plik

Obróbka kół zębatych

Koło  zębate  stanowi  podstawową  część  wszelkich  przekładni  przenoszących  różną moc.  Przekładnie
takie  składają  się  zazwyczaj  z  kilku  bądź  kilkunastu  kół  zębatych,  Ponieważ  koła  zębate współpracują
ze  sobą,   konieczne  jest  odpowiednie  ukształtowanie elementów   koła   zębatego,    czyli   jego   zębów.
Powierzchnie   zębów   p o winny   mieć   kształt ewolwenty  (ewolwenta  –  rozwijająca  linii,  jest  to  linia
przecinająca  każdą  styczną  do  koła  zasadniczego  pod  kątem  prostym).  Z  przeznaczenia  koła  zębatego
wynika jego kształt.

Zależnie od kształtu wieńca, koła zębate dzielimy na:

ƒ Koła walcowe:

a) o zębach prostych (1.1a)

b) o zębach skośnych (1.1b)

c) o zębach daszkowych (1.1c)

d) o zębach łukowych (1.1d)

ƒ Koła stożkowe:

a) o zębach prostych (1.2a) b) o
zębach skośnych (1.2b) c) o
zębach łukowych (1.2c)

Zarówno koła walcowe jak i stożkowe mogą mieć uzębienie zewnętrzne jak i wewnętrzne

Rys. Koła o uzębieniu: a) zewnętrznym, b) wewnętrznym

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.

Rys. Zębatki: a) prosta, b) pierścieniowa

Najważniejsze wymiary uzębienia koła walcowego o zębach prostych

Oznaczenia:

ƒ
ƒ

d
da

- średnica podziałowa
- średnica głowy zęba

ƒ
ƒ

df
h

- średnica stopy zęba
- całkowita wysokość zęba

ƒ
ƒ
ƒ

ha
hf
p

- wysokość głowy zęba
- wysokość stopy zęba
- podziałka zazębienia

ƒ s

- łukowa grubość zęba na średnicy podziałowej

ƒ e

- łukowa wielkość wrębu na średnicy podziałowej.

Klasyfikacja metod obróbki kół zębatych

Wyróżnia się trzy metody obróbki kół zębatych:

- metoda kształtowa,
- metoda kopiowa,
- metoda obwiedniowa
- metdoa obróbki bezwiórwej

Obróbka zgrubna i kształtująca

Metody obróbki

bezwiórowej

Metody kształtowe

Metody kopiowe

Metody obwiedniowe

- Odlewanie
- Wtryskiwanie
- Spiekanie
- Walcowanie

- Frezowanie frezem
modułowym krążkowym
- Przeciąganie
- Dłutowanie
- Szlifowanie
- Struganie

- Struganie wg kopiału

- Dłutowanie wg metody
Maaga
- Struganie wg metody
Sunderlanda
- Dłutowanie wg metody
Fellowsa
- Frezowanie
obwiedniowe

Przy omawianiu metod obróbki kół zebatych nalezy mieć na uwadze:



Sposób obróbki- dłutowanie, struganie



Kształt narzędzia- geometria ostrza



Cykl roboczy- ciągły, przerywany

Ponadto nalezy odróżnić obróbkę



Zgrubną



kształtującą

OBRÓBKA WALCOWYCH KÓŁ ZĘBATYCH

Obrókba  kształtowa:  W  metodzie  kształtowej  stosuje  się  narzędzie  (narzędzia)  mające
ostrza  o  zarysie  wrębu   koła   nacinanego.    Metodą   tą   mogą    być    obrabiane    koła    zębate
walcowe   przez frezowanie, dłutowanie, struganie, szlifowanie i przeciąganie.

Metoda ta jest stosowana przy obróbce:

- kół o mniejszej dokładności wykonania
- wstepnej zgrubnej, gdzie można prócz kół zębatych walcowych wykonywać koła
stożkowe

Ciężko jest wykonać dokładny zarys narzędzia, a także ustawić narzędzie , stąd mała dokładność
wykonania.

