Анализ конкурентоспособности отечественного редукторостроения в части точности зубчатых колёс и передач

АНАЛИЗ КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО РЕДУКТОРОСТРОЕНИЯ В ЧАСТИ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ

КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ

Б.П. Тимофеев, М.В. Абрамчук

В данной работе проводился сравнительный анализ требований к точности зубчатых колес и передач в стандартах ISO 1328 и ГОСТ 1643-81. Анализ проводился, во-первых, отдельно по двухпрофильному и однопрофильному методам контроля, а во-вторых, по нормам кинематической точности, плавности работы и нормам контакта в соответствии с классификацией ГОСТ 1643-81. Анализировались лишь те нормы, которые есть в обоих указанных стандартах.

Введение

Базовый стандарт ГОСТ 1643-81 «Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски»

[1] не пересматривался уже четверть века. Он не учитывает требований международного стандарта ISO 1328, части которого принимались в 1995-1997 гг. (ISO 1328-1:1995

[2], ISO 1328-2:1997[3]). Данное обстоятельство делает затруднительным для отечественных производителей выпуск конкурентоспособной продукции. Сравнительный анализ указанных документов позволяет установить те диапазоны изменения основных параметров передач и те степени точности, в которых отечественная продукция уже соответствует нормам ISO 1328, а для других параметров передач указать пути сближения уровня требований.

Анализ допусков в стандартах ISO 1328

Проведем анализ значений допусков в стандартах ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 в широком диапазоне изменения значений модуля зубьев, m, делительного диаметра, d и ширины зубчатого венца, b. При этом учтем то обстоятельство, что стандарт ISO 1328 значительно отличается от базового стандарта ГОСТ 1643-81 и имеет иную структуры системы точности [4], в связи с чем, будем использовать только те показатели точности, которые встречаются в обоих стандартах.

3.1. Допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса, F" (рис. 1, 2).

Fi", uku

—ü—F " (ISO) т=1,5

—F " (ГОСТ) т=1,5

——F " (ISO) т=5

——F " (ГОСТ) т=5

—о—F " (ISO) т=10

—•—F " (ГОСТ) т=10

О

Рис. 1. Допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса, Р". Ь=1000 мм, т=1,5 ... 10 мм, 0=5 ... 8

Fi", uku

652

552 452 352 252 152

¿г

—0— Fi' (ISO) m=1,5

—♦—Fi' (ГОСТ) m=1,5

—о—Fi' (ISO) m=5

—•—Fi' (ГОСТ) rn=5

——Fi' (ISO) m=10

——Fi' (ГОСТ) m=10

10

11

12

Q

Рис. 2. Допуск на колебание измерительного расстояния за оборот зубчатого колеса,

Fi''. d=1000 мм, m=1,5 -10 мм, Q=9-12

С уменьшением значения делительного диаметра и с увеличением модуля зубьев (с m=1,5 мм до m=10 мм) в средних степенях точности (5-8) значения допуска на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса в ISO 1328 становятся грубее, чем в ГОСТ 1643-81. В низших степенях точности (9-12) наблюдается схожая картина. При модуле зубьев m=10 мм и делительных диаметрах (J=100 мм и 1000 мм) значения допуска на колебание измерительного межосевого расстояния за оборот зубчатого колеса в ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81 во всём диапазоне степеней точности (для данной погрешности - от 5 до 12 степени).

Такая же ситуация наблюдается и для допуска на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе, f''. Примечание ко всем графикам: Q - степень точности.

3.2. Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса, Fp (рис. 3,

4).

Fp, uku

Рис. 3. Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса, Fp т=10 мм, с1=100 ... 1000 мм, 0=3 ... 4

Рис. 4. Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса, Fp m=10 мм, d=100-1000 мм, Q=5 -8

В высоких степенях точности (3-4) при диаметрах колес до d=2000 мм величины допусков в обоих стандартах совпадают или незначительно отличаются (в пределах трех микрометров).

В средних степенях точности (5-8) при постоянном значении модуля зубьев и при увеличении делительного диаметра (от d=100 до d=2000 мм) разность значений допусков на накопленную погрешность шага в ISO 1328 и ГОСТ 1643-81 увеличивается с повышением степени точности. В 8 степени точности допуск на накопленную погрешность шага в ГОСТ 1643-81 больше аналогичного допуска в ISO 1328 почти на 100 мкм.

