Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Зубчатая передача состоит из пары находящихся в зацеплении зубчатых колес или зубчатого колеса и рейки. В первом случае она служит для передачи вращательного движения от одного вала к другому, во втором - для превращения вращательного движения в поступательное.

В машиностроении применяют следующие виды зубчатых передач: цилиндрические (рис. 1) при параллельном расположении валов; конические (рис. 2, а) при пересекающихся и перекрещивающихся валах; винтовые и червячные (рис. 2, б и в) при перекрещивающихся валах.

Зубчатое колесо, передающее вращение, называют ведущим, приводимое во вращение - ведомым. Колесо зубчатой пары с меньшим числом зубьев называют шестерней, сопряженное с ним парное колесо с большим числом зубьев - колесом.

Отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным числом:

spraw_zuboreza-1

Кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение i, представляющее собой отношение угловых скоростей колес, а при постоянном i — и отношение углов поворота колес

spraw_zuboreza-2

Если при i не стоят индексы, то под передаточным отношением следует понимать отношение угловой скорости ведущего колеса к угловой скорости ведомого.

Зубчатое зацепление называют внешним, если оба зубчатых колеса имеют внешние зубья (см. рис. 1, а, б), и внутренним, если одно из колес имеет внешние, а второе — внутренние зубья (см. рис. 1, в).

В зависимости от профиля зубьев колес различают зацепления трех основных видов: эвольвентные, когда профиль зуба образован двумя симметричными эвольвентами; циклоидальные, когда профиль зубьев образован циклоидальными кривыми; зацепления Новикова, когда профиль зуба образован дугами окружности.

Эвольвентой, или разверткой окружности, называется кривая, которую описывает точка, лежащая на прямой (так называемой производящей прямой) линии, касательной к окружности и перекатываемой по окружности без скольжения. Окружность, разверткой которой является эвольвента, называют основной окружностью. С увеличением радиуса основной окружности кривизна эвольвенты уменьшается. При радиусе основной окружности, равном бесконечности, эвольвента превращается в прямую, что соответствует профилю зуба рейки, очерченному по прямой.

Наиболее широкое применение находят зубчатые передачи с эвольвентным зацеплением, которое имеет следующие преимущества перед другими видами зацепления: 1) допускается небольшое изменение межосевого расстояния при неизменном передаточном отношении и нормальной работе сопряженной пары зубчатых колес; 2) облегчается изготовление, так как одним и тем же инструментом можно нарезать колеса

spraw_zuboreza-3

Рис. 1. Цилиндрические зубчатые колеса

spraw_zuboreza-4

Рис. 2. Зубчатые передачи с непараллельными осями

с различным числом зубьев, но одинакового модуля и угла зацепления; 3) колеса одного и того же модуля сопрягаются между собой независимо от числа зубьев.

Приведенные ниже сведения относятся к эвольвентному зацеплению.

Схема звольвентного зацепления (рис. 3, а). Два колеса с эвольвентными профилями зубьев соприкасаются в точке А, находящейся на линии центров О1О2 и называемой полюсом зацепления. Расстояние aw между осями колес передачи по межосевой линии называют межосевым расстоянием. Через полюс зацепления проходят начальные окружности зубчатого колеса, описанные вокруг центров О1 и О2 и при работе зубчатой пары перекатывающиеся одна по другой без скольжения. Понятие о начальной окружности не имеет смысла для одного отдельно взятого колеса, и в этом случае применяют понятие о делительной окружности, на которой шаг и угол зацепления колеса соответственно равны теоретическому шагу и углу зацепления зуборезного инструмента. При нарезании зубьев методом обкатки делительная окружность представляет собой как бы производственную начальную окружность, возникающую в процессе изготовления колеса. В случае передачи без смещения делительные окружности совпадают в начальными.

spraw_zuboreza-5

Рис. 3. Эвольвентное зацепление:

а — основные параметры; б — инволюта; 1 — линия зацепления; 2 — основная окружность; 3 — начальная и делительная окружности

При работе цилиндрических зубчатых колес точка касания зубьев перемещается по прямой MN, касательной к основным окружностям, проходящей через полюс зацепления и называемой линией зацепления, являющейся общей нормалью (перпендикуляром) к сопряженным эвольвентам.

Угол atw между линией зацепления MN и перпендикуляром к межосевой линии O1O2 (или между межосевой линией и перпендикуляром к линии зацепления) называется углом зацепления.

