Контроль точности зубчатых колес

         Принцип работы зубоизмерительной машины и традиционных приборов для контроля эвольвенты, направления зуба и шага зубьев во многом схож. В процессе измерения щуп измерительной машины сканирует боковую поверхность зуба по профилю (рисунок 3.1,1), по линии зуба (рисунок 3.1,2) и последовательно касается всех боковых сторон зубьев (рисунок 3.1,3). В результате этих основных проверок определяется погрешность профиля, погрешность линии зуба, отклонения шагов и погрешность радиального биения.

Рисунок 3.1- Измерение профиля, линии зуба и шага на зубоизмерительной машине.

        Рассмотрим более подробно принцип работы на примере измерения отклонений профиля зуба. В процессе сканирования поверхности зуба отклонения щупа регистрируются и обрабатываются системой управления машины. Получаемый результат аналогичен результату проверки на эвольвентомере. Если профиль зуба представляет собой правильную эвольвенту с заданными параметрами, то результатом измерения в графическом представлении будет прямая. При наличии погрешности профиля по углу или форме получится кривая линия (рисунок 3.2). Анализ этой кривой позволяет определить основные составляющие погрешности (рисунок 3.3) — погрешность угла профиля fH, погрешность формы профиля ff и полную погрешность профиля F. Аналогичным образом проверяется отклонение линии зуба с выявлением погрешности угла наклона зуба fH, формы линии зуба ff и полной погрешности линии зуба F.

Рисунок 3.2- Результат измерения профиля.

Рисунок 3.3. Оценка погрешности профиля.

 

        Проверка профиля и линии зуба проводится, как правило, на 3…4 зубьях. Это делается с целью сокращения времени измерения. При этом информативность такого неполного измерения вполне достаточна, так как выявляет все погрешности зубчатого венца, изготовленного методом обката.

        На любом выбранном зубе может быть проведена проверка профиля и линии зуба в нескольких сечениях. В этом случае результатом измерения является топография поверхности зуба (рисунок 3.4 ). Как было показано выше, во многих случаях сегодня используется модификация поверхности зуба по профилю и направлению, имеющая целью оптимизацию технологии изготовления колес (например, модификация зуба при черновой обработке с целью компенсации деформаций при термической обработке) или улучшение параметров готового изделия (оптимизация пятна контакта в паре зубчатых колес). Возможность оценки топографии зуба дает возможность наглядно оценить модификацию поверхности зуба. Кроме того, при применении дополнительного программного обеспечения для зубоизмерительных машин существует возможность моделирования и оценки контакта измеренного зуба либо в зацеплении с идеальным колесом, либо в зацеплении с другим измеренным колесом [5].

Рисунок 3.4 - Топография поверхности зуба.

        Результат измерения зуба на зубоизмерительной машине представляется в графическом виде. Поскольку методы анализа и представления результатов стандартизованы для всех изготовителей зубоизмерительных машин, то обеспечивается сопоставимость результатов, сделанных на разных машинах. В результате обеспечивается прослеживаемость результатов измерения, и данные протоколы могут быть использованы в качестве сертификатов, подтверждающих качество изготовленной детали. На рисунке 3.5 представлен типовой протокол измерения и анализа отклонений профиля зубчатого колеса. В данном протоколе наглядно видны отклонения угла и формы профиля в графическом и цифровом представлении. Если задана требуемая точность измеряемого венца, то программное обеспечение сравнивает заданные для данной степени точности допуски на измеряемые параметры и отображает те отклонения, которые выходят за поле допуска. Одновременно анализируется и показывается истинная степень точности измеренного колеса. Аналогичные протоколы выводятся по результатам анализа направления зуба, шага и радиального биения. Стандартное математическое обеспечение также оценивает среднее значение и колебание длины общей нормали, и толщину зуба.

Рисунок 3.5 - Протокол измерения профиля зуба.

