Червячная фреза
Изобретение относится к области машиностроения, к автомобилестроению, станкостроению, самолетостроению, тракторостроению, краностроению, производству силовых внешних эвольвентных цилиндрических передач для приводов, коробок передач, скоростей и подач. Фреза содержит эвольвентный червяк цилиндрической формы с винтовыми стружечными канавками для размещения стружки и для образования на боковых поверхностях зубьев режущих кромок, профили которых в нормальном сечении червяка подобны профилям зубьев исходного контура эвольвентного зацепления. При этом наружная граничная прямая указанного исходного контура смещена к оси фрезы при ее проектировании и изготовлении. Для получения необходимой величины указанного смещения для устранения подрезания профилей зубьев эвольвентных цилиндрических колес, что позволяет изготовить зубчатые колеса с коэффициентом смещения исходного контура, равным нулю, без подрезания профилей зубьев с любым малым физически возможным числом зубьев, коэффициент высоты головки зуба исходного контура червячной фрезы и коэффициент граничной высоты исходного контура червячной фрезы определены по приведенным формулам в зависимости от профильного угла зуба исходного контура на участке между граничными прямыми контура для колес с прямым зубом, числа зубьев колес, профильного угла проекции зуба исходного контура червяной фрезы на торцовой плоскости колес с косым зубом и угла наклона косых зубьев на делительном цилиндре колес. 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к его отраслям: автомобилестроению, станкостроению, самолетостроению, тракторостроению, краностроению, и предназначено для производства силовых эвольвентных цилиндрических передач с внешним зубом колес, применяемых в приводах машины, а также в ее коробках: передач, скоростей и подач.
Известна червячная фреза, представляющая из себя эвольвентный червяк цилиндрической формы со стружечными винтовыми канавками на нем, образующими на боковых поверхностях винтовых канавок червяка зубья с режущими кромками, профиль которых в его нормальном сечении соответствует профилю зубьев стандартного исходного контура эвольвентного зацепления, служащая для профилирования внешних зубьев эвольвентных цилиндрических колес с прямым или косым зубом по методу обкатки (см. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. , 1988, с. 449; Металлорежущие инструменты: Учеб. для вузов по спец. "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и инструменты" (Г. Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. -М.: Машиностроение. 1989, с. 216 - 234; Справочник конструктора- инструментальщика: Под общей ред. В. И. Баранчикова. - М.: Машиностроение. 1994, с. 445 - 460). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании червячной фрезы, относится то, что червячная фреза имеет исходный контур со стандартными значениями коэффициентов высоты головки зуба ha* и граничной высоты h1*, а именно: ha* = 1 и h1* = 2









- дополнения известного средства - червячной фрезы какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и др.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними. Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". На чертежах представлено:
На фиг. 1 изображено станочное зацепление при профилировании внешних зубьев эвольвентного цилиндрического колеса с прямым зубом, происходящее на зубофрезерной операции технологического процесса изготовления колеса, предлагаемой червячной фрезы и обрабатываемого колеса без смещения (x = 0), в котором не происходит подрезание профилей зубьев колес с любым малым физически возможным числом зубьев колес Z < Zmin, при этом червячная фреза не смещена. На фиг. 2 изображено станочное зацепление при профилировании внешних зубьев эвольвентного цилиндрического колеса с прямым зубом, происходящее на зубофрезерной операции технологического процесса изготовления колеса, стандартной червячной фрезы и обрабатываемого колеса без смещения (x = 0) с числом зубьев Z < Zmin, при этом ось червячной фрезы не смещена относительно оси обрабатываемого колеса, и поэтому происходит подрезание профилей зубьев колеса. На фиг. 3 изображено станочное зацепление при профилировании внешних зубьев эвольвентного цилиндрического колеса с прямым зубом, происходящее на зубофрезерной операции технологического процесса изготовления колеса при корригировании зубчатого колеса с числом зубьев Z < Zmin, при этом ось стандартной червячной фрезы смещена от оси обрабатываемого колеса на необходимую для устранения подрезания профилей зубьев колеса величину смещения. Все 3 фигуры изображены на одной странице с той целью, чтобы было видно смещение оси стандартной червячной фрезы относительно оси обрабатываемого колеса при его корригировании и отсутствие смещения предложенной червячной фрезы. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Для профилирования внешних зубьев эвольвентных цилиндрических колес с прямым или косым зубом используют зуборезный инструмент реечного типа - червячную фрезу, имеющую исходный контур. Параметры их значения для исходного контура эвольвентного зацепления стандартизованы, ГОСТ 13755-81, размеры червячных фрез тоже стандартизованы, ГОСТ 9326-90Е. Предлагаемая червячная фреза имеет исходный контур, отличающийся от стандартного. В статическом состоянии, т.е. при рассмотрении предлагаемой и стандартной червячных фрез отдельно - вне процесса зубофрезерования, предлагаемая червячная фреза отличается от стандартной червячной фрезы смещением наружной граничной прямой исходного контура к оси фрезы при ее проектировании и изготовлении на величину смещения, необходимую для устранения подрезания профилей зубьев обрабатываемого колеса (см. фиг. 1). В динамике работа червячной фрезы соответствует ее станочному зацеплению с профилируемым колесом - при профилировании внешних зубьев эвольвентных цилиндрических колес с прямым или косым зубом червячная фреза (зубья ее исходного контура) находится в условиях станочного зацепления с зубьями профилируемого колеса на зубофрезерной операции технологического процесса изготовления колеса. При этом создаем условия такого станочного зацепления, в котором наружная граничная прямая исходного контура предлагаемой червячной фрезы пересекает теоретическую линию станочного зацепления N1N2 (см. фиг. 1), чего не происходит при использовании в качестве зуборезного инструмента червячной фрезы со стандартным исходным контуром - ее наружная граничная прямая пересекает прямую линию, проходящую через т.т. N1 и N2 за пределами теоретической линии станочного зацепления N1N2 (см. фиг. 2), это и является причиной подрезания профилей зубьев обрабатываемого колеса. Для устранения подрезания профилей зубьев эвольвентных колес в машиностроении применяют корригирование (исправление) колес. Оно осуществляется смещением стандартного зуборезного инструмента (в частности, червячной фрезы) от оси профилируемого цилиндрического колеса (см. фиг. 3) на необходимую для устранения подрезания профилей зубьев колес величину смещения. При профилировании внешних зубьев эвольвентных колес с прямым или косым зубом с числом зубьев колеса Z < Zmin червячной фрезой, имеющей стандартные значения параметров ее исходного контура, происходит подрезание профилей зубьев колеса у их ножек. Это значительно снижает изгибную нагрузочную способность зубьев колес. Для устранения подрезания профилей зубьев колес было предложено и применено в машиностроительной практике корригирование (исправление профилей зубьев) зубчатых колес, что привело к коррекции (внесению изменений) передачи. Сущность корригирования зубчатого колеса заключается в смещении стандартного зуборезного инструмента от оси обрабатываемого колеса на зуборезной операции технологического процесса его изготовления. Заслуженным деятелем науки РСФСР Гавриленко В.А. была развита теория эвольвентной зубчатой передачи из корригированных колес. Профессор Болотовский И. А. организовал и провел теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию величины смещения X = x




