Сравнение табличных значений параметров точности зубчатых колес и передач в стандартах ISO 1328 и ГОСТ 1643-81

Зубчатые передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

60

http://tmm.spbstu.ru

УДК 621.833.15

Сравнение табличных значений параметров точности зубчатых колёс и передач в стандартах: ISO 1328 и ГОСТ 1643-81

Б.П. ТИМОФЕЕВ

Введение

Не так много времени осталось до момента вступления нашей страны в ВТО. В связи с этим остаётся острой проблема соотнесения нашей нормативной документации требованиям международных стандартов. Из-за давно не менявшихся стандартов ГОСТ многие наши производители не имеют возможности выпускать конкурентоспособную продукцию для внешнего рынка. Для разрешения сложившегося положения в области производства эвольвентных цилиндрических колёс предполагается переработать устаревший стандарт ГОСТ 1643-81 для получения проекта нового базового стандарта, не противоречащего требованиям стандарта ISO 1328 и сохраняющего полезные стороны наших нормативных документов, имеющих многолетний опыт использования.

1. Сравнение норм точности

Задавшись определенными значениями модуля зубьев m; делительного диаметра d и ширины зубчатого венца b произведем сравнение норм точности стандарта ГОСТ 1643-81 с аналогичными нормами стандарта ISO 1328 (ISO 1328-1:1995 [1], ISO 1328-2:1997 [2]). Отечественный стандарт ГОСТ 1643-81 [3] имеет большее количество показателей точности и иную структуру системы точности [3, 4] нежели международный стандарт ISO 1328 [1, 2, 4], поэтому будем использовать только те показатели точности, которые встречаются в обоих стандартах.

1.1 Двухпрофильный контроль зубчатых колёс

При двухпрофильном или беззазорном зацеплении зубчатых колес поверхности обеих сторон зуба одного колеса находятся в одновременном контакте с поверхностями зуба другого. Данный метод контроля обладает рядом недостатков, и был раскритикован, в частности, ещё в 1975 году Б.А. Тайцем [5]. Тем не менее, поскольку метод прост и удобен, то он продолжает использоваться на предприятиях.

Нормы кинематической точности (здесь и далее по ГОСТ 1643-81)

Допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса, Fi''.

Исходные данные: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=100 мм.

Таблица 1.

Примечания для этой и всех последующих таблиц:

1. Q - степень точности.

2. Все значения погрешностей приведены в микрометрах.

3. Жирным выделены значения погрешностей в ISO 1328, которые больше, чем нормируемые ГОСТ 1643-81.

Изменим исходные данные, увеличив делительный диаметр на порядок: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=1000 мм.

Таблица 2.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы. При постоянном значении делительного диаметра (d=100 мм в первом случае и d=1000 мм во втором) и при увеличении модуля зубьев (с m=1,5 мм до m=10 мм) значения допуска на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса в ISO 1328 становятся грубее, чем в ГОСТ 1643-81. Причем, при модуле зубьев m=10 мм - во всём диапазоне степеней точности (для данной погрешности - от 5 до 12 степени).

Нормы плавности работы

Допуск на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе, fi''

Исходные данные: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=100 мм.

Таблица 3.

Изменим исходные данные, как и в предыдущем случае: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=1000 мм.

Таблица 4.

Выводы к таблицам 3 и 4:

При постоянных значениях делительного диаметра (d=100 мм в первом случае и d=1000 мм во втором случае) и при увеличении модуля зубьев (от m=1,5 мм до m=10 мм) значения допуска на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе в ISO 1328 становятся грубее, чем в ГОСТ 1643-81. При d=100 мм это наблюдается во всем диапазоне степеней точности (от 5 до 12 степени) уже при модуле m=5 мм, а при d=1000 - только для модуля m=10 мм. При d=1000 мм и m=5 мм в средних степенях точности (5-8) значения допусков в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 практически совпадают. При больших значениях модуля зубьев (m=10) в обоих случаях, в низких степенях точности (9-12) значения допуска на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе в стандарте ISO 1328 значительно больше (для степеней точности 11-12 - в 2-2,5 раза больше), чем в ГОСТ 1643-81.

