Проблемы изготовления малошумных зубчатых передач

В наименьшей степени на уровень шума влияют показатели кинематической точности. Накопленная ошибка шага напрямую на шум не влияет. Но она может оказать косвенное воздействие на шум через радиальное биение венца, так как накопленная ошибка неизбежно возникает при радиальном биении. В свою очередь, радиальное биение оказывает некоторое влияние на шум, проявляющийся в виде неравномерности звука за каждый оборот колеса. Это объясняется тем, что в месте, где биение имеет знак «плюс», погрешность профиля также имеет положительное значение, а в месте, где радиальное биение имеет знак «минус» — отрицательное. Следовательно, на одном зубчатом венце появляется переменная погрешность профиля. Именно поэтому в ходе проверки рекомендуется контролировать профиль четырех зубьев в двух взаимно перпендикулярных сечениях.

В наибольшей степени на шум зубчатых передач влияют показатели плавности: шаг зацепления, шаги, точность профиля. При этом следует учитывать особенности каждого из показателей.

Шаг зацепления сам по себе показатель комплексный. Он складывается из показателя шага и угла зацепления. Номинальный размер шага зацепления Р_ь равен произведению шага P_t = пт на косинус угла зацепления:

Если при проверке зубчатого колеса обнаружены колебания значений шага зацепления от зуба к зубу, то причина состоит в погрешности шагов. Мала вероятность, что изготовлено колесо, у которого углы профиля имеют различное значение на разных зубьях.

Если шаг зацепления стабильно не равен номинальному, то причина состоит в отличии имеющегося угла зацепления колеса от заданного угла.

Основой получения малошумной передачи является равенство шагов зацепления у колес зубчатой пары. Отсюда возникает понимание проблемы достижения малого уровня шума:

• — шаги должен обеспечить станок, на котором колесо проходит финишную обработку;
• — угол профиля необходимо обеспечить настройкой параметров угла зацепления.

На параметры угла профиля колеса могут повлиять углы профиля зубообрабатывающих инструментов, параметры правки шлифовальных кругов, параметры настройки кинематической цепи обката станков.

Снижения уровня шума зубчатой передачи можно добиться, воздействуя на следующие факторы:

• 1) состояние зубообрабатывающих станков для обеспечения точных шагов;
• 2) обеспечение равенства углов зацепления у колес пары путем настройки процесса обработки;
• 3) создание наиболее благоприятного пятна контакта путем модификации профиля зубьев.

Положения 2 и 3 имеют отношение к точности профиля и требуют некоторого разъяснения.

Допускаемые погрешности профиля f_n согласно ГОСТ 1643–81 имеют допуски f_r в зависимости от степени точности. Не учитывается, что профиль фактически может иметь отклонения расположения и отклонения формы.

Представим себе, что изготовитель зубчатых передач установил, что минимальный уровень шума возникает при минимальных погрешностях профиля. Это заставляет его затрачивать много средств на изготовление высокоточных колес, у которых погрешность профиля не превышает несколько микрометров.

Можно предложить принципиально иной, более экономичный, подход к обеспечению малошумности, связанной с профилем.

На рис. 15.61 изображены пять различных эвольвентограмм, представляющих собой графические развертки профилей зубьев.

Рис. 15.61. Эвольвентограммы профилей зубьев

На рис. 15.61, а показан идеальный профиль, имеющий нулевые отклонения по расположению и по форме профиля. На рис. 15.61, б и в отклонения формы невелики, профиль б имеет положительное, а профиль в — отрицательное отклонение расположения. Профиль г — вогнутый, на рис. 15.61, д профиль имеет форму волны. Обратим внимание на то, что отклонения профиля имеют два совершенно различных вида:

• 1) по расположению профиля б и в;
• 2) по форме профиля г и д.

Отклонения от расположения профиля связаны с отклонениями от заданного угла зацепления. Принятый в отечественном машиностроении угол зацепления 20° — это номинал, уменьшение угла ведет к положительным отклонениям, а увеличение угла — к отрицательным отклонениям расположения профиля. Составляющая погрешности профиля в виде расположения — это всего лишь переход к другому углу зацепления.

Эта составляющая погрешности никак не скажется на шуме, если парное колесо будет изготовлено точно с таким углом зацепления, т.с. с таким же отклонением в расположении профиля.

Если профиль обоих колес пары по виду будет соответствовать рис. 15.61, б, то шум при работе такой пары не возникнет. Просто каждое из колес такой пары имеет несколько меньший угол зацепления, чем 20°. Аналогично при отклонениях профиля у каждого колеса в соответствии с рис. 15.61, в пара также будет малошумной, но иметь угол зацепления, несколько больший, чем заданный номиналом.

Следовательно, не следует считать браком зубчатое колесо, у которого расположение профиля выходит за пределы допуска. Просто этому колесу нужно изготовить зубчатую пару с таким же расположением профиля (такими же углом и шагом зацепления).

Укажем на дополнительную особенность достижения малого уровня шума передачи.

Когда указывают на требование равенства шагов и углов зацепления, то подразумевают, что это равенство должно обеспечиваться в нагруженной передаче. Дело в том, что зубья ведущего колеса подвержены большей нагрузке, чем зубья ведомого, и испытывают большую деформацию. Простейшее решение состоит в том, что ведомое колесо следует изготовить с несколько большим углом зацепления, чем ведущее. Под нагрузкой, в связи с деформациями, углы, но величине сравняются, что обеспечит главное условие малошумности передачи.

Отклонения формы профиля на шум влияют совершенно иначе. Можно различать неблагоприятные и благоприятные формы профиля.

«Вогнутость» и «волна» — это неблагоприятные формы профиля, шум при таких профилях неизбежен. Можно выделить четыре благоприятные формы модифицированных профилей (рис. 15.62). Назначение модификации состоит в создании благоприятного пятна контакта и условий входа зуба в зацепление и выхода из него с минимальным ударом.

Для профиля с фланком (рис. 15.62, а) протяженность фланка по высоте зуба должна быть не более 0,15 т, а глубина для зубчатых колес пятой — седьмой степеней точности небольшой, примерно 0,002 т.

Рис. 15.62. Благоприятные формы профиля:

а — с фланком; б — с подрезом ножки; в — с фланком и подрезом ножки; г —

выпуклый профиль Выпуклый профиль (рис. 15.62, г), кроме благоприятных условий входавыхода зуба, обеспечивает расположение пятна контакта в середине активного участка профиля по высоте зуба.

Рис. 15.63. Шумоконтрольный станок.

Многие предприятия выполняют селективный подбор зубчатых передач в пары, выполняя проверку колес по шуму и вибрациям. На рис. 15.63 изображен шумоконтрольный станок DEM 320.

Станок имеет две оси для установки проверяемых зубчатых колес: ведущую и ведомую. Шпиндель ведущей оси (на рис. 15.63 ниже предела видимости) снабжен ступенчатым приводом с частотой вращения от 0 до 3000 об/мин. Этот шпиндель можно сместить в осевом направлении для совмещения положения зубчатых венцов проверяемых колес. Ведомую ось можно тормозить с различной нагрузкой. Межосевое расстояние устанавливают с помощью двух наборов мерных плиток. Проверяемые колеса базируют на оправках.

Станок снабжен электроискровым устройством сжигания заусенцев. Вибрации в зацеплении отображаются на экране осциллоскопа и стрелочном индикаторе. Уровень шума фиксируется шумомером. Откидной экран ограждает рабочую зону при вращении колес.

Суть селективного подбора состоит в том, что в одну пару зубчатых колес, предназначенную для сборки, отбирают те, которые отвечают определенным требованиям по шуму и вибрациям.