Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Люфт в зубчатой передаче — это свободный угловой ход ведомого колеса при неподвижном ведущем. В технической литературе его обозначают термином мёртвый ход, а его линейный эквивалент в плоскости зацепления — боковой зазор. Определённый зазор между нерабочими поверхностями зубьев обязателен: без него передача заклинит при нагреве, невозможно образование масляной плёнки, а погрешности изготовления приведут к перегрузке. Однако избыточный люфт разрушает точность позиционирования и ускоряет износ. Понимание природы зазора, его нормирования по ГОСТ 1643-81 и методов компенсации — базовая компетенция конструктора и механика-наладчика.
В зацеплении двух колёс зуб одного входит во впадину другого. Если бы профили прилегали без зазора, передача заклинивала бы при любом тепловом расширении или попадании смазки. Поэтому между нерабочими боковыми поверхностями зубьев намеренно оставляют свободное пространство — боковой зазор.
Боковой зазор jn измеряется в нормальном сечении зуба (перпендикулярно к его направлению) и выражается в микрометрах или миллиметрах. В торцовом сечении тот же зазор обозначается jt. При вращении ведущего колеса боковой зазор определяет угол, на который ведомое колесо можно повернуть без передачи усилия — это и есть мёртвый ход, или люфт передачи.
Согласно ГОСТ 16531-83 («Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения») и классическим учебникам по деталям машин (Решетов Д.Н., Анурьев В.И.), боковой зазор — это расстояние между нерабочими профилями зубьев в нормальном сечении при беззазорном контакте по рабочим профилям. Его определение, символы и единицы унифицированы также международным стандартом ISO 21771:2007 «Gears — Cylindrical involute gears and gear pairs — Concepts and geometry».
Мёртвый ход — угловая величина, связанная с линейным боковым зазором через радиус начальной окружности. Для шестерни с делительным радиусом r угол мёртвого хода в радианах равен jn / r. В многоступенчатых редукторах люфты каждой ступени суммируются, приведённые к выходному валу — что критично для точных приводов с длинными кинематическими цепями.
ГОСТ 1643-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски» (действует на территории РФ, переиздание 2003 г.) устанавливает шесть видов сопряжений: A, B, C, D, E, H — в порядке убывания гарантированного бокового зазора. Вид сопряжения выбирают исходя из условий работы, теплового режима и требований к точности реверса.
Гарантированный боковой зазор jnmin задаётся в стандарте табличными значениями в мкм в зависимости от межосевого расстояния aw (Таблица 13 ГОСТ 1643-81). Значения для диапазона aw = 125–180 мм (наиболее распространённый в общем машиностроении) приведены ниже.
Значения в таблице соответствуют Таблице 13 ГОСТ 1643-81 для диапазона межосевых расстояний 125–180 мм. При других значениях aw гарантированный зазор изменяется — нужно обращаться непосредственно к таблице стандарта. Важно: ГОСТ 1643-81 нормирует зазор именно через межосевое расстояние, а не через модуль напрямую, поэтому упрощённые формулы вида jnmin = k·m следует рассматривать лишь как ориентировочные прикидки из учебных пособий.
Примечание ГОСТ 1643-81: сопряжение вида В гарантирует минимальный боковой зазор, при котором исключается заклинивание стальной или чугунной передачи от нагрева при разности температур зубчатых колёс и корпуса в 25 °С. Для каждого вида сопряжения установлен также соответствующий класс отклонений межосевого расстояния (от II для H и E до VI для A).
Для конических и гипоидных передач нормы допусков и виды сопряжений установлены в ГОСТ 1758-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые конические и гипоидные. Допуски». Стандарт также предусматривает шесть видов сопряжений, гарантированный зазор задаётся в зависимости от среднего конусного расстояния. Для допусков на боковой зазор в цилиндрических червячных передачах применяется ГОСТ 3675-81 «Передачи червячные цилиндрические. Допуски».
Номинальный боковой зазор, заложенный конструктором, со временем изменяется. Основные причины его неконтролируемого роста делятся на три группы.
Контроль бокового зазора и мёртвого хода выполняют несколькими способами — в зависимости от требуемой точности и доступности передачи.
Наиболее распространённый производственный метод. Индикатор часового типа с ценой деления 0,001 мм устанавливают щупом на зуб ведомого колеса в точке делительной окружности. Ведущее колесо фиксируют стопором. Ведомое колесо отклоняют в обе стороны до упора; разность показаний индикатора — линейный боковой зазор. Замеры повторяют в 3–4 точках по окружности для выявления неравномерного износа.
Тонкий свинцовый пруток диаметром 1,0–1,5 мм прокатывают через зацепление. После извлечения его толщину измеряют микрометром. Метод применяют при монтаже крупных открытых передач, когда установить индикатор затруднительно. Точность метода — порядка ±0,02 мм. Подходит для ориентировочного контроля при регулировке нового оборудования.
