IZRADA NAVOJA I ZUPČANIKA

IZRADA NAVOJA

Metode i postupci izrade navoja se najčešće razvrstavaju prema tipu mašine koja se koristi za izradu navoja (izrada navoja na: strugu, bušilici, glodalici, brusilici i specijalnim mašinama). Izbor metoda i postupaka izrade navoja zavisi od obima proizvodnje i vrste navoja (spoljašnji, unutrašnji, kratkohodi ili dugohodi itd.).

Navoj je osnovni deo vijka i navrtke preko koga se prenose spojne sile. Osnova navoja je zavojnica. Zavojnica je kriva linija koja se dobija istovremenim kretanjem tačke oko cilindra i po njegovoj uzdužnoj osi.

Ako se tačka kreće oko konusa dobija se konusna zavojnica. Smer obavijanja može biti levi ili desni, pa se razlikuju leva i desna zavojnica. Desna zavojnica se dobija obavijanjem pravca oko rotacionog dela u smeru kazaljke na satu, dok se leva zavojnica dobija obavijanjem u smeru suprotnom od kazaljke na satu. Udaljenost između dve tačke iste zavojnice koje leže na istoj osi naziva se visina zavoja ili korak zavojnice. Deo zavojnice između tih tačaka je jedan zavoj. Navoj nastaje kretanjem geometrijskog tela određenog profila po zavojnici. Obzirom da se razlikuju leva i desna zavojnica, razlikuju se desni i levi navoj. Navoj koji se obavija po spoljašnjoj površini cilindra naziva se spoljni navoj, a navoj koji se obavija po unutrašnjoj površini cilindričnog otvora naziva se unutrašnji navoj. Vijak je mašinski deo koji ima spoljašnji navoj, a navrtka je deo koji ima unutrašnji navoj. Kako bi se vijak mogao spojiti s maticom, navoji vijka i matice moraju biti usklađeni. Glavna dimenzija navoja je nominalan prečnik navoja. Nominalan prečnik navoja je uvijek spoljašnji prečnik navoja, i označen je sa d za vijke i D za navrtke.

Prema obliku profila navoja razlikuju se: metrički, trapezni, kosi, vitvortov i obli navoj.

Metrički navoj:

Opšte karakteristike. Teorijski profil metričkog navoja ima oblik jednakostraničnog trougla sa uglom profila navoja od 60°. Podela metričkog navoja izvršena je prema veličini koraka u odnosu na nazivni prečnik navoja - na metrički navoj sitnog koraka i metrički navoj krupnog koraka. Osnovni nazivni profil ima oblik jednakokrakog trapeza dobijen korekcijom vrhova trougla teorijskog profila.

Trapezni navoj:

Opšte karakteristike. Terijski profil trapeznog navoja ima oblik jednakokrakog trougla sa uglom profila navoja od 30°. Značajnim skraćenjem vrhova trougla teorijskog profila dobija se osnovni - nazivni profil u obliku jednakokrakog trapeza. Stvarni profil trapeznog navoja u dnu navojnog žleba ima zaobljenje. Podela trapeznog navoja izvršena je, prema veličini koraka u odnosu na nazivni prečnik navoja, na trapezni navoj normalnog, sitnog i krupnog koraka. Oblast primene: najviše se primenjuje za pokretne navojne spojeve - navojne prenosnike, zbog smanjenog otpora trenja u navojcima navojnog spoja; mogu se primeniti i za vijčane veze koje rade u uslovima čestog spajanja i razdvajanja i za jako opterećenje vijčane veze.

IZRADA NAVOJA NA STRUGUIzrada navoja na strugu se koristi u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Ostvaruje se na univerzalnim strugovima ili strugovima sa vodećim vretenom, strugovima koji obezbeđuju strogu zavisnost glavnog obrtnog i pomoćnog pravolinijskog kretanja.

Suština izrade navoja na strugu je da se za jedan obrt predmeta obrade (n = 1) nosač alata, zajedno sa alatom, aksijalno pomeri za korak jednak koraku navoja koji se izrađuje (S). To znači da je osnovni uslov jednakost brzina pomoćnog kretanja:

S ⋅ n = Sv ⋅ nv , gde su: n, o/min - broj obrtaja predmeta obrade; S, mm - korak navoja koji se izrađuje; nv, o/min - broj obrta vodećeg vretena i Sv, mm - korak vodećeg vretena.

Izrada navoja se ostvaruje u više prolaza pri čemu se razlikuju prolazi: grube izrade i završne obrade navoja. U prolazima grube obrade strugarski nož se primiče tangencijalno, paralelno bočnoj površini profila navoja, čime je obezbeđeno odvajanje samo jedne strugotine. Pri završnoj obradi navoja primicanje noža je radijalno. Time se uklanja relativno mala količina materijala pa ne postoji opasnost od sabijanja strugotine i ometanja procesa rezanja.

