Принцип нормирования точности зубчатых колес и передач

ТЕМА 13

Нормирование точности цилиндрических зубчатых колес и передач.

ГОСТ 1643-81 «Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски».

ГОСТ 2.403-75 ЕСКД. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колёс.

Зубчатое колесо представляет собой деталь сложной геометрической формы в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.

Зубчатыми передачами называются механизмы, состоящие из зубчатых колес, которые сцепляются между собой и передают вращательное движение, обычно, преобразуя угловые скорости и крутящие моменты.

Наибольшее распространение имеют цилиндрические зубчатые колеса и передачи, т.е. передачи с параллельными осями. Поэтому в этой главе мы будем рассматривать только эти колеса и передачи, хотя принцип нормирования точности всех видов зубчатых передач и многие значения допусков и отклонений одинаковы для одинаковых размеров и равной точности и часто для измерения используются одни и те же приборы.

ПРИНЦИП НОРМИРОВАНИЯ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ

Особая трудность при нормировании точностных требований к зубчатым колесам заключается в том, что эти детали являются сложными по своей геометрической форме, а кроме того, они являются элементами кинематической цепи. Поэтому и необходимо при нормировании учитывать их основное служебное назначение — передачу движения с одного вала на другой при необычной геометрической форме.

Требования к характеристикам передаваемого движения оказываются не одинаковыми для всего многообразия зубчатых передач. Так, для передач в счетно-решающих машинах, в кинематических цепях металлорежущих станков основное требование к зубчатой передаче — это обеспечение точности углов поворота за полный оборот колеса. Для зубчатых передач в автомобилях, редукторах станков одним из основных требований является плавность работы, т.е. минимальный шум (постоянство передаточного отношения в пределах оборота), а это обеспечение точности вращения колеса за малые углы его поворота.

Для зубчатых колес в подъемных машинах, лебедках не так важно, какова будет точность угла поворота в пределах оборота или на малых углах поворота, как важно, чтобы при зацеплении сопрягаемые зубья касались как можно большей поверхностью, т.е. обеспечивали хороший контакт рабочих поверхностей.

Специфические требования возникают к зубчатым передачам, работающим в условиях высоких температур, а также к так называемым реверсивным передачам, направление вращения которых регулярно переключается. Для таких передач очень важным является требование к боковому зазору, так как подавляющее большинство (практически все) зубчатых колес работают по одной стороне профиля, а по другой стороне, т.е. по нерабочим поверхностям зубьев, должен обеспечиваться (гарантированный) зазор, так называемый боковой зазор.

Таким образом, в зависимости от области применения зубчатых передач к ним могут быть предъявлены различные требования (критерии) в отношении точности: требования к точности поворота за один оборот, в пределах одного оборота, или требования к точности параметров, обеспечивающих постоянство контакта по сопрягаемым поверхностям, или требования к обеспечению необходимого бокового зазора.

В промышленности используются зубчатые колеса с диаметром от нескольких миллиметров до 5 — 6 метров. Работают они со скоростью от одного оборота за несколько часов до скорости, превышающей 100 м/с, при этом они должны работать без больших вибраций и шума. Обрабатываются зубчатые колеса различными способами, а следовательно, возможны разные виды погрешности при разных методах обработки.

Все эти особенности необходимо было учесть при нормировании требований к точности. Поэтому должно быть ясно, с какими трудностями приходится сталкиваться не только при разработке, но и при использовании норм точности на зубчатые колеса и передачи. В нормах точности учитывают и все размеры зубчатых колес, и разные области их применения, а также возможности измерений.

Исходя из необходимости правильного нормирования точности зубчатых колес для обеспечения разнообразных эксплуатационных требований, в нормативных документах по точности колес и передач установлены (нормируются) четыре группы почти независимых параметров, которые названы нормами точности.

