Нормирование точности шпоночных и шлицевых соединений

Для передач с т < 1мм предусмотрено пять видов сопряжений D, Е, F, G, Н в порядке убывания jn тin.

Для нерегулируемых передач с модулем свыше 1 мм установлено в порядке убывания точности шесть классов отклонений межосевого расстояния от I до VI, при соблюдении которых обеспечивается гарантированный боковой зазор. При этом сопряжения Н и Е обеспечиваются при II классе, а сопряжения D, С, В и А - при III, IV, V и VI классах. В обоснованных случаях это соответствие можно изменять. Рекомендации по соответствию степени точности и вида сопряжения даны в таблице 7.2.

Таблица - Соответствие видов сопряжений видам допуска и классу отклонений межосевого расстояния по ГОСТ 1643

Степень точности зубчатой передачи	Вид сопряжения	Величина гарантированного зазора	Вид допуска бокового зазора	Условное обозначение класса межосевого расстояния	Предельные отклонения межосевого расстояния
3-7	H Е	0 IT7	h	II	±0,5 /IT7
3-8	D	IT8	d	III	+0,5 /IT8
3-9	С	IT9	с	IV	±0,5 /IT9
3-10	В	IT10	b	V	±0,5 /IT10
3-12	A	IT11	а	VI	±0,5 /IT11
			x		±0,5 IТ11
			y		±0,5 /IT11
			z		±0,5 /IT11
Примечания: 1 Расширенные поля допусков х; у; z используются при необходимости увеличения наибольшего зазора. 2 Отклонение межосевого расстояния для х; у; z принимать в соответствии с квалитетом на гарантированный зазор в зависимости от вида сопряжения.

Некоррегированные зубчатые передачи на операциях зубонарезания имеют коэффициент смещения исходного контура равный нулю, то есть для них обеспечивается номинальное межосевое расстояние между исходной рейкой и зубчатым колесом.

Коррегирование зубчатых колес (смещение исходного контура) производится при малом числе зубьев (Z < 17), чтобы исключить подрезание ножки зуба при зацеплении. Если передача некоррегированная (х = 0), то вид сопряжения соответствует виду допуска на боковой зазор (а; b; с; d; h) и классу отклонений межосевого расстояния (II...VI).

Если допуск на межосевое расстояние требуется назначить больше, чем по нормам VI класса, то указывают его числовое значение в обозначении точности колеса.

Если вид допуска бокового зазора и класс отклонений межосевого расстояния соответствуют виду сопряжения, то они не указываются в условном обозначении точности колеса.

Полное обозначение степени точности зубчатой передачи представлено на рисунке 7.4

Пример, когда в указанной точности передачи виду сопряжения В соответствует вид допуска бокового зазора b, и V классу межосевого расстояния:

8-7-7-B ГОСТ 1643.

Если по всем нормам назначены одинаковые степени точности, условное обозначение точности колеса должно быть указано следующим образом:

1-В ГОСТ 1643.

Когда на одну из норм не задается степень точности, то взамен цифры указывается буква N, так как параметры этой нормы контролю не подлежат.

N-8-8 ГОСТ 1643.

Вид сопряжения для отсчетных передач рекомендуется принимать Н или Е, так как требуется уменьшать «мертвый ход». Пример обозначения отсчетной передачи:

6-7-7-Е ГОСТ 1643.

7-6-6-С ГОСТ 1643.

Комбинированные нормы точности позволяют не выдерживать высокую точность по тем показателям, по которым условия работы передачи этого не требуют.

Силовая передача может обозначаться:

N-7-6-A ГОСТ 1643,

при этом требования к показателям кинематической точности не нормируются, нормы плавности работы назначаются по 7-й степени, а нормы контакта - по 6-й степени, вид сопряжения принят - А.

Пример обозначения точности зубчатой передачи общего назначения:

9-А ГОСТ 1643.

Для каждого вида норм определены показатели точности и допуски на эти показатели (см. рисунок 7.3). Числовые значения допусков представлены далее в таблицах.

7.3 Выбор степени точности зубчатой передачи

Выбор степени точности производится конструктором на основе конкретных условий работы передачи и требований, предъявляемых к ней. Используются методы - расчетный, опытный и табличный.

Расчетный метод применяется для особо ответственных передач. Конкретные методики расчета приводятся в отраслевых стандартах.

При опытном методе степень точности проектируемой передачи принимают по прототипу работающего механизма.

Выбор степени точности табличным методом но нормам плавности работы производится в зависимости от области применения и заданной скорости по рекомендациям таблицы 7.3, далее необходимо учесть характер эксплуатационной группы.

В зависимости от эксплуатационной группы разрешается комбинировать степени точности выполняя более жесткие требования только по тем параметрам, которые влияют на конкретные эксплуатационные свойства.

С технологической точки зрения нормы плавности могут быть не более чем на одну степени грубее или на две степени точнее нормы кинематической точности. Степень точности по нормам контакта может быть любой более точной, равной или на одну степень грубее, чем нормы плавности.

Для кинематических (отсчетных) передач наиболее важной является кинематическая точность, она назначается на одну степень точнее, чем нормы плавности и контакта зубьев.

Для силовых передач, работающих при малых и средних скоростях (прокатные станы), степень точности но контакту зубьев должна быть выше, чем по кинематической точности и по плавности (на одну степень). Для среднескоростных (автомобили) и высокоскоростных передач (турбины) степень точности по нормам плавности целесообразно назначать на одну точнее, чем по нормам кинематической точности.

Для передач общего назначения для всех норм точности назначают одинаковую степень точности.

Вид сопряжения, гарантирующий необходимую величину наименьшего бокового зазора jn min, назначается независимо от степени точности.

