Расчет зубчатого зацепления. Проверка и регулировка зацепления шестерен зубчатых передач Что называют боковым зазором в зубчатой передаче

Зубчатые передачи собирают и испытывают обычно на заво­де-изготовителе. Редукторы малой и средней мощности отправ­ляют с завода-изготовителя запломбированными. Мощные ре­дукторы, а также открытые передачи с крупными шестернями поступают для монтажа в разобранном виде.

Все механически обработанные зубчатые передачи разделяют на 12 степеней точности. Для оборудования молочной промыш­ленности наиболее часто применяют цилиндрические передачи 6-11-й степени точности, конические 6-11-й и червячные 5-9-й степени точности (чем меньше номер степени, тем выше точ­ность зубчатого колеса, определяемая по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев).

При сборке зубчатых передач необходимо проверить радиаль­ное и торцевое биение зубчатых колес, межцентровое расстояние, боковой зазор и степень прилегания рабочих поверхностей зубьев.

Радиальное и торцевое биение цилиндрических зубчатых пе­редач проверяют на специальных призмах перед установкой или в центрах после насадки на вал. Биение контролируют рейсмусом или индикатором (рис. 7.8). Для этого между зубьями колеса по­мещают цилиндрический калибр диаметром 1,68/и (где т - мо­дуль), на который устанавливают ножку индикатора и фиксируют положение его стрелки. Перекладывая калибр через 2-3 зуба и поворачивая вал, определяют разницу в показаниях индикатора для всего зубчатого колеса. Эта разница является величиной ра­диального биения по начальной окружности зубчатого колеса. Торцевое биение проверяют индикатором.

Боковые зазоры в зацеплении цилиндрических зубчатых колес контролируют щупом или индикатором (рис. 7.9). Для этого на ва­лу одного из зубчатых колес крепят поводок, конец которого упи­рается в ножку индикатора, установленного на корпус узла. Другое колесо закрепляют неподвижно фиксатором. Поводок вместе с ва­лом и колесом поворачивают в одну сторону, затем в другую (это можно сделать лишь на величину бокового зазора). Разницу в пока­заниях индикатора при первом и втором положении зубчатого ко­леса пересчитывают на величину бокового зазора по формуле

Сп = CR 1L ,

Где сп - величина бокового зазора, м; С - разница в показаниях индика­тора при первом и втором положениях зубчатого колеса, м; R - радиус начальной окружности, м; L - длина поводка, м.

В технических условиях фиксируют наименьший боковой зазор.

При сборке зубчатых передач с колесами, у которых модуль выше 6 мм, эти зазоры проверяют прокатыванием между зубьями
трех-четырех отрезков свинцовой проволочки, устанавливаемых на длине зуба.

Оттиски проволочек представляют собой полоски перемен­ной толщины. Меньшая толщина сь соответствует части боково­го зазора с рабочей стороны зуба, а большая с2 - с нерабочей. Сумма этих величин составляет боковой зазор, т. е. cn = с + с2.

Заканчивают проверку зубчатого зацепления осмотром отпе­чатков краски в местах контакта. Для этого зубья ведущей шес­терни покрывают тонким слоем сажи или синьки, разведенной на олифе, и проворачивают зубчатую передачу несколько раз.

На зубьях ведомого колеса появляются следы касания (отпе­чатки), по которым судят о качестве зацепления. Если отпечатки находятся в верхней части зуба, то межцентровое расстояние больше нормального. При оттиске в нижней части зуба колеса сближены больше, чем это необходимо. В правильно собранной передаче отпечатки располагаются в средней части боковой по­верхности зубьев по высоте и длине.

При недостаточном контакте поверхностей зубьев доводку на монтаже производят шабрением, притиркой абразивными по­рошками и пастами, притиркой с маслом под нагрузкой. Исполь­зование напильников категорически запрещается.

Конические передачи в основном собирают во время ремон­та. При этом вершины начальных конусов должны совпадать, а оси должны быть взаимно перпендикулярны. Отклонения в заце­плении не должны выходить за пределы допусков. Положение осей конических шестерен выверяют с помощью струн"с отвеса­ми, линеек и других универсальных инструментов. Установку конических колес проверяют по совпадениям их образующих в плоскости осей колеса. Допускаемое отклонение 0,1-0,5 мм. При проверке на краску обнаруживают следующие отклонения от нормы: недостаточный зазор - колеса чрезмерно сближены (рис. 7.10, г); межосевой угол меньше (рис. 7.10, в) или больше расчетного (рис. 7.10, 6). Если на зубьях ведущего или ведомого колес следы краски расположены плотно на одной стороне зуба на узком конце, а на другой стороне - на широком, это свиде­тельствует о перекосе осей зубчатых колес. Во всех случаях от­клонения от нормы исправляют дополнительными слесарными операциями. Характерные отпечатки при правильном зацеплении конических колес показаны на рис. 7.10, а.

