Как изготавливают шестерни на производстве?

Дата публикации: 04.08.2023

Прочтение: 9 мин. Просмотров: 1456

Прежде чем разбирать, как изготавливают шестерни, задержимся на том, что они из себя представляют. Шестерня — это металлическое колесо с выступами по краю. Они называются зубцы; каждый зуб на изделии такой же, как остальные. Изделие используется в механизмах для передачи движения от одной вращающейся части к другой. Это происходит за счёт того, что зубья входят в пазы между зубьями прилегающих шестерен или зубчатых колес.

Зубчатое колесо по конструкции является примерно тем же самым, производится обычно идентичным образом, но выполняет в паре роль пассивного элемента, а шестерня – роль ведущего. Она чаще всего используется для изменения передаточного отношения между двумя вращающимися частями. Мощность, скорость вращения изменяется из-за того, что у двух соседних зубчаток разные размеры. Колесо применяется просто для передачи движения между частями механизма. Они обычно более крупное и широкое, оно может использоваться в одиночку, а шестерёнке, как правило, требуется пара. 

Сырье и основные операции

Зубчатки можно изготовлять из различных металлов (а также из пластика). Чаще всего используется углеродистая или легированная сталь. Изделия из неё обладают высокой прочностью и износостойкостью, что делает их прекрасным выбором для тяжелой и интенсивной эксплуатации, такой как в промышленных механизмах. Нередко используется алюминий. Алюминиевые шестерни обладают низким весом и хорошей теплопроводностью. Из этого металла их могут делать, когда требуется облегчить конструкцию. Например, в некоторых авиационных механизмах. Достаточно распространены бронза и латунь. Бронзовые детали обычно используются в условиях высоких температур и в требовательных окружающих средах. Латунные детали характеризуются хорошей коррозионной стойкостью и используются в тех устройствах, где важна устойчивость к воздействию влаги и агрессивным средам. Также необходимо отметить эстетику данного металла. Однако для интенсивных нагрузок цветные металлы не подходят.

Не исключено литьё из расплава, но основным методом является токарная работа. Как правило, металл попадает на производство шестерёнок в виде цилиндрического бруска и разрезается на плашки, соответствующие желаемой толщине шестерёнок в соответствии с проектом.

Изначально заготовка шестерни представляет собой сплюснутый цилиндр с гладкой поверхностью. Однако, чтобы деталь могла выполнять свои функции эффективно, на её торцах требуется делать сложный рельеф с перепадами высот, выпуклостями и впадинами (некоторые изделия даже изготовляют вместе с валом). С этого этапа начинают работу, постепенно переходя к более глубоким углублениям. Большинство шестерёнок должно иметь внутреннее отверстие для фиксации в механизме, причём для этого в нём часто делают зубья. Также существуют разновидности с внутренним зацеплением, у которых зубчатый венчик размещён исключительно по внутренней, а не по внешней окружности (внутреннее зацепление). Сквозное отверстие в центре заготовки высверливать специальный инструмент. На производственных линиях, где мощная техника, в этот момент обычно необходимо использование охлаждающих составов. Также на заготовке могут быть вырезаны отверстия для элементов, которыми шестерня будет крепиться на вал или ось. В механических системах часто используется смазка, чтобы уменьшить трение и износ. Поэтому в заготовке могут быть выполнены проточки или каналы, через которые будет подаваться смазка к зубьям шестерёнки во время её работы. Иногда могут удалить часть материала из тела зубчатки. Это можно делать путём сверления или фрезерования лишнего материала, чтобы таким образом изготовлять более лёгкие и эффективные детали. Зубцы нарезают несколькими способами, о которых рассказано ниже. Продукцию подвергают температурной обработке (это делает металл крепче), поверхность шлифуют.

Каталог крепежа

Нарезание зубчатого венца 

Метод обката 

Процесс обката осуществляется путем вращения металлических деталей вместе с абразивными материалами, такими как шлифовальная техника или абразивные частицы. В процессе обката абразивные материалы воздействуют на поверхность деталей, удаляя неровности. Если контакт точечный, как в случае с заготовкой шестерни, то получается углубление. Процесс подражает тому, как будет двигаться готовое изделие со своей парой. 

Сделать обкатку можно как в промышленных условиях с использованием специализированного оборудования, так и вручную при необходимости обработки небольших деталей. 

Долбяком

Принцип работы зубодолбёжного станка основан на использовании специального инструмента, называемого долбяком, который снимает металл и изготовляет зубья на заготовке. Долбяк представляет собой механическую пластину с выступами, похожую на шестерню. Кромка долбяка имеет форму, соответствующую желаемому профилю зубьев. Он совершает возвратно-поступательные движения (мысленно подвигайте рукой и поймёте), выбивая необходимые зазоры между будущими зубчиками. Заготовка движется, чтобы обеспечить формовку по всей окружности.

Гребёнкой 

Данный инструмент имеет прямолинейную форму, наподобие прямоугольника, по одной стороне которого проходят зубцы с режущей поверхностью. Гребёнка и вращающаяся заготовка движутся относительно друг друга таким образом, чтобы обеспечить снятие всего необходимого металла для придания нужной формы.

Фрезой

Червячная фреза — это специальный вид фрезы, используемый для обработки зубчатых колес. Инструмент имеет спиральную форму с особым режущим кромками — червячными лезвиями, которые создают зубья с определенным профилем на колесе. Она работает путем вращения вокруг своей оси и одновременного продвижения вдоль оси шестерёнки или колеса. При этом червячные лезвия обрезают металлическую заготовку. Изготавливается зубчатый профиль. Данный метод позволяет обработать деталь только с внешней стороны.

Метод деления (копирования)

Этот способ позволяет изготовлять зубчатки с помощью фрезы – пальцевой (имеющей вид стержня) или дисковой (это кольцо с режущими элементами, располагаемое перпендикулярно заготовке). Данное оборудование снимает металл на месте одной выемки в шестерёнке. После этого заготовка поворачивается на определенный угол, обычно равный углу между зубьями, и фреза прорезает следующее отверстие. Такой процесс повторяется до тех пор, пока не будут выполнены все необходимые отверстия для создания желаемого числа зубьев у шестерёнки.

Другое

Чтобы изготовлять данную продукцию, могут использоваться различные станки и специальные зубонакатные инструменты. Встречается как для холодное, так и горячее формирования венца. В последнем случае поверхность разогревается, чтобы металл стал более пластичным и можно было делать детали, фактически выдавливая нужную форму.

Ключевые параметры в разработке чертежа

Перед тем как изготавливать шестерёнки, работники цеха обязательно получают информацию, какое именно изделие нужно делать. 

Модуль — это принципиально важная характеристика, связанная с такими показателями как прочность и мощность зубчатки. Обозначается буквой «м» и выражается в миллиметрах. Упрощённо это отношение диаметра окружности, на которой расположены зубья, к числу зубьев на этой окружности. Конкретные цифры, какой обод нужно изготовлять, базируются на расчётах и формулах с учётом особенностей материала и нагрузки. Размер зубца рассчитывают отдельно, это не идентичные понятия. Также, чтобы изготовить шестерёнку, необходимо определиться с конфигурацией зубцов (их можно делать косыми или прямыми) и диаметром самого колеса (внутренним и внешним).

Также необходимо учитывать габариты шпонки и вала, определяющие требования к соответствующим отверстиям. Они, как правило, стандартизированы, достаточно решить, под какой размер требуется изготовление.

Источник