«МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Рекомендовано Управлением среднего профессионального образования Министерства образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов образовательных ...»

Примеры общих записей в технических требованиях, соответствующие вариантам по ГОСТ 30893.1—2002 для 14 квалитета класса точности «средний», приведены в табл. 9.6.

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Номер варианта Пример записи условными обозначениями При этом нужно иметь в виду следующие положения:

1. Допускается дополнять записи о неуказанных предельных отклонениях размеров поясняющими словами, например, «Неуказанные предельные отклонения размеров: H14, h14, ±t2/2».

2. Если технические требования на чертеже состоят из одного пункта, содержащего запись о неуказанных предельных отклонениях размеров, или эта запись приводится в текстовых документах, то она должна обязательно сопровождаться поясняющими словами, например, «Неуказанные предельные отклонения размеров ±t2/2».

Предельные отклонения линейных размеров указывают на чертежах условными обозначениями полей допусков в соответствии с ГОСТ 25346—89, например: 18H7, 12e8 или числовыми значениями, например: 18+0,018, 12 0,032, или условными обозначениями полей допусков с указанием справа в скобках их числовых значений, например: 18H7(+0,018), 12e8( 0,032 ).

При указании предельных отклонений условными обозначениями обязательно и указание их числовых значений в следующих случаях:

а) при назначении стандартных предельных отклонений и посадки размеров, не включенных в ряды нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636—69, например: 41,5 Н7(+0,025);

б) при назначении предельных отклонений, условные обозначения которых не предусмотрены в ГОСТ 25347—82, например, для пластмассовой детали с предельными отклонениями по ГОСТ 25349—88 (рис. 9.17).

Рис. 9.17. Предельные отклонения 25z10(+0,088 ) для пластмассовых изделий

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 9.18. Уступы с несимметричным допуском в) при назначении предельных отклонений размеров уступов с несимметричным полем допуска (рис. 9.18).

Предельные отклонения угловых размеров указывают только числовыми значениями (рис. 9.19).

При записи предельных отклонений числовыми значениями верхние отклонения помещают над нижними, предельные отклонения, равные нулю, не указывают: 60+0,014, 60–0,174, 60+0,19, 60–0,19.

При симметричном расположении поля допуска абсолютную величину отклонений указывают один раз со знаком ±; при этом высота цифр, определяющих отклонения, должна быть равна высоте шрифта номинального размера, например: 60±0,23.

Предельные отклонения, указываемые числовыми значениями, выраженными десятичной дробью, записывают до последней значащей цифры включительно, выравнивая количество знаков в верхнем и нижнем отклонении добавлением нулей.

Предельные отклонения размеров деталей, изображенных на чертеже в сборе, указывают одним из следующих способов (рис. 9.20, а, б, в):

а) в виде дроби, в числителе которой указывают условное обозначение поля допуска отверстия, а в знаменателе — условное обозначение поля допуска вала (рис. 9.20, а);

Рис. 9.19. Предельные отклонения угловых размеров

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Рис. 9.20. Предельные отклонения размеров в соединении б) в виде дроби, в числителе которой указывают числовые значения предельных отклонений отверстия, а в знаменателе — числовые значения предельных отклонений вала (рис. 9.20,б);

в) в виде дроби, в числителе которой указывают условное обозначение поля допуска отверстия с указанием справа в скобках его числового значения, а в знаменателе — условное обозначение поля допуска вала с указанием справа в скобках его числового значения (рис. 9.20,в);

г) в виде записи, в которой указывают предельные отклонения только одной из сопрягаемых деталей. В этом случае необходимо пояснить, к какой детали относятся эти отклонения (рис. 9.21).

Когда для участков поверхности с одним номинальным размером назначают разные предельные отклонения, границу между ними наносят сплошной тонкой линией, а номинальный размер указывают с соответствующими предельными отклонениями для каждого участка отдельно (рис. 9.22, а). Через заштрихованную часть изображения линию границы между участками проводить не следует (рис. 9.22,б).

Рис. 9.21. Предельные отклонения размеров детали на сборочном

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

20е Рис. 9. 22. Участки поверхности с одинаковым номинальным размером и разными предельными отклонениями Когда необходимо указать только один предельный размер (второй ограничен в сторону увеличения или уменьшения каким-либо условием), после размерного числа указывают соответственно max или min (рис.

9.23).

Указывать предельные размеры допускается также на сборочных чертежах для зазоров, натягов, мертвых ходов и т. п., например: «Осевое смещение кулачка выдержать в пределах 0,6 1,4 мм».

Рис. 9.23. Обозначение одного предельного размера

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Предельные отклонения расположения осей отверстий можно указывать двумя способами:

а) позиционными допусками осей отверстий в соответствии с требованиями ГОСТ 2.308—79;

б) предельными отклонениями размеров, координирующих оси (рис.

9.24).

Если допуски расположения осей зависимые, то после предельных отклонений размеров, координирующих оси, следует указывать знак зависимого допуска M.

Для посадок подшипников качения поле допуска размера D наружного кольца является основным валом и обозначается буквой l с указанием класса точности подшипника, например: 10, 16, 15. Поле допуска размера d внутреннего кольца является основным отверстием и обозначается прописной буквой L и классом точности, например L0, L6, L5, L4.

Рис. 9.24. Указание предельных отклонений размеров между осями:

а — отклонения расположения осей при зависимом допуске; б — предельные отклонения размеров между осями двух любых отв. +0,35 мм; смещение осей от плоскости А не более 0,18 мм;

в — предельные отклонения размеров по диагонали между осями двух любых отв. +0,5 мм

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

9.7. РАСЧЁТ И ВЫБОР ПОСАДОК В ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

1. Посадки в соединениях, как правило, выбираются в системе отверстия (СА), например: 60H7/e8, 80H11/d11, 40H7/k6, 50H8/u8 и т.д., здесь все валы выполнены в СА, отверстия являются основными (H).

2. Посадки в системе вала (СВ) выбираются в тех случаях, когда: а) вал является частью готовой сборочной единицы, последующая обработка которой не допускается, например, наружное кольцо подшипника качения в корпус ( 80Js7/l0), здесь отверстие в корпусе выполнено в СВ; б) «гладкий» вал соединяется одновременно с несколькими деталями по разным посадкам, например, 60E8/h7, 60Js7/h7, 60U8/h7, здесь все отверстия — в СВ, а вал одного и того же диаметра и точности обработки — основной ( 60h7); в) штифтовые и шпоночные соединения, которые включают признаки а) и б).

3. Посадки в которых отверстия выполняются в СВ, а вал в СА, например, 40Е9/d11 называют комбинированными. Комбинированные посадки целесообразно применять в сборочных единицах, в которых детали высокой точности и более низкой точности можно соединять без ухудшения функциональных свойств.

4. Посадки в СА и СВ должны выбираться из числа предпочтительных или рекомендуемых полей допусков.

Расчёт функциональных параметров посадок Функциональные параметры посадки — это предельные зазоры Smax f и Smin f или натяги Nmax f и Nmin f, обеспечивающие работоспособность соединения. Допуск посадки TS(N) определяет точность и, следовательно, стоимость изготовления соединения TS(N) = Smax(Nmax) – Smin(Nmin), для посадок с зазором (S) или с натягом (N); TS(N) = Smax + Nmax для переходных посадок, так как натяг в расчётах принимают за отрицательный зазор; TS(N) = = TD + Td для всех типов посадок. Посадки с гарантированным зазором обеспечивают взаимное перемещение деталей соединения в заданных эксплуатационных условиях. Функциональные зазоры (Smax f, Smin f) рассчитываются по соответствующим методикам для конкретных изделий.

При выборе стандартных посадок необходимо с точностью примерно ±5% выполнить условия Smin Smin f, Smax Smax f. Посадки с гарантированным натягом обеспечивают взаимную неподвижность деталей соединения при действии эксплуатационных усилий. Функциональные натяги (Nmax f,

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Nmin f) рассчитываются, исходя из передачи максимального усилия (Nmin f) и прочности (Nmax f).

При выборе стандартных посадок с натягом необходимо с точностью примерно +5% выполнить условия Nmin Nmin f, Nmax Nmax f. Переходные посадки обеспечивают точность центрирования деталей соединения при возможности легкой сборки — разборки. Функциональные зазоры (Smax f) рассчитывают, исходя из точности центрирования деталей соединения, функциональные натяги (Nmax f), исходя из затрат при сборке.

При выборе стандартных переходных посадок необходимо выполнить условия Smax 0, Smax= ES – ei = = 112 – 17= 95 мкм < 100 кроме того, поле Е9 предпочтительное. Другое предпочтительное поле допуска — F8 не подходит, так как для посадки 45 F8/n существует вероятность натяга.

Для дистанционных втулок (l/d > 0,8) предельный минимальный зазор Smin целесообразно увеличить для компенсации отклонений формы. Квалитет точности принимается более высоким для быстроходных валов.

Рис. 9.27. Схемы расположения полей допусков посадок крышки а — глухой; б — с отверстием

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Рис. 9.28. Схемы расположения полей допусков различных вариантов посадок дистанционного кольца на вал Пример 4. Посадка червячного (зубчатого) колеса на вал На сборке (см. рис. 9.25) изображен червячный редуктор, крутящий момент может передаваться шпонкой или без нее, поэтому рассмотрим эти два варианта.

1) Исходные данные: червячная передача 7-й степени точности, диаметр червячного колеса Dk = 120 мм, диаметр соединения dk = 55 мм. Обеспечить легкую сборку—разборку, крутящий момент передается шпонкой.

Решение. Находим по ГОСТ 3675—81 допуск на радиальное биение зубчатого венца Fr = 30 мкм; Fr = 2e < Smax. Посадка должна быть выбрана в СА ориентировочно по IT6 — IT8 из числа предпочтительных или рекомендуемых.Тип посадки — переходная, из числа обеспечивающих большую вероятность зазора.

После предварительных расчетов остановимся на посадках 55Н8/k6; 55Н7/ js6; 55Н7/k6.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 9.29. Схемы расположения полей допусков различных вариантов посадок червячного колеса на вал (со шпонкой) Как видно из построенных схем полей допусков (рис. 9.29, а, б, в) принятым условиям удовлетворяет посадка 55H7k6, так как Smax = 28 мкм < Smax f ; в случаях:

а) Smax = 48 мкм > Smax f и б) Smax= 39,5 мкм > Smax f, т.е. Smax > 2e = 30 мкм.

2) Исходные данные: геометрические параметры и точность червячного колеса, как в варианте 1. Крутящий момент передается посадкой с натягом, расчетные функциональные натяги равны Nmax f = 108 мкм, Nmin f = 55 мкм.

