2. Зубчатые передачи

Зубчатые колеса должны быть достаточно прочными для передачи без поломок требуемых окружных усилий, должны обладать кинематической точностью, плавностью и бесшумностью работы и не заклиниваться при разогреве.

Сборка цилиндрических зубчатых передач. Нарушение кинематической точности и плавности работы зубчатой передачи проявляется в несогласованности поворотов колес передачи, периодически или многократно повторяющихся за оборот колеса. Это приводит к колебаниям частоты вращения зубчатых колес, вследствие чего возникают вибрация и шум при работе.

Кинематическая точность и плавность работы зубчатой передачи целиком зависит от точности зубчатых колес. Допуски на цилиндрические зубчатые колеса с модулем свыше 1 мм регламентируются ГОСТ 1643-81, согласно которому зубчатые колеса в соответствии с их служебным назначением подразделены на 12 степеней точности.

Чтобы при работе зубчатой передачи не происходило заклинивание колес вследствие их разогрева и обеспечивалось смазывание рабочих поверхностей зубьев, между ними должен быть боковой зазор, наименьшее допустимое значение которого называют гарантированным боковым зазором. Верхнюю границу бокового зазора следует устанавливать, исходя из допустимого мертвого хода колес, а также силы удара зубьев в момент включения и реверсирования вращения зубчатых колес.

В зависимости от служебного назначения зубчатой передачи и условий ее работы значения гарантированного бокового зазора jn_mln и допуска _jn на боковой зазор могут быть различными. Предусмотрены ГОСТ шесть видов сопряжений зубьев зубчатых колес: А, В, С, D, Е, Н, и восемь видов допусков _jn на боковой зазор: х, у, z, а, b, с, d, h. Сопряжениям H и E соответствует вид допуска h, а сопряжениям D, С, В, и А - соответственно d,c, b и а. Координата середины поля допуска на боковой зазор

^Ojn

^jnmin

_jn /2

Соответствие видов сопряжений и видов допусков разрешается изменять в зависимости от степени температурных деформаций зубчатых колес и корпуса, учитываемых гарантированным боковым зазором:

^jnmin

V a ( ₁

^t1 2

t₂ )2sin

где V- толщина слоя смазочного материала между зубьями; а - межосевое расстояние; ₁ и ₂ - коэффициенты линейного расширения материала колес и корпуса; t₁ и t₂ - отклонения температур колес и корпуса от 20 °С; - угол профиля исходного контура.

Деформацию от нагрева отсчитывают по нормали к профилям. Боковой зазор, обеспечивающий нормальные условия смазывания, ориентировочно

принимают равным от 0,01 т_п (модуля) - для тихоходных кинематических передач, до 0,03 т_п - для высокоскоростных передач.

Таким образом, допуск _jn, и координата oj_n середины поля допуска на боковой зазор в зубчатой передаче определяются ее служебным назначением, а соблюдение бокового зазора в пределах этого допуска за- висит от колебания толщины зубьев и относительного смещения дели- тельных окружностей колес (рис.3.7). Поэтому исходя из значений _jn, и oj_n, должны быть установлены допуски и координаты середин полей допусков, ограничивающие отклонения толщины зубьев _с и O_С, и изменения бокового зазора вследствие относительного смещения

делительных окружностей _C и О_C.

Относительное смещение делительных окружностей зубчатых колес звеном размерной цепи А (рис.3.8). Следовательно, для обеспечения требуемого бокового зазора в зубчатой паре допуски на параметры, от которых зависит боковой зазор, следует назначать по схеме, приведенной на (рис.3.9).

А , в свою очередь, зависит от точности изготовления зубчатых колес, валов, подшипников и корпусной детали и является замыкающим

Для правильной и долговечной работы зубчатой передачи важны величина и расположение пятна контакта на боковых поверхностях зубьев. Уменьшение пятна контакта приводит к концентрации нагрузки на отдельных участках поверхностей зубьев и повышенному износу зубьев. Смещение пятна контакта зубьев к какому-нибудь краю боковой поверхности зуба ведет к одностороннему приложению нагрузки, повышенному износу и выкрашиванию зубьев.