3.3 Допуск на радиальное биение зубчатого венца, Fr (рис. 5-7).

График 5. Допуск на радиальное биение зубчатого венца, Fr m=5 мм, d=100 ... 1000 мм, Q=5 ... 8

График 6. Допуск на радиальное биение зубчатого венца, Fr m=5 мм, d=100 ... 1000 мм, Q=9 ... 12

График 7. Допуск на радиальное биение зубчатого венца, Fr m=10 мм, d=100-1000 мм, Q=3- 4

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). В средних степенях точности (5-8) величины допусков в ГОСТ 1643-81, в основном, больше чем в стандарте ISO 1328. В низких степенях точности (9-12) значения допусков на радиальное биение в ISO больше, чем в ГОСТ 164-81, начиная с d=500 мм и выше, и уменьшаются с увеличением модуля зубьев.

3.4. Допуск на погрешность профиля зуба, ff (рис. 8).

В большинстве случаев при модулях m=5 и m=10 мм значения допусков на погрешность профиля зуба в стандарте ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81 во всех степенях точности (3-8 для данной погрешности). При малых значения модуля (m=1,5 мм) разница между величинами допусков в обоих стандартах находится в пределах 4 мкм.

3.5. Предельные отклонения шага, ±fpt (рис. 9-11).

В высоких степенях точности (3-4) 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. При этом в средних степенях точности (5-8) в 5-6-й степенях точности разность между величинами допусков колеблется от 0,5 до 6 мкм.

Рис. 8. Допуск на погрешность профиля зуба, ff d=500 мм, m=1,5 -10 мм, Q=5-8

Рис. 9. Предельные отклонения шага, ±fpt m=5 мм, d=100 -1000 мм, Q=3-4

±fpt (ISO) d=100 ±fpt (ГОСТ) d=100 ±fpt (ISO) d=500 ±fpt (ГОСТ) d=500 ±fpt (ISO) d=1000 ±fpt (ГОСТ) d=1000

Рис. 10. Предельные отклонения шага, ±fpt m=5 мм, d=100 -1000 мм, Q=5-8

График 11. Предельные отклонения шага, ±fpt т=5 мм, Ь=100-1000 мм, 0=9-12

3.6. Допуск на погрешность направления зуба, Ер (рис. 9-11).

График 12. Допуск на погрешность направления зуба, рр Ь=100 мм, т=5 мм, 0= 3 ... 4

График 13. Допуск на погрешность направления зуба, рр

b=100 мм, m=5 мм, Q= 9 ... 12

В высоких (3-4) и средних степенях (5-8) точности значения допусков на погрешность направления зуба в ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81 или находятся в пределах 4 мкм. В низких степенях точности (9-12) картина иная, в некоторых случаях величины допусков в ISO 1328 больше, чем в ГОСТ 1643-81, в остальных - разница доходит до 96 мкм. Стоит помнить, что в ISO 1328 величины допусков на эту погрешность приведены для значений ширины венца, b, и делительного диаметра, d, а в ГОСТ 1643-81 - для значений ширины венца, b, и модуля зубьев, т.

Выводы

Можно 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 степени) при увеличении делительного диаметра и модуля зубьев ГОСТ 1643-81 дает гораздо меньшие значения допусков по сравнению с ISO 1328. Поэтому можно констатировать, что отечественная промышленность уже сегодня является конкурентоспособной на мировом рынке при производстве зубчатых колес 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, F r 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, f'' (для малых значений модуля зубьев, т);

• колебание измерительного расстояния за оборот зубчатого колеса, Fj'' (для малых значений модуля зубьев, т);

• отклонения шага, fptr

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

• погрешность направления зуба, F ;

• колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе, fj'' (для средних и больших значений модуля зубьев, т);

• колебание измерительного расстояния за оборот зубчатого колеса, Fj'' (для средних и больших значений модуля зубьев, т);

• погрешность профиля зуба, f

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. Следует заметить, что 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, ввиду 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 зубообрабаты-вающее 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 [5].

Литература

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

2. 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.

3. 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.

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. 127131.

5. 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.