Зубчатая передача — это зубчатый механический компонент, который взаимодействует с другими зубчатыми передачами для передачи движения и мощности, обеспечивая точное управление скоростью, направлением и крутящим моментом в механических системах. Производство зубчатых передач включает такие процессы, как механическая обработка, литье, ковка, порошковая металлургия и экструзия, каждый из которых обладает уникальными преимуществами для конкретных областей применения. Понимание этих методов важно для оптимизации затрат, сокращения производственных циклов и достижения требуемых механических свойств компонентов зубчатых передач.
Типы передач
В следующих разделах представлены общие сведения типы передач, а также их структуры, функции и типичные области применения.
Цилиндрические редукторы
Одним из наиболее распространённых типов зубчатых колёс являются прямозубые шестерни. Их изготавливают различными методами, наиболее распространёнными из которых являются зубодолбление и зубофрезерование. Цилиндрические редукторы Известны своей эффективностью и низкими осевыми нагрузками, что упрощает установку подшипников. Однако прямозубые шестерни создают сильный шум при работе, поэтому они не подходят для применений, где требуется бесшумная работа.
Винтовые зубчатые колеса
Другой тип зубчатых передач, изготавливаемых методом зубопрокатного производства, – это косозубые шестерни, известные своей спиральной структурой зубьев, расположенных вдоль цилиндрической формы. Эти шестерни обеспечивают более тихую и плавную работу по сравнению с прямозубыми. Эти шестерни не только обеспечивают низкую ударную нагрузку, но и требуют точного изготовления из-за сложной геометрии. Изготовление косозубых шестерен включает в себя обработку на станках с ЧПУ для точного изготовления спиральных зубьев с помощью зубофрезерования и зубофрезерования. Эти шестерни используются в высоконагруженных системах, таких как промышленное оборудование и автомобильные трансмиссии.
Конические шестерни
Конические зубчатые колеса обычно имеют конусообразную форму, что делает их пригодными для применения там, где требуется изменение направления движения валов. Эти валы пересекаются друг с другом, как правило, под прямым углом. Конические зубчатые колеса считаются пригодными для работы как на низких, так и на высоких скоростях. Их изготавливают методом торцевого фрезерования, зубофрезерования, долбления, шлифования, а для некоторых внутренних поверхностей — протягивания. Эти зубчатые колеса используются в дифференциальных передачах, электроинструментах и различных машинах.
Червячные передачи
Червячные передачи обычно состоят из двух компонентов: червячного колеса и винтовой шестерни, которые зацепляются друг с другом под углом 90 градусов. Такие передачи, как правило, неэффективны на высоких скоростях из-за значительного трения скольжения, но подходят для применений, требующих высокого крутящего момента и компактных конструкций. Поэтому они используются преимущественно в приводах конвейеров, подъемниках, лифтах, лебедках и системах рулевого управления. Эти передачи обладают самоблокирующейся системой, поскольку испытывают сильное трение. Для получения точной геометрии зубьев эти передачи изготавливаются методом зубофрезерования и фрезерования на станках с ЧПУ.
Реечные передачи
Как следует из названия, реечные передачи состоят из двух зубчатых передач: рейки и шестерни. Эти передачи предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное вдоль параллельной оси. Реечные системы хорошо известны своим эффективным и контролируемым линейным движением. Наиболее распространёнными методами изготовления таких передач являются зубофрезерование и зубофрезерование.
Различные процессы изготовления шестерен
Процесс обработки зубчатых колес
Процесс обработки зубчатых колес используется для изготовления готовых к использованию зубчатых колес; он может быть применен для изготовления зубчатых колес с нуля или для усовершенствования уже изготовленных зубчатых колес с помощью различных процессов, описанных ранее.
Зубофрезерование
Зубофрезерование — это процесс механической обработки, при котором зубья зубчатого колеса формируются путём нарезания зубчатой фрезой. Этот процесс требует высокой квалификации для обеспечения точности обработки.
Формование зубчатых колес
Зубодолбление применяется для изготовления зубчатых передач как внутреннего, так и внешнего зацепления. Процесс обработки включает возвратно-поступательное движение резца в форме шестерни, рейки или однолезвийного инструмента. В результате материал заготовки постепенно снимается, формируя зубья необходимого размера.
Протяжка зубчатых колес
Протягивание зубчатых колес – это также быстрый и эффективный процесс обработки зубчатых колес. В этом процессе используется многозубчатый протяжной инструмент со встроенными режущими кромками. Этот метод высокоэффективен для изготовления зубчатых колес и шлицевых профилей внутреннего зацепления. Этот метод применяется в крупносерийном производстве, где важны стабильность и скорость.
Зубофрезерование
Зубофрезерование выполняется вращающимся режущим инструментом для формирования зубьев на заготовке зубчатого колеса. Зубофрезерование применяется в сочетании с ЧПУ, известными как фрезерные станки с ЧПУ. Многокоординатное фрезерование с ЧПУ обеспечивает точную и эффективную обработку сложных профилей зубчатых колес.
Порошковая металлургия
Порошковая металлургия — это экологичный производственный процесс, позволяющий получать изделия практически в готовом виде, с минимальным количеством отходов. процесс порошковой металлургии В качестве сырья используются металлические порошки, которые прессуются в пресс-формах, а затем спекаются для получения готовых деталей.
Редукторы порошковой металлургии отличаются высокой точностью профиля зубьев и часто не требуют вторичной обработки, что обеспечивает значительные преимущества по стоимости при крупносерийном производстве.
