16. CSIGA ÉS CSIGAKEREKEK MEGMUNKÁLÁSA

Átírás

1 16. CSIGA ÉS CSIGAKEREKEK MEGMUNKÁLÁSA A csigahajtás néhány száz éve ismert, ennek ellenére a hajtóelemek alakjának, célszerű kialakításának kutatása alig néhány évtizedes. A kutatások világviszonylatban a fogazás geometriai és méretezési kérdéseire összpontosultak. A szerzők a gyártástechnológiát alig tárgyalják. Ha mégis érintik ezt a kérdést, akkor anélkül teszik, hogy a fogazás geometriai alakja és a gyártástechnológia közötti kapcsolatra utalnának.

2 Amíg ugyanis az evolvens homlokkerék hajtásoknál a fogazás gyártástechnológiája, azaz kivitelezési módja aránylag független a fogformától, addig a csigahajtásoknál a csiga, ill. a csigakerék fogazatainak alakja a gyártástechnológiát egyértelműen meghatározza. A kedvező geometriai tulajdonságok hatását a technológiai tényezők jelentősen javíthatják, ill. kedvezőtlen esetben ronthatják. A kapcsolódó felületek alakpontosságát és felületminőségét (érdességét) ugyanis technológiai tényezők határozzák meg.

3 A csigahajtás hatásfoka és tartóssága szempontjából döntő jelentőségű a kapcsolódó elemek alakpontossága és fontos szerepe van a fogazat felületminőségének is Vonalfelületű hengeres csigahajtások Magyarországon korábban elsősorban az egyenes alkotójú csavarfelületekkel foglalkoztak a kutatók. A háborút (1945) követő ipari fellendülés azonban igényelte a szakterület intenzív fejlesztését, melyet Szeniczei L. kezdeményezett.

4 Az 1957-ben megjelent "Csigahajtóművek" című könyve úttörő munkának számít [159]. Ez a mű sok fiatal kutatót késztetett munkára és hatására a témakörben sok érdekes publikáció jelent meg. A hazai kutatási eredményekről összefoglalóan Erney Gy. számolt be [63]. Magyar J. kandidátusi értekezésében [63] többek között az evolvens és konvolut csavarfelületek leképzését és gyártástechnológiai kérdéseit tisztázta.

5 A Diósgyőri Gépgyárban Varga I. foglalkozott a konvolut csavarfelületekkel és ért el eredményeket e területen [174]. Több munka jelent meg Tajnafői J. [161], Drahos I. [17, 18, 19, 21, 22], Drobni J., Szarka Z. [23], tollából, melyek egy-egy részterületet megvilágítva gazdagították szakirodalmunkat. Tajnafői J. kandidátusi értekezésében [161] - e területen elsőként az országban - többek között a fogazáselmélettel szoros kapcsolatban álló mozgásleképzések alapelveit tisztázta, és rámutatott az alámetszések technológiai gyökerére. Meghatározta az alámetszés minden fajtájára érvényes szükséges és elégséges feltételeket.

6 16.2. Kúpos csavarfelületek A kúpos csavarfelületek kinematikai elemeken leggyakrabban a kúpos csigák működő felületeiként használatosak. A kedvező hidrodinamikai viszonyokkal rendelkező korszerű nagy teherbírású és jó hatásfokú hajtópárokkal a hajtóművekben fellépő energiaveszteséget jelentősen lehet csökkenteni. A teljesítményveszteség szempontjából nem közömbös ugyanis - és ez valamennyi hajtástípusra érvényes -, hogy a lehetséges fogazatgeometriai jellemzők közül azok kerüljenek alkalmazásra, melyek kedvező kapcsolódási viszonyokat eredményeznek [83, 84].

7 A kitérő tengelyvonalú fogazott hajtások területén eddig megvalósult nagy teherbírású, elsősorban ortogonális tengelyelrendezésű hajtások egyik kevéssé ismert - nem nagy múltra visszatekintő - típusa a spiroid hajtás. Az Illionis Tool Works (USA) főkonstruktőre F. Bohle által elsőként ismertetett spiroid hajtás [13] elsősorban a kúpkerék- és csigahajtások közös áttételi tartományának határa közelében alkalmazható kedvezően. Ezt szemlélteti a ábra. A hajtópár egy tányérkerékből és - általános esetben - egy ezzel kapcsolódó kúpos csigából áll. Ha a csiga kúpszöge (δ) nullával egyenlő, úgy hengeres csiga és egy tányérkerék kapcsolódása jön létre.

8 A szakirodalom ezt helikon-hajtásnak nevezi, - illetve pl.: a GOSZT szabvány - azt is spiroidnak nevezte el. Bohle a [13] cikkében a hajtópár paramétereiről, adatairól nem tesz említést, csak néhány technológiai kérdést, valamint az alkalmazási területet, illetve az üzemi tapasztalatokat értékeli. A gyakorlatban eddig megvalósított hajtópárok egy lépcsőben megvalósítható, jellemző áttételi tartománya i=10-110, de sajátosan megválasztott jellemzők mellett megvalósult már i=359 áttételű hajtópár is (kinematikai hajtás kis modullal).

9 16.1. ábra Hajtás típusok a tengely elrendezés szerint

10 F. Bohle cikkének [13] megjelenését követően számos fejlett országban megkezdődött a spiroid hajtópárok tulajdonságainak elemzése. A hajtópárok kapcsolódási viszonyainak elemzése mellett a gyártástechnológiai problémák feltárása fokozott jelentőséggel bír, mert csak megbízható, termelékeny fogazási eljárással lehet gazdaságosan biztosítani az elméleti vizsgálatok alapján feltárt kedvező fogazásgeometriai alapparaméterek melletti helyes kapcsolódást. Párhuzamosan a technológiai fejlesztéssel Saary, O. [149] a kinematikai viszonyokat is elemezte a spiroid hajtások esetén.

11 A spiroid hajtások hozzáférhető kutatási eredményeit és üzemi adatait Illinois Tool Works részéről Dudley [62] kézikönyvben dolgozta fel. A megadott táblázatok lehetővé teszik, hogy a tervezők a spiroid hajtások terhelését, hatásfokát, áttételi tartományát, térszükségletét más térigényű hajtásokkal összehasonlítsák. Ennek alapján arra lehet következtetni, hogy a spiroid hajtások által átvihető terhelés és a lehetséges áttételi tartomány a hipoid hajtásokhoz és a nagyteljesítményű csigahajtásokhoz hasonló, a teljesítmény szerinti fajlagos térszükséglet azonban ettől kisebb [83].

