ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВТУЛОК

 

«Втулки» охватывает широкую номенклатуру деталей, применяе­мых в приборостроении. Они различны по назначению, конфигу­рации, размерам, материалам, из которых они изготовляются и т. п. Однако для этого класса деталей характерны некоторые общие требования. Основными из них являются концентричность наружной и внутренней поверхностей и перпендикулярность торцов к этим поверхностям.

Рассмотрим характерные группы деталей, отнесенные к классу втулок: типовые втулки, специальные втулки.

Широко применяемые в приборостроении типовые втулки изготовляют главным образом вытачиванием из цельного прутка. При изготовлении гладких втулок необходимо обеспечивать кон­центричность наружной и внутренней цилиндрических поверх­ностей, правильность геометрических размеров и их формы.

Наиболее полно эти требования могут быть выполнены при одновременной обработке внутренней и наружной поверхностей.

При обработке внутренней поверхности цилиндрической тонко­стенной втулки необходимо учитывать, что при закреплении в трехкулачковом патроне она может деформироваться (рис. .1, а). Полученное при обработке внутренней поверхности детали отверстие правильной формы (рис. 1, б) после осво­бождения детали из зажима исказится (рис. .1, в). Некоторое искажение получит, очевидно, и наружная поверхность обраба­тываемой детали.

Этот дефект можно устранить, применяя для подобной обра­ботки в качестве промежуточного зажимного элемента пружинящую разрезную втулку. Обрабатываемую деталь вставляют в эту втулку, затем закрепляют в зажиме. Меньшую деформацию получает деталь и при закреплении ее в цанговом зажиме.

Схемы наружного бесцентрового шлифования: а – общая схема; б – с продольной подачей; в – с поперечной подачей; 1 – шлифовальный круг; 2 – деталь; 3 – ведущий круг; 4 – опора

При шлифовании с продольной подачей цилиндрической заготовки диаметром до 30 мм можно достичь за несколько проходов точности обработки 0,001-0,005 мм и шероховатости Ra=0,32-0,08 мкм.

Наружные поверхности втулок обрабатываются при установке их на оправку. Применяемые при этом оправки весьма разнооб­разны по конструкции. Высокой точности обработки можно до­стичь, применяя жесткую гладкую оправку, на которую наде­вают обрабатываемые втулки. В этих втулках отверстие и тор­цевые поверхности предварительно обработаны.

 

 

Технология изготовления специальных втулок.

К специальным втулкам следует отнести чашки и кольца подшипников для гироскопических авиационных приборов. Чашки подшипников обтачивают на револьверных станках или на токарно-револьверных автоматах.

Шлифование торцов выполняют на притирочном или на плоскошлифовальных станках. Для шлифования по наружной поверхности применяют бесцентрово-шлифовальные станки, а для шлифования беговой дорожки - специальный сферошлифовальный станок.

 

Для шлифования беговой дорожки чашку подшипника закреп­ляют в специальном мембранном патроне (рис. 2, а). К фланцу корпуса патрона 1 прикреплена мембрана 2 с припаянными к ней тремя зажимными кулачками 4.Штоком 6, который проходит через пустотелый шпин­дель, бабки, мембрану можно изогнуть. В таком положении ку­лачки расходятся, (см. р.: 2, б) и обрабатываемую чашку легко можно вставить в патрон.

. Схемы притирки деталей различной конфигурации:

1 – деталь; 2 – притир

 

По кинематике процесса притирка в значительной мере сходна с хонингованием. Здесь так же, как и при хонинговании, обрабатываемая деталь 1 и инструмент 2 совершают вращение вокруг своей оси и возвратно-поступательное движение вдоль оси.

Для полирования беговых дорожек в чашке подшипника на токарном станке применяют специальный притир. Для предварительного полирования применяют оловянированный притир, наждачный порошок и в качестве смачивающей жидкости — машинное масло. Для окончательного полирования применяются пальмовый притир, паста ГОИ и смачивающая жидкость — керосин.

Профиль беговой дорожки проверяют по отпечатку, который снимают заливкой в беговую дорожку легкоплавкого сплава. Проверка проводится на проекторе с увеличением, в 100 раз.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

 

В передачах приборов применяются 4 вида зубчатых колес: цилиндрические колеса с прямыми зубьями, цилиндрические колеса с винтовыми зубьями, конические колеса с прямыми зубьями, червячные колеса. Передачи цилиндрическими колесами с прямыми зубьями наиболее распространены в приборостроении.

Основные требования: плавность и легкость передачи, минимальность зазоров, постоянство передаточного отношения, устойчивость против износа и коррозии.