1.2 Однопрофильный контроль зубчатых колёс

Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса, Fp

Эта погрешность в ISO 1328 имеет название «полная накопленная погрешность шага» [1, стр. 2, 8, 11-12].

Исходные данные: диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =1,5 мм.

Таблица 5.

Изменим исходные данные, увеличив значение модуля: диапазон изменения делительного диаметра d (100...2000) мм, модуль m =10 мм

Таблица 6.

При постоянном значении модуля зубьев (m=1,5 мм в первом случае и m=10 мм во втором случае) и при увеличении делительного диаметра (от d=100 до d=1000 мм в первом случае и от d=100 до d=2000 мм во втором случае) разность значений допусков на накопленную погрешность шага в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 увеличивается с повышением степени точности (с третьей до восьмой для данной погрешности). При больших значениях делительного диаметра (d=2000 мм) в восьмой степени точности допуск на накопленную погрешность шага в ГОСТ 1643-81 больше аналогичного допуска в ISO 1328 почти на 100 мкм. В высоких степенях точности (3 и 4) при диаметрах колес до d=2000 мм величины допусков в обоих стандартах совпадают или незначительно отличаются (в пределах трех микрометров).

Допуск на радиальное биение зубчатого венца, Fr

Исходные данные: диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =1,5 мм.

Таблица 7.

Изменим исходные данные, увеличив значение модуля: диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =5 мм.

Таблица 8.

Изменим исходные данные, ещё раз увеличив значение модуля: диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =10 мм. зубчатый колесо колебание шестерня

Таблица 9.

При постоянном значении модуля зубьев (m=1,5 мм в первом случае, m=5 - во втором и m=10 мм в третьем случае) и при увеличении делительного диаметра (от d=100 до d=1000 мм) допуски на радиальное биение в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 в высоких степенях точности (3-4) примерно равны или незначительно отличаются (в пределах 3 мкм). С уменьшение модуля зубьев (от m=10 мм до m=1,5 мм) и увеличением делительного диаметра, значения допусков в ГОСТ 1643-81 даже меньше аналогичных в ISO 1328. В низких степенях точности (11-12) при диаметрах от 500 до 1000 мм значения допусков в ГОСТ 1643-81 меньше аналогичных в стандарте ISO 1328. Причем, при уменьшении модуля зубьев (от m=10 мм до m=1,5 мм) и увеличением делительного диаметра, значения допусков в ГОСТ 1643-81 меньше аналогичных в ISO 1328 уже при 8 степени точности. При больших диаметрах и мелких модулях зубьев (d=1000 мм, m=1,5 мм в данном случае) разница допусков для 12 степени точности составляет 152 мкм.

Нормы плавности работы

Допуск на погрешность профиля зуба, ff

Эта погрешность в ISO 1328 имеет название «погрешность профиля зуба общая, Fб» [1, стр. 3-4, 8, 13-14].

Исходные данные: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=100 мм.

Таблица 10.

Изменим исходные данные, увеличив делительный диаметр: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=500 мм.

Таблица 11.

Изменим исходные данные, ещё раз увеличив делительный диаметр: диапазон изменения модуля m (1,5 … 10) мм, делительный диаметр d=1000 мм.

Таблица 12.

С увеличением модуля зубьев (от 1,5 мм до 10 мм) и при одинаковых значениях делительного диаметра (d=100, 500 и 1000 мм) разность допусков на погрешность профиля зуба в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 увеличивается с ростом степени точности (от 3 до 8-й степени точности для данной погрешности). Исключение составляет случай при делительном диаметре d=1000 мм и модуле зубьев m=5 мм для 7-й и 8-й степени точности, где допуск на погрешность в стандарте ISO 1328 меньше аналогичного в ГОСТ 1643-81 на 1-2 мкм. При модуле зубьев m=1,5 мм и при значениях делительного диаметра d=100 мм и d=1000 мм допуски на погрешность профиля зуба в ГОСТ 1643-81 меньше аналогичных в ISO 1328 в средних степенях точности (6-8) или отличаются в большую сторону на 0,5-1 мкм в высоких степенях точности (3-5). При модуле зубьев m=1,5 мм и значении делительного диаметра d=500 мм допуски на погрешность профиля зуба в ISO 1328 меньше, чем в ГОСТ 1643-81 в пределах 0,4-2 мкм.

Предельные отклонения шага, ±fpt

Таблица 13.

Изменим исходные данные: диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =1,5 мм.

Изменим исходные данные, увеличив модуль и диапазон изменения делительного диаметра: диапазон изменения делительного диаметра d (100...2000) мм, модуль m =5 мм.

Таблица 14.

Изменим ещё раз исходные данные, увеличив модуль вдвое: диапазон изменения делительного диаметра d (100...2000) мм, модуль m =10 мм.

В высоких степенях точности (3-5) для всех исследуемых значений делительного диаметра (от d=100 мм до d=2000 мм) и модуля зацепления (от m=1,5 мм до m=10 мм) разность предельных отклонений шага в ГОСТ 1643-81 и ISO 1328 не превышает 1,5 мкм. В остальных случаях (6-12 степень точности) величины предельных отклонений шага в ГОСТ 1643-81 больше, чем в ISO 1328.

Таблица 15.

Нормы контакта зубьев.

Допуск на погрешность направления зуба, Fв

Эта погрешность в ISO 1328 имеет название «погрешность направления зуба общая» [1, стр. 5-6, 8, 15-16].

Изменим исходные данные: ширина зубчатого венца b=15 мм, диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =1,5 мм.

Таблица 16.

Изменим исходные данные, увеличив одновременно модуль и ширину зубчатого венца: ширина зубчатого венца b=100 мм, диапазон изменения делительного диаметра d (100...1000) мм, модуль m =5 мм.

Таблица 17.

Ещё раз изменим исходные данные, увеличив все три ранее названных параметра: ширина зубчатого венца b=300 мм, диапазон изменения делительного диаметра d (100...6000) мм, модуль m =10 мм.

Таблица 18.

При постоянных значениях модуля зубьев (m=1,5 мм и m=5 мм) и ширины зубчатого венца (b=15 и b=100 мм) для больших значений делительного диаметра (500-1000 мм), а также для случаев с параметрами d=6000 мм, b=300 мм, m=10 мм и d=100 мм, b=100 мм, m=5 мм величины допуска на погрешность направления зуба в ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81 практически во всех степенях точности (3-12), за некоторыми исключениями в точных (3-я степень) и грубых (11-12) степенях точности. В остальных случаях (m=1,5 мм, b=15 мм, d=100 мм и m=10 мм, b=300 мм, d=100-500 мм) допуски в ГОСТ 1643-81 больше, чем в ISO 1328, кроме средних степеней точности (6-8). Стоит отметить, что в высоких степенях точности (3-4) разность допусков в ГОСТ 1643-81 и ISO 1328 во всех случаях не превышает 3 мкм.

Выводы

Мы можем принять нормы стандарта ISO 1328 для высоких степеней точности (3-4 степень) практически во всех диапазонах делительных диаметров и модулей при незначительной разнице (2-3 мкм) между величинами допусков в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81. Исключение составляет накопленная погрешность шага зубчатого колеса Fpr, для которой при больших значениях модуля зубьев и делительного диаметра, разница допусков в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 составляет в 4-й степени точности 10 мкм.

В грубых степенях точности (9-12 степень) при увеличении делительного диаметра и модуля зубьев ГОСТ 1643-81 дает гораздо меньшие значения допусков по сравнению с ISO 1328. Поэтому, можно констатировать, что наша отечественная промышленность уже сегодня является конкурентоспособной на мировом рынке при производстве зубчатых колёс значительных диаметров в грубых степенях точности. Мало того, мы уже сегодня работаем в условиях более жестких допусков на зубчатые колеса указанных параметров. Исключение составляют погрешность направления зуба Fвr и отклонения шага fptr. У этих погрешностей допуски в низких степенях точности (9-12) в стандарте ГОСТ 1643-81 превышают аналогичные допуски в стандарте ISO 1328.

В средних степенях точности (5-8) в ГОСТ 1643-81 по следующим нормам:

– погрешность шага зубчатого колеса Fpr;

– радиальное биение Frr;

– колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе fi'' (для малых значений модуля зубьев m);

– колебание измерительного расстояния за оборот зубчатого колеса Fi'' (для малых значений модуля зубьев m);

– отклонения шага fptr

величины допусков на погрешности больше, а нередко и значительно больше, чем в ISO 1328.

По нормам:

– погрешность направления зуба Fв;

– колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе fi'' (для средних и больших значений модуля зубьев m);

– колебание измерительного расстояния за оборот зубчатого колеса Fi'' (для средних и больших значений модуля зубьев m);

– погрешность профиля зуба ff,

наоборот, допуски на эти погрешности в средних степенях точности (5-8) в ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81, за исключением некоторых случаев, где разница между величинами допусков находится в пределах 3-х мкм.

Принять полностью нормы ISO 1328 мы не можем, потому что отдельные показатели в средних степенях точности (5-8) не будут обеспечены отечественными станками зубообрабатывающего производства, к тому же возникнут сложности и при измерении этих погрешностей.

Кроме того, у нас принято положение, согласно которому установленная степень точности по какому-либо комплексу показателей точности не может быть оспорена при измерении показателей другого комплекса. Хотя в научной литературе доказано, что многие из комплексов показателей точности не равнозначны. Особенно четко это показано в отношении норм контакта.

Необходимо создавать новый документ, учитывающий требования стандарта ISO 1328, в виду того, что базовый стандарт ГОСТ 1643-81 устарел и создавался до выхода рекомендаций ISO 1328 (ISO 1328-1:1995, ISO 1328-2:1997). Новый стандарт, тем не менее, не должен принимать требования ISO 1328 буквально, поскольку принятие рекомендации международного стандарта по всем параметрам фактически вынудит производителей зубчатых колес и передач, использующих отечественное зубообрабатывающее и зубоизмерительное оборудование, прекратить выпуск продукции. Поэтому создание новых, производительных и эффективных средств контроля - задача важная и актуальная, но при всех изменениях принципов построения стандартов параметров точности, нельзя игнорировать сегодняшний уровень производства и контроля [6].

Список литературы

1. ISO 1328-1:1995 Cylindrical gears - ISO system of accuracy - Part 1: Definitions and allowable values of deviations relevant to corresponding flanks of gear teeth.

2. ISO 1328-2:1997 Cylindrical gears - ISO system of accuracy - Part 2: Definitions and allowable values of deviations relevant to radial composite deviations and runout information.

3. ГОСТ 1643-81. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. - М., Издательство стандартов, 1989.

4. Абрамчук М.В., Тимофеев Б.П. Рекомендации ISO 1328 в части установления параметров точности зубчатых колес и передач. II межвузовская конференция молодых учёных. Сборник научных трудов. Том 2. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. С. 127-131.

5. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. - М.: Машиностроение, 1975.

6. Тимофеев Б.П. Назревшие перемены в нормировании точности зубчатых колёс и передач. - Труды шестой сессии международной научной школы. Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем. Часть 2. - СПб, 2003. с. 60.

Размещено на Allbest.ru