Зубчатые передачи

Министерство образования Российской Федерации

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт нефти и газа

Кафедра "Станки и инструменты"

Реферат
по дисциплине
"Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость"

на тему: "Зубчатые передачи"

Выполнил: студент группы МОП 98-2 Коротков П.Н.

Проверил: старший преподаватель Шабалин А.А.

г. Тюмень,

2001 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчётные, скоростные, силовые и общего назначения.

К отсчётным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счётно-решающих механизмов и т.п. В большинстве случаев колёса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отчётных передач является высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колёс передачи. Для реверсивных отсчётных передач весьма существенное значение имеет боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолётов и др. Окружные скорости зубчатых колёс таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до 40 МВт). Их основной эксплуатационный показатель - плавность работы, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжело нагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота контакта зубьев. Колёса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т.п.

К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестерённых клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колёса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное точное требование к ним - обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требований по точности.

2. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ

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

Кинематической точностью передачи F_К.П.П. называют разность между действительнымj₂ и номинальным j₃ углами поворота ведомого зубчатого колеса 2 (рис. 2.1.) передачи, выраженную в линейных величинах длиной дуги его делительной окружности, т.е. F_К.П.П. =(j₂ -j₃ )´r, где r - радиус дели­тельной окружности ведомого колеса; j₃ =j₁ ´z₁ /z₂ ; j₁ – действительный угол поворота ведущего колеса; z₁ и z₂ – числа зубьев соответственно ведущего 1 и ведомого 2 колёс. Наибольшая кинематическая погрешность передачи F'_ir определяется наибольшей алгебраической разностью значений кинематичес­кой погрешности передачи за полный цикл изменения относи­тельного положения зубчатых колёс.

Кинематической погреш­ностью зубчатого колеса F_{К.П. П.} называют разностьмежду дей­ствительным и номинальным (расчётным) углами поворота зубчатого колеса на его рабочей оси, ведомого точным (измери­тельным) колесом при нормаль­ном взаимном положении осей вращения этих колёс; её выра­жают в линейных величинах дли­ной дуги делительной окружнос­ти (рис.2.2.). Под рабочей осью понимают ось колеса, вокруг ко­торой оно вращается в передаче. При назначении требований к точности колеса относительно другой оси (например, оси отвер­стия), которая может не совпа­дать с рабочей осью, погреш­ность колеса будет другой, что необходимо учитывать при уста­новлении точности передачи. Все точные требования установлены для колёс, находящихся на рабо­чих осях.

Наибольшая кинематичес­кая погрешность зубчатого колеса F'_ir – наибольшая алгебраическая разность значений кинематической погрешности зубчатого колеса в пределах угла j_полн полного оборота (см. рис. 2.2.). Эта погрешность ограничивается допус­ком на кинематическую погрешность колеса F'_i (значения в стандарте не при­ведены). Допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса F'_i сле­дует определять как сумму допуска на накопленную погрешность шага ко­леса F_p в зависимости от степени по нормам кинематической точности и до­пуска на погрешность профиля зуба f_f , назначаемого в зависимости от сте­пени точности по нормам плавности. Допускается нормировать кинемати­ческую погрешность колеса на k шагах – F'_ikr . Эта погрешность ограничива­ется допуском F'_ik .

Если кинематическая погрешность колёс при контроле их на рабочей оси не превышает допускаемых значений и требование селективной сборки не выдвигается, то контроль кинематической точности передачи не обязате­лен. Если контролируемая кинематическая точность передачи соответствует требованиям стандарта, то контроль кинематической точности колёс не обя­зателен.

3. ПЛАВНОСТЬ РАБОТЫ ПЕРЕДАЧИ

Эта характеристика передачи определяется параметрами, погрешности которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого колеса и также составляют часть кинематической погрешности. Аналитически или с помощью анализаторов кинематическую погрешность можно представить в виде спектра гармонических составляющих, амплитуда и частота которых зависят от характера составляющих погрешностей. Например, отклонение шага зацепления (основного шага) вызывают колебания кинематической погрешности с зубцовой частотой, равной частоте входа в зацепление зубьев колёс.

Циклический характер погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, и возможность гармонического анализа дали основание определять и нормировать эти погрешности по спектру кинематической погрешности. Под циклической погрешностью передачи f_zk0r и зубчатого колеса f_zkr понимают удвоенную амплитуду гармонической составляющей кинематической погрешности соответственно передачи или колеса. Для ограничения циклической погрешности установлены допуски: f_zk0 - на циклическую погрешность передачи и f_zk - на циклическую погрешность зубчатого колеса. Допуски f_zk0 и f_zk для любой частоты определяются по формуле

F_zk0 =f_zk =(k^-0,6 _ц +0,13)´F_r , (3.1.)

