Obróbka kół zębatych

1.

Koło zębate stanowi podstawową część wszelkich przekładni przenoszących różną moc. Przekładnie
takie składają się zazwyczaj z kilku bądź kilkunastu kół zębatych, Ponieważ koła zębate współpracują
ze sobą, konieczne jest odpowiednie ukształtowanie elementów koła zębatego, czyli jego zębów.
Powierzchnie zębów p o winny mieć kształt ewolwenty (ewolwenta – rozwijająca linii, jest to linia
przecinająca każdą styczną do koła zasadniczego pod kątem prostym). Z przeznaczenia koła zębatego
wynika jego kształt.

Zależnie od kształtu wieńca, koła zębate dzielimy na:

ƒ Koła walcowe:

a) o zębach prostych (1.1a)

b) o zębach skośnych (1.1b)

c) o zębach daszkowych (1.1c)

d) o zębach łukowych (1.1d)

ƒ Koła stożkowe:

a) o zębach prostych (1.2a) b) o
zębach skośnych (1.2b) c) o
zębach łukowych (1.2c)

Zarówno koła walcowe jak i stożkowe mogą mieć uzębienie zewnętrzne jak i wewnętrzne

Rys. Koła o uzębieniu: a) zewnętrznym, b) wewnętrznym

Szczególną postać koła walcowego stanowi zębatka prosta, którą można uważać za koło walcowe o

nieskończenie dużej średnicy.
Podobnie szczególną postacią koła zębatego stożkowego jest koło płaskie, które nazywamy zębatką pierścieniową
lub kołem koronowym.

Rys. Zębatki: a) prosta, b) pierścieniowa

2.

Najważniejsze wymiary uzębienia koła walcowego o zębach prostych

Oznaczenia:

ƒ
ƒ

d
da

- średnica podziałowa
- średnica głowy zęba

ƒ
ƒ

df
h

- średnica stopy zęba
- całkowita wysokość zęba

ƒ
ƒ
ƒ

ha
hf
p

- wysokość głowy zęba
- wysokość stopy zęba
- podziałka zazębienia

ƒ s

- łukowa grubość zęba na średnicy podziałowej

ƒ e

- łukowa wielkość wrębu na średnicy podziałowej.

3.

Klasyfikacja metod obróbki kół zębatych

Wyróżnia się trzy metody obróbki kół zębatych:

- metoda kształtowa,
- metoda kopiowa,
- metoda obwiedniowa
- metdoa obróbki bezwiórwej

Obróbka zgrubna i kształtująca

Metody obróbki

bezwiórowej

Metody kształtowe

Metody kopiowe

Metody obwiedniowe

- Odlewanie
- Wtryskiwanie
- Spiekanie
- Walcowanie

- Frezowanie frezem
modułowym krążkowym
- Przeciąganie
- Dłutowanie
- Szlifowanie
- Struganie

- Struganie wg kopiału

- Dłutowanie wg metody
Maaga
- Struganie wg metody
Sunderlanda
- Dłutowanie wg metody
Fellowsa
- Frezowanie
obwiedniowe

Przy omawianiu metod obróbki kół zebatych nalezy mieć na uwadze:



Sposób obróbki- dłutowanie, struganie



Kształt narzędzia- geometria ostrza



Cykl roboczy- ciągły, przerywany

Ponadto nalezy odróżnić obróbkę



Zgrubną



kształtującą

4.

OBRÓBKA WALCOWYCH KÓŁ ZĘBATYCH

a.

Obrókba kształtowa: W metodzie kształtowej stosuje się narzędzie (narzędzia) mające
ostrza o zarysie wrębu koła nacinanego. Metodą tą mogą być obrabiane koła zębate
walcowe przez frezowanie, dłutowanie, struganie, szlifowanie i przeciąganie.

Metoda ta jest stosowana przy obróbce:

- kół o mniejszej dokładności wykonania
- wstepnej zgrubnej, gdzie można prócz kół zębatych walcowych wykonywać koła
stożkowe

Ciężko jest wykonać dokładny zarys narzędzia, a także ustawić narzędzie , stąd mała dokładność
wykonania.

