6

Затем для номинального наружного D(d)=16 мм и шага Р=2 мм из [6, С. 162…165] необходимо определить предельные отклонения диаметров резьбы гайки М16 6Н и нанести их на рис. 7.4:

наружный ESD – не нормируется, EJD = 0;

средний ESD2 = +212 мкм, EJD2 = 0;

внутренний ESD1 = +375 мкм, EJD1 = 0. Аналогично из [6, С. 153…161] – для болта М16 6е:

наружный esd = -71 мкм, eid = -351 мкм; средний esd2 = -71 мкм, eid2 = -231 мкм;

внутренний esd1 = -71 мкм, eid1 – не нормируется. Вычислим предельные значения диаметров резьбы гайки: наружный Dmax – не нормируется,

Dmin = D+EJD = 16+0 = 16 мм;

средний D2 max = D2+ESD2 = 14,701+0,212 = 14,913 мм, D2 min = D2+EJD2 = 14,701+0 = 14,701 мм;

внутренний D1 max = D1+ESD1 = 13,835+0,375 = 14,210 мм; D1 min = D1+EJD1 = 13,835+0 = 13,835 мм.

Предельные размеры болта не должны выходить за границы:

наружный dmax = d - esd = 16-0,071 = 15,929 мм, dmin = d - eid = 16-0,351 = 15,649 мм;

средний d2 max = d2 - esd2 = 14,701-0,071 = 14,630 мм, d2 min = d2 - eid2 = 14,701-0,231 = 14,470 мм; внутренний d1 max = d1 - esd1 = 13,835-0,071 = 13,764 мм,

d1 min – не нормируется.

Проиллюстрируем методику измерения параметров на примере контроля наружной резьбы болта, которая подробно описана в

[18].

Действительные значения наружного dизм и внутреннего d1 изм диаметров определяют, например, при помощи малого инструментального микроскопа ММИ-2 и сравнивают их с соответствующими предельными величинами.

Затем на этом же микроскопе измеряют шаг Р и половину угла профиля /2, вычитают из них номинальные значения и получают погрешности Р и /2.

Средний измеренный диаметр болта d2 изм можно также определить на микроскопе ММИ-2 или получить методом “трех проволочек” с помощью микрометра.

Далее по формуле рассчитывается приведенный средний диаметр болта d2 пр и сравнивается с допускаемыми пределами:

121

d2 пр = d2 изм + 1,732 + 0,36 /2.

По точности изготовления гайка и болт считаются годными, если все их действительные размеры находятся между предельно допустимыми значениями или равны им.

Контроль параметров внутренних резьб (гаек) является еще более трудоемким и частично рассмотрен в [1].

Дополнительный материал по этому вопросу содержится в

[1, С. 295…301].

8. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ЗУБЧАТЫХ СОЕДИНЕНИЙ

8.1. Основные требования к зубчатым передачам

Рассмотрим взаимозаменяемость, методы и средства контроля эвольвентных зубчатых передач, получивших наибольшее распространение в технике.

Эвольвентный профиль зуба получают в результате обкатывания без скольжения заготовки шестерни зуборезным инструментом.

При этом профиль и геометрические параметры зубьев должны соответствовать ГОСТ 13755-81.

По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчетные; скоростные; си-

ловые и общего назначения.

1.К отсчетным относят зубчатые передачи измерительных приборов (микроскоп, индикатор часового типа и т.д.), делительных механизмов металлорежущих станков и т.д.

Как правило, указанные передачи работают при небольших нагрузках и скоростях (до 6 м/с). Зубчатые колеса имеют малый модуль и такую же длину зуба.

Основным эксплуатационным показателем отсчетных передач является высокая кинематическая точность, т.е. согласованность углов поворота ведущего и ведомого зубчатых колес в передаче.

Для реверсивных отсчетных передач существенное значение имеет боковой зазор между зубьями шестерен в передаче и колебание этого зазора.

2.Скоростными являются зубчатые передачи двигателей и коробок передач автомобилей, редукторов и других механизмов.

122

Они работают при высоких скоростях (до 120 м/с) и достаточно большой передаваемой мощности (до 40 МВт). В основном это передачи с зубчатыми колесами средних размеров.

Основной эксплуатационный показатель скоростных передач - плавность работы, т.е. отсутствие вибрации и бесшумность. Данные требования достигаются при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев.

3.К силовым относят зубчатые передачи в грузоподъемных, землеройных, строительных и дорожных машинах и конвейерах.

Они передают значительные крутящие моменты при небольших скоростях. Колеса таких передач изготавливают с большими модулем и длиной зуба.

Основное требование к силовым передачам – получение наибольшей площади контакта боковых поверхностей зубьев.

