ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИПЕРЕДАЧ
ВВЕДЕНИЕ
Зубчатые передачи широко применяют в машинах, устройствах, механизмах,приборах и т.д. По эксплуатационному назначению и зубчатые передачи делят нанесколько основных групп: отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.
К отсчетным относят зубчатые передачи измерительных приборов,делительных механизмов металлорежущих станков и пр. В большинстве случаевколеса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях.Основной эксплуатационный показатель делительных и других отсчетных передачявляется высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность угловповорота ведущего и ведомого колес передачи.
К скоростным относят зубчатые передачи турбинных редакторов,двигателей турбинных самолетов и пр. Окружные скорости зубчатых колес такихпередач могут достигать 60м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до40 тыс. кВт). Их основной эксплуатационный показатель – плавность работы, т.е.отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборотколеса. С ростом частоты вращения требования к плавности работы повышаются.Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто приминимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Длятяжелонагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнотаконтакта зубьев. Колеса таких передач обычно имеют модули средней величины.
К силовым относят зубчатые передачи, предающие значительныекрутящие моменты и работающие при малой частоте вращения (зубчатые передачишестеренных клетей прокатных станов, подъемно транспортных механизмов и др.).Колеса для таких передач изготавливают с большим модулем. Основное точностноетребование к ним – обеспечение более полного использования активных боковыхповерхностей зубьев.
К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требованийпо точности.
Зубчатые передачи должны иметь большую долговечность (5…10 тыс. часовработы и более).
СИСТЕМА ДОПУСКОВ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Система допусков для эвольвентных цилиндрических зубчатых передачрегламентирована ГОСТ 1643-81. Эта система распространяется на эвольвентныецилиндрические зубчатые колеса и зубчатые передачи внешнего и внутреннегозацепления с прямозубыми, косозубыми и шевронными зубчатыми колесами сдиаметром делительной окружности до 6300 мм, модулем зубьев от 1 до 50 мм, шириной зубчатого венца или полушеврона до 1250 мм.
Установлено 12 степеней точности зубчатых колес и передач, обозначаемых впорядке убывания с первой по двенадцатую. Для 1-ой и 2-ой степеней отклонения встандарте не даны (они предусмотрены для будущего развития). Приведенные нормыотносятся к окончательно изготовленным зубчатым колесам и передачам (точностьзаготовок колес стандартом не нормирована). Для каждой степени установленынезависимые нормы допустимых отклонений параметров, определяющих кинематическуюточность колес и передачи, плавность работы и контакт зубьев передачи, чтопозволяет назначать различные нормы и степени точности для передач всоответствии с их эксплуатационным назначением и учитывать различие втехнологических способах обеспечения требуемой точности.
Нормы кинематической точности. Показатели точностиПоказатель точности и его обозначение Степень точности Обозначение допуска 5-я, 6-я 7-я, 8-я 9-я 10-я, 11-я Зубчатая передача
Наибольшая кинематическая погреш-ность передачи /> + + - -
/> Зубчатое колесо
Наибольшая кинематическая погреш-ность колеса/> + + - -
/>
Накопительная погрешность /> k шагов + - - -
/>
Накопительная погрешность /> + - - -
/>
Погрешность обката /> + + - -
/>
Радиальное биение /> зубчатого венца + + - -
/>
Колебание /> длины общей нормали + + - -
/>
Колебание /> измерительного межосе-вого расстояния за оборот колеса + + - -
/>
Колебание /> измерительного межосе-вого расстояния за оборот колеса - - + +
/>
Радиальное биение/>зубчатого венца - - + +
/> /> /> /> /> /> /> />
Нормы контакта зубьев. Показатели точностиПоказатель точности Степень точности 5….9-я 10…11-я 12-я Зубчатая передача
Отклонение /> от параллельности осей + + -
Перекос осей /> + + - Суммарное пятно контакта + + -
Зубчатое колесо с коэффициентом осевого перекрытия />, меньшим 2 (для 6-й степени точности);2,5 (для 7-й степени точности) и 3 (для 8-й степени точности)
Погрешность />направления зуба + + +
Суммарная погрешность /> + + +
Зубчатое колесо с коэффициентом />, большим или равным 2 (для 6-й степени точности);2,5 (для 7-й степени точности) и 3 (для 8-й степени точности)
Суммарная погрешность />контактной линии + - -
Точность зубчатых колес и передач на чертеже указывают в таблицепараметров зубчатого колеса в графе « Степень точности по ГОСТ 1643-81» в видетрех цифр и двух латинских букв, одна из которых строчная: 8 -7 -6 -Ва. Перваяцифра означает 8-ю степень точности по нормам кинематической точности, втораяцифра — 7-ю степень точности по нормам плавности работы, а третья цифра 6-юстепень точности по нормам контакта зубьев; прописная буква В указывает на видсопряжения, а буква а – на вид допуска на боковой зазор. Можно предположить,что данное колесо предназначено для силовой передачи, так как по норме контактазубьев задана более высокая точность по сравнению с двумя остальными нормами.
