Метрология




Допуски и посадки зубчатых передач



Общие сведения

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

***

Степени точности цилиндрических зубчатых колес

По точности изготовления зубчатые колеса разделяют на 12 степеней точности в порядке убывания точности: 1, 2, 3, … , 12.
Степень точности – заданный уровень допустимого несоответствия значений действительных параметров их расчетным (номинальным) значениям.
Допуски установлены для степеней точности от 3-й до 12-й.
Допуски и отклонения для степеней 1-й и 2-й не установлены – это резервные степени.

Для дифференциации точности колес в зависимости от их служебного назначения зубчатые передачи подразделяют на четыре вида - отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.

  • к отсчетным относят передачи с высокой кинематической точностью (кинематические). Основные требования – кинематическая точность, то есть соответствие угла поворота ведущего и ведомого колес. Это часовые, индикаторные, счетно-решающие устройства, делительные механизмы, колеса координатных измерительных машин, следящих устройств и т.д.;
  • к скоростным относят передачи станков, автомобилей, двигателей, турбин. Важнейшим требованием их работы является плавность и бесшумность работы при высоких частотах вращения;
  • к силовым относят передачи грузоподъемных машин, тракторов, штампов, землеройных машин и экскаваторов. Основным требованием в таких передачах является полнота контакта зуба.

В соответствии с перечисленными группами передач построена система допусков на зубчатые колеса. Все показатели точности передач и колес сгруппированы в три нормы точности:

  • нормы кинематической точности зубчатого колеса и передачи;
  • нормы плавности работы зубчатого колеса и передачи;
  • нормы контакта зубьев колеса и передачи.
допуски и посадки зубчатых соединений

Нормы кинематической точности – определяют точность передачи вращения с одного вала на другой, то есть величину полной погрешности (ошибки) угла поворота ведомого зубчатого колеса в пределах его полного оборота. Обычно выражается величиной длины дуги делительной окружности в линейных единицах измерения.
Нормы плавности – характеризуют равномерность вращения или степени плавности изменения кинематических погрешностей передачи. Выражается погрешностью по шагу при повороте на один номинальный угловой шаг.
Нормы контакта – отражают полноту прилегания поверхностей зубьев, сопряженных колес передачи. Характеризуются величиной и расположением пятна контакта сопряженной пары.
Степени точности назначают для каждого вида норм точности дифференцированно с учетом того, к какой группе относится данная передача, т.е. три вида норм могут комбинироваться и назначаться из разных степеней точности с учетом ограничений, приводимых в стандартах.
Для передач общего назначения для всех норм точности назначают, как правило, одинаковую степень точности, например 7-ю.

Критерием для выбора степени точности по норме плавности является окружная скорость:
Степени 3, 4, 5, 6 назначаются на скоростные передачи, с окружной скоростью от 10 до св.50 м/с;
Степени 7, 8, 9 назначают на средние передачи, с окружной скоростью от 2 до 10 м/с;
Степени 10,11,12 назначают на тихоходные передачи, с окружной скоростью менее 2 м/с.

Области применения различных степеней точности:

  • 3 - 5 степени – для цилиндрических зубчатых колес, измерительных приборов, для делительных механизмов зуборезного инструмента;
  • 3 - 6 степени – для редукторов турбин, для прецизионных станков;
  • 6 - 7 степени – для авиационных двигателей (4 -7), легковые автомобили (5 - 8), металлорежущие станки (3 - 8), редукторы;
  • 8 - 9 степени – грузовые автомобили, тракторы, подъемные механизмы, краны, прокатные станы, ответственные шестерни сельскохозяйственных машин;
  • 10 - 12 степени – тихоходные машины, лебедки, несоответственные шестерни сельскохозяйственных машин.

Стандарт допускает комбинированные нормы из разных степеней точности.

При комбинировании степеней точности требуется, чтобы:

  • нормы плавности работы были не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее нормы кинематической точности;
  • нормы контакта зубьев могут быть такими же или любой более точной степени, чем нормы плавности, или иногда на одну степень грубее.

Таким образом, для средних и высокоскоростных передач (автомобильных, турбинных) степень точности по нормам плавности целесообразно назначить более точную, чем по нормам кинематической точности.

Для делительных, кинематических, отсчетных передач и механизмов целесообразно принимать одинаковые степени точности по нормам кинематической точности и плавности работы.

