1. 3.15.2 Боковой зазор. Виды сопряжений зубьев в передаче

Боковой зазор j_n между неработающими профилями зубьев сопряженных колес определяют в сечении, перпендикулярном направлению зубьев, в плоскости, касательной к основным цилиндрам (рисунок 36). Этот зазор необходим для устранения заклинивания при нагреве передачи (температурная компенсация), размещения слоя смазки, а также для компенсации погрешностей изготовления и сборки. Боковой зазор приводит к появлению при реверсировании передач мертвого хода, величину которого ограничивают для уменьшения ударов по нерабочим профилям зубьев. Теоретическая зубчатая передача является двухпрофильной и беззазорной (j_n = 0). Реальная передача должна иметь боковой зазор.

Минимальная величина бокового зазора j_{n min} определяет вид сопряжения зубьев. Стандартами предусматривается шесть видов сопряжения: А (с увеличенным гарантированным зазором j_{n min} для 3-12 степеней точности), В (с нормальным гарантированным зазором, 3-11), С, D (с уменьшенным j_{n min}, 3-9, 3-8), Е (с малым j_{n min}, 3-7), Н (нулевым j_{n min}, 3-7).

Установлено восемь видов допусков Тj_n бокового зазора (при этом Тj_n =

j_{n min} - j_{n max}): h, d, c, b, a, z, y, x. Допуски расположены в порядке возрастания. Видам сопряжения Н и Е соответствует вид допуска h, видам сопряжения D, С, В, А – соответственно d, c, b , a. Допускается по технологическим или иным соображениям менять соответствие видов сопряжения и допуски бокового зазора, используя также виды допуска z, y, x (см. рисунок 36).

Установлено шесть классов отклонений межосевых расстояний, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от 1 до Y1. Гарантированный боковой зазор обеспечивается при соблюдении установленных для данного вида сопряжения классов отклонений межосевого расстояния (Н, Е –II класс, D, C, B, A – III, IY, Y, YI классы).

Минимальный боковой зазор j_{n min} должен учитывать температурную компенсацию j_nt и слой смазки _см:

j_{n min} = j_nt + _см . (3.156)

Рисунок 36 – Боковой зазор в зубчатой передаче

Необходимую температурную компенсацию можно рассчитать, зная температуру колеса t_кол и корпуса передачи t_пер и учитывая, что боковой зазор j_n измеряют под углом профиля :

t = a_w [_кол (t_кол – 20⁰) - _кор (t_кор – 20⁰)],

где w – межосевое расстояние, _I – коэффициенты линейного расширения (_кол – колеса, _кор – корпуса).

Учитывая, что толщина смазки должна составлять от 0,01 до 0,03 модуля, получим, что минимальный (гарантированный) боковой зазор j_{n min} должен быть равен

j_{n min} = (0,01  0,03) m + a_w [((_кол(t_кол –20⁰) - _пер (t_пер – 20⁰) 2sin (3.157)

Сопряжение вида В гарантирует боковой зазор, при котором исключается заклинивание зубьев передачи от нагрева при разности температур колес и корпуса 25⁰С (см. рисунок 36).

Как следует из сказанного, вид сопряжения зубьев назначается расчетным или опытным путем независимо от степеней точности. Допустимые погрешности изготовления или монтажа зубчатой передачи, зависящие от степеней точности, сказываются на максимальной величине бокового зазора.

Существуют три метода обеспечения бокового зазора: регулирование расстояния между осями передачи, применение при изготовлении специального инструмента с утолщенными зубьями и метод радиального смещения исходного контура рейки зубонарезного инструмента.

Первый метод практически не применяют, т.к. перемещение рабочих валов для получения бокового зазора приводит к уменьшению активной части профиля и коэффициента перекрытия; этот метод невозможен при нескольких парах сопряженных зубьев, сидящих на двух параллельных валах, так как отрегулированный боковой зазор одной пары шестерен дает неприемлемые значения для остальных пар шестерен.

Второй метод получения “тонких” зубьев шестерен за счет увеличения толщины режущих зубьев инструмента (фрез, реек и т.д.) ведет к увеличению номенклатуры и удорожанию инструмента.

