PRZEGLĄD TECHNICZNY. 1916

Postępy w dziedzinie obróbki kół zębatych.Podał Henryk Mierzejewski, inż. mech.

Dziedzina stosowania kół zębatych, będących jednymz podstawowych, elementów maszynowych przy przenosze-niu energii mechanicznej i stanowiących prosty i dogodnysposób zmiany prędkości obrotowych i momentów sił prze-noszonych, rozszerzyła się niezwykle w ostatnich czasach.Spotęgowana wytwórczość przemysłowa w zakresie maszyni ustrojów roboczych wywołała prędki wzrost zapotrzebo-wania na koła zę"bate. Równoległe z popytem wzrastałyi wymagania pod względem wytrzymałości i trwałości kółzębatych, oraz cichości biegu, skłaniając do pracy na poluteoryi zazębienia i budząc pomysłowość i twórczość w dzie-dzinie budowy obrabiarek specyalnych. Wielki wpływ natechnikę wyrobu kół zębatych wywarło stworzenie prędko-bieżnyeh maszyn i silników, oraz specyalnie samojazdów.Okazało się przytem, że warunek cichego i równego biegukół zębatych jest trudny do spełnienia, zwłaszcza przy więk-szych prędkościach obrotowych i że zastąpienie kół lanychsurowych przez obrabiane mechanicznie nie wyczerpujew zupełności zagadnienia. Zmniejszenie zużycia kół zęba-tych i hałaśliwości ich biegu zależy od bardzo wielu czynni-ków natury teoretycznej i praktycznej, tak, że wykonaniedokładne i zgodne z podstawami naukowemi natrafia naderczęsto na nieprzezwyciężone trudności. Pomimo to jednakgałęź techniki, obejmująca wykonanie kół zębatych, możesię poszczycić poważnymi postępami, czego najwymowniej-szym dowodem są przekładnie zębate, zmniejszające liczbęobrotów turbin parowych o wielkiej mocy. Równolegle2 wymaganiami co do jakości wykonania kół zębatych zja-wiło się, wobec coraz powszechniejszego ich stosowania, za-

gadnienie taniego i prędkiego wytwarzania tych elementówmaszynowych, wywołując dążenie do stworzenia obrabiareko dużej wydajności, zbliżonych, mniej lub więcej do typuautomatów. Wyniki osiągnięte na tem polu są bardzo po-ważne.

Praca mniejsza ma na celu zobrazowanie ogólnych po-stępów w dziedzinie obróbki kół zębatych. Pominęliśmyw niej rozmyślnie wobec rozmiarów zagadnienia rozważaniateoretyczne nad działaniem i budową rozlicznych przekładnizębatych, jakkolwiek wiążą się one organicznie z obróbką.Na pierwszy plan wysunęliśmy technikę wykonywania kółzębatych. Tam, gdzie zagadnienie wymagało specyalnegotraktowania naukowego i rozwiązania., wskazane zostały od-powiednie źródła, ułatwiające czytelnikowi przystąpienie dojądra rzeczy. Uwzględnienie natomiast matematycznegoobliczania błędów popełnianych przy wyrobie narzędzi i przyobróbce na maszynach, rozszerzyłyby zbytnio zakres pracy,która ma na celu zobrazowanie dokonanych postępów w dzie-dzinie obróbki i zapoznanie z materyałem faktycznym.

Zanim rozpoczniemy omawiać wyrób przekładni zęba-tych, stosowanych w praktyce, należy, chociażby w sposóbelementarny i pobieżny, ustalić ich podział na podstawie wza-jemnego położenia osi obrotu, rodzaju t. zw. powierzchni po-czątkowych, będących powierzchniami osi chwilowych ru-chu względnego kół, wreszcie kształtu samych zębów.Uwzględniając wszystkie powyższe cechy charakterystyczne,które omówimy poniżej, możemy znaczną większość istnie-jących przekładni zębatych podzielić na następujące klasy:

T a b 1. I.

1Z a z ę b i e n i e

Walcowe prostoliniowe (czołowe). .

Walcowe, krzywoliniowe (skrętne) .

Stożkowe prostoliniowe

Stożkowe krzywoliniowo (skrętne) .