Решение. Оценим квалитет точности соединения, приняв, как и в варианте систему отверстия (СА): TD’ = Td’ = (Nmax f – Nmin f)/2 = (108 – 55)/2 = 26,5 мкм, полученное значение находится между квалитетами IT6 (IT = 19 мкм) и IT (IT = 30 мкм).

Рис. 9.30. Схемы расположения полей допусков различных вариантов посадок червячного колеса на вал (без шпонки)

Глава 9. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

Общий вид схемы полей посадки с натягом (рис.9.30, а) позволяет оценить возможное основное отклонение вала: E o = TD + Nmin; для IT6 E o = 19 + 55 = = 74 мкм, для IT7 E’o = 30 + 55 = 85 мкм. Штрихами обозначены расчетные значения, без штрихов стандартные. Ближайшее стандартное основное отклонение находим по таблицам ГОСТ, для dk= 55 мм оно соответствует u и равно 87 мкм. Рассмотрим три варианта посадок (рис. 9.30, б, в, г);

б) 55H7/u7; в) 55H6/u6; г) 55H7/u6. Условиям удовлетворяет вариант г) Smax = 106 – 0 = 106 мкм < Smax f ; Smin = 87 – 30 = 57 мм, отличается от Smin f на 3,6%, что допустимо. Посадка 55H7/u6 относится к числу рекомендуемых. В вариантах б) Smax = 117 – 0 = 117 мкм > Smax f ; в) Smin = 87 – 19 = = 68 мкм, отличается от Smin f существенно больше, чем на 5%. Обозначения выбранных посадок и предельных отклонений размеров, а также шероховатости и допусков формы (рис. 9.31—9.33), соответствуют правилам, изложенным в предыдущих разделах. На чертежах использованы цифровое, буквенное и комбинированное обозначения. Например, 55H7 можно обозначить 55H7(+0,03) или 55+0,03. Посадку 55Н7/u6 можно обознаd Рис. 9.31. Обозначения предельных отклонений и посадок на сборке

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 9.32. Обозначения предельных отклонений на деталях:

а — комбинированное; б — буквенное; в — цифровое +0,106 или 55 +0,106. Допуски формы определяются по сочить ответствующим рекомендациям: корпус — IT/4 = 35/4 8 мкм = 0,008 мм;

вал — IT/4 = 16/4 = 4 мкм = 0,004 мм.

Рис. 9.33. Эскизы деталей с обозначениями требований к точности

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ

РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И СОЕДИНЕНИЙ

10.1. ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К РЕЗЬБОВЫМ СОЕДИНЕНИЯМ

Резьбовые соединения широко распространены в промышленности.

Резьбовые детали и соединения можно разделить по эксплуатационному признаку на резьбы общего назначения и специальные. Резьбы общего назначения — крепежные (метрическая, дюймовая), применяемые для разъемных соединений изделий. Главные требования к этим резьбам — полная взаимозаменяемость (свинчиваемость) и прочность (статическая и динамическая) в процессе длительной эксплуатации. Резьбы специального назначения:

а) кинематические (трапецеидальная и прямоугольная), применяемые для ходовых винтов, винтов суппортов станков и столов измерительных приборов, главное требование к этим резьбам — точность перемещения при минимальном трении;

б) силовые (упорные), предназначенные для преобразования вращательного движения в прямолинейное в прессах и домкратах, главное требование к этим резьбовым соединениям — обеспечение плавности перемещения при больших нагрузках;

в) трубные и арматурные (трубные цилиндрическая и коническая, метрическая коническая), применяемые для трубопроводов и арматуры, главное требование к этим резьбовым соединениям — обеспечение герметичности соединений.

Эксплуатационные требования к резьбам зависят от назначения резьбовых соединений. Общими для всех резьб являются требования долговечности и свинчиваемости без подгонки.

Принципы стандартизации норм точности резьбовых соединений имеют много общего, несмотря на конструктивные различия и назначение. Наибольшее распространение имеют метрические крепёжные резьбы.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

10.2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБ

Номинальный профиль наружной и внутренней резьбы определяется основным профилем (ГОСТ 9150—2002) и дополнительными требованиями к форме впадины резьбы, устанавливаемыми ГОСТ 16093—2004 (для резьб диаметром от 1 мм) и ГОСТ 9000—81(для резьб диаметром менее 1 мм).

Метрическая резьба характеризуется следующими номинальными геометрическими параметрами (рис. 10.1 и 10.2): средний d2 (D2), наружный d (D) и внутренний d1 (D1) диаметры наружной (внутренней) резьбы; высота исходного треугольника H; шаг резьбы Р; угол профиля ; номинальный радиус закругления впадины внутренней резьбы R. Резьба имеет также такие параметры как: рабочая высота профиля H1; d3 — внутренний диаметр болта по дну впадины; углы наклона сторон профиля и ; угол подъема резьбы ; длина свинчивания l. Профиль, номинальные размеры диаметров и шага Р, а также и Н1 являются общими как для наружной (болта, шпильки, винта и др.), так и для внутренней (гайки, резьбового отверстия и др.) резьб. Размеры элементов профиля метрической резьбы соответствующие ГОСТ 9150—2002 определены следующими формулами:

Н = 0,866025404P; Н1 = 5/8. H = 0,541265877Р; 3/8. H = 0,324759526Р;

H/4 = 0,216506351 H/8 = 0, Рис. 10.1. Профиль метрической резьбы Глава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

Следует заметить, что как видно из рис. 10.1, средний диаметр резьбы — это диаметр воображаемого цилиндра, образующая которого делит шаг резьбы пополам, а не полусумма наружного и внутреннего диаметров.

Номинальный профиль отличается от теоретического тем, что имеет срезы вершин резьбы, равные H/4 у гайки и H/8 у болта, а также срезы или закругления впадин. Резьбовые соединения с таким профилем отличаются повышенной циклической прочностью, кроме того, упрощается образование наружной резьбы накатыванием и внутренней резьбы нарезанием. Метрическая резьба при нагрузках имеет свойство самоторможения.

Реальный профиль впадин наружной резьбы ни в одной точке не должен выходить за линию плоского среза на расстоянии H/4 от вершины исходного треугольника, а реальный профиль внутренней резьбы — за линию плоского среза на расстоянии H/8 от вершины исходного треугольника, т.е. реальный профиль впадины как для наружной, так и для внутренней резьбы ни в одной из точек не должен заходить за основной профиль.

Для наружной резьбы на крепежных деталях класса прочности 8.8 и выше по ГОСТ 1759.4—87 профиль впадины должен иметь неизменяющуюся по знаку кривизну, и ни один из участков профиля не должен иметь радиус кривизны менее 0,125Р.

Td2l Рис. 10.2. Форма впадины резьбы:

а — основное отклонение h; б — основные отклонения d, e, f, g

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

При максимальном внутреннем диаметре d3 две дуги радиусом Rmin = 0,125Р будут проходить через точки пересечения боковых сторон профиля максимума материала с цилиндром внутреннего диаметра проходного калибра (ПР) по ГОСТ 24997—2004, а при минимуме материала одна дуга с этим радиусом будет сопрягаться с обеими боковыми сторонами (рис. 10.2).

Для расчета прочности по внутреннему диаметру d3 наружной резьбы за основу целесообразно принимать срез по впадине, равный H/6 (при R = = 0,14434P). Соответствующие значения d3, приведены в ГОСТ 24705—2004.

Минимальный срез по впадине вычисляют по формуле cmin = 0,125P = = H/7. Для крепежных деталей или других резьбовых соединений, которые подвержены знакопеременным нагрузкам или ударам, наружная резьба на крепежных деталях класса прочности ниже 8.8 должна предпочтительно соответствовать требованиям, установленным для резьбы класса прочности 8.8 по ГОСТ 1759.4—87.

Профиль впадины резьбы выполняется без ограничений, кроме того, что наибольший внутренний диаметр d3 наружной резьбы должен быть меньше наименьшего внутреннего диаметра проходного калибра по ГОСТ 24997—2004.

Метрические резьбы бывают с крупным и мелким шагом. ГОСТ 8724— 2002 устанавливает три ряда диаметров метрической резьбы, в каждом из которых предусмотрены крупный и мелкие шаги. При выборе диаметров резьб первый ряд следует предпочитать второму, второй — третьему.

У резьбы с крупным шагом каждому наружному диаметру соответствует шаг, определяемый зависимостью d (D) 6Р1,3. Резьба с мелкими шагами при одном наружном диаметре может иметь разные шаги.

10.3. ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ РЕЗЬБ

Несмотря на различие типоразмеров, а также функционального назначения резьбовых соединений системы допусков и посадок, обеспечивающие взаимозаменяемость резьб построены по единым принципам.

Резьбовой контур, включающий несколько витков резьбы на длине свинчивания l резьбовых деталей, ограниченный предельным контуром, представлен на рис. 10.3.

Номинальный контур резьбы определяет наибольший предельный контур резьбы болта и наименьший — гайки. Взаимозаменяемость резьбовых деталей достигается, когда действительные контуры свинчиваемых деталей — болта и гайки не выходят за предельные контуры на всей длине свинчивания.

Глава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

Рис. 10.3. Предельные контуры болта и гайки Погрешности диаметров резьбы, шага и угла профиля, определяющие на свинчиваемость имеют разные направления действия и степень влияния. Комплексная оценка суммарного действия этих погрешностей возможна путём приведения их к диаметральному направлению. Погрешности шага и угла профиля резьбы, направление действия которых приведены к диаметральному направлению, называют диаметральными компенсациями шага fP,и угла профиля f, соответственно. Таким образом, отклонения шага и угла профиля связаны со средним диаметром резьбы, который оказывает прямое влияние на свинчиваемость, в то время как наружный и внутренний диаметры изменены срезом и закруглением. Отклонением шага резьбы Р называют разность между действительным и номинальным расстояниями в осевом направлении между двумя средними точками любых одноименных боковых сторон профиля в пределах длины свинчиМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Рис. 10.4. Диаметральная компенсация погрешности шага вания или заданной длины. Отклонение шага состоит из прогрессивных погрешностей шага, пропорциональных числу витков резьбы на длине свинчивания l. Наложим на осевое сечение резьбы гайки, имеющей номинальные профиль и размеры, осевое сечение резьбы болта, у которого на длине свинчивания шаг увеличен на Рn (рис. 10.4).

При равенстве диаметров резьбы болта и гайки эти детали не свинтятся из-за накопленной погрешности шага равной Рn = P.n, где n число шагов на длине свинчивания. Из рис. 10.4 видно, что если условно совместить левые боковые стороны АВ профилей резьбы болта и гайки, то свинчивание окажется невозможным вследствие перекрытия правых сторон профилей резьбы — EF профиля резьбы болта и CD профиля резьбы гайки.

Свинчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность шага резьбы, возможно только при наличии разности fP их средних диаметров, полученной в результате уменьшения среднего диаметра резьбы болта или увеличения среднего диаметра резьбы гайки. При уменьшении среднего диаметра резьбы болта на fP профиль его резьбы сместится к оси в верхней части резьбы на 0,5 fP и в нижней части резьбы также на 0,5 fP. Новое положение профиля резьбы болта показано штриховой линией. Боковая сторона профиля EF резьбы болта займёт положение E F. Кроме того, весь болт может быть смещен влево на ab. Следовательно, при ab = a b = 0,5 fP боковая сторона EF профиля резьбы болта совместится с боковой стороной CD профиГлава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

ля резьбы гайки, что обеспечит возможность свинчивания. Из треугольника а’b’с’, в котором b’с’ = 0,5 fP, найдем 0,5 fP = 0,5. Рn ctg /2 или fP = = ctg ( /2) Рn.

Величина fp — диаметральная компенсация погрешностей шага резьбы равна для метрической резьбы fP = 1,732 Рn.

Погрешность угла профиля резьбы f не даёт информацию о перекосе профиля резьбы по отношению к оси, поэтому в качестве определяющей погрешности принимают погрешность половины угла профиля /2. Погрешностью половины угла профиля резьбы /2 болта или гайки (для резьб с симметричным профилем) называют разность между действительными и номинальными значениями /2.

Погрешность среднее арифметическое абсолютных значений отклонений обеих половин угла профиля /2 = 0,5(| ( /2)пр | + | ( /2)лев |).

На рис. 10.5 показано сечение резьбы гайки с номинальным профилем 1, на которое наложено сечение резьбы болта 2, имеющего погрешность половины угла профиля /2.

При равенстве диаметров резьбы болта и гайки свинчивание этих деталей невозможно вследствие перекрытия профилей резьбы (зона 3). Свинбудет возможчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность Рис. 10.5. Диаметральная компенсация погрешности половины угла профиля

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

ным, если обеспечить зазор по среднему диаметру резьбы. Диаметральная компенсация f показывает, на сколько требует уменьшения средний диаметр резьбы болта или увеличения средний диаметр резьбы гайки, чтобы произошло свинчивание.

Величину f можно найти из треугольника DEF. По теореме синусов, получим /2. После преобразований имеем Здесь /2 в угловых минутах, h в мм, f в мкм.

Окончательно используя соотношения между h и шагом P, получим:

для метрической резьбы f = 0,36 P /2.

Приведение всех погрешностей геометрических параметров резьбы к диаметральному направлению позволило получить комплексный параметр определяющий свинчиваемость — приведенный средний диаметр резьбы. Приведенный средний диаметр болта —это средний диаметр болта, увеличенный на диаметральную компенсацию отклонений шага и половины угла профиля. Приведенный средний диаметр гайки — это средний диаметр гайки, уменьшенный на диаметральную компенсацию отклонений шага и половины угла профиля гайки. Свинчиваемость обеспечивается, если разность средних диаметров резьбы болта и гайки не меньше сумм диаметральных компенсаций шага и половины угла профиля болта и гайки. Таким образом, приведённый диаметр болта равен d2пр = d2r + fPб + f б; гайки — D2пр = D2r – fPг – f г, где d2r и D2r действительные диаметры болта и гайки.

При наличии погрешностей шага и половины угла профиля резьбы у обеих деталей получаемый в соединении зазор определяется разностью действительных значений приведенных средних диаметров внутренней и наружной резьбы.

Допуски болта и гайки устанавливают только на резьбы с натягом и резьбы калибров и инструмента. На метрические резьбы с зазором параметры резьбы раздельно не нормируют, а устанавливают суммарный допуск на средний диаметр болта Td2 и гайки ТD2, который включает допускаемое отклонение собственно среднего диаметра d2 ( D2) и диаметральГлава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

ные компенсации погрешности шага и угла профиля Td2 (TD2) = d2 ( D2) +

МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ЗАЗОРОМ

Система допусков резьбы предусматривает: допуски диаметров резьбы;

положения полей допусков диаметров резьбы; классификацию длин свинчивания резьбы; поля допусков резьбы и их выбор с учетом длин свинчивания.

Для получения посадок резьбовых деталей с зазором в ГОСТ 16093— 2004 предусмотрены основные отклонения d, е, f, g, h для наружной и Е, F, G, Н для внутренней резьбы. Схемы расположения полей допусков и основных отклонений диаметров наружной и внутренней резьбы в посадках с зазором приведены на рис. 10.6 и 10.7.

Рис. 10.6. Расположение полей допусков наружной резьбы:

а — с основными отклонениями d, e, f, g; б — с основным отклонением h

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 10.7. Расположение полей допусков внутренней резьбы:

а — с основными отклонениями E, F, G; б — с основным отклонением H Отклонения отсчитываются от основного профиля резьбы в направлении, перпендикулярном к оси резьбы. Допуски для среднего диаметра и диаметра выступов (наружного диаметра наружной резьбы и внутреннего диаметра внутренней резьбы) устанавливаются по степеням точности, обозначаемым цифрами.

Номера установленных степеней точности диаметров резьбы приведены в табл. 10.1. Допуски диаметров d1 и D1 не устанавливаются. Допуски среднего диаметра резьбы являются суммарными.

Положение поля допуска диаметра резьбы определяется основным отклонением (верхним для наружной резьбы и нижним для внутренней резьбы) и обозначается буквой латинского алфавита, строчной для наружной резьбы и прописной для внутренней (табл. 10.2).

Глава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

* Только для резьб на деталях из пластмасс.

Основные отклонения для диаметров резьбы Примечания: 1) Верхнее отклонение диаметра d1 должно соответствовать основному отклонению диаметра d2; 2) Нижнее отклонение диаметра D должно соответствовать основному отклонению диаметра D2; 3) Основные отклонения внутренней резьбы Е и F установлены только для специального применения при значительных толщинах слоя защитного покрытия.

Длины свинчивания резьбы подразделяются на три группы: «короткие» S, «нормальные» N и «длинные» L.

Поле допуска отдельного диаметра резьбы (среднего диаметра d2, D или диаметра выступов d, D1) образуется сочетанием допуска и основного отклонения. Поле допуска резьбы образуется сочетанием полей допусков среднего диаметра и диаметра выступов.

Обозначение размера резьбы устанавливается ГОСТ 8724—2002. Обозначение поля допуска отдельного диаметра резьбы состоит из цифры, указывающей степень точности и буквы, указывающей основное отклонение, например: 4h; 6g; 6H. Обозначение поля допуска резьбы состоит из обозначения поля допуска среднего диаметра, помещаемого на первом месте и обозначения поля допуска диаметра выступов. Если обозначение поля допуска диаметра выступов совпадает с обозначением поля допуска среднего

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

диаметра, то оно в обозначении поля допуска резьбы не повторяется. В условном обозначении резьбы обозначение поля допуска должно следовать за обозначением резьбы.

Примеры условного обозначения: 1) наружной резьбы с крупным шагом М10-6g или М10 1,5-6g, с мелким шагом М10 1-6g; 2) внутренней резьбы с крупным шагом: М10-6Н, с мелким шагом М10 1-6Н; 3) многозаходной резьбы M16 Ph3P1,5-6Н или М16 Рh3Р1,5 (два захода) — 6Н;

4) левой резьбы: с крупным шагом М10-6g-LH, с мелким шагом М10 1Н-LH; 5) левой многозаходной резьбы M16 Ph3P1,5-6Н-LH.

Отсутствие обозначения поля допуска резьбы означает, что назначенный класс точности — «средний». В этом случае ему соответствуют следующие поля допусков: а) наружная резьба 6h — для резьбы диаметром до 1,4 мм включительно; б) 6g — для резьбы диаметром 1,6 мм и более;

в) внутренняя резьба 5Н — для резьбы диаметром до 1,4 мм включительно; 6Н — для резьбы диаметром 1,6 мм и более.

Однако, рекомендуется в качестве предпочтительного, во всех случаях указание обозначения поля допуска резьбы.

Обозначение группы длин свинчивания «нормальная» N в обозначении резьбы не указывается. Обозначение группы длин свинчивания «короткая» S и «длинная» L указывается за обозначением поля допуска резьбы и отделяется от него чертой, например М6-7g6g-L; М20 2-5—S—LH.

Обозначение групп длин свинчивания S или L допускается дополнять указанием в скобках длины свинчивания в миллиметрах, например М12-7g/6g-L (30).

Посадка в резьбовом соединении обозначается дробью, в числителе которой указывают обозначение поля допуска внутренней резьбы, а в знаменателе — обозначение поля допуска наружной резьбы, например М6-6Н/6g; М20 2-6Н/5g6g; М12 1-6Н/6g-LH.

Сокращение числа типоразмеров режущего и контрольного инструмента достигается установлением предпочтительных полей допусков резьбы по ГОСТ 16093—2004 (табл. 10.3, 10.4). Поля допусков установлены в трех классах точности: точный, средний и грубый. Области применения классов точности следующие: точный — для прецизионных резьб, когда необходимо малое колебание характера посадки; средний — для общего применения; грубый — для случаев, когда могут возникнуть производственные трудности, например, при нарезании резьбы на горячекатаных стержнях или в длинных глухих отверстиях.

Глава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

точности Класс Группа длин свинчивания Точный Средний Грубый Степень предпочтительности полей допусков, представленных в таблицах 10.3 и 10.4 различная. Поля допусков, указанные в рамках, рекомендуются для резьбовых деталей в изделиях, реализуемых в коммерческих целях, например, на экспорт. Предпочтительность выбора полей допусков следующая: в первую очередь применяют поля допусков, обозначенные жирным шрифтом; во вторую очередь — поля допусков, набранные обычным шрифтом; в третью очередь — поля допусков, указанные в скобках.

Допускается применять, в случае необходимости, поля допусков резьбы, образованные другими сочетаниями полей допусков среднего диаметра и диаметра выступов резьбы из числа приведенных в табл. 10.3 и 10.4.

Допускается применять также поля допусков, полученные сочетаниями степеней точности (табл. 10.2) и основных отклонений (табл. 10.3), например, для наружной резьбы 4h6h; 8h; 8h6h; для внутренней резьбы 5Н;

5Н6Н.

Посадки могут быть образованы любыми полями допусков наружной и внутренней резьбы из числа рекомендуемых. Однако, для обеспечения достаточной рабочей высоты профиля окончательные размеры деталей резьбового соединения должны образовывать посадки типа H/g, H/h или G/h.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Для резьб с размерами М1,4 и менее следует выбирать посадки 5H/6h, 4H/6h или точнее.

Посадки с натягом регламентированы ГОСТ 4608—81, который распространяется на метрические резьбы с профилем по ГОСТ 9150— диаметром 5 45 мм и шагом 0,8 3 мм.

