Группы бокового зазора по DIN 3967 и роль зубошлифования

Краткий ответ: в зубчатой паре боковой зазор — это угол, на который одно колесо может повернуться, пока парное остаётся неподвижным; он возникает из-за утонения зуба и отклонения межосевого расстояния. DIN 3967 выражает допуск толщины зуба числом, за которым следует буква — числа 21–30 задают ширину поля допуска, буквы a–h задают величину бокового зазора, а зона h имеет нулевое верхнее отклонение, т. е. наименьший боковой зазор, близкий к нулю. Для углового бокового зазора θ′ ≈ 6875.5 × jt / d, где jt — окружной боковой зазор в мм, d — диаметр делительной окружности в мм. В цехе обеспечение повторяемости допуска толщины зуба — задача шлифования: точность шлифования достигает DIN 4-5, серийный выпуск выдерживает GB 4~5, а при селективном подборе или беззазорной конструкции точный делительный механизм можно довести до диапазона угловых минут.

Определение бокового зазора и его три меры

Зубчатая пара теряет движение в момент смены направления привода. Независимо от того, выражается ли эта потеря движения углом или зазором между боковыми поверхностями, это боковой зазор. Нулевой зазор не является вариантом для работающего зацепления: масляная плёнка, тепловое расширение и погрешности производства требуют пространства между боковыми поверхностями, и без него зубчатые колёса просто не будут вращаться.

В инженерной практике фигурируют три величины:

• Окружной боковой зазор jt — зазор между боковыми поверхностями, измеренный по делительной окружности, в мм.
• Нормальный боковой зазор jn — зазор, измеренный по нормали к боковой поверхности, в мм.
• Угловой боковой зазор θ — угол, на который одно зубчатое колесо свободно поворачивается, пока другое зафиксировано, в угловых минутах.

Меньше — не всегда лучше. Делительные и позиционирующие механизмы требуют малого бокового зазора, тогда как силовые приводы нуждаются в нормальной величине: на боковых поверхностях должна образовываться масляная плёнка, повышение температуры смещает межосевое расстояние, а слишком малый зазор заканчивается заклиниванием. Различение этих двух назначений — первое проектное решение.

Чтение маркировки DIN 3967

Система посадок (бокового зазора) зубчатых колёс и допуски толщины зуба изложены в немецком стандарте DIN 3967. В маркировке сначала идёт число, затем буква, например 25c.

• Числовой элемент: Ширина поля допуска толщины зуба
  • Диапазон: 21–30; большее число означает более широкое поле и большую вариацию толщины зуба
• Буквенный элемент: Положение поля допуска толщины зуба, т. е. величина бокового зазора
  • Диапазон: a–h; зона a даёт наибольший боковой зазор, зона h имеет нулевое верхнее отклонение и наименьший боковой зазор, близкий к нулю

Выбор зоны — проектное решение. Общие силовые приводы находятся в зонах c/d для нормального бокового зазора. Прецизионные делительные и сервоприводы могут смещаться к зоне h, но повышение температуры и смазка должны оцениваться одновременно — беззазорная конструкция, игнорирующая тепловое расширение, может заклинить после короткой работы.

Преобразование между угловым и окружным боковым зазором

Одна формула охватывает преобразование: θ′ (угловые минуты) ≈ 6875.5 × jt / d.

Отсюда следуют два вывода. При равном зазоре больший диаметр делительной окружности даёт меньший угловой боковой зазор. При равном диаметре уменьшение зазора вдвое уменьшает угловой боковой зазор вдвое. Поэтому прецизионные зубчатые колёса малого диаметра более чувствительны к зазору и требуют более жёстких допусков толщины зуба.

Технологические маршруты и их влияние на толщину зуба

Толщина зуба — источник бокового зазора, поэтому управление боковым зазором начинается с контроля допуска толщины зуба. Технологический маршрут определяет, насколько далеко можно продвинуть этот контроль.

