книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

1 3 .6 .4 . П рим ер выбора требований к точности базовы х поверхностей зубчатых колес при зуб он арезании, м арш рута их обработки и требований к точности обработки этих

поверхностей на промежуточны х операциях

1. Исходные данные те же, что и в примере п. 13.4.2. Дополнительно: по чертежу дета­ ли необходимо обеспечить биение торцов венца Етчсрт = 0 ,1 мм, 10тв - 50 мм, Ц,„ ” dt - 5,5 тп = 170,2 мм, Lmn/ Д ш = 0,3, при зубофрезеровании на стол станка устанав­ ливается одна заготовка, при зубофрезеровании необходимо обеспечить 8 -9 -9 степени точности по ГОСТ 1643-81. Заготовку зубчатого колеса предполагается получать штам­ повкой на КГШП с прошивкой отверстия. Класс точности Т4, степень сложности С1, группа стали M l, исходный индекс 9 по ГОСТ 7505-89. Допуск на отверстие 0 5 8^ 5 - От­ клонение от плоскостности торца венца заготовки не более Егмг. = 1,0 мм. Тип производст­ ва - крупносерийное. Состояние оборудования для механической обработки базовых по­ верхностей колес - среднее.

2.Выбор допустимых значений биения базового торца зубчатого венца £т и диамет­ рального зазора ADUв сопряжении оправка приспособления — нарезаемое зубчатое колесо при зубофрезеровании производим с помощью табл. 13.19 и 13.20.

£т= 0,042 мм; ДЦ, = 0,067 мм.

3.По табл. 13.21 принимаем степень точности и вид сопряжения для посадочной по­ верхности оправки зубофрезерного станка, по которой центрируется зубчатое колесо при зубонарезании, - h6.

4.По ГОСТ 25347-82 определяем нижнее предельное отклонение допуска на диаметр

центрирующей поверхности оправки зубофрезерного станка. Для h6 - 62_0i0,,j • (ei) Ц ,1ф = 0,019 мм.

5. По формуле (13.8) определяем допуск на диаметр посадочной поверхности заготов­ ки при зубофрезеровании:

5D0 = 0,067 - 0,019 = 0,048 мм.

Это соответствует посадке Н8.

6. В соответствии с ГОСТ 25347-82 для посадки Н8 принимаем допуск на диаметр посадочной поверхности заготовки 062 мм.

8Ц, = 0,046 мм, б2+0,(М6 мм.

7. Определяем Kiasio(tj для показателей точности базовых поверхностей зубчатого ко­ леса на отдельных этапах обработки этих поверхностей по формуле (13.4).

Для обработки базовых поверхностей колес до зубонарезан ия:

— при обработке торцов венца

1/0,042 = 23,8;

— при обработке отверстия колеса

А,зм.оГ,от„= М /0,046 = 32,6.

Для обработки базовых поверхностей колес после их термообработки:

— для торцов венца

К'.ш,.об.т<.Р“ 0,042 / 0,1 =* 0,42;

— для отверстия колеса

^итоб.ото = 0,046 / 0,03 = 1,53.

8.Предварительно в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблицах 13.23

и13.24, принимаем следующий маршрут обработки базовой поверхности шлицевого от­ верстия колеса (внутреннего диаметра шлицев) до зубонарезания: зенкерование (JT12) - однократное протягивание (JT9) - хонингование (JT8).

9.По табл. 13.26 выбираем значения Kiani для указанных операций обработки отвер­ стия колеса до зубонарезания.

При зенкеровании Kmu i - 4,85.

При однократном протягивании К„3%м = 4,65. При хонинговании K,tM i = 2,45.

10. Проверяем правильность выбора маршрута обработки отверстия колеса до зубона­ резания по формуле (13.3):

32,6 ^ 4,85 • 4,65 • 2,45,

32,6 < 55,3.

Следовательно, принятый маршрут обработки должен обеспечить требуемую точ­ ность отверстия колеса при зубонарезании.

Ограничиться зенкерованием и однократным протягиванием нельзя, т. к. в этом случае

П* ,ш ,л =4,85-4,65 = 26,6 <32,6.

11.Предварительно в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 13.23, принимаем следующий маршрут обработки торцов зубчатого венца до зубонарезания: черновое точение - получистовое точение — чистовое точение.