Hyperboloidalno-śrubowo

Ślimakowe (śrubowe)

Wzajemne położę- jnic osi obrotu

Równoległe

Przecinające się

Krzyżujące się

Krzyżujące się

1

Powierzchnie początkowe

Walcowe

Stożkowe

Hyperboloidyjednopowłokowe

Walce i powierzchnieobrotowe

Tworzącapowierzchni zęba

Prosta

Krzywa(linia śrubowa)

Prosta

Krzywa

Prosta

Linia śrubowa

Rodzaj kół według nazw,używanych w praktyce

Koła czołowe cylindryczne i eliptyczne

Koła śrubowe i daszkowe

Koła stożkowe

Koła stożkowe, śrubowe, daszkowe

Koła skośne stożkowe. Koła hyper-boloidalne Oliviera i Bealea.

Koła śrubowe i ślimakowe. Przekład-nie ślimakowe kuliste (globoidalne).

Pierwszą klasę stanowią przekładnie zębate, przenoszą-ce ruch obrotowy pomiędzy osiami równoległemi. Najprost-szym przykładem w tym razie jest przekładnia złożona zezwykłych kół czołowych, których zęby są proste w kierunkuswej długości (rys. 1). Powierzchniami początkowemi, odpo-wiadającemi gładkim kołom ciernym, j)rzedstawionym obokna rysunku, są w kołach czołowych zwykle walce koło-we, o wiele rzadziej eliptyczne. Tworzącemi powierzchni zę-bów są proste, równoległe do osi obrotu. Zęby we chwyciedotykają się według linii prostej.

Do tej samej klasy możemy zaliczyć przekładnie z zazę-bieniem walcowem krzywoliniowem, czyli skrętnem (rys. 2),które jednak wymaga pewnego omówienia. Powierzchniepoczątkowe tych kół są walcowe tak samo jak i poprzednie.Przekrój koła skrętnego w płaszczyźnie prostopadłej do osinie różni się niczem od przekroju koła czołowego, jak o temmożemy się przekonać porównywując rys. 1 i 2. Aby zro-zumieć działanie tych kół, należy wyobrazić sobie, że koła

z zazębieniem • krzywoliniowem składają się z wielkiej licz-by nieskończenie cienkich tarcz, stanowiących elementarnekoła czołowe z zazębieniem prostolmiowem, przyczem każ-

') Odczyt wygłoszony na posiedzeniu Koła Mechaników przyStów. Techników w Warszawie w dniu 8 kwietnia 1814 r.

Rys. 1. Zazębienie walcowe, czołowe.

de dwie sąsiednie tarcze są przestawione względem siebieo bardzo mały kąt. Zasadę działania kół z zazębieniemkrzywoliniowem możemy sobie uzmysłowić zresztą jeszcze

•Ns 3 i 4. PRZEGLĄD TECHNICZNY.

inaczej. Wyobrażamy sobie mianowicie, że skręcamy wzglę-dem swych osi oba koła czołowe, będące we chwycie (rys. 1),nie naruszając w niczem przekrojów tych kół'w płaszczy-źnie prostopadłej do osi obrotu. Ponieważ w każdymz talach przekrojów chwyt będzie istniał i nadal, więc zębykół skręconych według podanego sposobu będą się dotykaćwzdłuż ciągłej linii, nie będącej już jednak prostą, jak tobyło w kołach czołowych.

Rys. 2. Zazębienie walcowe, krzywoliniowe (skrętne).

Prosta tworząca koła czołowego po dokonanem skrę-ceniu staje się krzywą, pozostającą jednakże na tej samejpowierzchni walcowej. Łatwo pojąć, że krzywe powyższemogą posiadać najróżnorodniejszy kształt, stosownie cło ro-dzaju skręcenia. O ile skręcenie będzie jednostajne, liniaprosta tworząca koła czołowego zamieni się na linię śrubo-wą. W praktyce, ze względu na łatwość obróbki, stosuje sięnajczęściej koła śrubowe, rzadziej daszkowe.