        Получаемые при измерении детали протоколы дают широкие возможности для оценки причин возникновения погрешностей. Для этого существуют определенные методики. Например, при получении диаграммы профиля, представленной на рисунке 3.6, можно определить пять основных причин возникновения данной погрешности:

• биение фрезы на оправке (может быть вызвано плохой фрезой, поврежденной оправкой или загрязнением оправки при монтаже);
• неправильная заточка фрезы (фреза была переточена с радиальным биением из-за установки с перекосом на оправку или оправки на заточной станок);
• слабо закрепленная или изношенная оправка в противоопоре станка;
• слишком большой люфт шпинделя фрезы фрезерного станка;
• слишком большой люфт стола фрезерного станка.

Рисунок 3.6 - Пример погрешности профиля зуба.

 

        В настоящий момент в мире существует около десятка поставщиков    зубоизмерительных машин. Большинство заказчиков отдают предпочтение зубоизмерительным машинам самой высокой точности, которые обеспечивают измерение деталей теоретически от первой степени точности. При этом следует помнить, что, согласно нормам, средство измерения должно обеспечить возможность измерения деталей на две степени точности выше, чем точность реально изготавливаемых деталей [7].

        Коротко рассмотрим  основные конструктивные  особенности  зубоизмерительных машин на примере  машины PNC 65 (KLINGELNBERG)

        PNC 65 дает возможность эффективного аналитического исследования результатов реальных измерений или фиктивных заданных величин позволяет отказаться от часто дорогостоящих стендовых испытаний. При наличии документированных данных для колесных пар известными характеристиками шумности можно разработать технические условия на изготовление, которые обеспечат снижение шума зубчатых передач.

Ниже приведены некоторые параметры подлежащие проверки на данной машине.

        Поверка на кручение.

   Для поверки на кручение выполняют измерения трех профильных линий, распределенных по ширине, и трех линий зуба, распределенных по высоте (3x3 узлов решетки измерительного растра), для одного зуба.

        Измерение  геометрических характеристик поверхности.

   При измерении геометрических характеристик поверхности определяют до 30 профильных линий, равномерно распределенных по ширине, и 15 линий зуба, равномерно распределенных по высоте (30 х 15 узлов решетки измерительного растра), для нескольких (до четырех) зубьев. Сохраняются результаты измерений для каждого испытанного зуба и, дополнительно, вычисленные по этим данным средние значения.

        Пятна контакта - критерий оценки качества для зубчатых

зацеплений.

   Для повышение устойчивости зацепления против смещения необходимо наличие ограниченной активной зоны боковой поверхности зубьев. Взаимный обкат двух зубчатых колес позволяет визуализировать зону зацепления, если не боковые поверхности зуба нанести краску.

   Пятно контакта отобразится в пределах активной зоны. Положение и форма пятна контакта служат характерным признаком каждой зубчатой пары.

   Контроль зубчатых колес по пятну контакта является одной из форм контроля комплексной погрешности. Подобно проверке зубчатых колес в зацеплении и испытанию на шум, контроль по пятну контакта представляет ценное и безусловно необходимое вспомогательное средство определения качества зубчатых колес для всех типов зубчатых зацеплений (см. рисунок 3.7)[5].

     Работа зуба  на растяжение

Растяжение - это нормальный вид  эксплуатационной нагрузки зуба при  вращении зубчатого колеса двигателем через шестерню.

     Работа зуба на сдвиг.

   При работе на сдвиг зубчатое колесо вращает шестерню, преодолевая сопротивление двигателя. Например, при движении под уклон двигатель используется таким образом как дополнительный тормоз или как генератор для регенерации энергии.