где к_ц - частота циклов за оборот зубчатого колеса; F_r - допуск на радиальное биение зубчатого венца той же степени точности, что и f_zk .

Анализ формулы (3.1.) показывает, что с увеличением частоты к_ц допуски f_zk0 и f_zk уменьшаются. Это подтверждается опытом производства и эксплуатации быстроходных передач. Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной частоте хода зубьев в зацепление f_zz0r и f_zzr , установлены допуски на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче f_zz0 и колеса f_zz , причём f_zz =0,6f_zz0 .Эти допуски зависят от частоты циклической погрешности к_ц (равной числу зубьев колёс z), степени точности, коэффициента осевого перекрытия e_b и модуля m. Коэффициентом осевого перекрытия косозубой цилиндрической передачи e_b называют отношение угла осевого перекрытия зубчатого колеса к угловому шагу. Угол осевого перекрытия j_b - это угол поворота зубчатого колеса косозубой цилиндрической передачи, при котором точка контакта зубьев перемещается по линии зуба этого колеса от одного его торца до другого (т.е. угол поворота колеса передачи от положения входа до выхода зубьев из зацепления).

Косозубые передачи со значительным коэффициентом осевого перекрытия e_b по сравнению с прямозубыми имеют меньший зубцовый импульс (меньшую амплитуду первой гармонической составляющей), поэтому с увеличением e_b допуск f_zz0 уменьшается.

Циклическая погрешность зубцовой частоты является главной причиной нарушения плавности зубчатых передач, состоящих из прямозубых колёс.

Циклическая погрешность зубчатого колеса возникает вследствие биения червяка делительной пары станка, биения и перекоса фрезы и т.д. Погрешности станка вызывают также волнистость боковых поверхностей зубьев косозубых колёс и погрешность профиля прямозубых колёс, которые являются главными причинами неравномерного вращения передачи.

Циклические погрешности обычно вызывают повышение шумовых характеристик, причём уровень шумовой мощности увеличивается с увеличением частоты вращения передачи. Чтобы повысить плавность передачи, целесообразно повышать точность зуборезного инструмента и червяка, сопряжённого с делительным колесом станка, а также применять шевингование и зубохонингование колёс.

4.КОНТАКТ ЗУБЬЕВ В ПЕРЕДАЧЕ

Для повышения износостойкости и долговечности зубчатых передач необходимо, чтобы полнота контакта сопряжённых боковых поверхностей зубьев колёс была наибольшей. При неполном и неравномерном прилегании зубьев уменьшается несущая площадь поверхности их контакта, неравномерно распределяются контактные напряжения и смазочный материал, что приводит к интенсивному изнашиванию зубьев. Для обеспечения необходимой полноты контакта зубьев в передаче установлены наименьшие размеры суммарного пятна контакта.

Суммарным пятном контакта называют часть активной боковой поверхности зуба колеса, на которой располагаются следы прилегания зубьев парного колеса (следы надиров или краски) в собранной передаче после вращения под нагрузкой, устанавливаемой конструктором. Пятно контакта (рис. 4.1.) определяется относительными размерами (в процентах): по длине зуба - отношением расстояния а между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов с, превышающих модуль в мм, к длине зуба b, т.е.
[(a-c)/b]´100%; по высоте зуба - отношением средней (по длине зуба) высоты прилегания h_m к высоте зуба соответствующей активной боковой поверхности h_p , т.е. (h_m /h_p )´100%.

В ГОСТ 1643-81 введено понятие мгновенное пятно контакта, определяемое после поворота колеса собранной передачи на полный оборот при лёгком торможении.

Полнота контакта зависит от погрешностей установки заготовки на станке (её торцевого биения), неточности станка (непараллельности направления хода фрезерного суппорта оси вращения стола и его перекоса), а для косозубых колёс также от погрешностей винта подачи зуборезного станка. Притирка и приработка зубьев сопряжённых колёс улучшают их контакт.

На полноту контакта влияют погрешности формы зубьев и погрешности их взаимного расположения в передаче.

При соответствии суммарного или мгновенного пятна контакта требованиям стандарта контроль по другим показателям, определяющим контакт зубьев в передаче, не является необходимым. Допускается определять пятна контакта с помощью измерительного колеса.

5.ВИДЫ СОПРЯЖЕНИЙ ЗУБЬЕВ КОЛЁС В ПЕРЕДАЧЕ

Для устранения возможного заклинивания при нагреве передачи, обеспечения условий протекания смазочного материала и ограничения мёртвого хода при реверсировании отсчётных и делительных реальных передач они должны иметь боковой зазор j_п (между нерабочими профилями зубьев колёс). Этот зазор необходим также для компенсации погрешностей изготовления и монтажа передачи и для устранения удара по нерабочим профилям, который может быть вызван разрывом контакта рабочих профилей вследствие динамических явлений. Такая передача является однопрофильной (контакт зубьев колёс происходит по одним рабочим профилям). Только передача, изготовленная точно по номинальным параметрам (теоретическая зубчатая передача) является беззазорной двухпрофильной (контакт зубьев колёс происходит одновременно по правым и левым боковым профилям) и имеет постоянное передаточное отношение

i=z₁ /z₂ =w₂ /w₁ ,

где z₁ и z₂ - число зубьев колёс, w₁ и w₂ - угловые скорости колёс.

Для удовлетворения требований различных отраслей промышленности, независимо от степени точности изготовления колёс передачи, предусмотрено шесть видов сопряжений, определяющих различные значения j_min (рис. 5.1.). Сопряжения А, В, С, D, Е, Н применяют соответственно для степеней точности по нормам плавности работы: 3-12; 3-11; 3-9; 3-8; 3-7; 3-7.

Установлено шесть классов отклонений межосевого расстояния, обозначаемых в порядке убывания точности римскими цифрами от 1 до 6. Гарантированный боковой зазор в каждом сопряжении обеспечивается при соблюдении предусмотренных классов отклонений межосевого расстояния (для сопряжений Н и Е – 2 класса, для сопряжений D, С, В и А – классов 3, 4, 5 и 6 соответственно). Соответствие видов сопряжений и указанных классов допускается изменять.

На боковой зазор установлен допуск Т_jn , определяемый разностью между наибольшим и наименьшим зазорами. По мере увеличения бокового зазора увеличивается допуск Т_jn . Установлено восемь видов допуска Т_jn на боковой зазор: x, y, z, a, b, c, d, h. Видам сопряжений Н и Е соответствует вид допуска h, видам сопряжений D, C, B и А – соответственно виды допусков d, c, b и а. Соответствие видов сопряжений и видов допусков Т_jn допускается изменять, используя при этом и виды допуска z, y и х. В результате увеличения температуры при работе передачи размеры колёс увеличиваются в большей степени, чем расстояние между их осями, поэтому боковой зазор уменьшается.

Погрешности изготовления и монтажа колёс учитывают при определении наибольшего бокового зазора. Разность между наибольшим и гарантированным зазорами должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и монтажа колёс. Боковой зазор обеспечивают путём радиального смещения исходного контура рейки (зуборезного инструмента) от его номинального положения в тело колеса. Под номинальным положением исходного контура на зубчатом колесе, лишённом погрешностей, при котором номинальная толщина зуба соответствует плотному двухпрофильному зацеплению.

6. ОБОЗНАЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОЛЁС И ПЕРЕДАЧ

Точность изготовления зубчатых колёс и передач задают степенью точности, а требования к боковому зазору – видом сопряжения по нормам бокового зазора. Примеры условного обозначения: 7-С ГОСТ 1643-81 –цилиндрическая передача со степенью точности 7 по всем трём нормам, с видом сопряжения зубчатых колёс С и соответствием между видом сопряжения и видом допуска на боковой зазор (вид допуска С), а также между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния; 8-7-6-Ва ГОСТ 1643-81 - цилиндрическая передача со степенью 8 по нормам кинетической точности, со степенью 7 по нормам плавности, со степенью 6 по нормам контакта зубьев, с видом сопряжения В, видом допуска на боковой зазор а и соответствием между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния.

Пример обозначения передачи со степенью точности 7 по всем нормам, с видом сопряжения колёс С, видом допуска на боковой зазор а и более грубым классом отклонений межосевого расстояния – V (при а _w =450 мм. И уменьшенном гарантированном боковом зазоре j^’ _{n min} =128мкм.): 7-Са/V- 128 ГОСТ1643-81. Здесь уменьшенный гарантированный зазор определён по формуле j'_{n min} =j_{n min} –0,68(úf^’ _a ú - úf_a ú)=155-0,68(120-80)»128 мкм, где отклонение f^’ _a межосевого расстояния для более глубокого класса, гарантированный боковойзазор j_{n min} и предельное отклонение f_a межосевого расстояния для данного вида сопряжения найдены по таблице ГОСТ 1643-81.

При более точном классе отклонений а _w боковой зазор в передаче больше табличного и его в обозначении можно не указывать.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.