 Пользователь |
|
|
|
 Обновления |
|
|
|
 Доска объявлений |
|
|
|
|
 Астротека |
Статьи: Любительское телескопостроение
Андрей Перепечко - Изготовление червячной передачи в любительских условиях
Дата публикации: 14-12-2006
|
 |
|
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ
В ЛЮБИТЕЛЬСКИХ УСЛОВИЯХ
Андрей Перепечко
Сразу оговорюсь, что данная технология рассчитана на любителей телескопостроения НЕ имеющих возможность заказать по той или иной причине червячную пару на заводе или же желающих получить кайф от того, что что-то сделано своими руками. Те кто имеют указанную возможность и самое главное –ЖЕЛАНИЕ, могут далее не читать, дабы пощадить свои и чужие нервы.
Человечеством движут три вещи: Лень, Жадность и Любопытство.
1) О Лени
Мне всегда было лень бегать и искать того, кто за деньги (или без оных) выполнит мою скромную просьбу. А найдя такого человека мне было лень объяснять ему, что мне надо, а потом предъявлять претензии, если мне выдают кривую деталь за мои деньги.
Пью я не хуже токаря\слесаря, руки у меня с перепоя не менее кривые, так хоть не на кого будет обижаться.
2) О Жадности
Лень при желании можно пересилить, поэтому после определенных душевных усилий мною был совершён вояж по имеющимся в Алма-Ате заводам и токорям-частникам.
На бывшем почтовом ящике под названием «Завод им. С.Кирова» после сложных вычислений, куда входила стоимость металла, оснастки, услуги проектировщика, арендная плата, отчисления в бюджет и прочие, не совсем внятные поначалу вещи, мне была названы цены в размере:
- за червячную пару 200 у.е.,
- за простую шестерню с модулем 1 и 22 зубьями 30 у.е.
Частные токаря оказались более покладистые и готовы были скостить цены вдвое, но при одном условии – металл должен быть мой.
Ради интереса мною были посещены рынки, где можно было купить необходимого размера болванку. Здесь меня поджидала следующая засада – болванки продавались недетских размеров, правда по цене металлолома на скупках краденного металла. Тем не менее бронзовый кругляк диаметром 130 мм. вытянул почти на 200 у.е. На предложение отрезать для меня кусочек поменьше мне был дан вполне резонный ответ, что за опилки я несомненно должен заплатить, примерно около 30 у.е., т.е кругляк мне обходился опять же не менее 60 у.е. А еще законный интерес частника…кошмар!
3) О Любопытстве
С детства было интересно, как и что делается и можно ли сделать это самому. Поэтому я не стал давить в себе природную жабу, а залез в Интернет, дабы найти информацию, как самому сделать приемлемого качества червячную пару для визуального телескопа, потому как фотографические наблюдения в центре весьма дымной Алма-Аты исключены в принципе.
4) Стратегические соображения
Поскольку, так или иначе, стоимость изготовления шестерни у меня вылазила в нескромную сумму, было принято решение отлить в домашних условиях болванку из латуни\бронзы подходящего для обработки размера и сделать пару самому.
Внятных указаний на размер и параметры червячной шестерни найдено не было, кроме того сложилось стойкое впечатление, что эти параметры вообще обычно выбираются «от балды». Было решено изготовить шестерню диаметром 120 мм (был под рукой обрезок трубы с подходящим внутренним диаметром) с неопределённым количеством зубьев (при применении шагового двигателя кол-во зубьев не имеет значения).
Поскольку червячная пара имеет однонаправленную передачу, то при эксплуатации телескопа вполне вероятна ситуация, когда «по-запарке» делается попытка навести его на объект не рассоединив шестерни, и как следствие рано или поздно это приводит к разрушению передачи. Следовательно, необходимо предусмотреть как запас по жесткости, выбрав значительный угол обхвата и высоту профиля зубьев, так и аварийное проскальзывание шестерни на оси.
Таким образом, определяемся, что нам необходим готовый «блин» толщиной не менее 15 мм.
5) Изготовление оснастки
Технология нарезания червячных шестерен неоднократно в различной степени описана на множестве сайтов, так что автор никоим образом не претендует на оригинальность, а лишь описывает, что и как делал, чтобы получить стабильные конечные результаты при минимальных материально-технических затратах.
Для начала нам необходимо изготовить червячную фрезу.
В качестве заготовки для фрезы был применен круглый напильник диаметром 15 мм. Напильник подвергся нагреву до красного цвета при помощи пропановой горелки и относительно долгому остыванию – минут пять. Затем на китайском токарном станочке резцом с победитовой напайкой отпущенный напильник был проточен до получения стержня диаметром 12 мм.
