POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Technologii Mechanicznej. Maszyny technologiczne laboratorium. Walcowe koła zębate

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Technologii Mechnicznej Mszyny technologiczne lbortoriu Wlcowe koł zębte widoości podstwowe Oprcowł: dr inŝ. Krzyszto Netter Poznń 2008 KN ver

2 1. Widoości wstępne 1.1. Uwgi ogólne Koło zębte jest to część echnizu lub szyny słuŝąc do przenoszeni ruchu obrotowego lub posuwowego bez poślizgu z poocą zębów rozieszczonych n obwodch dwóch kół lub koł i listwy zębtej zwnej zębtką. Pr lub większ liczb zzębijących się ze sobą kół zębtych tworzy przekłdnię zębtą. Koło zębte (rys. 1 i 2) skłd się z: wieńc, zębów i części łączącej wieniec z włe lub pistą. Rys. 1. Podstwowe wielkości koł zębtego Rys. 2. Części skłdowe wlcowego koł zębtego Koł wlcowe ogą ieć: ) uzębienie zewnętrzne (rys. 1, 2 i 3) gdy zęby wystją n zewnątrz, b) uzębienie wewnętrzne (rys. 4) gdy zęby są zwrócone wierzchołki ku środkowi koł. Ze względu n tzw. linię zęb, tj. linię przecięci wlc z bokie zęb (powierzchnią roboczą zęb rys. 1) rozróŝniy: ) zęby proste przebiegjące wzdłuŝ tworzących wlc (rys. 3). Uzębienie jest ncięte równolegle do osi koł. b) zęby śrubowe których lini przebieg wzdłuŝ linii śrubowej (rys. 3b). Uzębienie jest ncięte pod kąte do osi koł. c) zęby dszkowe (strzłkowe) których lini jest linią dwuśrubową o przeciwnych kierunkch (rys. 3c). N szerokości koł uzębienie skłd się z odcinków z zębi śrubowyi lewyi i prwyi. Rys. 3. Wlcowe koło zębte o uzębieniu zewnętrzny: ) o zębch prostych, b) o zębch śrubowych, c) o zębch strzłkowych (dszkowych) Rys.. 4. Wlcowe koło zębte o uzębieniu wewnętrzny 2

3 1.2. Klsyikcj wlcowych kół zębtych Koł zębte prcują co njniej pri, tworząc przekłdnię zębtą (rys. 5, 6 i 7). Współprc nstępuje przez zzębienie się kół, które oŝe być: ) czołowe gdy osie kół są równoległe, więc zzębienie odbyw się n, powierzchni czołowej i prostopdłej do osi obrotu koł (rys. 5 i 6), b) śrubowe gdy osie kół są wzjenie wichrowte (rys. 7). Osie kół nie przecinją się (nie leŝą w jednej płszczyźnie). Zęby koł npędzjącego wśrubowując się iędzy zęby koł npędznego powodują jego obrót. Zzębienie oŝe być: ) zewnętrzne gdy ob koł przekłdni ją uzębienie zewnętrzne (rys. 5), b) wewnętrzne gdy jedno z kół uzębienie wewnętrzne (rys. 6), c) zzębienie koł zębtego z zębtką (rys. 8). Rys. 5. Wlcowe przekłdnie czołowe zewnętrzne o zębch: ) prostych, b) śrubowych, c) strzłkowych (dszkowych) Rys. 6. Wlcow przekłdni czołow o zzębieniu wewnętrzny Rys. 7. Wlcow przekłdni śrubow Rys. 8. Wlcow przekłdni czołow złoŝon z wlcowego koł zębtego z uzębienie zewnętrzny i zębtki prostej o zębch: ) prostych, b) śrubowych 1.3. Zstosownie. Zlety i wdy przekłdni zębtych Przekłdnie zębte znjdują szerokie zstosownie we wszystkich dziedzinch techniki i stnowią obecnie njliczniejszą i njbrdziej rozpowszechnioną grupę przekłdni echnicznych. Główną zletą tych przekłdni jest oŝliwość ich stosowni zrówno do przenoszeni wielkich ocy, jki i do przekzywni ruchu obrotowego w echnizch precyzyjnych, gdzie wrtość przenoszonego oentu obrotowego jest często zniko. 3