12.По табл. 13.27 выбираем значения /С1Ш1|- для указанных операций обработки торцов венца зубчатого колеса до зубонарезания.

При черновом точении 7СИЗМ, - 4,3. При получистовом точении Хши,= 3,2. При чистовом точении Ktt3Mi = 2,6.

13.Проверяем правильность выбора маршрута обработки торцов венца до зубонаре­ зания по формуле (1):

23,8 < 4,3 • 3,2 • 2,6,

23.8<35,8.

Следовательно, принятый маршрут обработки торцов венца до зубонарезания должен обеспечить их требуемую точность.

Ограничиться двухкратным точением нельзя, т. к. в этом случае

П* изИ./=43-3,2 = 13,8 <23,8.

14.Предварительно, в соответствии с рекомендациями табл. 13.23 и 13.24, принимаем следующий маршрут обработки внутреннего диаметра шлицевого отверстия колеса после ХТО: двухкратное хонингование (JT7).

15.По табл. 13.26 выбираем значения /Сизмз для указанных операций обработки поса­ дочной поверхности отверстия колеса.

При ХТО (нитроцементация) KirM i = 0,30. При дробеструйной обработке /С|13М= 1,03.

Глава 14

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВАПРИБОРНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

В данной главе приведен перечень конструкторских и технологических приемов, ко­ торые могут быть без расчетов использованы при конструировании и при отработке пере­ дачи на технологичность [1,2]. Указанные ниже рекомендации основаны на зависимостях для таких точностных параметров, как кинематическая погрешность (КП), кинематиче­ ский (КМХ) и упругий (УМХ) мертвый ход, и на опыте проектировании точных зубча­ тых механизмов.

14.1. Способы снижения кинематической погрешности

1. Применение межопорного расположения колеса относительно опор. При одной и той же длине вала необходимо применять межопорное расположение колеса относительно опор. Из-за условий компоновки указанный конструктивный прием не всегда может быть применен, например, для одноплатных конструкций при валах, перпендикулярных плате. Исключение — одноплатные конструкции с расположением валов параллельно плате.

2. Уменьшение консоли. В случае консольного расположения колеса относительно опор зубчатый венец необходимо располагать как можно ближе к опоре, т. е. / = min {/,}, где / — величина консоли, i — вариант величины. На практике данный конструкторский прием может быть реализован поджимом узкой ступицы колеса кольца шарикоподшип­ ника, а также применением вала-шестерни или блока колес.

3. Применение посадок с натягом. Данный технологический прием связан с возможно­ стями конкретного производства. Может быть осуществлен при помощи механической или термической деформации.

Применение механических нагрузок ограничено оборудованием, а при создании натя­ га ручным методом может привести к искривлению валов малых диаметров. Необходимо иметь в виду, что устранение радиального биения (РБ), вызванного зазором в посадке, может привести к появлению РБ, вызванного смешением осей сопрягаемых поверхностей из-за погрешностей их формы, неоднородности материала, появления иных погреш­ ностей.

Создание натяга с применением температурных деформаций ограничено наличием возможностей для охлаждения или нагрева сопрягаемых деталей. Для охлаждения требу­ ются жидкий азот (позволяет получить температуру -195,8 °С), сухой лед (-78,5 °С). Стоимость охлаждающих реагентов, особенно жидкого азота, также может служить огра­ ничением в применении данного способа создания натяга.

528 Г л а в а 14

Для нагрева используют муфельные печи. Ограничением в этом случае может слу­ жить изменение структуры материала при нагревании (например, более 400 °С).

Возможен путь создания посадки с натягом при селективной сборке сопрягаемых де­ талей, выполненных по переходной посадке.

Примеры расчета посадок с натягом при соединении пластмассового колеса с глад­ ким металлическим валом приведены в работе [3].

4.Применение вал-шестерни. Подобная конструкция позволяет избежать ограниче­ ний, возникающих при создании посадок с натягом. Технологическим ограничением яв­ ляется соотношение диаметров колеса и вала. Данная конструкция уменьшает консоль. При межопорном расположении из-за отсутствия ступицы позволяет уменьшить расстоя­ ние между опорами и более компактно разместить платы. Конструкцию возможно ис­ пользовать и в одноплатных корпусах между опорами в подшипниковой втулке. И невоз­ можно — при двухсторонней консоли, если применяются цельные опоры (шарикопод­ шипники, опоры скольжения). В случае односторонней консоли можно использовать блок подобных колес.