Для того чтобы обеспечить указанные качества передачи, зубчатые колеса должны быть изготовлены из надлежащих мате­риалов, с определенной шероховатостью сопрягаемых поверх­ностей, с достаточной точностью размеров, формы и взаимного расположения этих поверхностей. Так, у зубчатых колее принято ограничивать допусками: отклонения основного шага, накоплен­ную погрешность окружного шага, отклонение направления зуба, смещения исходного контура или отклонения толщины зуба, биение зубчатого венца, торцевое биение.

Для оценки качества зубчатых колес имеются методы комплекс­ного контроля. Отклонения в размерах' отдельных элементов приводят к погрешности перемещения колеса. Эта величина по­казывает, в какой мере неточности элементов нарушат постоян­ство передаточного отношения зубчатой пары, в которой будет работать данное колесо. Погрешность перемещения при контроле колеса измеряется в однопрофильном зацеплении, т. е. именно так, как она будет проявляться при эксплуатации колеса.

Одним из приборов для определения погрешности зубчатого колеса малого модуля является прибор, схема которого дана на рис. 19.2 Проверяемое зубчатое колесо 4 закреплено на одной оси с ро­ликом 3, который связан с другим роликом 3 такого же диаметра посредством стальной ленты. Суппорт / имеет кронштейн 6, синусную линейку 7, угол наклона р которой устанавливается с помощью блока

концевых мер 8.

 

Рис. 1.схема прибора для опреде­ленна погрешности зубчатого колеса малого модуля

Каретка 5 несет в себе закрепленный индуктор, упирающийся измерительным штифтом в торец эталонной рейки 2, подвешенной __ на упругих подвесах на каретке 5. Рейка находится в однопрофильном зацеплении с проверяемым колесом, т. е. между неработающими профилями зубьев колеса и рейки остается боковой зазор. Каретка 5 своим упором касается синусной линейки 7

в результате действия некото­рого груза, который на схеме не показан.

Прибор измеряет погреш­ность перемещения колеса в результате следующих движе­ний. Суппорт перемещается вправо и через кронштейн и ленту вызывает вращение ро­лика 3 по часовой стрелке. За­крепленное на ролике проверяемое зубчатое колесо 4 переме­щает рейку вниз. Рейка перемещается вместе с кареткой 5 благо­даря движению вправо суппорта с синусной линейкой.

Если бы проверяемое колесо не имело погрешностей, то пере­мещения рейки и каретки были бы одинаковыми и стрелка инди­катора оставалась бы на нуле. В действительности рейка будет то. отставать от каретки, то опережать ее на величину погрешности перемещения колеса, имеющей место для данного его участка. Индикатор показывает значение и знак погрешности перемеще­ния.

Недостатками прибора является большая затрата времени на измерение, поэтому его целесообразно использовать в условиях лаборатории для анализа брака, для приемки особо точных зуб­чатых колее.

Цеховой контроль зубчатых колес целесообразно осуществлять на двухпрофильных приборах комплексного контроля. Принцип действия двухпрофильного прибора комплексного контроля заключается в следующем. Эталонное колесо вращается на неподвижной оси прибора. Проверяемое колесо вращается на оси, которая перемещается вместе с кареткой прибора. Под действием пружины каретка поджимается к эталонному колесу, тем самым сохраняется плотное зацепление, т. е. зацепление без бокового, зазора, при котором зубья проверяемого колеса ка­саются зубьев эталона двумя своими профилями (вследствие этого приборы называются двухпрофильными).

 

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

 

Все применяемые в приборостроении способы изго­товления зубчатых колес можно разделить на две группы: изготовление зубчатых колес со снятием стружки и изготовление без снятия стружки (штамповка, накатывание, литье под давлением, волочение).

Технологический процесс обработки подкласса цилиндриче­ских колес-трибок состоит из ряда характерных операций: заго­товительных; нарезания зубьев; термической обработки (может отсутствовать) и отделочных. Рассмотрим типовой технологиче­ский процесс обработки трибки.

Заготовительные операции заключаются в подготовке прутков (правка и резка) и обтачивании. Обтачивание обычно производится на автоматах продольно-фасонного точения или на револьверных станках.

Нарезание зубьев осуществляется методом копирования (так как трибки обычно имеют 10 ... 18 зубьев). В качестве режущего инструмента .применяется дисковая; зуборезная фреза из набора в 3,8, 15 или 26 фрез (с увеличением числа фрез в наборе до­стигается более высокая точность профиля зубьев).