Координатно-измерительные машины позволяют определить отклонение профиля и шага зубьев, из которых аналитически вычисляют минимальный и максимальный боковой зазор. Метод применяется при входном и выходном контроле серийных редукторов. Точность измерения — 1–3 мкм, что обеспечивает надёжный контроль передач высоких степеней точности (5–7 по ГОСТ 1643-81).
При измерении мёртвого хода многоступенчатых редукторов фиксируют суммарный угловой люфт выходного вала угломером или угловым энкодером. Для приводов подач металлорежущих станков допустимые нормы погрешности реверса при двустороннем подходе регламентируются ГОСТ 8-82 «Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность» и отраслевыми стандартами на конкретные типы станков. Для прецизионных фрезерных и расточных станков классов П и В суммарная погрешность реверса не должна превышать 0,003–0,010 мм.
В приводах подач металлорежущих станков боковой зазор в зубчатой передаче — главный источник позиционной погрешности при реверсе. При смене направления подачи система управления должна «выбрать» мёртвый ход прежде, чем начнётся реальное перемещение стола. Если люфт не скомпенсирован конструктивно или программно, возникает погрешность реверса.
Для фрезерных станков нормальной точности (класс Н по ГОСТ 8-82) допустимая погрешность позиционирования при двустороннем подходе составляет, как правило, 0,020–0,040 мм в зависимости от длины хода и типа станка. В прецизионных шлифовальных и координатно-расточных станках требования ужесточаются до 0,002–0,005 мм, что практически исключает применение обычных зубчатых пар без устройств выборки люфта в кинематике привода.
Существует несколько конструктивных подходов к устранению или минимизации бокового зазора. Выбор метода определяется требованиями к точности, нагрузочной способности и ресурсу.
Ведомое колесо выполняется из двух дисков, смещённых угловым образом относительно друг друга. Пружина постоянно поджимает один диск в направлении выборки зазора, создавая силовое замыкание зацепления. Метод обеспечивает практически нулевой мёртвый ход при реверсе. Недостаток — возрастающие потери на трение и снижение допустимой нагрузки по сравнению с цельной шестернёй. По данным справочника Anурьева В.И. (том 2), нагрузочная способность пружинной разрезной шестерни не должна превышать усилие пружины предварительного натяга; практически это ограничивает её применение передачами с небольшими окружными силами.
Один из валов устанавливают в эксцентриковой втулке. Поворот втулки уменьшает межосевое расстояние до устранения зазора. Метод широко применяется в делительных головках и коробках подач станков. Регулировка выполняется по мере износа без замены деталей, что обеспечивает длительный ресурс до следующего технического обслуживания.
В реечных и шарико-винтовых передачах для устранения осевого люфта применяют разрезную гайку: два полукольца стягиваются в осевом направлении регулировочным элементом, создавая натяг в паре «зуб–паз» или «резьба–витки». Аналогичный принцип применяется в предварительно нагруженных ШВП, где расстояние между гайками подбирается так, чтобы обеспечить заданный натяг. Точность позиционирования ШВП классов точности C3–C5 по JIS B 1192 (аналог ISO 3408) составляет 0,003–0,023 мм на длине 300 мм — согласно каталогам производителей THK, NSK, Hiwin.
Стойки ЧПУ ведущих производителей (FANUC, Siemens Sinumerik, Heidenhain TNC) имеют параметр компенсации реверса. При смене направления подачи система добавляет к команде перемещение, равное измеренному мёртвому ходу. Метод эффективен при стабильном и равномерном зазоре, но не устраняет динамическую составляющую погрешности при высокоскоростном реверсе и не компенсирует изменяющийся вследствие износа зазор.
Люфт в зубчатой передаче — нормируемая конструктивная характеристика, регламентированная ГОСТ 1643-81 через шесть видов сопряжений (A, B, C, D, E, H) с конкретными табличными значениями гарантированного зазора в зависимости от межосевого расстояния. Минимально допустимый боковой зазор определяют из условий смазки и тепловых расширений; его верхний предел ограничен требованиями к точности позиционирования.
Увеличение зазора сверх нормы происходит вследствие износа зубьев, разрушения подшипников, ошибок монтажа и тепловых деформаций. Для контроля применяют индикаторный метод с точностью 0,001 мм или метод свинцовых оттисков. Компенсация люфта достигается пружинными разрезными шестернями, эксцентриковой регулировкой межосевого расстояния, предварительно нагруженными ШВП или программными параметрами стойки ЧПУ. Выбор метода определяется балансом требуемой точности, нагрузочной способности и ресурса передачи.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.