Посадки с натягом по среднему диаметру используют, когда конструкция узла не допускает применения резьбового соединения типа болт-гайка из-за возможного нарушения герметичности и самоотвинчивания шпилек под действием вибраций, переменных нагрузок и изменения рабочей температуры. Примером может служить посадка резьбы шпилек в корпуса двигателей. Шпильку следует ввинчивать в корпус настолько туго, чтобы исключить ее проворачивание при затяжке в процессе сборки и эксплуатации или при отвинчивании гайки (соединенной по посадке H/h с другим концом шпильки) для ремонта и осмотра механизма.

Переходные посадки применяют при одновременном дополнительном заклинивании шпилек по коническому сбегу резьбы, по плоскому бурту и по цилиндрической цапфе. Переходные посадки метрической резьбы с профилем по ГОСТ 9150—2002 установлены ГОСТ 24834—81.

Точность резьбы можно контролировать дифференцированным и комплексным методами. Дифференцированный — это контроль каждого параметра в отдельности. Комплексный контроль — это контроль расположения контура резьбы в предписанном поле допуска. Метод контроля каждого параметра резьбы в отдельности (среднего диаметра, шага и угла профиля) трудоемок, поэтому его применяют для точных резьб: ходовых винтов, резьбовых калибров, метчиков и т. п. По результатам контроля отдельных параметров можно вычислить комплексный параметр, например, приведенный средний диаметр резьбы. Комплексный контроль резьб выполняют либо с помощью предельных калибров, либо с помощью проекторов и шаблонов с предельными контурами.

В системах допусков резьбовых калибров устанавливается ГОСТ 24997—2004. Поля допусков для резьбовых калибров строят так же, как и для гладких изделий, но отдельно по каждому из трех диаметров. В отличие от резьбовых деталей допуски для резьбовых калибров установлены раздельно на каждого параметра резьбы.

Основные параметры резьбы: собственно средний диаметр, наружный и внутренний диаметры, шаг и угол профиля можно контролировать с помощью универсальных или специализированных контрольных средств.

Средний диаметр наружной резьбы контролируют с помощью универсальГлава 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ...

Рис. 10.8. Метод измерения среднего диаметра с помощью проволочек (направление поперечного Направление продольного перемещения Рис. 10.9. Схемы измерения параметров резьбы: а — среднего диаметра; б — шага;

в — половины угла профиля; г — среднего диаметра тремя проволочками

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

ных средств без дополнительных приспособлений или с использованием резьбовых вставок, ножей, проволочек, роликов, а для внутренней резьбы — еще и шариков или оттисков. Для измерения среднего диаметра наружной резьбы часто применяют метод трех, двух или одной проволочек.

Цилиндрические элементы заданного диаметра (проволочки) закладывают во впадины резьбы, измеряют размер М, зависящий от среднего диаметра резьбы d2 и диаметра dп проволочек (рис. 10.8).

Измерение размера М можно проводить различными средствами, например, используют длиномеры; оптиметры, микрометры и др.

Шаг резьбы измеряют с помощью универсальных или специальных средств. Из универсальных средств используют главным образом микроскопы, перекрестия которых последовательно наводят на правые и левые стороны профиля резьбы. Это делается для того, чтобы исключить погрешность от перекоса оси резьбы относительно линии измерения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шаг необходимо измерять по правым и по левым сторонам профиля и с обеих его сторон для повышения точности измерений. На рис. 10.9 показаны схемы измерения указанных параметров.

Шаг резьбы можно измерять также методом сравнения либо с образцовой деталью, либо со штриховой мерой. Современные информационно-измерительные приборы позволяют измерять все параметры резьбы и проводить анализ полученной информации с использованием компьютера.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС И ПЕРЕДАЧ,

ДОПУСКИ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

11.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗУБЧАТЫМ ПЕРЕДАЧАМ

Наибольшее распространение в машиностроении получили цилиндрические зубчатые и червячные передачи, а также конические и гипоидные зубчатые передачи. По эксплуатационному назначению все зубчатые передачи можно разделить на четыре основные группы: отсчетные, скоростные, силовые и общего назначения.

К отсчетным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, следящих систем и т.п. В большинстве случаев колеса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отсчетных передач является высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колес передачи. Для реверсивных отсчетных передач существенное значение имеет величина бокового зазора в передаче и колебание этой величины.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолетов и др. Окружные скорости зубчатых колес таких передач могут достигать 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности (до 40 000 кВт). Их основной эксплуатационный показатель — плавность работы, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением скорости 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. Колеса таких передач обычно имеют средние величины модулей. Для них часто ограничивают также интенсивность шума работающей передачи: вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т.п. К силовым относятся зубчатые пеМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ редачи, передающие значительные крутящие моменты и работающие при малых числах оборотов (зубчатые передачи шестеренных клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колеса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное эксплуатационное требование к ним — высокая прочность зубьев, что достигается обеспечением более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев. К передачам общего назначения не предъявляются повышенные требования по точности отдельных показателей.

11.2. СИСТЕМЫ ДОПУСКОВ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ В основу построения систем допусков цилиндрических зубчатых и червячных передач, а также конических и гипоидных зубчатых передач положены общие принципы и закономерности. Допуски этих передач установлены стандартами ГОСТ 1643—81, ГОСТ 3675—81, ГОСТ 1758—81.

ГОСТ 1643—81 распространяется на эвольвентные цилиндрические зубчатые колеса и передачи внешнего и внутреннего зацепления с прямозубыми, косозубыми и шевронными зубчатыми колесами с делительным диаметром до 6300 мм, шириной зубчатого венца или полушеврона до 1250 мм, модулем зубьев от 1 до 55 мм, с исходным контуром по ГОСТ 13755—81. ГОСТ 3675—81 распространяется на червячные цилиндрические передачи и червячные пары (поставляемые без корпуса) с архимедовыми червяками ZA, эвольвентными червяками ZI, конволютными червяками ZN всех типов и с червяками типов ZK, образованными конусом с межосевым углом, равным 90°, с модулем от 1 до 25 мм, с делительным диаметром червяка до 450 мм и делительным диаметром червячного колеса до 6300 мм. ГОСТ 1758—81 распространяется на конические и гипоидные зубчатые передачи и пары (поставляемые без корпуса) внешнего зацепления с прямыми, тангенциальным и криволинейными зубьями со средним делительным диаметром зубчатых колес до 4000 мм, средним нормальным модулем от 1 до 56 мм, с прямолинейным профилем исходного контура и номинальным углом его профиля 20°.

Стандартами установлены двенадцать степеней точности колес (червяков) и передач, обозначаемых в порядке убывания точности цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,12.

Для степеней точности 1 и 2 цилиндрических зубчатых колес и передач, а также степеней точности 1, 2 и 3 конических гипоидных зубчатых передач допуски и предельные отклонения в стандартах не даны. Эти степени предусмотрены для будущего развития.

Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Для каждой степени точности зубчатых (червячных) колес, червяков, зубчатых (червячных) передач или пар устанавливаются нормы: кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев зубчатых колес (зубьев и витков червячного колеса и червяка) в передаче.

Терминология, а также общие понятия, относящиеся к погрешностям и допускам зубчатых передач, даны в ГОСТ 1643—81.

Для обеспечения кинематической точности предусмотрены нормы, ограничивающие кинематическую погрешность передачи и кинематическую погрешность колеса. Кинематическая погрешность передачи определяется как разность между действительным 2r и номинальным (расчетным) 20 углами поворота ведомого зубчатого (червячного) колеса передачи; она выражается в линейных величинах длиной дуги его делительной окружности, т.е. равна ( 2r – 20)r, где r — радиус делительной окружности ведомого колеса (рис. 11.1). В червячных передачах, если нет оговорок, ведомым считают червячное колесо.

Кинематическая погрешность зубчатого (червячного) колеса определяется как разность между действительным и номинальным (расчетным) углами поворота зубчатого (червячного) колеса на его рабочей оси (ось, на которой колесо вращается в передаче), ведомого измерительным колесом (червяком) при номинальном взаимном положении осей вращения этих колес (червячного колеса и червяка). Она также выражается в линейных Рис. 11.1. Схема определения кинематической погрешности зубчатой передачи

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

величинах длиной дуги делительной окружности. При значении требований к точности колеса относительно другой оси (например, оси отверстия под вал, которая может не совпадать с рабочей осью), погрешность колеса будет другой, что должно учитываться при установлении точности передач. При использовании в качестве измерительной базы поверхностей с отклонениями формы и расположения относительной рабочей оси вращения последние следует учитывать при выборе соответствующих допусков или компенсировать их уменьшением производственного допуска.

Показателем кинематической точности передачи является наибольшая кинематическая погрешность передачи Fior, которая равна наибольшей алгебраической разности значений кинематической погрешности передачи за полный цикл измерения относительного положения зубчатых колес (рис. 11.2, а). Полный цикл совершается при повороте большого зубчатого колеса (червячного колеса) на угол 2, равный частному от деления числа зубьев меньшего колеса (числа витков червяка) z1 на наибольший общий Например, z1=40, z2=60, x=20, тогда 2 = наибольшую кинематическую погрешность передач в стандартах не приведены, они могут быть определены расчётом.

Fкпп Рис. 11.2. График кинематической погрешности: а — передачи; б — колеса Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Показателем кинематической точности зубчатого (червячного) колеса является наибольшая кинематическая погрешность зубчатого (червячного) колеса Fir, которая равна наибольшей алгебраической разности значений кинематической погрешности зубчатого (червячного) колеса за один полный оборот (рис. 11.2, б). Fir является комплексной погрешностью колеса. Погрешность Fir ограничена допуском на наибольшую погрешность колеса Fi. В стандартах его величина не дается, она определяется расчётом.

Кинематическая точность передачи любого типа зависит от следующих погрешностей параметров зубчатого (червячного) колеса: накопленной погрешности k шагов, накопленной погрешности шага, погрешности обката. Кроме того, составляющими кинематической погрешности в зависимости от типа передачи являются также: для цилиндрических зубчатых передач — колебание длины нормали, для цилиндрических зубчатых и червячных передач — радиальное биение зубчатого венца, колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса, а для конических и гипоидных передач — биение зубчатого венца, колебание измерительного межосевого угла пары (измерительной пары), колебание относительного положения зубчатых колес пары (измерительной пары), колебание бокового зазора в передаче.

Накопленная погрешность k шагов Fpkr — кинематическая погрешность на k целых угловых шагов, определяется из выражения где — действительный угол поворота колеса, соответствующий k угловым шагам; z — число зубьев колеса; r — радиус делительной окружности;

k — число целых угловых шагов от 2 до z/2; k — номинальный угол поz ворота колеса.