Элементы прямозубого цилиндрического колеса (рис. 4): da— диаметр вершин зубьев; d — диаметр делительный; df — диаметр впадин; h — высота зуба — расстояние между окружностями вершин и впадин; ha — высота делительной головки зуба — расстояние между окружностями делительной и вершин зубьев; hf — высота делительной ножки зуба — расстояние между окружностями делительной и впадин; pt — окружной шаг зубьев — расстояние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге концентрической окружности зубчатого колеса;

st — окружная толщина зуба — расстояние между разноименными профилями вуба по дуге окружности (например, по делительной, начальной); ра — шаг эвольвентного зацепления — расстояние между двумя точками одноименных поверхностей соседних зубьев, расположенных на нормали MN к ним (см. рис. 3).

Окружной модуль mt—линейная величина, в п (3,1416) раз меньше окружного шага. Введение модуля упрощает расчет и изготовление зубчатых передач, так как позволяет выражать различные параметры колеса (например, диаметры колеса) целыми числами, а не бесконечными дробями, связанными с числом п. ГОСТ 9563—60* установил следующие значения модуля, мм: 0,5; (0,55); 0,6; (0,7); 0,8; (0,9); 1; (1,125); 1,25; (1,375); 1,5; (1,75); 2; (2,25); 2,5; (2,75); 3; (3,5); 4; (4,5); 5; (5,5); 6; (7); 8; (9); 10; (11); 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (55); 60; (70); 80; (90); 100.

spraw_zuboreza-6

Рис. 4. Элементы зубчатого колеса

При выборе конструктором модуля рекомендуется назначать модули не заключенные в скобки. Для некоторых отраслей промышленности и в особых условиях (например, при ремонте) допускается применение и других модулей.

Значения делительного окружного шага pt и шага зацепления ра для различных модулей представлены в табл. 1.

1. Значения делительного окружного шага и шага зацепления для различных модулей (мм)

spraw_zuboreza-7

В ряде стран, где еще применяют дюймовую систему (1" = 25,4 мм), принята питчевая система, по которой параметры зубчатых колес выражены через питч (pitch — шаг). Наиболее распространена система диаметрального питча, применяемая для колес с питчем от единицы и выше:

spraw_zuboreza-8

где г — число зубьев; d — диаметр делительной окружности, дюймы; р — диаметральный питч.

При расчете эвольвентного зацепления пользуются понятием эвольвентного угла профиля зуба (инволюты), обозначаемого inv aх. Он представляет собою центральный угол 0х (см. рис. 3, б), охватывающий часть эвольвенты от ее начала до какой-то точки хi и определяется по формуле:

spraw_zuboreza-9

где ах — угол профиля, рад. По этой формуле рассчитаны таблицы инволюты, которые приведены в справочниках [7].

Радиан равен 180°/п = 57° 17' 45" или 1° = 0,017453 рад. На эту величину нужно умножить угол, выраженный в градусах, чтобы перевести его в радианы. Например, ах = 22° = 22 X 0,017453 = 0,38397 рад.

Исходный контур. При стандартизации зубчатых колес и зуборезного инструмента для упрощения определения формы и размеров нарезаемых зубьев и инструмента введено понятие исходного контура. Это контур зубьев номинальной исходной зубчатой рейки в сечении плоскостью, перпендикулярной к ее делительной плоскости. На рис. 5 показан исходный контур по ГОСТ 13755—81 (СТ СЭВ 308—76) — прямобочный реечный контур со следующими значениями параметров и коэффициентов: угол главного профиля а = 20°; коэффициент высоты головки h*a = 1; коэффициент высоты ножки h*f = 1,25; коэффициент радиуса кривизны переходной кривой р*f = 0,38; коэффициент глубины захода зубьев в паре исходных контуров h*w = 2; коэффициент радиального зазора в паре исходных контуров С* = 0,25.

Допускается увеличение радиуса переходной кривой рf = р*m, если это не нарушает правильности зацепления в передаче, а также увеличение радиального зазора С = С*m до 0,35m при обработке долбяками или шеверами и до 0,4m при обработке под зубошлифование. Могут быть передачи с укороченным зубом, где h*a = 0,8. Часть зуба между делительной поверхностью и поверхностью вершин зубьев называют делительной головкой зуба, высота которой ha = hф*m; часть зуба между делительной поверхностью и поверхностью впадин — делительной ножкой зуба. При введении зубьев одной рейки во впадины другой до совпадения их профилей (пара исходных контуров) между вершинами и впадинами образуется радиальный зазор с. Высота захода или высота прямолинейного участка составляет 2m, а высота зуба m + m + 0,25m = 2,25m. Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев называют шагом р исходного контура, его значение р = пm, а толщина зуба рейки в делительной плоскости составляет половину шага.