Подчеркну (!) – несмотря на то, что металл, из которого изготовлен напильник, отпущен, необходимо выбирать как малые подачи резца, так и малые обороты станка.
При обратном происходит локальный поверхностный разогрев заготовки фрезы с моментальным закаливанием и даже острый резец начинает скользить как по-маслу. Затем стандартным резьбовым резцом из самокала, в несколько проходов, опять-же с минимальной подачей, была нарезана стандартная резьба М12х1,75.
Кроме того, малая подача не вызывает поперечной деформации заготовки, что весьма положительно сказывается на точности.
Для очистки совести (как показала практика – совсем не обязательная операция) новой плашкой соответствующего размера выполнен контрольный проход, для окончательного формирования профиля.
Затем при помощи Дремеля (бормашинки) с закрепленным на ней отрезным кругом из вулканита (продаются в магазинах зубоврачебной техники) на профиле нарезаются радиальные прорези вдоль продольной оси фрезы, в количестве 4-5 шт. Следующая операция – это формирование затылка, для чего заднюю часть получившегося зуба стачивают под углом 45 и менее градусов. В результате мы должны получить перпендикулярный передний профиль зуба (фреза работает «на вкручивание») с плавным завалом к «нулю» задней его части.
Заключительная процедура – это нагрев фрезы до темно-красного свечения (не усердствуем!) и затем закалка в минеральном масле. Фрезу в масло опускаем СТРОГО ВЕРТИКАЛЬНО, дабы избежать коробления.
Общее время изготовления фрезы составляет около одного-двух часов.
Несколько замечаний по поводу обычно предлагаемой в литературе фрезы из стандартного метчика.
Промышленностью выпускаются несколько типов метчиков, в частности непрорезные, трех-, четырёх- и пяти-прорезные. В жизни я встречал только трёх-прорезные метчики. Попытка нарезать таким шестерню описана ниже.
В первоначальный момент зуб метчика наносит засечку на поверхность заготовки, врезается в металл, одновременно проворачивая будущую шестерню на какой-то угол, примерно равный 60 град. - УБРАТЬ?, после чего выходит из металла. Затем следует «мертвая зона» метчика, т.е. его стружкоотводящая прорезь и снова зуб нового сектора.
А теперь – внимание !
Поскольку заготовка шестерни в момент прохождения «мертвой зоны» метчика неподвижна, то удар зуба следующего сектора приходится не по чистой поверхности заготовки (как должно быть, по идее), а на скат предыдущего нарезанного зуба! Внешне это выглядит как «ломание» заготовки в момент нанесения первоначальных насечек (причем, чем тоньше заготовка по сравнению с диаметром метчика, тем выраженнее эффект), затем по мере углубления эффект ломания сглаживается, но в сильную лупу видна несимметричность профиля.
Т.е. без принудительного поворота шестерни на необходимый угол, точность полученной шестерни получается недопустимо малой и никакой последующей шлифовкой эту погрешность несимметричности уже не снивелируешь.
Кроме того, в идеале мы должны иметь не прямую стружкоотводящую прорезь, а винтовую, с тем, чтобы каждый следующий зуб фрезы заходил в металл заготовки, не допуская наличия «мертвых зон». Судя по фотографиям в Интернете, такие фрезы выпускаются промышленностью, но к сожалению не попадаются в реальной жизни, особенно в СНГ.
Следующая подготовительная операция – это изготовление формы для отливки.
После ряда экспериментов я пришёл к простому решению: приварил стальное кольцо размером 130х30х3 к стальному листу толщиной около 2 мм.
Время изготовления 15 мин.
Следующий этап – изготовление плавильной печи.
В простейшем случае можно выложить из 10-20 кирпичей «колодец» с отверстием около 30 мм в нижней части для ввода газовой горелки. Наружная стенка «колодца» может нагреться до 200-250оС, что необходимо учитывать. Если в дальнейшем плавильные эксперименты не предполагаются, это наиболее разумный вариант. Впрочем, мы не ищем легких путей, а посему сварганили более надёжный вариант печи:
В качестве тигля используется обрезок стальной трубы 100х120х5 заглушенный стальным блином на сварке. Такой тигль предположительно выдержит 100-200 плавок, по крайней мере после 25 пробных плавок серьёзного истончения стенок не наблюдалось.
Печь можно сложить за 10 мин, тигль сварить за 15 с учетом обтачивания днища.
Пропановая горелка собирается из подходящих кусков водопроводной арматуры.