12 Az 1960-as években megkezdődött a spiroid hajtások fejlesztése a Szovjetunióban is. A munka egységesítésére pedig 1977-ben szabvány készült (GOSZT ), amely a jelöléseket és az elnevezéseket tartalmazza. A kutatások kezdetben az archimedesi [74, 132], majd evolvens vonalfelületű spiroid csigákkal [62, 68, 70] és ezek technológiai és kinematikai kérdéseivel, valamint azok üzem közbeni viselkedésével [62, 70, 71, 73] foglalkoztak.

13 Bulgáriában a spiroid hajtások fogazásgeometriájával Abadziev és Minkow [1, 128] foglalkozott. E munkában az egyenes vonalú spiroid hajtások kinematikai-geometriai viszonyainak részletkérdéseit elemzik. Több kutató [110, 152] megpróbálta a spiroid hajtást más hajtástípussal összehasonlítani [104]. Ezen a területen még számtalan kérdés vár magyarázatra, különösen ami a kapcsolódási viszonyok qualitatív vizsgálatát illeti. A nevezett kutatási munkák lehetővé teszik ugyan a hajtópár fő méreteinek, valamint a fogazásgeometriai alapadatoknak a meghatározását, a kapcsolódás jóságáról azonban csak további vizsgálatokkal lehet tökéletes képet adni.

14 A spiroid hajtásokkal Magyarországon ez ideig a BME-n Hegyháti J. [83, 84], és az NME Gépgyártástechnológiai Tanszéken ezek gyártásgeometriájával és szerszámaival a könyv szerzője [56, 58, 59, 62] foglalkozott. Ennek eredményeként vált lehetővé, hogy a legyártott spiroid hajtópárokat a hengeres csigahajtópárokkal összehasonlíthassuk. E munkában a BME Gépszerkezettani Intézete és az NME GT között igen jó együttműködés alakult ki.

15 A drezdai Fogaskerék Konferencián 1983-ban Hegyháti J. [84] előadásának vitájában vetődött fel a kúpos csavarfelületek geometriailag helyes köszörülésének az igénye. A szerző is részt vett ebben az eszmecserében és a probléma érdekessége miatt, valamint a BME Gépszerkezettani Intézetének a kérésére kezdett intenzíven foglalkozni a kérdés megoldásával.

16 Az MTA Gépészeti Bizottság Hajtástechnikai Munkabizottságának ülésén (Budapest, V.26.) a tárgyban végzett munkáról is szóló beszámolóban a szerző már egy olyan általános algoritmus megalkotásának a lehetőségét veti fel, amely alapján lehetséges a különböző fajta csavarfelületek közös tőről való leszármaztatása [57].

17 A Miskolci Egyetemen Lévai I. [112, 113] a térbeli hajtások számtalan problémájával foglalkozott. Ő vizsgálta többek között a fogazáselméletet, a vonalfelületű, kitérőtengelyű hajtópárok esetén, melyek változó mozgást végeznek. Foglalkozott továbbá a hipoid hajtások tervezésének alapvető kérdéseivel.

18 16.3. Szerszámfelületek A csavarfelületekre vonatkozó elemzés alapvetően igaz a csavarfelületű szerszámokra is. Ezért olyan modellt kívánunk megalkotni, amelyben a szerszámok is elemezhetők. A forgácsoló szerszámok (köszörűkorongok, lefejtő marók, alakos marók, menetfúrók, egyéb csavarfelületű szerszámok) működő felületei és mellékfelületei - a szerszámok hát-, és oldalfelületei - képezik vizsgálataink súlyponti részét.

19 A fogazatokkal foglalkozó szakkönyvek általában [63, 119, 124, 134, 147] csak érintik a hajtóelemek gyártásához nélkülözhetetlen - geometriailag helyesen megszerkesztett - szerszámok tervezését, előállítását. A fogazott elemek szerszámozása területén Magyarországon Bakondi K. [3], Drahos I. [17, 18, 19, 21, 22], munkáin kívül igen kevés a megjelent publikációk száma. A fogazatok előállítása során mind jobban előtérbe kerül a szuperkemény köszörűkorongok (egyszemcse-sorral) és a bevonatolt vagy keményfémből előállított szerszámok [9, 118] alkalmazása.

20 Amíg a csavarfelületeket általában egyetemes szerszámmal elő lehet állítani, addig azok hajtópárjának gyártásához különleges profilú szerszámra van szükség. Ezen szerszámok geometriai kialakítását alapvetően a gyártandó csavarfelület határozza meg [181]. Azaz az egyedi felületekhez tervezett lefejtő marók kialakítására van szükség [12, 86]. A csavarfelületek megmunkálásának alapvető szerszáma a kellő pontossággal előállított, szabályozott köszörűkorong, vagy maró [10, 93, 94, 120, 133]. E szerszámok geometriailag helyes előállításához a működési viszonyok alapvető matematikai elemzése szükséges, azaz kellően kimunkált gyártásgeometriai ismeretre és gyártási eljárásra van szükség.

21 Ezeknek a műveknek a felsorolásával még távolról sem merítettük ki az érdekes és mélyreható munkák sorát. Számos kutatási eredményre a könyv szövegeiben és az irodalomjegyzékben hivatkozunk A téma irodalmából a könyv témájához illeszkedő általános következtetések Az eddigiekben ismertetett publikációkra általában az a jellemző, hogy a csavarfelületek tárgyalása során jelentős mértékben elkülönülnek az elméleti és gyakorlati problémákat tárgyaló munkák.

22 Kevés az olyan elméleti kutató, aki konkrét gyártással is foglalkozik és kevés az olyan gyakorlati szakember, aki a konkrét problémákat elméleti vonatkozásban is vizsgálja. Éppen ezért az elmélet és a gyakorlat összekapcsolódása az irodalomban csupán egy-egy konkrét problémához kötődik. Az elméleti munkák pl. az állandó emelkedésű hengeres csavarfelületeket rendszerint vagy egy egyenes alkotó, vagy pedig egy általános burkolófelülettel érintkező görbe - úgynevezett vezérgörbe - csavarmozgásából származtatják. A megmunkáló szerszám profilját pedig a folyamatot megfordítva hasonló elven határozzák meg.