Для улучшения плавности работы цилиндрических колес (преимущественно при увеличении окружной скорости их вращения) применяют профильную модификацию зуба, в результате которой поверхность зуба выполняется с преднамеренным отклонением от теоретической эвольвентной формулы у вершины или у основания зуба. Например, срезают профиль зуба у его вершины на высоте hc = 0,45m от окружности вершин на глубину модификации А = (0,005%0,02) m (рис. 5, б)

spraw_zuboreza-10

Рис. 5. Исходный контур:

а — основные элементы профиля;

б — фланкированный профиль;

1 — делительная прямая


Рис. 6. Смещения исходного контура;

а — положительное;

б — без смещения;

в — отрицательное;

l — исходный контур

Для улучшения работы зубчатых колес (повышения прочности зубьев, плавности зацепления и тп.), получения заданного межосевого расстояния, во избежание подрезания *1 зубьев и для других целей производят смещение исходного контура.

Смещение исходного контура (рис. 6) — расстояние по нормали между делительной поверхностью зубчатого колеса и делительной плоскостью исходной зубчатой рейки при ее номинальном положении.

spraw_zuboreza-11

При нарезании зубчатых колес без смещения инструментом реечного типа (червячные фрезы, гребенки) делительная окружность колеса обкатывается без скольжения по средней линии рейки. В этом случае толщина зуба колеса равна половине шага (если не учитывать нормального бокового зазора *2, значение которого мало.

Рис. 7. Боковой с и радиальный in зазоры зубчатого зацепления

При нарезании зубчатых колес со смещением, исходную рейку смещают в радиальном направлении. Делительная окружность колеса обкатывается не по средней линии рейки, а по какой-то другой прямой, параллельной средней линии. Отношение смешения исходного контура к расчетному модулю — коэффициент смещения исходного контура х. У колес со смещением толщина зуба по делительной окружности не равна теоретической, т. е. половине шага. При положительном смещении исходного контура (от оси колеса) толщина зуба на делительной окруж¬ности больше, при отрицательном (в направлении оси колеса) — меньше

половины шага.

Для обеспечения бокового зазора в зацеплении (рис. 7) толщину зуба колес делают несколько меньше теоретической. Однако ввиду ма¬лой величины этого смещения такие колеса практически считают коле¬сами без смещения.

При обработке зубьев методом обкатки зубчатые колеса со смеще¬нием исходного контура нарезают тем же инструментом и при той же настройке станка, что и колеса без смещения. Воспринимаемое смеще¬ние — разность межосевого расстояния передачи со смещением и ее делительного межосевого расстояния.

Определения и формулы для геометрического расчета основных параметров зубчатых колес приведены в табл. 2.


2. Определения и формулы расчета некоторых параметров эвольвентных цилиндрических зубчатых колес


Параметр

Обо­зна­чение

Определение

Расчетные формулы и указания

Рисунок

Исходные данные

Модуль: расчетный

эвольвентного зацепления

Делительный нормальный модуль зубьев. Линейная величина, в п раз меньшая делительного окружного шага

По ГОСТ 9563 — 60*

4

Угол профиля исходного контура

Острый угол между касательной к профилю зуба рейки и прямой, перпендикулярной к делительной плоскости рейки

По ГОСТ 13755—81
а = 20°

5

Число зубьев: шестерни колеса

Угол наклона линии зуба

8

Коэффициент высоты головки

Отношение расстояния ha между окружностями вершин зубьев и делительной к расчетному модулю

4

Коэффициент радиального зазора

Отношение расстояния C между поверхностью вершин одного колеса передачи и поверхностью впадин другого к расчетному модулю

7

Коэффициент смещения:
у шестерни,
у колеса

Отношение расстояния между делительной поверхностью колеса и делительной плоскостью производящей рейки к расчетному модулю

9

Расчет параметров

Диаметры зубчатого колеса:

-делительный

Диаметры концентрических окружностей

3, a

-вершин зубьев

-впадин

4

-основной

Шаг зубьев:

-осевой

Расстояние между одноименными линиями соседних винтовых зубьев по линии пересечения плоскости осевого сечения с его делительной поверхностью

-зацепления

Расстояние по нормали между двумя контактными точками одноименных поверхностей соседних зубьев

