Шевингование и его виды, оборудование, плюсы и минусы технологии

Тонкости процесса при выполнении шевингования металлических изделий

Шевингование – это один из приемов механической обработки зубьев шестерен внешнего и внутреннего зацепления, для уменьшения шероховатости поверхности и получения точности профиля зубьев, при этом их твердость не должна превышать HRC 30-32. Данный процесс позволяет получить заданный поперечный профиль зубчатого зацепления, при котором потери на трение минимальны.

Типы шеверов

Дисковые – имеют вид зубчатого колеса, изготовлены из быстрорежущей стали. Рабочий ход – поступательный. Такой вид предназначен для обработки цилиндрических зубчатых колес.
В виде реек – состоит из плитки с канавками для установки зубцов, которые в свою очередь, изготовлены из быстрорежущей стали. Шевинг также двигается поступательно, а для изменения обрабатываемого зуба перемещается продольно.
В виде червяков – предназначены для червячных колес. В виде червяка с маленькими зубчиками, нанесенные сбоку винтов. Обработка, с применением данных видов шевера, возможна при круговой и радиальной их подаче.

Шевингование без проблем исправит погрешность профиля, всех шагов (основных и окружных), а также направления зубьев, но вот с накопленной ошибкой шагов, справится ей гораздо тяжелее и иногда просто невозможно.

При помощи шевингования, можно получить измененную форму резцов колеса, например, с осевой бочковидностью или фланкированным видом. Для этого понадобится особая заточка резцов или специализированное приспособление. С помощью этого можно получить любые пятна контакта соединенных зубцов у шевингованных колес в передаче и даже уменьшить шум у зубчатой передачи.

Так как рабочее движение подается только шеверу, любые погрешности кинематической цепи исключены, поэтому шевингование обладает высокой точностью при работе. От данной точности, которая достигается при предварительных работах, зависит точность зубчатых колес, если припуск маленький, то шевер не сможет исправить погрешности колеса, а при большом припуске увеличится время обработки, ухудшится точность, а также уменьшиться стойкость самих шеверов.

Смысл шевингования

Самый главный смысл шевингования – это соскобление лишнего верхнего слоя металла с обрабатываемой детали, а именно – со стальных зубчатых колес. Обрабатывающий инструмент изготовлен из быстрорежущей стали, поэтому шевингование выполняется быстро.

Находясь в контакте с обрабатываемым колесом, детали шевера проходят по боковым сторонам его резцов, таким образом, убирая ненужный слой металла.

Кромки шевера формируются с помощью поперечных канавок, находящиеся на рабочей части инструмента, благодаря им и возникает шевингование. При монтаже на станке получают движение зубьев шевера и обрабатываемого колеса, движение зависит от наклона, который имеет угол. Эффективность шевингования – это сумма или разность углов наклона детали. Оси заготовки и инструмента ставятся под нужными углами и могут быть направлены как в одинаковые стороны, так и в противоположные, от этого зависит какой знак («+» или «-» соответственно) выставят перед величиной рассматриваемой характеристики.

Червячные и облегающие шеверы

Металлические шестерни невысокого класса точности или оснащённые зубьями бочкообразной формы отделывают облегающим шевером.

Облегающие шеверы

Облегающий режущий инструмент отличается от обычного видом контакта зубьев элементов. В процессе обработки шевером сцепление с колесом носит линейный характер, происходит по всей поверхности. Пересечение осей в точке для получения результата не требуется, продольную подачу не применяют.

Облегающие шеверы используют:

Облегающие шеверы

для сокращения машинного времени обработки;
формирования бочкообразной поверхности зубьев.

Учитывают, что точность шевингования колёс, обработанных облегающим шевером, ниже точности, достигаемой на дисковом инструменте. Ошибки возникают вследствие формы шевера, боковая режущая поверхность которого вогнута. Эвольвентные (выпуклые) режущие поверхности дают большую точность калибровки.

Червячные шеверы

Принцип действия червячного шевера основан на физике червячной передачи.

Червяк, как режущий инструмент, оборудован редкими зубьями небольшого размера с помощью насечки на боковой поверхности.

Вращение червячного резца осуществляют:

Червячные шеверы — схема и описание

Круговым направлением, при этом между винтовой боковой поверхностью режущего инструмента и обрабатываемой деталью образуется зазор.
Радиальным направлением. В этом случае боковой зазор отсутствует, кромки заготовки и инструмента плотно прилегают друг к другу.

При вращении круговым способом межосевое расстояние червяка и колеса сохраняется постоянным торможением колеса. Размер витков червяка при этом зависит от припусков на обработку.

Рабочее движение радиальным направлением происходит сближением осей колеса и режущих граней. Размер витков насечки равен размеру впадин между зубами детали.

Проведение

Специалист, при выполнении шевингования, располагает шевер и колесо таким способом, чтобы под необходимым углом (от 10 до 15 градусов) их оси скручивались. При таком процессе движение от станка передается шеверу, а он в это время вращает изделие. Калибровка резцов происходит по линии, которая является самым маленьким расстоянием между осями шевера и колеса. Чтобы калибровка прошла по всей площади зубьев, изделие должно непрерывно двигаться по заданному пути. Для соблюдения данного условия режущему инструменту передается движение подачи нескольких видов:

поперечное (перпендикулярно к оси изделия);
продольное;
тангенциальное (перпендикулярно к оси самого шевера);
диагональное (под необходимым углом к оси изделия).

Если шевер двигается в сторону, совпадающей с осью изделия и при этом величина такого хода такая же, как и ширина зубьев, то это – продольная подача. Линия при таких условиях находится в неподвижном состоянии. Шевингование в данном случае будет выполняться с помощью повторяющихся участков режущего края инструмента, поэтому зубья шевера изнашиваются постепенно и равномерно.

Необходимое оборудование

Процесс окончательной отделки поверхностей зубьев проходит на полуавтоматическом оборудовании – зубошевинговальном станке.

Параметры оборудования

Подбор необходимого оборудования осуществляется согласно задачам производства, заданным параметрам мощности и производительности зубошевинговального станка. Основной привод двигателя полуавтоматического станка может быть гидравлическим, электромеханическим.

