Глава 9

Нормирование точности зубчатых колес

Зубчатые передачи, получившие широкое распространение в машиностроении, применяются для передачи движения между параллельными осями – цилиндрические зубчатые передачи; для передачи движения между пересекающимися осями – конические зубчатые передачи; для передачи движения между скрещивающимися осями – червячные передачи.

В настоящее время в машиностроении находят наибольшее распространение передачи зубчатые цилиндрические, конические и червячные с модулем от одного и более миллиметров, требования к которым регламентируются государственными стандартами. Предметом последующего рассмотрения будут выше упомянутые передачи. Для сведения отметим, что помимо этих стандартов разработаны стандарты на передачи с модулем менее одного миллиметра, передачи зубчатые реечные и передачи с зацеплением Новикова. В данном разделе будет рассмотрено нормирование точности только для эвольвентных зубчатых передач.

Зубчатые передачи широко применяют как в машиностроении, так и в приборостроении. По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.

К отсчетным передачам относят зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин и т. п. В большинстве случаев колеса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отсчетных передач является высокая кинематическая точность, то есть точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колеса передачи. Для реверсивных отсчетных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными передачами являются зубчатые передачи турбинных редукторов, коробок скоростей, двигателей турбовинтовых самолетов и тому подобное. Окружные скорости зубчатых колес таких передач достигают 60 м/с, при достаточно большой передаваемой мощности. Их основной эксплуатационный показатель – плавность работы, то есть отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Колеса таких передач обычно имеют средние модули.

К силовым передачам относятся зубчатые передачи, передающие значительные вращающие моменты сил при малой частоте вращения, например, зубчатые передачи клетей прокатных станов, подъемно-транспортных, землеройных механизмов и т. п. Колеса таких передач изготавливают с большим модулем. Основное требование к ним – это обеспечение возможно более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, то есть получение наибольшего пятна контакта по боковым поверхностям зубьев.

К передачам общего назначения не предъявляется повышенных требований по точности.

Существенное влияние на передачу оказывает боковой зазор. Наличие бокового зазора компенсирует неизбежные ошибки при монтаже, предотвращает заклинивание передачи при нагреве зубчатых колес и корпуса во время работы, а также делает возможным размещение слоя смазки между боковыми поверхностями зубьев колеса.

С учетом назначения зубчатых передач в стандартах предусмотрены три группы норм точности взаимосвязанных между собой:

– нормы кинематической точности;

– нормы плавности работы;

– нормы контакта зубьев.

Четвертая независимая группа норм – нормы бокового зазора. Точность изготовления зубчатых колес и передач задается степенью точности, а требования к боковому зазору – видом сопряжения и видом допуска.

Стандартами установлены 12 степеней точности зубчатых колес и передач, обозначенных в порядке убывания точности цифрами: 1, 2, 3 …12. Для цилиндрических зубчатых передач степеней точности 1 и 2, а для конических – 1, 2 и 3 допуски и предельные отклонения пока не определены. Эти степени предусмотрены для будущего развития.

К зубчатым колесам в зависимости от их функционального назначения могут предъявляться самые разные требования, поэтому стандарты разрешают применять разные степени точности для разных норм точности. Например, для цилиндрических зубчатых колес допускается, чтобы нормы плавности работы колес и передач могли быть не более чем на две степени точнее или на одну грубее норм кинематической точности, а нормы контакта зубьев можно назначать по любым степеням, более точным, чем нормы плавности, и на одну степень грубее норм плавности.

Требуемый боковой зазор в передаче обеспечивается выбором соответствующего вида сопряжения и допуска. Стандартами установлено шесть видов сопряжений и восемь видов допусков на боковой зазор. Выбор вида сопряжения в зависимости от степени точности по нормам плавности регламентирован соответствующими стандартами.

В каждой группе норм точности в стандартах даются показатели точности или комплексы показателей. Изготовитель имеет право выбирать для измерения такие параметры колеса, которые соответствуют технологическому процессу и наличию измерительных средств.

Введены условные обозначения: показатели кинематической точности обозначаются прописной буквой F, а показатели плавности строчной – f с соответствующим индексом. Индекс «О» означает, что рассматриваемый показатель относится к передаче, а его отсутствие – к зубчатому колесу; индекс «r» относится к погрешности, а его отсутствие – к допуску. Один штрих (F^/, f^/) означает, что данная погрешность определяется при однопрофильном касании, а два штриха (F^//, f^//) – при двухпрофильном.