4 W stosunku do innych przekłdni echnicznych przekłdnie zębte ją nstępujące zlety: stłość przełoŝeni, wysoką sprwność (98% dl przekłdni pojedynczych), zwrtość konstrukcji, niejsze nciski n wły i łoŝysk, niezwodność dziłni. Do wd przekłdni zębtych (w porównniu z innyi przekłdnii) nleŝy zliczyć: wyŝszy koszt wykonni (konieczność duŝej dokłdności wykonni), niejsz odporność n przeciąŝeni, hłśliwość, konieczność obitego srowni. 2. Podstwowe wyiry kół i uzębieni 2.1. Podstwowe określeni Koł zębte współprcują ze sobą przez zzębienie, tj. wchodzenie zębów jednego koł we wręby (luki iędzyzębne) koł współprcującego. Ząb koł oŝn podzielić n dwie części (rys. 1 i 9): ) n głowę zęb wystjącą pond wyobrŝlne koło podziłowe, b) n stopę zęb znjdującą się poniŝej koł podziłowego. W ogólny zrysie oŝn powiedzieć, Ŝe głow zęb jednego koł wchodzi w tę część wrębu koł współprcującego, któr znjduje się w obrębie stopy zęb tego koł współprcującego. N rysunku 1 przedstwiono rgent uzębieni koł wlcowego o zębch prostych. W kole tki uzębienie jest zwrte iędzy okręgie podstw i okręgie wierzchołków. Uzębienie oŝe być wykonne bezpośrednio w korpusie koł lub n osobny eleencie nsdzony n korpus. Powierzchnię ogrniczjącą szerokość b uzębieni nzyw się czołe uzębieni. Rys. 9. Określenie głowy i stopy zęb Rys. 10. Podstwowe wyiry koł zębtego 4

5 Podstwą do określeni eleentów zęb i ich wyirów jest wyobrŝlny okrąg zwny okręgie podziłowy (orz odpowiednio powierzchni podziłow). Anlogicznie do okręgów: podziłowego, wierzchołkowego i podstw rozróŝni się średnice (rys. 10): podziłową d, wierzchołkową d podstw (dn wrębów) d. W kŝdy zębie wyróŝni się: głowę wysokości h część zęb zwrt iędzy powierzchnią podziłową i powierzchnią wierzchołków koł zębtego, stopę wysokości h część zęb zwrt iędzy powierzchnią podziłową i powierzchnią podstw koł zębtego, wierzchołek zęb część powierzchni wierzchołków koł zębtego, przynleŝną do zęb, podstwę zęb część powierzchni podstw przynleŝną do zęb, powierzchnię boczną zęb, ogrniczjącą ząb od strony wrębu, wrąb, tj. przestrzeń iędzy dwo sąsiednii zębi, dno wrębu część powierzchni podstw koł zębtego zwrtą poiędzy podstwi sąsiednich zębów, linię zęb, tj. linię przecięci powierzchni bocznej zęb z powierzchnią podziłową, zrys norlny zęb linię przecięci powierzchni bocznej zęb płszczyzną norlną (prostopdłą) do linii zęb Wyiry kół wlcowych o zębch prostych i śrubowych Podstwowe wyiry koł wlcowego o zębch prostych określ się w przekroju czołowy, tj. w płszczyźnie prostopdłej do osi koł zębtego (rys. 10). Okrąg podziłowy dzieli się n tyle odcinków, ile zębów z jest w dny kole. Podziłkę p nzyw się długość kŝdego odcink, ierzoną po łuku okręgu podziłowego. Podziłk zwier szerokość (grubość) zęb s i szerokość wrębu e. Teoretycznie wyiry te są sobie równe: s = e = 0,5p. W prktyce występuje niewielki luz iędzyzębny j, konieczny dl prwidłowej współprcy uzębień i wówczs s = 0,5p j orz e = 0,5p+j. Ilorz podziłki p i liczby π nzyw się odułe. Moduł jest podstwową wielkością, słuŝącą do określeni wyirów zębów i kół zębtych. ZleŜności podstwowe w wlcowych kołch zębtych o zębch prostych[]: p Średnic podziłow: d = z gdzie: = oduł norlny π d = z + 2 = d + 2h Średnic wierzchołkow: ( ) Średnic dn wrębów: Wysokość głowy zęb: Wysokość stopy zęb: Wysokość zęb: Luz wierzchołkowy: Luz iędzyzębny: d = ( z 2,5) = d 2h h = h = 1, 25 h = h + h = 2, 25 c = h h = 0, 25 j = 0, 04 5

