Обозначение точности зубчатых передач и колес

В ГОСТ 1643-81 [7] все зубчатые колеса и передачи разде­лены на 12 степеней точности, причем для 1-й и 2-й степеней значения допусков и отклонений пока не предусмотрены (они зарезерви­рованы для перспективного развития). Для каждой степени точности раз­дельно установлены нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев. Все эти три вида норм могут быть скомбинированы и назначены из разных степеней точности,

 

т. е. более точные степени назначаются для тех норм, которые по эксплуата-ционным показателям считаются основными.

Независимо от степени точности по гарантированному (наименьшему) боковому зазору j_{n min} стандартом предусмотрено шесть видов сопряжения: с нулевым боковым зазором - Н, весьма малым - Е, малым - В, уменьшенным - С, нормальным - В, увеличенным - А.

Кроме видов сопряжения на боковой зазор установлено восемь ви­дов допусков T_jn: h, d, c, b, a, z, y, x (в порядке возрастания значений). При отсутствии специальных требований для каждого вида сопряжения употребляется определенный вид допуска, обозначаемый строчной буквой, аналогичной букве вида сопряжения (А – а, В – b, С – с, D – d, E и Н – h). При необходимости соот-ветствие видов допуска и сопряжения можно нарушать (например, для С – d и т. д.).

Для цилиндрических зубчатых передач стандартом установлено шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых римскими цифрами от I до VI, однако обычно каждый класс отклонений соответствует виду сопряжения, т. е. А - VI, В -V, С - IV, D - III, E и Н - II. Для мелкомодульных передач видам сопряжения Е и Н соответствует I класс отклонений межосевого расстояния.

П р и м е р о б о з н а ч е н и я с о п р я ж е н и я: 8 – 7 – 7 – Сb /III ГОСТ
1643-81. Эта запись означает, что по нормам кинематической точности степень точности 8-я; по нормам плавности и по нормам контакта - 7-я; вид сопряжения - С; вид допуска - b; класс отклонений межосевого расстояния - III.

Если вид допуска или класс отклонений соответствует виду сопряжения, то они в обозначении точности не проставляются: 8 – 7 – 7 – С ГОСТ 1643-81.

Если по всем трем нормам степень точности одинаковая, то ука­зывается только одна цифра: 8 – В ГОСТ 1643-81.

Выбор степени точности

Назначение степени точности производится на основе конкретных условий работы передачи и предъявляемых к ней требований. В этой задаче степень точ-ности выбирается одинаковой по всем нормам по данным табл. 2.3 в зависимости от окружной скорости колеса.

 

 

Окружная скорость вычисляется по уравнению:

 

, (2.12)

где d – делительный диаметр, м;

n – частота вращения колеса, об/мин.

 

Таблица 2.3

Рекомендации по выбору степеней точности зубчатых колес

Степень точности	Условия работы и применение зубчатых колес	Окружная скорость зубчатого колеса, м/с
прямозубое	косозубое
6-я (высокоточная)	Плавная работа на высокой скорости; в делительных механизмах и отсчетных устройствах	Св. 10 – до 15	Св. 15 – до 30
7-я (точная)	Повышенная скорость и умеренная мощность; колеса подач в металлорежущих станках, колеса скоростных редукторов, в авиа- и автостроении	Св. 6 – до 10	Св. 10 – до 25
8-я (средняя)	Средняя скорость, небольшая перегрузка; для общего машиностроения, передач станков и нормальных редукторов, грузоподъемных устройств	Св. 2 – до 6	Св. 4 – до 10
9-я (пониженная)	Низкая скорость; для открытых или малонагруженных передач, выполненных по конструктивным соображениям большими, чем следует из расчета	До 2	До 4

Выбор вида сопряжения

Для устранения возможного заклинивания передачи при ее нагреве, обеспечения условий протекания смазочного материала и ограничения мертвого хода при реверсировании отсчетных и делительных зубчатых передач они должны иметь гарантированный боковой зазор j_n (между нерабочими профилями зубьев сопряженных колес), который необходим также и для компенсации погрешностей изготовления и монтажа передачи.

