (и обратно пропорционально частоте вращения шестерён).

• Если диаметр и число зубьев шестерни и колеса одинаков, то передача будет «прямой» (без повышения момента или изменения частоты вращения).
• Если диаметр шестерни меньше, то крутящий момент на ведомом колесе будет выше при равном уменьшении скорости его вращения (повышающая передача).
• Если диаметр шестерни выше, то крутящий момент на колесе будет меньше, при повышении оборотов (понижающая передача).

Таким образом видно, что нарезание зубьев – это далеко не первый этап создания зубчатых колёс. Прежде всего, тщательно вычисляются все смежные параметры (в том числе, указанные выше) с целью определить оптимальные размеры зубьев, их количество и форму. А уж потом прорабатывать способы их нарезания.

Форма зубьев

Даже простейший макет двух зубчатых колёс показывает, что зубья не могут иметь простую форму. Квадратные не войдут в зацепление. Острые треугольные либо срежут вершины друг другу, либо тоже не будут соприкасаться боковыми частями, а значит, не смогут передавать вращение.

Практикой установлено, что наибольшую плавность и износостойкость имеет зубчатое зацепление с эвольвентной формой зубьев (хотя встречаются также круговая форма, циклоидальная, несимметричная – для самотормозящихся храповых механизмов – и ряд прочих). Для построения эвольвенты нужно приложить определённые усилия. Хотя в практике изготовления зубчатых колёс большинство коэффициентов для вычисления профиля зуба стандартизировано.

Тем не менее, как было сказано выше нарезание зубьев при производстве зубчатых колёс выполняется не абы как, а в результате кропотливого расчёта формы и характера зубчатого зацепления. Современные CAD-программы позволяют ускорить этот процесс и снизить ошибки проектирования к минимуму. Доверяя зубонарезные работы профессионалам, вы будете уверены в правильной подготовке и последующем успехе производства готовых изделий (с гарантией что изготовленные зубчатые колёса легко войдут в зацепление и будут работать плавно, без заклинивания).

Нарезание зубьев станочным методом

После определения всех параметров зубчатой передачи можно приступать к изготовлению самих зубчатых колёс. Для этого применяется специальный комплекс обрабатывающих операций – зубонарезные работы. Нарезание зубьев осуществляется на цилиндрических или конических колёсах – в результате на торцевых поверхностях образуется «гребёнка» из зубцов нужного типа. При этом, кроме вышеописанных параметров формы и размеров, следует учитывать расположение зубьев на колёсах: прямое, косое (наклонное), шевронное («ёлочкой»), для гипоидной передачи и т.п.

В настоящее время нарезание зубьев для колёс из различных материалов (включая металлы и твёрдые, закалённые стали) осуществляется на станках. При этом тип оборудования будет влиять на способ нарезания зубьев.

• К примеру, токарные и фрезерные станки используют для нарезки специальные червячные фрезы или зубчатые рейки с острыми кромками.
• Строгальные станки применяются для производства конических колёс (с помощью двух движущихся навстречу острых гребёнок).
• На долбёжных станках нарезание резьбы на одном колесе/шестерни осуществляется при помощи другого – специального зубчатого колеса с острыми кромками зубьев. В процессе нарезки оно совершает сложное движение – поворачивается, как при обычном зубчатом зацеплении, и одновременно перемещается возвратно-поступательно вдоль своей оси.

Каждый способ лучше подходит для производства зубчатых колёс определённой конструкции из конкретного материала. Поэтому опытный производитель, помимо оборудования для нарезания резьбы, всегда предложит клиентам технологическую проработку проекта – для оптимизации процесса изготовления и снижения его стоимости (с одновременным повышением скорости выпуска изделий).

Нарезание звёздочек

Звёздочкой называется разновидность зубчатого колеса в виде плоского диска (или диска сравнительно небольшой толщины) с выступами-зубцами. В отличие от шестерён, звёздочки не предназначены для непосредственного зацепления друг с другом. Это снимает ряд ограничений на форму зубьев. Звёздочки широко применяются для цепных, гусеничных передач и т.п.

Для нарезания звёздочек в современном производстве также используют автоматические станки с ЧПУ. Инструмент: специальные фрезы (полукруглые – выпуклые или вогнутые). Выпуклыми сперва формируются впадины звёздочки, а затем вогнутыми шлифуются вершины зубьев. На фрезерном станке с ЧПУ все операции (за один или два черновых и финальный, чистовой проход) выполняются быстро, точно и с минимальными отходами материала.

Качество, скорость, выгодная цена

Наша производственная компания выполняет все виды работ по нарезанию зубьев и нарезанию звёздочек различных размеров и формы – из заготовок любого материала (включая металл и твёрдые стали). Перед изготовлением любого заказа наши технологи тщательно прорабатывают задание, чтобы на стадии 3D-моделирования устранить все возможные ошибки с выбором размеров, формы, количества зубьев и т.п. После этого выбирается режущий инструмент (в зависимости от материала зубчатых колёс или звёздочек) и определяется число черновых и чистовых переходов. Виртуальная симуляция в современных CAD/CAM программах гарантирует, что все ошибки будут выявлены и устранены ещё до того, как заготовка попадёт на рабочий стол станка.

Именно эти факторы позволяют осуществлять зубонарезные работы в короткие сроки и по минимальной стоимости. Мы гарантируем отсутствие брака, высокую скорость изготовления и полную идентичность изделий в рамках отдельной партии.