Рис. 7.10. Контроль качества зацепления конической зубчатой передачи:

I - без нагрузки (при сборке); II - с полной нагрузкой (в работе); а - правильное зацепление; б - межосевой угол больше расчетного; в - меж осевой угол меньше расчетного; г - недостаточный зазор

При сборке червячной передачи проверяют межосевое рас­стояние валов червяка и червячного колеса, правильность положе­ния валов, боковой зазор в зацеплении и прилегание рабочих по­верхностей зубьев колеса и витков червяка. Установку червячной пары проверяют с помощью специально изготовляемых шаблонов и щупов, отвесов, масштабной линейки и уровня. С вала червяка опускают отвесы и измеряют расстояние от вала до боковой по­верхности колеса. При правильном зацеплении эти расстояния должны быть одинаковы. Такую проверку не всегда можно осуще­ствить, так как передача установлена в корпусе редуктора. Поэто­му при монтаже проверяют касание на краску (рис. 7.11). Смеще­ние касания в одну или другую сторону указывает на перекос осей. Приближение пятна касания к краю зуба свидетельствует об уве­личенном межосевом расстоянии, и наоборот.

Рис. 7.11. Контроль качества зацепления червячной передачи

Для нормальной работы червячной передачи большое значе­ние имеет величина бокового зазора (рис. 7.12), которая зависит от точности и размеров передачи. В собранных передачах вели­чину зазора определяют по повороту червяка при «мертвом» хо­де, т. е. при угловом перемещении червяка и неподвижном коле­се. В случае отсутствия этого зазора происходит заклинивание червяка.

В малогабаритных точных передачах, где боковой зазор очень мал, свободный поворот червяка определяют индикатором. На выступающих концах червяка и колеса крепят рычаги, ка­сающиеся индикаторов, фиксируют положение стрелки индика­тора в начальном положении.

Дефекты зацепления способствуют появлению дополнитель­ных звуков и шумов: стук и щелканье зубьев, временами исче­зающие, временами усиливающиеся, могут быть вызваны ошиб­ками шага зубьев или слишком большими зазорами; дребезжа­щие звуки и скрежет, влекущие за собой вибрацию корпуса пере­дачи, могут быть вызваны малыми боковыми зазорами (плотным зацеплением), наличием острых кромок на головках зубьев колес, перекосом осей колес; шум высокого тона, переходящий с увели­чением частоты вращения в резкий вой и постоянный неравно­мерный стук в зацеплении, происходит при искажении формы рабочих поверхностей зубьев или наличии на них местных де­фектов; периодически усиливающийся и ослабевающий шум, систематически повторяющийся при каждом обороте колеса, яв­ляется следствием эксцентричного расположения зубьев относи­тельно оси вращения или неплотной посадки.

Нормальная работа червячной передачи определяется при испытании ее вхолостую и под нагрузкой. При этом проверяют не только величину и характер пятен касания, но и температуру нагрева передачи, которая не должна превышать для передач 2-й и 3-й степени точности 80 °С, для передач 4-й степени точности - 65 °С. Чрезмерный нагрев указывает на дефекты сборки и изго­товления, недостаточную смазку или неправильный подбор сма­зочного масла.

М.В. Абрамчук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Б.П. Тимофеев

В статье сравниваются стандарты ISO/TR 10064-2:1996 и ГОСТ 1643-81 в плане организации нормирования и контроля бокового зазора в зубчатых передачах. Также производится сравнение величин минимального бокового зазора в обоих указанных стандартах.

Введение

Рассмотрим технический отчет «ISO/TR 10064-2 Передачи зубчатые цилиндрические. Практическое руководство по приемке. Часть 2: Контроль суммарных радиальных отклонений, биения, толщины зуба и зазора». При этом начнем с Приложения А, имеющего заголовок «Боковой зазор и допуск на толщину зуба». Будем последовательно сравнивать положения упомянутого Приложения А с разделом 3 базового стандарта ГОСТ 1643-81 «Нормы бокового зазора».

Контроль бокового зазора

Стандарт ISO/TR 10064-2 содержит рекомендации по нормированию бокового зазора сопряжения и толщины зубьев колес. При этом все, говорящееся в стандарте, носит рекомендательный характер, в то время как нормы, приведенные в отечественном стандарте ГОСТ 1643-81, являлись обязательными для исполнения.

В первом пункте Приложения А стандарта ISO/TR 10064-2 приводится метод выбора допусков на толщину зуба колес и минимального бокового зазора. Кроме того, приводятся метод расчета максимального предполагаемого бокового зазора в зубчатом зацеплении и рекомендуемые величины минимального бокового зазора . В ГОСТ 1643-81 устанавливаются нормы бокового зазора и приводятся таблицы с величинами соответствующих норм. Методов расчета, аналогичных приведенным в рекомендациях стандарта ISO/TR 10064-2, в ГОСТ 1643-81 нет.