Do nacinania kół zębatych można stosować

-frezy krążkowe modułowe,

- frezy palcowe kształtowe (stosowane gdy frez krążkowy nie ma dostatecznego
wybiegu, np. frezowanie zębów zygzakowych),
- noże dłutownicze,
- głowice dłutujące, pozwalają na jednoczesną obróbkę wszystkich zębów. Głowica
posiada tyle noży ile jest zębów w obrabianym kole.

Do wad metody kształtowej zalicza się również konieczność stosowania dużej liczby narzędzi.

Teoretycznie metoda kształtowa wymaga dla każdej liczby zębów, dla każdego modułu i kąta przyporu
innego narzędzia.

Rys. Ustawienie narzędzia kształtowego względem obrabianego wrębu: a) ząb przesadzony, b)
skutki niewłaściwego zagłębienia narzędzia.

Według tej metody, więc mogą być obrabiane walcowe koła zębate z uzębieniem:

ƒ - zewnętrznym o zębach prostych, śrubowych lub daszkowych,
ƒ - wewnętrznym o zębach prostych lub śrubowych.

W celu uzyskania jak największej wydajności obróbki stosuje się jednoczesną obróbkę dwóch lub nawet więcej
wrębów.

FREZOWANIE KSZTAŁTOWE

Najczęściej stosowanym sposobem obróbki zębów metodą kształtową jest frezowanie frezem

modułowym  krążkowym..  Obróbka  ta  jest  prowadzona  zwykle  na  frezarce  uniwersalnej  przy  użyciu
podzielnicy. W  celu  zmniejszenia  liczby  narzędzi  ustalono  zespoły  narzędzi    o   numerach    odpowiadających
pewnemu   zakresowi   liczby   zębów   w   kołach obrabianych.    Każdy   frez    modułowy   krążkowy   ma   na
powierzchni   czołowej   wypisane wielkości  charakterystyczne:  nr  freza,  podziałkę,  kąt  przypora,  zakres  liczby
zębów koła oraz wymiar, na jaki należy dany frez zagłębić.

Rys. 2.3. Frez modułowy krążkowy

Metodę tę, mimo że jest to metoda kształtowa, stosuje się na frezarce obwiedniowej, na której

istnieje możliwość uzyskania dokładnego podziału oraz przesuwu pionowego głowicy.

Do frezowania kształtowego stosuje się również frezy modułowe palcowe. Obróbka tymi frezami

dotyczy zwykle uzębień kół o dużych modułach (rys. 2.4) oraz jest stosowana tam, gdzie jest utrudniony
wybieg narzędzia.

Rys. Frezowanie frezem modułowym palcowym

PRZECIĄGANIE

Ma ono zastosowanie przede wszystkim do uzębień wewnętrznych, ale również, zwłaszcza dla

kół zębatych walcowych mniejszych wymiarów, do uzębień zewnętrznych. Przeciąganie uzębień wewnętrznych
odbywa się w dwóch suwach, jako przeciąganie wstępne i wykańczające.

DŁUTOWANIE

Dłutownice te są przeznaczone do obróbki kół z uzębieniami zewnętrznymi i wewnętrznymi o

prostej linii zębów. Podczas obróbki przedmiot obrabiany wykonuje jedynie ruch roboczy, a wszystkie ruchy
pomocnicze niezbędne do kształtowania uzębień wykonuje głowica narzędziowa.

Obróbka kół zębatych metodą kopiową

Jest to metoda obróbki dzisiaj bardzo rzadko stosowana. Polega ona na tym, że zarys zęba

otrzymuje się, przesuwając narzędzie wraz z saniami narzędziowymi wg kopiału. Operację tę
wykonuje się w zasadzie tylko na strugarkach do obróbki kół walcowych o dużych modułach.

Rys. Struganie zębów wg kopiału.