Зубчатые колеса, изготовленные методом порошковой металлургии, обычно используются в:
-
Автомобильные трансмиссии (например, ступицы синхронизаторов, шестерни масляного насоса)
-
Мелкая техника
-
Электроинструменты
-
Оргтехника
-
Электровелосипедные приводы
Кастинг
Этот метод считается идеальным для производства зубчатых передач большого диаметра и сложной формы в больших объемах. процесс литья Для изготовления прочных и экономичных зубчатых передач этот метод не подходит, но не подходит для зубчатых передач, требующих высокой точности. Литье используется в производстве зубчатых передач, в основном для крупногабаритных или недорогих зубчатых передач, но оно менее распространено, чем методы резания, такие как зубофрезерование. Эти зубчатые колеса, производимые здесь, не имеют зубьев и затем подвергаются механической обработке для придания зубьям необходимой формы и ориентации.
Изготовление зубчатых передач методом литья
- Для изготовления шестерни методом литья сначала подготавливается форма нужной формы.
- Расплавленный металл заливается в форму.
- Когда металл остынет, заготовка шестерни готова.
- Данная заготовка шестерни подвергается механической обработке для формирования зубьев.
Виды литья
Ниже приведены основные типы литья в зависимости от материала формы:
- Умрите литье
- Пескоструйная обработка
- Постоянное литье
Ковка
Ковка — ещё один метод изготовления зубчатых колёс малого и среднего диаметра с высокой усталостной прочностью для автомобильных трансмиссий и дифференциалов. Поскольку ковка осуществляется путём выбивания и нагрева в штампе точной формы, изготовленные зубчатые колёса обладают высокой прочностью и надёжной работой под нагрузкой. Изготовленные этим методом зубчатые колёса используются в тяжёлом машиностроении, например, в сельском хозяйстве, автомобилестроении и аэрокосмической промышленности.
Процесс ковки
Выбор материала
При ковке шестерни, прежде всего, выбирается подходящий материал для шестерни в зависимости от требуемой прочности, долговечности и области применения шестерни.
Резка заготовок
Поскольку здесь в качестве сырья используется заготовка, ее разрезают на куски необходимой длины, определяемой размером шестерни.
Нагрев заготовки
Затем заготовку нагревают выше температуры рекристаллизации материала, чтобы придать ей определённую форму. Нагрев не только повышает пластичность материала, но и предотвращает образование трещин при ковке.
Подготовка штампа
Также подготавливается штамп необходимой формы, который обычно имеет геометрию перевернутый по сравнению с окончательная форма шестерни.
Ковка операция
Когда заготовка достигает подходящей температуры, ее помещают в нижнюю часть штампа, а верхняя часть штампа прижимает заготовку под высоким давлением.
Термическая обработка
После завершения процесса ковки шестерня подвергается дальнейшему нагреву для улучшения её формы и геометрии. Это достигается закалкой и отпуском.
Окончательная обработка
Для достижения точных размеров, чистоты поверхности и допусков шестерня подвергается механической обработке.
Экструзия
Экструзия — это процесс изготовления микрошестерён, применяемый для изготовления простых и менее сложных зубчатых передач. Холодная или тёплая экструзия применяется в основном для изготовления миниатюрных шестерён, шлицев и реек постоянного профиля; для стандартных цилиндрических шестерён — резка. Этот процесс экономически эффективен и применяется для производства небольших шестерён, например, в электронике и бытовой технике.
Процесс экструзии
Выбор материала
Процесс экструзии начинается с выбора подходящего исходного металла, обычно в виде заготовки или слитка.
Подготовка заготовки
После подготовки заготовки её загружают в экструзионный пресс. Если шестерня изготавливается методом горячего прессования, заготовку предварительно нагревают до определённого диапазона температур, соответствующего типу материала.
Холодная экструзия
При холодном выдавливании процесс осуществляется при комнатной температуре, поэтому предварительный нагрев не требуется. Заготовка помещается в контейнер, и все поверхности очищаются для предотвращения загрязнения во время выдавливания.
Процесс экструзии
Теперь заготовка подвергается экструзии, в ходе которой плунжер или шнек оказывает высокое давление, продавливая нагретую или находящуюся при комнатной температуре заготовку в специально разработанную матрицу.
Формирование заготовки зубчатой передачи
Этот штамп содержит точное отверстие, которое формирует из металла предварительную форму шестерни или заготовку шестерни.
Постобработка производства зубчатых колес
Шлифовальные
Шлифование — это распространенный процесс отделки при изготовлении зубчатых передач, при котором вращающийся абразивный круг удаляет материал для достижения точных размеров и качества поверхности.
Притирка
Притирка — это финишный процесс, позволяющий получить гладкую поверхность с помощью абразивной обработки. Притирка считается идеальным решением для случаев, когда требуется высокая точность размеров.
хонингование
Хонингование также является абразивной доводкой, которая используется не только для улучшения качества поверхности, но и для повышения производительности зубчатых передач. При этом к поверхности шестерни применяется небольшой шлифовальный брусок или абразивный круг для удаления мелких дефектов. В результате шестерня приобретает точную геометрию и более чистую поверхность.
Бритье
Шевелирование — это процесс финишной обработки, при котором с зубьев шестерни и зазоров между ними снимается небольшое количество металла. Угол и профиль зубьев при этом улучшаются. Хотя шевелирование даёт превосходные результаты, оно зачастую обходится дороже других методов финишной обработки.