Ход зуба

Расстояние по соосной поверхности между двумя положениями точки, образующей линию винтового зуба, соответствующими ее полному обороту вокруг оси зубчатого колеса

Длина общей нормали

Расстояние между разноименными боковыми поверхностями zn зубьев по общей нормали к этим поверхностям

Рис. 9

Постоянная хорда зуба

Отрезок прямой, соединяющий две точки разноименных боковых поверхностей зуба, принадлежащие одной цилиндрической соосной поверхности и нормалям к поверхности зуба, проведенным из одной точки делительной поверхности

Рис. 9

Высота постоянной хорды зуба

Кратчайшее расстояние от вершины зуба до средней точки постоянной хорды

Нормальная толщина зуба рейки

Расстояние между разноименными профилями зуба по делительной поверхности

Межосевое расстояние делительное

Равно полусумме делительных диаметров при внешнем зацеплении и полуразности — при внутреннем зацеплении

Угол профиля при

Угол наклона:
-линии вершины зуба

Острый угол между линией зуба и линией пересечения осевой плоскости с цилиндрической поверхностью вершин зубьев

-линии зуба основной

Угол наклона линии зуба на основном цилиндре


*1 Подрезание зубьев — срезание части номинальной поверхности у основания зуба.

*2 Нормальный боковой зазор — зазор между нерабочими профилями зубьев сопряженной пары, измеряемый по нормали к общим линиям контакта зубьев.

КОСОЗУБЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ КОЛЕСА

Косозуоые колеса по сравнению с прямозубыми работают более плавно и бесшумно, способны передавать большие крутящие моменты и усилия. Их недостатком является возникновение осевых усилий, стремящихся сдвинуть колесо вдоль вала. Этот недостаток устраняется путем изготовления колес с правым и левым наклоном зубьев (шевронные колеса), в которых осевые усилия уравновешиваются. Угол наклона линии зуба равен острому углу между линией зуба исходной рейки и ее осевой образующей. Боковые поверхности зубьев косозубых колес, как и Прямозубых, образуются на базе основных цилиндров.

spraw_zuboreza-12

Рис. 8. Схема образования эвольвентной боковой поверхности косого зуба:

1 — основное цилиндр; 2 — плоскость, касательная к основному цилиндру

Рис. 9. Нормальное (1) и торцовое (2) сечения косозубого колеса



Рассмотрим плоскость Q, касающуюся основного цилиндра по его образующей (рис. 8). При перекатывании этой плоскости по цилиндру без скольжения любая лежащая на ней прямая А В, образующая острый угол с линией касания плоскости и цилиндра, опишет винтовую эвольвентную поверхность — боковую поверхность косого зуба. Любая точка прямой А В описывает эвольвенту. Следовательно, косозубое колесо имеет в торцовом сечении эвольвентный профиль. У косозубого колеса элементы зубчятого зацепления рассматривают в двух плоскостях, в нормальном сечении, перпендикулярном к направлению зуба, на делительном цилиндре и в торцовом сечении, перпендикулярном к оси колеса (рис. 9).

Косозубые колеса рассчитывают и изготовляют по нормальному модулю (модуль в нормальном сечении), которому придают те же стандартные значения, что и для прямозубых колес. Это позволяет применять при нарезании методом обкатывания косозубых и прямозубых колес один и тот же инструмент. Формулы для геометрического расчета основных элементов косозубых колес приведены в табл. 2.


ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Червячная передача (см. рис. 2, б) состоит из червяка и червячного колеса. Червяки бывают однозаходные и многозаходные. Рекомендуется принимать число заходов червяка не более 5, а число зубьев червячного колеса не менее 30. ГОСТ 18498—73 предусматривает следующие виды червяков.

spraw_zuboreza-13

Рис. 10. Типы червяков:

а — конволютный; б — архимедов;

в — эвольвентный

Рис. 11. Червячная передача (Y — угол подъема):

1 — начальная окружность червячного колеса;

2 — начальная окружность червяка; Р — ход.

Червяк с прямолинейным профилем в осевом сечении (рис. 10, б) называется архимедовым, так как торцовый профиль его витка является архимедовой спиралью. В этом случае червячную передачу рассчитывают по осевому модулю, а угол профиля зуба червяка обычно принимают равным 20°.

Червяк с прямолинейным профилем в плоскости, касательной к основному цилиндру (рис. 10, в), называют эвольвентным, так как торцовый профиль его витка является эвольвентой окружности. Червяк с прямолинейным нормальным профилем витка (рис. 10, а) называют конволютным.