Боковой зазор определяют в сечении, перпендикулярном направлению зубьев, в плоскости, касательной к основным цилиндрам (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2

Боковой зазор обеспечивается путем радиального смещения исходного контура рейки (зуборезного инструмента) от его номинального положения в теле колеса в процессе нарезания зубьев.

Система допусков на зубчатые передачи устанавливает гарантированный боковой зазор j_{n min}, которым является наименьший предписанный боковой зазор, не зависящий от степени точности колес и передач, и который определяется по формуле:

, (2.13)

 

где V - значение зазора, необходимое для размещения слоя смазки; V = 20 m ·10^-3, где m – модуль передачи, мм;

а_ω – межосевое расстояние, мм;

коэффициенты линейного расширения материала колес и корпуса, °С^-1. Он равен:

для высокоуглеродистых марок стали: 11,0×10^-3 - 12,0×10^-3;

для легированных сталей: 11,7×10^-3 - 12,3×10^-3;

для чугуна: 10·10^-3 (материалы для колес и корпуса студенты выбирают самостоятельно: корпус обычно отливают из чугуна, а колеса изготавливают из качественной стали);

предельные значения температуры колес и корпуса, на которые рассчитывается боковой зазор, °С;

– угол профиля (обычно он равен 20°).

По значению j_{n min} и данным табл. 2.4 выбирается вид сопряжения.

 

Таблица 2.4

Значения гарантированного бокового зазора j_{n min}
в зависимости от межосевого расстояния а _ω

Вид сопряжения	Межосевое расстояние а ω, мм
до	80 -	125 -	180 -	250 -	315 -	400 -	500-
Н Е
D C B A

 

Таблица чертежа зубчатого колеса

В правом верхнем углу чертежа вычерчивается таблица, в которую записываются необходимые данные для изготовления и контроля зубчатого колеса (рис. 2.3) [8].

Рис. 2.3

В колонку I записываются названия параметров, в колонки II и III - их обозначение и величина. По высоте таблица делится на три части, они отделяются друг от друга линией, толщина которой соответствует толщине основной линии (остальные горизонтальные линии имеют меньшую толщину):

1) основные данные;

2) данные для контроля;

3) справочные данные.

При оформлении таблицы не допускается оставлять незаполненные строчки или менять местами параметры колеса.

О с н о в н ы е д а н н ы е:

1) модуль m;

2) число зубьев z;

3) угол наклона линии зуба b;

4) направление линии зуба: надпись «правое», «левое» или «шевронное» (для прямозубых колес эта строка исключается или имеет прочерк);

5) нормальный исходный контур: для стандартного - ссылка на стандарт (ГОСТ 13755-81), для нестандартного – параметры, определяющие его, например, угол профиля a, коэффициент граничной высоты h _l, коэффициент радиального зазора С и др.;

6) коэффициент смещения исходного контура Х;

7) степень точности по ГОСТ 1643-81.

Данные для контроля (размеры и отклонения для кон­троля раз-ноименных профилей зубьев по одному из вариантов):

1) постоянная хорда зуба и высота до постоянной хорды ;

2) толщина по хорде зуба и высота до хорды ;

3) длина общей нормали W;

4) торцевой размер по роликам М и диаметр ролика D.

С п р а в о ч н ы е д а н н ы е:

1) делительный диаметр d;

2) при необходимости - прочие справочные данные: размеры для контроля торцевого профиля зуба, взаимного положения одноименных профилей зубьев, основной угол наклона b _b; обозначение чертежа сопряженного колеса и т. д.

Длина общей нормали W – расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум разноименным активным боковым поверхностям зубьев зубчатого колеса (рис. 2.4).