В. связи с необходимостью получения высокой точности про­филя зуба обработку приходится вести в несколько проходов или переходов. В зависимости от типа станка это может быть осуще­ствлено следующими двумя способами:

1. Каждый из переходов выполняется отдельной фрезой (рис. 3). При этом способе на оправке / устанавливаются три фрезы (рис 19.4). Первая 2 является обычно шлицевой фрезой, вторая фреза 3 по размерам и форме близка к окончательному профилю (припуск 0,1 ... 0,2 мм), третья фреза 4 имеет окончательный профиль. Вначале вступает в работу первая фреза. После того как она прорежет всё зубья, стол станка перемещается, чтобы в рабочем положении оказалась вторая фреза. После вто­рого-перемещения стола в рабочем положении окажется, третья фреза.

2. Все переходы выполняются одной фрезой. При этом способе на оправке устанавливают одну фрезу, которая при первом про­ходе углубляется на часть глубины зуба, выполняя только черно­вое прорезание. После того как все зубья будут прорезаны, углуб­ляют фрезу на требуемую высоту зуба для выполнения оконча­тельного фрезерования. Недостатком этого способа является усиленный износ фрезы.

Рис. .3. Схема фрезерования зуба трибки в три перехода, (а, б, в);

1 — фреза; 2 — деталь

Рис.4.. Установив фрез на оправ­ке при фрезеровании в три перехода

Недостатком первого способа является неточность установки фрез по оси обрабатываемой детали, что при незначительных при­пусках, оставляемых на чистовые проходы, может привести к об­разованию необработанных участков. Поэтому для точной уста­новки фрезы по центру обрабатываемой детали применяют спе­циальные устройства. Этот способ следует считать более целесооб­разным, так как удлиняется период работы фрезы без переточки.

Описанные способы относятся к так называемому методу деления,, когда обрабатывается лишь одна впадина зуба до пол­ного получения ее профиля, после чего осуществляется «деление»: заготовка поворачивается на один шаг и производится повторение подобной обработки.

Здесь используются станки, работающие по методу деления (копирования).

Установка и крепление обрабатываемых трибок производится с помощью двух бабок. Если цапфа трибки достаточно жесткая, крепление осуществляется ведущим центром / с насечкой (рис..5), устанавливаемым в передней бабке 2.

После нарезания зубьев стальные трибки подвергаются термо­обработке. Термическая обработка состоит из закалки и после­дующего отпуска. Нагрев под закалку осуществляется в спе­циальной трубчатой печи в нейтральной среде.

Нагрев трибок из стали У8А и У10А производится до 800 °С с последующим охлаждением в масле (30 ... 40 °С). Закаленные таким образом трибки имеют поверхность, по внешнему виду не отличающуюся от поверхности, полученной после механиче­ской обработки резанием.

Для устранения шероховатостей, получаемых при нарезании зуба, требуются отделочные операции (например, полирование), которые осуществляются на специальных зубополировалъных или на токарно-часовых станках, оснащенных специальными при­способлениями.

Инструментом для полирования зубьев служит полировальник, изготовленный из дерева (самшита, пальмы) или из мягких свин­цовых сплавов и имеющий на цилиндрической поверхности вин­товую нарезку данного модуля. Диск вращается со

Рис. 5. Схема закреп­ления трибки ведущим центром

скоростью 15 м/с и приводит во вращение трибку. Помимо вращения, трибка совершает возвратно-поступательное движение со скоростью 180... 200 ходов в минуту. В качестве абразивного материала при поли­ровании применяется паста ГОИ. В процессе полирования трибка опирается на люнет, представляющий собой диск, на окружности которого сделан ряд канавок для опоры. По мере износа канавок

диск (люнет) поворачивается. При этом методе воз можно искажение профиля зуба.

Для полирования цапф у трибок применяется круг из твердого сплава.

Профиль и шаг зуба проверяют на проекторе при увеличении в 50 ... 100 раз. При проверке трибку устанавливают в центры и поворачивают от руки до совмещения профиля зуба с экраном. Таким способом можно проверить и биение. Наружный диаметр трибки совмещают с одной из линий экрана. Поворачивая трибку, можно определить биение.

Наружный диаметр трибки проверяется специальным калибром. После полирования цапф проверяют их эллиптичность индикато­ром со специальными ножками.

Рассмотрим типовой технологический процесс изготовления другого подкласса цилиндрических колес — секторов. Этот техно­логический процесс характерен не только для секторов, но и для зубчатых колес, изготовляемых из листового материала.

