Глава 7 Нормирование точности и контроль зубчатых колес и передач

7.1 Разновидность передач по назначению

Наибольшее распространение в промышленности получили зубчатые колеса с эвольвентным профилем зуба, который получают при механической обработке заготовок методом обкатывания (без скольжения) зуборезного инструмента.

По своему назначению зубчатые передачи можно разделить на 4 группы:

• отсчетные;

• силовые;

• скоростные;

• общего назначения.

Отсчетные (кинематические) передачи чаще всего используются в измерительных приборах, часах, счетно-решающих машинах, различных делительных механизмах и т.д., т.е. они используются там, где требуется высокая согласованность углов поворота ведомого и ведущего колес, где основным показателем является высокая кинематическая точность.

Силовые передачи передают большие усилия при небольших скоростях вращения. Зубчатые колеса изготавливают с большой длиной зуба и большим модулем. При работе таких колес должна максимально использоваться площадь контакта зубьев, что и является основным эксплуатационным требованием к этим передачам.

Скоростные передачи используются в передачах с большими окружными скоростями (более 100 м/с). Такие передачи должны работать без вибраций и бесшумно. Основное требование к этим передачам - плавность работы, что достигается высокой точностью изготовления формы и взаимного расположения зубьев колеса.

Передачи общего назначения передают малые нагрузки при невысоких окружных скоростях (до 10 м/с). К ним не предъявляются высокие требования по точности.

7.2 Допуски зубчатых колес и передач

Профиль зубчатого колеса соответствует требованиям ГОСТ 13755 – 81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур», который устанавливает форму и размер исходного контура зубчатого колеса (рис. 7.1), основные параметры и коэффициенты исходного контура:

угол главного профиля…………………………………... =20⁰;

коэффициент высоты головки…………………………...h_a =1;

коэффициент высоты ножки……………………………..h_f =1,25;

коэффициент граничной высоты………………………...h_l =2;

коэффициент радиуса кривизны переходной

кривой ……………………………………………………..p_f=0,38;

коэффициент глубины захода зубьев в паре

исходных контуров………………………………………..h_w =2;

коэффициент радиального зазора в паре

исходных контуров………………………………………..с = 0,25.

Исходя из назначения колес, их основных эксплуатационных показателей назначаются и точностные требования к ним, которые регламентируются ГОСТ 1643 – 81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски». Система допусков для различных видов передач строятся по одним и тем же признакам.

По точности изготовления все зубчатые колеса разделены на 12 степеней точности: 1, 2, 3...12 (в порядке понижения точности). Для 1 и 2 степени точности допуски не предусмотрены.

Колеса 3-5 степеней точности предназначены, в основном, для измерительных колес, используемых для проверки контролируемых зубчатых колес. Самыми распространенными колесами являются колеса 6-9 степени точности (в металлорежущих станках - 3-7 степени точности, в автомобилях - 5-8 степени точности, в авиационных двигателях - 4-7 степени точности, в различных редукторах - 6-8 степени точности, тракторах и строительной технике - 7-9 степени точности).

Для каждой степени точности установлены независимые нормы допускаемых отклонений различных параметров:

- нормы кинематической точности;

- нормы плавности работы;

- нормы контакта зубьев зубчатых колес в передаче.

Независимо от норм и степеней точности предусматривается и норма бокового зазора, характеризующая вид зубчатого соединения.

Нормами кинетической точности колес лимитируют несогласованность поворота ведомого колеса при его зацеплении с точно изготовленным ведущим колесом. Эти требования особо важны в различных следящих системах, делительных механизмах и т.д.

Нормы плавности определяют равномерность хода зубчатого колеса. Они имеют большое значение в скоростных передачах автомобилей, где предъявляются жесткие требования к бесшумности передачи, отсутствию вибрации и т.д.

Нормы контакта зубьев очень важны в тяжелонагруженных передачах, которые используются в прессах и прокатных станах и т.д. и определяют величину и место расположения пятна контакта сопряженных колес в зубчатой передаче.

Следует иметь в виду, что перечисленные нормы точности могут назначаться из разных степеней точности, но нормы плавности могут выполняться по такой же степени точности, как и норма кинематической точности, или на одну-две степени точнее; норма контакта должна назначаться по степеням точности, более точным, чем норма плавности (в крайнем случае - равны им).

К параметрам кинематических норм точности относятся:

- кинематическая погрешность передачи,

- кинематическая погрешность зубчатого колеса,

- накопленная погрешность шага зубчатого колеса,

- радиальное биение зубчатого венца,

- колебание длины общей нормали,

- колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса,

- колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе.

При проектировании зубчатого колеса и передачи назначаются несколько из этих параметров, но не все.

К параметрам норм плавности относятся:

- циклическая погрешность колеса и передачи;

- местные кинематические погрешности зубчатого колеса и передачи;

- отклонение шага зацепления,

- погрешность профиля зуба.

Для улучшения плавности работы передачи часто используют зубчатые колеса с модифицированным профилем головки зуба (рис. 7.2), при этом линия модификации - прямая, а коэффициент модификации h_g должен быть не более 0,45 и коэффициент глубины модификации - не более -0,02. В этом случае обеспечивается плавное вхождение зубьев в зацепление, улучшаются условия смазки передачи, снижается шумность и динамические нагрузки в передаче.