В случае условного обозначения передачи 7-С следует считать одинаковуюстепень точности 7 по всем нормам, вид сопряжения колес- С, вид допуска набоковой зазор-с.
При необходимости выбора более грубого класса отклонений межосевогорасстояния, чем предусмотрено для данного вида сопряжения, в условномобозначении указывают принятый класс и уменьшенный гарантированный боковойзазор, например 7- Са\V-128 ГОСТ 1643- 81, классотклонений межосевого расстояния V (при уменьшенномгарантированном боковом зазоре jnmin =128 мкм).
Степень точности колес и передач устанавливают в зависимости оттребований к кинематической точности, плавности, передаваемой мощности, а также от величины окружной скорости колес. Например, при окружной скоростипрямозубных колес, равной 10…15 м\сек. Применяют 6…7-ю степени точности.Степень точности нужно определять соответствующими расчетами.
С учетом опыта эксплуатации зубчатых передач и обязательногоиспользования принципа комбинирования норм точности, то есть для конкретной передачив зависимости от ее назначения, устанавливают различные степени точности (понормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев).Комбинирование норм позволяет устанавливать повышенную точность только техпараметров колес, которые важны для удовлетворения эксплуатационных требований;остальные параметры можно выполнять по более грубым допускам. Комбинированиецелесообразно с эксплуатационной и технологической точек зрения. Прикомбинировании нужно учитывать, что нормы плавности работы колес и передачимогут быть не более, чем на две степени точнее или на одну степень грубее нормкинематической точности; нормы контакта зубьев можно назначать точнее нормплавности колеси передач, а так же на одну степень грубее норм плавности.
Передача не может плавно работать при плохом контакте зубьев. Вбольшинстве случаев степени по нормам контакта совпадают со степенями по нормамплавности. Например, для тракторов применяют степени 7-6-6-С, 8-7-7-С, дляделительных и других отсчетных механизмов степени по нормам кинематическойточности и плавности принимают одинаковыми, а иногда и нормы кинематическойточности на одну степень точнее норм плавности (например, 4-5-5-D).
Для повышения износостойкости и долговечности зубчатых передачнеобходимо, чтобы полнота контакта сопряженных боковых поверхностей зубьевколес была наибольшей. При неполном и неравномерном прилегании зубьевуменьшается несущая площадь поверхности их контакта, неравномернораспределяются контактные напряжения и смазка, что приводит к интенсивномуизносу зубьев. Для гарантии требуемой полноты контакта зубьев в передачеустановлены наименьшие размеры, так называемого, суммарного пятна контакта.
Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой поверхностизуба колеса, на которой располагаются следы прилегания его к зубьям парногоколеса (следы приработки или краски) после вращения собранной передачи поднагрузкой, устанавливаемой в зависимости от эксплуатационных требований кпередаче. Пятно контакта определяется относительными размерами (в процентах):
по длине зуба – отношением расстояния a междукрайними точками следов прилегания (за вычетом разрывов С, превосходящихвеличину модуля, мм) к длине зуба b :
/> ;
по высоте зуба — отношением средней ( по всей длине зуба) высоты следовприлегания />квысоте зуба />соответствующей активнойповерхности />:
/>.
Относительные размеры суммарного пятна в процентах- приведены в таблице:
Нормы контакта зубьев в передаче. Относительные размеры
суммарного пятна контакта в процентах ( ГОСТ 1643-81)Суммарное пятно контакта Степень точности 3-я 4-я 5-я 6-я 7-я 8-я 9-я 10-я 11-я По высоте зубьев не менее 65 60 55 50 45 40 30 25 20 По длине зубьев не менее 95 90 80 70 60 50 40 30 25
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕСИ ПЕРЕДАЧ
В зависимости от поставленной цели контроль зубчатых колес делят наприемочный (окончательный) и технологический. При приемочном контролеустанавливают соответствие точности колеса предъявляемым требований, зависящимот назначения передачи. Желательно, чтобы этот контроль был комплексным, и выполнялиего в условиях, близким к эксплуатационным, при совмещении измерительной базыдетали с эксплуатационной (монтажной). Если соответствующие средства длякомплексного контроля отсутствуют, то применяют поэлементный(дифференцированный) контроль.
Технологический контроль используют при наладке технологических операцийи для выявления причин брака. При этом контроле измерительную базу надосовмещать с технологической.
Прямой поэлементный контроль зубчатых колес наиболее трудоемок; для егоосуществления требуется большое число наименований измерительных приборов и егоцелесообразно применять только в индивидуальном и мелкосерийном производствах.
Существование связей между погрешностями зубчатых колес и передач сдефектами технологического оборудования позволяет заменить прямой контрольточности изделий косвенным.
Косвенный контроль заключается в контроле таких погрешностей станка,инструмента и приспособлений, по которым можно судить о точности зубчатыхколес. При осуществлении косвенного контроля сокращается трудоемкостьконтрольных операций и потребность в измерительных средствах. Однако этодостигается только при обоснованной системе контроля, охватывающей все элементыпроизводства и устанавливающей виды контрольных проверок, методы, средства ипериодичность их проведения.
В последнее время применяют активный контроль зубчатых колес, результатыкоторого используют для управления ходом технологического процесса (егоподналадки, переключения режимов обработки и пр.)
Приборы для контроля цилиндрических зубчатых колес разделяют на станковыес устройствами для базирования проверяемых колес и накладные, которые приконтроле располагают на колесе. По назначению приборы делятся на приборы дляконтроля кинематической погрешности и обката (/>и />); накопленной погрешности шага поколесу и за k шагов (/>и />) и т.д., всего на 14 групп. Поточности измерения приборы должны иметь классы: А, АВ и В. По каждому классуприборов установлены метрологические показатели и предельно допустимыепогрешности измерения. Рассмотрим кратко общие принципы контроля погрешностей.
Контроль накопленной погрешности шага осуществляют по результатампроверки равномерности шага по всему колесу. В этом случае накопленнуюпогрешность определяют путем соответствующей обработки результатовпоследовательного измерения шагов колеса с помощью универсальных приборов дляугловых измерений (теодолиты, оптические делительные головки и т. п.).Принципиальная схема углового шагометра показана на рис. 1. Проверяемое колесо1 устанавливают с угловым лимбом 2 и фиксируют в этом положении фиксатором 3.Измерительный наконечник 5 рычага 4, на который опирается индикатор. Приводят всоприкосновение с профилем зуба колеса и его радиальное положение фиксируютупором 6. Индикатор устанавливают на 0. затем с помощью каретки 7 наконечник 5отводят, зубчатое колесо последовательно проворачивают от зуба к зубу по всейокружности на величину углового шага (j =360о/2). Этим прибором измеряют отклонение углового шага от его номинальнойвеличины. Сумма наибольшего положительного и отрицательного отклонений угловыхшагов, полученных при измерении этого параметра по всей окружности колеса,составляет накопленную погрешность окружного шага в угловых величинах.