Для силовых (тяжелонагруженных) передач, работающих при малых и средних скоростях (шестеренные клети прокатных станов) степень точности по контакту должна быть точнее, чем по кинематической точности и по плавности.
Указанное комбинирование норм из разных степеней точности существенно и с точки зрения технологической, поскольку каждая отдельная операция улучшает качество колеса только лишь в отношении показателей одной нормы, а не всех трех норм точности вместе.

***



Боковой зазор. Вид сопряжения

Теоретически эвольвентные зубчатые зацепления являются двухпрофильными (в контакте оба профиля зуба).
Практически такие зацепления неработоспособны из-за наличия:
- погрешности изготовления и ошибок монтажа;
- температурных деформаций;
- изгиба зубьев под нагрузкой;
- из-за отсутствия смазки между сопряженными поверхностями.

Таким образом, работоспособным является однопрофильное зацепление, в котором передача вращения осуществляется парой сопряженных профилей, а другая пара профилей образует боковой зазор, необходимый для компенсации выше указанных погрешностей.

Боковой зазор jn обеспечивает небольшой люфт (поворот) зубчатого колеса в передаче при заторможенном или неподвижном втором колесе.
Боковой зазор измеряется вдоль линии зацепления между касательными к нерабочим профилям зубьев в сечении, перпендикулярном к направлению зубьев, и в плоскости, касательной к основным цилиндрам.

Для нормальной работы боковой зазор в передаче должен быть не меньше установленного гарантированного зазора jnmin и не больше наибольшего допустимого зазора.
Требования к боковому зазору между нерабочими профилями зубьев в собранной передаче, объединенные в норму бокового зазора, назначают дополнительно независимо от точности изготовления передач и колес.
Величина бокового зазора является характеристикой вида сопряжения.

Стандартом предусматривается шесть видов сопряжения и восемь видов допусков бокового зазора для зубчатых передач с модулем свыше 1 мм. Выбор вида сопряжения не зависит от степени точности зубчатого колеса, а зависит от межосевого расстояния, скорости вращения, и температурного режима работы передачи.
Для нерегулируемых передач с модулем св. 1 мм установлены шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами I, 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, IV, V и VI классах соответственно.
Для гарантированного бокового зазора jnmin по ГОСТ 1643 установлены ряды значений, зависящие от вида сопряжения и равные допускам (ITq) определенных квалитетов по ГОСТ 25346 на соответствующее межосевое расстояние передачи.

Величина необходимого бокового зазора, соответствующая температурной компенсации, определяется по формуле:

jnI = a [α1(t1 – 200)- α2 (t2 - 200)] ∙ 2sinα,

где a – межосевое расстояние передачи, a = m( z1 + z2)/2, мм;
α1 и α2 - коэффициенты линейного расширения для материала соответственно зубчатых колес и корпуса;
t1 и t2 – предельные температуры, для которых рассчитывается боковой зазор, соответственно зубчатых колес и корпуса.

Величина бокового зазора, обеспечивающая нормальные условия смазки, зависит от окружной скорости и способа подачи смазки. Ориентировочно ее можно определить в зависимости от модуля:

  • для тихоходных передач: jnmin II = 0,01 m (до 0,2 м/с);
  • среднескоростных: jnmin II = 0,02 m (до 10 м/с);
  • высокоскоростных: jnmin II = 0,03 m (до 16 м/с).

Тогда необходимый гарантированный боковой зазор рассчитывается как сумма двух слагаемых:

jnmin = jn I + jn II.

Наибольший боковой зазор не ограничивается стандартом. Это вызвано тем, что боковой зазор является замыкающим звеном размерной цепи, в которой допусками ограничены отклонения всех составляющих размеров (межосевое расстояние и смещение исходных контуров на шестерне и колесе, непараллельность и перекос осей), поэтому величина наибольшего зазора не может превзойти значения, получающегося при определенном сочетании составляющих размеров.

***

Кинематическая точность

Допуск кинематической погрешности зубчатого колеса за оборот зубчатого колеса. является комплексным параметром. Наибольшая кинематическая погрешность F’ir - разность между действительным и номинальным расчетным углами поворота зубчатого колеса на рабочей оси, ведомого измерительным (образцовым) зубчатым колесом в пределах одного поворота (измеряется на приборах для однопрофильного зацепления).

