Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрические зубчатые передачи

Цилиндрические зубчатые передачи.

Зубчатые колеса при изготовлении контролируют по элементам, определяющим правильность зацепления (толщина зуба, шаг, радиальное биение зубчатого венца, правильность эвольвенты и т. д.) или комплексно путем проверки колеса в двух- или однопрофильном зацеплении с эталонной шестерней. В последнем случае определяют кинематическую точность передачи, плавность хода, боковой зазор в зацеплении и контакт зубьев. Проверяемое колесо приводят во вращение эталонной шестерней сначала в одну, потом в другую сторону при легком торможении колеса. Самопишущий прибор регистрирует на профилограмме отклонения хода колеса по сравнению с точным контрольным колесом, в свою очередь, сцепленным с эталонной шестерней.

Показателем кинематической точности является величина ΔF максимального колебания угловой скорости колеса за один оборот (рис. 649). Эта ветчина отражает главным образом биение делительного цилиндра относительно базовых поверхностей колеса (цапф, посадочных отверстий).

Профилограмма зацепления

Показателем плавности работы является среднеарифметическое значение циклических погрешностей за один оборот колеса

Показателем плавности работы является среднеарифметическое значение циклических погрешностей за один оборот колеса

суммарно отражающее погрешности толщины зубьев, шага и эвольвент.

Изменение бокового зазора по углу поворота изображается расстоянием с между крайними точками профилограмм правого и левого вращения, отстоящих друг от друга на расстоянии с0, равном среднему зазору.

Контакт между зубьями проверяют нанесением тонкого слоя краски (например, берлинская лазурь) на зубья эталонной шестерни и измерением отпечатков (пятен контакта) на зубьях проверяемого колеса. Разновидность способа — нанесение на зубья проверяемого колеса слоя копоти и измерение светлых пятен, получающихся на зубьях после проворачивания.

Контакт характеризуют относительные размеры пятен (рис. 650, а):

по длине зуба

Cilindr zub kolesa 3

по высоте зуба

Cilindr zub kolesa 4

где а — средняя длина пятен (за вычетом разрывов); В — ширина зуба; h — средняя высота пятен; H — высота зуба.

Контакт характеризуют относительные размеры пятен

Смещение пятен к головке зуба (вид б) свидетельствует об уменьшенном диаметре начального цилиндра; смещение к ножке (вид А) — об увеличенном диаметре. Сосредоточение контакта у кромок (вид г) указывает на клиновидность или перекос зубьев.

ГОСТ 1643—81 предусматривает 12 степеней точности изготовления колес (1-я степень — высшая, 12-я — низшая точность). Для каждой степени установлены нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев колес и передач. Выбор степени точности зависит от назначения и условий работы колеса. Для высокооборотных передач наибольшее значение имеют кинематическая точность и плавность работы; для тежелонагруженных колес — размеры и расположение пятен контакта. Колеса передач общего назначения обычно изготовляют по 7-й или 8-й степени точности.

Индивидуальная проверка любого вида (поэлементная или комплексная) не вполне определяет работоспособность колес в узле. На работу передачи, помимо неточностей, регистрируемых приборами, влияют погрешности межосевых расстояний в корпусе, неточности выполнения опор корпуса (несоосность и перекосы) и погрешности парного колеса. Кроме того, при работе под нагрузкой существенно изменяются характеристики хода и контакта в результате упругой деформации зубьев и ободьев колес. Нагрев при работе заметно изменяет боковой зазор в зацеплении.

Как правило, колеса нагреваются при работе больше, чем корпус. Если корпус выполнен из чугуна (коэффициент линейного расширения которого примерно такой же, как у стали), то при нагреве зазор уменьшается. Если корпус сделан из легких сплавов, коэффициент линейного расширения которых значительно больше, чем у стали, то боковой зазор в зацеплении может увеличиться.

Пример. Рассчитать боковой зазор для чугунного корпуса (α = 11·10–6) и для корпуса из алюминиевого сплава (α = 25·10–6). Дано: рабочая температура колеса 100°С, корпуса 50°С. Межосевое расстояние 200 мм.