Промышленное заводское оборудование характеризуется следующими параметрами:

Зубошевинговальный станок — характеристика

Скорость цикла обтачивания заготовки, производительность станка в заданную единицу времени.
Максимальный размер диаметра детали, подлежащей обработке, разбег значения 125–4000 мм.
Мощность главного привода двигателя, потребляемая мощность варьируется в пределах 1,0–14 кВт.
Модуль зубчатого колеса. Величину модуля зубчатого колеса определяет толщина стенки зуба.
Способ подачи рабочего инструмента относительно оси детали, проходящей доработку.

Например, распространённый промышленный станок модели 5702 предназначен для обтачивания зубцов колёс диаметром до 200 мм, модулем до 6 мм.

Скорость вращения маховика регулируется в диапазоне от 78 до 395 оборотов в минуту, мощность основного привода станка 2,8 кВт.

Зубошевинговальный станок модели 5702

Классификация формы шевера

В операции шевингования зубчатых колёс на станках используется следующий инструмент резки:

зубчатая рейка с насечками, инструмент называется реечным;
зубчатый диск с режущими кромками, или дисковый шевер;
облегающий шевер, применяется в основном для шевингования бочкообразных зубьев;
червячный шевер.

Цилиндрические заготовки обтачивают реечным и дисковым инструментом, червячный вид резца применяют для шевингования металла червячных зубчатых колёс.

Виды подачи инструмента

Двигатель станка придаёт рабочее движение резцу, который после зацепления передаёт движение обрабатываемой детали. От вида подачи зависит рабочий ход шевера, скорость и количество проходов обтачивания.

Виды подачи режущего инструмента:

Определение основного времени на зубошевинговальных операциях

поперечная подача — режущие кромки движутся перпендикулярно к оси заготовки;
продольная подача резца — совпадает с направлением оси детали;
тангенциальная подача — заготовка расположена перпендикулярно к оси шевера;
диагональная подача инструмента — под углом к оси обрабатываемой детали.

При использовании продольной подачи величина шага хода шевера совпадает с размером зубьев обрабатываемой заготовки. В операции задействованы одни и те же режущие кромки, что приводит к неравномерному износу резца, увеличивает расходы на ремонт оборудования.

Поперечное направление, тангенциальные и диагональные подачи увеличивают ресурс резца, обеспечивают равномерный износ, сокращают ход движения. Время цикла обработки уменьшается, повышается производительность оборудования и общий экономический эффект. Минимальный ход движения инструмент производит при тангенциальной подаче.

Недостатки метода

Минусом этого процесса является отсутствие жесткой кинематической связи между шевером и обрабатываемым колесом, из-за чего при очередном шаге накапливается ошибка.

Следующий минус – это зависимость точности обработки от свойства зубонарезания и припуска.

Все больше набирает популярность способ обработки резцов кромочными шеверами. В этой процедуре присутствует жесткая кинематическая связь между колесом и режущим инструментом. Для обработки применяют пару шеверов, каждый из которых обрабатывает предназначенную ему сторону резца колеса при таком же направлении перемещения, что в обкате с подачей.

Зубошевинговальный станок 5702А

Для более конкретного понимания о принципах работы специализированного оборудования для шевингования, рассмотрим на примере работу станка – 5702А. Эта модель больше всего распространена в применении массового и серийного производства.

максимальный модуль обрабатываемого изделия – 6 мм;
мощность двигателя составляет 2.8 кВт;
максимальное сечение зубчатого колеса – 200 мм;
диапазон скоростей движения от 78 до 395 об/мин.

Модель имеет гидравлический привод подач лучевого типа и электромеханический – осевого типа.

Работу обеспечивает электродвигатель. Сам же шевер располагает 10-ю ступенями, которые настраиваются с помощью зубчатых колес.

С помощью правой бабки агрегата можно зажимать заготовку в рабочих центрах, а головка рабочего инструмента дает возможность выполнять настройку угла зацепления. Она может поворачиваться в обе стороны, угол поворота может составлять от 0 до 35 градусов.

За счет двигателя, мощность которого составляет 0.6 кВт, выполняются осевые подачи. Благодаря вертикальному движению консоли, происходят подачи лучевого типа.

Универсальность данного оборудования заключается в том, что на нем можно работать с бочковидными резцами, именно поэтому он имеет самую большую восстребованность среди других моделей.

Виды и форма шеверов

В процессе обработки зубатых колес используют следующие виды шеверов:

Реечный. Предназначение – шевингование зубчатых колес с прямыми и винтовыми зубьями. Имеет вид продолговатой планки со съемными зубчатыми насечками. Данный тип не отличается высокой точностью обработки и поэтому не пользуется особой популярностью.
Шевер дисковый. Представляет собой дисковое колесо из быстрорежущей стали. Каждый зуб имеет поперечные канавки, которые образуют режущие грани. Кроме того, они выполняют функцию отвода побочных продуктов металлообработки.
Облегающий. Для шевингования зубьев бочкообразной формы.
Червячный. Инструмент для обработки соответствующих передач.

Рассмотрим последние два вида подробнее.

Облегающие шеверы

Это режущий инструмент, для которого не нужна продольная подача, а обработка выполняется по линейной поверхности зацепления.
Использование данных шеверов позволяет сократить время обработки. По сравнению с приспособлениями дискового типа точность облегающих шеверов несколько ниже. В результате воздействия можно получить зуб в форме бочки.

Основное отличие от стандартного инструмента заключается в воздействии на контактную плоскость. Направление движения имеет форму вогнутой линии, а не прямой. За счет этого и получают зубья специфической формы.

Область применения

Шевингование – это очень эффективная, а также достаточно распространенная технология, которая часто используется в современной промышленности. В России такую технологию используют с 1936 года.

Такой метод востребован в различных областях, но больше всего его используют в автомобильном производстве, ведь на основе деталей, которые прошли калибровку, сделаны редукторы, червячные передачи.

Проволока также проходит шевинговую обработку, тем самым повышается ее упругость, удаляются лишние примеси, улучшая состав изделия.