Obróka kół zębatych metodą obwiedniową

W metodzie obwiedniowej zarysy boków zęba są obrabiane przez kolejne położenia

krawędzi  skrawających  narzędzia,   wykonującego  -  oprócz  ruchu  roboczego  -  ruch  toczny  z
obrabianym  kołem.  Ruch  toczny  może  być  zrealizowany  na  zasadzie  współpracy  kół  zębatych,  z
których  jedno  jest  narzędziem  lub  na  zasadzie  współpracy  obrabianego koła zębatego z narzędziem
w kształcie zębatki.
Ruch toczny składa się z:

- ruchu obrotowego koła obrabianego
- ruchu przesuwnego:



Obrabianego koła- Metoda Maaga



Suportu z narzędziem- M. Sunderlanda

Rys. . Tworzenie zarysu ewolwentowego na przykładzie współpracy
narzędzia – zębatki z kołem zębatym

Rys. Nacinanie zębów na zasadzie współpracy
dwóch kół zębatych; 1 - koło obrabiane, 2-
narzędzie

Rys. Nacinanie zębów na zasadzie współpracy koła

zębatego i zębatki; 1 - koło obrabiane, 2 - narzędzie

Istnieją różne odmiany metod obwiedniowej obróbki kół zębatych:



ƒ dłutowanie metodą Maaga,



ƒ struganie metodą Sunderlanda,



ƒ dłutowanie metodą Fellowsa,



ƒ metoda frezowania obwiedniowego.

DŁUTOWANIE METODĄ MAAGA

Jest to metoda obróbki dłutowaniem, w której narzędzie mające kształt zębatki wykonuje

jedynie ruch dłutujący, obrabiane koło zaś wykonuje ruch toczny, polegający na obrocie dookoła własnej osi i
jednoczesnym ruchu przesuwowym. Charakter obróbki jest przerywany, to znaczy, że po obrobieniu jednego
zęba następuje wyzębienie narzędzia z obrabianego koła, obrót o jedną podziałkę, przesunięcie przedmiotu do
położenia początkowego w stosunku do zębatki i rozpoczęcie obróbki następnego zęba.

Rys. Obróbka uzębienia w walcowym kole na
dłutownicy Maaga

Rys. Trzy charakterystyczne położenia koła podczas jednego cyklu
obróbki uzębienia na dłutownicy M

Trzy charakterystyczne położenia koła podczas jednego cyklu obróbki:

I  —  położenie  odpowiada  momentowi,  gdy  narzędzie  rozpoczyna  nacinać  ząb  pierwszy,  przy  czym  nacinane
koło jak gdyby przetacza się po zębatce, wykonując jednocześnie przesunięcie w kierunku strzałki B oraz obrót
w kierunku A;
II  —  położenie  odpowiada  końcowemu  stanowi,  tj.  gdy  koło  przesunęło  się  dokładnie  o  l  podziałkę,  a
jednocześnie obróciło o kąt odpowiadający tej jednej podziałce, a więc ząb został w części obrobiony.
W położeniu III narzędzie zatrzymało się u góry (nad nacinanym kołem), samo zaś koło tylko przesuwa się (bez
obrotu) wstecz o l podziałkę w kierunku strzałki C i w ten sposób następuje podział.  Po  dokonaniu  podziału
następuje  drugi  cykl  ruchów,  a  więc  narzędzie  rozpoczyna ruch roboczy, a nacinane koło ruchy toczne i  w
ten  sposób  zostanie  obrobiony  następny  ząb itd. aż zostaną nacięte wszystkie zęby, co nastąpi po pełnym
obrocie koła nacinanego

Na dłutownicy Maaga mogą być obrabiane koła:



ƒ o zębach prostych,



ƒ o zębach śrubowych - narzędzie wykonuje ruch roboczy wzdłuż linii zęba. Uzyskuje się to przez
skręcenie obrotnicy wraz z prowadnicami o kąt pochylenia linii zęba β,



ƒ o zębach daszkowych (w sposób taki jak zęby śrubowe).

Podstawową zaletą metody Maaga jest proste narzędzie o prostoliniowych krawędziach  skrawających.  Narzędzie
takie  można  łatwo  wykonać  i  to  z  dużą  dokładnością. Wadą  tej  metody  jest  stosunkowo  mała  wydajność,  co
wynika  z  dość  złożonego  cyklu obróbki koła zębatego. Znajduje ona duże zastosowanie dla kół o dużych
modułach i dużych wymiarach.

