RU2152850C1

RU2152850C1 - Device for centering and securing of toothed wheels

Info

Publication number: RU2152850C1
Application number: RU99101658A
Authority: RU
Inventors: П.А. Гудков; В.П. Пономарев; С.В. Хрипунов; С.Ю. Моисеев
Original assignee: Курганский государственный университет
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering technology. SUBSTANCE: device is used for machining of precise holes or other surfaces of toothed wheels, for installation and attachment of parts with centering of them according to side surfaces of rim teeth. Device has disc, clamping sleeve and guide bushing positioned on body. The above-mentioned parts are movable in axial direction. Centering members in the form of separate prismatic teeth are arranged in radial holes of guide bushing. Centering members form closed circular circuit and interact with side surfaces of wheel teeth and with clamping sleeve which imparts motion to centering members from drive along with disc. Use of the device reduces basing error. EFFECT: enhanced accuracy of centering. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для установки и закрепления зубчатых колес при центрировании их по боковым поверхностям зубьев венца. The invention relates to the field of mechanical engineering technology and can be used to install and secure the gears while centering them on the side surfaces of the gear teeth.

При обработке центрального отверстия или других поверхностей зубчатых колес предъявляются жесткие требования по точности взаимного расположения данных поверхностей и зубчатого венца. Для выполнения таких требований применяются станочные приспособления, позволяющие базировать зубчатые колеса по боковым поверхностям зубьев. Однако при выполнении операций зубофрезерования или химико-термической обработки зубчатый венец приобретает значительную погрешность формы. В пределах зубчатого венца данная погрешность имеет случайный характер, что существенно снижает точность и стабильность базирования деталей в станочных приспособлениях. When machining the central hole or other surfaces of the gears, stringent requirements are imposed on the accuracy of the relative positions of these surfaces and the ring gear. To fulfill these requirements, machine tools are used to base the gears on the lateral surfaces of the teeth. However, when performing gear hobbing or chemical-thermal treatment operations, the ring gear acquires a significant shape error. Within the gear ring, this error is random in nature, which significantly reduces the accuracy and stability of the base parts in machine tools.

Наибольшая точность обработки при установке зубчатых колес в приспособлениях по боковым поверхностям зубьев может быть достигнута в результате уменьшения погрешности центрирования из-за устранения влияния отклонений формы венца на точность установки деталей. The greatest processing accuracy when installing gears in devices along the lateral surfaces of the teeth can be achieved by reducing the centering error due to eliminating the influence of crown shape deviations on the accuracy of installation of parts.

Известны устройства для установки зубчатых колес по боковым поверхностям зубьев, имеющие осевой привод зажимных элементов (Зависляк Н.И. Современные приспособления к металлорежущим станкам. - Л.: Машиностроение, 1967. - 259 с. , рис. 129, стр. 179 - 180) и содержащие зубчатые центрирующие элементы (Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений. - М.: Машиностроение, 1983. - 277 с., рис. 31 в, стр. 54 - 55). Known devices for mounting gears on the lateral surfaces of teeth having an axial drive of clamping elements (Zavlyak N.I. Modern devices for metal-cutting machines. - L.: Mechanical Engineering, 1967. - 259 p., Fig. 129, p. 179 - 180 ) and containing gear centering elements (Korsakov V.S. Fundamentals of the design of devices. - M .: Mechanical Engineering, 1983. - 277 p., Fig. 31 c, p. 54 - 55).