Приводимые ниже сведения относятся к наиболее распространенным червячным передачам с архимедовым червяком (рис. 11 и 12),

Червячные колеса нарезают инструментальным червяком, представляющим собой копию рабочего (сопряженного) червяка, но с увеличенной высотой зубьев для получения радиального зазора в передаче.

spraw_zuboreza-14

Рис. 12. Основные элементы червячной передачи: 1 — червяк; 2 — червячное колесо

Цилиндр (окружность) нарезаемого червяка, на котором осевой шаг витка равен номинальному осевому шагу инструментального червяка, а угол подъема витка — углу подъема инструментального червяка, называют делительным цилиндром червяка.

Угол подъема линии витка у — острый угол между касательной в данной точке к линии витка и плоскостью торцового сечения червяка. Расчетный шаг червяка р — делительный осевой шаг витка Червяка. Расчетный шаг зубьев червячного колеса р — делительный окружной шаг зубьев червячного колеса. Толщина по хорде витка червяка s — кратчайшее расстояние между номинальными линиями витка. Расчетная толщина витка s — делительная осевая номинальная толщина витка, равная половине расчетного шага червяка р.

Межосевое расстояние а — расстояние между осями червяка и колеса, измеренное по общему перпендикуляру,

Червячные глобоидные передачи (рис. 13) способны передавать большие мощности, чем червячные цилиндрические передачи.

Еще большие мощности способны передавать червячные передачи с вогнутым профилем витка червяка.

spraw_zuboreza-15

Рис. 13. Глобоидная передача:

1 - начальные поверхности


Рис. 14. Конические передачи:

а — со скрещивающимися осями (гипоидная);

б и в — с пересекающимися осями (ортогональная и угловая)


КОНИЧЕСКИЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Конические зубчатые передачи применяют при пересекающихся и перекрещивающихся валах (гипоидные колеса, рис. 14, a).

Конические колеса выполняют с прямыми, косыми (тангенциальными) и криволинейными (круговыми, паллоидными) зубьями (рис. 15).

spraw_zuboreza-16

Нис. 15. Зубья конических передач:

а — прямые; б — косые (тангенциальные); в и г — круговые; д - паллоидные.

spraw_zuboreza-17

Рис. 16. Элементы конической передачи: В — угол делительного конуса; Вf — угол конуса впадин; Ва — угол конуса вершин; Е — угол между осями; Qа — угол головки; Q1 — угол ножки; Ь — ширина венца; Re - длина образующей делительного конуса


Угол наклона -линии зуба B может иметь значения от 0 до 45°, но наиболее распространенным является B = 35°. Если оси конических колес пересекаются под прямым углом, передача называется ортогональной (рис. 14, б).

В конической передаче две конические поверхности с общими вершиной и образующей, перекатывающиеся друг по другу, называют начальными конусами. Конические поверхности колес, принятые в качестве производственных (по ним производят настройку цепи обкатывания станка при нарезании конических колес методом обкатки), называют делительными конусами.

В конических передачах без смещения начальные и делительные конусы совпадают.

На рис. 16 показана схема конической зубчатой передачи. Численная величина модуля у конических колес переменная по длине зуба. В расчетах принимают наибольшее его значение — на торце в плоскости дополнительного конуса К.

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ

По ГОСТ 2789—73 (СТ СЭВ 638—77) шероховатость поверхности оценивается одним из следующих показателей: Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам; Rmах — наибольшая высота профиля. Первые два показателя наиболее употребительны. Длина участка, используемая для оценки шероховатости, называется базовой длиной, она принимается в пределах 0,08—8 мм в зависимости от шероховатости. На протяжении длительного периода применялось понятие «класс шероховатости», которое в настоящее время стандартом не предусмотрено.

Шероховатость поверхности измеряют специальными приборами (профилометры, профилографы) или оценивают визуально (либо касанием пальцами) путем сопоставления данной поверхности с эталонами шероховатости.

Оценка шероховатости поверхности должна производиться в направлении, дающем наибольшую шероховатость (если нет оговорки в технических условиях на деталь). При оценке шероховатости поверхности зубьев ее измеряют как в продольном (вдоль зуба), так и в поперечном (по высоте зуба) направлении. После зубофрезерования большая шероховатость обычно в поперечном направлении, после шевингования — в продольном. Кроме того, необходимо учитывать, особенно при больших подачах, высоту «гребешков» от подачи в продольном направлении, шаг которых равен величине подачи. В ряде случаев именно этот вид неровностей ограничивает допустимую» подачу при чистовом зубонарезании.