Во втором пункте стандарта ISO/TR 10064-2 дается определение бокового зазора и приводится обоснование необходимой его величины. Также говорится, что «боковой зазор в зацеплении изменяется в процессе функционирования передачи вследствие изменения скорости вращения колес, температуры, нагрузки и т.д.» . Наш стандарт не содержит определения бокового зазора и условий функционирования передачи, обусловливающих его изменение.

Третий пункт Приложения А стандарта ISO/TR 10064-2 называется «Максимальная толщина зуба колеса». В нем дается определение этого понятия. В ГОСТ 1643-81 никаких пояснений по максимальной толщине зуба колеса не содержится, приводятся только таблицы со значениями допусков Ecs (наименьшего отклонения толщины зуба) и Tc (допуска на толщину зуба).

В четвертом пункте Приложения А стандарта ISO/TR 10064-2, имеющем заголовок «Минимальный боковой зазор» дается определение минимального бокового зазора и описывается необходимость наличия минимального бокового зазора - «это так называемый традиционный «допуск на боковой зазор», который создается конструктором, чтобы компенсировать:

(а) погрешности корпуса и подшипников, прогибы валов;

(б) несоосность осей колес вследствие погрешностей корпуса и зазоров в подшипниках;

(в) перекос осей вследствие погрешностей корпуса и зазоров в подшипниках;

(г) погрешности монтажа, такие как эксцентриситет валов;

(д) биения опор;

(е) температурные воздействия (функция разности температуры между корпусом и элементами колеса, межосевого расстояния и разницы материалов);

(ж) увеличение центробежной силы вращающихся элементов;

(з) другие факторы, такие как загрязнение смазки и увеличение в размерах неметаллических частей колеса» .

Также говорится, что «величина минимального бокового зазора может быть небольшой при условии того, что приведенные выше факторы контролируются. Каждый из факторов можно оценить посредством анализа допусков, а затем, вычислить минимальные требования» .

Рекомендации стандарта ISO/TR 10064-2:1996 обязывают нас при расчете допусков на боковой зазор учитывать погрешности незубчатых элементов передачи, а также условия ее работы, что в действующем базовом стандарте ГОСТ 1643-81 абсолютно не учитывается. Об этом недостатке нашего стандарта говорили многие отечественные специалисты, особенно настойчиво Б.П. Тимофеев (см., например, ). Необходима стандартизация расчета бокового зазора на основании проведения широких экспериментальных работ ввиду недостаточности и противоречивости имеющихся рекомендаций .

В целом же базовый стандарт ГОСТ 1643-81 нормирует боковой зазор следующим образом. Вид сопряжений зубьев колес в передаче характеризуется наименьшим гарантированным боковым зазором jn . Требования к боковому зазору устанавливают независимо от точности изготовления зубчатых колес. Стандартом установлены гарантированный (наименьший) боковой зазор в зубчатой передаче jn min - наименьший предписанный боковой зазор, и допуск на боковой зазор Tjn, равный разности между наибольшим допустимым и гарантированным (наименьшим) боковыми зазорами. Нормы бокового зазора не связаны однозначно с конструкцией и условиями эксплуатации передач, что в некоторых случаях приводит к заклиниванию передачи, несмотря на «гарантированный» стандартом минимальный боковой зазор .

В зависимости от величины гарантированного бокового зазора стандартом ГОСТ 1643-81 установлено шесть видов сопряжений зубьев колес в передаче: H, E, D, C, B, A и восемь видов допуска на боковой зазор, обозначаемых в порядке его возрастания буквами h, d, c, b, a, x, y, z. Сопряжение H - с нулевым наименьшим зазором, Е - с малым, C и D - с уменьшенным, А - с увеличенным. Сопряжение вида B обеспечивает минимальную величину бокового зазора, при котором исключается возможность заклинивания стальной или чугунной передачи от нагрева при разности температур зубчатых колес и корпуса в 25 °C .

При отсутствии специальных требований к зубчатым передачам необходимо исходить из следующих положений: видам сопряжений Н и Е соответствует вид допуска на боковой зазор h, видам сопряжений D, C, B и A - виды допусков d, c, b и a, соответственно.

Соответствие между видом сопряжения зубчатых колес в передаче и видом допуска на боковой зазор допускается изменять; при этом также могут быть использованы виды допусков x, y, z .

Также устанавливаются шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от I до VI.

Точность изготовления зубчатых колес и передач задается степенью точности, а требования к боковому зазору определяются видом сопряжения по нормам бокового зазора. Гарантированный боковой зазор в каждом сопряжении обеспечивается при соблюдении предусмотренных классов отклонений межосевого расстояния (для сопряжений H и E - II класса, а для сопряжений D, C, B и A - классов III, IV, V и VI, соответст-

венно). При этом получается переопределение величины гарантированного бокового зазора: с одной стороны, он зависит от вида сопряжений, с другой - от класса отклонения межосевого расстояния.