Боковой зазор определяется величиной межосевого расстояния и толщиной зубьев колес и зависит от температурного режима работы передачи, способа подачи смазки и окружной скорости V.

Ориентировочно для размещения смазки боковой зазор можно принять в зависимости от модуля.

Для тихоходных и кинематических передач jn1 = 0,01 т, а для высокоскоростных и тяжело-нагруженных - jn1 = 0,03 т (мм), для среднескоростных можно принять 0,02 m.

Гарантированный боковой зазор получается как сумма температурных и силовых деформаций:

jn min ? jn1 + jn2.

Боковой зазор, соответствующий температурной компенсации, определяется по формулам:

jn2 = a[б1•(t1 - 20 °С) -б2•(t2 - 20 °С)]•2sinб (мм)

при б =20° jn2 = 0,684• a [б1•(t1 - 20°)-б2•(t2 - 20°)],

где а - межосевое расстояние в передаче, мм;

б1 и б2 - коэффициенты линейного расширения для материалов зубчатых колес и корпуса;

t1 и t2 - предельные температуры зубчатых колес и корпуса, для которых рассчитывается боковой зазор.

Значения коэффициентов линейного расширения (град.-1; мм на 1мм и 1 °С) при температурном перепаде от 20 до 100 °С равны:

- для незакаленной стали б = 11,5•10-6,

- для закаленной стали б = 12•10-6,

- для силумина б = 23•10-6.

- для чугуна б = 10,5•10-6,

- для бронзы б = 17,6•10-6,

- для стекла б = (6...11)•10-5.

Рассчитав минимальный гарантированный зазор, можно определить вид сопряжения с учетом межосевого расстояния в передаче (см. таблицу 7.4).

Сопряжение вида В применяется наиболее часто, так как исключает заклинивание стальной или чугунной зубчатой передачи от нагрева при разности температур колес и корпуса в 25 °С.

Наибольший боковой зазор не регламентируется. Это вызвано тем, что боковой зазор является замыкающим звеном размерной цепи, в которой допусками ограничены отклонения всех составляющих размеров (межцентровое расстояние и смещение исходных контуров на шестерне и колесе, непараллельность и перекос осей). Поэтому величина наибольшего зазора не может превзойти значения, получающегося при определенном сочетании составляющих размеров.

Таблица 7.5 - Нормы кинематической точности (показатель Fp, допуск в мкм)

Степень точности	Модуль, мм	Диаметр делительной окружности, мм
		свыше 12,7 до 20,4	свыше 20,4 до 31,8	свыше 31,8 до 50,9	свыше 50,9 до 101,8	свыше 101,8 до 200,5	свыше 200,5 до 400,1
4	1ч10	8	9	10	12	18	25
5	1ч16	12	14	16	20	28	40
6	1ч16	20	22	25	32	45	63
7	1ч25	28	32	36	45	63	90
8	1ч25	40	45	50	63	90	125

7.4 Выбор контрольного комплекса

Для оценки точности изготовления зубчатых колес необходимо выбрать контрольный комплекс показателей. Контроль точности зубчатых колес должен выполняться как минимум по четырем показателям, соответствующим четырем нормам точности системы допусков. Контролируемые показатели устанавливает предприятие-изготовитель.

Предпочтение следует отдавать комплексным показателям, так как они более полно характеризуют погрешности, возникающие в процессе эксплуатации. При сравнительной оценке влияния точности передачи на эксплуатационные качества изделия предпочтительно использовать такие комплексные показатели, как кинематическая погрешность колеса Fir' и передачи Fior', циклическая погрешность колеса fzkr и передачи fzkor, циклическая погрешность зубцовой частоты в передаче fzzo', суммарное пятно контакта и гарантированный боковой зазор.

В производственных условиях часто вместо комплексных показателей используют комплексы поэлементных показателей (таблица 7.12) и соответственно средства поэлементного контроля (таблица 7.13). Каждый установленный комплекс является равноправным. Замена комплексных показателей комплексами поэлементных показателей выполняется по следующим причинам:

- в стандартах отсутствуют допуски на комплексные показатели по нормам точности (для колес грубее 9-й степени);

- на предприятии нет средств комплексной проверки;

- требуется выявить технологические погрешности при зубообработке (погрешность эвольвентного профиля при зубошлифовании; погрешность углового шага при зубодолблении и другие).

Выбор контрольного комплекса зависит от принятой технологии изготовления, размеров передачи, состояния средств производства зубчатых колес, серийности производства, требуемой точности и наличия зубоизмерительных приборов.

Контрольный комплекс должен быть оптимальным, т.е. необходимо использовать минимальное количество приборов, а погрешность измерения должна быть допустимой. Предпочтение следует отдавать измерениям, проводимым на базе рабочей оси вращения зубчатого колеса.

Метод двухпрофильного контроля и поэлементные комплексы позволяют оценить, главным образом, геометрическую точность зубчатого колеса, важную с позиций кинематических функций. Однако они не могут обеспечить всесторонней оценки качества работы зубчатой передачи с позиций долговечности, уровня шума. Этот пробел решается в условиях крупносерийного или массового производства за счет обкатки (притирки) и подбора пары колес по уровню шума или пятну контакта, так как не обеспечивается полная взаимозаменяемость.

Для проверки гарантированного бокового зазора, определяющего вид сопряжения, широко применяется пять методов косвенного контроля размеров зубьев колеса (рисунок 7.4). В таблицах стандартов отклонения и допуски, характеризующие толщину зуба, указаны при измерении их относительно оси колеса, которая выступает в качестве базы.

