7.2 Проблемы достижения требуемой точности зубчатого венца

Исходя из условий работы зубчатых передач, их можно отнести к силовым или скоростным. Силовые передают большие вращающие моменты при сравнительно невысоких скоростях, например, на последних валах редукторов грузоподъемных механизмов. Основное требование к таким передачам состоит в обеспечении долговечности их работы. Скоростные передачи в коробках скоростей транспортных машин и металлорежущих станков работают при больших скоростях. Наряду с обеспечением долговечности, особые требования к ним предъявляются в отношении шума и вибраций.

Исходя из назначения, можно выделить кинематически точные передачи. Такие передачи используют в часовых механизмах, измерительных приборах, механизмах поворота телескопов, цепях деления и обката зубообрабатывающих станков, цепях связи шпинделя и ходового винта резьбонарезных станков и др. Эти колеса могут работать при малых или больших нагрузках, исполнять функции силовых или скоростных, а иногда сочетать те и другие. Например, зубчатые колеса отбора вращения от шпинделя в цепь подач токарного станка работают при высоких скоростях и достаточных нагрузках и должны обеспечивать высокую кинематическую точность.

Согласно ГОСТ1643-81 «передачи зубчатые цилиндрические» устанавливает 12 степеней точности зубчатых колес и передач в порядке убывания точности с возрастанием номера степени. Для первой и второй степеней точности допуски и предельные отклонения не установлены, они зарезервированы для будущего развития техники.

Важным для понимания является разделение всех норм точности на три группы:

– кинематической точности,

– плавности работы,

– контакта зубьев колес в передаче.

Допускается для каждого колеса передачи комбинирование норм по разным степеням точности, но, в основном, не более чем на две степени:

– нормы плавности не более чем на две степени точнее и не более чем на одну степень грубее, чем нормы кинематической точности;

– нормы контакта могут назначаться более точными, чем нормы плавности, и на одну степень грубее норм плавности.

Становится очевидным, что нет необходимости устанавливать требуемую степень точности колеса по самой точной норме. Например, если зубчатая передача тихоходна, но от нее требуется высокая степень кинематической точности (например, в измерительных приборах или часах), то на ее колеса можно назначить требуемую степень кинематической точности, а нормы плавности и контакта – на две степени грубее. Или для скоростных колес привода вращения шпинделя металлорежущего станка нужно назначить самыми точными нормы плавности, более грубыми нормы контакта и самыми грубыми нормы кинематической точности. За счет назначения комбинированных норм точности можно значительно снизить расходы на изготовление высокоточных зубчатых колес.

Зубчатая передача всегда работает с боковым зазором между зубьями. ГОСТ устанавливает 6 видов сопряжений колес в передаче А, В, С, D, Е, Н и 8 видов допусков Т_j на боковой зазор x, y, z, a, b, c, d, h – в порядке убывания величины бокового зазора и допуска на него.

Сопряжение вида Н имеет минимальный гарантированный боковой зазор j_n равный нулю: j_n.min = 0. Сопряжение вида В обеспечивает минимальную величину бокового зазора, при котором исключается возможность заклинивания при разности температур зубчатого колеса и корпуса в 25°С.

Приведем примеры условного обозначения колес:

7-В ГОСТ 1643-81 – колесо седьмой степени по всем нормам точности.

8-6-7-С ГОСТ 1643-81 – колесо с комбинированными нормами точности, восьмая степень по нормам кинематической точности, шестая – по нормам плавности, седьмая – по нормам контакта с видом сопряжения С.

Рассмотрим более подробно параметры оценки каждого вида норм точности.

Нормы кинематической точности

Параметры кинематической точности обозначаются латинской прописной буквой F с соответствующими индексами. Последняя буква r в индексах для допусков на параметры не проставляется.

1. Кинематическая погрешность передачи F′_ior – разность между действительным и номинальным углом поворота ведомого зубчатого колеса передачи.