Указывается также, что допускается изменять соответствие между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния.

Полный боковой зазор состоит из гарантированного бокового зазора, jnmin и части бокового зазора, к, так называемой компенсации уменьшения бокового зазора, возникающей из-за погрешности изготовления зубчатых колес и монтажа передачи . Величина компенсации определяется по формуле:

k} =4(f« 2sin а)2 + 2fP\ + 2Fß + (sin а)2 +(fy sin а)2 ,

где fa - предельное отклонение межосевого расстояния, fPb - предельное отклонение шага зацепления, Fß - погрешность направления профиля, fx - допуск на параллельность осей, fy - допуск на перекос осей, а - угол зацепления передачи.

При определении к, не учитывается радиальное биение зубчатого венца, Frr, а при некратных числах зубьев любая выставка эксцентриситетов колес не исключает положения, когда боковой зазор jn в передаче будет определяться именно этим фактором .

В уже упомянутом четвертом пункте Приложения А стандарта ISO/TR 10064-2 приведена таблица с величинами минимального бокового зазора, рекомендуемыми для промышленных приводов с колесами из черных металлов в корпусах из черных металлов, работающих при окружных скоростях меньше, чем 15 м/с, с типичными коммерческими (термин оригинала, у нас более принятым является термин «экономически обоснованными») производственными допусками для корпусов, валов и опор .

Произведем сравнение величин минимального бокового зазора в ISO/TR 10064-2 и ГОСТ 1643-81, учитывая то обстоятельство, что в ISO/TR 10064-2 величина зазора зависит от модуля зубьев mn и минимального межосевого расстояния аг-, в то время как в нашем стандарте - от вида сопряжения и межосевого расстояния aw. Возьмем вид сопряжения В для модулей зубьев в диапазоне mn=(1,5-5) мм и вид сопряжения А, для модулей mn=(12-18) мм. Полученные результаты сведем в таблицу. Жирным выделены значения гарантированного бокового зазора, взятые из ГОСТ 1643-81.

mn, мм Минимальное межосевое расстояние, аь мм

50 100 200 400 800 1600

1,5 90 120 110 140 - - - -

3 120 120 140 140 170 185 240 230 - -

5 - 180 140 210 185 280 230 - -

12 - - 350 290 420 360 550 500 -

18 - - - 540 360 670 500 940 780

Таблица. Сравнение величин минимального бокового зазора в ISO/TR 10064-2 и ГОСТ

Как видно из таблицы, при модуле зубьев mn=3 мм величины минимального бокового зазора в ISO/TR 10064-2 и гарантированного бокового зазора в ГОСТ 1643-81

практически совпадают. При mn<3 минимальный боковой зазор по ISO/TR 10064-2 меньше, чем в ГОСТ 1643-81, mn>3 - больше.

Величины, приведенные в таблице стандарта в ISO/TR 10064-2 можно рассчитать, пользуясь выражением:

ГОСТ 1643-81 не содержит зависимостей для расчета значений гарантированного бокового зазора, jnmin.

Также в четвертом пункте стандарта ISO/TR 10064-2 приводится формула для расчета бокового зазора:

где ЕцШ1 и ЕцПц2 - верхнее отклонение толщины зуба шестерни и колеса, соответственно, а ап -угол профиля нормальный.

бина утонения и доля радиального зазора шестерни и колеса равны, а значение коэффициента перекрытия максимально» . В отличие от стандарта ISO/TR 10064-2, в ГОСТ 1643-81 наименьшие отклонения толщины зуба колеса и шестерни равны быть не могут, потому что зависят от делительного диаметра, величины которого у шестерни и зубчатого колеса разные.

Пятый пункт стандарта ISO/TR 10064-2:1996 посвящен нормированию толщины зуба. В нем, в частности, даются рекомендации по определению максимальной и минимальной толщины зуба. В нашем стандарте ГОСТ 1643-81 тема нормирования толщины зуба, помимо приведения табличных значений наименьшего отклонения толщины зуба и допуска на толщину зуба, не затрагивается.