Для цилиндрических колес с α, равным 20°,

(2.14)

где z - число зубьев колеса;

n - целое число зубьев колеса, охватываемых при замере (табл. 2.5);

m – модуль.

Рис. 2.4

 

Таблица 2.5

Число зубьев n для измерения и расчета

z	11 - 18	19 - 27	28 - 36	37 - 45	46 - 54	55 - 63	64 - 72
n
z	73 - 81	82 - 90	91 - 99	100 - 108	109 - 117	118 - 126	127 - 135
n

 

В таблицу чертежа зубчатого колеса длину общей нормали следует
проставлять с предельными верхним E_wms и нижним E_wmi отклонениями. Наименьшее (нижнее) отклонение средней длины общей нормали E_wms определяется по данным прил. 4, но предварительно необходимо определить по данным прил. 3 допуск на радиальное биение F_r.

Нижнее отклонение средней длины общей нормали расcчитывается по формуле:

 

E_wmi = – (| E_wms | + T_wm), (2.15)

 

где T_wm – допуск на среднюю длину общей нормали, выбирается по данным прил. 6.

П р и м е р расчета длины общей нормали для прямозубого некорригированного колеса с параметрами m = 5 мм, z = 26, степенью точности 9 – С
ГОСТ 1643-81 (для расчета принять: число зубьев n = 3 (см. табл. 2.5), длина общей нормали рассчитывается по уравнению (2.14):

.

Делительный диаметр вычисляется по формуле:

(2.16)

F_r = 100 мкм (см. прил. 3).

 

По данным прил. 4 слагаемое I равно 100 мкм, слагаемое II – 22 мкм. В результате получаем:

E_wms = – (100 + 22) = –122 мкм.

Допуск на среднюю длину общей нормали определяем по данным прил. 5:

Т_wm = 110 мкм,

тогда E_wmi = – (122 + 110) = –232 мкм.

 

Таким образом, в таблице чертежа (прил. 7) в строке длины общей нормали должно быть проставлено: .

Точность размеров

Точность размеров элементов зубчатого колеса определяется расчетом или выбирается по рекомендациям.

Диаметр отверстия D. Для посадочных отверстий зубчатых колес применяются поля допусков средней точности, т. е. Н 6, Н 7 или Н 8 (на выбор). Отклонения и допуски принимаются по данным ГОСТ 25346-2013 [9] или по методическим указаниям [18].

Диаметр окружности вершин зубьев d_a. Этот диаметр не сопряжен с поверхностями других деталей, высокой точности не требуется, предельные отклонения соответствуют полям допусков h 12, h 13, h 14 в зависимости от модуля зацепления: при m < 2,5 мм принимается h 12; при m = 2,5 – 6,3 мм – h 13; при
m > 6,3 мм – h 14.

Ширина венца B считается размером с неуказанными допусками. Для таких размеров устанавливаются общие допуски по специальным классам точнос-ти. По ГОСТ 30893.1-2002 [10] предусмотрены четыре класса точности: «точный f», «средний m», «грубый c» и «очень грубый v».

Для металлических деталей, полученных резанием, рекомендуется выбирать класс точности «средний m» и записывать в технические требования: «Общие допуски по ГОСТ 30893.1 – m».

Ширина шпоночного паза b. Для ширины шпоночного паза зубчатого колеса ГОСТ 25346-89 предусмотрены поля допусков: D 10 – свободное, J_s 9 – нормальное, Р 9 – плотное. Вид соединения студенты выбирают самостоятельно.

Глубина шпоночного паза. На глубину шпоночного паза t ₂ установлены отклонения в зависимости от высоты шпонки (табл. 2.6). Поскольку глубину шпоночного паза втулки неудобно контролировать, то на чертеже предпочтительно указывать размер с отклонениями.