23 A gyakorlati problémákat tárgyaló publikációk a gyártási problémákat vetik fel és megadják, illetve értékelik a megoldás módját gyakorlati szinten, de az empirikusan megoldott probléma elméleti magyarázatát, megoldását nem adják meg. Tekintettel arra, hogy - sajnos - az elméleti és gyakorlati kutatások nemcsak a publikációkban hanem a valóságban is elkülönülnek, az egyes területeken kapott eredmények nem hatnak megtermékenyítően a másik területre. A [49] könyv szerzője ezért igyekezett az elméleti tárgyalást, levezetéseket a csavarfelületeket megmunkáló szerszámgépek kinematikájához és szerszámozásához kapcsolni.

24 Hasonló problémát jelent a hengeres csavarfelületek geometriai ellenőrzése kapcsán megjelent publikációk felfogása is. A csavarfelületeket, amelyek az egyik legjellegzetesebb térbeli alakzatok, a geometriai ellenőrzés során általában síkbeli alakzatként kezelik [11, 103] (pl. az osztást a tengelymetszeti síkban, a profilt a tengelymetszetben, vagy alkotósíkban mérik). Így természetes, hogy az ellenőrzési sík kiválasztása a csavarfelületen csak véletlenszerű lehet. Ezért az egész felület alakhibájára való következtetés nem megfelelően megalapozott [102]. A szerző [49] könyvben a csavarfelületek geometriájának térbeli ellenőrzésére is kitér, amely a minősítés megbízhatóságát nagyságrenddel megnövelheti.

25 Ez teszi szükségessé, hogy a csavarfelültekre általánosan megfogalmazható gyártásgeometriaigyártástechnológiai alapokat összefoglaló általános modellből kiindulva végezzük el a csavarfelületek technológiai problémáinak átfogó elemzését. Ez az elemzés szorosan kapcsolódó gyakorlati és elméleti eredményekre vezet a csavarfelületek tervezése, gyártása és minősítése terén, amelyeket a szerző e könyvben foglal össze. A szerző bemutatja a gyártásgeometria fejlesztése terén elért eredményeit, amelyet a DIGÉP-ben illetve a Miskolci Egyetemen végzett, illetve ért el.

26 A XXI. század küszöbén vagyunk és elvárhatjuk, hogy az olyan technológiák, mint a CNC vezérlésű fogazó gépek és a 3D-s számítógépes koordinátamérőgépek alapvetően megváltoztassák a jelenleg meglévő fog geometriát és fogazási technikát, illetve technológiát.

27 16.5. Csigahajtások osztályozása Működési szempontból Kinematikai csigahajtások Ezek jellemzője, hogy az a tengelytávolság állítható, a tengelyszög eltérhet 90 -tól. Alkalmazzák mérőberendezésekben, osztómechanizmusokban, kis teljesítmény esetén. A mérettartomány: 1 m 16 D = 5000 mm-ig.

28 Teljesítményt átvivő csigahajtások A tengelytávolság nem állítható, és a tengelyszög = 90 A mérettartomány : 1 m 30 d 1 = 400 mm-ig, D = 2000 mm-ig.

29 Konstrukciós szempontból A csigahajtás elemeinek a csiga és a csigakerék alakja szerint háromféle típust szokás megkülönböztetni: hengeres, globoid és különleges csigahajtóművek (pl. kúpos csiga vagy spiroid hajtás). Hengeres (a csiga henger alakú) 16.2.a. ábra, Anglia, Németország, Oroszország, Magyarország az elterjedési területük. Globoid (a csiga globoid alakú) 16.2.b. és 16.2.c. ábra, USA, Oroszország, ahol inkább használatosak. Különleges (a csiga vagy a csigakerék különleges alakú; pl.: 16.2.d. ábra).

30 a) b) c) d) ábra Csigahajtások konstrukciós osztályozása a) hengeres csigahajtás b) globoid csigahajtás hengeres csigakerékkel c) globoid csigahajtás d) spiroid csigahajtás

31 A hengeres csigahajtások A csiga menetoldalát alkothatják vonalfelületek és nem egyenes alkotójú felületek. A vonalfelület lehet: archimedesi csavarfelület, melynek tengelymetszete egyenes, konvolut csavarfelület, evolvens csavarfelület. A nem vonalfelületű csigákat egykúpos és kettőskúpos szerszámmal lehet készíteni, vagy alakos esztergálással.

32 A hengeres csigák tengelymetszetben konkáv vagy konvex profilúak lehetnek, amelynek a keréken konvex vagy konkáv konjugált profilok felelnek meg. A hengeres csigák fogai lehetnek: szimmetrikusok és asszimmetrikusok Globoid csigák Ezen csigák közül legelterjedtebb a vonalfelületű, mely tengelymetszetben egyenes vonalú.

33 16.6. Hengeres csigahajtások osztályozása Működésüket tekintve a menetek két csoportját különböztetjük meg. Az egyik csoportjuk az alkatrészek rögzítésére szolgál, kötőmenetek, míg a másik csoportba tartozók feladata a mozgás, a nyomaték átszármaztatása, átalakítása, kinematikai menetek, illetve szerszámfelületek. Ezek egy lehetséges csoportosítását mutatja a [33] irodalomból átvett ábra, amely ott a csavarfelületek származtatásának geometriailag helyes gyártásához szükséges matematikai modell felállítására szolgál.