Для тяжелонагруженных передач, работающих с невысокими скоростями с целью повышения долговечности колес и их изностойкости важным фактором является норма контакта зубьев в передаче. При этом нормируются величина и расположение области прилегания боковых поверхностей зубьев сопряженных колес. Неполное или неравномерное прилегание поверхностей зубчатых колес приводит к их интенсивному износу.

Полнота контакта нормируется комплексным показателем - суммарным пятном контакта (рис. 7.3), которое задается в процентном отношении как по длине зуба, так и по высоте:

по длине зуба – отношением суммарной длины пятна к общей длине зуба:

%

по высоте зуба – отношением высоты следов прилегания к общей высоте зуба:

%

Кроме суммарного пятна контакта на полноту контакта зубьев влияет и взаимное расположение зубьев в передаче, т.е.:

- отклонение их осевых шагов по нормали,

- суммарная погрешность контактной линии,

- погрешность направления зубьев,

- отклонение от параллельности осей зубчатых колес в передаче и их перекос.

Для нормальной работы зубчатой передачи между активными боковыми поверхностями сопряженных колес должен быть зазор.

Зазор необходим для:

- компенсации погрешностей изготовления и монтажа колес (эти погрешности могут быть вызваны неточностью подшипников и посадочных мести т.д.);

- исключения заклинивания передачи в результате тепловых деформаций;

- обеспечения смазки, без которой невозможно нормальное функционирование передачи.

Боковой зазор определяют в сечении, перпендикулярном направлению зубьев, в плоскости, касательной к основным цилиндрам (рис. 7.4).

Стандартом установлен наименьший гарантированный

зазор - j_{n min}. Величина j_{n min} не зависит от степени точности колеса, а определяется условиями работы передачи (скорость, нагрев, смазка).

Предусмотрено 6 видов сопряжений с различной величиной j_{n min}:

А, В, С, D, E, H (рис. 7.5)

Как правило, вид сопряжения соответствует степеням точности по нормам плавности; например, при 3…12-й степени точности используют вид сопряжения А, при 3…11-й – В, при 3…9-й – С, при 3…8-й – D, при 3…7-й – Е и Н.

На боковой зазор установлен допуск Т_{j n} - величина которого зависит от вида сопряжения и точности передачи и увеличивается с увеличением бокового зазора.

Существует 8 видов допусков Т_{j n} на боковой зазор: x, y, z, a, b, c, d, h.

Как правило, определенным видам сопряжений соответствует и определенный вид допуска:

например: Н и Е соответствует вид допуска - h,

D, C, B и A - соответствуют виду допусков - d, c, b, а.

Однако, допускается изменять это соответствие, используя при этом виды допусков x, y и z.

Стандартами установлено шесть классов отклонений межосевого расстояния, которые обозначаются римскими цифрами от I до VI.

( VI класс - при самой низкой точности). Сопряжениям, Н и Е соответствует II класс отклонений межосевого расстояния, сопряжениям D, C, B и A соответствуют III, IV, V, VI класс соответственно. I класс - зарезервирован для очень точных колес, получение которых пока технологически невозможно.

Гарантированный боковой зазор в передаче обеспечивается при изготовлении зубчатых колес путем дополнительного смещения профиля зуборезного инструмента к центру нарезаемого колеса на величину Е_HS (относительно номинального положения исходного контура) (рис.7.6).

На величину Е_HS установлен допуск Т_H, величина которого зависит от допуска на радиальное биение. Кроме того, установлены допуски на длину общей нормали Т_wm (рис. 7.7 а), а также предельные отклонения измерительного межосевого расстояния: +Е_a”s - верхнее и  Е_a”i - нижнее (рис.7.7 б).

Условное обозначение зубчатых колес на чертежах должно включать в себя степень точности по нормам кинематической точности, плавности, контакта, а также вид сопряжения и вид допуска на боковой зазор.

Например:

8 - 7 - 6 - С_b – II (ГОСТ 1643 - 81),

где 8 - степень по кинематической точности,

7 - степень по нормам плавности,

6 - степень по нормам контакта,

С - вид сопряжения,

b - вид допуска на боковой зазор.

II - класс отклонений межосевого расстояния.

Если нам на чертежах встретится более короткая запись условного обозначения, например: 7 - В (ГОСТ 1643 – 81), то это означает, что степени точности по нормам кинематической точность – 7,

нормам плавности - 7,

нормам контакта - 7,

вид сопряжения - В,

вид допуска на боковой зазор - b,

класс межосевого расстояния - V .

Таким образом, вид допуска на боковой зазор и класс отклонений межосевого расстояния проставляются только в том случае, если они не соответствуют виду сопряжений.

При контроле зубчатых колес в первую очередь следует отдавать предпочтение тем нормам, которые определяют назначение передачи. В процессе изготовления зубчатых колес и их последующего контроля используют приборы и оборудование для непосредственного контроля, а также для настройки зубообрабатывающего оборудования.

Контрольные вопросы

1. Как можно разделить зубчатые передачи в зависимости от их назначения?

2. Какие особенности имеют отсчетные и силовые передачи?

3. Какие основные требования к скоростным передачам и передачам

общего назначения?

4. Сколько степеней точности установлены стандартом?

5. Какие группы независимых норм допусков Вы знаете?

6. Сколько видов сопряжений и видов допусков на боковой зазор

установлены стандартом?

7. Покажите на примерах способы обозначения на чертежах точностных

требований к колесам?