где xmin - минимальное значение коэффициента смещения исходного контура зуборезного инструмента x, устраняющее явление подрезания профилей зубьев колеса;
m - модуль зубьев колес и исходного контура;
Zmin - минимальное число зубьев колес Z, при котором нет подрезания профилей зубьев колеса. Минимальное число зубьев цилиндрического колеса с прямым зубом определяют по выражению

где ha* - коэффициент высоты головки зуба исходного контура, принимающий по действующему стандарту на исходный контур эвольвентного зацепления 1 или 0,8 - для колес с укороченным по высоте зубом;



При этом средняя прямая исходного контура червячной фрезы не смещается относительно оси обрабатываемого колеса на зубофрезерной операции технологического процесса его изготовления, поэтому колесо изготавливается без смещения зуборезного инструмента, оно изготавливается колесом без смещения (x = 0), что недостижимо при корригировании колес. При смещении наружной граничной прямой исходного контура предлагаемой червячной фрезы на необходимую величину смещения Xmin, устраняющую явление подрезания профилей зубьев колеса, высота головки зуба исходного контура с прямолинейными профилями ha, равная ha = ha*


Определим нестандартное значение коэффициента высоты головки зуба исходного контура по выражению

где ha.ст* = 1 - стандартное значение ha*. Таким образом получена зависимость


1) Эвольвентное цилиндрическое колесо с внешним прямым или косым зубом можно изготовить колесом без смещения (x = 0) без подрезания профилей зубьев колеса с любым малым физически возможным числом зубьев Z < Zmin. 2) При заданном значении передаточного отношения, что характерно для коробок передач, скоростей и подач, можно значительно уменьшить и число зубьев колеса Z2, это уменьшает габариты и материалоемкость приводов машины и ее коробок: передач, скоростей и подач. 3) Корригирование зубчатых колес и коррекция передачи является тупиковым путем в историческом развитии эвольвентного зацепления. Покажем это на примере искусственного введения понятия "минимального числа" зубьев колеса Zmin. Подрезание профилей зубьев колес при их профилировании происходит из-за применения непригодного для этих целей зуборезного инструмента, исходный контур которого имеет стандартные значения его параметров, а именно: ha* = 1(0,8) и h1* = 2



Решая квадратное относительно ha* уравнение, получаем выражение для определения значений ha*, устраняющих подрезание профилей зубьев цилиндрических колес при их профилировании по методу обкатки предложенной червячной фрезой

При этом граничная высота исходного контура червячной фрезы будет равна


При профилировании косых зубьев эвольвентного цилиндрического колеса происходит изменение профильного угла (угла профиля) зуба исходного контура, располагающегося в нормальном сечении червяка червячной фрезы, при его проектировании на торцовую плоскость колес. С учетом угла наклона зубьев на делительных цилиндрах колес


где


Z - число зубьев косозубого колеса. В процессе корригирования колес есть одно рациональное зерно - это улучшение формы зуба колес при их укорочении по высоте, здесь таятся большие неиспользованные резервы эвольвентного зацепления, в части повышения изгибной нагрузочной способности передач. Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной червячной фрезы следующей совокупности условий:
- для заявленной червячной фрезы в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- червячная фреза, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".
Формула изобретения

для колес с прямым зубом и

для колес с косым зубом,
где x - коэффициент смещения исходного контура;


z - число зубьев колес;


РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2