Do nacinania kół zębatych można stosować

-frezy krążkowe modułowe,

- frezy palcowe kształtowe (stosowane gdy frez krążkowy nie ma dostatecznego
wybiegu, np. frezowanie zębów zygzakowych),
- noże dłutownicze,
- głowice dłutujące, pozwalają na jednoczesną obróbkę wszystkich zębów. Głowica
posiada tyle noży ile jest zębów w obrabianym kole.

Do wad metody kształtowej zalicza się również konieczność stosowania dużej liczby narzędzi.

Teoretycznie metoda kształtowa wymaga dla każdej liczby zębów, dla każdego modułu i kąta przyporu
innego narzędzia.

Rys. Ustawienie narzędzia kształtowego względem obrabianego wrębu: a) ząb przesadzony, b)
skutki niewłaściwego zagłębienia narzędzia.

Według tej metody, więc mogą być obrabiane walcowe koła zębate z uzębieniem:

ƒ - zewnętrznym o zębach prostych, śrubowych lub daszkowych,
ƒ - wewnętrznym o zębach prostych lub śrubowych.

W celu uzyskania jak największej wydajności obróbki stosuje się jednoczesną obróbkę dwóch lub nawet więcej
wrębów.

FREZOWANIE KSZTAŁTOWE

Najczęściej stosowanym sposobem obróbki zębów metodą kształtową jest frezowanie frezem

modułowym krążkowym.. Obróbka ta jest prowadzona zwykle na frezarce uniwersalnej przy użyciu
podzielnicy. W celu zmniejszenia liczby narzędzi ustalono zespoły narzędzi o numerach odpowiadających
pewnemu zakresowi liczby zębów w kołach obrabianych. Każdy frez modułowy krążkowy ma na
powierzchni czołowej wypisane wielkości charakterystyczne: nr freza, podziałkę, kąt przypora, zakres liczby
zębów koła oraz wymiar, na jaki należy dany frez zagłębić.

Rys. 2.3. Frez modułowy krążkowy

Metodę tę, mimo że jest to metoda kształtowa, stosuje się na frezarce obwiedniowej, na której

istnieje możliwość uzyskania dokładnego podziału oraz przesuwu pionowego głowicy.

Do frezowania kształtowego stosuje się również frezy modułowe palcowe. Obróbka tymi frezami

dotyczy zwykle uzębień kół o dużych modułach (rys. 2.4) oraz jest stosowana tam, gdzie jest utrudniony
wybieg narzędzia.

Rys. Frezowanie frezem modułowym palcowym

PRZECIĄGANIE

Ma ono zastosowanie przede wszystkim do uzębień wewnętrznych, ale również, zwłaszcza dla

kół zębatych walcowych mniejszych wymiarów, do uzębień zewnętrznych. Przeciąganie uzębień wewnętrznych
odbywa się w dwóch suwach, jako przeciąganie wstępne i wykańczające.

DŁUTOWANIE

Dłutownice te są przeznaczone do obróbki kół z uzębieniami zewnętrznymi i wewnętrznymi o

prostej linii zębów. Podczas obróbki przedmiot obrabiany wykonuje jedynie ruch roboczy, a wszystkie ruchy
pomocnicze niezbędne do kształtowania uzębień wykonuje głowica narzędziowa.

b.

Obróbka kół zębatych metodą kopiową

Jest to metoda obróbki dzisiaj bardzo rzadko stosowana. Polega ona na tym, że zarys zęba

otrzymuje się, przesuwając narzędzie wraz z saniami narzędziowymi wg kopiału. Operację tę
wykonuje się w zasadzie tylko na strugarkach do obróbki kół walcowych o dużych modułach.

Rys. Struganie zębów wg kopiału.

c.