1. Контроль вида сопряжения (размеров зубьев) на межцентромере при двухпрофильном зацеплении контролируемого и измерительного колес дает наиболее полные результаты во всех возможных фазах зацепления (рисунок 7.4, а). При этом нормируются предельные отклонения измерительного межосевого расстояния: верхнее Ea"S и нижнее Еа"i в зависимости от вида зацепления. Этот метод контроля широко используется в условиях массового и крупносерийного производства зубчатых колес 7-й и более грубых степеней точности.

2. Исходному контуру (режущему инструменту) сообщается дополнительное радиальное смещение от номинального положения в тело зубчатого колеса, что приводит к уменьшению толщины зуба.

Стандартом регламентируется наименьшее дополнительное смещение исходного контура -ЕHs (или +ЕHi для колес с внутренним зацеплением) и величина допуска на смещение исходного контура ТH.

Контроль может выполняться на базе оси колеса универсальным зубоизмерительным прибором для мелкомодульных и среднемодульных колес с диаметром до 300 мм.

На результатах контроля на базе окружности выступов тангенциальным зубомером сказываются отклонения диаметра и несоосность его относительно рабочей оси колеса. Требуется вводить производственный допуск на EHs и ТH с учетом принятых допусков на da (см. таблицу 7.14).

Производственный допуск рассчитывается по следующим формулам:

EHs пр = |EHs| + 0,35 Fda; TH пр= ТH - 0,7 Fda - 0,5 Tda.

3. Контроль бокового зазора методом контроля толщины зуба по хорде оценивается как весьма грубый, поскольку выполняется на базе окружности выступов колеса, а не от оси колеса. Измерение производится кромками зубомера, а результаты зависят от того, какая хорда выбрана для измерения. Для контроля вводится производственный допуск. Нормируется наименьшее отклонение толщины зуба Ecs и допуск на толщину зуба Тс.

Производственные отклонения и допуск можно определить по следующим формулам при б = 20°:

Ecs =0,73 EHs пр; Тс пр = 0,73 ТH пр.

4. Контроль через измерение длины общей нормали осуществляется нормалемерами. Положительным моментом при этом является отсутствие требований к окружности выступов зубчатого колеса. Но при этом измерение длины общей нормали производится независимо от оси колеса, следовательно', не учитывается влияние радиального биения зубчатого колеса на величину бокового зазора. Кроме того, колебание длины общей нормали не сказывается на величине смещения исходного контура и бокового зазора. Поэтому оценка колеса в отношении размера зубьев должна производиться по средней длине общей нормали, а не по наибольшей или наименьшей.

Номинальная длина общей нормали W характеризует размеры зубьев, входящих в зацепление без бокового зазора.

Средняя длина общей нормали Wmr более точно характеризует размеры зубьев колеса и величину бокового зазора, который зависит непосредственно от радиального биения зубчатого венца.

Отклонения длины общей нормали Wr от номинального значения непосредственно определяют боковой зазор, который равен сумме отклонений сопрягаемых колес.

Для колеса с внешними зубьями нормируется наименьшее (верхнее) отклонение средней длины общей нормали, равное сумме двух слагаемых (таблицы 7.10 и 7.11) EWms = -(EґWms+ ЕґґWms). Величина первого слагаемого зависит от делительного диаметра d и вида сопряжения, а второе слагаемое учитывает погрешность от радиального биения. Нижнее отклонение с учетом допуска TWm (таблица 7.11) равняется EWmi = -(|EWms| + TWm).

Для колес с внутренними зубьями значение нижнего отклонения Ewi в стандарте указывается как исходное, а верхнее EWs получается суммированием со значением допуска Tw. Таким образом, для колес с внешними зубьями все отклонения задаются со знаком минус «-», а для колес с внутренними зубьями со знаком плюс «+».

5. Контроль мелкомодульных зубчатых колес осуществляется через измерение размера поверх роликов М с высокой точностью, что является положительным качеством этого метода (рисунок 7.4, д). Недостатком является то, что измерения производятся независимо от оси колеса, вследствие чего исключается влияние радиального биения зубчатого венца. Для данного метода контроля также рассчитывается производственный допуск. Нормируются наименьшее отклонение размера EMs по роликам и допуск ТМ на размер по роликам.

Для контроля передачи с нерегулируемым расположением осей нормируются предельные отклонения межосевого расстояния ±fa (таблица 7.4), а с регулируемым расположением осей - минимальный боковой зазор jnmin (таблица 7.4) и допуск бокового зазора Tjn (определяется видом сопряжения).

В стандартах и справочной литературе приводятся рекомендуемые контрольные комплексы, которые наиболее полно заменяют комплексные показатели.

б - по величине смещения исходного контура тангенциальным зубомером;

в - по отклонению толщины зуба на постоянной хорде, измеренному зубомером или штангензубомером; г - по отклонению средней длины общей нормали, измеренной нормалемером; д - по размеру поверх шариков или роликов при m < 1 мм

Первый комплекс рекомендуется применять для оценки точности зубчатых колес, работающих в прецизионных парах (измерительные, делительные, отсчетные механизмы) при наличии на фирме прибора для однопрофильного контроля.

Второй комплекс рекомендуется применять для точных колес при модуле более 3 мм, когда используются шагомеры для контроля окружного шага и шага зацепления.

Третий комплекс наиболее широко используется при производстве зубчатых передач 7 и 8 степеней точности в автомобильной, авиационной отраслях и в станкостроении. Операционный и приемочный контроль может выполняться на удобных и простых приборах (межцентромерах) по всем показателям норм точности. Если этот комплекс используется для более точных степеней, когда выполняется шлифование эвольвентного профиля, то необходим контроль профиля на эвольвентомерах.