Вырубка заготовки осуществляется в штампах на эксцентри­ковых прессах с последующей правкой, затем производятся за­чистка заготовки, зенковка отверстия и часто обтачивание наруж­ной поверхности. Нарезание зубьев осуществляется методом об­ката или методом деления,

В отличие от метода деления при методе обката используются два взаимно связанных движения заготовки и режущего инстру­мента (червячных фрез). Для процесса резания применяют зубофрезерные станки и станки-полуавтоматы.

Нарезание зубьев по методу обката дает большую точность по сравнению с методом копирования. Установлено, что при наре­зании зуба по методу обката можно выдерживать толщину зуба с допуском 0>01 мм, а при нарезания методом копирования с до­пуском 0,02 мм.

Время, затрачиваемое при методе обката значительно меньше времени, затрачиваемого при методе деления, так как отпадают операции обратного хода и поворота деталей.

При работе по методу обката требуется меньший запас инстру­мента, так как для нарезания колеса определенного модуля требуетея независимо от числа его зубьев только одна червячная фреза.

Несмотря на явные преимущества метода обката, в приборо­строении приходится в некоторых случаях применять метод ко­пирования, например при нарезании храповых колес, при наре­зании секторов, в которых а > R (рис.6), и при нарезании колес с малым числом зубьев.

При изготовлении секторов и колес контроль выполняется в два этапа: контроль заготовок и контроль после нарезания. При контроле заготовок радиус окружности выступов опреде­ляется специальным калибром. Контроль сектора или колеса после нарезания сводится к определению толщины зуба по по­стоянной хорде, к проверке профиля зуба на проекторе и ком­плексной проверке в зацеплении с эталонным колесом. У особо точных секторов и колес следует, кроме того, определять на­копленную погрешность окружного или углового шага.

Рассмотрим технологический процесс изготовления наиболее распространенного цилиндрического колеса. Токарная обработка заготовки обычно выполняется на токарных и револьверных станках или на автоматах. Нарезание зуба осуществляется на зуборезных станках, работающих по методу обката. Для нареза­ния зубьев на оправку устанавливается по одной или нескольку заготовок.

При высоких требованиях к точности зуба оправка подбирается так, чтобы иметь в сопряжении с заготовкой минимальный зазор. Технология обработки колес с косым зубом мало отличается от обработки колес с прямым зубом.

В авиаприборостроении применяется прогрессивный метод изготовления цилиндрических зубчатых колес — накатыванием (рис.7). При этом методе заготовки обрабатываемых зубчатых колес / устанавливаются по нескольку штук на оправку, которая закрепляется в центрах подвижной бабки 2. На этой же оправке устанавливается делительное зубчатое колесо З.При продольном перемещении бабки делительное колесо входит в зацепление с ра­бочими валиками 4, которые при дальнейшем продвижений бабки входят в соприкосновение с заготовкой и осуществляют процесс накатывания. Рабочие валики представляют собой зубчатые колеса с корригированным профилем зуба и снабжены на конце заборным конусом. Они имеют принудительное вращение в одну сторону и устанавливаются на определенном расстоянии соот­ветственно размерам обрабатываемого колеса. Этот метод обеспечивает высокую производительность.

 

ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

 

Для обеспечения плавности зубчатой передачи, для уменьшения трения в зубчатых парах и износа зубьев большинство зубчатых колес приборов подвергаются отделочной операции.

Приработка - два колеса вводятся в зацепление и вращают. Заметного улучшения качества нет, взаимозаменяемость невозможна.

Шевингование – обеспечивает высокую, стабильную точность зубчатого венца.

Различают шевингование шевером-рейкой(рис. 9, а/ — деталь; 2 — шевер), дисковым шевером (рис. 9, б) и червячным шевером.

Из указанных типов шеверов в приборостроении наиболее часто применяют дисковые шеверы, которые имеют небольшие габарит­ные размеры и сравнительно просты в изготовлении.

Рис.11. Дисковый шевер Рис.12., Универсальная оправка к шевинговальному станку: / — деталь; 2 — оправка

Дисковый шевер (рис. 11) представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют канавки, образующие режущие кромки. В про­цессе обработки зубчатого колеса шевер, получая принудительное вращение вокруг своей оси, наклоненной по отношению к оси шевингуемого колеса на угол ср₀, приводит во вращение и возвратно-поступательное движение шевингуемое зубчатое колесо, соединенное с оправкой (рис. 12).

В процессе зацепления шевера и колеса возникает некоторое относительное скольжение профиля зуба шевера относительно обрабатываемого колеса. Скорость относительного скольжения (скорость резания) зависит от угла ф₀. Обычно этот угол выбирают в пределах 10 ... 15°.