34 Az egyenes élű szerszámmal készült (egyenes alkotó található a csiga fogfelületén) csigáknál beszélni szoktunk a következő csigahajtásokról: Vonalfelületű hengeres csigák Archimedesi csiga: ZA, melynek tengelymetszete egyenes, Hernyóra döntött konvolut: ZN1; egyenes alkotók a foghernyóra merőlegesek, Árokra döntött konvolut: ZN2; egyenes alkotók a fogárokra merőleges síkban vannak,

35 Evolvens (involut) csiga: ZI; az egyenes alkotók az alaphengert érintő alkotó síkban fekszenek, Duplex csiga: ZD; különböző menetemelkedésű oldalon van a fog két alkotója Nem vonalfelületű hengeres csigák Egyenes alkotójú szerszámmal történik a gyártás, de a csigán sehol sem található egyenes alkotó. Egykúpos csiga: ZK1 ujjmaróval vagy csaposkővel. Kettőskúpos csiga: ZK2 tárcsamaróval vagy köszörűvel

36 16.3. ábra Csavarfelületek főbb alkalmazási területei és rendszerezésük [49]

37 Ívelt profilú csigák Axiális ívelt csiga: ZTA, a körívprofil a főmetszet síkjában van. Hernyós ívelt csiga: ZTN1, a körívprofil a csiga fogára merőleges síkban fekszik. Árkos ívelt csiga: ZTN2, a körívprofil a fogárok közepén haladó csavarvonalra merőleges síkban fekszik. Korongos ívelt csiga : ZT1, a csiga profilját a fogárokban γ o -val bedöntött kettős körívprofillal kiképzett tárcsa alakú szerszám határozza meg.

38 A szabvány a csiga típusait a fogfelületek különbsége alapján választja szét és határozza meg. Az utóbbi táblázat - amely a csigák alapjellemzéséhez nyújt segítséget - a nevezetes metszet síkja, az alkotó alakja és a származtató ősszerszám szerint sorolja be a csigákat. A következő oldalon: Csigahajtások jellemzői (16.1. táblázat)

39 16.1. táblázat Nevezetes metszet síkja Tengelysík Fogra merőleges sík Fogárokra merőleges sík Kétkúpos Hengermetszeti normálsík Az alkotó alakja A síklapú egyenes ZA körív egyenes körív ZTA ZN1 ZTN1 Származtató fogasléc Összerszám egykúpos egyenes ZN2 ZK1 ZK2 körív ZTN2 ZTK egyenes körív ZI

40 16.7. A hengeres csigahajtóművek gyártástechnológiájának alapjai A könnyebb megértés érdekében vázoljuk fel a konvolut csiga származtatását.

41 alkotó sík y torokhenger szerszám p 1 z α Ft x mdb 2 ϕ p ϕ. szerszám éle α t alaphenger hurkolt evolvens (konvolút) [homlokmetszetben] r a ábra A konvolut csiga származtatása

42 A hengeres csigahajtómű tervezése és a hajtómű elemeinek gyártástechnológiája között szoros a kapcsolat. A szerszám alakja és a szerszámok a megmunkálás folyamán elfoglalt helyzete meghatározza a csiga fogazatának kiterjedését, ugyanakkor a csiga alakja határozza meg azt a szerszámot, amivel a csigakerék fogazatát megmunkálják. Ebből következik, hogy amíg a csiga fogazatát megmunkáló szerszám lehet egyetemes, addig a csigakerék fogazatát mindig egyedi (különleges) szerszámmal munkálják meg.

43 A csavarfelületet meghatározó adatok: H - emelkedés r D - torokhenger sugara α Ft - az alkotó szöge

44 archimédeszi konvolut evolvens ábra Vonalfelületű csiga homlokmetszeti görbéje

45 A csiga fogazatát általában a következő fázisokban munkálják meg : - 1. nagyolás - 2. elősimítás - 3. simítás - 4. tükrösítés 1. Nagyolás: profilozó esztergálással, marás, örvénylő menetmarással, tárcsamaróval, véséssel vagy meleghengerléssel (tömeggyártás).

46 A nagyoló esztergálás kis termelékenységű, ennek ellenére igen elterjedt eljárás ( főleg egyedi gyártásban ). Sokkal termelékenyebb a tárcsamaróval való marás, ezért kissorozatban előnyben részesítik. Ha a csiga emelkedési szöge nagy, előnyösebb a nagyoló vésés. 2. Elősimítás: Célja a csigafogazat alakhűségének és méretpontosságának valamint, felületi érdességének biztosítása. Cementáláshoz a végleges alakot kell kialakítani, esztergán vagy köszörűn.

47 3. Simítás: A készre simítás technológia korlátja a csiga edzett állapota, ahol az eljárás csak köszörülés lehet. A nem edzett csigák készre simítása esztergálással és köszörüléssel is végezhető. ZA, ZN1 és ZN2 - t célszerű az alkotósíkban fekvő ψ alkotószögű profilozó, egyenes élű késsel végezni.

48 Az ívelt típuscsalád ZT1 ZTN1 és ZTN2 simító esztergálását lehet profilozással végezni, körív oldalú késsel. Az edzetlen ZK1, ZK2 és ZTA típust maróval lehet készre simítani. A fogprofil nagyoló esztergálása után átfordítjuk azt és ugyanazon szerszám beállítással munkáljuk meg a szimmetria minél tökéletesebb biztosítása érdekében a csiga egyik és másik fogoldalát.

49 4. A tükrösítés: Célja a fogfelületek felületi simaságának javítása, R a = 0,4-0,2µm. Így csökken a súrlódás az érintkező felületek között, aminek következménye nemcsak a hatásfok lényeges növekedése, hanem a hajtómű hosszabb élettartama is. Az egyenes alkotójú csigák megmunkálásának alapismeretei esztergálásnál. A csiga emelkedésének mind pontosabb elkészítésére olyan váltókerekeket kell alkalmazni, melyek lehetővé teszik a π értékét, vagy annak egészszámú többszörösét, minél jobban megközelíthető áttétel megvalósítását (pl. 6. tizedesig) (16.6. ábra).

50 Például: a b c = d = Mivel a csigák nagyolása nem jelent különösebb problémát, a következőkben csak a simítási profilozási műveletet tárgyaljuk. A könnyebb megértés érdekében vázoljuk fel a konvolut csiga származtatását.

51 a z fo H cs c b n fo d z vo n v h v ábra Menetesztergálás elve

52 A váltókerekek áttételének a csiga H cs menetemelkedésének (ez eltérő csigánként) és a vezérorsó h v menetemelkedésének (ez gépenként állandó) az arányát kell adnia (H cs =i váltók *h v ) i váltó k. H cs nvezérorsó zfõorsó = = = = h n z v fõorsó vezérorsó m π z h v 1 a c = b d C = π C (16.1) A nagyoló és simító megmunkálási szerszám elhelyezést a ábra szemlélteti: a nagyoló kés a lábkör alá szúr (16.7.a. ábra), és a simítás vagy oldalirányú fogásvétellel történhet (16.7.b. ábra), vagy teljes profil mentén radiális irányú előtolással (16.7.c. ábra).