Четвертый комплекс применяется редко, когда нет межцентромеров, в единичном, мелкосерийном производстве, а также в тракторостроении, в подъемно-транспортных механизмах и в производстве сельскохозяйственных машин.

Пятый и шестой комплексы рекомендуются для контроля крупномодульных (m ? 3) колес грубых степеней точности в условиях мелкосерийного производства.

7.5 Требования к рабочим чертежам зубчатых колес

Чертежи зубчатых колес выполняются в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД, для цилиндрических зубчатых колес - по ГОСТ 2.403.

В правом верхнем углу поля чертежа на расстоянии 20 мм от верхнего поля помещается таблица параметров зубчатого венца. Размеры таблицы: общая ширина - 110 мм, правый крайний столбец шириной 35 мм, средний столбец - 10 мм, минимальная высота строки - 7 мм. Таблица состоит из трех частей (отделенных друг от друга сплошными основными линиями).

В первой части указываются основные данные: m; Z; в; направление линии зуба, исходный контур, коэффициент смещения ч; степень точности.

Во второй части - размеры и отклонения для контроля зубьев по одному из следующих вариантов:

W - длина общей нормали с отклонениями средней длины общей нормали;

Sc - толщина по постоянной хорде и высоте до нее hc;

М - торцовый размер по роликам и диаметр ролика для m < 1. Для коррегированных колес указываются контролируемые показатели по всем нормам точности и допуски на них.

В третьей части - справочные данные: делительный диаметр - d; обозначение сопряженного зубчатого колеса (его число зубьев).

На чертеже колеса указываются требования к точности на элементы заготовок под операции зубонарезания, так как погрешности этих элементов влияют на точность обработки зубчатого венца. Требования к элементам зубчатого колеса (заготовки, поступающей после токарной обработки на операцию зубонарезание) регламентируются отраслевыми стандартами, согласно рекомендации ИСО DR 1328 (таблица 7.14). Все допускаемые отклонения задаются в тело заготовки.

Отверстие зубчатого колеса D является основной эксплуатационной (установка на вал), технологической (установка на оправку при зубонарезании) и измерительной базой (на межцентромере; эвольвентомере и других приборах). Допуск на базовое отверстие TD выбирается в зависимости от степени точности по нормам плавности. У валковых колес опорные шейки вала с допуском Td выполняют функции основной эксплуатационной, технологической и измерительной базы.

Диаметр вершин зубьев da (наружный цилиндр заготовки) в качестве базы может использоваться в нескольких вариантах. Во всех вариантах требуются ограничения по полю допуска Tdn и по радиальному биению диаметра вершин зубьев Fda.

Вариант 1 - первоначально как измерительная база для выверки положения заготовки на зубообрабатывающем станке и затем для измерения размеров зубьев Sc , hc , рt , рb .

Вариант 2 - только как измерительная база для выверки установки заготовки на станке.

Вариант 3 - только как измерительная база для контроля размеров зуба с учетом величины смещения исходного контура. Применяется в основном для коррегированных колес.

Вариант 4 - наружный диаметр не используется в качестве базы, и допуски на него назначаются как на свободные размеры (общие допуски). Применяется редко, при грубых степенях точности (грубее 9-й).

Торец может использоваться как установочная, эксплуатационная, технологическая или измерительная базы, поэтому необходимо ограничить торцовое биение по базовому торцу. Биение зависит от точности по нормам контакта зубьев (Fв, см. таблицу 7.9.), которые задаются на ширине зубчатого венца в. Если конструкция колеса несимметричная, то более точно выполняется торец, как правило, совмещенный с торцом зубчатого венца. Если ширина ступицы больше ширины зубчатого венца, то базовым является торец ступицы. В этом случае на ширину ступицы квалитет следует принимать по величине торцового биения (по таблице 3.10 - степень точности, а по таблице 3.12 - квалитет).

Допуск на ширину зубчатого венца В принимают по h11чh14, т.е. как на свободный размер.

Так как установленные допуски и отклонения справедливы при измерениях на базе рабочей оси, при использовании наружного цилиндра заготовки в качестве измерительной базы, то вносимые погрешности от наружного диаметра должны быть компенсированы уменьшенным (по сравнению со стандартным) производственным допуском. Таким образом, при контроле смешения исходного контура и измерении толщины зуба на базе наружного цилиндра заготовки рассчитываются производственные отклонения и допуски (EHs nр и ТНпр; ECSпр и TCпр). Расчеты приводятся в отраслевых стандартах. Шероховатость боковых поверхностей зуба и других поверхностей определяется по таблице 3.3.(см. гл. 3).

7.6 Пример оформления рабочего чертежа зубчатого колеса

Расчет параметров зубчатого колеса выполнен для следующих исходных данных: m = 3,5; Z = 24; исходный контур по ГОСТ 13755; x = 0; окружная скорость V = 15м/с; a = 147 мм, зубчатая передача коробки скоростей специального станка, рабочая поверхность зубьев закаленная и может испытывать нагрев до +60 °С, корпус коробки чугунный и нагревается до + 35 °С.

Определяются основные геометрические параметры зубчатого колеса: d = mZ = 84 мм ;da = m(Z + 2) = 91 мм; В = 10m = 35 мм.

Рассчитывается число зубьев, охватываемое длиной общей нормали: Zw = 0,111 Z + 0,5 = 0,111 • 24 + 0,5 = 3,164 и округляется полученное значение до целого числа Zw =3,0. Рассчитывается номинальное значение длины общей нормали: W = 3,5 [1,476 (2 ·3 - 1) + 0,014 · 24] = 27,006. На чертеже зубчатого колеса в таблице параметров номинальное значение длины общей нормали указывается с точностью до тысячных долей миллиметров. Проверку выполняем по данным таблицы 7.1:

W = 3,5•7,716 = 27,006 мм; Zw = 3.