6) Отливка заготовки
В качестве шихты был использован латунно\бронзовый лом сантехнических изделий, или же копейки советских времён. Большие куски были нарезаны до приемлемых размеров болгаркой, что возможно – было покрошено молотком. Общий вес лома должен быть примерно 1,2 кг.
Куски металла возможно малых размеров как можно плотнее набиваются в стальной стакан-тигель, который затем помещается в печь.
Разжигается пропановая горелка в следующей последовательности: включается вентилятор поддува запитанный от регулируемого источника питания на самых малых оборотах; зажигается пламя поджига (например зажигалка) и подносится к рабочему концу горелки, после чего открывается вентиль на газовом редукторе. Давление газа подбирается до получения устойчивого пламени. Если последовательность процедуры розжига сменить, например сначала открыть газ, а затем поднести спичку, то стопудово услышим пушечный выстрел, что не есть хорошо.
Будьте ВНИМАТЕЛЬНЫ!
Повторим помедленнее:
1. Сначала пламя для розжига.
2. Потом воздух.
3. Потом газ.
Гасим горелку сначала выключая газ, лишь потом выключаем воздух.
Общий смысл этих правил очень прост – не должно образоваться бесконтрольной газовоздушной смеси, поэтому к вышеперечисленному никогда не забываем и о хорошей вентиляции при огневых работах.
После розжига горелку вставляем в отверстие печи и регулируем соотношение газовоздушной смеси. Если над верхним краем печи сильно выраженное пламя, нам не хватает воздуха, если на поверхности нагретого до свечения тигля тёмное пятно напротив среза горелки – то воздуха избыток (и он охлаждает тигель). В общем случае лучше недостаток газа, чем воздуха – ничего страшного не будет, лишь увеличится время плавки.
Загрузочное отверстие печи накрываем парой металлических полос с тем, чтобы осталась щель в 5 мм шириной, для уменьшения теплопотерь. Хочется отметить, что применение этих полос сокращает время плавки примерно в два раза, кроме того, медь без них вообще не плавится!
Форма для отливки устанавливается на паре кирпичей или другом несгорающем материале рядом с печью.
Далее ВСЮ РАБОТУ ВЫПОЛНЯТЬ В БРЕЗЕНТОВЫХ РУКАВИЦАХ желательно с применением клещей или пассатижей !
Если есть возможность, то весьма рекомендуется защитить лицо пластиковой маской, наподобие сварочной, ибо ну нас в баню... глаза выжгем, а скажем, что не предупредили :-)
Минут через 20-30 внутренности печи нагреваются до темно-красного свечения и в этот момент начинает плавиться наша латунно\брозовая смесь, становясь как пластилин. Стальным прутом уминаем смесь и добавляем то, что не влезло. Ещё через 10-15 мин смесь начинает плавиться окончательно, видны капли металла, свечение внутри печи ярко-красное, похожее на малиновое. В этот момент столовой стальной ложкой засыпаем в тигель смесь 1:1 поваренной соли и буры (просто поваренной соли, просто буры, а также их смесь с содой – разницы особой НЕТ) в количестве 1-2 ложки. Через несколько минут флюс расплавится, в этот момент в тигель опускаем наш стальной прут, выжидаем некоторое время, пока его температура сравняется с температурой расплава и тщательно перемешиваем. Не вынимая прут, добавляем в смесь куски алюминия или олова или, на худой конец, свинца в количестве примерно 1\10 от общей массы (меньше можно, но не больше! Иначе будет крайне твердый и хрупкий вид бронзы) и снова перемешиваем. При перемешивании обращаем внимание, что в расплаве не должно чувствоваться посторонних предметов – это будут стальные детали, которые мы забыли вытащить из лома.
Общее количество загруженного лома должно быть примерно на 30% больше отлитой заготовки, для компенсации отходов на «угар». Заготовка толщиной 20 мм и диаметром 130 мм весит примерно 1 кг.
Затем прут вынимается, и ожидаем несколько минут – постепенно поверхность расплава покрывается темной пленкой жидкого шлака толщиной около 5-8 мм. Стальной ложкой вычерпываем этот жидкий шлак, выливая его в ведро с водой до тех пор, пока не становится видно «зеркало» расплава. (И опять предупреждение – влажная ложка не страшна, но вот если в расплав попадёт вода, то будет беда! Происходит маленький взрыв с разбрызгиванием металла).
Иногда будут наблюдаться всполохи белого пламени – это горит цинк, содержащийся в латуни… страшного в этом ничего нет, но всё ж пошевеливаемся.