Допуск на накопленную погрешность k шагов Fpk при отсутствии специальных требований назначают для длины дуги, соответствующей z/ или ближайшему целому числу.

Накопленная погрешность зубчатого (червячного) колеса Fpr — набольшая алгебраическая разность значений накопленных погрешностей, найденных для всех значений k в пределах от 2 до z/2 (рис. 11.3). Допуск на накопленную погрешность шага колеса обозначают Fp. Допуски Fp для червячных и конических колес в стандартах не приведены. Их принимают равными допускам Fpk, соответствующим k = или ближайшему целому числу. Величина накопленной погрешности шага Fpr в большинстве случаМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Рис. 11.3. Накопленные погрешности шага ев составляет 70–80% от величины наибольшей кинематической погрешности колеса Fir. Накопленная погрешность шага колеса Fpr образуется в основном вследствие монтажного эксцентриситета зубчатого (червячного) колеса и погрешности обката.

Погрешность обката Fcr — составляющая часть кинематической погрешности зубчатого (червячного) колеса, определяемая при его вращении на технологической оси при исключении циклических погрешностей зубцовой частоты и кратных ей более высоких частот. Под технологической понимают ось колеса, вокруг которой оно вращается в процессе окончательной механической обработки зубьев по обеим их сторонам. Погрешность обката возникает из-за неточностей червячного делительного колеса станка, вызывающих несогласованность угловых поворотов, обрабатываемого колеса и перемещения зубообрабатывающего инструмента. Поэтому Fcr можно определить как кинематическую погрешность делительной цепи зуборезного станка, используемого для окончательной обработки зубьев.

Погрешность обката ограничивается допуском Fc.

Радиальное биение зубчатого венца Frr для цилиндрических зубчатых колес — наибольшая в пределах зубчатого колеса разность расстояний от его рабочей оси до делительной прямой элемента нормального исходного контура одиночного зуба или впадины, условно наложенного на профили зубьев колеса (рис. 11.4):

Радиальное биение зубчатого венца колеса Frr для червячных колес — наибольшая в пределах червячного колеса разность расстояний от его рабочей оси до контактной хорды впадины в нормальном ее сечении. Контактная хорда соединяет потенциальные контактные точки, лежащие на разноименных боковых поверхностях впадины.

Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.4. Радиальное биение зубчатого венца Frr :

1 — элемент нормального исходного контура Биение зубчатого венца Frr для конических и гипоидных колес — наибольшая в пределах зубчатого колеса разность расстояний от его рабочей оси до элемента нормального исходного контура одиночного зуба или впадины, наложенного на профили зубьев колеса и определяемая в направлении, перпендикулярном образующей делительного конуса на среднем конусном расстоянии.

Погрешность Frr вызывается неточным совмещением рабочей оси колеса с технологической осью при зубообработке, а также радиальным биением делительного колеса станка. Допуск параметра обозначают Fr.

Колебание длины общей нормали FvWr для цилиндрических зубчатых колес — разность между максимальным Wmax и минимальным Wmin длинами общей нормали в одном и том же зубчатом колесе: FvWr=Wmax – Wmin.

Длина общей нормали W — это расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум разноименным активным боковым поверхностям А и В зубьев колеса (рис. 11.5). Общая нормаль к эвольвентным профилям является одновременно касательной к основной окружности. Погрешность FvWr ограничена допуском FvW. Колебание длины общей нормали зависит от тангенциальной составляющей погрешности обката при обработке зубчатого колеса.

Колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса Fir для цилиндрических зубчатых и червячных передач — разность между наибольшим и наименьшим действительными межосевыми расстояниями при беззазорном (двухпрофильном) зацеплении измерительного зубчатого колеса с контролируемым колесом при повороте последнего на полный оборот или на один угловой шаг (рис. 11.6). Номинальным измерительным

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 11.6. График колебания измерительного межосевого расстояния за оборот F и на одном зубе f : 1 — контролируемое колесо; 2 — измерительное колесо межосевым расстоянием для цилиндрических зубчатых колес является расчетное расстояние между осями измерительного и проверяемого колеса, имеющего наименьшее дополнительное смещение исходного контура.

Для червячных колес измерительное межосевое расстояние определяется при зацеплении с измерительным червяком, имеющим номинальную толщину витка и лишенным погрешностей. Сопряженные зубья находятся в плотном двухпрофильном зацеплении. В обоих случаях Fir является комплексной радиальной погрешностью и определяется теми же факторами, что и кинематическая погрешность зубчатого (червячного) колеса, за исключением погрешности обката. Допуск показателя Fir обозначают Fi.

Колебание измерительного межосевого угла пары (измерительной пары) конических колес за полный цикл Fior (за полный оборот зубчатого колеса Fir) определяется разностью наибольшего и наименьшего измерительных межосевых углов за полный цикл (за полный оборот колеса) при беззазорном зацеплении (рис. 11.7). Fior и F ir определяют как линейные величины на среднем конусном расстоянии.

Колебание относительного положения конических зубчатых колес пары (измерительной пары) по нормали за полный цикл Finor (за полный оборот зубчатого колеса Finr) определяется разностью положений одного Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.7. Колебание измерительного межосеконических зубчатых колёс пары по нормали:

вого угла пары конических колёс:

лируемое колёсо или измерительное колёсо колеса пары относительно другого. Показатели Finor и Finr определяются в направлении, перпендикулярном плоскости, проходящей через образующую начальных конусов и касательную к ним (рис. 11.8). Колебание бокового зазора в передаче Fvjr для конических зубчатых передач определяется разностью наибольшего и наименьшего боковых зазоров в пределах полного цикла. Цикл взаимного поворота колес для показателей F ior, F ir, Finor, Finr и Fvjr находится так же, как для показателя F ior. Допуски этих показателей обозначают Fio, Fi Fino, Fin, Fvj.

Кинематическая точность колес может быть повышена путем снижения радиального биения колеса и обработки его на станке с повышенной кинематической точностью при точном центрировании заготовки в процессе нарезания и шлифования зубьев. Шевингование колес не уменьшает их кинематическую погрешность.

Плавность работы передач определяется такими параметрами погрешности, которых многократно (циклически) проявляются за оборот зубчатого (червячного) колеса. Они составляют часть кинематической погрешности. Аналитически или при помощи анализаторов кинематическую погрешность можно представить в виде спектра гармонических составляющих, амплитуда и частота которых зависят от характера составляющих погрешностей. Например, отклонения шага вызывают колебания кинемаМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ тической погрешности с частотой, равной частоте входа в зацепление зубьев колес. Такую частоту называют зубцовой.

Для ограничения циклических погрешностей, нарушающих плавность работы передачи, стандартами установлены допуски на амплитуды гармонических составляющих кинематической погрешности: fzko — допуск на циклическую погрешность передачи; fzk — допуск на циклическую погрешность колеса.

Под циклической погрешностью передачи fzkor (рис. 11.9, а) и зубчатого (червячного) колеса fzkr (рис. 11.9, б) понимается удвоенная амплитуда гармонической составляющей кинематической погрешности соответственно передачи и колеса. Допуски fzko и fzk, заданные в стандартах, рассчитаны для разных частот.

Для ограничения циклической погрешности с частотой повторения, равной частоте входа зубьев в зацеплении fzzor, установлен допуск на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче fzzo. Циклическая погрешность зубцовой частоты является главной причиной нарушения плавности зубчатых передач, состоящих из прямозубых колес.

Циклическая погрешность зубчатого (червячного) колеса возникает из-за биения червяка делительной пары станка, биения и перекоса фрезы, а также неточностей станка и инструмента, вызывающих погрешность профиля зубьев колес.

Местная кинематическая погрешность колеса fir для цилиндрических зубчатых колес — наибольшая разность между местными соседними эксFкпп fzkor fzkor Рис. 11.9. График кинематической погрешности и её гармонические составляющие:

а — для передачи; б — для колеса Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.10. Погрешности зубчатого колеса, влияющие на плавность работы:

а — местная кинематическая погрешность f 'ir; б — отклонение шага зацепления fpbr ;

в — погрешность профиля зуба ffr тремальными (максимальными и минимальными) значениями кинематической погрешности зубчатого колеса (рис. 11.10, а). Допуск показателя f ir обозначают — f i.

Показателем плавности работы зубчатого (червячного) колеса является отклонение шага. Установлены верхнее и нижнее предельные отклонения шага ± fpt. Под отклонением шага fptr понимается кинематическая погрешность зубчатого (червячного) колеса при его повороте на один номинальный угловой шаг, т.е. fptr= ( – 2 /z)r. Кроме перечисленных выше показателей, характеризующих плавность работы зубчатых передач всех типов, для каждого типа существуют свои специфические показатели.

Отклонение шага зацепления fpbr для цилиндрических зубчатых колес — разность между действительным и номинальным шагом зацепления. Действительный шаг зацепления равен расстоянию между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум одноименным активным боковым поверхностям соседних зубьев зубчатого колеса. Его определяют в сечении, перпендикулярном к направлению зубьев в плоскости, касательной к основному цилиндру (рис. 11.10, б). Предельные отклонения шага зацепления обозначают ± fpb.

В колесах, получаемых методом обката, отклонение шага зацепления зависит главным образом от погрешности того же элемента нарезающего

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

инструмента (червяной фрезы, долбяка, гребенки), которая переносится на обрабатываемое колесо. Незначительное влияние оказывает точность делительной цепи станка. При наличии отклонений fpbr пересопряжение зубьев сопровождается ударами, повышенным шумом, передача работает неплавно. При этом увеличивается неравномерность нагрузки зубьев, что снижает их долговечность.

Разность шагов fvptr для цилиндрических зубчатых колес — разность между отклонениями шагов на любых участках зубчатого колеса. Допуск показателя fvptr обозначают — fvpt.

Погрешность профиля ffr для цилиндрических зубчатых и червячных колес — расстояние по нормали между двумя ближайшими номинальными торцовыми профилями 1, между которыми размещается действительный торцевой активный профиль 2 зуба колеса (рис. 11.10, в). Под действительным торцовым профилем зуба понимают линию пересечения действительной боковой поверхности зуба зубчатого (червячного) колеса плоскостью, перпендикулярной к его рабочей оси. Для червячных колес этот показатель обозначают ff2r. Погрешность профиля витка червяка ff1r определяется в плоскости, касательной к направляющему цилиндру червяка, причем для архимедова червяка радиус этого цилиндра равен нулю, для эвольвентного — радиусу основного цилиндра. Допуски обозначаются ff, а для червячного колеса и червяка соответственно ff2 и ff1. Погрешность профиля вызывает неравномерность движения, дополнительные динамические нагрузки, а также уменьшает поверхность контакта зубьев.

Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f ir^ для цилиндрических зубчатых и червячных колес определяется аналогично показателю кинематической точности F ir, но при повороте колеса на один зуб. Допуск обозначается — fi.

На плавность работы червячных передач оказывают влияние накопления погрешность k шагов червяка fpxkr (допуск fpxk), радиальное биение червяка frr (допуск — fr), которые определяются аналогично соответствующим показателям кинематической точности Fpkr и Frr, отклонение осевого шага червяка fpxr (рис. 11.11) (предельные отклонения ±fpxr), определяемое аналогично показателю fptr, а также погрешности винтовой линии, ее форма и расположение на поверхности червяка.

Погрешность винтовой линии в пределах оборота fhr и на длине нарезной части червяка fhkr — расстояние по нормали между двумя номинальными винтовыми линиями, лежащими на соосном цилиндре, близком к делительному цилиндру червяка. Допуски обозначаются — соответственно fh и fhk.

Погрешность формы и расположения винтовой поверхности червяка fhsr — наибольшее в пределах активной поверхности витка червяка расстоГлава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.11. Отклонение осевого шага червяка fpxr яние по нормали между активной поверхностью червяка и условно соприкасающейся с ней соосно расположенной производящей поверхностью червячной фрезы. Допуск на эту погрешность — fhs.

Показатели плавности работы конических колес: колебание измерительного межосевого угла пары fior (измерительной пары fir ) и колебание относительного положения зубчатых колес пары на одном зубе finor (измерительной пары finr) определяются аналогично соответствующим показателям кинематической точности Fior, Fir, Finor, Finr. Допуски на показатели fior, fir, finor, finr обозначены соответственно fio, fi, fino, fin.

Для конических колес устанавливаются также допуск fc на погрешность обката зубцовой частоты и предельные осевые смещения зубчатого венца ± fАМ.

Погрешность обката зубцовой частоты fct для конических колес является составляющей кинематической погрешности колеса по частоте, равная зубцовой или более высокой, кратной ей. Показатель fcr определяется на технологической оси при исключении влияния погрешности производящей поверхности инструмента или как погрешность кинематической цепи станка. Осевое смещение зубчатого венца fAMr для конических передач (рис. 11.12) определяется величиной смещения зубчатого венца Рис. 11.12. Осевые смещения зубчатого венца fAMr1 и fAMr

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

вдоль оси при монтаже передачи от положения, при котором плавность работы и пятно контакта являются наилучшими.

Приведенные выше погрешности, многократно периодически проявляющиеся за оборот колеса, снижают долговечность скоростных и особенно тяжелонагруженных скоростных передач (например, турбинных редукторов). Они вызывают повторяющиеся разрывы контакта сопряженных зубьев, крутильные колебания привода, поперечные колебания валов и вибрацию всего агрегата. Этому сопутствует шум высокого уровня, который увеличивается с увеличением скорости вращения передачи. Чтобы повысить плавность передачи, целесообразно повышать точность зуборезного инструмента и точность червяка, сопряженного делительным колесом станка, а также применять шевингование и зубохонингование колес.

Долговечность и износостойкость зубчатых передач зависят от полноты контакта сопряженных боковых поверхностей зубьев колес. При неполном прилегании зубьев уменьшается несущая площадь поверхности их контакта, неравномерно распределяются контактные напряжения и смазка, что приводит к интенсивности износу зубьев. Для обеспечения требуемой 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 его к зубьям парного колеса после вращения собранной передачи при непрерывном контактировании зубьев обоих колес. Для червячных передач суммарное пятно контакта определяется по следам прилегания зуба червячного колеса и червяка. Вращение передачи осуществляется при легком торможении или, если это специально оговорено, под нагрузкой.

Для конических колес суммарное пятно контакта, полученное при легком торможении при условии непрерывного контактирования, называют суммарной зоной касания.

Суммарное пятно (зону касания) (рис. 11.13) определяют по относительным размерам в %: по длине зуба — отношением расстояния a между крайними точками следов прилегания за вычетом разрывов c, превосходящих величину модуля (в мм), к длине зуба b, т.е. (a – c)/b.100%; по высоте зуба — отношением средней (по всей длине зуба) высоты следов прилегания hm к высоте зуба соответствующей активной боковой поверхности hp, т.е. m 100%, или по отклонениям относительных размеров суммарного Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.13. Пятно контакта зубьев в передаче: а — червячного колеса;

б — конического зубчатого колеса; в — цилиндрического зубчатого колеса пятна контакта по длине Fslr и по высоте Fshr. Отклонения суммарной зоны касания обозначают соответственно Fslr и Fshr. Предельные отклонения обозначают Fsl и Fsh, а для зоны касания — Fsl и Fsh.

Показателем полноты контакта является также мгновенное пятно контакта. Мгновенное пятно контакта — это часть активной боковой поверхности зуба большого зубчатого колеса передачи, на которой располагаются следы его прилегания к зубьям меньшего зубчатого колеса, покрытым красителем, после поворота большого зубчатого колеса на полный оборот при легком торможении, обеспечивающем непрерывное контактирование зубьев обоих колес.

Предельные относительные размеры мгновенного пятна контакта зубьев цилиндрических зубчатых передач 7–11-й степеней точности с числом зубьев колеса, не равным и не кратным числу зубьев шестерни, допускается уменьшать по отношению к соответствующим предельным относительным размерам суммарного пятна контакта, но не более чем на 25%. При контроле полноты контакта с измерительным зубчатым колесом относительные размеры суммарного пятна контакта должны быть соответственно увеличены.

На полноту контакта колес влияют в зависимости от типа передачи погрешности формы и расположения зубьев, а также погрешности монтажа.

Цилиндрические зубчатые передачи. Для косозубых колёс устанавливается отклонение осевых шагов по нормали Fpxnr — разность между действительным осевым расстоянием зубьев и суммой соответствующего числа номинальных осевых шагов, умноженная на синус угла наклона деМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ лительной линии зуба, т.е. Fpxnr = x sin (рис. 11.14, а). Под действительным осевым расстоянием зубьев понимают расстояние между одноименными линиями зубьев косозубого зубчатого колеса по прямой, параллельной рабочей оси. Расстояние между одноименными линиями соседних зубьев является действительным осевым шагом. Предельные отклонения осевых шагов ± Fpxn.

Рис. 11.14. Погрешности, влияющие на полноту контакта зубьев в цилиндрической зубчатой передаче: а — отклонение осевых шагов по нормали Fpxnr; б — погрешность формы и расположения контактной линии Fkr; в — погрешность направления зуба F r; г — отклонение от параллельности осей fxr, перекос осей fyr, отклонение межосевого расстояния far Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

нальными потенциальными контактными линиями 1 (рис. 11.14, б), условно положенными на плоскость (поверхность) зацепления, между которыми размещается действительная потенциальная контактная линия 2 на активной боковой поверхности зуба. Под потенциальной контактной линией понимают линию пересечения поверхности зуба поверхностью зацепления. Допуск на погрешность формы и расположения контактной (потенциальной) линии — Fk.

Погрешностью направления зуба F r называют расстояние по нормали между двумя ближайшими номинальными делительными линиями зуба 1 (рис. 11.14, в), между которыми размещается действительная делительная линия зуба 2, соответствующая рабочей ширине венца. Под действительной делительной линией зуба понимают линию пересечения действительной боковой поверхности зуба колеса делительным цилиндром, ось которого совпадает с рабочей осью. Допуск обозначают F.

Непараллельность осей (отклонение от параллельности) fxr — отклонение от параллельности проекций рабочих осей зубчатых колес в передаче на плоскость, в которой лежит одна из осей и точка второй оси в средней плоскости передачи (рис. 11.14, г). Под средней плоскостью передачи понимают плоскость, проходящую через середину рабочей ширины венца или (для шевронной передачи) через середину расстояния между внешними торцами, ограничивающими рабочую ширину полушевронов. Перекос осей fyr — отклонение от параллельности рабочих осей зубчатых колес в передаче на плоскость, проходящую через одну из осей и перпендикулярную к плоскости, в которой лежит эта ось и точка второй оси в средней плоскости передачи. Непараллельность и перекос определяются в линейных единицах на длине, равной рабочей ширине венца или ширине полушеврона. Эти погрешности характеризуют точность монтажа передачи и ограничиваются соответственно допусками fx и fy.

Червячные передачи. Отклонение межосевого угла в передаче fr и в обработке fcr — разность между действительным и номинальным межосевыми углами. Определяется на ширине зубчатого венца колеса в линейных величинах (рис. 11.15, а). Предельные отклонения соответственно ±f и ±fc.

Отклонение межосевого расстояния в передаче far и в обработке facr — разность между действительным и номинальным межосевыми расстояниями (рис. 11.15, б). Предельные отклонения, соответственно ±fa и ±fac.

Смещение средней плоскости колеса в передаче fxr и в обработке fxcr — расстояние между средней плоскостью колеса и плоскостью, перпендикулярной его оси и проходящей через ось червяка (рис.11.15, в). Предельные отклонения соответственно ±fx и ±fxc.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 11.15. Погрешности, влияющие на полноту контакта зубьев и витков в червячной передаче:

а — отклонение межосевого угла fr; б — отклонение межосевого расстояния far;

в — смещение средней плоскости колеса fxr Конические зубчатые передачи. Суммарное пятно контакта зависит от отклонения межосевого расстояния far, которое определяется для конических передач как отклонение действительного межосевого расстояния от его номинального нулевого значения. Предельные отклонения обозначают ±fa.

Боковой зазор jnr в зубчатой передаче (рис. 11.16, а) определяется как зазор, обеспечивающий свободный поворот зубчатого (червячного) колеса при неподвижном втором зубчатом колесе (червяке). Боковой зазор в передаче необходим для устранения возможности заклинивания при нагреве Рис. 11.16. Сопряжение зубьев в зубчатой передаче: а — боковой зазор jnr;

б — схема расположения полей допусков Tjn для принятых видов сопряжений Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

передачи, обеспечения условий протекания смазки, для компенсации погрешностей изготовления и монтажа. Кроме того, величина зазора влияет на мертвый ход при реверсировании отсчетных и делительных передач, а также на ударный импульс по нерабочим профилям, который возникает в случае разрыва контакта рабочих профилей из-за динамических явлений.

Стандартами устанавливается гарантированный боковой зазор jn min — наименьший предписанный боковой зазор. Для удовлетворения требований различных отраслей промышленности предусмотрено шесть видов сопряжений, определяющих различную величину jn min: A, B, C, D, E, H (рис.

11.16, б), а также установлены виды допусков на боковой зазор: a b c d h.

Обозначения даны в порядке убывания величины бокового зазора и допуска на него. Видам сопряжений H и E соответствует вид допуска на боковой зазор h, видам сопряжений A, B, C, D — вид допуска соответственно a, b, c, d. Допускается изменять соответствие между видом сопряжения и видом допуска, при этом для цилиндрических зубчатых и червячных передач могут быть использованы виды допуска на боковой зазор x, y, z.