Передача задана как скоростная, поэтому основное требование - плавность работы. Принимаем по таблице 7.3 степень точности по нормам плавности - 6-ю, по нормам контакта также 6-ю, а по нормам кинематической точности 7-ю.

Вид сопряжения определим по минимальному гарантированному боковому зазору с учетом температурного режима:

jп min = jn1 + jп2,

jп1 = 0,02 m = 0,02•3,5 = 0,070 мм,

jп2 = 0,684 · 147 [12 · 10-6 (60 - 20) - 10,5 · 10-6 (35 - 20)] = 0,040 мм,

jп min = 0,110 мм.

Для заданного межосевого расстояния по таблице 7.4 находим вид сопряжения - С, с видом допуска с, который обеспечивает боковой зазор jп min = 100 мкм.

Обозначение степени точности получается следующее: 7-6-6-С ГОСТ 1643.

Определим верхнее и нижнее отклонения для средней длины общей нормали.

Верхнее отклонение EWms = E'Wms + E"Wms . По таблице 7.10 и таблице 7.11 для вида сопряжения С, 6-й степени точности, d = 84 мм при Fr = 36 мкм (таблица 6.6) определяются значения I и II слагаемых: E'Wms = 60 мкм; E"Wms = 9 мкм.

Тогда EWms = 60 + 9 = 69 мкм.

По таблице 7.11 допуск на длину общей нормали ТWm = 50 мкм.

Нижнее отклонение средней длины общей нормали ЕWmi = |EWms| + TWm = 69 + 50 = 119 мкм. Оба отклонения для колеса с внешними зубьями должны быть заданы «в тело», т.е. с минусом.

Таким образом, в таблице чертежа должно быть проставлен исполнительный размер длины общей нормали Wm = 27,006.

Определим требования к базовым поверхностям зубчатого колеса по таблице 7.14.

Базовое отверстие должно быть выполнено по 6-му квалитету, так как приняты нормы плавности по 6-ой степени:

ш30Н6(+0,016).

Принимаем, что диаметр вершин зубьев используется как измерительная база для выверки положения заготовки на зубообрабатывающем станке, а также для контроля толщины и шага у зубчатого колеса. Точность его оцениваем по 1-му варианту, следовательно, Tda выполняется по 8-му квалитету: ш91h8.

Допуск на радиальное биение Fda = 0,16d + 10 = 0,16 - 84 + 10 = 23,44 мкм. Принимаем Fda = 25 мкм по таблице 3.9 (см. гл. 3).

Торцовое биение базового торца на диаметре ступицы 60 мм находим расчетом, определив Fв = 9 мкм (по таблице 7.9):

FT = (0,5 Fвdб)/B = (0,5•9•60)/35 = 8,4 мкм.

По таблице 3.10 (гл. 3) принимаем FT = 10 мкм. Все расчетные параметры указываем на чертеже зубчатого колеса (рисунок 7.5).

Рассмотрим два варианта выбора контрольных комплексов.

Так как плавность работы и контакт зубьев заданы по 6-й степени, в качестве первого варианта выбираем 1-й комплекс, учитывая наличие на фирме приборов для однопрофильного контроля.

Для контроля кинематической точности зубчатого колеса принимаем F'i а для передачи - F'io. Числовые значения F'i в стандарте отсутствуют и определяются как сумма F'i = Fp + ff.

Для первого колеса для 7-й степени кинематической точности при d = 84 определить по таблице 7.5 Fp1 = 45, по таблице 7.7: ff1 = 8; Fґi1 = 45 + 8 =53.

Для второго колеса определим диаметр d2 = 2а - d1 = 2•147 - 84 = 210, тогда Fp2 = 90; ff2 = 9; Fґi2 = 90 + 9 = 99. Погрешность передачи равна сумме кинематических погрешностей сопрягаемых колес F'io = F'i1 + F'i2. Погрешность передачи F'io = 53 + 99 = 152 мкм.

По нормам плавности принимаем fio' для передачи и fi' для зубчатого колеса. Контроль этих параметров, как и предыдущих, выполняется на приборе для однопрофильного контроля.

Допуски по принятым показателям (таблица 7.7):

fi' = 18 мкм;fio' =1,25•fi' = 1,25•18 = 22,5 мкм.

Профиль эвольвенты шлифуется по указанию таблице 7.3, поэтому как технологический показатель принимается ff = 8 мкм по таблице 7.7.

По нормам контакта зубьев для 6 степени принимаем Fв для колеса (прибор ходомер), а для передачи (см. таблицу 7.9) fx и fy ; Fв = fx = 9 мкм; fy = 4,5 мкм при ширине зубчатого венца В = 10m = 35 мм.

Контроль контакта зубьев также может быть выполнен по суммарному пятну контакта, которое составит для 6-й степени точности 50 % по высоте зубьев и 70 % по ширине зубьев (таблица 7.9).

Нормы бокового зазора косвенно оцениваются по предельным отклонениям межосевого расстояния в передаче fa = ±50 мкм (см. таблицу 7.4). У зубчатого колеса толщина зуба оценивается тангенциальным зубомером по величине смещения исходного контура: EHS =87 мкм по таблице 6.10 для вида сопряжения С, степени точности 6, при делительном диаметре 84 мм.