Виды и назначение шевингования

Типы шеверов

Дисковые – имеют вид зубчатого колеса, изготовлены из быстрорежущей стали. Рабочий ход – поступательный. Такой вид предназначен для обработки цилиндрических зубчатых колес.
В виде реек – состоит из плитки с канавками для установки зубцов, которые в свою очередь, изготовлены из быстрорежущей стали. Шевинг также двигается поступательно, а для изменения обрабатываемого зуба перемещается продольно.
В виде червяков – предназначены для червячных колес. В виде червяка с маленькими зубчиками, нанесенные сбоку винтов. Обработка, с применением данных видов шевера, возможна при круговой и радиальной их подаче.

Смысл шевингования

Проведение

поперечное (перпендикулярно к оси изделия);
продольное;
тангенциальное (перпендикулярно к оси самого шевера);
диагональное (под необходимым углом к оси изделия).

снижение шероховатости на 0,3 – 0,6 мкм, такой результат обычно получается только при помощи шлифования;
интенсификация;
сокращение времени.

Недостатки метода

Следующий минус – это зависимость точности обработки от свойства зубонарезания и припуска.

Виды оборудования

Для обработки способом шевингования используют несколько моделей:

5701;
5702;
5708;
5717.

Все они обладают схожим методом работы, но имеют некоторые различия по характеристикам:

максимальный диаметр зубчатых колес;
скорость движения при выполнении шевингования;
используемые виды подач;
возможный модуль обрабатываемых колес;
мощность главного привода.

Зубошевинговальный станок 5702А

Основные характеристики:

максимальный модуль обрабатываемого изделия – 6 мм;
мощность двигателя составляет 2.8 кВт;
максимальное сечение зубчатого колеса – 200 мм;
диапазон скоростей движения от 78 до 395 об/мин.

Модель имеет гидравлический привод подач лучевого типа и электромеханический – осевого типа.

Область применения

Шевингование – снятие стружки с зубчатых колес

Шевингование зубчатых колес представляет собой процесс обработки их боковых поверхностей при помощи шевера, снимающего с детали тонкие слои стружки.

1 Шевингование зубчатых колес – суть и особенности операции

Описываемый процесс базируется на операции соскабливания “лишней” стружки с обрабатываемой детали (колес из легированной и высоколегированной стали) кромками режущего приспособления из быстрорежущей стали. Причем выполняется такая операция при скольжении по отношению друг к другу шевера и профилей зубьев колеса, которое подвергается обработке. Под шевером понимают зубчатую рейку либо зубчатое колесо, характеризуемое наличием режущих кромок на поверхностях (боковых) зубьев.

Последние формируются канавками поперечного вида. Относительное проскальзывание достигается за счет монтажа детали и шевера на агрегат для выполнения рассматриваемой нами операции под определенным углом наклона. Данный угол равняется алгебраической разности или сумме углов наклона рабочего инструмента и заготовки. Если указанные элементы направлены в разноименные стороны, перед значением угла ставят знак “минус”, если они имеют одноименный наклон – “плюс”.

По сути, профили зубьев монтируются таким способом, чтобы со скрещивающимися под заданным углом осями они создавали зубчатую винтовую передачу. На практике пытаются добиться показателя угла от 10 до 15 градусов. Шевер вращает зажатую в центрах устройства деталь. Калибрование профиля осуществляется на линии самой короткой дистанции между осями колеса и режущего инструмента.

По этой причине снятие стружки по всей ширине заготовки будет эффективным в том случае, если колесо перемещается вдоль данной линии. Осуществляется указанное перемещение несколькими разными методами при помощи подач следующего вида:

поперечной;
продольной;
тангенциальной;
диагональной.

При использовании продольной подачи длина зуба колеса идентична длине хода. Интересующая нас линия в такой ситуации относительно режущего инструмента является неподвижной, а значит, обкатка выполняется одинаковыми кромками шевера, которые пролегают через пятно контакта (именно оно представляет собой кратчайшую линию). Понятно, что подобная процедура приводит к тому, что кромки инструмента изнашиваются неравномерно.

При перемещении стола в перпендикулярном к оси заготовки направлении (подача поперечного типа) кромки зубьев изнашиваются равномерно. Кроме того, необходимое перемещение шевера получается более коротким. Примерно таким же, как и при диагональной подаче, которая характеризуется тем, что режущее приспособление функционирует большей шириной. Минимальное же перемещение отмечается при тангенциальной подаче. При ней стол подается под углом (прямым) не к обрабатываемому колесу, а непосредственно к оси шевера.

Практическим путем доказано – осциллирующее движение, сообщенное в плоскости обработки шеверу и колесу, обеспечивает множество преимуществ при осуществлении тангенциальной и поперечной подачи. В частности, следующих:

интенсификация сил трения, а также их стабилизация при выполнении операции снятия стружки с детали;
снижение до 0,32–0,63 мкм показателя шероховатости;
снижение времени процедуры за счет облегчения условий обработки зубчатого колеса и возможности проведения ее за один проход (при этом шероховатость заготовки не ухудшается).

Важно, чтобы частота указанного осциллирующего движения была не больше 100 и не меньше 20 Гц.

2 Обработка колес облегающими и червячными шеверами

Зацепление стандартного по конструкции шевера с обрабатываемыми зубьями характеризуется контактом точечного вида. При его использовании точка скрещивания осей в обязательном порядке должна передвигаться вдоль заготовки (зубчатого ее венца). Необходимость в этом отпадает, если эксплуатируются режущие инструменты с линейным контактом, для которых продольная подача не нужна. Такие шеверы именуют облегающими.

Они гарантируют снижение машинного времени, требуемого для обработки зубчатых колес, а также считаются незаменимыми при необходимости придания зубьям бочкообразной формы. Но стоит заметить, что облегающие шеверы обеспечивают меньшую точность детали, нежели дисковые стандартные инструменты. Показатель точности для таких приспособлений, как правило, определяют приближенно.

Особенности облегающих шеверов:

они имеют не эвольвентную боковую поверхность: в развертке на плоскость зуб описывается вогнутыми линиями, а не прямыми, как в случае использования стандартных инструментов (по сути, зубья шевера характеризуются определенной седлообразностью);
зацепление колеса и инструмента для обработки осуществляется по линейчатой поверхности зацепления, а не по самостоятельной его линии.

