Лекция № 9 «Взаимозаменяемость, методы и средства измерения и контроля зубчатых передач»

 

В машиностроении наибольшее распространение получили понижающие зубчатые передачи: цилиндрические, конические, червячные, гипоидные. Встречаются передачи с внутренним и наружным зацеплением. Наибольшее распространение в промышленности получили эвольвентные зубчатые передачи с прямым и косым зубом.

ГОСТ 13755-81 устанавливает основные параметры зубчатых передач:

- шаг;

- модуль;

- число зубьев;

- делительный диаметр;

- ширина зубчатого венца;

- угол профиля зуба;

- угол наклона линии зуба;

- коэффициент смещения исходного контура;

- межосевое расстояние;

- гарантированный боковой зазор передачи.

Эксплуатационные требования к зубчатым передачам.

По служебному назначению зубчатые передачи условно делят на 4 группы:

- кинематические (отсчетные);

- скоростные;

- тихоходные силовые;

- общего назначения.

- К кинематическим передачам относятся зубчатые передачи измерительных инструментов, делительных механизмов металлорежущих станков, планетарные зубчатые передачи и т.д. Кроме этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным требованием к таким передачам является повышенная кинематическая точность, т.е. согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес передачи.

К реверсивным кинематическим передачам предъявляются требования минимального гарантированного бокового зазора.

- Скоростные зубчатые передачи работают при скоростях свыше 5 м/с. К ним относятся з.п. редукторов паровых и газовых турбин, пробок скоростей, первых ступеней редукторов общего назначения. Скоростные передачи не требуют высокую кинематическую точность.

К ним предъявляются повышенные требования к плавности работы с тем, чтобы уменьшить шум и вибрации передач.

Для уменьшения габаритов передач предъявляются повышенные требования к контакту зубьев передачи.

Скоростные передачи работают при повышенных боковых зазорах, которые компенсируют нагрев передачи и исключают гидравлические удары.

- К силовым передачам относятся з.п. шестерных клетей прокатных станов, подъемно – транспортных механизмов, редукторов привода проходческих машин и т.п. Колеса имеют большой модуль. Основное точностное требование к ним – обеспечение более полного использования боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

- К передачам общего назначения не предъявляется повышенные требования по точности

Системы точности зубчатых передач.

ГОСТ 1643 –91 устанавливает 12 степеней точности зубчатых колес в порядке убывания точности: 1, 2¼11, 12.

Для каждой степени точности установлены нормы:

а) кинематической точности;

б) плавности работы;

в) контакта зубьев.

Для з.п. с выраженными кинематическими свойствами (металлорежущий станок) назначается степень точности по нормам кинематической точности. Степень точности по нормам плавности назначают на 1 грубее, чем по кинематической точности.

5 – 6 – 6

Основным показателем точности скоростных з.п. и общего назначения является степень точности по нормам плавности, которую выбирают в зависимости от окружной скорости и типа передачи (прямозубая, косозубая …) и термообработки зубьев.

Если степень точности по нормам плавности выбрана точнее 8, то с целью снижения трудоемкости целесообразно степень точности по нормам кинематической точности принимать на 1-2 грубее, чем по плавности.

8 – 7 – 7

Независимо от показателей точности стандарт устанавливает 6 видов сопряжения по боковому зазору: A, B, C, D, E, H и 8 видов допусков на величину бокового зазора: x, y, z, a, b, c, d, h.

В горных машинах преимущественно применяется вид сопряжения В, реже А.

Выбирать вид сопряжения лучше всего по расчету

- минимальный гарантированный боковой зазор.

- боковой зазор, необходимый для слоя смазки:

; - коэффициент линейного теплового расширения материала передачи и корпуса.

а_w – межосевое расстояние.

- перегрев передачи

- угол исходного контура ()

Кинематическая точность.

Для обеспечения кинематической точности предусмотрены нормы, ограничивающие кинематическую погрешность передачи и колеса.

Кинематическая погрешность зубчатого колеса (F_{к п к}) определяется как разность между действительным и номинальным углами поворота зубчатого колеса, ведомого измерительным (образцовым) колесом. Она выражается в линейных величинах длиной дуги делительной окружности.

Показателем кинематической точности зубчатого колеса является наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса (F^/_ir), которая равна наибольшей алгебраической разности значений кинематической погрешности зубчатого колеса за один полный оборот.

Контроль кинематической погрешности трудоемок, поэтому производится только при изготовлении особо точных колес (3…6 степени точности) с помощью кинематометров.

Составляющими кинематической погрешности являются:

а) накопленная погрешность окружного шага F_pr.

Допуск F_p.F_pr

РИСУНОК.

б) радиальное биение зубчатого венца F_rr

Допуск F_r

Постоянной хордой называют отрезок прямой, соединяющий точки касания исходного контура с обоими профилями зуба в нормальном сечении.

в) колебание длины общей нормали F_VWr

Допуск F_VW Длина общей нормали W – это расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум разноименным активным боковым поверхностям А и В зубьев колеса.

г) колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса F_ir^¢¢ или на одном зубе f_ir^¢¢.

Допуски F_i^¢¢ и f_i^¢¢

Номинальным измерительным межосевым расстоянием а¢¢ называют расчетное расстояние между осями измерительного и рабочего колеса, имеющего наименьшее дополнительное смещение исходного контура.