Obróka kół zębatych metodą obwiedniową

W metodzie obwiedniowej zarysy boków zęba są obrabiane przez kolejne położenia

krawędzi skrawających narzędzia, wykonującego - oprócz ruchu roboczego - ruch toczny z
obrabianym kołem. Ruch toczny może być zrealizowany na zasadzie współpracy kół zębatych, z
których jedno jest narzędziem lub na zasadzie współpracy obrabianego koła zębatego z narzędziem
w kształcie zębatki.
Ruch toczny składa się z:

- ruchu obrotowego koła obrabianego
- ruchu przesuwnego:



Obrabianego koła- Metoda Maaga



Suportu z narzędziem- M. Sunderlanda

Rys. . Tworzenie zarysu ewolwentowego na przykładzie współpracy
narzędzia – zębatki z kołem zębatym

Rys. Nacinanie zębów na zasadzie współpracy
dwóch kół zębatych; 1 - koło obrabiane, 2-
narzędzie

Rys. Nacinanie zębów na zasadzie współpracy koła

zębatego i zębatki; 1 - koło obrabiane, 2 - narzędzie

Istnieją różne odmiany metod obwiedniowej obróbki kół zębatych:



ƒ dłutowanie metodą Maaga,



ƒ struganie metodą Sunderlanda,



ƒ dłutowanie metodą Fellowsa,



ƒ metoda frezowania obwiedniowego.

DŁUTOWANIE METODĄ MAAGA

Jest to metoda obróbki dłutowaniem, w której narzędzie mające kształt zębatki wykonuje

jedynie ruch dłutujący, obrabiane koło zaś wykonuje ruch toczny, polegający na obrocie dookoła własnej osi i
jednoczesnym ruchu przesuwowym. Charakter obróbki jest przerywany, to znaczy, że po obrobieniu jednego
zęba następuje wyzębienie narzędzia z obrabianego koła, obrót o jedną podziałkę, przesunięcie przedmiotu do
położenia początkowego w stosunku do zębatki i rozpoczęcie obróbki następnego zęba.

Rys. Obróbka uzębienia w walcowym kole na
dłutownicy Maaga

Rys. Trzy charakterystyczne położenia koła podczas jednego cyklu
obróbki uzębienia na dłutownicy M

Trzy charakterystyczne położenia koła podczas jednego cyklu obróbki:

I — położenie odpowiada momentowi, gdy narzędzie rozpoczyna nacinać ząb pierwszy, przy czym nacinane
koło jak gdyby przetacza się po zębatce, wykonując jednocześnie przesunięcie w kierunku strzałki B oraz obrót
w kierunku A;
II — położenie odpowiada końcowemu stanowi, tj. gdy koło przesunęło się dokładnie o l podziałkę, a
jednocześnie obróciło o kąt odpowiadający tej jednej podziałce, a więc ząb został w części obrobiony.
W położeniu III narzędzie zatrzymało się u góry (nad nacinanym kołem), samo zaś koło tylko przesuwa się (bez
obrotu) wstecz o l podziałkę w kierunku strzałki C i w ten sposób następuje podział. Po dokonaniu podziału
następuje drugi cykl ruchów, a więc narzędzie rozpoczyna ruch roboczy, a nacinane koło ruchy toczne i w
ten sposób zostanie obrobiony następny ząb itd. aż zostaną nacięte wszystkie zęby, co nastąpi po pełnym
obrocie koła nacinanego


Na dłutownicy Maaga mogą być obrabiane koła:



ƒ o zębach prostych,



ƒ o zębach śrubowych - narzędzie wykonuje ruch roboczy wzdłuż linii zęba. Uzyskuje się to przez
skręcenie obrotnicy wraz z prowadnicami o kąt pochylenia linii zęba β,



ƒ o zębach daszkowych (w sposób taki jak zęby śrubowe).

Podstawową zaletą metody Maaga jest proste narzędzie o prostoliniowych krawędziach skrawających. Narzędzie
takie można łatwo wykonać i to z dużą dokładnością. Wadą tej metody jest stosunkowo mała wydajność, co
wynika z dość złożonego cyklu obróbki koła zębatego. Znajduje ona duże zastosowanie dla kół o dużych
modułach i dużych wymiarach.

