Степени точности цилиндрических зубчатых колес

Зубчатые колеса изготовляют с погрешностями, вызываемыми погрешностями профиля зубообрабатывающих инструментов (фрез, долбяков), неточностью их установки на станке, отклонения размеров и формы заготовки, а так же неточностью установки заготовки на станке, погрешностями в кинематических цепях станка. Совместное действие перечисленных погрешностей приводит к кинематической погрешности колеса, неплавности его работы и нарушению прилегания поверхности зубьев как по длине, так и по высоте зуба. Предельное отклонение параметров зубчатого колеса ограничены системой допусков.

По точности изготовления зубчатые колеса разделяют на 12 степеней точности (в порядке убывания точности).

Степень точности – заданный уровень допустимого несоответствия знаний их действительных параметров расчетным (номинальным) значением. Допуски установлены для степеней точности от 3-й, до 12-й. Для 1-й и 2-й степени точности допуски будут вводиться по мере надобности. В машиностроении, например, применяют зубчатые передачи следующих степеней точности:

- 3 – 6-й – в редукторах турбин;

- 3 – 8-й – в металлорежущих станках;

- 4 – 7-й – в авиадвигателях;

- 5 – 8-й – в легковых автомобилях;

- 8 – 11-й – в грузоподъемных и сельскохозяйственных машинах.

Измерительные или образцовые колеса изготовляют по 3 – 5-й степени точности.

Для дифференциации точности колес в зависимости от их служебного назначения зубчатые передачи условно подразделяют на отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения. К отсчетным относят передачи с высокой кинематической точностью, например колеса, входящие в кинематические цепи приборов, станков, следящих устройств, а так же колеса координатных измерительных машин.

Важнейшим требованием работы скоростных передач автомобилей, станков, двигателей и турбин является плавность и бесшумность работы при высоких частотах вращения.

Силовые передачи – передачи грузоподъемных машин, тракторов и штампов. При работе такой передачи должна быть обеспечена полнота контакта зубьев в зацеплении.

В соответствии с перечисленными группами передач построена система допусков на зубчатые колеса. Все показатели точности передач и колес сгруппированы в 3 нормы точности, характеризующие кинематическую точность, плавность работы и контакт зубьев.

Нормы кинематической точности определяют точность передачи вращения с одного вала на другой, т.е. величину полной погрешности (ошибки) угла поворота ведомого зубчатого колеса в пределах его полного оборота. Нормы плавности работы характеризуют равномерность вращения или степень плавности изменения кинематической погрешности передач. Нормы контакта зубьев отражают полноту прилегания поверхностей зубьев сопряженных колес в передаче.

Степени точности назначают для каждой из норм точности дифференцированно с учетом того, к какой группе относится данная передача, т.е. допускается комбинирование степеней точности – назначение для всех норм разных степеней точности. Для передач общего назначения для всех норм точности назначают одинаковую степень точности, например 7-ю степень. При комбинировании степеней точности требуется, чтобы нормы плавности работы были не более, чем на 2 степени точнее или на 1 степень грубее нормы плавности. В результате комбинирования степеней точности по 3-ем нормам улучшаются эксплуатационные качества колеса без значительного повышения стоимости его изготовления.

Не зависимо от точности изготовления передач и колес (нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев) дополнительно назначают требования к боковому зазору между нерабочими профилями зубьев в собранной передачи, объединенные в норму бокового зазора.

Боковой зазор обеспечивает небольшой люфт (поворот) зубчатого колеса в передаче при заторможенном или неподвижном втором колесе. Зазор необходим для предотвращения заклинивания передачи при ее нагреве во время работы, для компенсации ошибок монтажа и для обеспечения смазывания колес. Зазор J_nmin показан на рисунке 51 а.

Для зубчатых передач с модулем св.1 мм. Установлено 6 видов сопряжений А, В, С, Д, Е и Н (рисунок 56), которые определяют величину гарантированного наименьшего бокового зазора J_{n min}.

Для зубчатых передач с модулем до 1 мм предусмотрено 5 видов сопряжения D, E, F, G, Y. На каждый вид сопряжений установлен допуск Т_in бокового зазора, обозначенный строчной буквой латинского алфавита. Например, для передач с модулем св. 1 мм видом сопряжения H и E соответствует вид допуска на боковой зазор h, сопряжениям D, C, B, и F – соответственно в виде допусков d, c, b, и a. Вместо предусмотренных выше видов допуска для каждого вида сопряжения при необходимости могут быть использованы увеличенные допуски x, y, z. Таким образом, соответствие между видом сопряжений зубчатых колёс в передачи и видом допуска на боковой зазор можно не менять. Для передач с модулем до 1 мм видом сопряжений D и E соответствует вид допуска на боковой зазор е, а видом сопряжений F, G и H – виды допусков f, g, h соответственно.

 

Рисунок 56 - Боковой зазор зубчатого зацепления:

а -виды сопряжений и допуски Т_in на боковой зазор– б.

 

Для нерегулируемых передач с модулем св. 1 мм установлено 6 классов отклонения межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами I, II, III, IV, V, VI, а для передач с модулем до 1 мм 5 классов: II, III, IV, V, VI. Гарантированный боковой зазор в каждом сопряжении обеспечивается при соблюдении предусмотренных классов отклонений межосевого расстояния.