Для цилиндрических зубчатых передач устанавливается также шесть классов отклонений межосевого расстояния (I, II, III, IV, V, VI). Видам сопряжений H, E соответствует II класс, видам сопряжений D, C, B, A — соответственно III, IV, V, VI классы. Указанное соответствие разрешается изменять.

Погрешности изготовления и монтажа колес учитывают при определении наибольшего бокового зазора. Разность между наибольшим и гарантированным зазорами должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и монтажа колес. Компенсация уменьшения бокового зазора, возникающего из-за погрешностей изготовления цилиндрических зубчатых колес и монтажа передачи kj, определяется по формуле В зависимости от типа зубчатой передачи боковой зазор обеспечивается по-разному.

Цилиндрические зубчатые передачи. С целью обеспечения в передаче гарантированного бокового зазора осуществляется дополнительное смещение исходного контура EHr. Дополнительное смещение исходного контура рейки (зуборезного инструмента) от его номинального положения (рис. 11.17) производится по радиусу в тело колеса. Номинальным положением исходного контура условно считают то, которое получается после его смещения при корригировании зубчатых колес.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 11.17. Смещение исходного контура:

1 — номинальное положение; 2 — дополнительное смещение Наименьшее дополнительное смещение назначают в зависимости от степени точности по нормам плавности и вида сопряжения и обозначают:

для зубчатых колес с внешними зубьями — EHs, для колес с внутренними зубьями + EHi. Допуск TH на смещение исходного контура установлен в зависимости от допуска на радиальное биение Fr, вида сопряжения, причем TH>Fr. Показателями, обеспечивающими гарантированный боковой зазор, для колес является также наименьшее отклонение средней длины линии общей нормали EWms(EWmi) (рис. 11.18, а); наименьшее отклонение толщины зуба по постоянной хорде в нормальном сечении Ecs; предельные отклонения измерительного межосевого расстояния; верхнее Ea"i (рис.

11.18, б). Установлены допуски на среднюю длину общей нормали TWm и на толщину зуба Tc.

В собранных передачах показателями бокового зазора являются: для передач с нерегулируемым расположением осей предельные отклонения межосевого расстояния ±fa, а с регулируемым — гарантированный боковой зазор jn min.

Червячные передачи. Гарантированный боковой зазор в передаче обеспечивается наименьшим отклонением толщины витка червяка по хорде Ess, которое является наименьшим предписанным уменьшением контактной хорды витка, определяемым в нормальном сечении к витку. Допуск на толщину витка Ts.

Конические зубчатые передачи. Гарантированный боковой зазор обеспечивается выбором предельных отклонений межосевого угла передачи ±E, а также наименьшего отклонения средней постоянной хорды зубьГлава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.18. Предельные отклонения:

а — средней длины общей нормали EWms (EWmi); б — измерительного межосевого расстояния Ea"i;

1 — контролируемое колесо; 2 — измерительное колесо ев Escs (допуск Tsc) и наименьшего отклонения средней делительной толщины зуба по хорде Ess (допуск Tsc). Показатели Escs и Ess являются наименьшим предписанным уменьшением соответственно постоянной хорды зуба и средней делительной толщины зуба, осуществляемым с целью создания гарантированного бокового зазора.

Условное обозначение точности зубчатых передач Точность изготовления зубчатых (червячных) колес и червяков, а также зубчатых передач задается степенью точности, а требования к боковому зазору — видом сопряжения по нормам бокового зазора.

Примеры условного обозначения точности цилиндрических передач.

Передача со степенью точности 7 по всем трем нормам, с видом сопряжения зубчатых колес С и соответствием между видом сопряжения и видом допуска на боковой зазор (вид допуска — с), а также между видом сопряжения и классом отклонения межосевого расстояния (класс IV): 7-С ГОСТ 1643—81. Цилиндрическая зубчатая передача со степенью 8 по нормам кинематической точности, степенью 7 по нормам плавности работы, степенью 6 по нормам контакта зубьев, с видом сопряжения колес В, видом допуска на боковой зазор а и соответствием между видом сопряжения и классом отклонений межосевого расстояния:

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

8-7-6-Ва ГОСТ 1643—81. Цилиндрическая зубчатая передача со степенью точности 7 по всем нормам, с видом сопряжения С, видом допуска а и V классом отклонений межосевого расстояния, т.е. грубее соответствующего виду сопряжения С (класс IV): 7-Са/V –128 ГОСТ 1643—81. В этом случае в условном обозначении указывают принятый класс и рассчитанный по формуле уменьшенный гарантированный боковой зазор jnmin = jnmin 0,68 fa fa. Так, например, по ГОСТ 1643—81 для передачи с межосевым расстоянием аw= 450 мм значение гарантированного бокового зазора jn min и предельного отклонения межосевого расстояния fa, соответствующих IV классу (вид сопряжения С), а также параметр f a, соответствующий принятому V классу: jn min= 155 мкм, fa = 80 мкм, f a=120 мкм, тогда с округлением jn min= 128 мкм. При принятии более точного класса отклонений межосевого расстояния рассчитанный зазор может не указываться в условном обозначении.

Примеры условного обозначения точности червячных передач. Передача 7-й степени точности по всем трем нормам, с видом сопряжения С и видом допуска с: 7-С ГОСТ 3675—81. Передача с комбинированием степеней, с видом сопряжения В и видом допуска а, не соответствующим виду сопряжения: 8-7-6-Ва ГОСТ 3675—81.

Примеры условного обозначения точности конических передач. Передача 7-й степени по всем трем нормам точности, с видом сопряжения С:

7-С ГОСТ 1758—81. Передача с комбинированием степеней, с видом сопряжения В: 8-7-6-B ГОСТ 1758—81. Передача 7-й степени точности с гарантированным боковым зазором jn min= 400 мкм, не соответствующим ни одному из видов сопряжения: 7-400 ГОСТ 1758—81. В случаях, когда на одну из норм не задается степень точности, вместо соответствующей цифры ставится буква N: 8-7-N ГОСТ 1758—81.

Степень точности колес и передач устанавливают в зависимости от требований к кинематической точности, плавности, передаваемой мощности, а также от величины окружной скорости колес. Например, при окружной скорости прямозубых колес, равной 10–15 м/с, применяют 6–7-ю степени точности, а при скорости 20–40 м/с 4–5-ю степени. Степень точности должна определяться соответствующими расчетами. Например, на основе кинематического расчета погрешностей всей передачи и допустимого угла рассогласования можно найти необходимую степень по нормам кинематической точности; из расчета динамики передачи, уровня вибрации и шума выбирают степень точности по нормам плавности работы; расчет на проГлава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

чность и долговечность дает возможность выбрать степень точности по нормам контакта.

При выборе степени точности учитывают опыт эксплуатации аналогичных передач и используют принцип комбинирования норм точности, т.е. для конкретной передачи в зависимости от ее назначения устанавливают различные степени точности: по нормам кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев. Комбинирование норм позволяет устанавливать повышенную точность только тех параметров колес, которые важны для удовлетворения эксплуатационных требований; остальные параметры можно выполнять по более грубым допускам. Комбинирование целесообразно как с эксплуатационной, так и с технологической точки зрения. При комбинировании степеней учитывают следующие ограничения: нормы плавности могут быть не более чем на две степени точности или на одну степень грубее норм кинематической точности, нормы контакта могут назначаться по степеням более точным, чем нормы плавности.

Для цилиндрических зубчатых передач допускается назначать нормы контакта на одну степень грубее норм плавности.

Указанные ограничения вызваны наличием определенной взаимосвязи между показателями точности колес. Так, циклическая погрешность является частью кинематической погрешности, многократно повторяющейся на оборот колеса. Поэтому при сохранении допуска на кинематическую погрешность колеса расширение допуска на циклическую погрешность более чем на одну степень вызывает заметное уменьшение допускаемого значения кинематической погрешности и делает практически невозможным изготовление такого колеса.

При назначении допусков кинематической точности и плавности работы колес по разным степеням точности допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса для цилиндрических зубчатых передач определяют по формуле а для червячных передач — по формуле где допуск, входящий в первое слагаемое, принимается по степени для норм кинематической точности, а допуски, входящие во второе слагаемое, по степени для норм плавности работы. Это связано с тем, что допуск Fi является суммарным и учитывает как кинематическую погрешность, так и погрешность, нарушающую плавность работы. Степень точности по нормам контакта обычно выбирают совпадающей со степенью по нормам плавности. Например, для тракторов, грузовых автомобилей применяют зубМЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ чатые передачи 7-6-6-С, 8-7-7-С; для редукторов турбин — передачи 6-5-5-В, в металлургическом машиностроении — передачи 8-7-7-В. Для силовых передач прокатных станов применяют зубчатые колеса с повышенной точностью по нормам контакта: 8-7-6-В. Для делительных и других отсчетных механизмов степени по нормам кинематической точности и плавности принимают одинаковыми, а иногда кинематическая точность на одну степень точнее плавности, например, 4-5-5-D.

11.3. КОНТРОЛЬ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

В зависимости от поставленной цели контроль зубчатых колес может быть приемочный (окончательный) и технологический. При приемочном контроле устанавливают соответствие точности колеса предъявляемым требованиям, зависящим от назначения передачи. Технологический контроль используют при наладке технологических операций и для выявления причин брака.

Поскольку точность зубчатых колес проверяют различными методами и средствами, ГОСТ 1643—81, ГОСТ 3675—81и ГОСТ 1758—81 установлены комплексные и несколько вариантов поэлементных показателей точности зубчатых (червячных) колес. Выбор показателей для контроля точности зубчатых колес зависит от условий производства, степени точности колес, их назначения, размеров, объема выпуска и других факторов. Комплексы показателей точности цилиндрических зубчатых колес и передач приведены в ГОСТ 1643—81. Комплексы контроля червяков, червячных колес и передач приведены в ГОСТ 3675—81. Все установленные комплексы, используемые при приемке зубчатых колес и передач, являются равноправными. Однако комплексы неравноценны. Наиболее полную информацию о годности колеса по каждой из трех норм, а также по виду сопряжения дают комплексные (функциональные) показатели. Комплексными показателями являются наибольшая кинематическая погрешность колеса Fir и передачи Fior, циклическая погрешность колеса fzkr и передачи fzkor, циклическая погрешность зубцовой частоты в передаче fzzor, суммарное пятно контакта и гарантированный боковой зазор jn min. Каждый последующий комплекс составляет хотя и значительную, но часть основной погрешности. Поэтому допуски и отклонения для показателей, не полностью выявляющих основную погрешность, установлены стандартами, меньшими, чем для комплексных показателей, например, допуски на накопленную погрешность шага меньше, чем на наибольшую кинематическую погрешность и т.д. Контроль колес и передач по всем показателям установленного комплекса можно не производить, если изготовитель существующей Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

у него системой контроля производства гарантирует требуемую точность изделий. При выборе комплекса для приемочного контроля зубчатых колес необходимо учитывать следующие общие положения:

1. Предпочтение следует отдавать комплексным показателям, позволяющим оценивать суммарную погрешность зубчатого колеса. Для оценки виброактивности зубчатых колес и передач предпочтительно осуществлять контроль кинематической погрешности с последующим гармоническим анализом, т.е. контролировать весь спектр циклических погрешностей.