6 Wlcowe koło zębte o zębch śrubowych (rys. 11) oŝn sobie wyobrzić jko złoŝone z cienkich blszek uzębionych, o zębch prostych, przestwionych względe siebie (rys. 12). NleŜy równieŝ piętć, Ŝe do obróbki wlcowego koł o zębch śrubowych stosuje się te se nrzędzi co do obróbki wlcowych kół zębtych o zębch prostych. Z podstwę wykonni uzębień kół śrubowych (skośnych) przyjuje się przekrój zęb w płszczyźnie norlnej (prostopdłej do linii zęb). Średnice kół śrubowych (skośnych) ierzyy w płszczyźnie czołowej wlc, n który nciny zęby. ZleŜności podstwowe w wlcowych kołch zębtych o zębch śrubowych (rys )[]: p Moduł czołowy: t = gdzie: = oduł norlny cos β π β kąt pochyleni linii zęb Średnic podziłow: d = z Średnic wierzchołkow: Średnic dn wrębów: Wysokość głowy zęb: Wysokość stopy zęb: Wysokość zęb: Luz wierzchołkowy: Luz iędzyzębny: t z d = + 2 cos β z d = 2, 5 cos β h = h = 1, 25 h = h + h = 2, 25 c = h h = 0, 25 j = 0, 04 Rys. 11. Koło zębte o zębch śrubowych Rys. 12. Wlcowe koło zębte o zębch śrubowych złoŝone z cienkich blszek uzębionych o zębch prostych przestwionych względe siebie 3. Współprc uzębień. Zrys boków zęb Podczs prcy zęby koł czynnego nciskją n zęby koł biernego, powodując jego ruch obrotowy. Stop zęb koł czynnego styk się początkowo z wierzchołkie zęb koł biernego, nstępnie punkt styku przeieszcz się wzdłuŝ zrysu zęb i zkończenie 6