Для того чтобы получить от­носительное скольжение при обработке колес с прямыми зубьями, необходимо иметь щевер с косыми зубьями, а при обработке колесе косыми зубьями — шевер с прямыми зубьями. Дисковые шеверы обычно применяют для обработки колес с мо­дулем от 2 до 8 мм.

1 — притир; 2 — детальОтделка притиркой заключается в обработке зубчатых колес притиром (обычно и мелкозернистого чугуна) и абразивом. При этом способе отделки ,зубья подвергаются усиленному износу. На станках, работающих по схеме, приведенной на рис. 13, происходит медленное вращение притира 1 попеременно по ча­совой стрелке и против нее, вращение обрабатываемого колеса 2, быстрое возвратно-поступательное движение притира вверх и вниз -и обрабатываемого колеса в радиальном направлении.

После притирки боковая поверхность получается гладкой, с зеркальным блеском; качество ее во много лаз выше качества шлифованной поверхности.. Недостатком притирки является то, что на поверхности зубьев остаются абразивные зерна, которые промывкой не могут быть полностью удалены и служат причиной преждевременного износа зубчатых колес.

Отделка зубьев шлифованием, несмотря на ряд достоинств (образование правильного профиля большой точности, получе­ние высокого качества поверхности), не применяется в прибо­ростроении ввиду наличия в авиационных приборах множества деталей из цветных металлов. Кроме того, вследствие малых модулей и малых габаритных размеров зубчатых колес этот метод требует больших затрат времени.

Методы формообразования зубьев

зубчатых колес

 

При зубообразовании наиболее часто используется механическая энергия. Сюда относятся все виды зуборезных операций лезвийным инструментом (зубофрезерование, зубодолбление, зуботочение, протягивание), отделочные операции (шевингование, шлифование, обкатывание зубьев и др.), холодное накатывание зубьев.

При горячем накатывании и штамповке зубьев используется комбинированный метод воздействия тепловой и механической энергии.

Ряд зубчатых колес проходит операцию по повышению твердости зубчатого венца с использованием термической энергии (закалка, улучшение и др.).

В некоторых случаях применяется цементация с последующей закалкой. Здесь применяется комбинированный метод использования термической и химической энергий.

Различают два вида передач: силовые и кинематические. Силовые передачи служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому при заданном передаточном отношении частоты вращения валов. Такое назначение зубчатые передачи имеют в редукторах, в коробках передач тракторов и автомобилей, в передних бабках металлорежущих станков и др.

В этом случае зубья колес должны быть достаточно прочными, износостойкими, обеспечивать плавность и бесшумность работы передачи, высокий КПД передачи. При увеличении окружных скоростей колес увеличивается износ и шум передачи.

Кинематические передачи предназначаются для обеспечения строго заданной кинематической связи между определенными валами, как, например, зубчатые передачи кинематической цепи в зуборезных станках, в часовых механизмах и т.п.

Эти колеса изготавливаются 5-6-й степени точности по ГОСТ 1643-81.

Плавность и бесшумность колес должны обеспечиваться точностью изготовления профиля зубьев и достижением высокого качества поверхности.

Прочность зубьев на изгиб и высокая сопротивляемость износу боковых поверхностей зубьев достигается правильным выбором материала и термической обработки.

Зубья колес работают при ударной нагрузке, кроме того, имеет место относительное скольжение профилей зубьев работающих колес в процессе передаваемого усилия. Поэтому зубья должны иметь вязкую сердцевину и большую поверхностную твердость.

Зубья колес из таких марок сталей могут подвергаться поверхностной закалке на установках ТВЧ. В легированных сталях хром повышает износостойкость на истирание рабочих поверхностей зубьев, а наличие никеля повышает ударную вязкость сердцевины зубьев.

Для устранения деформаций зубьев, которые возникают при цементации и закалке, часто применяют термообработку улучшения перед нарезанием зубьев. Она состоит в закалке заготовки и высоком отпуске её. При этом достигается твердость 280-320 НВ.

По конструкции зубчатые колеса разделяются на цилиндрические, конические и червячные.

Обработка зубьев осуществляется на зубообрабатывающих станках (зубофрезерных, зубодолбежных, зубострогальных, зубошлифовальных, зубопритирочных, зубообкатных, зубозакругляющих, шевинговальных), с использованием специальных конструкций режущих инструментов (дисковые и гребенчатые модульные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, протяжки, абразиные круги и шеверы, притиры). Технологический процесс мехобработки зубьев колес состоит в общем случае из следующих этапов:

а) черновой, или предварительной, нарезки зубьев;

б) чистовой нарезки зубьев;

в) отделки зубьев.