Допуск на смещение исходного контура ТH = 100 мкм при виде сопряжения С и Fr = 36 мкм (таблица 7.6). Рассчитывается производственный допуск, так как необходимо учесть погрешности диаметра выступов:

EHs пр = |EHs| + 0,35 Fda = 87 + 0,35 · 25 = 96 мкм,

ТH пр = ТH - 0,7 Fda - 0,5 Tda=100 - 0,7 · 25 - 0,5 · 54 = 56 мкм.

Выбранный контрольный комплекс, значения допусков и используемые приборы даны в таблице 7.15.

В качестве второго варианта выбираем третий комплекс, учитывая, что на фирме нет прибора для однопрофильного контроля, а производство станков серийное.

Показатели кинематической точности: F"i, и FVw, для оценки плавно- ста работы: f"i, и ff, так как 6-я степень требует шлифования эвольвенты; контакт зубьев оценивается по суммарному пятну контакта и fx = Fв = 9 мкм; fy = 0,5 Fв = 4,5 мкм; боковой зазор оценивается косвенно по отклонению средней длины общей нормали.

По таблице 7.13 назначаются измерительные приборы для контроля выбранных показателей: межцентромер и нормалемер. Весь набор показателей (кроме Fvw) контролируется на одном приборе, а измерительная база, которой является ось колеса, совпадает с технологической.

При комбинировании норм кинематической точности и плавности из разных степеней точности допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса находим по формуле:

[F"i] комб = [F"i - f"f ]F + [f'ґґi]f

Таблица 7.15 - Первый вариант контрольного комплекса для зубчатой передачи степени точности 7-6-6-С ГОСТ 1643

Степень и нормы точности	Контролируемый параметр	Обозначение	Допуск, мкм	Прибор
7-я степень кинематичeской точности	Кинематическая погрешность колеса	Fґi	53	Прибор для однопрофильного контроля
	Кинематическая погрешность зубчатой передачи	Fґio	152
6-я степень по нормам плавности работы передачи	Местная кинематическая погрешность зубчатого колеса	fґi	18
	Местная кинематическая погрешность зубчатой передачи	fґio	22,5
	Погрешность эвольвентного профиля	ff	8	Эвольвентомер
6-я степень по нормам контакта зубьев	Погрешность направления зуба	Fв	9	Ходомер
	Суммарное пятно контакта	по высоте зубьев	50 %	Контрольно- обкатной станок
		по ширине	70 %
Вид сопряжения C, Боковой зазор - с	Наименьшее смещение исходного контура	EHs	96	Тангенциальный зубомер
	Допуск на смещение исходного контура	Тн	56
Для передачи	Показатели для контроля отверстий в корпусе
	Допуск параллельности осей	fx	9	Специальное приспособление для контроля расположения отверстий в корпусе
	Допуск на перекос осей	fy	4,5
	Предельное отклонение межосевого расстояния	fa	±50

По таблице 7.6 для 7-й степени точности F"i =50 мкм; по таблице 7.7 для 7-й степени точности f"i = 20 мкм, а для 6-й степени точности f"i = 14 мкм. Тогда [F"i]комб = [50 - 20] + 14 = 44 мкм. По таблице 7.6 определяется допуск на колебание длины общей нормали Fvw = 22 мкм.

Контроль по нормам плавности осуществляется по колебанию измерительного межосевого расстояния при повороте на один зуб. Допуск по этому показателю уже определен: f"i = 14 мкм.

По нормам контакта зубьев по таблице 7.9 суммарное пятно контакта установлено: по высоте - 50 %, по ширине - 70 %.

Для корпуса передачи fx = Fв = 9 мкм; fy = 0,5 Fв = 4,5 мкм.

Косвенно боковой зазор оценивается по наименьшему отклонению средней длины общей нормали и допуску на нее, которые были рассчитаны раньше, как геометрические показатели.

Для контроля бокового зазора у колеса с внешним зацеплением в выбранном комплексе стандартом предусматриваются предельные отклонения измерительного межосевого расстояния: верхнего Eaґґs = + f"i = +14 мкм и нижнего Ea"i = -TH = -100 мкм (таблица 7.11). Для передач с нерегулируемым расположением осей по таблице 7.4 для вида сопряжения С и межосевого расстояния а = 147 мм определяются предельные отклонения межосевого расстояния ±fa = 0,5, а также jnmin = 100 мкм.

Непосредственный контроль зубчатых колес и передач по всем показателям установленного комплекса не является обязательным, если изготовитель гарантирует выполнение соответствующих требований принятой у него системой контроля точности производства.

Рисунок 7.5 - Пример рабочего чертежа зубчатого колеса

8. Выбор универсальных средств измерений

8.1 Факторы, влияющие на выбор средств и методов измерения

В современном машиностроительном производстве наибольшая часть контроля приходится на геометрические параметры деталей. Контроль их в процессе производства является обязательным. Затраты на выполнение контрольных операций существенно влияют на себестоимость изделий машиностроения, а точность их оценки определяет качество выпускаемых изделий.

Правильность выбора средств измерения (СИ) должен уметь оценивать конструктор, технолог и метролог. При выполнении операций технического контроля (измерение деталей и изделий) должен обеспечиваться принцип единства измерений.

Единство измерений - это такое состояние измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах и погрешность измерений известна с указанной вероятностью (см. РМГ 29-99).

Контроль должен быть объективным и достоверным.

На выбор методов и средств измерений влияет большое количество факторов, которые необходимо учитывать.

Организационно-технические факторы зависят от специфики производства (тип производства, стабильность техпроцесса, обеспечение полной или групповой взаимозаменяемости и т.п.). Различают виды контроля: сплошной 100%-ный контроль всех деталей (единичное, мелкосерийное производство, нестабильный техпроцесс, групповая взаимозаменяемость, авиа- и судостроение) и выборочный, статистический контроль (крупносерийное, массовое производство, полная взаимозаменяемость, стабильный техпроцесс).