Шеверы червячного типа рекомендованы для шевингования (чистового) червячных колес. Выполнен такой инструмент в виде червяка с зубчиками небольших размеров (насечками), нанесенными сбоку винтов. Конкретный вид и размеры червячного шевера зависят от параметров и формы червяка производимой пары, которые задаются чертежом на изготовление детали (техническим заданием).

Обработка деталей с применением червячных приспособлений допускается при круговой и радиальной их подаче. При круговой подаче витки шевера сопрягаются с зубьями колеса с боковым зазором, при радиальной – без зазора.

3 Зубошевинговальный станок 5702А – характеристики и описание

Чистовую обработку цилиндрических незакаленных зубчатых колес (спиральные и прямые зубья) выполняют на специальных станках – 5701, 5708, 5702, 5717 и других. Они имеют примерно одинаковые технические характеристики, отличаясь между собой:

возможностями по обработке наибольшего диаметра колес;
скоростью движения;
используемым видам подач;
мощностью привода;
модулем колес для обработки.

Кратко рассмотрим подробнее один из таких агрегатов – зубошевинговальный станок 5702А, который активно применяется в условиях массового и серийного производства. Далее приведены его основные параметры:

6 мм – максимальный модуль обрабатываемого изделия;
2,8 кВт – мощность двигателя;
200 мм – максимальное сечение зубчатого колеса, с которым может работать установка;
78–395 об/мин – наибольшая и наименьшая скорость движения.

Станок оснащается гидравлическим приводом подач радиального типа, электромеханическим – продольного типа. Его можно использовать и для диагональной подачи колеса. Вращение шевера, который располагает 10-ью ступенями, обеспечивает главный электродвигатель. Настроить ступени можно при помощи зубчатых сменных колес.

Правая бабка агрегата дает возможность зажимать пинолью заготовку в рабочих центрах. Головка рабочего инструмента позволяет осуществлять настройку угла зацепления благодаря тому, что она способна поворачиваться в обе стороны на угол от 0 до 35 градусов.

Продольные подачи выполняются посредством двигателя мощностью 0,6 кВт. Подачи радиального вида происходят за счет передвижения консоли рабочего стола вертикально (через зубчато-реечную передачу и гидравлический цилиндр). На станке также можно работать с бочкообразными зубьями. Подобная универсальность агрегата и предопределила его востребованность.

Шевингование – обработка зубчатых колес: оборудование, нюансы процесса

Типы шеверов

Дисковые – имеют вид зубчатого колеса, изготовлены из быстрорежущей стали. Рабочий ход – поступательный. Такой вид предназначен для обработки цилиндрических зубчатых колес.
В виде реек – состоит из плитки с канавками для установки зубцов, которые в свою очередь, изготовлены из быстрорежущей стали. Шевинг также двигается поступательно, а для изменения обрабатываемого зуба перемещается продольно.
В виде червяков – предназначены для червячных колес. В виде червяка с маленькими зубчиками, нанесенные сбоку винтов. Обработка, с применением данных видов шевера, возможна при круговой и радиальной их подаче.

Смысл шевингования

Технология процесса шевингования

Шевингование зубчатых колес – это удаление лишнего металла методом резания при сопряжении режущего инструмента с обрабатываемой шестерней. Таким образом в процессе обработки образуется зубчатая пара, вращаемая приводом станка. В зоне контакта снимаются тонкие полосы металла. Направление удаления металла зависит от способа подачи шевера.

На станках повышенной точности реализована возможность осциллирующего движения режущего инструмента. Наиболее эффективной считают частоту в диапазоне 20–100 Гц. Это позволяет выполнять обработку за один проход и уменьшать показатель шероховатости поверхности.

Расчет припуска выполняют в процессе изготовления зубчатого колеса. Исходными данными являются модуль, диаметр шестерни, а также требуемый класс точности готового изделия.

Проведение

поперечное (перпендикулярно к оси изделия);
продольное;
тангенциальное (перпендикулярно к оси самого шевера);
диагональное (под необходимым углом к оси изделия).

снижение шероховатости на 0,3 – 0,6 мкм, такой результат обычно получается только при помощи шлифования;
интенсификация;
сокращение времени.

Червячные и облегающие шеверы

Стандартный шевер при выполнении с его помощью шевингования контактирует с поверхностью зуба заготовки в точке, которая является местом пересечения наклонных осей инструмента и детали. Обработка будет возможной в принципе, если такая точка станет перемещаться по всей ширине зуба заготовки. Необходимость в соблюдении данного требования и, как следствие, в обеспечении продольной подачи инструмента отпадает, если для шевингования используются шеверы, относящиеся к категории облегающих. Такие инструменты за счет особенности своей конструкции обеспечивают линейный контакт режущей части с поверхностью обработки.

Инструменты данного типа, использование которых позволяет наиболее эффективно обрабатывать зубья бочкообразной формы, дают возможность значительно сократить время выполнения шевингования. Но если сравнивать такие шеверы со стандартными, то можно выявить, что они обеспечивают меньшую точность обработки, которую определяют достаточно приближенно.

Конструкция дискового шевера

К особенностям инструмента облегающего типа, следует отнести следующие.

Поверхность режущих зубьев сформирована не эвольвентными (выпуклыми), а вогнутыми линиями. Если взглянуть на профиль зубьев такого шевера, то можно заметить их выраженную седлообразность.
Зацепление обрабатываемого колеса и инструмента, как уже говорилось выше, происходит по линейной поверхности, а не по отдельной линии, как в случае использования стандартного шевера.

Для выполнения чистовой обработки рабочих элементов червячных колес лучше всего использовать специальные шеверы, которые также относятся к червячному типу. Такой инструмент представляет собой червяк, на боковой поверхности винтовых элементов которого сделана насечка, формирующая небольшие режущие зубья. Подача такого инструмента, выполняемая в процессе шевингования, может осуществляться в круговом и радиальном направлении. В первом случае между винтовой поверхностью шевера и зубьями обрабатываемого колеса имеется боковой зазор, во втором такого зазора нет.