STRUGANIE WG METODY SUNDERLANDA

Jest to metoda bardzo podobna do metody Maaga, ponieważ narzędziem w tej metodzie jest

również zębatka. Wykonuje ona, oprócz ruchu strugającego, jeden z ruchów tocznych - ruch przesuwowy.
Obrabianemu kołu nadaje się w tym przypadku tylko ruch obrotowy. Charakter obróbki jest przerywany, to
znaczy, że po obrobieniu jednego, dwóch czy trzech zębów narzędzie odsuwa się w kierunku promieniowym,
po czym powraca do położenia pierwotnego w stosunku do obrabianego koła, które w tym czasie pozostawało
nieruchome.

Rys.Kolejne fazy obróbki w metodzie

Sunderlanda

Według tej metody mogą być obrabiane: walcowe koła zębate z uzębienieniem zewnętrznym o

zębach prostych i śrubowych (tym samym narzędziem co w przypadku zębów prostych i na tej samej strugarce,
a jedynie należy skręcić obrotnice z prowadnicami sań narzędziowych).

W metodzie tej narzędzie oprócz ruchu roboczego wykonuje ruch przesuwowy, natomiast nacinane koło – tylko
ruch obrotowy. Widać, zatem że tu ruch toczny rozłożony jest na narzędzie i nacinane koło. Podobnie jak w
metodzie Maaga można wyróżnić tutaj trzy podstawowe etapy:

I – rozpoczecie nacinania zęba.
II – położenie odpowiada końcowemu stanowi, gdy koło obróciło się w kierunku strzałki A o
kąt odpowiadający jednej podziałce, narzedzie zaś przesunęło się o wielkość jednej

podziałki obróbczo-tocznej w kierunku strzałki B.

III – położenie przedstawia moment po dokonaniu podziału. Podział dokonuje się w ten
sposób, że narzędzie odsuwa się w kierunku promieniowym od nacinanego koła, po czym
odsuwa się ku dołowi (kierunek C) do poczetkowego połoęenia i dosuwa się do
nacinanego koła, które w tym czasie było unieruchomione.

DŁUTOWANIE WG METDOY METODY FELLOWSA

Jest to obróbka dłutowaniem, w której narzędzie - dłutak modułowy ma kształt koła

zębatego z odpowiednio ukształtowanymi kątami ostrza.
W metodzie tej występuje następujece ruchy zasadnicze:



ruch roboczy narzędzia posuwowo-zwrotny wzdłuż linii zęba,



obrotowy ruch narzędzia,



obrotowy ruch nacinanego koła

Oprócz ruchów tocznych i ruchu dłutującego występują jeszcze ruchy promieniowe (pomocnicze), tj.



ruch dosuwowy wgłębny narzędzia na odpowiednią głębokość oraz



ruch odsuwający narzędzie od przedmiotu w czasie ruchu jałowego narzędzia. Wykonuje go bądź
stół obrabiarki wraz z osadzonym na nim kołem, bądź wrzeciennik z osadzonym narzędziem, w
zależności od konstrukcji obrabiarki.

Rys. Dłutowanie uzębienia metodą Fellowsa

Metodą Fellowsa można nacinać koła o zębach śrubowych. Inną możliwością, jaką stwarza

metoda Fellowsa, jest obwiedniowe nacinanie zębów w kołach o uzębieniu wewnętrznym. Przez odpowiednie
przebudowanie obrabiarki Fellowsa uzyskujemy możliwość dłutowania kół zębatych stożkowo-
walcowych. Metodą Fellowsa mogą być obrabiane również koła o zębach prostych, beczułkowych oraz
daszkowych.

FREZOWAZNIE OBWIEDNIOWE

Narzędziem w tej metodzie jest frez ślimakowy, którego zwoje w przekroju prostopadłym do

linii pochylenia zębów mają zarys zębatki. W metodzie tej zatem występuje współpraca obrabianego koła z
narzędziem w kształcie zębatki nawiniętej na walec

Obroty freza i obrabianego koła muszą być ze sobą ściśle zsynchronizowane. Gdy frez jest

jednozwojny, to po jednym obrocie freza obrabiane koło musi się obrócić o wielkość odpowiadającą jednej
podziałce. Ruchem roboczym jest ruch obrotowy narzędzia. Ponadto ruch obrotowy wykonuje koło, a
narzędzie ruch posuwowy.