Универсальные средства измерений находят широкое применение во всех типах производства, так как имеют низкую себестоимость. Производительность операций контроля при этом также низкая.

Применение специальных средств измерения должно быть экономически обосновано. Калибры, контрольные приспособления, средства автоматизированного контроля относятся к средствам единичного производства. Их проектирует и изготавливает предприятие-потребитель, применение их выгодно в крупносерийном, массовом производстве. Они должны быть аттестованы и периодически подвергаться калибровке.

Конструктивные параметры изделия (габариты, масса, жесткость конструкции, конструктивные особенности, доступность к точкам контроля и контролируемый размер) также существенно влияют на выбор методов и средств измерения. Могут быть использованы контактные и бесконтактные, абсолютные и относительные, прямые и косвенные методы измерений. Для деталей нежесткой конструкции необходимо применять бесконтактные методы измерений. Косвенные методы применяются в том случае, если непосредственное измерение размера невозможно.

Используются стационарные и переносные средства измерений (для крупногабаритных деталей).

Применяются различные средства измерений для деталей типа вал, втулка (отверстие), зубчатое колесо, резьбовая деталь и так далее.

Метрологические характеристики средств измерений (цена деления, пределы и диапазон измерения, погрешность и класс точности) необходимо согласовывать с контролируемыми параметрами изделия.

Номинальный размер обеспечивает выбор средств измерения по пределу измерения. Допуск на контролируемый параметр определяет выбор средств измерений по допускаемой погрешности измерения.

8.2 Источники погрешностей измерения и способы их устранения

Погрешности измерения зависят от субъективных и объективных причин. Субъективные погрешности зависят от оператора, его квалификации, навыка работы, его утомляемости и других факторов. Различают субъективные погрешности профессиональные, а также субъективные от присутствия оператора (теплоизлучение оператора), погрешности действия, обусловленные настройкой прибора и перемещением подвижных частей, погрешности параллакса (кажущееся смещение стрелки прибора при неправильном расположении оператора).

Большинство субъективных погрешностей относится к случайным, хотя они могут быть систематическими (например, погрешности неправильной настройки прибора).

Объективные погрешности измерений могут быть как систематическими, так и случайными Правильность измерения определяется стремлением к нулю систематических погрешностей. Точность измерения оценивается стремлением к нулю случайных погрешностей. Поэтому необходимо выявлять источники систематических погрешностей и устранять их до начала измерения.

Источники систематических объективных погрешностей:

- инструментальные погрешности, зависящие от конструкции (когда нарушен принцип Аббе, требующий, чтобы измеряемый размер и шкала отсчета находились на одной прямой), точности изготовления и износа измерительного средства, которые определяются при их аттестации;

- погрешности установочных мер при относительном методе измерения, зависящие от формы контактных наконечников приборов (контакт должен быть точечный, а не плоскостной);

- погрешности базирования, обусловленные погрешностями поверхностей контакта детали и измерительного средства, для их исключения необходимо соблюдать принцип единства баз конструкторских и измерительных;

- температурные погрешности, вызванные колебанием температуры при измерении и отклонением ее от нормальной;

- погрешности, зависящие от измерительного усилия при контактных методах измерения, когда пониженная жесткость детали, стоек и других устройств;

- погрешности, зависящие от измерительного усилия при контактных методах измерения, когда пониженная жесткость детали, стоек и других устройств;

- методические погрешности или теоретические, которые зависят от метода измерения, выбранной схемы измерения, алгоритма обработки результатов. Могут быть и другие источники погрешностей.

Способы исключения систематических погрешностей следующие:

- до начала измерения (профилактика измерений);

- в процессе измерения (экспериментальное исключение);

- по окончании выполнения измерений;

- перевод систематической погрешности в случайную и выполнение многократных измерений.

При измерении линейных размеров может проявиться систематическая температурная погрешность, которая зависит от температурного режима процесса измерения. Нормальные условия для выполнения линейных измерений установлены ГОСТ 8.050. В производственных условиях трудно обеспечить точное соблюдение температурного режима, однако для компенсации температурных погрешностей необходимо выдерживать детали и приборы в одних и тех же температурных условиях от 2 до 12 часов при колебании температуры в пределах 2...4 °С. До начала выполнения измерений геометрических параметров необходимо устранить температурную погрешность, а также погрешность базирования, проверить нулевую установку прибора, наличие сертификата годности и другие причины.

В процессе измерения возможно противодействие погрешностей, т.е. в начале - увеличивающее воздействие и затем - уменьшающее. Используется, например, поворот детали на 180° для исключения влияния эксцентриситета осей, или измерения при прямом и обратном ходе с целью учета зазора.

По окончании измерений вносится известная поправка - погрешность с обратным знаком. Например, при относительном методе измерения - погрешность блока концевых мер, найденная по аттестату на поверку (калибровку) набора концевых мер длины. Наиболее существенными при измерении являются систематические инструментальные погрешности, которые должны быть меньше допускаемых погрешностей измерения, указанных в ГОСТ 8.051 и 8.549. В этих стандартах погрешности измерений даны для выполнения однократных измерений, при устранении известных источников систематических погрешностей до начала измерения. Допускаемая инструментальная погрешность (Д) должна всегда регламентировать выбор средств измерений. При выполнении технических измерений систематическая погрешность Д является доминирующей, т.е. она существенно больше случайной, присущей данному методу. Поэтому эти измерения достаточно производить один раз. При выполнении метрологических измерений (поверке и калибровке) случайная погрешность является доминирующей, поэтому необходимо осуществлять многократные измерения и производить обработку полученных результатов. Число измерений n следует выбрать таким образом, чтобы ошибка среднего арифметического была меньше систематической инструментальной погрешности, т.е. чтобы последняя опять определяла точность результата измерения, так как погрешность среднего арифметического убывает в раз. Окончательный результат измерения должен содержать:

- числовое значение среднего арифметического;

- возможный интервал его рассеивания (доверительный интервал);

- доверительную вероятность, соответствующую доверительному интервалу по таблицам нормального закона распределения случайных величин.