Третий метод получил преимущественное распространение, так как использует стандартный инструмент и позволяет обеспечивать любые боковые зазоры за счет дополнительного смещения зубонарезного инструмента в “тело” заготовки. Наименьший боковой зазор создается за счет уменьшения толщины зуба по постоянной хорде Е_с методом радиального смещения исходного контура на величину Е_Н. Дополнительное уменьшение толщины зуба по хорде на величину допуска Т_с происходит за счет допуска на смещение исходного контура Т_Н, что вызывает соответствующее увеличение бокового зазора. Зависимости, характеризующие изменение бокового зазора от смещения исходного контура и утонения зуба показана на рисунке 36:

j_{n min} = 2 Е_Н sin; (3.158)

E_C = 2E_Htg. (3.159)

Таким образом, боковой зазор определяется смещением исходного контура Е_Н, межосевым расстоянием а (для него установлены отклонения f_a), толщиной зуба на делительной окружности или постоянной хордой зуба

При наличии радиального биения F_r толщины зубьев не остаются постоянными, но изменяются с приближением и удалением к ведущему колесу, поэтому Т_Н F_r:

Т_Н = 1,1 F_r + 20. (3.160)

Боковой зазор состоит из гарантированного бокового зазора j_{n min} и бокового зазора j_{n 1} для компенсации погрешности изготовления и монтажа (1 и 2 – колесо и шестерни):

j_{n min} + j_n1 = (Е_Н1 + Е_Н2)2 sin. (3.161)

Принимая смещение колеса и шестерни приблизительно одинаковыми

Е_{Н 1} Е_{Н 2} Е_Н, получим ( = 20⁰):

. (3.162)

Боковой зазор j_n1 учитывает отклонения межосевого расстояния f_a, шага зацепления f_pв двух колес, отклонения направления F_ двух колес, отклонения от параллельности f_x и перекоса осей f_у, j_n1 равен при квадратичном суммировании:

. (3.163)

Наибольший боковой зазор является замыкающим звеном сборочной размерной цепи, составляющими звеньями которой будут отклонения межосевого расстояния и смещения исходных контуров:

j_{n max} = j_{n min} + (Т_Н1 + Т_Н2 + 2f_a) 2sin. (3.164)

Учитывая производственные потребности, для характеристики бокового зазора применяют следующие показатели:

• наименьшее смещение исходного контура Е_Н (допуск Т_Н);

• наименьшее отклонение толщины зуба Е_С (допуск Т_С = 0,73 Т_Н);

• наименьшее отклонение средней длины общей нормали Е_wm (допуск Т_wm);

• наименьшее отклонение длины общей нормали Е_w (допуск Т_w);

• предельные отклонения измерительного межосевого расстояния Е_{а``</sub>(+E<sub>a``s} и -Е_а``I).

Нормаль W – расстояние между разноименными боковыми поверхностями группы (2, 3 и т.д.) зубьев.

Измерительное межосевое расстояние – расстояние беззазорного сопряжения зубьев контролируемого колеса и измерительного колеса; E_{a``s</sub>=(колебание измерительного расстояния на одном зубе); E<sub>a``I} = -Т_Н.

При разработке чертежей зубчатых колес, корпусов редукторов, приводов и т.д. применяются показатели w (E_w, T_w), S_c (E_c, T_c), f_a (рисунок 36).

При контроле зубчатых колес используют комплексы показателей, которые установлены для различных степеней точности. Комплексы контроля являются равноправными, но не равноценными. Первый из них (для каждой нормы, образованный одним комплексным показателем, дает наиболее полную оценку точности колеса). Каждый последующий характеризует значительную долю основной погрешности или отдельные ее части.

Выбор того или иного комплекса контроля зависит от назначения и точности зубчатых колес и передач (принцип инверсии), их размеров, практики контроля, объема и условий производства и др. Для выбранного комплекса на чертеже зубчатого колеса с нестандартным исходным контуром указывают необходимые допуски и отклонения и колесо контролируют по всем параметрам.

В чертежах зубчатых колес со стандартным исходным контуром (рисунок 37), показатели комплекса конструктор не указывает; эти показатели назначаются технологическими службами.

Контроль зубчатых колес может быть приемочный, профилактический и технологический.

Приемочный контроль – контролируют показатели комплекса.

Профилактический – отладка технологических процессов и выявление причин брака.

Для контроля кинематической точности используют приборы для измерения кинематической погрешности колес, измерительного межосевого расстояния, накопленной погрешности шагов, радиального биения, колебания длины общей нормали, погрешности обката.

При контроле плавности работы применяют приборы для измерения местной кинематической и циклических погрешностей, шага зацепления, погрешности профиля, отклонений углового шага.

При контроле полноты контакта применяют приборы для измерения суммарного пятна контакта, осевого шага, направления зуба, погрешности формы и расположения контактной линии.

При контроле бокового зазора измеряют приборами смещение исходного контура, отклонение измерительного межосевого расстояния, отклонение средней длины общей нормали, толщину зуба (в том числе штангензубомерами).

Рисунок 37 – Зубчатое колесо