Дожидаемся несколько минут когда зеркало станет очень подвижным, затем, взяв клещами или пассатижами тигель за край, быстро, но без суеты, уверенным движением выливаем расплав в форму.
Гасим печь, идём отдыхать. Отливку с часик не трогаем. Понятно нетерпение – очень хочется посмотреть, что получилось и чешутся руки бросить её в ведро с водой – однако следует заметить, что медным сплавам так же присущи явления закаливания со всеми вытекающими прелестями, как и стальным.
На снимке прекрасно видно, как шлак со всей грязью поднимается на поверхность.
Ну и напоследок ещё раз о жадности – мы и так экономим нехилую сумму денег, поэтому совсем не стоит в качестве металлической шихты использовать стружки оставшиеся от обработки подобного испечённого блина: кхм... там с полкило добра набирается ! :-( При каждой плавке происходят необратимые изменения металла (он попросту окисляется) и хорошего качества заготовку уже не получить.
Всё описанное здесь справедливо и для отливок из алюминиевых сплавов. С маленьким различием – в шихте должно быть принудительно добавлено не менее 50% чистого алюминия (электропровода, шины), иначе полученный сплав (силумин) будет недопустимо хрупок.
7) Изготовление червячной пары
Итак, если мы не спалили лоджию\дачу\сарай, то безусловно получили условно круглый блин слегка желтоватого цвета покрытый множеством морщин. Даже если что-то спалили, то ничего страшного – блин-то у нас всё-равно остался… :-)
Осталось самое простое – сделать из этого блина красивую, блестящую червячную пару.
Для этого определяем примерный центр заготовки, поджимаем к кулачкам задней бабкой токарного станка и обтачиваем до нужного диаметра, но не менее 3 мм. Обращаем внимание на стружку – если она «сливная», то полученный сплав по свойствам напоминает латунь и на готовом изделии будут видны пластические «тянучки» на зубьях, если стружка мелкая, пылеобразная, то мы получили крайний вариант бронзы с повышенной хрупкостью из-за большого количества олова\свинца\алюминия – идеальны для нас чёткие стружки-крупинки 1-1,5мм размером.
Затем полученный диск зажимаем в обратные кулачки и последовательно обрабатываем обе плоскости, учитывая, что верхняя (наружная) сторона заготовки имеет максимальную неоднородность в виде шлаковых включений и снимаемый слой должен быть не менее 5 мм. В последнюю очередь вчистовую сверлим центральное отверстие. Не забываем про фаски и проточку для облегчения массы.
Я вытачивал диск толщиной 15 мм и диаметром 100 мм, его масса без мер по облегчению около 600 гр.
Проточенная поверхность была ровного красивого цвета, без раковин или включений шлака, что после придирчивого осмотра позволило вынести вердикт «Зер гут» и приступить к собственно нарезанию шестерни.
Процесс нарезания шестерни хорошо известен – вместо резцедержателя устанавливаем оправку. Её назначение – обеспечить плавную подачу заготовки к фрезе. Форма и размеры оправки могут сильно варьироваться в зависимости от особенностей токарного станка или иного приспособления. У меня она выглядит вот так:
На оправке с обильной густой смазкой закрепляем заготовку шестерни, сверху прижимаем широкой шайбой и притягиваем бутерброд гайкой. Степень затягивания выбираем такой, чтобы заготовка поворачивалась рукой, но как можно меньше «гуляла» по высоте и не было поперечных перемещений. На фотографии виден контровочный винт, который сбережёт множество нервных клеток.
Включаем станок на малое количество оборотов (50-100 об\мин.) и подводим заготовку к фрезе. Первоначально выбираем подачу порядка 0,2 мм. В результате мы получаем первоначальные насечки будущих зубьев. В зависимости от диаметра заготовки может случиться, что насечки как-бы налезут друг на друга – не расстраиваемся и потихоньку продолжаем подачу. Постепенно начнет формироваться профиль шестерни и очень быстро «лишний» диаметр заготовки автоматически выберется. Подачу осуществляем ступенями, примерно по 0,1 мм. Не усердствуем!!! Для каждой ступени подачи даем порядка 10 оборотов заготовки, для того, чтобы полностью сформировался профиль. Примерно через 40-50 минут фреза углубляется в тело заготовки почти на половину. В этот момент нарезание зубьев можно прекратить.
В принципе можно заранее проточить кольцевую канавку с радиусом около 5 мм, тогда работа будет выполнена гораздо быстрее, но мне было лень. Кроме того, было интересно посмотреть процесс «автонастройки» системы «фреза-шестерня» с начала и до конца.