5.Применение гладких валов. Конструирование валов без ступеней позволяет повы­ сить точность передачи за счет отсутствия радиального биения посадочных мест под опо­ ры и колесо. Однако при монтаже шарикоподшипников на такие валы возникают трудно­ сти с обеспечением расчетных посадок с натягом, поскольку вначале необходимо создать посадку колеса с валом, причем с натягом. Поэтому наилучшее применение подобных ва­ лов в случае односторонней консоли.

6.Селективная сборка подшипников. Используется при консольном расположении колеса относительно опор. Заключается в таком расположении эксцентриситетов опор, при котором сумму их проекций на среднюю плоскость зубчатого венца можно подобрать минимальной (за счет использования дальней опоры более грубого класса точности отно­ сительно ближней). Прием является очень трудоемким, а, следовательно, дорогостоя­ щим. Целесообразно применять при индивидуальном типе производства и в случае, когда достижение точности является главным критерием (при 2 и 4 классах точности шарико­ подшипников).

7.Применение блока колес. С точки зрения повышения точности применение блока колес имеет смысл при односторонней консоли, за счет уменьшения величины консоли для второго колеса.

8.Применение составного колеса. Характерно для металлополимерной передачи. Зуб­ чатый венец из полимерного материала (например, текстолита), ступица — металличе­ ская. Позволяет производить регулировку биения.

9.Минимизация класса точности подшипников. Наиболее простой и одновременно наиболее дорогостоящий путь повышения точности передачи. Оптимальным является за­ мена нулевого класса точности на шестой. Условие рационального выбора класса точно­ сти подшипника рассмотрено в п. 14.4.

10.Минимизация степени точности изготовления колеса. Путь очевидный, но трудо­ емкий и дорогостоящий. Оптимально назначать седьмую или шестую степень точности для отдельно взятого колеса.

11.Оптимизация расстояния между опорами. Ограничением является увеличение га­

баритов по оси и как следствие этого увеличение упругого мертвого хода (У MX).

12. Увеличение отношения межопорного расстояния и величины консоли. Ограничени­ ем являются осевые габариты передачи и возможность размещения зубчатого венца как можно ближе к опоре.

Конструкторско-технологическое обеспечение качества приборных зубчатых передач 529

14.2. Способы снижения мертвого хода

14.2.1. Уменьшение упругого мертвого хода

1.Уменьшение длшш вала. Очевидный конструктивный прием, особенно для случая консоль­ ного расположения колеса относительно опор. Физически ограничен шириной опор (Imin = В), противоречит требованию минимальности радиального биения. Для реверсивных механиз­ мов необходимо решать систему уравнений, учитывающих критерии КП и УМХ.

2.Увеличение диаметра вала. Очевидное конструктивное решение, приводящее к уве­ личению диаметральных размеров опор и ступиц зубчатых колес. Может способствовать применению конструкции вал-шестерни. В некоторых случаях увеличивается зазор в пе­ реходных посадках, что выдвигает требование селективной сборки, а, следовательно, при­ водит к удорожанию конструкции. Возможно некоторое снижение стоимости опор, т. к. увеличение габаритов опор этому способствует.

3.Применение односторонней консоли. Суть приема — размещение обоих колес на кон­ соли с одной стороны, что приводит к сокращению участка вала, подвергающегося круче­ нию. Используется, в основном, для одноплатных конструкций.

4.Применение блока колес. Конструктивный прием, позволяющий ликвидировать кру­ чение вала. Характерен для одноплатных конструкций. Ограничение — степень точности зубчатого венца шестерни, изготавливаемого зубодолблением.

5.Применение ступенчатого вала. Позволяет, не увеличивая осевые габариты и габа­ риты опор, увеличить жесткость. Увеличиваются диаметральные габариты ступицы при межопорном расположении колеса относительно опор. Желание использовать положи­ тельные свойства ступенчатых валов приводит к использованию специального технологи­ ческого приема: обработки в центрах, а длинных валов — с применением люнета. Ограни­ чения — отношение длины вала к его диаметру не более 8 (далее используют люнет), на­ личие технологического оборудования (задняя бабка токарного станка, люнет).

6.Поджим подшипников узкими ступицалш колес. Применяется для случая двухсторонней консоли, но несколько увеличивает радиальное биение, так как увеличивает величину консоли. Может быть использован как при одноплатных, так и при двухплатных конструкциях.