Нормы точности на зубчатые колеса и передачи представляют собой набор требований к точности геометрических и кинематических параметров зубчатых колес и передач для оценки этой точности в отношении определенного эксплуатационного признака.

Называются эти нормы:

1) нормы кинематической точности,

2) нормы плавности работы,

3) нормы полноты контакта зубьев,

4) нормы бокового зазора.

В нормах кинематический точности нормируются требования к таким геометрическим и кинематическим параметрам колеса и передачи, погрешность которых влияет на погрешность передаточного отношения за полный оборот колеса, т.е. характеризует погрешность в угле поворота за один его оборот по сравнению с тем, если бы вместо него находилось абсолютно точное колесо.

В нормах плавности работы нормируются требования к точности таких геометрических и кинематических параметров колеса и передач, погрешность которых также влияет на кинематическую точность, но эта погрешность проявляется многократно за один оборот колеса, т.е. один или несколько раз на каждом зубе. Эти требования имеют наибольшее значение для передач, работающих на больших скоростях, поскольку такие погрешности являются источником ударов, приводящих к появлению шума и вибраций.

В нормах контакта нормируются требования к таким геометрическим и кинематическим параметрам колес и передач, погрешность которых влияет на величину площади поверхности касания при вращении зубьев сопрягаемых колес.

Требования к контакту поверхностей имеют особо важное значение передач, работающих с большими нагрузками.

В нормах бокового зазора нормируются требования к таким параметрам колеса и передачи, которые влияют на зазор по нерабочим профи­лям зубьев при соприкосновении по рабочим профилям зубьев.

Эти нормы важны для передач, работающих в тяжелых температур­ных условиях, при большой загрязненности и для реверсивных передач.

§2. РЯДЫ ТОЧНОСТИ (ДОПУСКИ) ДЛЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ ПО ПАРАМЕТРАМ ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Первые три группы норм (кинематической точности, плавности работы и полноты контакта) от­носятся к характеристике процесса вращения, а четвертая норма (боковой зазор) не характеризует точности вращения колес и передач, поскольку нормируются требования к нерабочим профилям.

Поэтому при нормировании точности зубчатых колес принято давать единые ряды точности для первых трех норм точности, характеризую­щих процесс зацепления по разным параметрам. Эти ряды точности на­званы степенями точности (термин «степень точности» идентичен «классу точности», «квалитету» все они обозначают ряды точности).

В ГОСТ 1643-81 «Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски» нормируется 12 степеней точности для эвольвентных зубчатых колес и передач с диаметром колес до 6300 мм, модулем от 1 до 55 мм. Чем меньше номер степени точности, тем точнее колесо или передача (меньше допуски).

Однако сказанное в §1 о необходимости учета различных эксплуатационных требований к зубчатым передачам не может быть обеспечено пользованием рядов точности, которые устанавливают единый уровень точности ко всем эксплуатационным показателям.

Практически невозможно найти колесо, чтобы от него требовался одинаковый уровень точности и по точности вращения за полный оборот, и по точности вращения за доли оборота (плавность), и по полноте контакта. Обычно одно из этих требований является доминирующим. Поэтому при нормировании допускается (и этим необходимо, как правило, пользоваться) так называемое комбинирование разных степеней точности по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта. Можно, например, принять по нормам кинематической точности 7-ю степень, а по плавности работы более точную 6-ю степень для колеса и передачи, у которых должна быть обеспечена плавность работы.

Таким образом, если в ранее рассмотренных соединениях, как правило, для детали устанавливались требования к точности единого уровня, то для зубчатых колес, в принципе, может быть установлено четыре уровня точности (частично с этим мы имели дело в резьбовом соединении, когда поле допуска на средний диаметр могло отличаться от поля допуска на поверхность выступов, которая не участвует в сопряжении). При комбинировании степеней из разных норм существуют определенные ограничения из-за невозможности практического изготовления колес и передач при большой разнице в степенях точности по разным нормам, т.е. разным эксплуатационным показателям.