Клиновый патрон (Зависляк Н.И. Современные приспособления к металлорежущим станкам. - Л.: Машиностроение, 1967. - 259 с., рис. 129, стр. 179 -180) состоит из корпуса, в котором вмонтированы три колодки и установлен упор для фиксации осевого положения обрабатываемых деталей. В колодках выполнены наклонные поверхности, с которыми контактируют также наклонные поверхности трех зажимных кулачков. В процессе продольных перемещений кулачков они совершают одновременно и радиальные смещения к оси патрона. Движение от пневмопривода к кулачкам передается через тягу, втулку, крестовину и пружины. Обрабатываемые зубчатые колеса устанавливаются в патроне при помощи комплекта роликов, укладываемых во впадины зубьев. При включении пневмопривода сменные губки, закрепленные на кулачках, производят центрирование и закрепление детали. Одним из отличительных признаков аналога является применение механизированного осевого привода для выполнения функций центрирования и закрепления обрабатываемых деталей. Это преимущество рассматриваемого патрона характерно и для заявляемого устройства. A wedge cartridge (Zavlyak NI Modern adaptations to metal cutting machines. - L .: Mashinostroenie, 1967. - 259 p., Fig. 129, p. 179 -180) consists of a case in which three blocks are mounted and an emphasis for fixing the axial position of the workpieces. In the pads, inclined surfaces are made with which the inclined surfaces of the three clamping cams are also in contact. In the process of longitudinal movements of the cams, they simultaneously perform radial displacements to the axis of the cartridge. The movement from the pneumatic actuator to the cams is transmitted through the thrust, sleeve, spider and springs. The gears to be machined are mounted in the chuck using a set of rollers stacked in the hollows of the teeth. When the pneumatic actuator is switched on, interchangeable jaws mounted on the cams center and fix the part. One of the distinguishing features of the analogue is the use of a mechanized axial drive to perform the centering and fixing functions of the workpieces. This advantage of the cartridge in question is also characteristic of the claimed device.

Патрон, выбранный в качестве аналога, имеет ряд недостатков. Точность центрирования деталей в данном патроне значительно зависит от точности взаимного расположения колодок, независимо смонтированных в корпусе. В цепи передачи движения от пневмопривода к зажимным элементам отсутствует жесткая связь между крестовиной и кулачками. Применение в качестве тяговых звеньев пружин является причиной неодинаковых перемещений кулачков, что также приводит к снижению точности установки детали. Кроме того, клиновый патрон не обеспечивает достаточно высокую надежность предотвращения проворота детали при шлифовании. По этой причине при эксплуатации такого патрона рекомендуется применять невысокие режимы резания. В данном патроне не обеспечиваются и условия самоторможения клиновых механизмов, обязательные для подобного рода устройств. Причиной этого являются большие (15^o) углы наклона рабочих поверхностей кулачков и колодок. Применение же оптимальных углов (3-5^o) для данной конструкции патрона невозможно из-за использования в цепи передачи движения от пневмопривода пружин, которые при соблюдении условий самоторможения клиновых механизмов не обеспечивают разжатия деталей после их обработки. Использование в патроне пружин служит причиной ограничения и тягового усилия пневмопривода. И далее, в рассматриваемом патроне применяется три кулачка, минимально достаточные для устойчивой установки деталей. Однако для повышения точности центрирования число кулачков должно приближаться к числу впадин между зубьями обрабатываемого колеса, что обеспечить в данном патроне по конструктивным причинам невозможно.The cartridge, selected as an analogue, has several disadvantages. The accuracy of centering the parts in this cartridge significantly depends on the accuracy of the relative position of the pads independently mounted in the housing. In the chain of motion transmission from the pneumatic drive to the clamping elements there is no rigid connection between the cross and the cams. The use of springs as traction links causes uneven cam movements, which also leads to a decrease in the accuracy of part installation. In addition, the wedge cartridge does not provide a sufficiently high reliability of preventing the rotation of the part during grinding. For this reason, when operating such a cartridge, it is recommended to use low cutting conditions. In this cartridge, the conditions for the self-braking of wedge mechanisms, which are mandatory for such devices, are not provided. The reason for this is the large (15 ^o ) angles of inclination of the working surfaces of the cams and pads. The use of optimal angles (3-5 ^o ) for this cartridge design is impossible due to the use of springs in the transmission chain of the movement from the pneumatic actuator, which, subject to the conditions of self-braking of the wedge mechanisms, do not allow the components to be uncleared after processing. The use of springs in the cartridge causes a limitation and traction of the pneumatic drive. And further, in the cartridge in question, three cams are used, minimally sufficient for a stable installation of parts. However, to increase the centering accuracy, the number of cams should be close to the number of depressions between the teeth of the machined wheel, which is impossible to provide in this cartridge for structural reasons.

