ПОДВИЖНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА

Важными элементами трансмиссии машин являются шлице-вые соединения, имеющие различный технический ресурс. Подвижные зубчатые колеса и зубчатые эвольвентные (шлицевые) валы коробок передач тракторов и автомобилей относятся к наиболее сложным деталям в конструктивном и технологическом отношениях. Условия их эксплуатации тяжелые, так как при передаче значительных крутящих моментов они испытывают одновременно знакопеременные напряжения изгиба, скручивания и контактные напряжения. Это обусловливает быстрый их изно;. Поданным И. С. Левитокого, за год эксплуатации тракторов С-80 и Т-100 в трансмиссии заменяется около 20% шестерен. Если при ремонте заменены все шестерни и подшипники, а шлицевые валы остались изношенными, но по техническим условиям годными без ремонта, то коробка передач зачастую работает с большим шумом, наблюдается интенсивный износ и выкрашивание зубьев.

Шестерни, устанавливаемые на валах с неравномерным износом зубьев, в процессе передачи крутящего момента оказываются в перекошенном положении относительно оси вала, что приводит к ненормальной работе зацепления шестерен и преждевременному износу как элементов зубчатого соединения вал-ступица, так и венца шестерни. Согласно отчетам НАТИ и другим работам, срок службы шестерен на новых шлицевых валах в 2-нЗ раза выше, чем шестерен, устанавливаемых на изношенных валах.

Все это говорит о необходимости проведения исследований кинематики зубчатых эвольвентных соединений ступиц шестерен с валами коробок передач в процессе эксплуатации и разработки обоснованных рекомендаций по повышению качества ремонта и долговечности отремонтированных деталей.

Для трансмиссий автомобилей и тракторов рекомендуется выбирать степени точности зубчатых колес по табл. 1 . Допускаемая кинематическая погрешность этих колес согласно ГОСТу 1643—56 приведена в табл. 2.

Для получения заданных норм точности у отремонтированных зубчатых соединений необходимо выявить влияние отдельных параметров эвольвентного зубчатого соединения (вал-ступица

Для установления величин износа зубьев валов была проверена партия зубчатых эвольвентных валов, поступивших на Ко-пеский авторемонтный завод. Результаты замеров показали, что износ толщины зубьев валов достигает 0,2 мм, непрямолиней-•ность зубьев — 0,05—0,12 мм, биение валов в средней части оказалось в диапазоне 0,05-=-0,15 мм.

Радиальное биение зубчатого венца колеса относительно оси вращения приводит к увеличению кинематической погрешности колеса и, вследствие этого, к значительным динамическим нагрузкам в передаче . Погрешность направления зуба вызывает концентрацию контактных напряжений и прежде/»р.> менное разрушение зубьев.

В некоторых работах указывается, что подвижное зубчатое колесо на зубчатом валу самоцентрируется в процессе передачи крутящего момента (2, 4, 8]. Еще нет точного определения, что считать осью вращения подвижных зубчатых колес и насколько стабильно сохраняется положение оси вращения колеса при передаче крутящего момента. Из-за колебания оси вращения подвижного зубчатого колеса в процессе передачи Мко возникают кинематические погрешности передачи, вызывающие динамические нагрузки и поперечные колебания колес , которые не столько вливают на контактную стойкость зубчатых колес, сколько приводят к износу шеек вала и посадочных отверстий иод подшипники в корпусных деталях.

Эксплуатационной базой зубчатого соединения являются боковые поверхности зубьев вала и впадин ступицы, что подтверждается работами из анализа характера износа зубчатых соединений. Контроль валов показал, что износа центрирующих диаметров не наблюдается, значит, при передаче Мкр центрирующие диаметры участия не принимают. В то же время на некоторых предприятиях задается центрирование по внутренним и наружным цилиндрам, которые зачастую используются как технологическая и метрологическая базы.

Было проведено измерение кинематической погрешности подвижных зубчатых шестерен от разных метрологических баз. Сначала шестерни устанавливали на цанговую цилиндрическую оправку и замеряли кинематическую погрешность зубчатого венца, затем эти же шестерни устанавливали на цанговую шлицевую оправку. В первом случае метрологической базой при контроле был внутренний центрирующий диаметр шестерни, во втором — боковые поверхности впадин ступицы. Сравнение результатов замеров показало, что кинематическая погрешность шестерен, установленных на шлицевой оправке, в два раза больше, чем при установке на цилиндрическую оправку. Данные замеров приведены на рис. 1. Так как рабочей базой являются боковые поверхно-

сти зубьев вала и ступицы, то при контроле на шлицевой оправке наиболее полно выявляются погрешности зубчатого венца, при этом метрологическая и эксплуатационная базы совпадают.

Влияние эксцентриситета и погрешности шага зубьев вала на кинематическую погрешность шестерен было проверено путем смещения оси шестерни относительно оси цилиндрической оправки в диапазоне 0-0,06 мм и путем изменения шага цанговой шлицевой оправки до 0,06 мм (рис. 1).Суммарная погрешность, вносимая при одновременном смещении оси колеса относительно оси оправки и увеличении погрешности шага шлицев оправки

Измерение кинематической погрешности шестерен проводилось на спроектированном авторами приборе модели УКМ-3 (универсальный кинематомер).

Прибор выполнен согласно требованиям ГОСТа 5368-56. Контрольные оправки имели достаточно высокую точность. Биение цанговой цилиндрической оправки не более 0,005 мм, а накопленная погрешность шага шлицевой оправки находилась в пределах 0,015 мм.

Определив истинную метрологическую базу, от которой следует контролировать подвижные шестерни, и зная, как эксцентриситет и погрешность шага влияют на кинематическую точность зубчатых колес, попробуем оценить кинематическую точность зубчатой передачи, используя проверенные шлицевые ва-

лы. Биение проверяемых валов 0,05-0,15 мм входит как радиальная составляющая кинематической погрешности зубчатого колеса и составляет 100 -ь 300 мкм. Погрешность окружного шага зубьев вала находилась в пределах 0,05--0,08 мм. Увеличение погрешности шага вала на 0,06 мм приводит к возрастанию кинематической погрешности примерно на 100 мкм — это тангенциальная составляющая кинематической погрешности колеса. Полная кинематическая погрешность складывается из суммы радиальных и тангенциальных составляющих (рис. 2).

Значит, полная кинематическая погрешность зубчатого соединения в работе увеличится на 200-400 мкм и более.

Таким образом, фактическая кинематическая точность зубчатых передач (зубчатые колеса диаметром 120-200 мм) при использовании изношенных валов будет соответствовать 9 степени точности вместо требуемой 7.

Отсюда следует, что для повышения кинематической точности и плавности работы зубчатой передачи необходимо повышать геометрическую точность и точность элементов зубчатого (шлице-вого) соединения (вал-ступица).

ВЫВОДЫ

Для обеспечения заданных норм точности подвижных зубчатых колес необходимо:

1. Регламентировать допуски на геометрическую точность зубчатых (шлицевых) соединений (погрешность шага, направление зубьев, биение).

2. Разбить допуски по группам точности.

3. Дать рекомендации по назначению трупп точности шлице-вого соединения в соответствии со степенью точности зубчатых колес