Точность зубчатых передач

Работоспособность зубчатых передач существенно зависит от точности изготовления зубчатых колес. Неизбежны погрешности изготовления: отклонения шага, профиля, направления зуба; ради­альное биение зубчатого венца; отклонение от параллельности и пе­рекос осей колес; колебание измерительного межосевого расстояния и др. Эти погрешности приводят к повышенному шуму во время ра­боты, потере точности вращения ведомого колеса, нарушению пра­вильности и плавности зацепления, возникновению колебаний, по­вышению динамичности и снижению равномерности распределения по длине контактных линий действующей в зацеплении нагрузки и к другим вредным эффектам.

Точность зубчатых колес, а также цилиндрических и кониче­ских передач регламентируют стандарты, в которых предусмотрены двенадцать степеней точности, обозначаемых в порядке убывания точности цифрами от 1 до 12. Наиболее часто применяют 6, 7 и 8-ю степени точности: 6-я степень соответствует высокоточным скоро­стным передачам, 7-я – передачам нормальной точности, работаю­щим с повышенными скоростями и умеренными нагрузками или с умеренными скоростями и повышенными нагрузками, 8-я – переда­чам пониженной точности.

Для каждой степени точности установлены три нормы:

норма кинематической точности регламентирует разность между действительным и номинальным углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи. Показатели кинематической точности влияют на внешнюю динамику передачи и точность позиционирова­ния выходного вала по отношению к входному;

норма плавности работы регламентирует за один оборот коле­са колебания скорости вращения, вызывающие динамические на­грузки и шум;

норма контакта зубьев регламентирует прилегание зубьев в собранной передаче, степень равномерности распределения нагруз­ки по контактным линиям и определяет работоспособность силовых передач.

Регламентирован также боковой зазор зубчатой передачи – рас­стояние между боковыми поверхностями зубьев, определяющее свободный поворот одного из зубчатых колес при неподвижном парном зубчатом колесе. Боковой зазор необходим для предотвра­щения заклинивания зубьев передачи вследствие их расширения при рабочей температуре, для размещения смазочного материала и обес­печения свободного вращения колес. Боковой зазор обеспечивают допусками на толщину зубьев и межосевое расстояние. Размер зазо­ра задают видом сопряжения зубчатых колес в передаче: Н – ну­левой зазор, Е – малый, D и С – уменьшенный, В – нормальный, А – увеличенный. Чаще всего применяют сопряжение вида В и С. Для реверсивных передач рекомендуют применять сопряжения с умень­шенными зазорами. Пример обозначения степени точности цилиндрической передачи для редуктора категории точности 1: 7-6-6-С.

Расчет закрытых зубчатых передач

Зубчатая передача представляет собой два колеса или колесо и рейку с зубьями, посредством которых происходит их зацепление друг с другом. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называется шестерней, и его параметрам присваивается индекс 1, с большим числом зубьев – колесом, и его параметрам присваивается индекс 2.

Все термины, определения и обозначения, касающиеся зубчатых передач, указаны в ГОСТ 16530-83, ГОСТ 16531-83 и ГОСТ 19325-73.

Наиболее часто зубчатые колеса выходят из строя из-за разрушения активных (контактирующих) поверхностей зубьев в результате развития усталостного выкрашивания и из-за поломок зубьев. Разрушение активных поверхностей зубьев обусловлено преимущественно действием контактных напряжений, а поломка зубьев (усталостный излом) возникает от больших перегрузок ударного характера или от действия переменных напряжений в течение сравнительно длительного срока службы (при общем числе циклов перемены напряжений N_∑ > 410⁶).

Поэтому зубчатые передачи подлежат расчету на контактную прочность активных поверхностей зубьев (основной расчет) и на прочность зубьев при изгибе.

Нижеприведенный расчет проведен в соответствии с положениями ГОСТ 21354-87, но с некоторыми упрощениями, не нарушающими его сути и обеспечивающими достаточную точность инженерных расчетов.