Сведения о точности зубчатых и червячных передач

 

3.3.1 Детали реальных передач (колёса, валы, корпус и др.) выполняются с неизбежными погрешностями размеров. Это означает, что действительные размеры отличаются от идеальных, то есть таких, которые предписываются теорией или задаются при проектировании. Так, например, профили зубьев отличаются от теоретических (эвольвентных), шаги для разных пар зубьев различны, углы наклона зубьев отличаются от номинальных значений и т.п. Чем больше отклонение действительных размеров от идеальных, тем в конечном итоге ниже точность передачи.

 

3.3.2 Нужно ясно представлять себе, что точность зубчатой передачи еще не определяется полностью точностью каждого из зубчатых колёс. Ведь важно, в конечном счете, правильное взаимодействие зубьев колёс в передаче, а оно невозможно, если, например, оси валов, на которых смонтированы самые точные цилиндрические колёса, чрезмерно отклоняются от параллельности или расстояние между осями чрезмерно отклоняется от расчетного.

 

Точность зубчатой передачи в целом обусловлена, таким образом, точностью не только колёс, но и деталей, определяющих их взаимное положение (валов, подшипников, корпуса и т.п.). Влияют на точность передачи и деформации её деталей, вызванные действующими на них силами и тепловым расширением.

 

3.3.3 Нормы точности зубчатых и червячных передач установлены стандартами (см. таблицу 3.1). Эти стандарты предусматривают 12 степеней точности, обозначаемых в порядке убывания точности цифрами 1, 2, 3,.... 12. Степени точности 1 и 2 для передач цилиндрических и 1, 2, 3 для передач конических норм точности пока не содержат. Они предусмотрены для перспективного развития техники.

Таблица 3.1 – Стандарты, регламентирующие точность зубчатых и червячных передач

 

Виды передач	Стандарты	Модули, мм	Наибольший делительный диаметр, мм
Цилиндрические эвольвентные	ГОСТ 1643 – 81	1…55
Конические и гипоидные	ГОСТ 1758 – 81	1…55
Червячные цилиндрические	ГОСТ 3675 – 81	1…25

 

3.3.4 Для каждой степени точности установлены следующие четыре показателя:

 

а) норма кинематической точности ограничивает наибольшую погрешность передаточного отношения или угла поворота зубчатого колеса в пределах одного оборота при зацеплении с эталонным зубчатым колесом. Суть этого ограничения в следующем. Теоретически передаточное отношение = ω₁/ω₂ = z₂/z₁ должно быть постоянным за любой промежуток времени или при повороте на любой угол (ведь ). В реальных передачах из-за погрешностей шага, профиля зубьев и др. постоянно лишь среднее значение , а его мгновенное значение отклоняется в обе стороны от этого среднего. Чем больше отклонение, тем ниже кинематическая точность. Величина кинематических погрешностей является определяющей для передач точных кинематических цепей, например в станках, а также для планетарных передач с несколькими сателлитами;

 

б) норма плавности работы передачи в отличие от предыдущей нормы ограничивает многократно повторяющиеся (циклические) за оборот колеса погрешности передаточного отношения или угла поворота. Влияние этих погрешностей на работоспособность передачи можно представить себе так. Если, предположим, ведущее колесо вращается с постоянной (средней и мгновенной) угловой скоростью, то ведомое колесо многократно за оборот меняет свою скорость, т.е. ускоряется и замедляется. Эти ускорения и замедления требуют приложения к зубьям дополнительных усилий, которые увеличиваются с ростом окружной скорости. Дополнительные усилия вызывают вибрации передачи, повышают её шум и порождают дополнительные напряжения зубьев, отчего снижается срок службы колес. Циклические погрешности передаточного отношения особо вредны для высокоскоростных передач, так как вынуждают ограничивать окружную скорость.

в) норма контакта зубьев ограничивает погрешности, которые влияют на точность (полноту) контакта рабочих поверхностей зубьев. К этим погрешностям относят, например, погрешность угла наклона зубьев, погрешность параллельности осей колёс цилиндрических или погрешность угла между осями колес конических и др. Контакт зубьев на практике оценивают по размерам пятен контакта или отпечатков, которые образуются на зубьях одного из колес пары, если на зубья другого колеса нанести тонкий слой краски и затем провернуть передачу, нагрузив ее определенным моментом;

 

г) норма бокового зазора устанавливает величину гарантированного (наименьшего) бокового зазора j_{n min} между нерабочими поверхностями зубьев передачи, когда рабочие поверхности в контакте и зазора между ними нет, а также допуск Tj_n величины гарантированного (наименьшего) бокового зазора. Этот зазор исключает заклинивание передачи при тепловом расширении колес, способствует проникновению смазки в зону зацепления, предотвращает удары нерабочих поверхностей зубьев из-за динамических нагрузок.

 

Примечание – Напомним, что допуск – это есть разность между допустимыми максимальной и минимальной величинами параметра. Таким образом, если минимальный боковой зазор составляет j_{n min}, то максимальный зазор j_{n max} = j_{n min} + Tj_n.

 

Для передач с модулем 1 мм предусмотрено стандартами (см. таблицу 3.2) 6 видов сопряжения колес. Эти виды сопряжения отличаются размерами минимальных боковых зазоров и обозначаются в порядке их уменьшения заглавными латинскими буквами А, В, С, D, E, Н. Каждому виду сопряжения соответствует также свой допуск на боковой зазор, обозначаемый прописной буквой латинского алфавита (см. таблицу 3.2). Вид сопряжения, а значит, и величина бокового зазора назначаются независимо от степеней точности по трем предыдущим показателям точности. Для передач, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомендуется назначать виды сопряжения А, В.