Kao alati za izradu navoja na strugu koriste se standardni strugarski noževi za spoljašnji i unutrašnji navoj, jedno i višeprofilni kružni noževi, specijalni noževi za izradu trapeznog navoja, itd.

IZRADA NAVOJA NA BUŠILICINa bušilici standardne ili specijalne konstrukcije je moguća izrada unutrašnjeg ili spoljašnjeg navoja primenom ureznika ili nareznica. Mašine za izradu navoja obezbeđuju pravolinijsko pomoćno kretanje i promenu smera obrtanja alata u cilju ostvarivanja brzog povratnog hoda alata. Izrada unutrašnjeg navoja, manjih nominalnih prečnika, ureznicima je jedan od najjednostavnijih, najtačnijih i najekonomičnijih postupaka.

Ureznik ima oblik zavojnice prekinute žljebovima za odvođenje strugotine i formiranje reznog klina alata. Broj žljebova je obično 3 - 4, pri čemu se kod izrade navoja većeg prečnika koriste ureznici sa 4 žljeba. Ureznici se razlikuju po dužini i koničnosti početnog dela. Za izradu navoja u rupama ili kod izrade navoja na tvrdim materijalama koristi se dva ureznika (prethodni i završni). Početni deo ureznika je konično sužen, što znači da su rezni elementi na početnom delu sa nepotpunim profilom. Time je obezbeđena ravnomernija raspodela ukupnog poprečnog preseka strugotine na pojednine rezne elemente ureznika.

IZRADA NAVOJA NA GLODALICINa glodalicama se mogu izrađivati kratkohodi i dugohodi navoji.Kratkohodi navoji se izrađuju primenom vretenastih i valjkastih navojnih glodala. To su glodala u vidu zavojnice ispresecane žljebovima za formiranje reznog klina alata. Izrada kratkohodog navoja se izvodi na specijalnim glodalicama koje obezbeđuju odgovarajuća kretanja alata i predmeta obrade. Alat izvodi glavno obrtnokretanje i aksijalno pomoćno pravolinijsko kretanje uz prethodno primicanje alata, dok predmet obrade izvodi lagano obrtno kretanje. Jednom obrtu predmeta obrade odgovara aksijalno pomeranje alata za jedan korak.Na specijalnim mašinama je moguća izrada i navoja na predmetima obrade koji zbog svog oblika nemaju mogućnost obrtnog kretanja. U tom slučaju alat izvodi sva neophodna kretanja, uključujući i planetarno kretanje oko predmeta obrade.

Dugohodi navoji se izrađuju na univerzalnim ili horizontalnim glodalicama korišćenjem podeonog aparata, čije se jedan zupčanik vezuje za vodeće vreteno radnog stola glodalice. Kao rezni alat najčešće se koristi koturasto profilno glodalo.

IZRADA ZUPČANIKA

Zupčanici predstavljaju mašinske elemente za prenos obrtnog kretanja sa jednog vratila na drugo pomoću sprezanja zubaca zupčanika. Direktin dodirom izbočina (zuba) i udubljenja (uzubina) naizmenično izrađenih na obimnim površinama zupčanika. Ovo su najčešće upotrebljavani mašinski elementi, te s pravom važe kao sinonim za mašinsku nauku. Upotreba zupčanika je veoma široka, od npr. satnih mehanizama, preko primene u menjaču vetroturbine, do brojnih drugih uređaja.Obzirom na široko područje upotrebe praksa je iznela mnoštvo različitih vrsta zupčanika zavisno od potrebe. Tako razlikujemo cilindrične, kose i hiperboloidne zupčanike. Svake od ove tri podgrupe poseduju opet posebne podslučajeve sa određenim prednostima i manama.

Tako se cilindrični zupčanici koriste za prenos obrtnog kretanja između paralelnih vratila. Cilindrični zupčanici sa pravim zubima poseduju ne baš tako ravnomeran zahvat, i mali stepen sprezanja. Ova dva nedostatka se izbegavaju sa kosim zubima pri čemu treba napomenuti veće površine koje su u dodiru, te stoga i veće zagrevanje kod kosih zubaca. Osim toga kod kosih zubaca se pojavljuje još i aksijalna sila koja dodatno opterećuje ležajeve. Spajanje prednosti jednog i drugog pristupa se vrši sa strelastim zupcima, gde se eliminiše pojava aksijalnih sila, ali je izrada skuplja.

Geometrija zupčanikaNajvažnije mere geometrije zupčanika date su na narednoj slici.  Najvažniji prečnik jeste tzv. podeoni prečnik, dok se izvođenjem obimnih dimenzija (p*z=d*π) može doći do najvažnijeg parametra svakog zupčanika koji kasnije figuriše u bilo kojoj dimenziji a to je MODUL zupčanika (m=d/z).