При нагреве боковой зазор в зацеплении изменяется на величину

При нагреве боковой зазор в зацеплении изменяется на величину

где Δаw — разность увеличения межосевого расстояния и радиусов колес; α — угол зацепления (для стандартного зацепления α = 20°; tg α = 0,365).

Для чугунного корпуса

Cilindr zub kolesa 7

т. е. зазор заметно уменьшается.

Для алюминиевого корпуса

Cilindr zub kolesa 8

т. е. зазор незначительно увеличивается.

Возможные колебания зазора в результате неточности выполнения межосевого расстояния определяются из соотношения

Возможные колебания зазора в результате неточности выполнения межосевого расстояния

где Δ'аw — допуск на межосевое расстояние.

При обычной точности (Δ'аw = ±0,05 мм)

Cilindr zub kolesa 10

Таким образом, в неблагоприятном случае (чугунный корпус, межосевое расстояние, выполненное по минусовому допуску) зазор в зацеплении может стать меньше номинального на 0,04 + 0,018 ≈ 0,06 мм.

Большинство факторов, влияющих на работу колес, за исключением тепловых, учитывают поверочным определением зазора в контакте между зубьями в парной установке колес в корпусе.

Зазор чаще всего проверяют щупом, заводимым в промежутки между зубьями, при нескольких положениях колес (в пределах одного оборота большого колеса). При этом способе необходим свободный подход к участку зацепления. Если подход затруднен, то зазор определяют при покачивании одного из колес (другое неподвижно закреплено) и измеряют индикатором, ножку которого приставляют к одному из доступных зубьев в направлении, касательном к окружности начального цилиндра. Измерения проводят при нескольких угловых положениях колеса.

В труднодоступных конструкциях зазор измеряют индикатором по стрелке, закрепленной на свободном конце вала колеса. Зазор в зацеплении находит умножением измеренных величин на отношение радиуса делительного цилиндра к плечу замера.

Для грубой проверки между зубьями пропускают свинцовую пластинку, толщину которой затем измеряют на участках, соответствующих зонам зацеплении.

Минимальный зазор, определенный одним из описанных способов, должен превышать в среднем не менее чем на 0,05 мм возможное уменьшение зазора при нагреве.

ГОСТ 1643—81 устанавливает для каждой степени точности свои нормы зазоров. Для передач средней точности общего назначения зазор можно определять из выражения

Cilindr zub kolesa 11

где m — модуль зацепления.

Контакт зубьев проверяют с помощью краски. Проверка является полноценной только в том случае, если ее проводят под нагрузкой, равной рабочей нагрузке.

Возможности регулирования параметров зацеплении для цилиндрических зубчатых колес весьма ограниченны. Если проверка обнаруживает недостаточность зазора или неудовлетворительность контакта, то единственным способом получения нужных параметров практически является индивидуальный подбор колес, что усложняет сборку, поэтому при проектировании зубчатых колес важно выбрать степень точности изготовления колес, допуски на размеры и форму опор с таким расчетом, чтобы без излишнего усложнения производства обеспечить взаимозаменяемость колес.

В целях увеличения долговечности и улучшения прирабатываемости зубьям парных колес обычно придают разную твердость: зубья шестерен калят, цементируют (HRC 58—62) или азотируют (HV 1000—1200), а колеса подвергают улучшению (HRC 30—35) или закалке со средним отпуском (HRC 40—45). В таких передачах шестерни следует делать большей ширины, чем колеса (рис. 651, в), с таким расчетом, чтобы зубья шестерни перекрывали зубья колес при всех возможных колебаниях осевого положения. Если ширина шестерен и колес одинакова (вид а), то при смещении колес (в результате производственных и монтажных неточностей) происходит ступенчатая выработка более мягких зубьев (вид б) и, как следствие, нарушается правильное зацепление при последующих изменениях осевого положения колес.

Установка зубчатых колес