8.3 Выбор средств измерений в зависимости от их погрешности и допуска размера

Выбор СИ для однократных измерений по метрологическим факторам заключается в сравнении допускаемой погрешности измерения д (таблица 8.1) с инструментальной погрешностью Д (таблица 8.2), в установлении приемочных границ и приемочного процента риска. Необходимо соблюдать условие Д ? д.

Если необходимые по точности средства измерения отсутствуют, то более грубые должны быть индивидуально аттестованы, т.е. следует определить их систематическую погрешность и учитывать ее путем введения поправки в результат измерения.

Допускаемая погрешность измерения д включает случайные и неучтенные систематические погрешности (погрешность СИ).

В даны допускаемые погрешностiи измерения д для сопрягаемых размеров по ГОСТ 8.051-81. Расчет допускаемых погрешностей д в этом стандарте производится в зависимости от допуска по следующей зависимости:

д = (0,2...0,35)IT

Меньшее значение относится к более грубым квалитетам, а большее - к точным квалитетам.

Данная зависимость для контроля размеров с неуказанными допусками (свободных размеров) требует применения довольно точных СИ, что удорожает производство. Применение штангенциркулей и других грубых СИ для контроля размеров с неуказанными допусками по ГОСТ 8.051-81 было незаконным.

В 1986 году был принят ГОСТ 8.549-86, который узаконил применение грубых СИ для размеров с неуказанными (общими) допусками. Теперь для размеров с неуказанными допусками (12... 17 квалитеты) допускаемая погрешность измерения по ГОСТ 8.549-86 равна половине допуска размера д = 0,5IT. Это необходимо учитывать, чтобы не усложнять процесс измерения грубых (неответственных) размеров, особенно в приборостроении и авиации (здесь 12 квалитет используется для свободных размеров с общими допусками). Если же по 12-му квалитету выполняется соединение (посадка), то СИ необходимо выбирать по ГОСТ 8.051-81.

8.4 Влияние погрешности измерения на достоверность результатов контроля

При приемочном контроле погрешность измерения накладывается на погрешность изготовления детали и оказывает влияние на достоверность результатов контроля. Детали, у которых размеры находятся близко к границам поля допуска, могут быть неправильно оценены, т.е. годные забракованы, а бракованные пропущены как годные. Такое сочетание погрешности измерения и истинного размера контролируемой детали является случайным событием. В ГОСТ 8.051 установлены параметры достоверности результатов контроля, т.е. параметры разбраковки:

- m - риск заказчика (в %), необнаруженный брак, т.е. число деталей в процентах от общего числа измеренных, размеры которых выходят за приемочные границы;

- n - риск изготовителя (в %), т.е. ложный брак, забракованы фактически годные детали (истинные размеры в пределах поля допуска);

- c - вероятностная величина выхода размера за каждую границу поля допуска у неправильно принятых деталей.

На рисунке 8.1 представлены графики по определению параметров разбраковки при распределении контролируемых размеров по нормальному закону в зависимости от коэффициента точности технологического процесса:

К = IТ/у тех,

где IT - допуск на контролируемый размер (допуск вала Td или отверстия TD);

утех - среднее квадратичное отклонение технологического процесса (погрешности изготовления).

На каждом графике указаны по три кривых, которые выбираются в зависимости от относительной погрешности метода измерения Aмет(у):

Амет(у) =100 % умет/IT,

где умет - среднее квадратичное отклонение погрешности измерения.

При доверительной вероятности Р = 0,95 случайная погрешность (соответствующая не исключенной инструментальной погрешности Д) принимается как 2умет. Тогда умет = Д /2.

Когда точность технологического процесса неизвестна (на этапе конструкторских разработок), ориентировочно предельные значения параметров разбраковки можно определить по таблице 8.3. Рекомендуется принимать:

Aмет(у) =16 % - для размеров с допусками по квалитетам со 2-го по 7-й;

Амет (у) =12 % - для размеров по 8-му и 9-му квалитетам,

Таблица 8.3 - Предельные значения параметров рассортировки деталей по ГОСТ 8.051

Относительная погрешность метода измерения Амет(у) в%	Количество в % от общего количества измеренных деталей	Вероятный выход размера за границы поля допуска C/Tизд
	Забракованных деталей в принятой партии m	Годных деталей в забракованных п
1,6	0,37...0,39	0,7...0,75	0,01
3	0,87...0,90	1,2...1,3	0,03
5	1,6... 1,7	2,0...2,25	0,06
8	2,6... 2,8	3,4...3,7	0,1
10	3,1... 3,5	4,5...4,75	0,14
12	3,75...4,1	5,4...5,8	0,17
16	5,0... 5,4	7,8...8,25	0,225
Примечания: 1 Табличные значения соответствуют нормальному закону распределения размеров в технологическом процессе и учитывают только случайные погрешности измерения с доверительной вероятностью Р = 0,997. 2 В каждой строке первое значение m; n соответствует нормальному закону распределения погрешности измерения: второе - закону равной вероятности.

Анализ данных о параметрах разбраковки позволяет сделать ряд выводов:

- точность технологического процесса в большей мере влияет на параметры разбраковки, чем погрешность измерения;

...