Princip rada svih zupčanika svodi se na glavno i osnovno pravilo zupčanja (ima ih više, ali se sva zasnivaju na prvom pravilu): „normala povučena na trenutnu tačku dodira dva zupčanika, mora da prolazi kroz tzv. kinematski pol, tj. tačku u kojoj se dodiruju podeoni prečnici“. Ovo je moguće samo ukoliko bokovi zubaca poprimaju samo određene vrste krivih. Od mnoštva su se do sada istakle evolventa i cikloida kao i neke specifične i manje poznate krive. Ugao koji se zaklapa između dodirnice i horizontalne linije se onda naziva ugao dodirnice (najčešće 15° do 20°,  u zavisnosti od krive boka zupca).

U zavisnosti od zahtevanog kvaliteta izrade zupčanika metode izrade se dele na dve grupe i to metode:

• prethodne obrade – izrade• i završne obrade zupčanika.

Metodama prethodne obrade (glodanjem, rendisanjem, provlačenjem i sl.) formira se oblik zuba zupčanika rezanjem iz punog materijala.

Metodama završne obrade (brušenjem, glačanjem - poliranjem, ljuštenjem – brijanjem i sl.) se otklanjaju defektni sloj i toplotne deformacije nastale prethodnim obradom i obezbeđuje visoka tačnost i kvalitet obrađenih površina.

Metode izrade i obrade zupčanika se mogu razvrstati i prema vrsti zupčanika koji se izrađuju i osnovnim postupcima obrade, kao na primer:

♦ izrada zupčanika glodanjem,♦ izrada zupčanika rendisanjem,♦ izrada zupčanika provlačenjem,♦ završna obrada zupčanika.

IZRADA CILINDRIČNIH ZUPČANIKA GLODANJEMZa izradu cilindričnih zupčanika glodanjem koriste se dve metode izrade:• pojedinačnim rezanjem (zub po zub) i• relativnim kotrljanjem.

Izrada zupčanika pojedinačnim rezanjem

Metode pojedinačne izrade zupčanika koriste se samo u nedostatku specijalnih mašina. Izrada cilindričnih zupčanika pojedinačnim rezanjem je moguća na univerzalnim, horizontalnim ili vertikalnim glodalicama uz primenu podeonog aparata (prostog ili univerzalnog).

Kao alat koriste se modulna vretenasta ili koturasta glodala. Profil alata odgovara profilu međuzublja zuba zupčanika. Nakon izrade jednog međuzublja predmet obrade se, posredstvom podeonog aparata, zakoreće za jedan korak. Kako se, pri istoj vrednosti modula zupčanika, profil međuzublja menja sa brojem zuba zupčanika, teorijski bi bio potreban poseban alat za svaki modul i broj zuba. Međutim, u praksi se za određeni dijapazon brojeva zuba zupčanika, pri istoj vrednosti modula, koristi jedno glodalo. To znači da za svaku vrednost modula zupčanika postoji određena garnitura glodala, pri čemu se jedno glodalo iz garniture koristi za određeni dijapazon broja zuba zupčanika.

Izrada zupčanika relativnim kotrljanjem

Za serijsku i masovnu proizvodnju zupčanika koriste se specijalne mašine, koje rade na principu relativnog kotrljanja između alata i predmeta obrade. Princip relativnog kotrljanja obezbeđuje veću tačnosti izrade, bolji kvalitet i viši nivo produktivnosti izrade zupčanika. Ostvaruje se na mašinama tipa Pfauter korišćenjem odvalnog glodala kao reznog alata. Odvalno glodalo je oblika puža ispresecanog zavojnim žljebovima normalnim na zavojnicu - spiralu puža.

U procesu izrade zupčanika odvalno glodalo izvodi lagano glavno obrtno kretanje, uz istovremeno pravolinijsko pomoćno kretanje paralelno osi zupčanika koji se izrađuje. Predmet obrade izvodi pomoćno obrtno kretanje, koje je u funkciji glavnog kretanja, kako bi se dobio željeni broj zuba zupčanika. Odvalna glodala se izrađuju od brzoreznih čelika ili sa umetnutim segmentima sa zubima od brzoreznog čelika. Nanošenjem tvrdih prevlaka postiže se višestruko povećanje postojanosti alata.Režim obrade pri izradi zupčanika odvalnim glodanjem je definisan korakom S, mm/o i brojem obrtaja alata n, o/min, aksijalnim pomeranjem alata Sr, mm/o ili brojem hodova.Za izradu zupčanika glodanjem koriste se glodalice tipa Pfauter. Nosač alata sa alatom se vertikalno pomera duž stuba (periodično ili kontinualno) i zakreće oko horizontalne ose u cilju zakretanja odvalnog glodala. Alat izvodi glavno obrtno i pomoćno aksijalno pravolinijsko kretanje. Predmet obrade se postavlja na stožer iutvrđuje nosačem. Predmet obrade izvodi pomoćno obrtno, dopunsko obrtno (ukoliko je potrebno) i pomoćno pravolinijsko radijalno kretanje (periodično ili kontinualno).