Рис. 3.7. Составные части допуска на боковой зазор в зубчатом зацеплении:

Jn- боковой зазор; - отклонение толщины зуба; J_Д - часть бокового зазора, образуемая в результате относительного смещения делительных окружностей; d_Д1, d_Д2 -

диаметры делительных окружностей зубчатых колес; - угол зацепления; А - относительное смещение делительных окружностей.

Рис. 3.8. Размерная цепь А, определяющая точность относительного смещения делительных окружностей зубчатых колес в редукторе

_jn, oj_n

С

jn^{, oj}n

Рис. 3.9. Схемы назначения допусков на звенья размерной цепи А

На правильность расположения пятна контакта влияет поворот образующих боковых поверхностей зубьев в двух координатных плоскостях. На (рис.3.10) приведены размерные цепи и ,

Рис. 3.10. Схемы размерных цепей, определяющих точность относительного поворота образующих рабочих поверхностей зубьев цилиндрических зубчатых

колес в двух координатных плоскостях

устанавливающие зависимость поворота образующих зубьев в двух координатных плоскостях от точности колес, валов, подшипников и корпуса, в котором монтируют зубчатые колеса.

Кинематическая точность и плавность работы зубчатой передачи, боковой зазор и точность поворота образующих боковых поверхностей зубьев при сборке зубчатых колес, как правило, обеспечиваются методом полной или неполной взаимозаменяемости.

Однако для повышения точности отдельных звеньев размерных цепей, которые влияют на точность относительного положения зацепления зубчатых колес, при сборке иногда используют регулирование и пригонку. Например, регулированием подшипников добиваются уменьшения отклонений от соосности опорных шеек валов с отверстиями в корпусе под опоры валов, а также отклонений от параллельности осей первых по отношению к осям вторых, комбинированными развертками повышают соосность отверстий в корпусе.

Техника монтажа зубчатых колес, приспособления, применяемые при этом, и методы контроля качества сборки изложены в книге [5].

Сборка конических зубчатых передач. Одним из основных условий правильности зацепления конической зубчатой передачи, отличающим от ее цилиндрической, является совпадение вершин делительных конусов зубчатых колес. Допускается смещение вершины делительного конуса колеса относительно оси второго колеса и вершины делительного конуса второго колеса относительно оси первого колеса в пределах, установленных ГОСТ 1758-81. Соблюдение этого условия при сборке конических зубчатых колес обеспечивается двумя независимыми размерными цепями Б и В (рис. 3.11).

Довольно жесткие допуски замыкающих звеньев указанных размерных цепей и их многозвенность затрудняют при сборке конических зубчатых пеоелач использование методов взаимозаменяемости. Поэтому точность замыкающих звеньев Б и В достигается чаще всего методом регулирования. При этом большие удобства для сборщиков создают конструкции зубчатых передач, в которых предусмотрены подвижные компенсаторы. Однако неизбежное усложнение конструкции с созданием подвижных компенсирующих устройств не всегда допускает их применение и заставлявляет использовать неподвижные компенсаторы в виде прокладок и колец.

Регулирование положения зубчатых колес может быть значительно упрощено, если одно из колес устанавливать по калибру относительно оси отверстия в корпусе под опоры вала второго конического колеса. Для этого в отверстие корпуса вставляют оправку, прикладывают к ней калибр и до упора в него окончательно устанавливают первое коническое колесо.

Рис. 3.11. Схемы размерных цепей, определяющих точность совпадения вершин делительных конусов конических зубчатых колес

При таком выборе измерительной базы при изготовлении зубчатого колеса необходимо в жестких пределах обеспечивать точность расстояния К между вершиной делительного конуса и торцом зубчатого

колеса, используемым в качестве начала отсчета. Иногда первое колесо устанавливают с помощью калибра от торца корпуса. В этом случае на точность установки зубчатого колеса влияет не только размер К, но и М - расстояние между осью отверстия в корпусе под опоры вала второго зубчатого колеса и торцом корпуса. Отклонения размеров К и М нуждаются в ограничении допусками.