7 współprcy pry zębów nstępuje wówczs, gdy wierzchołek zęb koł czynnego przestje stykć się z zębe koł biernego. Miejsce chwilowego styku zębów (przyporu) nzyw się punkte przyporu. Kolejne punkty przyporu tworzą tworzą linię, zwną linią przyporu. Współprc pry zębów odbyw się n określony odcinku tej linii, który określ się jko czynną linię przyporu. Prwidłow współprc uzębień kół jest zpewnion, gdy: ruch z koł czynnego n bierne jest przenoszony równoiernie, czyli gdy przez cły czs trwni cyklu współprcy pry zębów występuje nieprzerwny styk zębów (przypór), przed wyzębienie się jednej pry zębów nstępn pr jest w przyporze, przełoŝenie jest niezienne w czsie współprcy kŝdej pry zębów, zte gdy stosunek prędkości kątowych jest stły. Jeśli koł zębte ją prcowć w sposób prwidłowy, uszą ieć odpowiednie zrysy zębów spełnijące w/w wrunki. Zrysy te w zsdzie ogą być dowolne pod wrunkie odpowiedniego sprzęŝeni krzywizn zrysów boków zębów kół współprcujących. W prktyce przyjęto zrysy zębów oprte n wybrnych krzywych: ewolwencie i cykloidzie. W przekłdnich stosownych w budowie szyn stosuje się prwie wyłącznie zęby o zrysie ewolwentowy. 4. Metody obróbki ksztłtującej wlcowych kół zębtych Uzębieni kół zębtych wlcowych ogą być wykonywne nstępującyi etodi: obróbk skrwnie, odlewnie, spieknie z proszków, odlewnie pod ciśnienie z teroplstycznych tworzyw sztucznych lub wykrwne z blchy. Podstwowy sposobe wykonywni uzębień jest obróbk skrwnie. Z poocą obróbki skrwnie uzębienie ncin się etodi: ksztłtową lub obwiedniową. Metod ksztłtow poleg n ncinniu zębów nrzędzie ksztłtowy (njczęściej reze krąŝkowy odułowy), którego zrys odpowid zrysowi wrębu (rys. 13). Rys. 13. Ncinnie koł etodą ksztłtową Ze względu n to, Ŝe ksztłt zęb zleŝy od odułu i liczby zębów, w celu uzyskni włściwego zrysu zębów nleŝłoby dl kŝdego odułu i kŝdej liczby zębów stosowć osobne nrzędzie. W prktyce dl dnego odułu stosuje się koplet nrzędzi skłdjący się z 8, 15 lub 26 rezów (w zleŝności od Ŝądnej dokłdności zrysu wykonywnych zębów w porównniu z zryse teoretyczny). Konieczn duŝ liczb nrzędzi (rezów) orz trudności wykonni uzębień przy łej liczbie zębów w kole ncinny powodują, Ŝe etod t jest obecnie rzdko stosown. 7

8 Rys. 14. Obwiedniowe ncinnie uzębień: ) strugnie etodą Mg, b) dłutownie etodą Fellows, c) rezownie reze ślikowy, d) rez ślikowy stosowny do obróbki obwiedniowej Rys. 15. Obwiedniowe połoŝenie krwędzi tnącej nrzędzi Metody obwiedniowe polegją n ncinniu zębów nrzędzie w ksztłcie zębtki (rys. 14), koł zębtego (rys. 14b) lub rezu ślikowego (rys. 14c i d). Przy tych etodch nrzędzie wykonuje ruchy robocze skrwjące, jednocześnie zespół: nrzędzie i przediot obrbiny wykonują ruchy odpowidjące współprcy dwóch kół zębtych, co zpewni 8

9 uzysknie włściwego ksztłtu zębów. Ruchy nrzędzi i ncinnego koł, pokzne strzłki n rysunku 14, b, i c, wyjśniją zsdę i przebieg ncinni uzębień przy stosowniu podnych etod. Nzw etod obwiedniow pochodzi stąd, Ŝe ksztłt zęb powstje jko obwiedni kolejnych połoŝeń krwędzi tnącej nrzędzi skrwjącego (rys. 15). Podne sposoby ncinni zębów wygją stosowni róŝnych obrbirek: ) strugnie zębtką wykonuje się n dłutownicy Mg lub strugrce Sunderlnd, b) dłutownie nrzędzie w ksztłcie koł zębtego wykonuje się n dłutownicy Fellows, c) rezownie reze ślikowy wykonuje się n rezrkch obwiedniowych (pozioych lub pionowych, dyerencjłowych lub bezdyerencjłowych). Stosownie etod obwiedniowych uoŝliwi wykonnie kół zębtych o róŝnej liczbie zębów jedny nrzędzie (dl dnego odułu), zpewnijąc przy ty duŝą dokłdność ksztłtu orz dość dobrą głdkość powierzchni. Litertur: 1. DzierŜkowski A., Frezownie obwiedniowe wlcowych kół zębtych, WN-T, Wrszw Ochęduszko K., Koł zębte, to I konstrukcj, WN-T, Wrszw Ochęduszko K., Koł zębte, to II technologi, WN-T, Wrszw Ochęduszko K., Koł zębte, to III sprwdznie, WN-T, Wrszw Zpiski włsne. 9