Таблица 2.6

Предельные отклонения глубины пазов и размеров,
связанных с глубиной паза, мм

Высота шпонки	Предельные отклонения размера t 2 или D + t 2
От 2 до 6	+0,1
Св. 6 до 18	+0,2
Св. 18 до 50	+0,3

Шероховатость поверхностей

Выбор значений параметров шероховатости зависит от назначения узла, материала и способов изготовления деталей. В данной задаче в качестве параметра шероховатости рекомендуется нормировать среднее арифметическое
отклонение профиля Rа [11 – 13].

Шероховатость профиля зубьев колеса. Среднее арифметическое отклонение профиля Rа может быть выбрано из данных табл. 2.7 в зависимости от степени точности.

Таблица 2.7

Значения среднего арифметического отклонения профиля зубьев Rа, мкм

Передача	Степень точности
6-я	7-я	8-я	9-я
Параметр шероховатости Rа, мкм
Цилиндрическая	0,63 – 0,32	1,25 – 0,32	2,5 – 0,63	5,0 – 2,5

 

В табл. 2.7 указаны пределы значений параметра шероховатости, рекомендуется выбирать стандартное предпочтительное значение ближе к середине интервала (табл. 2.8). На чертеже зубчатого колеса выбранный параметр указывается на позиции 1 (рис. 2.5).

Таблица 2.8

Стандартные значения среднего арифметического
отклонения профиля Rа (ГОСТ 2789-73), мкм

– –	[100]	10,0	1,00	[0,100]		[25]	2,5	0,25	[0,025]
	8,0	[0,80]	0,080			2,0	[0,20]	0,020
	[6,3]	0,63	0,063			[1,6]	0,160	0,016
[50]	5,0	0,50	[0,050]		[12,5]	1,25	0,125	[0,012]
[400]		4,0	[0,40]	0,040					0,010
		[3,2]	0,32	0,032					0,008
Примечание. Значение в квадратных скобках – предпочтительное.

 

Шероховатость посадочного отверстия. Выбирается по данным, приведенным в прил. 6, в зависимости от диаметра отверстия и выбранного квалитета. Выбранное значение параметра округляется до ближайшего стандартного предпочтительного значения шероховатости, приведенного в табл. 2.8. На чертеже зубчатого колеса выбранный параметр указывается на позиции 2 (см. рис. 2.5).

Шероховатость торца ступицы зубчатого колеса нормируется в зависимости от отношения длины ступицы к диаметру посадочного отверстия
L_ст / D: если (L_ст / D) < 0,8, то Rа = 1,6 мкм, если (L_ст / D) ≥ 0,8, то Rа = 3,2 мкм.

На чертеже зубчатого колеса выбранный параметр указывается на позиции 3 (см. рис. 2.5).

 

а б

Рис. 2.5

Шероховатость поверхнос-тей шпоночного паза выбирается по данным табл. 2.9. Значения выб-ранных параметров согласовываются со стандартными значениями шер­о­хова­тости по табл. 2.8. На чертеже зубчатого колеса выбранные параметры указываются на позициях 4 и 5 (см. рис. 2.5) для рабочей и нерабочей поверх­ностей шпоночного паза соответс­твенно.

 

 

Таблица 2.9

Значения шероховатости поверхностей шпоночного паза Rа, мкм

Соединение	Поверхность	Паз втулки
Неподвижное	Рабочая	5,0 – 1,25
Нерабочая	20,0 – 10,0
С направляющей шпонкой	Рабочая	2,5 – 0,63
Нерабочая	20,0 – 10,0

Шероховатость остальных поверхностей указывается в правом верхнем углу чертежа. Величина знака в скобках такая же, как и на изображении детали, а перед скобкой – примерно в полтора раза больше. Значение параметра шероховатости должно быть больше значения любого параметра на изображении детали.

В таблице указаны пределы значений параметра шероховатости, рекомендуется выбирать стандартное предпочтительное значение ближе к середине интервала (см. табл. 2.8).