STRUGANIE WG METODY SUNDERLANDA

Jest to metoda bardzo podobna do metody Maaga, ponieważ narzędziem w tej metodzie jest

również  zębatka.  Wykonuje  ona,  oprócz  ruchu  strugającego,  jeden  z  ruchów  tocznych  -  ruch  przesuwowy.
Obrabianemu  kołu  nadaje  się  w  tym  przypadku  tylko  ruch obrotowy.  Charakter obróbki jest przerywany, to
znaczy,  że  po  obrobieniu  jednego,  dwóch  czy  trzech  zębów  narzędzie  odsuwa  się  w  kierunku  promieniowym,
po czym powraca do  położenia  pierwotnego  w  stosunku  do  obrabianego  koła,  które  w  tym  czasie  pozostawało
nieruchome.

Rys.Kolejne fazy obróbki w metodzie

Sunderlanda

Według tej metody mogą być obrabiane: walcowe koła zębate z uzębienieniem zewnętrznym o

zębach prostych i śrubowych (tym samym narzędziem co w przypadku zębów prostych i na tej samej strugarce,
a jedynie należy skręcić obrotnice z prowadnicami sań narzędziowych).

W metodzie tej narzędzie oprócz ruchu roboczego wykonuje ruch przesuwowy, natomiast nacinane koło – tylko
ruch obrotowy. Widać, zatem że tu ruch toczny rozłożony jest na narzędzie i nacinane koło. Podobnie jak w
metodzie Maaga można wyróżnić tutaj trzy podstawowe etapy:

I – rozpoczecie nacinania zęba.
II – położenie odpowiada końcowemu stanowi, gdy koło obróciło się w kierunku strzałki A o
kąt odpowiadający jednej podziałce, narzedzie zaś przesunęło się o wielkość jednej

podziałki obróbczo-tocznej w kierunku strzałki B.

III – położenie przedstawia moment po dokonaniu podziału. Podział dokonuje się w ten
sposób, że narzędzie odsuwa się w kierunku promieniowym od nacinanego koła, po czym
odsuwa się ku dołowi (kierunek C) do poczetkowego połoęenia i dosuwa się do
nacinanego koła, które w tym czasie było unieruchomione.

DŁUTOWANIE WG METDOY METODY FELLOWSA

Jest to obróbka dłutowaniem, w której narzędzie - dłutak modułowy ma kształt koła

zębatego z odpowiednio ukształtowanymi kątami ostrza.
W metodzie tej występuje następujece ruchy zasadnicze:



ruch roboczy narzędzia posuwowo-zwrotny wzdłuż linii zęba,



obrotowy ruch narzędzia,



obrotowy ruch nacinanego koła

Oprócz ruchów tocznych i ruchu dłutującego występują jeszcze ruchy promieniowe (pomocnicze), tj.



ruch dosuwowy wgłębny narzędzia na odpowiednią głębokość oraz



ruch   odsuwający   narzędzie   od przedmiotu w czasie ruchu jałowego narzędzia. Wykonuje  go  bądź
stół  obrabiarki  wraz  z  osadzonym na  nim  kołem,  bądź  wrzeciennik  z  osadzonym  narzędziem,  w
zależności  od  konstrukcji obrabiarki.

Rys. Dłutowanie uzębienia metodą Fellowsa

Metodą Fellowsa można nacinać koła o zębach śrubowych. Inną możliwością, jaką stwarza

metoda  Fellowsa,  jest  obwiedniowe  nacinanie  zębów w kołach o uzębieniu  wewnętrznym.  Przez  odpowiednie
przebudowanie      obrabiarki      Fellowsa      uzyskujemy      możliwość      dłutowania      kół       zębatych  stożkowo-
walcowych.  Metodą  Fellowsa  mogą  być  obrabiane  również    koła  o  zębach  prostych,  beczułkowych  oraz
daszkowych.