Недостатки метода

Следующий минус – это зависимость точности обработки от свойства зубонарезания и припуска.

Зубошевинговальный станок 5702А

максимальный модуль обрабатываемого изделия – 6 мм;
мощность двигателя составляет 2.8 кВт;
максимальное сечение зубчатого колеса – 200 мм;
диапазон скоростей движения от 78 до 395 об/мин.

Модель имеет гидравлический привод подач лучевого типа и электромеханический – осевого типа.

Инструменты и оборудование

Работы выполняются на специальных зубошевинговальных станках, тип которых зависит от производственных задач. Основными параметрами оборудования являются:

Тип приводного механизма. Может быть электромеханическим или гидравлическим.
Направление подачи: продольная, поперечная, тангенциальная или диагональная.
Скорость шевингования заготовки за единицу времени определяет производительность станка.
Максимальный размер заготовки. Для самых маленьких моделей показатель не превышает 125 мм. Массивные агрегаты способны обрабатывать детали шириной до 4000 мм.
Мощность главного привода станка.
Максимально допустимый модуль шестерни.
Регулируемый диапазон скорости вращения маховика.
Габариты и масса.

В качестве примера приведем основные технические параметры популярной модели 5Д702В – полуавтоматического зубошевинговального станка с горизонтальной осью:

Диаметр шестерни от 20 до 320 мм.
Модуль от 1,5 до 8 мм.
Посадочный диаметр шпинделя 63,5 мм.
Величина припуска при обычном шевинговании до 0,46 мм.
Мощность главного электродвигателя 3,2 кВт.
Габариты (Д*Ш*В, мм) 1950*1600*2130.
Масса 4700 кг.

Область применения

Где и зачем применяют шевингование

Технология не отличается богатой историей. Она была изобретена в 30-х годах прошлого века в США компанией National Broach. С 1936 года шевингование зубчатых колес было опробовано на Московском автомобильном заводе имени Сталина.

Технология шевингования зубчатых колес – востребованная процедура в современном производстве. В автомобильной промышленности зубчатые передачи используют в коробках переключения передач, редукторах мостов, раздаточных коробках и других узлах. Кроме того, шевингование применяется в других отраслях, где предъявляют высокие требования к точности зубчатого зацепления.

Результатом обработки является геометрически правильная форма зубьев, поверхность которых приобретает механическую прочность и упругость. Благодаря этому повышается точность передачи и снижается уровень шума в процессе эксплуатации передач.

Технические характеристики некоторых сплавов не позволяют выполнять чистовую обработку с помощью шлифования. В этом случае заготовки подвергают шевингованию.

Обработку шевером в редких случаях используют в качестве альтернативы химической очистки металла, поскольку шевингование является менее опасной и трудоемкой процедурой.

Механическое удаление лишней стружки преследует следующие цели:

правку боковых граней прямозубых и косозубых колес;
увеличение точности изделия на 2-3 класса;
повышение эксплуатационных характеристик.

Помимо шестерен, шевингованию подвергают проволочную продукцию. Процесс обработки удаляет посторонние поверхностные отложения, повышая качество материала.

Технологию применяют для обработки следующих металлов и сплавов:

различных типов стали, включая пружинистую;
меди;
латуни;
бронзы;
алюминия и сплавов на его основе;
цинка.

Штанговые глубинные насосы (ШГН): конструкция, принцип работы, разновидности

Глубинные насосы штангового типа, которые обозначаются аббревиатурой ШГН, представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Использование такого насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: приблизительно 70 % действующих сегодня нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы.

Нефтяная скважина, оборудованная штанговым глубинным насосом

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными элементами конструкции насоса штангового, который размещается в скважине на особой колонне, состоящей из подъемных труб, являются:

цилиндрический корпус, во внутренней части которого устанавливается пустотелый поршень (вытеснитель), называемый плунжером;
нагнетательный клапан, устанавливаемый в верхней части вытеснителя;
всасывающий клапан шарового типа, который размещается в нижней части неподвижного цилиндрического корпуса;
насосные штанги, соединенные с особым механизмом (качалкой) и плунжером и сообщающие последнему возвратно-поступательное движение (сама качалка, приводящая в действие скважинный штанговый насос (СШН), монтируется вне скважины – на поверхности земли).

Устройство штангового глубинного насоса

Принцип работы глубинных штанговых насосов достаточно прост.

При перемещении плунжера вверх в нижней части камеры насоса создается разрежение давления, что способствует всасыванию перекачиваемой жидкой среды через входной клапан.
Когда плунжер начинает движение вниз, всасывающий клапан закрывается под действием давления перекачиваемой жидкой среды, и она через полый канал поршня и нагнетательный клапан начинает поступать в подъемные трубы.
В ходе безостановочной работы штангового глубинного насоса перекачиваемая им жидкая среда начинает заполнять внутренний объем подъемных труб и в итоге направляется на поверхность.

Принцип действия ШГН

Основные разновидности

По своему конструктивному исполнению штанговые глубинные насосы могут быть:

вставными;
невставными.

Опускание в скважину вставных штанговых глубинных насосов, как и их извлечение из нее, осуществляется в собранном виде. Для того чтобы выполнить такую операцию, плунжер помещают внутрь цилиндра, и вся конструкция на насосных штангах опускается в шахту.

Типы насосов ШГН по способу крепления к колонне

Вставные ШГН также подразделяются на устройства двух видов:

вставные насосы с верхним расположением замка (НВ1);
насосы, замок которых располагается в их нижней части (НВ2).

Вставные устройства используют преимущественно для обслуживания скважин большой глубины, характеризующихся также небольшим дебитом откачиваемой из них жидкой среды. Использование таких насосов ШГН, для извлечения которых достаточно осуществить подъем штанг, с которыми соединена вся конструкция насоса, намного упрощает ремонт скважины, если в этом возникает необходимость.

Схема работы установки с ШГН

Для того чтобы поместить в скважину штанговый глубинный насос невставного типа, необходимо выполнить более сложные действия. В скважину сначала помещают цилиндр, для чего используют НКТ, а только затем, используя штанги, в уже установленный цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлечение штангового глубинного насоса данного типа также осуществляется в два приема: в первую очередь из цилиндра насоса извлекается плунжер с клапанами, а затем из скважины поднимается цилиндр с НКТ.