Кинематическая погрешность может рассматриваться как результат одновременного действия двух составляющих погрешностей: радиальной и тангенциальной (касательной). Радиальная составляющая является следствием эксцентриситета заготовки относительно оси вращения стола зуборезного станка, радиального биения стола, и зуборезного инструмента.

Тангенциальная составляющая является следствием погрешностей зуборезного станка, ведущих к нарушению равномерности обката инструмента и изделия а, особенно, кинематических погрешностей конечного звена кинематической цепи привода вращения стола (конечного делительного колеса, червячной пары и т.п.), которые целиком переносятся на обрабатываемое колесо.

Под номинальным положением исходного контура понимают положение исходного контура на зубчатом колесе, лишенном погрешностей, при котором номинальная толщина зуба соответствует плотному двухпрофильному зацеплению.

***

Плавность работы цилиндрических колес

Нормы плавности являются доминирующими для скоростных передач. Далее рассмотрим некоторые нормы плавности работы.

f'i - допуск на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе.
Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе fir ”– разность между наибольшим и наименьшим действительными расстояниями при двухпрофильном зацеплении измерительного зубчатого колеса с контролируемым колесом при повороте последнего на один угловой шаг.
Контролируется при повороте на один шаг в беззазорном зацеплении. Контроль осуществляется на межцентромерах.

fpb – допуск на отклонение шага зацепления (или основного нормального шага). Отклонение шага зацепления fpbr - разность между действительным и номинальным шагами зацепления. Отклонение шага зацепления ограничивается верхним +fpb и нижним -fpb предельными отклонениями.
Измеряют на шагомере в направлении, перпендикулярном направлению зубьев.

fpt – допуск на отклонение торцового (окружного) шага. Он ограничивает fptr - кинематическую погрешность зубчатого колеса при его повороте на один номинальный угловой шаг (измеряется на шагомерах).

ff – допуск на погрешность профиля зуба. Погрешность профиля зуба ffr определяется с помощью эвольвентомера.
Это расстояние по нормали между двумя ближайшими друг к другу номинальными торцовыми профилями зуба (т.е. эвольвентами), между которыми размещается активный действительный торцовый профиль зуба зубчатого колеса.
Под действительным торцовым профилем зуба понимают линию пересечения действительной боковой поверхности зуба колеса в плоскости, перпендикулярной его рабочей оси.

***

Нормы контакта зубьев в передаче

Долговечность и износостойкость зубчатых передач зависит от полноты контакта сопряженных боковых поверхностей зубьев колеса. Для обеспечения требуемой полноты контакта в передаче установлены наименьшие размеры суммарного пятна контакта.
Суммарное пятно контакта – часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания его к зубьям парного колеса после вращения под нагрузкой собранной пары при непрерывном контакте зубьев обоих колес.
Оно определяется относительными размерами в процентах:
- по длине: (b/B)×100%,
где b – расстояние между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов; B – длина зуба (ширина венца);
- по высоте: (a/hp)×100%,
где a – средняя высота следов прилегания; hp – высота активной боковой поверхности зуба.

Fβ - допуск направления зуба - другой показатель полноты контакта.
Погрешность направления зуба Fβr – это расстояние между двумя, ближайшими друг к другу номинальными делительными линиями зуба торцовых сечений, между которыми заключена действительная делительная линия зуба в пределах рабочей ширины зубчатого колеса. Измеряется на ходомерах.

Действительная делительная линия зуба – это линия пересечения действительной боковой поверхности зуба зубчатого колеса делительным цилиндром, ось которого совпадает с рабочей осью колеса.

Полнота контакта зубьев в передачах с нерегулируемым расположением осей оценивается показателями fx, fy, (непараллельность осей, перекос осей).
Отклонение от параллельности осей fxr - отклонение от параллельности проекций рабочих осей зубчатых колес в передаче на плоскость, в которой лежит одна из осей и точка второй оси в средней плоскости передачи, т.е. в плоскости, проходящей через середину рабочей ширины зубчатого венца. Оно определяется в торцовой плоскости в линейных единицах на длине, равной рабочей ширине зубчатого венца.

Перекос осей fyr - отклонение от параллельности проекции рабочих осей зубчатых колес в передаче на плоскость, параллельную одной из осей, и перпендикулярную плоскость, в которой лежит эта ось и точка пересечения второй оси со средней плоскостью передачи.

***

Калибры, шаблоны и щупы



Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты