2.3.5. Вибір та призначення норм точності зубчастих коліс та передач
Зубчасті передачі призначені передачі крутних моментів від провідного валу веденому при заданому співвідношенні кутових швидкостей валів.
У приладах та технологічному устаткуванні (у кінематичних ланцюгах верстатів, що відтворюють складні поверхні, наприклад, при обробці різьблення та зубчастих коліс) застосовують так звані «відлікові передачі» (їх також називають «кінематичні» або «ділільні»). Колеса цих передач здебільшого мають невеликий модуль і працюють при малих навантаженнях та невеликих швидкостях. Основну увагу в таких передачах приділяють узгодженості кутів повороту ведучого та веденого зубчастих коліс, тобто їхньої кінематичної точності. Кінематична точність передачі визначає рівень мінливості передавального відношення за повний оберт зубчастого колеса. Одним із показників кінематичної точності є кінематична похибка передачі – різниця дійсного та номінального кутів повороту веденого колеса.
У техніці часто зустрічаються і «силові» (важко навантажені) зубчасті передачі, це передачі в редукторах і коробках швидкостей важких машин, передачі підйомно-транспортних механізмів, штампувальних і кувальних пресів і т.д. Зубчасті колеса таких передач зазвичай характеризуються великими модулями та мають відносно широкі зубчасті вінці. До цих передач зазвичай не висувають високих вимог щодо точності кутових переміщень при обертанні. При передачі великих крутних моментів потрібен надійний контакт зубів з бокових поверхонь і максимальне використання площі робочих поверхонь зубів.
Поділ зубчастих передач на «відлікові» та «силові» досить умовний, оскільки всі вони передають крутні моменти і всі повинні забезпечити пропорційність кутів повороту. Наприклад, передачі в механічнихабо електронно-механічний годинник цілком може виявитися силовим, якщо малі за абсолютним значенням крутні моменти передаються вузькими зубцями з дрібним модулем.
Як відлікові, так і силові передачі можуть працювати при різних швидкостях, на підставі чого їх ділять нашвидкісні(високошвидкісні, швидкохідні) ітихохідні. До швидкісних відносять передачі, що працюють при відносно високих окружних швидкостях (15 – 100 м/с) та частотах обертання швидкохідного валу 500 – 5000 об/хв. Приклади швидкісних передач – перші ступені редукторів турбін суднових та авіаційних двигунів. Такі передачі зустрічаються в коробках швидкостей автомобілів, редукторах верстатів та іншого технологічного обладнання при використанні в ньому високооборотних двигунів. Колеса швидкісних передач зазвичай мають середні модулі і передають невеликі моменти, при цьому їх зуби можуть піддаватися значним динамічним впливам.
Для зниження динамічних навантажень у швидкісних передачах висувають підвищені вимоги до плавності їхньої роботи. Плавність роботи передачі залежить від коливання миттєвих передавальних відносин, тобто від змін передавальних відносин за моменти часу, які значно менші за час повного обороту зубчастого колеса в зачепленні. Ці коливання багаторазово відтворюються за один оберт колеса. Основними причинами неплавності є такі похибки зубчастих вінців, як неправильне взаємне розташування зубів (похибки кроку) та неточність форми робочих поверхонь (похибки форми профілю зубів). Низький рівень плавності роботи зачеплення призводить до підвищення рівня вібрацій та шуму під час роботи виробу.
Для характеристики плавності роботи реального колеса або передачі використовують циклічні похибки, якіповторюються з деякою певною частотою за один оберт колеса, наприклад, похибки зубцевої або подвоєної зубцевої частоти. Під циклічною похибкою зубцевої частоти розуміють подвоєну амплітуду гармонійної складової кінематичної похибки передачі з частотою повторення, що дорівнює частоті входу зубів у зачеплення.
Зубчасті передачі, що не мають явно вираженого експлуатаційного характеру (передача не вимагає високої точності передатного відношення, працює при невеликих швидкостях і передає середні моменти, що крутять), відносять до передач загального призначення. Такі передачі використовують зазвичай для забезпечення допоміжних функцій механізмів машин (наприклад, передача ручного приводу в автоматизованому обладнанні) і іноді називають допоміжними. До таких передач не пред'являють підвищених вимог щодо будь-якої з норм точності.
Евольвентне зачеплення теоретично здатне працювати при нульових бічних зазорах (товщина зуба, що знаходиться в зачепленні, дорівнює ширині западини колеса у відповідь). Однак неточності виготовлення зубчастого вінця призводять до спотворення форми та взаємного зміщення реальних профілів зубів, що може викликати їхню деформацію чи поломку. Зміщення реальних профілів зубів може бути наслідком неточностей виготовлення корпусних деталей і монтажу зубчастих коліс. Видозмінюють профіль зубів та його розташування також температурні та силові деформації. Для компенсації технологічних неточностей та експлуатаційних спотворень призначають бічний зазор між неробочими профілями зубів, що забезпечує нормальну роботу передачі.
ГОСТ 1643-81 «Основні норми взаємозамінності. Передачі зубчасті циліндричні. Допуски» встановлює 12 ступенів точності циліндричних зубчастих коліс та передач – з 1 по12 у порядку зменшення точності. В даний час допуски та граничні відхилення параметрів зубчастих коліс та передач нормовані для ступенів точності 3…12, а ступеня 1 та 2 передбачені як перспективні. Для кожної передачі (зубчастого колеса) стандартом встановлені норми точності трьох видів, що визначають ступеня точності за нормами кінематичної точності, плавності роботи та контакту зубів.
Незалежно від ступенів точності встановлюють види сполучення, які визначають вимоги до бічного зазору. ГОСТ 1643 встановлює для зубчастих коліс і передач з модулем від 1 до 55 мм шість видів сполучень (A,B,C,D,E,H) та вісім видів допуску (a,b,c,d,h,x,y,z)гарантованого бічного зазоруjnmin. Зі збільшенням у поєднанні гарантованого бічного зазору min зазвичай зростає і ширина поля допуску бічного зазору, яка визначається видом допуску зазору (рис. 37). Вид допуску в такому випадку позначають малою буквою, однойменною видом сполучення (крім виду допуску e). У більшості випадків для зубчастих коліс і передач рекомендується підтримувати певну відповідність між видом сполучення, допуском бічного зазору та класом відхилення міжосьової відстані (табл. 30).
Мал. 37. Види сполучення, гарантовані бічні зазори