2. Полную оценку точности колеса можно получить при контроле с измерительным колесом. При этом определить наибольшую кинематическую погрешность Fir, циклическую погрешность fzkr, пятно контакта и боковой зазор jnr.

3. Предпочтительно применять методы контроля, дающие непрерывную информацию об измеряемом показателе по всему зубчатому колесу.

Например, целесообразнее контролировать кинематическую погрешность, а не накопленную погрешность шага; колебание измерительного межосевого расстояния, а не радиальное биение зубчатого венца; погрешность обката, а не колебание длины общей нормали.

4. Предпочтение следует отдавать измерениям, проводимым на рабочей оси вращения колеса.

5. Предпочтительно применять методы контроля, которые дают непосредственную оценку показателей точности (не требуется пересчет или другая математическая обработка). Например, предпочтительны измерение накопленной погрешности шага с помощью прибора с угловым устройством, а не определение величины накопления по результатам измерения равномерности шага; контроль смещения исходного контура, а не контроль размера по роликам и т.д.

Рекомендуемые комплексы проверок для цилиндрических зубчатых колес, применяемых в машиностроении, приведены в ГОСТах. Рекомендации являются ориентировочными и могут быть скорректированы в зависимости от условий производства. Стандартами установлено, что если показатели кинематической точности, плавности или контакта зубьев колес требованиям стандарта и требование селективной сборки не выдвигается, то контроль кинематической точности, плавности или пятна зубчатой передачи не обязателен. При соответствии норм точности окончательно собранной передачи требованиям стандарта контроль кинематической точности, плавности работы или контакта зубьев не является необходимым.

Приборы для контроля цилиндрических, конических, червячных зубчатых колес, червяков можно разделить: 1) по назначению — на приборы

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

для контроля зубчатых колес: цилиндрических C, конических K, червячных G, червяков Z, других колес (смешанных, спироидных передач и спироидных червяков) R; 2) по конструкции — на типы: станковые S, накладные M; 3) по параметрам — диаметрам и модулям контролируемых колес;

4) по контролируемым показателям точности — на группы: 1 — приборы для контроля кинематической погрешности, 2 — приборы для контроля погрешности шага, 3 — приборы для контроля радиального биения и т.д.;

5) по точности — на классы точности А, АВ и В.

Приборы класса точности А можно применять для контроля зубчатых колес, начиная с 3-й степени точности, классов АВ и В — соответственно начиная с 5 и 7-й степеней точности. Типы, основные параметры и нормы точности приборов для контроля цилиндрических зубчатых колес приведены в ГОСТ 5368—81. Приборы для контроля цилиндрических зубчатых колес изготовляют двух типов: СЦ — станковые с устройством для базирования проверяемых колес и НЦ — накладные.

Основным видом контроля кинематической точности колес является комплексная проверка зубчатого колеса в однопрофильном зацеплении с измерительным колесом (червяком или рейкой). Однопрофильный контроль (рис. 11.19) заключается в определении с помощью устройства 3 разности действительных углов поворота ведомых звеньев двух систем, из которых одна состоит из контролируемого колеса 2, находящегося в однопрофильном зацеплении с измерительным колесом 1, а другая — из образцовой передачи 4 с заданным передаточным отношением, кинематической погрешностью которой можно пренебречь. Достоинством однопрофильноРис. 11.19. Принципиальная схема прибора для контроля кинематической погрешности Глава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

го контроля является то, что условия зацепления при проверке соответствуют условиям работы колес в механизме.

Современные приборы для контроля кинематической циклической погрешностей снабжены анализирующей и регистрирующей аппаратурой и имеют интерфейс для связи с компьютером, что позволяет осуществлять гармонический анализ графика кинематической погрешности. Циклическая погрешность записывается прибором в виде спектра частот, составляющих кинематическую погрешность.

Комплексный однопрофильный контроль предполагает использование сложных информационно-измерительных систем. Поэтому в массовом и крупносерийном производствах зубчатые колеса проверяют часто в двухпрофильном зацеплении с измерительным зубчатым колесом на приборах, называемых межцентромерами. Распространение этого вида контроля объясняется также сравнительной простотой конструкции межцентромеров и высокой производительностью контроля. Такой контроль позволяет выявить колебание измерительного межосевого расстояния (относительно его номинального значения) за оборот проверяемого колеса Fir и при повороте на один зуб fir. При контроле можно устанавливать отклонение толщины зуба или смещение исходного контура. Контроль колес в двухпрофильном зацеплении обычно дополняют контролем колебания длины общей нормали FvWr или контролем точности оборудования.

Двухпрофильный контроль легко автоматизируется. Поэтому в автоматических линиях изготовления зубчатых колес применяют полуавтоматы и автоматы для двухпрофильного контроля, завода «Калибр»

(БВ-8010А и БВ-80110В). Приборы для комплексного двухпрофильного контроля (МЦМ-160, МЦМ-320М, МЦМ-400Б, БВ-5029) универсальны — позволяют контролировать колеса разных размеров, насадных и валковых, и снабжены приспособлениями для проверки цилиндрических передач внешнего и внутреннего зацепления, конических и червячных передач.

На рис. 11.20 показан прибор типа МЦМ-400Б. На оправку 1, жестко связанную с подвижной измерительной кареткой 2, насаживают измерительное колесо, а на оправку 6, жестко связанную с неподвижным суппортом 5, — проверяемое колесо. Измерительная каретка 2 под действием пружины 4 прижимает измерительное колесо к проверяемому, создавая плотное зацепление. При совместном вращении колес колебания измерительного межосевого расстояния отмечаются индикатором 3 или установленным вместо него индуктивным преобразователем, связанным с самописцем. Номинальное межосевое расстояние aw устанавливают при помощи концевых мер, располагаемых между оправками 1 и 6, или при помощи специальных дисков, которые надевают на эти оправки.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 11.20. Межцентромер для комплексного двухпрофильного контроля цилиндрических зубчатых колёс Если невозможно выполнить однопрофильную проверку, устанавливают накопленную погрешность k шагов Fpkr или по зубчатому колесу Fpr. Накопленная погрешность шага (углового) может быть определена по результатам проверки равномерности шага по всему колесу. В этом случае накопленную погрешность определяют путем соответствующей обработки результатов последовательного измерения шагов и построения диаграммы. Непосредственно накопленная погрешность шага может быть определена при последовательном измерении угловых шагов колеса при помощи универсальных приборов для угловых измерений — теодолитов, оптических делительных головок и т.п.

Принципиальная схема углового шагомера показана на рис. 11.21.

Проверяемое колесо 1 устанавливают соосно с угловым лимбом 2 и фиксируют в этом положении фиксаторов 3. Измерительный наконечник 7 рычага 4, на который опирается индикатор, приводят в соприкосновении с профилем зуба колеса, и его радиальное положение фиксируют упором 6. Индикатор устанавливают на руль. Затем при помощи каретки 5 наконечник 7 отводят и зубчатое колесо последовательно поворачивают от зуба к зубу по всей окружности на величину углового шага (=360°/z). При помощи этого прибора измеряют отклонения углового шага от его теоретической величины. Сумма наибольших положительного и отрицательного отклонений угловых шагов, полученных при измерении этого параметра по всей окружности колеса, составляет накопленную погрешность окружного шага в угловых величинах.

Радиальное биение зубчатого венца проверяют с помощью приборов, называемых биениемерами (рис. 11.22). Измерительный наконечник может иметь форму: зуба рейки, выполненного по исходному контуру, усеГлава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.21. Схема углового шагомера для контроля накопленной погрешности шага ченного конуса с углом при вершине 2а, седлообразного наконечника, имеющего профиль впадины зуба рейки или форму сферического наконечника. Наконечник должен касаться поверхности двух соседних зубьев по постоянной хорде впадины.

Проверяемое зубчатое колесо 1 насаживают на оправку 2. Наконечник 3 на измерительном стержне 4 перемещается под действием пружины Рис. 11.22. Схема биениемера

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Рис. 11.23. Зубомерный микрометр в направляющей втулке 7 и прикрепленной к нему планкой 5 воздействует на наконечник индикатора 6. Измерения производят путем последовательного ввода наконечника 3 во все впадины колеса. Разность между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора при поочередном перемещении наконечника во все впадины колеса определения радиальное биение зубчатого венца.

Контроль колебания длины общей нормали. Контроль колебания длины общей нормали FWr производить зубомерными микрометрами (рис. 11.23), индикаторными нормалемерами и другими средствами.

Индикаторный нормалемер (рис. 11.24) снабжен трубкой 1, по которой перемещается разрезная втулка 2, жестко соединенная с переставной измерительной губкой 3. Подвижная измерительная губка 4 перемещается на плоских пружинах 5 параллельно оси трубки 1. Это перемещение передается индикатору 7 через угловой рычаг 6 с соотношением плеч 2 : 1. При цене индикатора 0,01 мм цена деления нормалемера равна 0,005 мм.

Колебание длины общей нормали FWr находят как разность между наибольшей и наименьшей действительными длинами общей нормали при последовательном измерении всех групп зубьев проверяемого колеса.

Средняя длина общей нормали Wm определяется как средняя арифметическая всех действительных длин общих нормалей по зубчатому колесу.

На производстве применяют профилактические методы контроля всех составляющих технологического процесса: станка, приспособления, инструмента, детали при этом контролируют погрешность обката. Это позволяет упростить контроль зубчатых колес, ограничиваясь проверкой радиального биения зубчатого венца. Для контроля погрешности обката в промышленности применяют кинематометры. Принцип работы этих приборов аналогичен приборам для комплексного однопрофильного контроля. Приборы отличаются по способу создания образцового движения. Так, в приГлава 11. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ НОРМ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС...

Рис. 11.24. Индикаторный нормалемер боре МЭК-2 образцовое движение задается с помощью магнитоэлектрической записи, а в приборе КН-6М — с помощью стеклянных дисков со штрихами (растров). Высокочастотные составляющие кинематической погрешности зубообрабатывающих станков выявляются с помощью сейсмических преобразователей.