7.Применение вал-шестерни. Уменьшает деформацию кручения вала, то есть увели­

чивает его жесткость.

14.2.2. Уменьшение кинематического мертвого хода

1.Применение регулируемого межосевого расстояния. Широко распространенный кон­ структорский прием, уменьшающий составляющую зазора в зацеплении.

2.Уменьшение зазора в опорах. Распространенный конструкторский прием. Регули­ ровка осевого перемещения как косвенный признак минимизации зазора в опорах. Слож­ ность изготовления передачи в этом случае возрастает. Необходимо выбирать шарикопод­ шипники с минимальным радиальным зазором.

3.Компенсация зазора в зацеплении (люфтовыбирающие устройства). Комплексный конструкторский прием, полностью компенсирующий зазор в зацеплении. Ограниче­ ние — подбор пружины в зависимости от крутящего момента, действующего на валу. От­ рицательным фактором является изменение упругих свойств пружины в процессе экс­ плуатации. В результате есть опасность появления УМХ. Существуют приемы, позволяю­ щие скомпенсировать указанный недостаток, однако увеличивается слож ность устройства, а надежность становится ниже.

530 Г л а в а 14

Для выбора типоразмеров люфтовыбирающих устройств можно воспользоваться дан­ ными, приведенными в работе [3].

4. Расположение линий межосевогорасстояния под углом. Прием усложняет конструкцию. Анализ перечня вышеуказанных конструкторских и технологических приемов повы­ шения точности зубчатых передач приводит к выводу, что они противоречивы по отноше­ нию к отдельным составляющим точности. Следовательно, необходимо сравнение прие­ мов по количественным величинам. При отсутствии подобных данных достаточно ис­

пользовать приемы, не взаимоисключающие друг друга.

14.3.Конструкторско-технологические методы обеспечения точности и жесткости

узлов редуктора

В качестве показателя кинематической точности выбрано радиальное биение зубчато­ го венца. Жесткость ограничивается учетом кручения вала, а другие деформации компен­ сируются введением коэффициента запаса [4].

На первом этапе рассматривается конструктивное обеспечение точности отдельно взятого колеса, смонтированного на валу и установленного в опорах.

Под конструктивным обеспечением понимается: выбор расположения средних плос­ костей опор и зубчатого венца (консольное, межопорное); конструкции колеса (насад­ ное — целое или составное, вал-шестерня); точность и характер соединения колеса с ва­ лом (цилиндрическая посадка — с натягом, переходная); конфигурации вала (гладкий, ступенчатый); типоразмер (серии) подшипника.

Под технологическим обеспечением понимаются ограничения: на характер сопряже­ ния колеса с валом (для осуществления натяга требуется технологическое оборудова­ ние — гидравлический пресс, муфельная печь, специальные реагенты (жидкий азот или сухой лед)); на применение вала-шестерни (диаметр колеса не должен превышать двух диаметров вала); на применение ступенчатого вала (при отношении длины вала к диамет­ ру более 8-ми (необходимо технологическое приспособление — люнет — для обработки вала с одной установки)).

Исходными параметрами являются: степень точности; модуль; делительный диаметр колеса; минимальный диаметр гладкого вала.

Вкачестве дополнительных условий могут быть заданы: схема расположения колеса

иопор (консольное, межопорное); расстояния между средними плоскостями колеса и опор (I, /); конфигурация вала (гладкий, ступенчатый); точность изготовления колеса от­ носительно базовой поверхности (центрального отверстия — для насадного колеса и шеек вала в случае вал-шестерни); квалитеты точности сопрягаемых поверхностей колеса и ва­ ла; — конструкция колеса (насадное или вал-шестерня); типоразмер подшипника (се­ рия).

Вслучае совместного задания всех вышеуказанных условий расчет идет в режиме анализа имеющейся конструкции, а если не задано хотя бы одно из дополнительных усло­ вий, то в режиме синтеза.

Вторым этапом является решение задачи совместного расположения зубчатых колес на промежуточной оси редуктора. При этом вводится требование к жесткости вала и уточ­ няется его конфигурация, а также конструкция колес.

Третьим, заключительным этапом является решение задачи соединения отдельных валов редуктора в единую кинематическую цепь с определенной пространственной кон­