Невставные устройства также подразделяются на несколько категорий:

насосные установки без ловителя (НН);
невставные глубинные насосы с захватным штоком (НН1);
невставные насосы с ловителем (НН2).

Глубинные штанговые насосы производятся различных типоразмеров и исполнений, в том числе по специальным заказам для работы в особых условиях

Среди перечисленных выше видов невставного оборудования наиболее популярными стали устройства, оснащенные ловителем (НН2). Объясняется высокая популярность последних тем, что механизм их опорожнения отличается простотой конструкции и, соответственно, большей надежностью в эксплуатации.

Выбор оборудования той или иной модели осуществляется в зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также от характеристик жидкой среды, которую планируется откачивать с его помощью.

Скважинный штанговый насос исполнения НН2Б

Как читать маркировку

Для того чтобы определить, к какой категории относится глубинный штанговый насос, а также узнать, какими характеристиками обладает такое устройство, достаточно расшифровать его маркировку. Такая маркировка, расшифровка которой не представляет больших сложностей, выглядит следующим образом:

XХХ Х – ХX – ХХ – ХX – Х

Буквы и цифры, присутствующие в такой маркировке, последовательно обозначают следующие параметры:

тип штангового насоса, который, как уже говорилось выше, может относиться к одной из следующих категорий: HB1, НВ2, НН, HH1, НН2;
тип конструктивного исполнения цилиндра и конструктивные особенности устройства в целом;
условный диаметр плунжера, измеряемый в мм (современные модели штанговых глубинных насосов по данному параметру могут относиться к устройствам следующих категорий: 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм);
максимальный ход, который может совершать плунжер (для того чтобы узнать, на какое расстояние в мм перемещается плунжер, значение в маркировке необходимо разделить на сто);
напор в м вод. ст., который способен обеспечить представленный глубинный насос (это значение в маркировке также необходимо разделить на сто);
группа посадки (по степени увеличения расстояния, имеющегося между плунжером и внутренними стенками цилиндра, рассматриваемые устройства могут соответствовать одной из следующих групп посадки: 0, 1, 2, 3).

Группы посадок насоса в зависимости от величины зазора между цилиндром и плунжером

Конструктивные элементы

Работоспособность и эффективность использования глубинных насосов штангового типа определяют следующие элементы, присутствующие в их конструкции:

цилиндры, которые могут быть цельными или составными;
плунжеры (обыкновенные или типа пескобрей);
клапанные узлы шарикового типа, запорными элементами которых выступают седло и шарик;
якорные башмаки, используемые для закрепления в трубах НКТ штанговых глубинных насосов вставного типа (при установке таких элементов необходимо обеспечить герметизацию всасывающей полости насоса от нагнетательной).

Конечно, обязательным элементом конструкции штангового глубинного насоса является штанга – изготовленный из стали круглый стержень с высаженными концами. Основное назначение штанг, которые могут иметь различный диаметр (12, 16, 18, 22 и 25 мм), заключается в том, чтобы сообщать плунжеру возвратно-поступательное движение.

Насосная штанга и соединительная муфта

Поскольку в ходе работы глубинного насоса штанги испытывают серьезные нагрузки, для их производства используют высококачественные стали, а после изготовления подвергают нормализационному отжигу и закалке ТВЧ.

Штанговые насосные устройства в зависимости от конструктивных особенностей плунжера и цилиндра, а также от того, как расположен их якорный башмак, могут относиться к одной из 15 категорий.

На фото виден всасывающий клапан шарового типа, размещенный в цилиндрическом корпусе

Достоинства и недостатки

У глубинных штанговых насосов есть целый ряд преимуществ перед другими насосными устройствами:

высокое значение коэффициента полезного действия;
возможность выполнения техобслуживания и ремонта в полевых условиях;
применение двигателей различного типа;
возможность использования для обслуживания пескопроявляющих скважин, а также для перекачивания нефти, в которой есть газовая составляющая и большое количество нефтяного воска.

Как и у любых других технических устройств, есть у штанговых насосов и минусы:

ограничения по глубине скважин, для обслуживания которых они могут быть использованы (риск обрыва штанг тем выше, чем глубже скважина, в которую опускается насос);
невысокое значение подачи, которую обеспечивают данные насосы;
невозможность применения для обслуживания скважин, характеризующихся значительным наклоном и искривлениями шахты;
невозможность откачивания при помощи таких глубинных насосов жидкой среды из скважин горизонтального типа.

И в заключение небольшое видео об устройстве и эксплуатации штанговых глубинных насосов.

Погружной глубинный скважинный насос. Штанговый и безштанговый

Погружной насос — насос, погружаемый ниже уровня перекачиваемой жидкости.

Погружной насос – насос, погружаемый ниже уровня перекачиваемой жидкости.

подъем жидкости с большой глубины,
хорошее охлаждение узлов насоса,
подъем жидкости с растворенным в ней газом.

Устанавливаются насосы:

в буровых скважинах,
шахтных колодцах,
технологических емкостях.

Различают 2 типа скважинных погружных насосов:

штанговые погружные насосы;
бесштанговые погружные насосы, в тч УЭЦН

Штанговые скважинныеглубинные насосы (ШГН), в которых привод осуществляется от независимого двигателя, находящего на поверхности жидкости, через механическую связь (штангу).
Чаще всего штанговый насос используют при добычи нефти.

В поршень штангового насоса установлен обратный клапан (выкидной), пропускающий жидкость в одном направлении.
Запорный элемент клапана – это шарик -седло.
При движении поршня вниз шарик перемещается вверх, клапан открывается, пропуская жидкость через поршень.
При движении поршня вверх шарик прижимается к седлу, клапан под действием давления столба жидкости закрывается.
Состав ШГН:

плунжер, который движется вверх-вниз по хорошо подогнанному цилиндру;
обратный клапан плунжера, обеспечивающий движение жидкости только вверх. Обратный клапан, называемый также выкидным, в современных насосах обычно представляет собой клапан типа шар-седло.