(Po jednym obrocie freza koło obrabiane obraca się o kat odpowiadajcy jednemu skokowi

zwoju z€bów freza đlimakowego. Gdy frez jest jednokrotny to koło obrabiane obróci się o kąt
odpowiadający jednej podziałce, gdy frez jest k – krotny – o kąt odpowiadający k podziałkom.)

Rys. Frezowanie uzębienia frezem

ślimakowym

Rozróżnia się dwa rozwiązania kinematyczne frezarek obwiedniowych:

- frezarki uniwersalne (z dyferencjałem, z mechanizmem różnicowym),
- frezarki specjalne (bezdyferencjałowa).

Należy tutaj wspomnież, że na:

- frezarce obwiedniowej uniwersalnej można obrabiać koła zębate walcowe o zębach
prostych i śrubowych, ślimaki walcowe i globoidalne oraz ślimacznice (metoda styczna
i promieniowa),
- frezarce obwiedniowej bezdyferencjałowej można obrabiać koła zębate walcowe o
zębach prostych i śrubowych i ślimacznice (tylko metoda promieniowa).

5.

OBRÓBKA WYKAŃCZAJĄCA
Obróbka wykańczająca odbywa się w stanie miękkim lub w stanie twardym



Obróbka wykańczająca zębów kół zębatych w stanie miękkim

Koła zębate w stanie miękkim są to koła, które albo nie podlegały obróbce cieplnej, albo

podlegały jedynie ulepszeniu cieplnemu, do twardości nie przekraczającej 36÷40 HRC. Dla
takich kół o zazębieniu zewnętrznym można stosować dwie metody obróbki:

- wiórkowanie

ƒ - dogniatanie

WIÓRKOWANIE

- to obróbka wiórowa polegająca na skrawaniu drobnych warstw materiału z powierzchni

pracujących zębów.
Istnieją dwie podstawowe metody wiórkowania, różniące się kształtem narzędzia:

ƒ - wiórkowanie wiórkownikiem krążkowym
ƒ -wiórkowanie wiórkownikiem zębatkowym (narzędziem jest tutaj zębatka złożona z wielu

pojedynczych zębów. Zębatka jest osadzona na stole wiórkarki i wykonuje ruch postępowo-zwrotny.
Jest to sposób obróbki nie stosowany w przemyśle krajowym.)

DOGNIATANIE

jest jednym ze sposobów wygładzania. Do tego celu stosuje się trzy hartowane kota zębate —

dogniataki, między które wkłada się dogniatane koło. Jeden z dogniataków otrzymuje napęd od silnika i przenosi
ruch obrotowy na dogniatane koło, a ono na pozostałe dwa dogniataki, z których jeden jest osadzony w odchylnej
dźwigni obciążonej ciężarami.



Obróbka wykańczająca zębów kół zębatych w stanie twardym

Obróbkę wykańczającą kół zębatych w stanie twardym, a więc kół o twardości powyżej 40

HRC będących po obróbce cieplnej lub cieplno-chemicznej, wykonuje się przede wszystkim w celu usunięcia
możliwych odkształceń, jakie powstały podczas obróbki, oraz poprawienia klasy dokładności.

Obróbka wykańczająca kół zębatych w stanie twardym może być przeprowadzona następującymi

sposobami:

o szlifowaniem,
o

gładzeniem,

o docieraniem,
o

łuszczeniem

o

przeciąganiem (przepychaniem).