Необходимо предупредить о следующих возможных неприятностях:
- При работе на фрезу воздействует очень приличная сила, которая как-бы загоняет её в патрон вкручивая. В результате зажим кулачков ослабевает и возможна ситуация, когда фрезу начнёт «молотить», разбивая профиль шестерни. Так-что не забываем через 5-10 минут работы подтягивать кулачки.
- Если пройти момент, когда фреза заглубилась более чем на половину своего диаметра, то автоматически начнёт нарезаться новый профиль, с новым количеством зубьев. Внешне это выглядит как стремительное «лысение» шестерни, что весьма неприятно. Так что увлекаться полным охватом не стоит.
А это готовая шестерня… правда, Красавица ? :-)
Теперь несколько соображений по точности полученной червячной пары.
Возможно, я ошибаюсь, и меня поправят, но на точность передачи червячной пары основное влияние оказывает лишь неравномерность шага червяка, поэтому его изготовлению должно уделяться самое пристальное внимание. Для компенсации этого предположительно необходимо применить во-первых большой угол охвата червяка шестерни (тем самым мы должны скомпенсировать разность шага резьбы червяка в диаметральном направлении… по типу известной в машиностроении разрезной гайки), а во-вторых пришлифовку «по месту» червяка к шестерне в сборе на рабочем месте.
Насколько я смог разобраться, то описанный процесс формирования шестерни самонастраивающийся в очень широких пределах, но для получения необходимой точности червячной пары необходимо выполнить со всей возможной тщательностью ряд условий:
- Поперечный и продольный люфт заготовки шестерни должен быть минимальный – достигается установкой заготовки шестерни в центрах…осталось придумать как это осуществить.
- Поскольку у нас нет возможности изготовить червяк на прецизионном станке (а иначе чего бы мы так парились ?), то для выполнения условия взаимной притирки пары изготавливаем червяк тем же инструментом и на том же станке, что и фрезу, но из материала аналогичного применённому в заготовке шестерни.
- Применить описанную выше самодельную фрезу не с линейными, а винтообразными кромкообразующими прорезями, хотя она более сложна в изготовлении.
До практической проверки этих предположений и проверки точности позицирования пока не дошли руки, но очень надеюсь, что когда-нибудь это случится.
Хочется ОСОБО отметить, что автор не претендует на истинность в последней инстанции и оставляет за собой право изменять любую часть статьи под влиянием новых мыслей родившихся в ходе возможного обсуждения статьи и результатов собственных и чужих экспериментов.
Если имеется время и желание обсудить статью, а также получить ответ на любые вопросы по статье, то мне можно написать по адресу:
PEREPECHKO_A(СОБАКА)YAHOO.COM
Перепечко Андрей Владимирович, aka GLOK, aka UN7GET
любитель астрономии из г. Алма-Аты
|
|
Обсуждение материала
|
| Последние сообщения
|
 |
|
Сообщение из темы: Насчот лени автора |
| Автор | Сообщение |
YACOV
Гость
|
 Добавлено: 16-01-2010 13:50:02 Заголовок: |
|
|
Спасибо за отличную статью, повышает уверенность в собственных силах. Удачи в наших увлечениях
|
|
|
|
|
|
Сообщение из темы: Насчот лени автора |
| Автор | Сообщение |
Валерий Туманов
Гость
|
| Добавлено: 14-06-2008 23:56:18 Заголовок: Изготовление червячной передачи в любительских условиях |
|
|
Очень интересная статья. Плавильными работами я занимался. Отливал заготовки для оправ мениска и зеркала двух МАКов. Но то был алюминий, а тут медь, бронза. На голову выше. А попытки изготовить червячную пару, или хотябы червячную шестерню с модульной резбой заканчивались стабильной неудачей. мне всегда отвечали "Да, это несложно", но делать никто не захотел. Кончилось тем, что заказ был выполнен в г. Тихвин, ленинградской области, т.е. за 2000 км от меня.
Так и хочется крикнуть "Слава интернету".
|
|
|
|
|
|
Сообщение из темы: Насчот лени автора |
| Автор | Сообщение |
Анатолий
Гость
|
| Добавлено: 08-01-2008 19:29:56 Заголовок: письмо |
|
|
Андрей молодец!Я с таким интересом прочитал твою статью,ну право как боевик какой то.Дело в том я тоже люблю своими руками что нибудь мастерить.И отдельные элементы проделанные тобой я повторял сам несколько лет назад.
Я конечно предпочитаю приспособить уже готовые элементы,но и этот вариант совсем неплохой.К тому же если их приспособить к элементам бизнеса, то будет совсем неплохо.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Статьи - выбор категории