В качестве прототипа выбрано устройство с зубчатыми центрирующими элементами (Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений. - М.: Машиностроение, 1983. - 277 с., рис. 31 в, стр. 54 - 55). Данное устройство состоит из корпуса, на котором установлены три вращающихся центрирующих элемента с рабочими поверхностями в виде зубчатых венцов. Центрирующие элементы имеют общий привод и при одновременном вращении центрируют и закрепляют установленное между ними обрабатываемое зубчатое колесо. Одним из отличительных признаков прототипа является выполнение центрирующими элементами одновременно и функции зажимных элементов. Это важное преимущество рассматриваемого патрона характерно и для заявляемого устройства. As a prototype, a device with gear centering elements was selected (V. Korsakov. Fundamentals of the design of devices. - M.: Mashinostroenie, 1983. - 277 p., Fig. 31 c, p. 54 - 55). This device consists of a housing on which there are three rotating centering elements with working surfaces in the form of gear rims. The centering elements have a common drive and, with simultaneous rotation, center and fix the machined gear installed between them. One of the distinguishing features of the prototype is that the centering elements simultaneously perform the functions of the clamping elements. This important advantage of the cartridge in question is also characteristic of the claimed device.

Устройство, выбранное в качестве прототипа, имеет ряд недостатков. Достижение высокой точности центрирования, необходимое для практического применения устройства, возможно лишь при обеспечении больших значений коэффициента перекрытия в зацеплении центрирующих элементов и базируемого зубчатого колеса (не менее двух). Это необходимо для компенсации влияния резких отклонений формы и толщины зубьев в пределах венца зубчатого колеса на точность его центрирования в приспособлении. Однако увеличение значений коэффициента перекрытия для данной конструкции устройства возможно лишь за счет повышения числа зубьев центрирующих элементов, что приводит к чрезмерному увеличению размеров приспособления и не позволяет увеличить число центрирующих элементов с целью повышению точности центрирования деталей. Кроме того, данному устройству свойственно непостоянство базовых поверхностей в пределах профиля зуба, по которым осуществляется центрирование зубчатых колес. Это явление обусловлено особенностями кинематики процесса центрирования деталей. В результате одновременного, синхронного вращения центрирующих элементов первыми в зацепление с установленным зубчатым колесом всегда будут вступать одни и те же зубья центрирующих элементов, имеющие определенную и равную величину эксцентриситета относительно собственной оси вращения. Поскольку в пределах венца каждого зубчатого колеса и у всех колес обрабатываемой партии деталей существует довольно значительная вариация значений толщины зубьев и погрешностей формы венца, процесс центрирования и закрепления каждой детали будет заканчиваться при различных угловых положениях сопряженных центрирующих элементов и устанавливаемого зубчатого колеса. По этим причинам базирование различных зубчатых колес будет происходить и по различным поверхностям профилей зубьев (делительной, головке или ножке), что определяет невысокую точность и стабильность центрирования деталей в таких устройствах. Наиболее оптимальным является центрирование зубчатых колес по наиболее точной делительной поверхности, как это принято в заявляемом устройстве. Базирование колес по поверхностям головки и ножки зубьев нецелесообразно не только вследствие их низкой точности, но и из-за проводимой в ряде случаев по различным конструктивно-технологическим причинам их модификации, делающей данные поверхности вообще отличными от эвольвентных. Кинематические особенности процесса центрирования зубчатых колес в данном устройстве являются также причинами и снижения надежности закрепления детали, поскольку при увеличенных значениях толщины зубьев обрабатываемых колес возможен их недоворот до положения надежного заклинивания деталей. Кроме того, из-за жесткого взаимного расположения зубьев центрирующих элементов при контактировании с зубчатыми колесами по всей длине зубьев происходит дополнительный перекос оси установленной детали, обусловленный систематической погрешностью направления ее зубьев. Эти обстоятельства являются причиной существенного снижения точности центрирования и надежности закрепления обрабатываемых деталей. Указанные недостатки устранены в конструкции заявляемого устройства. The device selected as a prototype has several disadvantages. Achieving the high centering accuracy necessary for the practical use of the device is possible only if large values of the overlap coefficient are achieved in the engagement of the centering elements and the base gear (at least two). This is necessary to compensate for the influence of sharp deviations of the shape and thickness of the teeth within the rim of the gear wheel on the accuracy of its centering in the device. However, an increase in the values of the overlap coefficient for this device design is possible only by increasing the number of teeth of the centering elements, which leads to an excessive increase in the size of the device and does not allow to increase the number of centering elements in order to improve the accuracy of centering of parts. In addition, this device is characterized by inconsistency of the base surfaces within the tooth profile, along which the gears are centered. This phenomenon is due to the kinematics of the centering process. As a result of simultaneous, synchronous rotation of the centering elements, the same teeth of the centering elements will always be the first to mesh with the mounted gear wheel, having a certain and equal amount of eccentricity relative to their own axis of rotation. Since within the rim of each gear wheel and all the wheels of the batch of parts being machined there is a rather significant variation in the values of the thickness of the teeth and the errors in the shape of the rim, the process of centering and securing each part will end at different angular positions of the mating centering elements and the installed gear. For these reasons, the basing of various gears will occur on different surfaces of the tooth profiles (dividing, head or leg), which determines the low accuracy and stability of the centering of parts in such devices. The most optimal is the centering of the gears on the most accurate dividing surface, as is customary in the inventive device. The base of the wheels on the surfaces of the head and tooth legs is impractical not only because of their low accuracy, but also because of the modification carried out in a number of cases for various structural and technological reasons, which makes these surfaces generally different from involute. The kinematic features of the process of centering the gears in this device are also the reasons for the decrease in the reliability of the fastening of the part, since with increased values of the thickness of the teeth of the machined wheels, they may be under-rotated to the position of reliable jamming of the parts. In addition, due to the rigid relative positioning of the teeth of the centering elements, in contact with the gears along the entire length of the teeth, an additional skew of the axis of the installed part occurs due to the systematic error in the direction of its teeth. These circumstances are the reason for a significant decrease in the centering accuracy and the reliability of fixing the workpieces. These disadvantages are eliminated in the design of the inventive device.

