ГРЕБЕНЧАТАЯ ФРЕЗА Российский патент 2008 года по МПК B23F5/20 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к инструменту для нарезания гиперболоидных зубчатых колес методом копирования с периодическим делением.

Известна прямозубая зуборезная гребенка, боковые режущие кромки которой выполнены по кривой эллипса (АС 75589. Способ профилирования зубьев прямозубых зуборезных гребенок. Класс 49d, 14, опубл. 30.06.1949) - [1].

Известна червячная фреза для нарезания цилиндрических зубчатых колес методом обкатки под последующее шлифование и шевингование, боковые режущие кромки которой имеют протуберанец и фланк, выполненные дугообразными с постоянным радиусом кривизны (С.Н.Калашников, А.С.Калашников. Зубчатые колеса и их изготовление. Москва, Машиностроение, 1983, с.129) - [2]. Протуберанец и фланк боковых режущих кромок данной фрезы выполнены из технологических соображений для обеспечения в изготавливаемом зубчатом колесе выхода шлифовального круга и шевера из зоны обработки при последующих операциях технологического процесса.

Известна выбранная в качестве ближайшего аналога гребенчатая фреза с кольцевыми витками для изготовления гиперболоидных зубчатых колес. Боковые режущие кромки этой фрезы выполнены прямолинейными - (АС 1514515. Способ изготовления гиперболоидных зубчатых колес, МПК B23F 1/06, опубл. 15.10.89, Бюл. №38) - [3].

Недостаток - боковые режущие кромки гребенчатой фрезы выполнены без учета влияния погрешностей, возникающих при изготовлении, сборке, работе зубчатой пары и ведущих к снижению долговечности изготавливаемых такой фрезой зубчатых колес.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении долговечности зубчатых колес, изготавливаемых такой гребенчатой фрезой модификацией боковых режущих кромок гребенчатой фрезы в зависимости от погрешностей, возникающих при изготовлении, работе зубчатой пары.

Технический результат достигается тем, что в гребенчатой фрезе с кольцевыми витками для обработки гиперболоидных зубчатых колес методом копирования с периодическим делением новым является то, что боковые режущие кромки данной фрезы выполнены с протуберанцем у вершины каждого витка и фланком у основания каждого витка фрезы на участках 0,2 высоты витка, где протуберанец и фланк выполнены дугообразными с постоянным радиусом кривизны в зависимости от погрешностей, возникающих при изготовлении и работе зубчатой пары. Радиус дугообразных участков боковых режущих кромок гребенчатой фрезы определяется по формуле:

где R - радиус модифицированного участка в мм;

h₁ - высота зуба зубчатого колеса в мм;

Δ_Σ - величина суммарной погрешности, учитываемой при модификации боковых режущих кромок гребенчатой фрезы в мм, равная

Δ_Σ=Δ_ш+f_f+Δ_xp+Δ_и,

где Δ_ш, f_f, Δ_хр, Δ_и - составляющие величины суммарной погрешности, учитываемой при модификации боковых режущих кромок гребенчатой фрезы, где:

Δ_ш - параметр, учитывающий шероховатость боковой поверхности зубьев в мм;

f_f - допуск на отклонение профиля в мм;

- параметр, учитывающий суммарный допуск двух равновероятных величин f_x и f_p в мм, где f_x - параметр, учитывающий допуск на предельное смещение средней плоскости зуба колеса в мм; f_p - параметр, учитывающий допуск на отклонение шага в мм;

параметр, учитывающий изгиб зуба под нагрузкой в мм, где F_t - окружная сила, приложенная на вершине зуба в Н; - толщина зуба по хорде окружности впадин в мм; b - ширина зубчатого венца в мм.

Сущность изобретения представлена на фиг.1-5, где фиг.1 - инструмент и профили боковых режущих кромок инструмента-аналога и предлагаемого инструмента; фиг.1,а - профиль боковых режущих кромок инструмента-аналога; фиг.1,б - профиль боковых режущих кромок предлагаемого инструмента; фиг.2 - погрешности, учитываемые при модификации участков боковых режущих кромок гребенчатой фрезы; фиг.2,а - параметр Δ_ш, учитывающий шероховатость боковой поверхности зубьев; фиг.2,б - допуск f_f на отклонение профиля, где: h_l - высота зуба зубчатого колеса; фиг.2,в - параметр f_x, учитывающий допуск на предельное смещение средней плоскости зуба колеса; фиг.2,г - параметр f_p, учитывающий допуск на отклонение шага; фиг.2,д - параметр Δ_и, учитывающий изгиб зуба под нагрузкой, где: h_l - высота зуба зубчатого колеса; - толщина зуба по хорде окружности впадин; F_t - окружная сила, приложенная на вершине зуба; F_n, F_r - нормальная и радиальная составляющие окружной силы F_t соответственно; фиг.3 - профиль модифицированных боковых режущих кромок гребенчатой фрезы, где: R - радиус дугообразных участков боковых режущих кромок гребенчатой фрезы; h_в - высота витка фрезы; Δ - глубина модификации боковых режущих кромок гребенчатой фрезы; фиг.4 - относительные положения нарезаемого колеса, воображаемого производящего колеса и инструмента; фиг.5 - сечение А-А на фиг.4.