Шестой пункт ISO/TR 10064-2 содержит рекомендации по нормированию максимального бокового зазора. Приводится определение этого параметра точности - «максимальный боковой зазор в зубчатой передаче, jbnmax - это сумма допуска на толщину зуба, влияния отклонений межосевого расстояния и влияния отклонений геометрии зуба колеса» и условие его возникновения: «теоретический максимальный боковой зазор возникает, когда два качественных зубчатых колеса, сделанных в соответствии с нормой минимальной толщины зуба, находятся в зацеплении на максимально допустимом свободном межосевом расстоянии» . Приводятся формулы для подсчета минимальной действительной толщины зуба и максимального окружного бокового зазора, а также формула перевода величины окружного зазора в нормальный боковой зазор. Также говорится, что «любые производственные отклонения зуба будут увеличивать максимальный предполагаемый боковой зазор. Для оценки приемлемых величин требуется серьезная исследовательская работа на базе большого количества опытов» . Подчеркивается, что «если требуется контролировать максимальный боковой зазор, то нужно провести тщательное изучение каждого его компонента и выбранной степени точности, ограничивающей отклонения геометрии зуба колеса» . Нормирование максимального бокового зазора в ГОСТ 1643-81 сводится к приведению величин гарантированного бокового зазора, jnmin, а величину допуска на боковой зазор Г,„ рекомендуется получать из выражения:

Положения стандарта ISO/TR 10064-2 носят рекомендательный характер, конкретных данных по нормированию он не содержит. В качестве показателей зазора ис-

где ТН1 и ТН2 - допуски на смещение исходного контура шестерни и колеса.

пользуются величины Esns и Tsn (верхнее отклонение толщины зуба и допуск на толщину зуба колеса). У нас это Ecs (наименьшее отклонение толщины зуба) и Tc (допуск на толщину зуба). Величины Esns и Tsn в ISO/TR 10064-2 не нормируются, а даются только рекомендации в части методов их определения. Таким образом, принятие этих рекомендаций без разработки стандартных норм, обеспечивающих боковой зазор, означало бы отказ от использования методов и средств измерения всех показателей, приведенных в нашем стандарте, а именно:

EHs (наименьшее дополнительное смещение исходного контура);

Ewms (наименьшее отклонение средней длины общей нормали);

Ews (наименьшее отклонение длины общей нормали);

Ea""s (верхнее предельное отклонение измерительного межосевого расстояния) и других.

Рекомендации стандарта ISO/TR 10064-2 не связывают величину зазора и ее нормирование ни с видом сопряжения, ни с видом допуска на боковой зазор, ни с классом отклонения межосевого расстояния. Однако они требуют обязательного учета погрешности изготовления и монтажа незубчатых деталей передачи (корпуса, валов, подшипников и т.д.), условий работы зубчатой передачи, а также вида смазки, ее загрязнения, наличия неметаллических частей колес и других элементов.

Заключение

Подробное рассмотрение стандарта ISO/TR 10064-2:1996 и его сравнение с ГОСТ 1643-81 приводит нас к выводу о необходимости безотлагательной разработки отечественного стандарта, содержащего конкретные допуски на нормируемые величины, позволяющие в полном объеме использовать существующее оборудование для контроля зубчатых колес и передач. Упомянутый нормативный документ должен, в противоположность стандарту ГОСТ 1643-81, соответствовать основным принципам рекомендаций стандарта ISO. Организовать производство зубчатых колес и передач только на базе рекомендаций ISO без использования отечественного стандарта невозможно. Существующий же стандарт ГОСТ 1643-81 в целом ряде положений прямо противоречит упомянутым рекомендациям.

Литература

1. ISO/TR 10064-2:1996. Cylindrical gears. Code of inspection practice. Part 2. Inspection related to radial composite deviations, runout, tooth thickness and backlash.

2. Тимофеев Б.П., Шалобаев Е.В. Состояние и перспективы нормирования точности зубчатых колес и передач. // Вестник машиностроения. № 12. 1990. С. 34-36.

3. Тищенко О.Ф., Валединский А.С. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1977.

4. Тимофеев Б.П., Шалобаев Е.В. Установление вида сопряжения в зубчатой передаче и регламентация норм бокового зазора. // Метрологическая служба в СССР. М.: Изд-во стандартов. 1990. Вып. 2. С. 27-31.

5. ГОСТ 1643-81. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. М., Издательство стандартов, 1989.

6. Юрьев Ю.А., Мурашев В.А., Шалобаев Е.В. Выбор вида сопряжения и вероятностная оценка мертвого хода передачи. Л.: ЛИТМО., 1977. 28 с.

Боковой зазор j n между неработающими профилями зубьев сопряженных колес определяют в сечении, перпендикулярном направлению зубьев, в плоскости, касательной к основным цилиндрам (рисунок 36). Этот зазор необходим для устранения заклинивания при нагреве передачи (температурная компенсация), размещения слоя смазки, а также для компенсации погрешностей изготовления и сборки. Боковой зазор приводит к появлению при реверсировании передач мертвого хода, величину которого ограничивают для уменьшения ударов по нерабочим профилям зубьев. Теоретическая зубчатая передача является двухпрофильной и беззазорной (j n = 0). Реальная передача должна иметь боковой зазор.