     Внешний вид и положение. Главное требование состоит в том, что центр тяжести пятна контакта должен по возможности лежать в зоне скольжения зубьев в направлении оттягивания зуба от центра колеса, так как это предотвращает зацепление в зоне кромки головки зубьев и обеспечивает наибольшую плавность хода. Поскольку скольжение зубьев в направлении оттягивания зуба от центра колеса преобладает у головки зуба ведущего колеса и у ножки зуба ведомого колеса, пятно в зоне растяжения боковой поверхности зубьев ведущей шестерни должно быть несколько смещено к головке зуба, а в зоне растяжения боковой поверхности зубьев ведомого колеса - к ножке зуба. Пятна контакта расположены на соответствующих боковых поверхностях зубьев шестерни и колеса одно напротив другого. Поскольку опорная зона под нагрузкой несколько смещается к точке сбега (верхний край) и одновременно увеличивается, пятна контакта в ненагруженном состоянии должны быть несколько смещены из середины к точке начала контакта (рисунок 3.8).

Рисунок 3.7 - Пятна контакта колес зубчатой пары.

   Колесная пара, работающая без нагрузки в точках сбега и начала контакта, нарушает плавность хода передачи и может быстро разрушиться в результате выкрашивания кромки зубьев (рисунок 3.9).

 

Рисунок 3.8 - Пятна контакта в ненагруженном (косая штриховка) и нагруженном (перекрестная штриховка) состоянии.

 

Рисунок 3.9 - Примеры кромочного контакта зубьев, вызывающего толчки при входе в зацепление и выходе из зацепления и угрожающего выкрашеванием кромки зубьев.

        Базовое программное обеспечение прибора позволяет проводить комплектное измерение зубчатых деталей, т.е. измерение и расчет погрешностей шага, профиля, эвольвенты и радиального биения внешнего и внутреннего зубчатого зацепления, включая расчет размера через зубья (длина общей нормали) или по роликам (таблица 3). Результаты измерения можно также анализировать с помощью графических шаблонов. Эти шаблоны можно начертить в специальной программе «К-editor», которая входит в базовое программное обеспечение прибора. Управление перемещениями рабочих органов прибора от ЧПУ при измерении обеспечивают высокую точность и достоверность результатов измерения. Каленые направляющие обеспечивают продолжительный срок службы и высокую точность измерения.

   Дополнительное программное обеспечение расширяет область применения прибора и позволяют измерять сектора, инструмент, конические спиральные

шестерни, червяки  и т.п[6]

Таблица 3 – Показатели измерения  зубчатых колес

Показатели измерения зубчатых колес	Обозначение для PNC 65
Отклонение окружного шага	fp
Разность соседних шагов	fu
Накопленная погрешность шага	Fp
Накопленная погрешность шага на z/8 зубьях	Fpz/8
Радиальное биение зубчатого венца	Fr
Полная погрешность профиля зуба	Ff
Погрешность наклона профиля зуба	fHa
Погрешность формы профиля зуба	ff
Пполная погрешность направления зуба	Fb
Погрешность наклона боковой поверхности  зуба	fHb
Погрешность формы боковой поверхности  зуба	fbf
Диаметр впадин	Df
Длина общей нормали	W/z
Размер через ролики	Mdk
Величина поперечной и продольной модификации	Сa Сb

 

Результаты измерения  зубчатых колёс прибором PNC 65.

     По результатам измерений можно  определить погрешности, которые  возникают вследствие неправильной  настройки станка. Например, погрешность  угла подъема, возникающая вследствие  неточной правки шлифовального  круга, или «качание» угла направления,  возникающее вследствие неправильного  зажима детали при шлифовании. 
     После такого анализа можно провести подналадку зубошлифовального станка. Для ускорения процесса измерения и настройки прибора можно выбирать различные способы измерения: измерять профиль и направление у различных количеств зубьев (1...4 зуба), измерять только левую или правую сторону зубьев (или обе стороны). При использовании новых фрез и долбяков, а также после их переточки можно провести их предварительное измерение, чтобы исключить возможные ошибки профиля. Все результаты измерений, включая протоколы измерений можно хранить в базе данных (в памяти ПК или на CD) с возможностью в любое время результаты и графы изобразить [7].

Заключение