SZLIFOWANIE

Należy do najczęściej stosowanych sposobów obróbki wykańczającej. Dzieli się je na:
1) szlifowanie metodą kształtową - polegające na obróbce jednocześnie obydwóch stron zęba

odpowiednio zaprofilowaną ściernicą (a), jednej strony zęba (b) lub dwóch zębów dwoma ściernicami
(c). Podstawowymi zaletami, które decydują o stosowaniu tej metody, są: możliwość nadania
zarysowi zębów dowolnych zmodyfikowanych kształtów, a także możliwość szlifowania zębów
w kołach o zazębieniu wewnętrznym. Przy szlifowaniu kształtowym styk ściernicy ze szlifowanym
zębem jest liniowy, co powoduje, że osiąga się w tej metodzie obróbki
dużą wydajność.

Rys. Szlifowanie zębów metodą kształtową: a) szlifowanie obydwóch stron zęba jedną ściernicą, b)
szlifowanie jednej strony zęba, c) szlifowanie jednej i drugiej strony zęba dwoma ściernicami

Wady są takie same jak przy nacinaniu zębów metodą kształtową. Dotyczą one trudności dokładnego

ustawienia ściernicy w stosunku do koła obrabianego i konieczności stosowania bardzo dokładnych urządzeń
podziałowych.

2) szlifowanie metodą obwiedniową - może być realizowane:

a) jedną ściernicą mającą zarys zęba zębatki, tzw. metodą Nilesa (a) - jest powszechnie

stosowane przez nasz przemysł. Szlifowane są tutaj kolejne zęby koła przez stosowanie
podziału i przestawienie ściernicy do kolejnej luki międzyzębnej,

b) dwoma ściernicami, które w złożeniu dają również ząb zębatki, tzw. metoda Maaga (b).

Ściernice są przestawiane względem siebie i każda z nich pracuje w innym wrębie,

c) ściernicą ślimakową, tzw. metoda Reishauera (c) - jest obróbką ciągłą. W metodzie tej obrót

ściernicy jest zsynchronizowany z obrotem obrabianego koła. Ściernicami ślimakowymi
można szlifować koła zębate o zębach prostych i śrubowych. Przez odpowiednie
profilowanie zwojów ściernicy można uzyskać zęby
modyfikowane, jak również beczkowy
kształt zęba.

Rys. Metody szlifowania zębów na szlifierkach
obwiedniowych: a) jedną ściernicą, b) dwoma ściernicami,
c) ściernicą ślimakową; Wi – P-i i M/i - W2 - ruchy toczne,
f- posuw kształtujący linię zęba

DOCIERANIE

jest to obróbka wykańczająca kół zębatych w stanie twardym stosowana w tych

przypadkach, kiedy nie ma możliwości ich szlifowania. Wykonuje się ją na specjalnych obrabiarkach, tzw.
docierarkach. Koło można docierać za pomocą narzędzia, tzw. docieraka, lub też drugiego koła
współpracującego.

6.

Podzielnica

Podzielnica, zwana również aparatem podziałowym, służy do:

ƒ dzielenia:

a) pełnego kąta na części - przykładem przedmiotów, których wykonanie jest związane z tego

rodzaju podziałem są: koła zębate, frezy, rozwiertaki, tarcze podziałowe, łby śrub, nakrętki
specjalne, przecięcia w nakrętkach koronowych, kły w tarczach sprzęgieł kłowych itp.;

b) odcinków linii prostych na części - przykładem przedmiotów mogą być:

zębatki, podziałki itp.

ƒ

nacinania:

a) rowków śrubowych w walcowych kołach zębatych o zębach śrubowych, we frezach

walcowych o zębach śrubowych, wiertłach krętych itp.,

b) krzywek spiralnych, które znajdują zastosowanie w automatach jako element posuwowy w

suportach narzędziowych,

ƒ

pomiaru kątów środkowych — do czego służą głównie podzielnice optyczne.

7.

Wykonywania ślimacznic



Na frezarce obwiedniowej metodą styczną lub promieniową



Narzędziem jest frez o kształcie i wymiarach prawie takcih samuch jak ślimak wspólpacujący z

daną ślimacznicą.

8.

Jak poprawić chropowatość koła zębatego ( chodzi np o wiórowanie przed hartowaniem)

• dogniatanie
• wiórkowanie
• szlifowanie obwiedniowe
• szlifowanie kształtowe
•docieranie