2. Кинематическая погрешность зубчатого колеса F′_ir – разность между действительным и номинальным углом поворота ведомого измерительного зубчатого колеса. (Допуск на кинематическую погрешность колеса F′_i.).

3. Накопленная погрешность k шагов F_pkr.

4. Накопленная погрешность шага зубчатого колеса F_pr

5. Радиальное биение зубчатого венца F_rr.

6. Колебание длины общей нормали F_vwr.

7. Колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот колеса F′′_ir.

Нормы плавности

Параметры норм плавности обозначаются строчной латинской буквой f с соответствующими индексами, последним из которых является буквой r. При обозначении допусков на параметры плавности буква r не проставляется.

1. Отклонение шага f_ptr

2. Разность шагов f_vptr

3. Отклонение шага зацепления f_pbr

4. Погрешность профиля зуба f_fr

5. Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f′′_ir.

Нормы контакта

1. Пятно контакта в процентах:

– по ширине зуба ∙100%;

– по высоте зуба ∙100%.

2. Погрешность направления зуба F_βr

Размеры зубчатого венца определяются следующими параметрами:

1. Номинальная длина общей нормали W.

2. Номинальная толщина зуба по постоянной хорде S_с.

3. Размер по роликам М, отклонения размера по роликам Е_Мr.

Наиболее удобно проверять размер по длине общей нормали. Выполняют контроль, охватив микрометром с чашечными губками несколько зубьев (в зависимости от числа зубьев колеса), отрезка прямой, касательной к основной окружности, между двумя разноименными боковыми сторонами зубьев. Проверяя длину общей нормали получают представление о размере зубчатого венца: толщине зубьев, боковом зазоре, припуске под последующую обработку и т.д.

Чаще всего отдельные параметры не дают полного представления о точности колеса. ГОСТ рекомендует равноправные комплексы параметров, которые позволяют оценить качество колес по всем трем нормам точности (табл. 7.1 и 7.2). Завод-изготовитель зубчатых колес может выбрать наиболее приемлемые для него комплексы, исходя из условий своего технологического процесса и используемых средств контроля.

Таблица 7.1 Показатели кинематической точности

Показатель точности или комплекс показателей	Степень точности
	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
F′ir	x	x	x	x	x	x
Fpr и Fprk	x	x	x	x
Fpr					x	x
Fvwr и Frr	x	x	x	x	x	x
Fvwr и F′′ir.	x	x	x	x	x	x
F′′ir.							x	x	x	x
Frr							x	x	x	x

Таблица 2 Показатели плавности работы

Показатель точности или комплекс показателей	Степень точности
	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
fpbr и ffr	x	x	x	x	x	x
fpbr и fptr	x	x	x	x	x	x
fptr и fptr	x	x	x	x	x	x
f′′ir			x	x	x	x

Например, для колеса 7-6-6 - В ГОСТ 1643-81 можно принять для проверки точности следующие параметры:

– для оценки кинематической точности колебание длины общей нормали F_vwr и радиальное биение F_rr;

– для оценки плавности отклонение шага f_ptr и погрешность профиля зуба f_fr;

– для оценки контакта погрешность направления зуба F_βr;

– для оценки размера длину общей нормали W.

Все приведенные параметры точности могут быть проконтролированы в один установ на компьютеризированном измерительном приборе. Получается, что для полного представления о колесе достаточно выполнить проверку пяти параметров и одного размера. Совершенно излишне проверять еще какие-то параметры, это ничего не даст для оценки точности колеса. Но грубейшей ошибкой будет мнение о точности колеса, если какой-то из параметров не проконтролирован.

Другой пример – контроль колеса 9 - В ГОСТ1643-81:

– для оценки кинематической точности колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот колеса F′′_ir.

– для оценки плавности колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f′′_ir.

– для оценки размера длину общей нормали W.

Для оценки точности колеса девятой степени достаточно проконтролировать 2 параметра и 1 размер. И так же, как в предыдущем случае оба параметра могут быть проконтролированы в один установ колеса на приборе для проверки колебаний измерительного межосевого расстояния.