Минимальная величина бокового зазора j n min определяет вид сопряжения зубьев. Стандартами предусматривается шесть видов сопряжения: А (с увеличенным гарантированным зазором j n min для 3-12 степеней точности), В (с нормальным гарантированным зазором, 3-11), С, D (с уменьшенным j n min , 3-9, 3-8), Е (с малым j n min , 3-7), Н (нулевым j n min , 3-7).

Установлено восемь видов допусков Тj n бокового зазора (при этом Тj n =

j n min - j n max): h, d, c, b, a, z, y, x. Допуски расположены в порядке возрастания. Видам сопряжения Н и Е соответствует вид допуска h, видам сопряжения D, С, В, А – соответственно d, c, b , a. Допускается по технологическим или иным соображениям менять соответствие видов сопряжения и допуски бокового зазора, используя также виды допуска z, y, x (см. рисунок 36).

Установлено шесть классов отклонений межосевых расстояний, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от 1 до Y1. Гарантированный боковой зазор обеспечивается при соблюдении установленных для данного вида сопряжения классов отклонений межосевого расстояния (Н, Е –II класс, D, C, B, A – III, IY, Y, YI классы).

Минимальный боковой зазор j n min должен учитывать температурную компенсацию j nt и слой смазки  см:

j n min = j nt +  см. (3.156)

Рисунок 36 – Боковой зазор в зубчатой передаче

Необходимую температурную компенсацию можно рассчитать, зная температуру колеса t кол и корпуса передачи t пер и учитывая, что боковой зазор j n измеряют под углом профиля :

t = a w [ кол (t кол – 20 0) -  кор (t кор – 20 0)],

где w – межосевое расстояние,  I – коэффициенты линейного расширения ( кол – колеса,  кор – корпуса).

Учитывая, что толщина смазки должна составлять от 0,01 до 0,03 модуля, получим, что минимальный (гарантированный) боковой зазор j n min должен быть равен

j n min = (0,01  0,03) m + a w [(( кол (t кол –20 0) -  пер (t пер – 20 0) 2sin (3.157)

Сопряжение вида В гарантирует боковой зазор, при котором исключается заклинивание зубьев передачи от нагрева при разности температур колес и корпуса 25 0 С (см. рисунок 36).

Как следует из сказанного, вид сопряжения зубьев назначается расчетным или опытным путем независимо от степеней точности. Допустимые погрешности изготовления или монтажа зубчатой передачи, зависящие от степеней точности, сказываются на максимальной величине бокового зазора.

Существуют три метода обеспечения бокового зазора: регулирование расстояния между осями передачи, применение при изготовлении специального инструмента с утолщенными зубьями и метод радиального смещения исходного контура рейки зубонарезного инструмента.

Первый метод практически не применяют, т.к. перемещение рабочих валов для получения бокового зазора приводит к уменьшению активной части профиля и коэффициента перекрытия; этот метод невозможен при нескольких парах сопряженных зубьев, сидящих на двух параллельных валах, так как отрегулированный боковой зазор одной пары шестерен дает неприемлемые значения для остальных пар шестерен.

Второй метод получения “тонких” зубьев шестерен за счет увеличения толщины режущих зубьев инструмента (фрез, реек и т.д.) ведет к увеличению номенклатуры и удорожанию инструмента.

Третий метод получил преимущественное распространение, так как использует стандартный инструмент и позволяет обеспечивать любые боковые зазоры за счет дополнительного смещения зубонарезного инструмента в “тело” заготовки. Наименьший боковой зазор создается за счет уменьшения толщины зуба по постоянной хорде Е с методом радиального смещения исходного контура на величину Е Н. Дополнительное уменьшение толщины зуба по хорде на величину допуска Т с происходит за счет допуска на смещение исходного контура Т Н, что вызывает соответствующее увеличение бокового зазора. Зависимости, характеризующие изменение бокового зазора от смещения исходного контура и утонения зуба показана на рисунке 36:

j n min = 2 Е Н sin; (3.158)

E C = 2E H tg. (3.159)

Таким образом, боковой зазор определяется смещением исходного контура Е Н, межосевым расстоянием а (для него установлены отклонения f a), толщиной зуба на делительной окружности или постоянной хордой зуба

При наличии радиального биения F r толщины зубьев не остаются постоянными, но изменяются с приближением и удалением к ведущему колесу, поэтому Т Н  F r:

Т Н = 1,1 F r + 20. (3.160)

Боковой зазор состоит из гарантированного бокового зазора j n min и бокового зазора j n 1 для компенсации погрешности изготовления и монтажа (1 и 2 – колесо и шестерни):

j n min + j n1 = (Е Н 1 + Е Н 2)2 sin. (3.161)

Принимая смещение колеса и шестерни приблизительно одинаковыми

Е Н 1  Е Н 2  Е Н, получим ( = 20 0):

Боковой зазор j n 1 учитывает отклонения межосевого расстояния f a , шага зацепления f p в двух колес, отклонения направления F  двух колес, отклонения от параллельности f x и перекоса осей f у, j n 1 равен при квадратичном суммировании:

