1. Конструкция и функция редуктора

Зубчатые передачи можно в целом разделить на две категории: зубчатый венец и тело колеса, несмотря на разнообразие их форм и размеров, обусловленное их многочисленными назначениями. К распространённым цилиндрическим зубчатым передачам относятся: дисковые, втулочные, зубчатые с внутренним зацеплением, зубчатые с валом, секторные и реечные. Дисковые зубчатые передачи являются наиболее распространённым типом.

На цилиндрической шестерне может присутствовать одно или несколько колец. Типичная одновенцовая шестерня легко изготавливается; тем не менее, выступ часто затрагивает малое зубчатое кольцо двух- или трёхвенцовых шестерен, что ограничивает возможности применения производственных технологий.

2. Требования к точности цилиндрических передач

Точность изготовления самой шестерни оказывает большое влияние на работоспособность, грузоподъёмность и срок службы всей машины. В зависимости от условий эксплуатации к зубчатой передаче предъявляются следующие требования:

(1) Точность движения – требуется, чтобы передача могла точно передавать движение, а передаточное отношение было постоянным, то есть угловая погрешность передачи за оборот не превышала определенного диапазона.

(2) Плавность работы – требуется плавность хода зубчатой передачи, а также минимальные удары, вибрация и шум. Это требует ограничения изменения мгновенного передаточного числа при вращении зубчатой передачи до минимума, то есть ограничения угловой погрешности за короткий промежуток времени.

(3) Точность контакта – когда передача передает мощность, чтобы не допустить слишком большого контактного напряжения из-за неравномерного распределения нагрузки, вызывающего преждевременный износ поверхности зубьев, необходимо, чтобы контакт поверхностей зубьев был равномерным при работе передачи, а также обеспечить определенную площадь контакта и соответствовать требованиям положения контакта.

(4) Боковой зазор зубьев – когда требуется приведение в движение шестерни, между нерабочими поверхностями зубьев имеется определенный зазор для хранения смазочного масла и компенсации изменений размеров, вызванных температурой и упругой деформацией, а также некоторыми погрешностями обработки и сборки.

3. Материалы зубчатых передач

Оборудование следует использовать в соответствии с условиями эксплуатации соответствующего материала. Производительность обработки и срок службы зубчатых передач напрямую зависят от выбора материала.

• Общий выбор передач для низко- и среднеуглеродистых легированных сталей, таких как 20Cr, 40Cr, 20CrMnTi и т. д., а также среднеуглеродистых сталей, таких как сталь 45.
• Нитридная сталь 38CrMoAlA подходит для изготовления ответственных зубчатых передач с повышенными требованиями. Для зубчатых передач без силовых передач также могут использоваться чугун, фанера и нейлон.

4. Термическая обработка зубчатых колес

При обработке зубчатых колес выделяют два процесса термической обработки в зависимости от назначения:

1) Термическая обработка заготовки: организация предварительной термической обработки, нормализации или отпуска до и после обработки заготовки зуба, основная цель - устранить остаточные напряжения, возникшие в результате ковки и черновой обработки, улучшить обрабатываемость материала и улучшить комплексные механические свойства.

2) Термическая обработка поверхности зубьев: После обработки формы зубьев, с целью повышения твердости и износостойкости поверхности зубьев, часто проводятся процессы термической обработки цементацией, закалкой высокочастотным индукционным нагревом, нитроцементацией и азотированием.

5. Пустая шестерня

Большинство заготовок для зубчатых передач изготавливается из пруткового материала, поковок и литья. Прутковые материалы используются для зубчатых передач малого диаметра, отличающихся простотой конструкции и минимальными требованиями к прочности. Зубчатые передачи диаметром более 400–600 мм часто изготавливаются литыми заготовками, но также часто используются многоцелевые поковки, когда к зубчатым передачам предъявляются высокие требования к прочности, износостойкости и ударопрочности. Для крупногабаритных и малоточных передач зубья могут быть отлиты непосредственно, что минимизирует механическую обработку; для небольших и сложных по форме передач могут быть использованы новые технологии, такие как порошковая металлургия, горячая прокатка, холодное выдавливание, литье под давлением, точное литье и прецизионное литье, что повышает производительность труда и экономит сырье.

Выбор схемы обработки заготовки зуба

Для вал-шестерни и втулочной передачи процесс обработки в основном аналогичен обычному валу и втулочной передаче, в основном обсуждается процесс обработки дисковой передачи.

Технология обработки заготовки зуба во многом зависит от конструкции тела шестерни и вида ее изготовления.