Стандарт ГОСТ 1643 – 91 предусматривает контроль точности изготовления зубчатых колес по одному из комплексов:

1. Для передач 3¼6 степеней точности

- по кинематической погрешности F_ir^¢ (F_i^¢)

2. В условиях единичного производства:

- по накл. погреш. окружного шага F_pr (F_p);

- по радиальному биению зубчатого венца F_rr (F_r);

- по колебанию длин общей нормали F_vwr (F_vw).

3. В условиях крупносерийного производства

- по колебанию измерительного межосевого расстояния за оборот колеса F_ir^¢¢ (F_i^¢¢)

- по колебанию длины общей нормали F_vwr (F_vw).

Плавность работы.

Наиболее объективным показателем плавности работы зубчатых передач является местная кинематическая погрешность.

Местная кинематическая погрешность колеса f_ir^¢ - это наибольшая разность между местными соединениями (экстремальными) значениями кинематической погрешности зубчатого колеса.

Составляющими местной кинематической погрешности являются:

- отклонение шага f_ptr (допуск f_pt);

- отклонение шага зацепления f_pbr (f_pb);

- отклонение профиля зуба f_fr (f_f);

- колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f_ir^¢¢ (f_i^¢¢).

Контакт зубьев.

Долговечность работы зубчатых передач зависит от полноты контакта сопряженных боковых поверхностей зубьев колес.

РИСУНОК.

h_cp – средняя высота следов прилегания зубьев.

h_c – высота зуба активной боковой поверхности.

Суммарным пятном контакта называют часть активной поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания его к зубьям парного колеса после вращения собранной передачи при непрерывном контактировании зубьев обоих колес.

Суммарное пятно контакта оценивается по относительным размерам:

По длине зуба:

(с < m)

(c > m)

по высоте:

Показатели кинематической точности, плавности работы и контакта зависят от точности зубонарезного инструмента и не зависят от квалификации рабочего.

Боковой зазор зависит от правильности установки на станке межосевого расстояния «инструмент – заготовка», от режимов резания, т.е. от квалификации станочника.

Поэтому показатели бокового зазора контролируют на каждом колесе и допуски бокового зазора наносят на рабочий чертеж колеса.

Рассмотрим методы контроля бокового зазора.

Методы контроля бокового зазора.

Пассивные методы:

а) набором щупов;

б) индикатором часового типа;

в) по замерам толщины свинцовой пластинки, прокатанной между зубьями.

Активные методы:

а) контроль смещения исходного контура от его номинального положения (тангенциальные зубомеры);

б) контроль длины общей нормали (нормалемеры, штангенциркули);

в) контроль толщины зуба по постоянной хорде или по хорде делительной окружности (штангензубомеры);

г) контроль размера б.з. по роликам (рычажные скобы, оптиметры).

Контроль смещения исходного контура.

Для создания в зубчатой передаче гарантированного зазора производят уменьшение толщины зуба по сравнению с расчетной теоретической толщиной. Это уменьшение создается путем радиального смещения исходного контура рейки зубонарезного инструмента.

Дополнительное смещение исходного контура от его номинального положения в тело зубчатого колеса нормируется в ГОСТе 1643-81 двумя величинами:

- наименьшим дополнительным смещением исходного контура (E_HS);

- допуском на смещение исходного контура (Т_Н).

Наименьшее дополнительное смещение исходного контура (E_HS) назначают в

зависимости от степени точности по нормам плавности и вида сопряжения.

E_HS = f (m; z; степ. точн; вида сопр.)

Допуск на смещение исходного контура (Т_Н) установлен в зависимости от допуска на радиальное биение (F_r), вида сопряжения, причем Т_Н>F_r

T_H = f (m; z; степ. точн; вида сопр)

Контроль смещения исходного контура осуществляют с помощью тангенциального зубомера.

Контроль толщин зубьев по

постоянной хорде.

ГОСТ 1643-91 взамен измерения дополнительного смещения исходного контура разрешает производить измерение толщины зуба по постоянной хорде.

Постоянной хордой называют отрезок прямой, соединяющий точки касания исходного контура с обоими профилями зуба в нормальном сечении.

Номинальная величина толщины зуба

где х – коэффициент коррегирования

a - угол исходного контура.

Для коррегирования колес S_c = 1,387× m

Высота от окружности выступов до постоянной хорды

где h_a – высота головки зуба (для нормальных колес h_a = m)

Для коррегирования колес h_c = 0,7476×m

Предельные значения толщины зуба по постоянной хорде нормируют в ГОСТе: - наименьшим отлонением толщины зуба от номинальной (E_CS);

- допуском на толщину зуба (Т_с)

E_CS = f (вида сопряжения, степени точности по нормам плавности, делительного диаметра).

T_C = f (вида сопряжения, допуска на различное биение)

Контроль толщины зуба по постоянной хорде осуществляют с помощью штангензубомера.

(Показать прибор, рассказать о его устройстве).

Выполнение чертежей цилиндрических зубчатых колес.

Правила оформления нормируются ГОСТ 2.403-75.

На изображении зубчатого колеса указывают:

- Æ окружности выступов;

- ширину венца;

- шероховатость боковой поверхности зубьев;

- размеры фасок.

На чертеже помещают таблицу параметров.

Состоит из 3-х частей:

а) основные для изготовления;

б) для контроля;

в) справочные данные.