Drugą klasę stanowią przekładnie zębate, przenosząceruch obrotowy pomiędzy osiami przecinającemi. Ruchwzględny tych kół sprowadza się do toczenia się stożka ru-

Rys. 3. Zazębienie stożkowe prostoliniowe.

chomego po nieruchomym: powierzchniami początkowemisą więc w danym wypadku stożki o wspólnym wierzchołku(rys. 3). Zęby kół stożkowych we chwycie dotykają sięwzdłuż linii prostych, będących tworzącemi powierzchnitych zębów i przechodzących przez wspólny wierzchołekstożków początkowych. Podobnie jak przy kołach walco-wych, możemy wyobrazić sobie zazębienie stożkowe krzy-woliniowe, polegające na skręceniu, w myśl określonej me-tody, zwykłego koła stożkowego tak, by tworzące powieiłzch-ni zęba pozostały na tych samych powierzchniach stoż-kowych. Prawidłowo wykonać skrętne koło stożkowe jestrzeczą niemożliwą.

Rys. 4. Zazębienie hyperboloidalno-śrubowe.

Bardzo ciekawą pod względem teoretycznym klasęprzekładni zębatych stanowią koła hyperboloidalno-śrubowe,przenoszące ruch pomiędzy osiami, krzyżującemi się w prze-strzeni. Powierzchnie początkowe tych kół są łryperboloida-mi jednopowłokowemi (rys. 4), a tworzącemi powierzchnizębów są proste. Dawniej sądzono powszechnie, że po-wierzchnię zębów należy tworzyć, tocząc hyperboloicly po-

mocnicze po hyperboloidach początkowych: zasada powyż-sza była głoszona przez Wilłisa, Eankinea, Weisbacha, Reu-leaux i innych. Amerykanie: Mac Cord, Grant, Beale, orazniemiec Disteli wykazali, że zastosowanie hyperboloidu po-mocniczego przy tworzeniu powierzchni zęba prowadzi dozazębienia wadliwego. Disteli wykazał prócz tego, że jestrzeczą możliwą użycie w tym celu powierzchni śrubowej *).

Z kół hyperboloidalno-śrubowych w praktyce przemy-słowej znalazły zastosowanie jedynie koła skośne stożkowe,stanowiące ich wypadek szczególny, o których będzie mowaponiżej. Wynalezione przez Oliviera koła skośne t. zw. spi-raloidalne, jakkolwiek prawidłowe pod względem zazębienia,nie weszły w użycie z powodu trudności wykonania i niedo-godności praktycznych, polegających na prędkiem zużywa-niu się powierzchni zębów. To samo można powiedzieć o ko-łach śrubowych z chwytem prostoliniowym, wykonanychprzez Beałea, głównego kierownika Brown and Sharpe Mig.Comp. w Providence (St. Zjedn.). Należy dodać, że koła Oli-viera przenosiły ruch obrotowy w jednym tylko kierunku,gdy Bealeowi udało się wykonać przekładnię hyperboloidal-ną, działającą w obu kierunkach.

Bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle znalazłaklasa przekładni śrubowo-ślimakowych. Nowsze piśmien-nictwo techniczno-naukowe poświęca im wiele uwagi, trak-tując wyczerpująco geometryczne i mechaniczne własnościtego zazębienia.

W przekładniach śrubowo-ślimakowych osi obrotukrzyżują się, a powierzchnie początkowe stykają się w je-dnym punkcie. Wynika z tego, że zęby we chwycie przy-legają do siebie nie wzdłuż prostej, jak w poprzednich przy-kładach, lecz w jednym punkcie; przez ciśnienie przyleganierozszerza się na niewielką powierzchnię. Zwykle zazębieniekół śrubowych jest rozpatrywane w ten sposób, że przekrójjednego z kół uważa się za zębatkę, z którą pracuje drugiekoło śrubowe. Jestto jednak przybliżony sposób badania,nadający się bardziej w stosunku do właściwych przekładniślimakowych, składających się z koła śrubowego o bardzomałem pochyleniu linii śrubowej, czyli t. zw. ślimaka, i kołaślimakowego o dużem pochyleniu tej linii. Przekładnie śli-makowe dają duży stosunek przekładni; odwrotnie przekła-dnie śrubowe zmieniają prędkości obrotowe i momenty siłw węższym zakresie. Ścisłej granicy pomiędzy przekładnia-mi śrubowemi a ślimakowemi wyznaczyć nie można; różnicęstanowi zwykle specyalny kształt powierzchni początkowej

Rys. S. Zazębienie śrubowe.

koła ślimakowego. Do cech, charakteryzujących przekładnieślimakowe, należy zaliczyć również i to, że koło ślimakowejest narzynane przez narzędzie, zbliżone swym kształtem naj-zupełniej do ślimaka, gdy w przekładniach śrubowych obakoła są obrabiane niezależnie.

