Klasy dokładności wykonania kół zębatych - zależność od czasu i technologii obróbki

Według normy ISO koła zębate mogą zostać wykonane w jednej z dwunastu klas dokładności. Końcowe przeznaczenie jest punktem wyjścia klasy jaką dane koło powinno reprezentować, to właśnie wtedy będzie spełniać swoje końcowe zadanie.

Zaczynając od najprostszych zależności, takich jak prędkość, standardy bezpieczeństwa czy głośność pracy, która wpływa na jakość pracy. Dlatego koło musi być tym dokładniej wykonane im:

• większą ma prędkość obwodową podczas pracy,

• bardziej odpowiedzialną rolę spełnia przekładnia (np. przekładnie lotnicze są wykonane, ze względu na surowe normy bezpieczeństwa, znacznie dokładniej niż rolnicze),

• większa musi być cichobieżność, np. ze względu na dobre samopoczucie pracującego w bliskim otoczeniu przekładni człowieka.

Klasy wykonania kół zębatych w funkcji prędkości obwodowej

Wybór klasy dokładności uzależniony jest od prędkości obwodowej koła zębatego, im wyższa prędkość obwodowa tym koła przekładni powinny być dokładniej wykonane. Nie uwzględnia on natomiast przekładni turbinowych o bardzo dużej dokładności, przekładni przyrządów pomiarowych, które mimo braku wysokiej prędkości obrotowej muszą być bardzo starannie wykonane oraz przekładni o dużej cichobieżności.

Odpowiednie dobranie dokładności koła jest bardzo istotne ze względu na nieliniowo rosnący koszt produkcji wraz ze wzrostem klasy. Standardowo przyjmuje się, że typowymi obróbkami obwiedniowymi (frezowanie obwiedniowe frezem ślimakowym oraz dłutowanie obwiedniowe dłutakiem (nożem) Fellowsa) można osiągnąć nawet 6 klasę dokładności. Teoretycznie jest to jak najbardziej możliwe, jednak często wymaga to bardzo dokładnych i drogich narzędzi, sztywnych i nowoczesnych maszyn CNC oraz idealnych warunków pracy. Z praktycznego punktu widzenia niejednokrotnie mimo spełnienia wszystkich warunków, obróbki narzędziem w możliwie najwyższej klasie dokładności (w przypadku frezów ślimakowych klasa AAA) oraz posiadania nowoczesnej maszyny problemem okazuje się osiągnięcie nawet 7 klasy dokładności.

Klasy dokładności przekładni w zależności od przeznaczenia

Wpływ klasy dokładności koła na czas szlifowania

Wraz ze wzrostem klasy bardzo mocno rosną koszty potrzebne do jej osiągnięcia, dlatego bardzo ważny jest dobór odpowiedniej metody obróbki do końcowego przeznaczenia koła.

Z analizy ekonomicznej wynika, że należy osiągnąć możliwie wysoką klasę dokładności samą obróbką, np. frezowaniem obwiedniowym (jeżeli da się uniknąć szlifowania należy je wyeliminować), z drugiej strony, jeżeli szlifowanie (zazwyczaj kół utwardzonych) nadal jest wymagane to należy osiągnąć przed nim klasę maksymalnie zbliżoną do wymaganej w celu dalszej redukcji kosztów.

Pozostałe metody poza szlifowanie pozwalające na uzyskanie wysokiej klasy dokładności kół zębatych

Szlifowanie uzębień jest wciąż najpopularniejszą metodą ich wykańczania, jednak oprócz niej można jeszcze wyróżnić:

• dogniatanie (kół w stanie miękkim) – twarde koło dogniata powierzchnię zęba, eliminując część bardziej powierzchownych rys, minusem jest jednak posiadanie do każdego typu osobnego dogniataka co generuje przy różnorodnej produkcji duże koszty zakupu narzędzi. Metoda ta jest już praktycznie nieużywana,

• wiórkowanie (kół w stanie miękkim) – narzędzie (wiórkownik z naciętymi rowkami wzdłuż uzębienia) poprawia falistość boków zębów oraz gładkość powierzchni względem frezowania. Dodatkowo eliminuje błąd zarysy oraz zmniejszeniu ulega również błąd podziałki. Metoda bardzo rzadko dzisiaj spotykana również ze względu na szlifowanie,

• skiving węglikowym frezem ślimakowym – narzędzie o ujemnym kącie natarcia frezujące z dużymi prędkościami skrawania, wykańczające boczne flanki uzębienia. Naddatek standardowo wynosi 0,15-0,3 mm/flankę, uzębienie przed skivingiem powinno zostać zgrubnie obrobione na pełną głębokość. Do każdego nowego uzębienia potrzebne jest nowe narzędzie, stąd metoda ta wykorzystywana głównie przy produkcji masowej,

• honowanie uzębień – narzędzie wykonane z materiału analogicznego lub podobnego do materiału ściernic, zazwyczaj używane po szlifowaniu. Jego celem jest usunięcie zadrapań powodujących mikro-drgania,

• Power-Skiving – obróbka specjalny narzędziem konstrukcyjnie przypominającym dłutak albo jednoetapowo, monolitycznym narzędziem węglikowym albo dwuetapowo wpierw zgrubnie narzędziem z węglikowymi płytkami oraz później wykańczającym narzędziem ze stali proszkowej.

Najmniej dokładnymi obróbkami są metody kształtowe, frezowanie frezem palcowym lub frezem krążkowym.

Źródła:

[1] - Ochęduszko K., Koła zębate, tom 2 wykonanie i montaż, Wyd. VI (reprint), 3 dodruk, WNT, Warszawa, 2015, ISBN 978-83063623-05-0