53 a) b) c) nagyolókés α 90 - α ábra Forgácsleválasztás különböző módjai a) nagyoló beszúrás b) sugárirányú előtolással való simítás c) kétirányú fogásvétellel (késszán elfordításával) való simítás

54 A ZA típusú csiga esztergálása Az archimedesi csavarfelületekből kialakított ZA-csigát vagy archimedesi csigát, tárgyalt lineáris hengeres csigák olyan elfajuló esetének tekinthetjük, amelynek nincs torokköre, azaz: r D = 0. Az alkotósík egybeesik a csiga tengelysíkkal. Az egyenes alkotó a csiga tengelysíkjában fekszik, és alkotószöge egyenlő az axiális profilszöggel, ami egyben a ZA-csiga alap-profilszöge is. α Ft = α x.

55 Mivel az egyenes alkotókat tartalmazó tengelysík, a csiga egyetlen csavarvonalára sem merőleges, vagyis síkban nem kifejthető torz csavarfelület ezért sík homlokfelületű koronggal geometriailag helyesen nem köszörülhető meg az archimedesi csiga. A nagyoló és simító megmunkálás szerszám-elhelyezését a 16.8 ábra szemlélteti.

56 a ) b ) ábra Archimedesi csiga esztergálása

57 16.9. ábra Kés elhelyezése archimedesi csiga megmunkálásakor a) m < 5 mm esetén, egy fogással. b) m > 5 mm modul esetén, két fogással.

58 Konstrukciós módosítással növelhető a hátszög értéke α 1 > α 1 ; α 2 > α 2, de csökken a β 1 ékszög és ezzel a kés merevsége is, ami rezgésekhez vezet és durva megmunkált felületet eredményez (16.9. ábra), így csak γ 6 -os menetemelkedésű csiga készíthető Konvolut csigák gyártása: ZN1 és ZN2 A kedvező forgácsolási feltételek biztosítása érdekében ha γ 0 > 6, akkor a kést meg kell dönteni, és így valósítható meg az árkos vagy hernyós konvolut csigahajtás.

59 A ZA típusú csigát csak akkor célszerű alkalmazni - a működési szögek megfelelő értéken tartása érdekében -, ha a γ 0 6.

60 ábra Késelhelyezés konvolut csiga megmunkálásánál

61 A konvolut csigák készítésekor kétféleképpen állíthatjuk be a kést. Az a esetben a csiga profilja a fogárok szerinti normálmetszetben egyenes vonal, a b esetben a menetre merőleges normál metszetben egyenes vonal. Gyakorlati szempontból a b kedvezőbb, mert a csigakerék visszafejtését α profilszögű trapézszerszámmal lehet elvégezni a csiga megmunkálásakor az alkotósíkban (BCD síkban), ψ alkotószögű szerszámmal.

62 Konvolut csiga és csigakerék gyártásakor a szerszám elhelyezése: a) ZN1 hernyóra döntött (hernyós konvolut esetén) csiga, b) ZN2 árokra döntött (árkos konvolut esetén) csiga. ψ szög alatt kell elhelyezni a kés élét. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy a ψ profilszögű trapézkés egyik felét készítjük el, amelynek homloksíkját (alkotósíkját) rt torokkör - sugárral a tengelysíkkal párhuzamosan eltoljuk (16.10.b. ábra).

63 Az így berajzolt késél a csiga fogárkának csak az egyik felét készíti el. A másik fogoldal elkészítéséhez a csigát meg kell fordítani. A szerszámok természetesen a rajzhoz képest megfelelő homlokszöggel, hátszöggel stb. rendelkeznek. A két forgácsoló élű megmunkálást m 5 mm-ig célszerű alkalmazni, e fölött egyoldalas kést kell használni. a) ZN1 hernyóra döntött (hernyós konvolut esetén) csiga gyártása A csigafog normálmetszeti profilja egyenes, azaz az egyenes alkotók a csigafog közepén áthaladó csavarvonalra merőleges síkban fekszenek ( ábra).

64 z i rdn1 M M' z j rdn1 γ M' ddn1/sin ws γ αντ r1 r1 M A szerszám éle αντ A szerszám éle αντ xi ws γ y1 yi Az osztó henger alkotója x1 xi ábra Hernyós konvolut csiga szerszámgeometriája

65 A csiga megmunkálásához, a kés helyes beállításához ismerni kell a torokhenger sugarát [119] [121]. Az alkotó-egyenes a torokhengert érintő alkotósíkban fekszik, amely a homloksíkkal ψ alkotószöget zár be. Az alkotószög nagysága, α N1 profilszög, és a γ 0 osztóhengeri emelkedési szög ismeretében számítható: ψ = arc sin ( sinα cosγ ) N1 o (16.2)

66 A torokhenger sugár nagysága a profilszög, a fogvastagság és az osztókör sugár ismeretében trancendens egyenlet alkalmazásával, sorozatos közelítéssel határozható meg egzakt módon: r DN1 = r 01 tgα 1+ tg N1 2 - α W 2 N1 SZ sin 2 sinγ A gyakorlatban főleg egyedi gyártásnál a torokhenger átmérő meghatározására közelítő képlet használata is szokásos, amelynél figyelembe kell venni az ebből adódó fogárok szélességet. d D γ o π m tgψ z1 + ctgα N1 sinγ (16.4) 2 = o o (16.3)

67 A szerszám szélessége: w s π m cosγ 2 ha a foghernyó és árok axiális méretét egyenlőnek vesszük fel. csiga b) ZN2 árokra döntött (árkos konvolut esetén) A csiga fogárkának normálmetszeti profilja egyenes, azaz az egyenes alkotók a csiga fogárok közepén haladó osztóhengeri csavarvonalra merőleges síkban fekszenek.