FREZOWAZNIE OBWIEDNIOWE

Narzędziem w tej metodzie jest frez ślimakowy, którego zwoje w przekroju prostopadłym do

linii pochylenia zębów mają zarys zębatki. W metodzie tej zatem występuje współpraca obrabianego koła z
narzędziem w kształcie zębatki nawiniętej na walec

Obroty freza i obrabianego koła muszą być ze sobą ściśle zsynchronizowane. Gdy frez jest

jednozwojny, to po jednym obrocie freza obrabiane koło musi się obrócić o wielkość odpowiadającą jednej
podziałce. Ruchem roboczym jest ruch obrotowy narzędzia. Ponadto ruch obrotowy wykonuje koło, a
narzędzie ruch posuwowy.

(Po jednym obrocie freza koło obrabiane obraca się o kat odpowiadajcy jednemu skokowi

zwoju z€bów freza đlimakowego. Gdy frez jest jednokrotny to koło obrabiane obróci się o kąt
odpowiadający jednej podziałce, gdy frez jest k – krotny – o kąt odpowiadający k podziałkom.)

Rys. Frezowanie uzębienia frezem

ślimakowym

Rozróżnia się dwa rozwiązania kinematyczne frezarek obwiedniowych:

- frezarki uniwersalne (z dyferencjałem, z mechanizmem różnicowym),
- frezarki specjalne (bezdyferencjałowa).

Należy tutaj wspomnież, że na:

- frezarce obwiedniowej uniwersalnej można obrabiać koła zębate walcowe o zębach
prostych i śrubowych, ślimaki walcowe i globoidalne oraz ślimacznice (metoda styczna
i promieniowa),
- frezarce obwiedniowej bezdyferencjałowej można obrabiać koła zębate walcowe o
zębach prostych i śrubowych i ślimacznice (tylko metoda promieniowa).

OBRÓBKA WYKAŃCZAJĄCA
Obróbka wykańczająca odbywa się w stanie miękkim lub w stanie twardym



Obróbka wykańczająca zębów kół zębatych w stanie miękkim

Koła zębate w stanie miękkim są to koła, które albo nie podlegały obróbce cieplnej, albo

podlegały jedynie ulepszeniu cieplnemu, do twardości nie przekraczającej 36÷40 HRC. Dla
takich kół o zazębieniu zewnętrznym można stosować dwie metody obróbki:

- wiórkowanie

ƒ - dogniatanie

WIÓRKOWANIE

- to obróbka wiórowa polegająca na skrawaniu drobnych warstw materiału z powierzchni

pracujących zębów.
Istnieją dwie podstawowe metody wiórkowania, różniące się kształtem narzędzia:

ƒ - wiórkowanie wiórkownikiem krążkowym
ƒ -wiórkowanie wiórkownikiem zębatkowym (narzędziem jest tutaj zębatka złożona z wielu

pojedynczych zębów. Zębatka jest osadzona na stole wiórkarki i wykonuje ruch postępowo-zwrotny.
Jest to sposób obróbki nie stosowany w przemyśle krajowym.)

DOGNIATANIE

jest jednym ze sposobów wygładzania. Do tego celu stosuje się trzy hartowane kota zębate —

dogniataki, między które wkłada się dogniatane koło. Jeden z dogniataków otrzymuje napęd od silnika i przenosi
ruch obrotowy na dogniatane koło, a ono na pozostałe dwa dogniataki, z których jeden jest osadzony w odchylnej
dźwigni obciążonej ciężarami.



Obróbka wykańczająca zębów kół zębatych w stanie twardym

Obróbkę wykańczającą kół zębatych w stanie twardym, a więc kół o twardości powyżej 40

HRC będących po obróbce cieplnej lub cieplno-chemicznej, wykonuje się przede wszystkim w celu usunięcia
możliwych odkształceń, jakie powstały podczas obróbki, oraz poprawienia klasy dokładności.

Obróbka wykańczająca kół zębatych w stanie twardym może być przeprowadzona następującymi

sposobami:

o szlifowaniem,
o

gładzeniem,

o docieraniem,
o

łuszczeniem

przeciąganiem (przepychaniem).