(1) Большое количество серийных изделий для обработки зубных заготовок

При обработке большого количества зубчатых заготовок среднего размера применяется технологическая схема «сверление — одна выемка — одна инструментальная тележка»:

1) Сверление или развертывание с наружной окружностью заготовки и позиционированием торца;

2) Лакон;

3) Наружная окружность, торец, канавка и снятие фаски черновой чистовой обработки на многоинструментальном токарном полуавтомате позиционируются отверстиями.

Данная технологическая схема может состоять из сборочной линии или автоматической линии за счет использования эффективных станков, поэтому эффективность производства высока.

Технологический процесс «машина тянет машину» часто применяется при обработке заготовок зубьев, изготавливаемых партиями.

1) К наружной окружности зубчатой заготовки или размещения колеса при помощи чистовой обработки протачивают наружную окружность, торец и внутреннее отверстие; 2) Подпирают шлицевое отверстие или тяговое отверстие торцом; 3) Совмещают наружную окружность и торец чистовой обработки с отверстиями.

Это решение может быть реализовано с помощью горизонтальных токарных или револьверных станков и протяжных станков. Оно характеризуется стабильным качеством обработки и высокой производительностью. Если отверстие заготовки зуба имеет ступеньки или торец имеет пазы, можно в полной мере использовать многоинструментальный инструмент револьверного станка для многопозиционной обработки и одновременной окончательной обработки заготовки зуба на револьверном станке.

Метод обработки зубьев шестерен

План добавления зубьев шестерни	Класс точности передач	Шероховатость поверхности зуба Raмкм	область применения
зубофрезерование	Ниже уровня 9	6.3~3.2	Изготовление единичных ремонтных деталей, обработка низкоточных цилиндрических, реечных, конических, червячных передач
протяжка зубчатых колес	Ур.7	1,6~0,4	Массовое производство 7 внутренних зубчатых передач, сложное изготовление протяжек внешних зубчатых передач, поэтому меньше использования
зубофрезерование	Ур. 8–7	3.2~1.6	В разнообразном серийном производстве, обработка цилиндрических и червячных передач среднего качества.
зубодолбление		1.6	В разнообразном серийном производстве, обработка внутренних и наружных цилиндрических зубчатых передач среднего качества, многомуфтовых передач и небольших реек
Зубофрезерование или зубодолбление – закалка – зубохонингование		0,8~0,4	Зубчатые колеса для закалки поверхности
Зубофрезерование – строгание зубьев	Ур.7–6	0,8~0,4	В основном используется для массового производства
Зубофрезерование – шевингование – закалка – зубохонингование	Ур.7–6	0,4~0,2	В основном используется для массового производства
Зубофрезерование или долбление – закалка – шлифование	Ур.6-3	0,4~0,2	Для высокоточной обработки поверхности зубьев шестерен, низкая производительность, высокая стоимость
Зубофрезерование или зубодолбление – шлифование зубьев	Ур.6-3	0,4~0,2

Обработка зубьев зубчатых колец является основой всей зубообработки. Существует множество процессов обработки зубчатых колёс, направленных на придание им формы, с целью получения зубчатого колеса, соответствующего требованиям точности.
В зависимости от принципа обработки форма зуба может быть разделена на методы формовки и обработки. Метод формовки – это метод обработки поверхности зуба формовочным инструментом, соответствующим форме канавки зуба нарезаемого зубчатого колеса, например, фрезерование, протягивание и формообразование. Метод обработки – это метод обработки поверхности зуба в соответствии с зацеплением зубчатого инструмента и заготовки, например, зубофрезерование, зубодолбление, шевингование, шлифование и хонингование.
Выбор схемы обработки формы зуба зависит главным образом от класса точности, конструктивной формы, типа и условий изготовления зубчатого колеса. Для зубчатых колес различных классов точности обычно применяется следующая схема обработки формы зуба:

1) Зубчатое колесо 8-го класса точности. Зубофрезерование или зубодолбление позволяют получить требуемые параметры. Для закаленных зубчатых колес можно использовать схему обработки: накатка (вставка) зуба – обработка торца зуба – закалка – обработка корректирующего отверстия. Однако перед закалкой необходимо повысить точность обработки формы зуба.
2) Зубчатые колеса класса точности 6-7. Для закаленных зубчатых колес можно применять: черновое зубофрезерование – чистовое зубофрезерование – обработку торцов зубьев – чистовое зубошлифование – поверхностную закалку – калибровку – зубохонингование.
3) Зубчатые колеса 5-го класса точности и выше. Обычно применяются: черновое зубофрезерование – чистовое зубофрезерование – обработка торцов зубьев – закалка – калибровка – черновое шлифование – чистовое шлифование. Шлифование – это наиболее точный и наименее шероховатый на сегодняшний день метод обработки профиля зубьев, достигающий 3-4 квалитета точности.