Нарезание зубчатых колес гребенчатой фрезой осуществляется следующим образом.

Обрабатываемому колесу 1 и инструменту 2 сообщают вращательные движения вокруг своих осей O₁-O₁ и О₃-О₃ с угловыми скоростями соответственно ω_к и ω_ф (фиг.4). Кроме того, колесу 1 сообщают дополнительное вращение с угловой скоростью ω_пк вокруг оси O₁-O₂ воображаемого производящего колеса 3, параметры которого идентичны параметрам обрабатываемого колеса.

Зубообработку производят при различных межосевых расстояниях между обрабатываемым 1 и воображаемым производящим 3 колесами, сначала при расстоянии, равном диаметру начальной окружности обрабатываемого колеса 1 в горловом его сечении, а затем при расстоянии, равном сумме радиусов начальных окружностей в его торцовом и горловом сечениях. Одновременно обрабатывают сразу несколько впадин 4, при этом ось инструмента 2 О₃-О₃ устанавливают под углом к оси обрабатываемого колеса 1 90°-β, где β - угол наклона зубьев обрабатываемого гиперболоидного колеса 1 к его оси на начальном гиперболоиде в сечении А-А, перпендикулярном к направлению зуба и проходящем через межосевой перпендикуляр М-М, один из витков 5 инструмента 2 устанавливают симметрично относительно межосевого перпендикуляра М-М, а при переходе от обработки одной группы впадин 4 к другой обрабатываемое колесо поворачивают на угол деления, который равен 360°/П, где П - соответствует количеству переходов П₁, округленному до ближайшего большего целого числа и определенному по формуле П₁=z_к/k, где z_к - количество зубьев обрабатываемого колеса 1, k - количество витков 5 инструмента 2.

Наружный диаметр кольцевых витков 5 гребенчатой фрезы 1 выполнен равным наружному диаметру воображаемого производящего колеса в горловом его сечении. Шаг t_к инструмента между соседними витками (фиг.5) выполнен равным шагу t_пк воображаемого производящего колеса 3 в его нормальном сечении А-А, проходящем через межосевой перпендикуляр М-М.

Повышение долговечности зубчатых колес, изготавливаемых такой гребенчатой фрезой, будет достигнуто за счет отсутствия первоначального кромочного контакта на головке и ножке зубьев колес в момент их входа в зацепление, а незначительная величина зазора между контактирующими поверхностями на головке и ножке зубьев позволит получить контакт по всей высоте зубьев после непродолжительной приработки.

В качестве примера приведем расчет радиуса участков боковых режущих кромок гребенчатой фрезы для нарезания гиперболоидного зубчатого колеса (допуски назначены из таблиц как для червячной передачи 8-ой степени точности). Исходные данные f_x=±0,053 мм, f_p=±0,02 мм, Δ_ш=0,007 мм, f_f=0,014 мм, F_t=4000 H, β=45°, b=40 мм, =9 мм, h=6,75 мм.

Результаты расчета

Δ_Σ=0,007+0,014+0,0149+0,0152=0,0511 мм

С учетом влияния погрешностей изготовления и работы зубчатой пары, учитываемых при модификации участков боковых режущих кромок гребенчатой фрезы, получен инструмент, позволяющий повысить долговечность зубчатых колес, изготавливаемых такой гребенчатой фрезой.

Изобретение относится к области машиностроения, зуборезному инструменту для обработки гиперболоидных зубчатых колес методом копирования с периодическим делением. Фреза имеет кольцевые витки. Для повышения долговечности изготавливаемых зубчатых колес посредством модификации режущих кромок фрезы в зависимости от погрешностей, возникающих при изготовлении и работе зубчатой пары, режущие кромки у вершины и основания каждого кольцевого витка фрезы модифицированы на участках, равных 0,2 высоты витка, соответственно протуберанецем и фланком постоянного радиуса, определяемого по приведенной формуле. 5 ил.

Гребенчатая фреза с кольцевыми витками для обработки гиперболоидных зубчатых колес методом копирования с периодическим делением, отличающаяся тем, что режущие кромки у вершины и основания каждого кольцевого витка фрезы модифицированы на участках, равных 0,2 высоты витка, соответственно протуберанцем и фланком постоянного радиуса R, определяемого по формуле

где h₁ - высота зуба зубчатого колеса, мм;

Δ_Σ=Δ_ш+f_f+Δ_xp+Δ_и - величина суммарной погрешности, учитываемой при модифицировании боковых режущих кромок гребенчатой фрезы, мм;

Δ_ш - параметр, учитывающий шероховатость боковой поверхности зубьев, мм;

f_f - допуск на отклонение профиля, мм;

- параметр, учитывающий суммарный допуск двух равновероятных величин f_x и f_p, мм;

- параметр, учитывающий изгиб зуба под нагрузкой, мм;

f_x - параметр, учитывающий допуск на предельное смещение средней плоскости зуба колеса, мм;

f_p - параметр, учитывающий допуск на отклонение шага, мм;

F_t - окружная сила, приложенная на вершине зуба, H;

- толщина зуба по хорде окружности впадин, мм;

b - ширина зубчатого венца, мм.