68 A döntött kés élei mind az a) mind a b) esetben érintik az r D sugarú torokhengert és a csigatengelyhez képest γ emelkedési szöget bezáró síkban fekszenek. ez a sík a kés homloksíkja a torokhengerből olyan ellipszist metsz ki amelynek kisebbik átmérője egyenlő a torokhenger átmérőjével. A csiga megmunkálásához, a kés helyes beállításához ismerni kell a torokhenger sugár nagyságát amely ez esetben: r DN2 = r 01 tgα 1+ tg N 2 2 α + N2 s 2 SZ sin 2 sinγ γ o o (16.3)

69 A szerszám szélessége: s sz π m cosγ 2 rdn2 r1 M 1 sin γ 1 sin α 1 cos γ γ cos α M' α z i γ αν2 A szerszám éle αν2 A szerszám éle z 1 rdn2 M ddn2/sin γ ssz xi αν2 M' r1 z j γ Az osztóhenger alkotója ssz y1 x1 xi yi ábra Árkos konvolut csiga szerszámgeometriája

70 Az esztergakést a tengelysíkhoz képest az alaphenger sugarának megfelelő mértékben meg kell emelni. A késbehúzás elkerülésére a vízszintes érintősíkot, amelyikben benne van a kés forgácsoló éle, a tengelysík fölött választják meg (Rohonyi szerint). Vigyázni kell a kés elhelyezésére a különböző menetemelkedések esetén, melyet az alábbi ábra szemléltet.

71 . γ 0 RDN1 DN1 R α N1 ψ m <5 egyenes alkotók a ) b ) ábra ZN 1 típusú csiga egykéses megmunkálása az alkotósíkban

72 Jobb emelkedés Bal emelkedés B J B J r D ψ a kés elmozdításának iránya ψ a ) b ) ábra Konvolut csiga előállítása

73 Ezt az elrendezést szigorúan be kell tartani, különben más fajtájú vonalfelületet, tehát más típusú csigát kapunk eredményül Evolvens (involut) csigák gyártása ZI Azokat a lineáris hengeres csigákat, amelyeknek a fogfelületeit olyan evolvens csavarfelületek alkotják, amelynek homlokfelületei csúcsos evolvensek, ZI csigának vagy evolvens csigának nevezzük. Ezeknek a csigáknak a torokhengere azonos a csiga alaphengerével. r D = r b1

74 tehát az egyenes alkotók érintik a csiga alaphengerét. Az evolvens csiga tulajdonképpen evolvens fogazatú fogaskerék, tehát az alaphenger sugarát ennek megfelelően r b1 = r 01 cos α I összefüggéssel számítjuk ki. α t -t a csigafog homlok-profilszögét, az evolvens csigára jellemző α n alapprofil-szögből (ami a ZI-csiga fogazatával kapcsolódó képzelt fogasléc normálmetszeti profilszöge) tanα n tanαt = sinγ képlettel határozzuk meg (16.4. ábra alapján).

75 Tekintettel arra, hogy a ZI csiga egyenes alkotója benne fekszik az alaphenger érintősíkjában és egyben az alaphengerre írt csavarvonal érintője is, az evolvens csiga alkotószöge egyenlő az alaphengeri emelkekési szöggel. Az alaphengeri emelkedési szög: tg α = b tgαt. cosγ

76 k α Ft szerszám éle r 01 kés homloksíkja tengelymetszeti sík alkotó sík k t.s. párhuzamos sík ábra Evolvens csiga szerszám-elhelyezése

77 A ZI-csiga fogfelülete (mivel lefejthető felület, vagyis olyan vonalfelület, amelynek bármely érintősíkja a felületet egy teljes alkotó mentén érinti) megfelelő szerszámgépen egyszerű szerszámmal, sík felületű köszörűkoronggal megköszörülhető. Ezért a vonalfelületű hengeres csiga-hajtópárok betétedzett és köszörült csigája gyakran evolvens-csiga. Az alaphenger átmérője a modul, a fogszám és az alkotószög ismeretében számítható: d a1 = m z 1 ctg α Ft (16.5) ez lényegesen nagyobb, mint a torokhenger átmérője.

78 Jobb emelkedés Bal emelkedés B J B J r D α Ft a kés elmozdításának iránya α Ft Profilvizsgálat: a ) b ) ábra Evolvens csiga esztergálása Az alkotó egyenes alak- és helyzetpontosságát az alkotósíkon vizsgálhatjuk [7].

79 16.8. Hengeres csigák megmunkálása marással (ZK1; és ZK2) típusú csigák marása Az egyenes alkotójú csigák esztergálással való megmunkálása viszonylag egyszerű művelet, ezt mégis a munka kis termelékenysége jellemzi. Sorozatgyártásban nagyobb termelékenységű a csigák marása. Különleges marógépeket igényel. A ZK és ZU típusú mart csigák már nem vonalfelületűek. A kettős kúpos tárcsamaró átmérőtől függ a fogfelület alakja.

80 Attól függően, hogy a hengeres csiga fogfelületeit kúpfelülettel vagy körívvel, illetve körgyűrű felülettel képezzük, a csigákat ZK vagy ZT típusú (körívprofilú) csigának nevezzük. A ZK típusú csiga olyan nem lineáris hengeres csiga, amelynek a fogfelülete a csiga tengelyvonala körüli csavarmozgást végző kúpfelület burkolófelületeként alakul ki. A ZK típusú csigákon belül megkülönböztetünk: ZK-1 csigát, amelynek megmunkálása során a csiga tengelyvonalához képest a lefejtő-kúpfelület tengelyvonala kitérő helyzetű, és a két tengelyvonal által bezárt szög egyenlő a csiga osztóhengeri emelkedési szögével.

81 ábra Egykúpos vagy kétkúpos maró- γ 0 szerszámmal vagy köszörűkoronggal származtatott φ D s sz ssz csigahajtás fsz α K1 Fn α K2 α K2

82 ZK-2 csigát, amelynek tengelyvonalát a lefejtőkúpfelület tengelyvonala derékszögben metszi Csigák nagytermelékenységű megmunkáló szerszámai Nagytermelékenységű forgácsolással vagy képlékeny alakítással lehet ilyen megmunkálást alkalmazni, ezek általában nagyoló műveletek. a) Metszőkerékkel, vagy késsel (lefejtő marógépen tangenciális előtolással, a metszőkerék a munkadarab helyén, a csiga a maró helyén) ( ábra),

83 b) Örvénylő eljárással esztergán úgy, hogy annak késszánjára felszerelnek egy berendezést, amelynek körgyűrű alakú kés tartója van, ami a csiga tengelyéhez viszonyítva excentrikusan forog ( ábra), c) Meleghengerlés a legtermelékenyebb képlékeny megmunkálás. Az izzó rudat, amire a menetet kell hengerelni, bevezetik 3 menetes hengeres szerszám közé, melynek tengelye a munkadarab tengelyével a menet emelkedési szögétől függő szöget zár be (lásd a ábrán).