Для повышения точности центрирования и надежности закрепления зубчатых колес при установке в приспособлении по боковым поверхностям зубьев венца зубчатые центрирующие элементы выполнены в виде отдельных призматических зубьев. Центрирующие элементы размещены в радиальных отверстиях направляющей втулки, установленной на корпусе. To increase the accuracy of centering and the reliability of fixing the gears when installed in the device along the lateral surfaces of the teeth of the crown gear centering elements are made in the form of separate prismatic teeth. Centering elements are located in the radial holes of the guide sleeve mounted on the housing.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемого устройства. In FIG. 1 shows the design of the claimed device.

На фиг. 2 показан вид на центрирующие элементы. In FIG. 2 shows a view of the centering elements.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором в направляющей втулке 2 с возможностью поворотов и радиальных перемещений размещены призматические зубчатые центрирующие элементы 3. Угол при вершине центрирующих элементов 3 равен удвоенному углу профиля обрабатываемого зубчатого колеса. Центрирующие элементы 3 контактируют с конической рабочей поверхностью зажимной втулки 4. Для обеспечения условий самоторможения устройства угол конической образующей зажимной втулки 4 составляет 3-5^o. Зажимная втулка 4 посредством тяги 5, нажимного диска 6 и пальцев 7 соединяется с приводом, например пневматическим. Для базирования обрабатываемых зубчатых колес по торцу в корпусе 1 установлены опорные пальцы 8. На центрирующих элементах 3 расположены пружины 9, возвращающие их в исходное положение.The device consists of a housing 1, on which prismatic gear centering elements 3 are placed in the guide sleeve 2 with the possibility of rotations and radial movements. The angle at the top of the centering elements 3 is equal to twice the profile angle of the gear being machined. The centering elements 3 are in contact with the conical working surface of the clamping sleeve 4. To ensure the conditions of self-braking of the device, the angle of the conical forming clamping sleeve 4 is 3-5 ^o . The clamping sleeve 4 by means of the rod 5, the pressure plate 6 and the fingers 7 is connected to a drive, for example pneumatic. For basing the gears being machined along the end, support fingers 8 are installed in the housing 1. On the centering elements 3, springs 9 are located, which return them to their original position.