Например для передач с модулем св. 1 мм сопряжения H и E обеспечиваются при II классе, а сопряжения D, C, B, и A –соответственно при III, VI и I классах; для передач с модулем до 1 мм сопряжения H – при классе, а сопряжения G, F, E, и D –при III, IV, V и VI классах соответственно. В обоснованных случаях это соответствие между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния может изменяться.

Структура допусков для цилиндрических зубчатых колёс и передач приведена на рис.55.

Показатели точности зубчатой передачи являются комплексными, поэтому контроль по указанному показателю предпочтителен. Если кинематическая точность и плавность работы собранной передачи соответствует требованиям стандарта, то контроль колёс в отдельности по этим нормам не проводится. При раздельном предварительном контроле колёс, входящих в передачу, контроль собранной передачи не является обязательным это положение распространяется и на контроль по нормам контакта зубьев. Каждый показатель точности ограничивается допуском, обозначаемым аналогично показателю точности но с опущенной в индексе последней буквой r (r -реальный). Например, показатель F_io –небольшая кинематическая погрешность передачи, а F_io –допуск на кинематическую погрешность в передачи; F_{r r}–это радиальное биение зубчатого венца, а F_r –допуск на радиальное биение зубчатого венца. Наименование показателей точности приведено ниже при рассмотрении норм точности.

Виды сопряжений зубьев колёс в передачи влияют на нормальную работу передачи и в значительной степени определяются наличием гарантированного бокового зазора.

Боковой зазор J_n – это зазор между неработающими профилями зубьев сопряженных колёс, определяемый в сечении перпендикулярно направлению зубьев, в плоскости, касательной к основной окружности.

Боковой зазор в собранной открытой передачи можно контролировать с помощью индикатора, установленного измерительным стержнем на боковую активную поверхность зуба. При этом сопрягаемое колесо должно быть застопорено. Покачиванием колеса от упора выбирают боковой зазор, который будет равен наибольшей разности показаний индикатора.

В закрытых передачах боковой зазор измеряется с помощью свинцовой проволоки, закладываемой между рабочей поверхностью зубьев. Измеряя толщину свинцовой проволоки после проворачивания колеса, определяют величину бокового зазора.

Боковой зазор предназначен для создания необходимых условий смазки зубьев, компенсации погрешностей изготовления колеса и сборки передачи, компенсации температурных деформаций в передаче. Недостаточность величины бокового зазора может привести к заклиниванию передач. С другой стороны, чрезмерное увеличение создает опасность возникновения ударов при реверсировании передачи.

В слабонагруженных механизмах, где рабочая температура незначительна, межосевое расстояние невелико, боковой зазор может быть равен нулю. Но в зубчатых передачах тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин должен быть определенный гарантированный боковой зазор. Его можно определить через отклонение средней длины общей нормали и через отклонение толщины зуба.

Наименьшее отклонение толщины зуба E_cs - наименьшее предписанное уменьшение постоянной хорды осуществляемое с целью обеспечения в передаче гарантированного бокового зазора.

 

Толщину зуба по постоянной хорде S (рис. 57) измеряют штангензубомером (рис 59).

Штангензубомер состоит из. двух штанг, перпендикулярно одна к другой и составляющих одно целое, двух недвижных рамок с нониусами и механизмами микрометрической подачи.

Рисунок 57 - Толщина зуба по постоянной хорде.

 

Толщину зуба измеряют по постоянной хорде. Для того, чтобы измерение выполнить именно по постоянной хорде, упор необходимо установить по вертикальной штанге на расстоянии от кромок измерительных наконечников, равном

, (18)

где m– модуль, зубчатого колеса, мм.

 

Допуски цилиндрических зубчатых колес и передач

Степени точности

нормы

Кинематической точности

Плавности работы

Контакта зубьев

Норма бокового зазора

Виды сопряжений

A

B

C

D

E

H

Показатели точности зубчатой передачи

fxr и fyr Суммарное пятно контакта. Мгновенное пятно контакта

for – нерегулируемого расположения осей; Jn min - регулируемого расположения осей

Показатели точности зубчатого колеса

FPr и FPkr Fcr и Frr FvWr и Frr Frr и FPr

fzkr fPbr и ffr fPbr и fPtr fPbi

FBr, Fkr FPxnr и Fkr fPbr и FPxnr

EHr, EWmr EWr; Ecr

Рисунок 58 - Структура допусков для цилиндрических зубчатых колёс и передач.

Рисунок 59 - Штангензубомер.

При измерении следует внимательно следить, чтобы между упором штангензубомера и вершиной зуба не было просвета. Номинальный размер толщины зуба (для некорригированных колес при α =20°) определяется по формуле:

(19)

Однако на практике определяют не толщину зуба, а длину постоянной хорды S.

Постоянная хорда зуба S равна отрезку прямой, соединяющей точки правой и левой эвольвентной боковых поверхностей зуба цилиндрического зубчатого колеса. Положение этих точек определяется нормалями, проведенными к боковым поверхностям зуба из точки пересечения делительной окружности зубчатого колеса с осью зуба.

Для измерения постоянной хорды необходимо знать расстояние h_s между касательной, проведенной к вершине зуба и постоянной хордой.

Принцип измерения длины хорды ясен из рис. 59. Штангензубомеры, обеспечивающие точность отсчета до 0, 2 мм, выпускают двух типоразмеров: для измерения зубчатых колес с модулем от 1 до 18 мм и от 5 до 36 мм.

К их недостаткам относятся низкая точность измерения, быстрый износ кромок измерительных наконечников, влияние на результаты измерения погрешности установки упора и погрешности окружности выступов.