Наибольший боковой зазор является замыкающим звеном сборочной размерной цепи, составляющими звеньями которой будут отклонения межосевого расстояния и смещения исходных контуров:

j n max = j n min + (Т Н 1 + Т Н 2 + 2f a) 2sin. (3.164)

Учитывая производственные потребности, для характеристики бокового зазора применяют следующие показатели:

наименьшее смещение исходного контура Е Н (допуск Т Н );

наименьшее отклонение толщины зуба Е С (допуск Т С = 0,73 Т Н );

наименьшее отклонение средней длины общей нормали Е wm (допуск Т wm );

наименьшее отклонение длины общей нормали Е w (допуск Т w );

предельные отклонения измерительного межосевого расстояния  Е а`` (+ E a `` s и -Е а`` I ).

Нормаль W – расстояние между разноименными боковыми поверхностями группы (2, 3 и т.д.) зубьев.

Измерительное межосевое расстояние – расстояние беззазорного сопряжения зубьев контролируемого колеса и измерительного колеса; E a `` s =
(колебание измерительного расстояния на одном зубе); E a `` I = -Т Н.

При разработке чертежей зубчатых колес, корпусов редукторов, приводов и т.д. применяются показатели w (E w , T w), S c (E c , T c), f a (рисунок 36).

При контроле зубчатых колес используют комплексы показателей, которые установлены для различных степеней точности. Комплексы контроля являются равноправными, но не равноценными. Первый из них (для каждой нормы, образованный одним комплексным показателем, дает наиболее полную оценку точности колеса). Каждый последующий характеризует значительную долю основной погрешности или отдельные ее части.

Выбор того или иного комплекса контроля зависит от назначения и точности зубчатых колес и передач (принцип инверсии), их размеров, практики контроля, объема и условий производства и др. Для выбранного комплекса на чертеже зубчатого колеса с нестандартным исходным контуром указывают необходимые допуски и отклонения и колесо контролируют по всем параметрам.

В чертежах зубчатых колес со стандартным исходным контуром (рисунок 37), показатели комплекса конструктор не указывает; эти показатели назначаются технологическими службами.

Контроль зубчатых колес может быть приемочный, профилактический и технологический.

Приемочный контроль – контролируют показатели комплекса.

Профилактический – отладка технологических процессов и выявление причин брака.

Для контроля кинематической точности используют приборы для измерения кинематической погрешности колес, измерительного межосевого расстояния, накопленной погрешности шагов, радиального биения, колебания длины общей нормали, погрешности обката.

При контроле плавности работы применяют приборы для измерения местной кинематической и циклических погрешностей, шага зацепления, погрешности профиля, отклонений углового шага.

При контроле полноты контакта применяют приборы для измерения суммарного пятна контакта, осевого шага, направления зуба, погрешности формы и расположения контактной линии.

При контроле бокового зазора измеряют приборами смещение исходного контура, отклонение измерительного межосевого расстояния, отклонение средней длины общей нормали, толщину зуба (в том числе штангензубомерами).

Рисунок 37 – Зубчатое колесо

О П И С А Н И Е 359500

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16.VI.1970 (№ 1449690i25-28) с присоединением заявки №

М. Кл. G 01Ь 5/14

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

А. Ю. Лядов и В. С. Корепанов

Алтайский моторный завод

Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ БОКОВОГО ЗАЗОРА

Изобретение относится к области контроля в машиностроении, а именно к определению бокового зазора в зубчатом зацеплении для случаев размещения зубчатых колес в разъединяющихся корпусах, плоскость разъединения которых не проходит через оси сопрягаемых колес.

Существует ряд способов для определения величины бокового зазора в зубчатом зацеплении, заключающихся в измерении геометрических параметров элементов зацепления с последующим расчетом величины бокового зазора.

Недостатком известных способов является невозможность определить предлагаемый боковой зазор в зубчатых колесах до соединения частей корпуса между собой — этим обусловливается высокая трудоемкость подбора и регулировки величины бокового зазора, так как требуется многократная сборка-разборка с подбором соединяемых узлов.

Целью настоящего изобретения является создание такого способа получения величин, составляющих боковой зазор, который позволил бы уменьшить трудоемкость сборки колес зубчатого зацепления.

Для этой цели замеряют величины отклонения профиля впадины зубчатого колеса относительно общей плоскости разъема одного из корпусов от расчетного, затем замеряют величину отклонения профиля впадины относительно общей плоскости разъема второго из корпусов от расчетного, а величину бокового зазора определяют как произведение алгебра5 ической суммы замеренных величин отклонений размеров от расчетных, умноженное на синус угла зацепления по формуле; S=2a sinn, где S — величина бокового зазора; а — угол зацепления зубчатых колес; а — алгебраическая сумма отклонений размеров от расчетных.