Устройство работает следующим образом. После установки зубчатого колеса в устройстве рабочей поверхности центрирующие элементы 3 размещаются во впадинах между зубьями. После включения привода, например пневматического, зажимной втулке 4 через тягу 5, нажимной диск 6 и пальцы 7 сообщается продольное перемещение относительно корпуса 1. С конической поверхностью зажимной втулки 4 контактируют центрирующие элементы 3. Центрирующие элементы 3, размещенные в отверстиях направляющей втулки 2, имеют возможность поворота вокруг собственных осей и радиальных перемещений относительно оси корпуса 1. В результате продольного движения зажимной втулки 4 происходит одновременное схождение центрирующих элементов 3 к оси корпуса 1 и образуется контакт рабочих поверхностей центрирующих элементов 3 с боковыми поверхностями зубьев колеса. При дальнейшем перемещении зажимной втулки 4 осуществляется окончательное центрирование и закрепление обрабатываемой детали. Возможность поворота центрирующих элементов 3 вокруг собственных осей позволяет устранить влияние погрешностей направления зубьев на точность центрирования и надежность закрепления деталей. Из-за небольшой величины конусности рабочей поверхности зажимной втулки 4 в сопряжении ее с центрирующими элементами 3 обеспечиваются условия самоторможения, что предотвращает разжим обрабатываемого зубчатого колеса даже при прекращении подачи воздуха или разгерметизации пневмосистемы. Проворот детали в устройстве при осуществлении процесса обработки устраняется направляющей втулкой 2, в отверстиях которой размещены центрирующие элементы 3. Разжим обрабатываемого зубчатого колеса происходит при реверсировании пневмопривода и обратном перемещении зажимной втулки 4. Центрирующие элементы 3 возвращаются в исходное положение пружинами 9. The device operates as follows. After installing the gear in the device of the working surface, the centering elements 3 are placed in the cavities between the teeth. After turning on the drive, for example pneumatic, the clamping sleeve 4 through the rod 5, the pressure plate 6 and the fingers 7 are informed of a longitudinal movement relative to the housing 1. The centering elements 3 are in contact with the conical surface of the clamping sleeve 4. The centering elements 3 located in the holes of the guide sleeve 2 have the possibility of rotation around its own axes and radial movements relative to the axis of the housing 1. As a result of the longitudinal movement of the clamping sleeve 4, the centering elements 3 simultaneously converge to the axis housing 1 and the contact is formed of the working surfaces of the centering elements 3 with the side surfaces of the teeth of the wheel. With further movement of the clamping sleeve 4 is the final centering and fixing of the workpiece. The ability to rotate the centering elements 3 around their own axes allows you to eliminate the influence of errors in the direction of the teeth on the accuracy of centering and reliability of fixing parts. Due to the small size of the taper of the working surface of the clamping sleeve 4 in conjunction with the centering elements 3, self-braking conditions are ensured, which prevents the gear being worked out even when the air supply is interrupted or the pneumatic system is depressurized. The rotation of the part in the device during the processing process is eliminated by the guide sleeve 2, in the holes of which the centering elements 3 are placed. The gear to be machined is released when the pneumatic drive is reversed and the clamping sleeve 4 is moved back. The centering elements 3 are returned to their original position by springs 9.

Заявляемое устройство для центрирования и закрепления зубчатых колес позволяет с высокой точностью осуществлять центрирование обрабатываемых деталей по боковым поверхностям зубьев и одновременно обеспечивает надежное закрепление, что достигается за счет уменьшения погрешности базирования, устранения влияния на точность установки деталей погрешностей привода и кинематики процесса центрирования. Данное устройство может быть использовано для обработки отверстия и других соосных поверхностей на токарных и шлифовальных операциях. The inventive device for centering and securing gears allows you to center the machined parts on the side surfaces of the teeth with high accuracy and at the same time provides reliable fastening, which is achieved by reducing the base error, eliminating the influence on the installation accuracy of the parts of the drive errors and the kinematics of the centering process. This device can be used for machining holes and other coaxial surfaces in turning and grinding operations.

Claims

A device for centering and securing gears, in the housing of which there are axially movable discs with a clamping sleeve, designed to move the gear centering elements, characterized in that it is equipped with a guide sleeve mounted in the housing, while the centering elements are made in the form of separate prismatic teeth located in a closed circular contour in the radial holes of the specified guide sleeve.