Krótkie wprowadzenie do modyfikacji profilu zęba

I. Dlaczego modyfikacja profilu zęba jest konieczna? (Cele i uwarunkowania)

1. Odkształcenie sprężyste : Podczas przekazywania mocy występuje niewielka sprężysta odkształcalność zębów kół zębatych, wałów i łożysk. Powoduje to, że stóp zęba koła napędzającego "przecina" się w głowicę zęba koła napędzanego (tzw. "interferencja"), co skutkuje uderzeniami, wibracjami i hałasem.
2. Błędy produkcji i montażu : Koła zębate mają niewielkie błędy skoku oraz odchylenia profilu zęba. Podczas montażu mogą występować błędy odległości osi oraz niepoprawne wyrównanie osi. Te niedokładności zakłócają idealny stan współpracy.
3. Odkształcenia termiczne : Ciepło powstające podczas pracy systemu powoduje rozszerzalność cieplną obudowy przekładni i kół zębatych, zmieniając pierwotne warunki współpracy.

• Zazębienie na krawędzi wierzchołka zęba : Wzmocnione uderzenia podczas zazębienia.
• Koncentracja naprężeń : Nadmiernie wysokie naprężenia kontaktowe na czubkach i stópkach zębów.
• Zwiększona wibracja i hałas : Niestabilność przekładni oraz obniżony komfort jazdy.
• Zmniejszona sprawność : Straty energii spowodowane dodatkowym tarciem i uderzeniami.

II. Główne typy modyfikacji

1. Modyfikacja profilu zęba – modyfikacja wzdłuż wysokości zęba
   Obejmuje zmianę kształtu profilu zęba w płaszczyźnie czołowej prostopadłej do osi koła zębatego. Głównymi typami są:
   • Poboczne zaokrąglenie czubka zęba : Najczęściej stosowana metoda modyfikacji profilu zęba, polegająca na odpowiednim prześcienieniu niewielkiej części ewolwenty zęba w pobliżu wierzchołka zęba. Jej celem jest kompensacja błędów podstawy skoku oraz odkształcenia zęba koła zębatego, uniknięcie kontaktu krawędzi wierzchołka zęba oraz uderzeń podczas wejścia i wyjścia zazębienia, a także zapewnienie płynnej transmisji.
   • Odprężenie u podstawy zęba : Prześcienienie podstawy zęba w obszarze odpowiadającym wierzchołkowi zęba koła współpracującego. Jej celem jest zapobieganie interferencji między wierzchołkiem zęba koła współpracującego a podstawą zęba bieżącego koła, a także umożliwienie płynnego przejścia podczas zazębienia.
   • Modyfikacja łukowa śladu zęba : Nadanie profilowi zęba lekko bębenkowatego kształtu, z częścią środkową nieco wystającą. Jej celem jest kompensacja mimośrodowego obciążenia koła zębatego oraz błędów montażu, umożliwiając lepsze skupienie obciążenia w środkowej części powierzchni zęba i uniknięcie koncentracji naprężeń na krawędziach.
2. Modyfikacja śladu zęba – Modyfikacja wzdłuż szerokości zęba
   Odnosi się to do modyfikacji kształtu powierzchni zęba w kierunku równoległym do osi koła zębatego. Główne typy obejmują:
   • Zaciecie końców zębów : Odpowiednie przethnienie końców zębów wzdłuż kierunku śladu zęba. Jego celem jest kompensacja odkształceń wału i obudowy przekładni oraz błędów linii zęba, zapobieganie koncentracji naprężeń na końcach zębów oraz poprawa rozkładu obciążenia na powierzchni zęba.
   • Modyfikacja łukowa zęba : Nadanie powierzchni zęba lekko bębenkowatego kształtu wzdłuż szerokości zęba (pogrubienie w środku i obniżenie na obu końcach). Jako najskuteczniejsza metoda modyfikacji śladu zęba pozwala znacząco skompensować obciążenie mimośrodowe spowodowane odkształceniem skrętnym wału i niewłaściwym montażem, koncentrując wzór styku w środku powierzchni zęba i poprawiając nośność oraz trwałość.

III. W jaki sposób realizuje się modyfikację profilu koła zębatego? (Metody wytwarzania)

1. Hartowanie zmodyfikowanych kół zębatych : Najdokładniejsza i najczęściej stosowana metoda. Na szlifierce do kół zębatych z CNC tor ruchu szlifierki jest kontrolowany poprzez oprogramowanie, umożliwiając bezpośrednie szlifowanie wymaganego zmodyfikowanego profilu zęba. Jest to metoda preferowana w przypadku skomplikowanych modyfikacji (takich jak zęby kuliste).
2. Obrobka nożowaniem zmodyfikowanych kół zębatych : Dla kół zębatych o miękkich powierzchniach zębów można stosować zmodyfikowany nóż do nożowania, który przenosi wartość modyfikacji na powierzchnię zęba koła.
3. Przycinanie zmodyfikowanych kół zębatych : Zasada jest podobna do nożowania kół zębatych – stosuje się zmodyfikowane koło przycinające do wykańczania kół zębatych po obróbce cieplnej. Poprawia to nie tylko jakość powierzchni, ale również osiąga pewien stopień modyfikacji.

Podsumowanie