Podane cztery główne klasy przekładni zębatych niewyczerpują wszystkich rodzajów zazębienia stosowanychw praktyce. Tak powodzeniem cieszą się przekładnie śli-makowe kuliste, nazywane często od nazwisk wynalazcówprzekładniami Lorenza, Hindleya i in. Przekładnie czopo-we, będące w powszecłmem użyciu przed wynalezieniem no-woczesnych kół zębatych i wyparte z zastosowań przemy-słowych, powracają do praktyki w zmienionej radykalniepostaci, jako nowoczesne przekładnie rolkowe. Charakter po-krewny z przekładniami zębatemi posiadają ulepszone zna-komicie w ostatnich czasach łańcuchowe przekładnie zębate.

W przemyśle stosowane są głównie czołowe koła wal-cowe i stożkowe, mniej ślimakowe i śrubowe. Obrabiarkido wyrobu powyższych kół są najliczniejsze i najróżnoro-

') Disteli. Ueber instantane Scliraubengeschwindigkeit und dieYerzahnung der Hypertoloidraeder. Zeitschrift fibr Mathematik undPkysik, r. 1904. Również R. Orain. Sehranbenraeder. WerkstattsTechnik, 1907.

PRZEGLĄD TECHNICZNY. 1 9 1 1 )

dniejsze. Wiele z nich daje możność obrabiania kilku ro-dzajów koi zębatych, np. walcowych, śrubowych i ślimako-wych. Kola śrubowe daszkowe, eliptyczne i skośne stożko-we, stanowiące szczególną odmianę kół hyperboloidalnych,spotyka sio o wiele rzadziej w zastosowaniach przemysło-wych i do wyrobu ich służą najczęściej przyrządy ustawianena innych obrabiarkach, niewyodrębnione w speoyalne ma-

Rys. 6. Schemat profilowania kształtowego.Gf — oznacza punkt profilujący.

szyny. Wyrób specyalnycli przekładni skrętnych i ślimako-wych jest często strzeżony przez patenty. Dodać należy,że o ile obróbka typowych kół zębatych jest zbadana dośćdobrze pod względem teoretycznym, o tyle w zakresie dzia-łania i wyrobu niektórych speeyalnych przekładni pozostajewiele rzeczy spornych, niewyjaśnionych lub zgoła M7adli-

Rys. 7. Schemat profilowania chwytowego (obwledniowego).Odciskanie wrębów w krążku Dłutowanie zębów w krążku zapo-

z masy plastycznej. mocą koła zębatego - narzędzia (na-rzędzie posiada prócz ruchu obro-towego poprzeczny posuw roboczy).

wych. Profile tych przekładni są wykończane często na dro-dze empirycznej, np. zapomocą docierania mechanicznegopowierzchni.

Metody obrabiania typowych, najczęściej stosowanychkół zębatych, można podzielić na trzy grupy zasadnicze.Pierwsza z nich, metoda profilowania kształtowego, polegana tem, że narzędzie wycinające wręby na krążku nieobro-bionym bądź posiada krawędzie tnące, odpowiadające zary-sowi zęba, bądź też jest prowadzone przez specyalny sza-blon. Charakterystyczną cechą tej metody jest koniecznośćwykonania narzędzia lub szablonu w celu odwzorowania żą-danej krzywej na kole obrabianem (rys. 6).

y p ysze nie są jedynemii należy uważać je je-

i j b d i j

Druga metoda, profilowania chwytowego, polega nazasadzie wzajemnego chwytu pary kół zębatych 1). Zespóltworzy w danym wypadku narzędzie i koło obrabiane. Naj-prostszym przykładem tej metody byłoby wytłaczanie zę-bów na krążku z masy plastycznej przez koło zębate, będą-ce w danym razie narzędziem. Maszyna zmusza koło obra-biane i narzędzie do takiego ruchu, jaki istnieje przy wzaje-mnym chwycie pary kół zębatych (rys. 7). Metoda profilo-wania chwytowego przedstawia kilka odmian charaktery-stycznych i bardzo cennych w praktyce przemysłowej.

Metody powyż- ^ A ^ L

dynie za najbardziejrozpowszechnione.

