Краткое введение в модификацию профиля зубьев шестерен

I. Зачем нужна модификация профиля зубьев шестерен? (Цели и необходимость)

1. Упругая деформация : При передаче мощности происходит незначительная упругая деформация зубьев шестерен, валов и подшипников. Это вызывает то, что основание зуба ведущей шестерни «врезается» в вершину зуба ведомой шестерни (так называемое «вмешательство»), что приводит к ударам, вибрациям и шуму.
2. Ошибки изготовления и монтажа : Сама зубчатая передача имеет небольшие погрешности шага и отклонения профиля зуба. При монтаже могут возникнуть ошибки межосевого расстояния и несоосность валов. Эти погрешности нарушают идеальное состояние зацепления.
3. Тепловая деформация : Тепло, выделяемое при работе системы, вызывает тепловое расширение корпуса редуктора и зубчатых колес, изменяя первоначальные условия зацепления.

• Контакт по краю вершины зуба : Усиление ударов при зацеплении.
• Концентрация напряжений : чрезмерно высокое контактное напряжение на вершинах и в основаниях зубьев.
• Повышенная вибрация и шум : нарушение стабильности и комфорта передачи.
• Сниженная эффективность : потери энергии из-за дополнительного трения и ударных нагрузок.

II. Основные типы коррекции

1. Коррекция профиля зуба — изменение по высоте зуба
   Она заключается в изменении формы профиля зуба в плоскости торцевого сечения, перпендикулярного оси зубчатого колеса. Основные виды включают:
   • Снятие материала с головки зуба : Наиболее распространённый метод модификации профиля зуба, заключающийся в соответствующем утонении небольшой части эвольвентного профиля зуба вблизи вершины зуба. Его цель — компенсировать погрешности шага по основной окружности и деформацию зубьев шестерни, избежать краевого контакта вершин зубьев, а также ударов при входе и выходе из зацепления и обеспечить плавное передаточное движение.
   • Профилирование у основания зуба : Утонение основания зуба в области, соответствующей вершине зуба сопряжённой шестерни. Его цель — предотвратить интерференцию между вершиной зуба сопряжённой шестерни и основанием зуба текущей шестерни, а также обеспечить плавный переход при зацеплении.
   • Образование выпуклости по длине зуба (проточка) : Формирование профиля зуба в виде слегка бочкообразной формы с небольшим выступом в средней части. Его цель — компенсировать эксцентричную нагрузку на шестерню и ошибки монтажа, обеспечивая лучшую концентрацию нагрузки в середине поверхности зуба и избегая концентрации напряжений на краях.
2. Модификация по длине зуба — модификация вдоль ширины зуба
   Речь идет об изменении формы поверхности зуба в направлении, параллельном оси шестерни. Основные типы включают:
   • Снятие фаски с концов зубьев : Уменьшение толщины обоих концов зуба шестерни вдоль направления линии зуба. Целью является компенсация деформации вала и корпуса коробки передач, а также ошибок винтовой линии зубьев, предотвращение концентрации напряжений на концах зубьев и улучшение распределения нагрузки по поверхности зуба.
   • Выпуклая коррекция профиля зуба : Формирование поверхности зуба в виде слегка бочкообразной формы по ширине зуба (выпуклость в середине и снижение к обоим концам). Являясь наиболее эффективным методом коррекции линии зуба, она позволяет значительно компенсировать эксцентричную нагрузку, вызванную крутильной деформацией вала и неправильным монтажом, сосредоточив контактный след в центральной части поверхности зуба и повысив несущую способность и срок службы.

III. Как выполнить коррекцию профиля зубчатого колеса? (Методы изготовления)

1. Модифицированная шлифовка зубьев : Наиболее точный и распространённый метод. На станке с ЧПУ для шлифовки зубьев траектория движения шлифовального круга управляется с помощью программного обеспечения, что позволяет непосредственно формировать требуемый модифицированный профиль зуба. Является предпочтительным методом для реализации сложных модификаций (например, выпуклых зубьев).
2. Модифицированное обдирание зубьев : Для зубчатых колёс с мягким поверхностным слоем можно использовать модифицированный резец для обдирания, передавая величину модификации на поверхность зуба.
3. Модифицированное притирание зубьев : Принцип аналогичен обдиранию зубьев — используется модифицированный притирочный диск для окончательной обработки закалённых зубчатых колёс. Этот метод не только улучшает качество поверхности, но и обеспечивает определённую степень модификации.

Заключение