Непосредственно определение накопленной погрешности шага по зубчатомуколесу не требует математической обработки результатов измерений и имеетбольшую практическую ценность.
Контроль радиального биения зубчатого венца производят с помощьюприборов, называемых биениемерами.
Измерительный наконечник может иметь форму зуба рейки, выполненного поисходному контуру; усеченного конуса с углом при вершине 2/>; седлообразногонаконечника, имеющего профиль впадины зуба или форму сферического наконечника.Наконечник должен касаться поверхностей двух соседних зубьев по постояннойхорде впадины.
Проверяемое зубчатое колесо 1 насаживают на оправу 2. Наконечник 3 наизмерительном стержне 4 перемещается под действием пружины в направляющейвтулке 5 и прикрепленным к нему стержнем 7 воздействует на наконечникиндикатора 6. Измерения проводят путем последовательного ввода наконечника 3 вовсе впадины колеса. Разность между наибольшим и наименьшим показателямииндикатора при очередном перемещении наконечника во все впадины колесаопределяет радиальное биение зубчатого венца.
Контроль отклонения шага зацепления от нормального осуществляют с помощьюсоответствующих шагометров. Распространен шагометр с тангенциальными наконечниками. Измерительный наконечник подвешен на плоских пружинах; егоперемещения фиксируются отсчетным устройством с ценой деления 0,001 мм. Второй измерительный наконечник можно устанавливать в нужном положении винтом. Опорныйнаконечник поддерживает прибор при измерении и обеспечивает расположение линииизмерения по нормали к профилям. Наконечники со стороны измерительных поверхностейармированы твердым сплавом.
Шагометр настраивают по блоку концевых мер, размер которых равенноминальному значению основного шага.
Контроль профиля зубьев колес в торцевом сечении проводят путемсопоставления действительного эвольвентного профиля с его теоретической формой.Для этой цели применяют приборы, называемые эвольвентомерами.
Эвольвентомеры снабжают записывающими механизмами, регистрирующимирезультаты измерения в увеличенном масштабе. Более совершенны универсальныеэвольвентомеры для контроля колес с различными диаметрами основных окружностей,настраиваемые с помощью шкал или концевых мер.
Контроль размеров зубьев осуществляют по измерительному межосевомурасстоянию, определяемому межцентромерами; отклонению средней длины общейнормали, измеряемой нормалемерами или зубомерными микрометрами; смещениюисходного контура; отклонению толщины зуба по хорде.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Зубчатая передача представляет собой сложную кинематическую пару,точность которой должна быть обеспечена многими параметрами. От работы зубчатыхпередач зависят такие показатели работы машин, как плавность и бесшумность ходаавтомобиля, передача больших крутящих моментов в тракторе, обеспечение точногопередаточного отношения в механизмах газораспределения двигателей, высокая точностькинематических цепей металлорежущих станков и т.п. Увеличение скоростей инагрузок, повышение требований к надежности и долговечности вызываютнеобходимость изготовления более точных зубчатых передач.
Параметры точности зубчатых передач невозможно рассматривать в отрыве отметодов их контроля, поскольку сами определения параметров связаны с тем илидругим методом их измерения. Достаточно рассмотреть параметры точности напримере цилиндрических прямозубных передач, наиболее широко распространенных,имея в виду, что принципы построения системы допусков для всех разновидностейзубчатых передач являются общими.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. П.В.Чижикова. « Стандартизация, сертификация и метрология.
Основывзаимозаменяемости» Москва. «КолосС». 2004г.