84 ábra Csigák gyártása metszőkerékkel

85 ábra Csigák gyártása örvénylő menetmarással

86 ábra Csigák gyártása menethengerléssel

87 A vonalfelületű csigahajtások köszörülése levezethető a szerző által kidolgozott általános matematikai modellből és beilleszthető a többi csavarfelület köszörülési rendjébe. Lásd 18. fejezet.

88 ábra Vonalfelületű csigahajtások gyártása határozott élgeometriájú szerszámmal

89 ábra Vonalfelületű csigahajtások gyártása határozott élgeometriájú szerszámmal

90 16.9. Ívelt profilú szerszámmal készült csiga Az angol David Brown cég volt az első, amelyik a csiga axiális metszetében ívelt profilú csigát készített. Niemann elemezte mélyrehatóan a csiga és csigakerék közötti olajfilm létrejöttének feltételeit. [135] Tanulmánya alapján fejlesztette ki a német Flender Bocholt gyár ún. ívelt csigahajtását, amelyet Cavex néven hozott forgalomba.

91 Az ívelt profilú csigáknál a csigafog alakja és az ívelési sugár középpontjának célszerű elhelyezkedése (a gördülő vonal helyzete) által különösen nagy S 1F fogláb vastagság érhető el a csigán és a csigakeréken (S 2F ). Az egyenes alkotójú csigák és csigakerekek fogláb vastagsága kisebb (16.22.a. ábra).

92 16.22.a. ábra A fogkialakítás elve, a gördülővonal helyzete [49]

93 A a. ábra alapján a fogkialakítás elve az alábbiakban foglalható össze: A csigafogaknak konkáv profiljuk van, egyenes vagy domború helyett, A gördülő vonal (d g1 ) a csigán a fejkör átmérő közelében van, vagy azon kívül esik a fogmagasság közepe (d 01 ) középátmérő helyett - mivel az x 2 fajlagos szerszámelállítás értéke nagy (0,8 x 2 l,5). A Niemann-féle homorú csigának tengelymetszeti profilját és a Cavex csigát a b. ábra mutatja.

94 ρ r 1 m/2 r 1 r 1 = (4...5)m b. ábra Homorú körív profilú csigák axiális metszete [134] A) Niemann-féle csiga, B) Cavex csiga

95 A F.L. Litvin rámutatott arra, hogy a német szabadalom alapján gyártott csiga megmunkálásakor a szerszámfelület és a csiga érintkezési vonala térbeli görbe. A köszörű kopása, majd újraélezése és így az átmérő csökkenése az érintkezési vonal jellegét, ezzel a felület alakját is megváltoztatja, ami természetesen gyártási hibához vezet. Ebben az esetben ugyanis a tárcsafelület és a csiga érintkezési vonala nem tér-, hanem síkgörbe, amely a köszörűtárcsa tengelymetszeti profiljával egyezik meg. Az erre vonatkozó számítások elméleti alapjai Litvin munkáiban megtalálhatók [119] [120].

96 I. köszörűkő tengelye II. kapcsolási tengely III. γ k δ csiga tengelye III. II. III. I. normál tranzverzális ábra Litvin-féle köszörülési mód elrendezési rajza [119] III. r k ρ k II. II. I.

97 ZCA (axiális metszetben ívelt) csiga Alapjellemző: A csiga fogfelületének tengelymetszete a fogárok felől nézve homorú, körív profil [40]. Geometriai jellemzők: A fogazat csavarfelületének (a fogfelületnek) leképező alkotója körívvonal. Az alkotó körív a csiga tengelysíkjában fekszik. A görbe geometriai meghatározói: ρ p : a csigaprofil ívelési sugara, δ A : az osztóhengeri profilérintő szöge, K : Ívelési sugárközpont - távolság a csiga forgástengelyétől (16.24.a. ábra).

98 Technológiai jellemzők: A csiga fogazatának hagyományos előállítási módja a tengelysíkban fekvő körív alakú esztergakéssel való esztergálás ( ábra). Korszerű eljárásnál marási ill., esztergálási előmunkálás után, készre köszörülhető erre alkalmas csigaköszörű gépen, megfelelő kőlehúzással (lefejtés). Profilvizsgálat: Az alkotó körív alak- és helyzetpontossága a csiga tengelysíkjában vizsgálható [7] [50].

99 ZCA csiga ρ p osztóhenger-alkotó k csiga forgástengelye δ A ábra Ívelt profilú csiga tengelymetszete

100 Csigakerekek megmunkálása A csigakerék fogazatát a csiga fogazata határozza meg, mivel az érintkező fogfelületek egymást kölcsönösen burkoló felületek. A csigakerék fogazatát simításkor olyan szerszámmal kell megmunkálni, melynek forgácsoló élei egy helyettesítő csiga fogfelületén helyezkednek el ( ábra).

101 ábra Csigakerék lefejtő maró alapprofilja

102 A csiga axiális fogvastagsága az osztóvonalon a teljes axiális foghézag méretével kisebb a fél osztásnál ( ábra) ábra A csiga axiális fogvastagsága

103 Ez a helyettesítő csiga hasonló ahhoz a valós csigához, aminél az osztókör megmunkált kerék kapcsolódni fog. Közös geometriai tengelyeik vannak, átmérők azonosak és egyoldali fogfelületeik megfelelő axiális eltolásra egybeesnek. A helyettesítő csiga fejkör átmérője és fogvastagsága azonban nagyobb, mint a valós csigáé. Az a megmunkálásnál, tehát a helyettesítő csiga és kerék kapcsolódásánál azonos kell, hogy legyen a hajtómű tengelytávolságával, tehát azzal, ami megfelel a megmunkált csigakerék és saját valós konjugált csigája kapcsolódásának.