4.Передачи общего назначения образуют отдельную группу, к которой не предъявляются повышенные эксплуатационные требования ни по одному из рассмотренных выше направлений.

Обозначение и наименование параметров эвольвентного зацепления даны в ГОСТ 16530-70 и ГОСТ 16531-70.

Рассмотрим те из них, которые будут использованы в данном подразделе.

Модуль представляет собой толщину зуба по делительной окружности зубчатого колеса. Стандартные значения модулей зубчатых колес цилиндрических передач приведены в [6, С. 308].

Шестерней называется зубчатое колесо передачи с меньшим

числом зубьев Z1, колесом – с большим числом зубьев Z2 , т.е. Z1 < Z2. При одинаковом числе зубьев Z1 = Z2 шестерней является ведущее зубчатое колесо, а колесом – ведомое.

Делительной называется окружность d зубчатого колеса, на которой модуль получается стандартным.

Она является базовой для определения элементов зубьев и их размеров.

Более подробные сведения по этому подразделу отражены в

[1, С. 302…303; 2, С. 177…181].

123

8.2. Выбор степеней точности цилиндрических зубчатых передач

Система допусков цилиндрических зубчатых передач по ГОСТ 1643-81 распространяется на эвольвентные передачи внешнего и внутреннего зацепления с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями, диаметром делительной окружности до 6300 мм, шириной зубчатого венца или полушеврона до 1250 мм и модулем зубьев от 1 до 55 мм.

Точность изготовления зубчатых колес и передач задают со-

ответствующей степенью точности.

Установлено 12 степеней точности, обозначенных в порядке ее понижения цифрами от 1 до 12.

Степени 1 и 2 пока не имеют установленных норм и являются резервом. Степени точности 3…5 используют при изготовлении зубонарезного инструмента и в передачах прецизионных машин и механизмов.

Степени точности 6, 7 применяют в ответственных узлах автомобилей и самолетов, 8, 9 степени – в механизмах средней точности, 10…12 – в малоответственных передачах.

Для каждой степени точности установлены и раздельно контролируются независимые нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев.

Данные нормы относятся к окончательно изготовленным зубчатым колесам и передачам. Точность заготовок шестерен при этом не нормируется.

При выборе степеней точности используются следующие ме-

тоды: расчетный, опытный, табличный.

Расчетный метод является наиболее предпочтительным, но и трудоемким. При его применении требуемая степень точности определяется на основе кинематического расчета передачи, расчета динамики, вибраций или шумовых явлений, а также расчета на прочность и долговечность по нормам контакта зубьев.

Опытный метод выбора степеней точности выбирается при проектировании новых передач.

Табличный метод заключается в использовании обобщенных таблиц, в которых содержатся рекомендуемые значения степеней точности в зависимости от области применения передачи и скорости вращения шестерен (табл. 8.1, 8.2) или [6, С. 328...331].

124

Таблица 8.1

Степени точности, применяемые в зубчатых передачах машин

При выборе степеней точности необходимо использовать принцип их комбинирования, т.е. для конкретной передачи в зависимости от ее назначения устанавливать различные степени: по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев.

Это позволяет конструктору обеспечивать более высокую точность изготовления шестерен по одним параметрам и менее высокую – по другим.

Известно, что отделочные операции существенно повышают определенные нормируемые показатели.

Например, шлифование зубьев увеличивает кинематическую точность, шевингование – плавность работы, а притирка и приработка – площадь контакта боковых поверхностей зубьев в соединении.

В результате производство зубчатых передач становится проще и экономичнее, но показатели качества самих изделий при этом не снижаются.

По кинематической точности необходимая степень выбирает-

ся из табл. 8.1, 8.2.

Нормы плавности выбираются точнее на две или на одну грубее, чем степень кинематической точности.

125

Таблица 8.2

Условия выбора степеней точности цилиндрических зубчатых передач

2.Степеньточностипонормамплавностиработы можетбытьнаоднуступеньгрубее.

3.Степеньпонормамкинематическойточностиможетбытьнаоднуступеньгрубее.

126

Нормы контакта зубьев могут назначаться по любым степеням, более точным, чем нормы плавности или одну степень грубее норм плавности.

Для узлов автомобиля, например, важным является не кинематическая точность зубчатых передач, а плавность работы и контакт зубьев.

Поэтому степени точности выбираются и записываются соответствующим образом: 8-7-7 или 7-6-6.

Для лучшего усвоения приведенных данных смотри

[1, С. 303…304, 319…321; 2, С. 181…186].

8.3. Нормируемые показатели для контроля цилиндрических зубчатых колес и передач

Зубчатые колеса являются элементом механизма, кинематическая точность, плавность работы и долговечность которого зависят от погрешностей изготовления шестерен и точности расположения осей валов в корпусе.