Istnieją jeszczeinne sposoby profilo-wania krzywych; zęba,polegające na urzeczy-wistnianiu takich ru- Rys. 8. Schemat metodychów, że wynikiemich jest otrzymaniemniej lub więcej do-kładnych profili. Spo-soby powyższe możnauogólnić jako trzeciąmetodę obróbki, a mia-nowicie wykreślno -tworzącą. Obrabiarkanaśladuje w danym ra-zie rysownika, kreślą-cego krzywą zęba do-kładną lub przybliżo-ną, według pewnychzałożeń geometrycz-nych. Metoda wykreśl-na tworząca jest stoso-

go (obwiedniowego).

Rys. 9. Dłutowanie(struganie).

Rys. 10, Frezowanie. Rys. 11. Szlifowanie.Rys. 8—11. Sposoby obróbki kół zębatych

według metody profilowania chwytowego(obwiedniowego).

wana również przy wyrobie narzędzi do obróbki kół zębatych.Co się tyczy technologicznych metod wykonania, to

przy obróbce kół zębatych jest stosowane dłutowanie (stru-ganie), frezowanie i szlifowanie. E,ys. 9—11 przedstawiająróżne sposoby obróbki w zastosowaniu do metody profilo-wania chwytowego: dla łatwiejszego zrozumienia podany zo-stał również na rys. 7 schemat tej metody, polegający naodciskaniu wrębów w kole plastycznem przez zębatkę.Rys. 9 przedstawia dwie odmiany narzędzia: Tx i T2, któreposiadają poprzeczny ruch roboczy, a których krawędzietnące odpowiadają profilowi urojonej zębatki, a mianowicie:,nóż Tx umożliwia obróbkę obu profili naraz, przedniego i tyl-nego, gdy nóż T,j obrabia jeden tylko profil. W analogicznysposób jak nóż strugarski działa frez i tarczka szlifierska.Ostatnia metoda jest stosowana najczęściej przy wykończa-niu kół obrobionych po ich zahartowaniu i ma na celu usu-nięcie niedokładności, wywołanych przez procesy termiczne.

. ' (O. d. n.)!) Niemcy na określenie tej metody znaleźli wyrażenie: W&lz-

verfab_ren, anglicy: moulding-generating method. Na język polskitrudno je dobrze przetłomaczyć. Możemy, uwzględniając związek po-między zasadniczą treścią tej metody, a prawami kinematyki, nazwaćją metodą profilowania obwiedniowego, gdyż przy ruchu względnymprofil koła obrabianego jest obwiednią kolejnych położeń profilówkoła—narzędzia. ' Przyp. Aut.

Z TOWARZYSTW TECHNICZNYCH.Stowarzyszenie Techników w Warszawie. Sprawo-

zdania z posiedzenia technicznego w cl. 7 stycznia r. b. Na propo-zycyę przewodniczącego in&. Alfonsa Kulma zebrani uczcili pa-miąć ś. p. Romana Hejewskiego. Protokółu nie odczytanoz powodu nie wyjścia w świat Przeglądu Technicznego.W skrzynce zapytań nic nie znaleziono. Ze spraw bieżącychprzewodniczący odczytał list ks. Alfonsa Trepkowskiego, pre-fekta szkoły im. Staszica, w sprawie wzięcia udziału b. ucznióww jubileuszu dyr. Witolda Wróblewskiego. Następnie p. Ign.Bendetson zakomunikował wiadomość o przystąpieniu Stowa-rzyszenia Techników do Kooperatywy Stowarzyszeń Warszaw-skich. Z kolei zabrał głos prelegent inż. Ludwik Knauff, wy-głaszając odczyt na temat:

„Utrzymanie powierzchni ulic miejskich w czystości, sposoby oczy-szczania i niszczenia śmieci i odpadków (padliny)".

Odczyt ten, jak wszystkie z tej seryi, zostanie pomie-szczony w Przeglądzie Technicznym, wobec czego nie poda-jemy jego streszczenia. Przewodniczący przypomina o odłoże-niu dyskusyi z poprzedniego odczytu inż. Sznuka i otwiera dy-skusyę najpierw na temat ostatniego odczytu. W dyskusyizabierali głos pp.: W. Budziński, Biberstein, Z. Sznuk, J. Chrza-nowski, Meyer i Pinkus.

Dyskusyę nad referatem p. Sznuka, wobec spóźnionejpory, odłożono. Wniosków członków nie zgłoszono.

WL Wr. •