После установки первого зубчатого колеса второе зубчатое колесо вводят в зацепление с первым и перемещением его в осевом направлении добиваются требуемого бокового зазора между зубьями.

Боковой зазор при регулировании положения зубчатых колес контролируют с помощью щупа или свинцовой пластинки, помещаемой между зубьями колес. О боковом зазоре можно судить также по мертвому

ходу одного из колес, измерить который можно с помощью индикатора и несложных приспособлений [5].

Правильность зацепления собранных конических зубчатых колес проверяют по краске, для чего зубья одного колеса смазывают краской и им же провертывают второе колесо. При проверке без нагрузки наиболее желательными являются отпечатки краски на зубьях второго колеса, расположенные симметрично по высоте зубьев и смещенные к вершине конуса. При работе колес под нагрузкой пятно контакта перемещается от вершины конуса и располагается посредине зуба.

Правильность расположения пятна контакта на боковой поверхности зубьев зависит от соблюдения установленного угла между осями вращения зубчатых колес, нахождения осей вращения зубчатых колес в одной плоскости и точности самих зубчатых колес.

Сборка червячных передач. По назначению червячные передачи под- разделяются на кинематические и силовые. ГОСТ 3675-81 установлены 12 степеней точности червячных передач. Кинематические передачи, от которых требуется создание точного передаточного отношения, изготовляют 3-6 степеней точности. Силовые передачи изготовляют 5-9 степеней точности.

Чтобы червячная передача могла выполнять свое служебное назна- чение, в процессе ее изготовления необходимо обеспечить кинематическую точность передачи, заданный боковой зазор в зацеплении червяка с колесом, совпадение средней плоскости колеса с осью червяка, требуемую точность углов скрещивания осей вращения червяка и колеса.

Методы обеспечения первых двух требований те же, что и при обеспечении аналогичных условий при сборке цилиндрических зубчатых передач.

Наиболее распространенным методом совмещения средней плоскости червячного колеса с осью червяка является метод регулирования, при этом можно использовать и подвижные и неподвижные компенсаторы.

В конструкции узла, показанного на (рис. 3.12), предусмотрено регулирование осевого положения червячного колеса относительно червяка путем изменения толщины одной из прокладок под фланцы. При выборе в качестве компенсатора правой прокладки задачу совмещения средней плоскости червячного колеса с осью червяка разрешит размерная цепь Д.

Вслед за решением этой задачи возникает необходимость ре- гулирования зазора в подшипниках. Требуемый зазор создается перемещением наружного кольца подшипника левым фланцем и винтами. В образовавшийся зазор между корпусом и фланцем должна быть вставлена прокладка, толщину которой Е определяет размерная цепь

Е.

Рис. 3.12. Размерные цепи определяющие совпадение средней пл оскости червячного колеса с осью червяка

Требуемая точность угла скрещивания осей вращения червяка и колеса достигается обычно методом полной или неполной взаимозаменяемости. Однако и здесь регулированием положения наружных колец подшипников, приданием определенного направления эксцентриситету их наружных поверхностей можно повысить точность угла скрещивания осей вращения червяка и колеса.

Правильность зацепления зубчатого колеса с червяком проверяют по краске. Краску наносят на винтовую поверхность червяка и, поворачивая его, получают отпечатки на зубьях червячного колеса. При правильном зацеплении червяка краска должна покрывать поверхность зуба червячного колеса не менее чем на 50-70 %, а пятно контакта должно располагаться по обе стороны оси симметрии зуба.

При одностороннем расположении пятна контакта на поверхностях зубьев положение червячного колеса относительно червяка исправляют перемещением колеса в осевом направлении, а иногда и разворотом

наружных колец подшипников червяка и вала червячного колеса для направления эксцентриситетов колец в нужную сторону.

При монтаже зубчатых колес применяют специальные инструменты и приспособления [5].