104 A csigakerék megmunkálása történhet: csigamaróval, a) radiális előtolással ( ábra), b) axiális előtolással, ütőkéssel.

105 axiális előtolás a (változik) a=konst. radiális irányú előtolás a ) radiális marás b ) axiális marás axiális előtolás ábra Csigakerék megmunkálása aw Miskolci Egyetem, Gyártástudományi c ) Intézet, a kerék Prof. ütőkéssel Dr. Dudás való megmunkálása Illés

106 A csigák radiális előtolású marása A szerszám csak forgó főmozgást, az asztal a rászerelt munkadarabbal együtt pedig sugárirányú haladómozgást - radiális előtolást - végez, a fogmagasságnak megfelelő mélységig. Ezen kívül az asztal, illetőleg a munkadarab még a csigamaró és csigakerék közötti áttételi viszonynak megfelelő forgómozgást is végez ( ábra).

107 A marónak abban a helyzetében, amelyik megfelel az a technológiai tengelytávolságnak, a radiális előtolás automatikusan kapcsolódik. Ezen eljárásnál az előtolást nagyra lehet választani anélkül, hogy a felület minőségét (pontosabban alakhűségét) befolyásolnák, viszont így növekszik a termelékenység.

108 ábra Csigakerék megmunkálása radiális eljárással

109 Ha γ > 8, akkor a csigakerék fogfelületeit megcsonkítja. Általában csak Z csiga = 1 bekezdésnél alkalmazható. A maró fogai a begördülő oldalon igen erős terhelést kapnak, vastag forgácsot vágnak. Ennek csökkentésére a marót aszimmetrikusan állítjuk be, hogy a kigördülő oldalra csak 1.3 t jusson ( ábra). A radiális lefejtés jellegzetessége, hogy a megmunkálás finomsága csak a maró kerületi élszámától függ, de az előtolás mértékétől független. A fogoldalakat burkoló lapok száma azonos a maró kerületi élvonalával. A szabványos csigakerékmarók átmérője olyan kicsiny, hogy a kerületi élszám ritkán több hatnál.

110 Ezért a radiális lefejtésből kapott fogoldalak simasága nem kielégítő, azt tangenciális simítással vagy hántolással szokás javítani. Különösen kis fogszámú csigakerekeken jelentkeznek feltűnően a fogfelületet burkoló lapok, de nagy fogszámokon is mindig felismerhetőek.

111 1.3t=4. m szerszám munkadarab ábra Tangenciális marás mozgásviszonyai

112 Csigák tangenciális marása A tangenciális előtolású marásnál a maró a forgó főmozgáson kívül, egyenes vonalú mozgást is végez. Az asztal a csigahajtómű áttételének megfelelően forog ( ábra).

113 f tang. n s a t L n cs ábra Tangenciális marásnál a maró bekezdő kúpszöge:

114 Az asztal a csigamaró tangenciális előtolásának megfelelő járulékos forgómozgást is végez. A marófej L előtolásának hosszát - a marási távolság megvalósítása céljából általában grafikusan határozzák meg Ütőkés alkalmazása Egyedi gyártásnál a maró fogait egy késsel (ütőkéssel) a maró egyetlen fogával helyettesítik és profilja pontosan megegyezik a maró egy fogának profiljával, illetőleg a helyettesítő csiga fogprofiljával ezen megfelelő metszetben, amelyikben a csiga fogfelületét egyenesek határolják. A forgó főmozgást végző ütőkéssel tangenciális előtolással dolgozunk.

115 Ütőkés beépítése A munka termelékenységét az alábbi, ábra szerinti összetett szerszám alkalmazásával is lehet növelni. A három ütőkés közül az első a nagyoló, a második az előkészítő, a harmadik a simítókés. Az élettartam lényegesen jobb az egykésesénél.

116 r sz a b c a c b ábra Összetett ütőkés csoport

117 Ez a megoldás nagy fogszámú csigakerekek megmunkálására alkalmazható, ahol a fogazást egyetlen felfogással, és a szerszám ugyanazon élezésével, tehát a szerszám ugyanazon befogásával kell elvégezni. Megfelelő tangenciális előtolással, ütőkéssel ugyanolyan minőségű felületet lehet előállítani, mint csigamaróval, a termelékenysége persze lényegesen kisebb, mint a csigamaróé. Viszont élezés után a csigamaró átmérője csökken, míg az ütőkések eredeti méretre állíthatóak.

118 1. Megkönnyíti a csigakeréknek ütőkéssel való gyártását és erősen csökkenti az osztáshibáknak a futáspontosságra való befolyását, ha a z/z fogszámviszony nem egész szám. 2. Egészszámú z/z viszony lehetővé teszi azt, hogy a csiga osztáshibái mellett is a bejáratás az összes fogoldalak kapcsolódásáig megtörténjen, azonban e gyártáshoz feltétlen indokolt a maróval történő csigakerék lefejtés. 3. Tapasztalati tény, hogy a bejáratás a kapcsolóképet javítja, a hatásfokot növeli.

119 Csigakerékmaró alkalmazása A csigakerékmaró újraélezése megváltoztatja a maró méreteit, így a fej- és kerületi hézagot. ( ábra) Erre figyelni kell újraélezéskor. Az újraélezés addig megengedett, amíg a kerületi foghézag le nem csökken legkisebb értékére (16.34 ábra).

120 ábra Ívelt profilú csigakerék lefejtő maró [41]

121 Csigakerék-maró élezése A csigát és csigakerék-marót azonos technológiával és azonos alapméretekre készítjük. A korong átmérője ne legyen nagyobb, mint a maró külső átmérője, és a homlokfelületet ne a sík, hanem mindig a kúpos része köszörülje ( ábra). A forgácsárkok emelkedési szöge még egymenetű marón is sokkal kisebb, mint a lefejtő maróké. Ezért élezésre nem használhatunk nagy átmérőjű korongot.

122 ábra Csigakerék-maró élezése

123 A maró élezésekor a marófog fejmagasságának és fogvastagságának együttes csökkenése figyelhető meg ( ábra). Újkorában a maró c = 0,2 m -nél nagyobb fejhézagot készít ami folyamatosan csökken az élezések alkalmával.

124 ábra Csigakerék lefejtő maró méretváltozása újraélezésnél