Шероховатость боковой поверхности зубьев при нарезании червячной фрезой обычно в пределах Rz = 5%40 мкм, при зубодолблении Rz = 10%40 мкм, при шлифовании, шевинговании, хонинговании Rа = 0,32%1,25 мкм.

 

МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Зубья колес должны обладать достаточно высокими прочностью, твердостью, способностью сопротивляться истиранию и другими свойствами, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляют преимущественно из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода 0,1—0,6% (для крупных валов-шестерен до 0,9%) с термической или химико-термической обработкой, значительно реже из чугуна и неметаллических материалов — пластмасс. Червячные колеса изготовляют из медных сплавов (бронзы, латуни).

Если термической обработке подвергают все колесо, то ее называют объемной. Более целесообразна термическая обработка путем нагрева и быстрого охлаждения только поверхностей зубьев, которые приобретают твердость при вязкой сердцевине. Такое сочетание механических свойств зубьев, достигаемое также при химико-термической обработке, является благоприятным для работы зубчатой передачи. Нагрев при поверхностной закалке производят токами высокой частоты (ТВЧ), а также в газовом пламени. Наибольшее распространение получила закалка ТВЧ по всему контуру зуба, включая впадину (контурная закалка), или только рабочих поверхностей. Контурная закалка значительно повышает усталостную прочность колеса.

В передачах часто применяют колеса из стального литья, сопрягаемые с коваными шестернями. Литые зубчатые колеса обычно подвергают нормализации и длительному отпуску для снятия внутренних напряжений.

Для изготовления венцов зубчатых колес, работающих при малых скоростях и небольших усилиях, применяют серый чугун.

Обрабатываемость различных металлов зависит от его химического состава и механических свойств. Чем тверже сталь данной марки (в зависимости от термической обработки), тем хуже она обрабатывается, т. е. тем быстрей изнашивается инструмент. При введении легирующих элементов (например, хрома) обрабатываемость стали ухудшается даже при сохранении твердости. Стали с малым содержанием углерода (например, 20Х) и некоторые другие (например, 35ХМ) вследствие вязкости обладают худшей обрабатываемостью по шероховатости обработанной поверхности.

Если колеса нарезают после окончательной термической обработки (например, улучшения), максимальная твердость колес (НВ 300—320) определяется возможностью зубонарезания, при котором должны быть обеспечены достаточные производительность обработки и стойкость инструмента.

Термическая обработка после зубонарезания обычно приводит к искажениям формы и размера зуба, которые могут быть устранены зубошлифованием, частично притиркой или зубохонингованием, в зависимости от степени искажений и требуемой точности.

В колесах менее ответственного назначения, а также при небольших искажениях зубья можно не исправлять, Если колеса термически обрабатывают после чернового нарезания, то чистовое нарезание (например, червячными фрезами) можно осуществлять при твердости зубьев до HRC 38—52, снижая режимы резания, а также применяя инструменты повышенной производительности из быстрорежущей стали или оснащенные твердым сплавом. Для изготовления колес, подвергаемых накалке (в воде либо масле) или нормализации, рекомендуются стали 40, 45, 50, 50Г, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х, 40ХН, 45ХН, ЗОХМ, 35ХМ, ЗОХГС, 35ХГС, ЗОХНЗА, 5ХНМ, 38ХГН, ЗОХГНЗА, 38ХС, 34ХН1М, 45ХНМ и др., для колес, подвергаемых цементации с последующей закалкой, — 15Х, 20Х, 18ХГТ, ЗОХГТ, 12ХН2, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 20ХНЗА, 15ХФ, 20ХНЗА, 20ХГНР, 30ХГСН2А и др. Колеса, подвергаемые цианированию, изготовляют из сталей 20Х, 35Х, ЗОХГТ, 40Х и других легированных и нелегированных сталей; колеса, подвергаемые азотированию — из сталей 38Х2МЮА, 40ХФА, 18ХГТ и др. Для изготовления литых колес применяют стали 50Л, 40ГЛ, ХГСЛ, ХН2Л и др. Для зубчатых колес менее ответственного назначения используют чугуны — СЧ20, СЧЗО и др. (ГОСТ 1412—79*). В ряде случаев для изготовления червячных колес применяют бронзы Бр. ОФ10-1 (ГОСТ 1.90054—72), Бр. АЖ9-4 (ГОСТ 18175—79*) и др.