Работа ШГН обеспечивается возвратно-поступательным перемещением плунжера с помощью наземного привода через связующую колонну штанг.
Самая верхняя штанга – полированный шток, проходит через сальник на устье скважины и соединяется с головкой балансира станка-качалки с помощью траверсы и гибкой канатной подвески.

Основные узлы привода установки ШГН – на языке нефтяников – станка-качалки:

рама,
стойка в виде усеченной 4-гранной пирамиды,
балансир с поворотной головой,
траверса с шатунами, шарнирно подвешенные к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами,
набор сменных шкивов для изменения числа качаний,
поворотной салазка для электродвигателя, позволяющая менять ремни и их натяжение.

Добыча нефти при помощи штанговых насосов – самый распространенная технология.
Более 70% добывающих скважин эксплуатируется установками ШГН из-за простоты, эффективности и надежности.

Преимущества ШГН:

высокий коэффициент полезного действия (КПД);
возможность проведения ремонта непосредственно на нефтепромысле;
возможность использования различных приводов для первичных двигателей;
возможность добычи ТрИЗ, в тч в пескопроявляющих скважинах, при наличии парафина, высокого газового фактора, необходимости откачки коррозионной жидкости.

Недостатки ШГН:

невозможность использования в наклонно-направленных скважинах;
ограничение по глубине спуска насоса из-за вероятности обрыва штанг;
малая подача насоса.

Штанговые насосы бывают вставные (НСВ) и невставные (НСН), чаще применяемые для добычи парафинистой нефти.

Вставные ШГН спускают в скважину в собранном виде:

в скважину на НКТ спускается специальное замковое приспособление,
насос на штангах спускают в уже спущенные НКТ, что позволяет менять насос без операции спуска-подъема труб.

Невставные насосы спускают в полуразобранном виде:

на НКТ спускают цилиндр насоса;
на штангах спускают плунжер с обратным клапаном, что требует спуск- подъем при замене насоса.

Из числа скважинных погружных насосов наибольшее распространение получили центробежные насосы с погружным водо-, либо маслозаполненым герметичным электродвигателем соединенные коротким валом в моноагрегат, который подвешиваются в скважине на колонне водоподъемных (насосно-компрессорных) труб, либо устанавливается с устройством беструбного водоподъема, фиксирующим насос в обсадной колонне скважины на требуемой глубине и обеспечивающим подъем жидкости на поверхность по колонне обсадных труб.

Некоторые области применения погружных насосов:

добыча нефти;
системы скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых (добыча урана, золота, редкоземельных элементов методами физико-химической геотехнологии);
водоснабжение и канализация муниципальных и промышленных сооружений, частных домовладений;
ирригационные системы;
утилизация геотермальной энергии низкого потенциала тепловыми насосами (Water source heat pumps-WSHP);
перекачка сжиженных углеводородных газов.

Существуют также бытовые погружные насосы, используемые, например, для перекачивания жидкости из бассейнов и подвальных помещений, а также для местного водоснабжения.

В нефтяной и газовой промышленности электрические погружные насосы (УЭЦН) известны, как эффективный метод искусственного подъема жидкости на поверхность.

Принцип работы шгн

Принцип действия ШГН

ШГН предназначены для откачивания из скважин жидкостей с температурой не более 130 градусов, обводненностью не более 99% по объему, вязкостью до 0,3 Па*с, содержанием механических примесей до 350 мг/л, свободного газа на приеме не более 25%.

Штанговый насос состоит из цельного неподвижного цилиндра, подвижного плунжера, всасывающего и нагнетательных клапанов, замка (для вставных насосов), присоединительных и установочных деталей.

В скважину на колонне подъемных труб спускают плунжерный насос, состоящий из цилиндрического корпуса 1 (цилиндра), внутри которого имеется пустотелый поршень 2 (плунжер). В верхней части плунжера установлен нагнетательный клапан 3. В нижней части неподвижного цилиндра устанавливается всасывающий клапан 4. Плунжер подвешен на колонне насосных штанг 5, которые передают ему возвратно- поступательное движение от специального механизма (станка-качалки), установленного на поверхности.

При ходе плунжера вверх жидкость из скважины поступает через всасывающий (приемный) клапан в цилиндр насоса, так как под плунжером создается давление намного меньше чем в скважине. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается под действием давления жидкости под плунжером и объем жидкости из цилиндра через полый канал плунжера и открытый нагнетательный клапан, открытие которого происходит от давления жидкости, находящейся под плунжером и полом канале плунжера, поступает в подъемные трубы.

В процессе непрерывной работы насоса жидкость заполняет объем подъемных труб, а затем направляется на поверхность.

Наиболее широко распространены насосы двух видов: вставные и невставные (трубные).

Штанговые насосы используются для подачи жидкости из глубоких скважин. Чаще всего штанговый насос используют при добычи нефти.

В поршень штангового насоса установлен обратный клапан, пропускающий жидкость в одном направлении.

Запорным элементом представленного клапана является шарик.

При движении поршня вниз шарик перемещается вверх, клапан открывается, пропуская жидкость через поршень.

При движении поршня вверх шарик прижимается к седлу, клапан под действием давления столба жидкости закрывается.

Типы штанговых насосов

Существует два основных типа штанговых насосов:

вставные
трубные (невставные)

Трубный штанговый насос

Плунжер насоса перемещается в гильзе, которая присоединена к колонне труб. Гильза устанавливается в скважину вместе с трубами, ля того, извлечь ее можно только вместе с трубами.

В плунжере расположен обратный клапан 1. Еще один клапан 2 крепится к нижней части гильзы.

При движении плунжера вниз клапан 1 открывается, пропуская жидкость из скважины в полость над плунжером, клапан 2 в этот момент закрыт.

При перемещении плунжера вверх, клапан 1 закрывается, плунжер вытесняет жидкость вверх по скважине. Клапан 2 в этот момент открыт, жидкость из пласта заполняет полость в скважине.

Вставной штанговый насос

Плунжер и гильзу вставного штангового насоса помещают в уже установленную колонну труб.

При движении плунжера вниз клапан 1 открывается, пропуская через себя жидкость, клапан 2 – закрыт.