SZLIFOWANIE

Należy do najczęściej stosowanych sposobów obróbki wykańczającej. Dzieli się je na:
1) szlifowanie metodą kształtową - polegające na obróbce jednocześnie obydwóch stron zęba

odpowiednio zaprofilowaną ściernicą (a), jednej strony zęba (b) lub  dwóch  zębów  dwoma  ściernicami
(c).  Podstawowymi  zaletami,  które decydują o stosowaniu tej metody, są: możliwość nadania
zarysowi zębów dowolnych zmodyfikowanych   kształtów,   a   także   możliwość   szlifowania   zębów
w   kołach   o zazębieniu wewnętrznym. Przy szlifowaniu kształtowym styk ściernicy ze szlifowanym
zębem  jest  liniowy,  co  powoduje,  że  osiąga  się  w  tej  metodzie  obróbki
dużą wydajność.

Rys. Szlifowanie zębów metodą kształtową: a) szlifowanie obydwóch stron zęba jedną ściernicą, b)
szlifowanie jednej strony zęba, c) szlifowanie jednej i drugiej strony zęba dwoma ściernicami

Wady są takie same jak przy nacinaniu zębów metodą kształtową. Dotyczą one trudności dokładnego

ustawienia ściernicy w stosunku do koła obrabianego i konieczności stosowania bardzo dokładnych urządzeń
podziałowych.

2) szlifowanie metodą obwiedniową - może być realizowane:

a) jedną ściernicą mającą zarys zęba zębatki, tzw. metodą Nilesa (a) - jest powszechnie

stosowane przez nasz przemysł. Szlifowane są tutaj kolejne zęby koła przez stosowanie
podziału i przestawienie ściernicy do kolejnej luki międzyzębnej,

b) dwoma ściernicami, które w złożeniu dają również ząb zębatki, tzw. metoda Maaga (b).

Ściernice są przestawiane względem siebie i każda z nich pracuje w innym wrębie,

c) ściernicą ślimakową, tzw. metoda Reishauera (c) - jest obróbką ciągłą. W metodzie tej obrót

ściernicy  jest  zsynchronizowany  z  obrotem  obrabianego  koła. Ściernicami   ślimakowymi
można    szlifować    koła    zębate    o    zębach    prostych    i  śrubowych.  Przez   odpowiednie
profilowanie zwojów  ściernicy  można  uzyskać  zęby
modyfikowane, jak również beczkowy
kształt zęba.

Rys. Metody szlifowania zębów na szlifierkach
obwiedniowych: a) jedną ściernicą, b) dwoma ściernicami,
c) ściernicą ślimakową; Wi – P-i i M/i - W2 - ruchy toczne,
f- posuw kształtujący linię zęba

DOCIERANIE

jest to obróbka wykańczająca kół zębatych w stanie twardym stosowana w tych

przypadkach,  kiedy  nie  ma  możliwości  ich  szlifowania.  Wykonuje  się  ją  na  specjalnych obrabiarkach, tzw.
docierarkach. Koło  można docierać za pomocą narzędzia, tzw. docieraka, lub też drugiego koła
współpracującego.

Podzielnica

Podzielnica, zwana również aparatem podziałowym, służy do:

ƒ dzielenia:

a) pełnego kąta na części - przykładem przedmiotów, których wykonanie jest związane z tego

rodzaju podziałem są: koła zębate, frezy, rozwiertaki, tarcze podziałowe, łby śrub, nakrętki
specjalne, przecięcia w nakrętkach koronowych, kły w tarczach sprzęgieł kłowych itp.;

b) odcinków linii prostych na części - przykładem przedmiotów mogą być:

zębatki, podziałki itp.

nacinania:

a) rowków śrubowych w walcowych kołach zębatych o zębach śrubowych, we frezach

walcowych o zębach śrubowych, wiertłach krętych itp.,

b) krzywek spiralnych, które znajdują zastosowanie w automatach jako element posuwowy w

suportach narzędziowych,

pomiaru kątów środkowych — do czego służą głównie podzielnice optyczne.

Wykonywania ślimacznic



Na frezarce obwiedniowej metodą styczną lub promieniową



Narzędziem jest frez o kształcie i wymiarach prawie takcih samuch jak ślimak wspólpacujący z

daną ślimacznicą.