В обозначении марки стали первые две цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь ЗОХГТ содержит 0,3 % углерода).

Буквы за цифрами обозначают: X —хром, Н — никель, М — молибден, Г — марганец, С — кремний, Ю — алюминий, В — ванадий, Ф — вольфрам, Т — титан, Р — бор.

Буква Л обозначает литейную сталь, например 50Л. Буква А указывает, что сталь повышенного качества.

Цифры после обозначения элемента показывают его содержание в процентах, отсутствие цифры означает, что в стали содержится менее одного процента данного элемента (например, сталь 18Х2Н4МА содержит хрома в среднем 2 %, никеля 4 %, молибдена до 1 %).

В обозначении бронзы: О — олово, Ф —фосфор, А — алюминий, Ж — железо. Цифры показывают содержание данного элемента в %, остальное — медь.

ДОПУСКИ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ

Стандарт ГОСТ 1643—81 на допуски относится к эвольвентным цилиндрическим передачам внешнего и внутреннего зацепления с делительным диаметром до 6300 мм, шириной венца до 1250 мм, модулем зубьев от 1 до 56 мм.

В нем установлены 12 степеней точности зубчатых колес и передач, обозначаемые в порядке убывания точности 1, 2, 3, ... до 12, причем степени 1 и 2 допусками не регламентируются (наиболее распространены 7—9-я степени точности).

Для каждой степени точности устанавливают нормы кинематической точности, плавности работы, крнтакта зубьев. Их можно комбинировать с учетом указанных в стандарте правил. Так, нормы плавности работы могут быть не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее норм кинематической точности; нормы контакта зубьев могут назначаться по любым степеням, более точным, чем нормы плавности работы.

Независимо от степени точности имеется шесть видов сопряжений зубчатых колес в передаче, обозначаемых Н, Е, D, С, В, А, различающихся между собой гарантированным зазором между зубьями и допуском на него, который (допуск) обозначается в порядке возрастания h, d, с, Ь, а, z, y, х.

Сопряжения зубчатых колес в передаче аналогичны свободным посадкам между валом и отверстием. Так, сопряжение Н с нулевым гарантированным боковым зазором можно сравнивать со скользящей посадкой. Сопряжение вида В гарантирует минимальный боковой зазор, при котором исключается возможность заклинивания передачи от нагрева при разности температур колес и корпуса 25 °С.

Обычно сопряжениям Н и Е соответствует допуск на боковой зазор h, а сопряжениям D, С, В и А — соответственно допуски d, с, Ь, а. Однако разрешается изменять виды допуска, используя при этом допуски z, у, х.

Примеры условного обозначения точности передачи.

1. Со степенью точности 8 по всем трем нормам, сопряжением D и допуском на боковой зазор d:

8—D ГОСТ 1643—81.

3. Термины, обозначения и определения (по ГОСТ 1643 — 81)

Термин

Обозна-чение

Определение

Накопленная погрешность шага зубчатого колеса (ЗК) Допуск на накопленную погрешность шага ЗК

Наибольшая алгебраическая разность значений накопленных погрешностей в пределах зубчатого колеса

Радиальное биение зубчатого венца
Допуск

Разность действительных предельных положений исходного контура в пределах зубчатого колеса

Кинематическая погрешность зубчатого колеса. Допуск на кинематическую погрешность ЗК

Разность между действительным и номинальным углами поворота ЗК на его рабочей оси, ведомого измерительным ЗК при номинальном взаимном положении осей вращения этих колес

Погрешность обката
Допуск

Составляющая кинематической погрешности ЗК, определяемая при вращении его на технологической оси и при исключении циклических погрешностей зубцовой частоты и кратных ей более высоких частот

Колебания длины общей нормали
Допуск

Разность между наибольшими W1 и наименьшими W2 действительными длинами общей нормали в одном и том же ЗК

Колебания измерительного межосевого расстояния;
за оборот ЗК
на одном зубе
Допуск

Разность между наибольшими и наименьшими действительными межосевыми расстояниями при двухпрофильном зацеплении измерительного ЗК с контролируемыми при повороте последнего на полный оборот или соответственно на один угловой шаг

Местная кинематическая погрешность (КП)

Наибольшая разность между местными соседними экстремальными значениями кинематической погрешности ЗК в пределах его оборота