 

Заметим, что сопряжение вида В обеспечивает боковой зазор, при котором исключается заклинивание зубчатой передачи в стальном или чугунном корпусе при разности температур зубчатых колёс и корпуса в 25 ⁰С.

 

3.3.5 Выбор степени точности зависит, прежде всего, от окружной скорости колёс передачи. В машиностроении преобладают передачи 6…9 степеней точности (см. таблицу 3.3).

 

 

Таблица 3.2 – Виды сопряжений зубчатых колес и виды допусков на боковой зазор для передач с модулем m 1 мм

 

	Вид сопряжения	Вид допуска на боковой зазор
A	Боковой зазор уменьшается	a	Допуск уменьшается
B	b
C	c
D	d
E, H	h

 

Таблица 3.3 – Рекомендуемые соотношения между окружными скоростями и степенями точности

 

Степень точности	Максимальная окружная скорость, м/с	Области применения
Прямозубые колёса	Косозубые колёса
Цил.	Кон.	Цил.	Кон.
					Скоростные передачи, делительные механизмы станков
					Передачи с повышенными скоростями и умеренными нагрузками или наоборот
					Передачи общего машинострое-ния, не требующие особой точности
		1,5			Тихоходные передачи с пониженными требованиями к точности

 

Для обеспечения должного качества передачи обычно не требуется все показатели точности выдерживать с одинаковой степенью точности. Определяющими являются чаще один или два показателя, а остальные менее важны. Например, для относительно тихоходной высоконагруженной передачи редуктора важна полнота контакта поверхностей зубьев, а кинематическая точность и плавность работы второстепенны. Поэтому с учетом конкретных требований к передаче можно для одной передачи назначать нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев из разных степеней точности. Комбинирование норм точности позволяет снизить стоимость передачи и более рационально использовать зубообрабатывающее оборудование. Допустимые комбинации норм точности здесь не рассматриваются, они изложены в стандартах таблицы 3.1.

 

3.3.6 В соответствии с правилами ЕСКД на чертеже указывается точность детали, которую она должна иметь до сборки. Зубчатые колёса, рейки и червяки составляют частичное исключение из этого правила. Для них некоторые требования точности, указанные в чертежах, могут удовлетворяться и проверяться только в передаче, т.е. после сборки. Примеры: величины пятна контакта и бокового зазора.

Точность зубчатого колеса (червяка, рейки) и зубчатой передачи, куда входит это колесо, указывают условным обозначением.

Если нормы кинематической точности, плавности работы и контакта назначены по одной степени точности, то условное обозначение состоит из цифры, обозначающей степень точности, и буквы (через тире), обозначающей вид сопряжения (см. таблицу 3.2), а также номера стандарта, соответствующего виду передачи (по таблице 3.1), например 7– В ГОСТ 1643 – 81.

При комбинировании норм разных степеней точности в условном обозначении последовательно указывают через тире три цифры, обозначающие соответственно степени точности по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев, затем через тире буквой указывают вид сопряжения по таблице 3.2 и номер стандарта, соответствующего виду передачи по таблице 3.1. Примеры: 6–7–7–В ГОСТ 1643–81 или 8–6–6–С ГОСТ 1758–81.

На чертеже колеса (червяка, зубчатой рейки) часть параметров зубчатого венца, в том числе и условное обозначение точности, указывают в специальной таблице. Обозначение точности в ней отличается от рассмотренного выше лишь местом номера стандарта, соответствующего виду передачи. Отличие это становится ясным из рассмотрения нижеследующего фрагмента таблицы.

7–В

Степень точности по ГОСТ 1758 – 81

3.3.7 Контроль норм кинематической точности и плавности работы выполняется на специальных стендах, куда зубчатые колёса устанавливаются для контроля до сборки. Эта контрольная операция выполняется для всех колес подряд или выборочно в цехах, где обрабатывают зубчатые колёса.

Иначе обстоит дело с нормами контакта и бокового зазора. Их заданная величина в большинстве случаев может быть проверена и получена только путем регулировки передачи при сборке машины.

Содержание и цель регулировки зубчатых передач

 

3.4.1 Из предыдущего подраздела 3.3 вы узнали, что первые два из четырех известных вам показателей точности зубчатых передач – кинематическая точность и плавность работы – контролируются на зубчатых колесах по месту их изготовления и до сборки в передаче. Поэтому соответствие этих двух показателей нормам точности не связано с точностью изготовления прочих деталей передачи, а обеспечивается только должным уровнем точности изготовления самих зубчатых колес.

Два других показателя точности – пятно контакта в зацеплении зубьев и боковой зазор между зубьями – зависят в равной степени от точности изготовления как зубчатых колёс, так и сопряженных с ними деталей передачи (корпус, вал, подшипники, крышки подшипников и пр.). Технически и экономически целесообразный уровень точности изготовления всех этих деталей далеко не всегда позволяет сразу, без регулировки передачи, уложиться в норму контакта и бокового зазора. Если для передач цилиндрических в большинстве случаев эти нормы выполняются без регулировок, то выполнение их в передачах конических, гипоидных и червячных без регулировки в процессе сборки, как правило, не обходится.

 

3.4.2 Слесарная операция регулирования зубчатых и червячных передач выполняется при сборке машины и заключается она в выполнении норм контакта и бокового зазора зубьев, заданных техническими требованиями чертежа.

Цель регулирования – обеспечить заданную точность зубчатой передачи и создать этим условия для её длительной работы при максимальной величине КПД, минимальных динамических нагрузках, вибрациях и шуме, а также при напряжениях зубьев, соответствующих расчетным.