Поэтому в системе допусков нормируемые показатели разработаны для контроля точности отдельных зубчатых колес и для передач в целом.

Шестерни проверяют различными методами, для чего разработано несколько равнозначных вариантов контролируемых параметров (рис. 8.1).

Нормируемые показатели устанавливает предприятие в зависимости от применяемой технологии, размеров колес, требуемой точности, объема производства, наличия измерительных средств и принятой в данной отрасли системы контроля зубчатых передач.

Заказчик не вправе отклонять выбранные изготовителем стандартные показатели или комплексы и требовать их замены.

Оценка по комплексному показателю более предпочтительна, так как она ограничивает определенную суммарную погрешность

данного вида (например: Fior' ; fzkor и суммарное пятно контакта) каждого колеса или передачи в целом, а не отклонения отдельных элементов, которые, взаимодействуя, могут усиливаться или, наоборот, частично компенсироваться.

Однако в цеховых условиях комплексные параметры применяют не всегда из-за их ограниченного числа и низкой производительности соответствующих СИ.

127

Рис. 8.1. Система допусков цилиндрических зубчатых передач

Для контроля кинематической точности колес и передач установлены следующие нормируемые показатели:

1)наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса Fi' r и передачи Fi' or ;

2)накопленная погрешность шага по зубчатому колесуFpr ;

3)накопленная погрешность k шагов Fpkr ;

4)радиальное биение зубчатого венца Frr ;

5)колебание длины общей нормали Fvwr ;

6)погрешность обката Fcr ;

7)колебание измерительного межосевого расстояния за обо-

рот зубчатого колеса Fi''r .

Показатели кинематической точности цилиндрических зубчатых колес и передач назначаются в зависимости от степени точно-

128

сти из [6, С. 314]; их числовые значения приведены там же, на с. 317…319.

Для оценки плавности работы колес и передач предназначены следующие показатели:

1)местная кинематическая погрешность зубчатого колеса fi' r

ипередачи fi' or ;

2)циклическая погрешность зубчатого колеса fzkr и передачи

fzkor ;

3)отклонение шага зацепления fPbr ;

4)погрешность профиля зуба ffr ;

5)отклонение углового шага зубчатого колеса fPtr ;

6)колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе fi''r .

Показатели плавности работы цилиндрических зубчатых колес и передач в зависимости от степени точности выбираются из

[6, С. 316], а их величины – на С. 320…322.

Полноту контакта зубьев в собранной передаче рекомендуется оценивать следующими показателями:

1)непараллельность осей fxr ;

2)перекос осей fyr;

3)суммарное пятно контакта - часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (например, следы краски) в собранной передаче после вращения под нагрузкой;

4)мгновенное пятно контакта - определяется после поворота колеса в собранной передаче на один оборот;

Для зубчатых колес предусмотрены следующие нормируемые показатели контакта зубьев:

1)отклонение осевых шагов по нормали FPxnr ;

2)отклонение шага зацепления FPbr ;

3)погрешность направления зуба F r ;

4)суммарная погрешность контактной линии Fkr .

129

Показатели контакта зубьев для цилиндрических зубчатых передач и колес в зависимости от степени точности следует назначать из [6, С. 316], а их численные значения - на С. 323…324.

Показатели, определяющие гарантированный боковой зазор, приведены в [6, С. 335], а величины – на С. 336…347:

1)предельное отклонение межосевого расстояния (для передач с нерегулируемым расположением осей) far ;

2)наименьший гарантированный боковой зазор (для передач с регулируемым расположением осей) jn min ;

3)наименьшее дополнительное смещение исходного контура зубчатого колеса Eнs;

4)наименьшее отклонение средней длины общей нормали

EWms;

5)наименьшее отклонение длины общей нормали EWs;

6)наименьшее отклонение толщины зуба Ecs;

7)верхнее предельное отклонение измерительного межосевого расстояния Е"as.

Контроль колес и передач по всем нормируемым показателям допускается не производить, если изготовитель гарантирует выполнение требований стандартов.

Средства для измерения нормируемых параметров цилиндрических зубчатых колес указаны в справочнике [6, С. 325].

Дополнительный материал по этому вопросу содержится в

[1, С. 304…315, 321…323; 2, С. 181…183, 186…200].

8.4.Боковой зазор и виды сопряжений зубьев колес

впередаче

Теоретически эвольвентное зацепление зубчатых колес в передаче является беззазорным.

Реально же эти передачи могут работать только при наличии гарантированного бокового зазора jn min между нерабочими по-

верхностями сопряженных зубьев (рис. 8.2).

130