Отклонение шага
Предельные отклонения шага

Дискретное значение кинематической погрешности ЗК при его повороте на один номинальный угловой шаг

Отклонение шага зацепления (ШЗ)
Предельное отклонение ШЗ

Разность между действительным и номинальным ШЗ (действительный ШЗ — расстояние между двумя параллельными плоскостями, касательными к двум одноименным активным боковым поверхностям соседних зубьев ЗК)

Погрешность профиля зуба
Допуск

Расстояния по нормали между двумя ближайшими друг к другу номинальными торцовыми профилями, между которыми размещается торцовый активный профиль ЗК

Суммарное пятно контакта

Часть активной боковом поверхности зуба ЗК, на которой располагаются следы прилегания парного ЗК в собранной передаче после вращения под нагрузкой, установленной конструктором

Погрешность направления зуба
Допуск

Расстояние между двумя ближайшими номинальными делительными линиями зуба в торцовом сечении, между которыми размещается действительная делительная линия зуба, соответствующая рабочей ширине зубчатого венца

Дополнительное смещение исходного контура (ИК)
Допуск

Дополнительное смещение ИК от его номинального положения в тело ЗК, осуществляемое с целью обеспечения в передаче гарантированного бокового зазора. Разность предельных смещений ИК

Средняя длина общей нормали (ОН)
Допуск на среднюю длину общей нормали.
Отклонение средней длины ОН Допуск на толщину зуба

Средняя арифметическая из всех действительных длин ОН по ЗК.
Разность предельных отклонений средней длины общей нормали
Разность предельных отклонений толщины зуба


2. То же, но требуется гарантированный зазор 700 мкм (не соответствующий ни одному из сопряжений при заданном межосевом расстоянии), допуск х:

8—700х ГОСТ 1643—81.

3. Степень точности 8 — по кинематической точности, 7 — по плавности работы, 6 — по контакту зубьев, сопряжение В, допуск на боковой зазор а:

8—7—6 Ва ГОСТ 1643—81.

Стандартом установлено значительное число показателей точности, применяемых для колес и зубчатых передач различных параметров и назначения. Для конкретных случаев изготовления колес и передач обычно применяют несколько показателей.

В табл. 3 приведены определения наиболее часто применяемых показателей точности.

В соответствующих таблицах норм точности размеры, указанные в скобках, даны для справки. В интервал модулей включается верхний модуль: например 6—10 мм означает: свыше 6, включая 10 мм. В стандарте приведены также некоторые дополнительные указания по использованию таблиц допусков, которые здесь не приводятся.

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

На рабочем чертеже (рис. 17) в правом верхнем углу помещают таблицу параметров зубчатого венца. Она состоит из трех частей, отделенных друг от друга жирными линиями: первая часть содержит основные данные (для изготовления); вторая часть — данные для контроля; третья справочные данные.

spraw_zuboreza-18
В первой части указывают модуль, число зубьев, угол и направление наклона зубьев, исходный контур (стандартизированный — ссылкой на стандарт, нестандартизиронганный — значениями a, h*a, hg); коэффициент смещения исходного контура; степень точности, вид сопряжения.

Во второй части приводят данные для контроля толщины зуба, нормы точности в зависимости от принятых контрольных параметров.

Вторую часть таблицы можно не давать, если неизвестны условия контроля.

В третьей части таблицы указывают диаметр делительной окружности и толщину зуба (если нет данных о контроле); для косозубых колес — осевой шаг или ход винтовой линии, или угол наклона зуба на основном цилиндре; для шевингуемых или шлифуемых колес, при контроле погрешности профиля — диаметр основной окружности и радиус кривизны в начале рабочего участка зуба (можно указать высоту рабочего участка зуба); толщину вуба по хорде или длину общей нормали — если этих показателей нет во 2-й части; сведения о сопряженном колесе и др.

spraw_zuboreza-19

Рис. 17. Пример оформления чертежа цилиндрического колеса;

а — с прямыми зубьями; б — с косыми зубьями.


Неиспользуемые графы исключают или прочеркивают. На рис. 18 приведены условные обозначения зубчатых передач по ГОСТ 2.402—68 (СТ СЭВ 286-76).

spraw_zuboreza-20

Рис. 18. Условное обозначение зубчатых передач:

а — цилиндрическая с внешним зацеплением; б — цилиндрическая с внутренним зацеплением; в — реечное зацепление; г — коническая; д — паллоидная; е — гипоидная; ж — цилиндрическая; з—глобоидная. и — винтовая.