Obróbka kół zębatych i wybór jej optymalnej metody ma duże znaczenie przy zmieniających się wymaganiach procesów wytwarzania kół. Wykonuje się ją przed utwardzeniem. Wybór metody obróbki kół zębatych zależy od obrabianego przedmiotu, procesów produkcyjnych i rozmiarów partii. W artykule przedstawiamy podstawowe parametry kół zębatych, metody ich pomiarów oraz wykonywania.

Koła zębate – parametry

Koła zębate są klasyfikowane według normy wymaganej dla dokładności obrabianego koła. Najbardziej znaną normą do klasyfikacji kół zębatych walcowych jest DIN 3962. Opisuje wielkość i klasę różnych parametrów w skali od 1 do 12. Oto parametry geometryczne kół zębatych:

  • z – liczba zębów,
  • d – średnica podziałowa,
  • da – średnica wierzchołkowa,
  • df – średnica stóp, średnica okręgu przechodzącego przez dna wrębów,
  • db – średnica koła zasadniczego,
  • p – podziałka obwodowa,
  • pb – podziałka zasadnicza,
  • m – moduł zęba,
  • s – szerokość zęba,
  • h – wysokość zęba, suma wysokości głowy i stopy zęba,
  • ha – wysokość głowy zęba,
  • hf – wysokość stopy zęba,
  • c – luz wierzchołkowy, zwykle 0,2 modułu.

W jaki sposób wytwarza się koła zębate?

Koła zębate wytwarzane są z materiału przed jego utwardzeniem. Dzięki odpowiedniemu przygotowaniu do utwardzania ich toczenie przebiega dość łatwo. Ważne jest, osiągniecie wąskich tolerancji wymiarowych. Podczas procesu toczenia duże znaczenie ma niewielka chropowatość powierzchni oraz powtarzalność obróbki. Wykonuje się ją głównie na obrabiarkach CNC, na których jest prowadzona obróbka metali.

Materiały do produkcji kół zębatych

Materiały, z których wykonuje się koła zębate, muszą mieć odpowiednie parametry technologiczne oraz wytrzymałościowe, aby zapobiec wykruszeniom lub wyłamaniom zębów podczas pracy przekładni zębatej. Ich właściwy dobór wpływa na masę i rozmiary przekładni. Droższe i bardziej wytrzymałe materiały, umożliwiają wytworzenie urządzenia mniejszego i bardziej odpornego na uszkodzenia. Najczęściej stosowane do wytwarzania kół zębatych materiały to:

  • stale węglowe o różnej klasie jakości,
  • stale stopowe,
  • żeliwa szare, sferoidalne niestopowe i czarne perliczne,
  • tworzywa sztuczne, stosowane do małych przekładni o niewielkich obciążeniach.

Metody pomiaru kół zębatych

Wśród metod stosowanych do pomiarów kół zębatych można wyróżnić trzy podstawowe.

  1. Pomiar grubości pojedynczego zęba za pomocą suwmiarki modułowej. Dokładność pomiarów wykonywanych tym przyrządem wynosi 0,02 mm.
  2. Pomiar przez określoną ilość (n) zębów.
  3. Pomiar bicia promieniowego uzębienia ? różnica zaobserwowanych granicznych położeń zarysu odniesienia kół zębatych.

Rodzaje kół zębatych

Koła zębate ze względu na kształt wieńca dzielą się na walcowe i stożkowe. Oba rodzaje mogą mieć uzębienie wewnętrzne lub zewnętrzne. Wyróżnić możemy koła walcowe o zębach:

  • prostych,
  • skośnych,
  • łukowych,
  • daszkowych.

Podobnie wśród kół stożkowych wyróżniamy zęby:

  • proste,
  • skośne,
  • łukowe.

Istnieją też dwie szczególne formy kół.

  1. Zębatka prosta, czyli koło walcowe o nieskończenie dużej średnicy.
  2. Zębatka pierścieniowa, czyli koło płaskie będące odmianą koła zębatego stożkowego, zwane też kołem koronowym.

Technologia wytwarzania kół zębatych

Ze względu na prędkość obwodową w czasie pracy kół zębatych wyróżnia się 12 klas dokładności ich wytwarzania. Rodzaj potrzebnej klasy zależy od zastosowania danego koła. Najdokładniejszą klasą jest klasa pierwsza, a najmniej dokładną dwunasta. Obrabiarki do kół zębatych mają następujące klasy:

  • D – ździeraki,
  • C- koła 10 klasy,
  • B – koła 8-9 klasy,
  • A – koła 7-8 klasy,
  • AA – koła 6-7 klasy,
  • AAA – koła 5-6 klasy.

Metody obróbki kół zębatych

Metoda obróbki kół zębatych zależy od procesów produkcyjnych i rodzaju obrabianego materiału. Poniżej przedstawiamy najczęściej wybierane metody.

  1. Metoda kształtowa obróbki kół zębatych, w której stosuje się narzędzie o zarysie krawędzi skrawającej odpowiadającej zarysowi wrębu obrabianego koła. Ze względu na konieczność posiadania dużej ilości takich narzędzi wykorzystywana jest tylko w produkcji wielkoseryjnej.
  2. Obróbka obwiedniowa, w której zarys zęba jest obwiednią kolejnych zmieniających się położeń krawędzi skrawającej narzędzia. Jedno narzędzie nacina koła o dowolnej liczbie zębów, ale o tym samym module i kącie zarysu.
  3. Frezowanie koła zębatego ślimakowe – nadaje się jedynie do obróbki zarysów zewnętrznych kół walcowych o zębach prostych i skośnych i stożkowych o zębach łukowych.
  4. Metoda Gleasona – głowica frezowa ruchem obrotowym przemieszcza się, tak jak gdyby powierzchnie działania, utworzone przez ruch krawędzi skrawających, były bokami zębów zębatki pierścieniowej, zazębiającej się z obrabianym kołem.
  5. Metoda Fiat Mammano – noże głowicy narzędziowej tworzą pojedynczą spiralę Archimedesa o skoku równym podziałce międzyzębnej obrabianego koła.
  6. Metodą Oerlikona – analogiczna do metody Fiat Mammano, ale noże głowicy narzędziowej tworzą wielokrotną spiralę Archimedesa.
  7. Dłutowanie kół zębatych metodą Fellowsa, które polega na tym, że w trakcie nacinania uzębienia narzędziem w kształcie koła, tworzy ono technologiczną przekładnię z kołem obrabianym. Elementy przekładni wykonują ruch obrotowy, a ich średnice toczne współpracują ze sobą bez poślizgu.
  8. Dłutowanie metodą Maaga jest metodą obwiedniową obróbki kół zębatych, która polega na nacinaniu zębów w procesie dłutowania. Wykorzystuje się w niej nóż dłutowniczy umożliwiający nacinanie kilku zębów częściowo. Przeprowadza się ją na dłutownicy Maaga, która po obróbce jednej podziałki musi być zatrzymana i przesunięta do początkowej pozycji w celu kompensacji luzów.

Podsumowanie

Koła zębate to element wyposażenia większości maszyn i urządzeń, które nas otaczają. Obróbka skrawaniem wykorzystywana do ich wytwarzania różni się w zależności od przeznaczenia, stosowanych materiałów i rozmiarów kół. RL CNC  ma nowoczesne maszyny, w tym sterowane numerycznie. Przy ich pomocy wykonuje obróbkę kół zębatych każdego rodzaju.