Процесс определения бокового зазора поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображен один из сопрягаемых

15 узлов с зубчатым колесом и измерительным элементом; на фиг. 2 изображен второй из сопрягаемых узлов со вторым колесом и измерительным элементом.

Н, — теоретический, расчетный размер от общей плоскости разъединения корпусов до положения зажимаемого измерительным элементом 1 во впадине зубчатого колеса 2;

Но, — действительный размер от общей плоскости разъединения корпусов до положения, занимаемого измерительным элементом 1 во впадине зубчатого колеса 2; а, — величина отклонения в расположен30 ном профиле впадины зубчатого ко359500 аз = ̈́— Н, Ф1/д. f

Изд. Иа 1787

Подписное

Заказ 3968/1

Типография, пр. Сапунова, 2 леса 2 относительно общей плоскости разъема корпусов; определяется по формуле: а,=Н,— На, Нр, — теоретический, расчетный размер от общей оси разъединения корпусов до положения, занимаемого измерительным элементом 1 во впадине зубчатого колеса 8; 10

Нв, — действительный размер от общей плоскости разъединения корпусов до положения, занимаемого измерительным элементом 1 во впадине зубчатого колеса 3; 15

a> — величина отклонения в расположении профиля впадины зубчатого колеса 8 относительно общей плоскости разьема корпусов; определяется по формуле: гю

Таким образом, общая сумма отклонений двух замеров составляет:

Определение величины бокового зазора в зубчатом зацеплении осуществляется следующим образом.

Вначале определяют по чертежу расчетные величины Н, и Н, затем измерительным устройством определяют их действительные величины На, и На„после чего находят соответствующие отклонения а> и а, а зазор определяют по формуле:

5 = 2аяпа, где $ — величина бокового зазора, а — сумма отклонений двух замеров, сс — угол зацепления зубчатой передачи.

П р едм ет изобретения

Способ определения величины бокового зазора в зубчатом зацеплении, заключающийся в том, что измеряют геометрические параметры элементов зацепления и расчетом определяют величину бокового зазора, отличающийся тем, что, с целью получения величин, составляющих боковой зазор в зубчатом зацеплении с зубчатыми колесами, размещенными в разъединяющихся корпусах, плоскость разьединения которых не проходит через оси сопрягаемых зубчатых колес, замеряют величину отклонения расположения профиля впадины зубчатого колеса относительно общей плоскости разъема одного из корпусов от расчетного, затем замеряют величину отклонения профиля впадины относительно общей плоскости разъема второго из корпусов от расчетного, а величину бокового зазора определяют как произведение алгебраической суммы замеренных величин отклонений размеров от расчетных, умноженное на синус угла зацепления по формуле.

Немного о методах измерения толщины зуба.

В большинстве зубчатых передач для правильной работы необходимо обеспечить боковой зазор. В передачах с регулируемыми осями зазор может настраиваться изменением межосевого расстояния. В передачах с постоянным межосевым расстоянием зазор обеспечивается при нарезании зубьев колёс. Для этого на параметр, характеризующий толщину зуба, задаётся поле допуска с двумя минусами. Таким образом в передаче гарантируется некий зазор между j nmin зубьями. Величина бокового зазора и допуск на боковой зазор (толщину зуба) задаётся в виде сопряжния (А, B, C, D, E, H). А - самый грубый вид сопряжения, Н - самый точный вид сопряжения (минимальный гарантированный зазор равен нулю). Вид сопряжения указывается в степени точности колеса (например, 8-В)

Существует несколько разных геометрических параметров, которыми можно выразить толщину зуба и следовательно боковой зазор в передаче:

• толщина зуба по хорде S c ;
• длина общей нормали W ;
• размер по шарикам M ;
• смещение исходного контура E H ;
• межосевое расстояние в беззазорном зацеплении с колесом-эталоном;

Эти параметры в пределах одного колеса связаны строгими геометрическими отношениями. Т.е. зная один параметр можно вычислить любой другой. Формулы приводить здесь не буду. Все требуемые расчёты есть в ГОСТ 16532-70 "Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии" и в различных программах.

для измерения косозубых колёс используются шарики

Преимущества:

• измерения проводится универсальными приборами для измерения длин (штангенциркуль, микрометр) и шариками/роликами диаметр которых можно достаточно легко проконтролировать;
• удобно измерять мелкомодульные колёса;
• измерение не требует никаких баз. Базирование происходит непосредственно по эвольвентным поверхностям зубьев;
• возможность измерения не ограничена геометрическими параметрами колеса.

Недостатки:

• на результат измерения влияет точность профиля зуба;
• измерение показывает среднее арифметическое толщин противоположных зубьев, т.е. не полностью выявляет радиальное биение венца

Изменено 26 декабря 2011 пользователем tmpr