При перемещении плунжера вверх клапан 1 закрывается на позволяя жидкости перетекать обратно, жидкость поднимается по скважине вверх. Клапан 2 в этот момент открыт, жидкость из пласта поступает под плунжер.

Достоинства и недостатки трубных и вставных насосов

Эти насосы позволяют поднимать жидкость с больших глубин из скважин. Они обладают всеми свойствами, характерными для объемных машин, жесткостью характеристик, независимостью подачи от давления, относительно небольшими величинами подачи.

Гиильза и плунжер вставного штангового насоса размещаются внутри колонны скважины и их можно извлечь без демонтажа колоны труб, что снижает длительность и сложность ремонтных работ. Из-за этой конструктивной особенности диаметр плунжера вставного насоса будет меньше диаметра плунжера трубного штангового насоса при одних и тех же размерах скважины.

После того, как скважина пробурена и вскрыт продуктивный пласт, нефть необходимо поднять на поверхность.

Эксплуатация нефтяных скважин ведется тремя способами:

Фонтанным – подъем нефти осуществляется за счет пластовой энергии. Фонтанирование может быть как естественное – за счет давления в пласте, так и искусственное – за счет закачки газа или жидкости в скважину.

Газлифтным – логическим продолжением фонтанной эксплуатации является газлифтная эксплуатация, при которой недостающее количество газа для подъема жидкости закачивают в скважину с поверхности.

Механизированным – с помощью глубинных насосов. Она применяется в тех случаях, когда давление в нефтяном коллекторе низкое и нельзя осуществить оптимальный отбор из скважины за счет природной энергии.

Установка штангового глубинного насоса (УШГН)

Самые распространенные и узнаваемые установки -так называемые “качалки”.

Прообразом современного станка-качалки является насос, изобретенный в 1712 году Томасом Ньюкоменом. Он создал аппарат для выкачивания воды из угольных шахт. Принцип действия был примерно такой:

Современные насосы стали технологичнее – пар заменило электричество, а принцип действия стал основан на преобразовании вращательного движения в поступательное. По сути, станок-качалка представляет собой привод штангового насоса, который находится на дне скважины.

Это устройство по принципу действия очень похоже на ручной насос велосипеда, преобразущий возвратно-поступательные движения в поток воздуха.

Нефтяной насос возвратно-поступательные движения от станка-качалки преобразует в поток жидкости, которая по насосно-компрессорным трубам (НКТ) поступает на поверхность.

Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2 – 4 м) цилиндра.

На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх.

В нем перемещается поршень-плунжер, выполненный в виде длинной (1 – 1,5 м) гладко обработанной трубы, имеющей нагнетательный клапан, открывающийся вверх.

Плунжер подвешивается на штангах. При движении плунжера вверх жидкость через всасывающий клапан под воздействием давления на приеме насоса заполняет внутреннюю полость цилиндра.

При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывает нагнетательный клапан.

Таким образом, плунжер с открытым клапаном погружается в жидкость. При очередном ходе вверх нагнетательный клапан под давлением жидкости, находящейся над плунжером, закрывается.

Накапливающаяся над плунжером жидкость достигает устья скважины и через тройник поступает в нефтесборную сеть.

Недостатки:

значительная масса привода,

необходимость в массивном фундаменте,

невозможность работы в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах,

значительный период монтажа станка-качалки при обустройстве скважины и ее ремонте,

невозможность использования в морских скважинах.

Часть этих недостатков решена в установках с цепным приводом (на фото справа).

Установки с цепным приводом работают так же, как и качалки, но они более экономичны, требуя меньше металла и обеспечивая более плавный ход штока, что влияет на надёжность.

Коротко об отличиях и преимуществах можно посмотреть в видео:

Принцип действия и маркировка штанговой насосной установки

Штанговая скважинная насосная установка включает:

а) наземное оборудование — станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование — насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Рис. 1. Штанговая скважинная насосная установка:

1 – фундамент; 2 – рама; 3 – электродвигатель; 4 – цилиндр; 5 – кривошип; б – груз; 7 – шатун; 8 – груз; 9 – стойка; 10 – балансир; 11 – механизм фиксации головки балансира; 12 – головка балансира; 13 – канатная подвеска; 14 – полированная штанга;

15 – оборудование устья скважины; 16 – обсадная колонна; 17 – насосно- компрессорные трубы; 18 – колонна штанг; 19 – глубинный насос; 20 – газовый якорь; 21 – уплотнение полированной штанги; 22 – муфта трубная; 23 – муфта штанговая; 24 – цилиндр глубинного насоса; 25 – плунжер насоса; 26 – нагнетательный клапан; 27 – всасывающий клапан.

В скважину на колонне НКТ под уровень жидкости спускают цилиндр насоса. Затем на насосных штангах внутрь НКТ спускают поршень (плунжер), который устанавливают в цилиндр насоса. Плунжер имеет один или два клапана, открывающихся только вверх, называемых выкидными. Верхний конец штанг крепится к головке балансира станка-качалки. Для направления жидкости из НКТ в нефтепровод и предотвращения ее разлива на устье скважины устанавливают тройник и выше него сальник, через который пропускают сальниковый шток.

Верхняя штанга, называемая полированным штоком, пропускается через сальник и соединяется с головкой балансира станка-качалки с помощью канатной подвески и траверсы.

Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки, где вращательное движение, получаемое от двигателя при помощи редуктора, кривошипно-шатунного механизма и балансира, преобразуется в возвратно-поступательное движение, передаваемое плунжеру штангового насоса через колонну штанг.

При ходе плунжера вверх под ним снижается давление, и жидкость из межтрубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса.

При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость из цилиндра переходит в подъёмные трубы. При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается, жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидную линию.

Приводы ПО «Уралтрансмаш»

Условное обозначение приводов на примере ПШГНТ4-1,5-1400:

ПШГН – привод штанговых глубинных насосов;

Т – редуктор установлен на тумбе;

4 – максимальная нагрузка на устьевом штоке 4 тонны;

1,5 – наибольшая длина хода устьевого штока 1,5 м;

1400 – наибольший допустимый крутящий момент на ведомом валу редуктора;