• Маршрут: зубофрезерование/шевингование: DIN 7~8
  • Влияние на стабильность толщины зуба: Относительно большая вариация толщины зуба; подходит для приводов, нечувствительных к боковому зазору
• Маршрут: шлифование (серийное): GB 4~5
  • Влияние на стабильность толщины зуба: Допуск толщины зуба выдерживается узким, хорошая серийная стабильность
• Маршрут: шлифование (лучшая единичная деталь): До DIN 4-5
  • Влияние на стабильность толщины зуба: Профиль и винтовая линия корректируются совместно; подходит для прецизионного подбора

Термообработка — вторая переменная. Цементация и закалка оставляют в зубчатых колёсах деформации, величина которых зависит от материала, модуля и геометрии. Обычная последовательность — оставить припуск под шлифование, сошлифовать деформацию, затем измерить толщину зуба и длину общей нормали на измерительном центре для зубчатых колёс и рассортировать парные колёса по группам по измеренному значению. Финальная проверка бокового зазора на стенде для проверки зацепления предшествует отправке, и протокол контроля сопровождает поставку.

Конструктивные варианты беззазорного исполнения

Там, где точности изготовления самой по себе недостаточно, прецизионные механизмы часто получают конструктивное дополнение.

• Способ устранения зазора: Двухсекционное колесо (пружинный предварительный натяг): Два зубчатых диска смещены и предварительно нагружены для устранения зазора в одном направлении
  • Где подходит: Легконагруженные приборы, сервоприводы
  • На что обратить внимание: Устраняет зазор только в одном направлении; элемент предварительного натяга изнашивается при большой нагрузке
• Способ устранения зазора: Колесо с переменной толщиной зуба (коническое): Толщина зуба уменьшается вдоль оси, осевая регулировка устраняет зазор
  • Где подходит: Делительные механизмы, станки
  • На что обратить внимание: Требуется пространство для осевой регулировки
• Способ устранения зазора: Эксцентриковая втулка для межосевого расстояния: Уменьшение межосевого расстояния напрямую уменьшает зазор
  • Где подходит: Корпуса с регулируемым межосевым расстоянием
  • На что обратить внимание: Ограничено минимальным межосевым расстоянием
• Способ устранения зазора: Червяк с двойным шагом: Две боковые поверхности червяка имеют разные шаги; осевое смещение регулирует зазор
  • Где подходит: Червячные делительные столы, поворотные столы
  • На что обратить внимание: Простая регулировка, но червяк должен иметь возможность осевого перемещения

Что поставляет PinyiGear

Прямозубые и косозубые цилиндрические колёса изготавливаются PinyiGear по чертежу; модуль, наружный диаметр и степень точности принимаются по указаниям на чертеже заказчика. Конические колёса — по указанным на чертеже степеням точности (например, GB/T 11365). Червячные передачи доступны с формами зубьев Z1~Z6, с бронзовыми червячными колёсами, работающими в паре со стальными червяками. Среди вариантов материалов — 20CrMnTi цементированный и закалённый, 42CrMo улучшенный и 38CrMoAl азотированный; твёрдость и глубина слоя принимаются по чертежу. Контроль толщины зуба, длины общей нормали и фактического бокового зазора выполняется по пунктам, согласованным с заказчиком, и документируется.

• Прямозубые колёса на заказ
• Косозубые колёса на заказ
• Конические колёса
• Червячные передачи
• Возможности производства зубчатых колёс

Пришлите чертежи вместе с условиями эксплуатации — мощность, скорость, частота реверса, рабочая температура — и инженерная команда прогонит их через KISSsoft, после чего вернётся с допусками толщины зуба, группой бокового зазора и технологическим маршрутом. Свяжитесь с PinyiGear или перейдите на сайт PinyiGear, чтобы отправить ваш запрос.

Последовательность выбора

1. Сначала установите назначение: как часто привод реверсируется, в каком температурном диапазоне работает, какова природа нагрузки — ответ решает, проектируется ли позиционирующий привод или силовой;
2. Переведите это в допуск толщины зуба по DIN 3967: выберите число для ширины поля и букву для группы бокового зазора;
3. Проверьте риск нулевого зазора: в зоне h рассчитайте тепловое расширение и толщину масляной плёнки, а не полагайтесь на статический расчёт;
4. Зафиксируйте производственный путь: шлифование, когда боковой зазор должен быть малым, зубофрезерование плюс шевингование с селективной сборкой для обычных приводов;
5. Определите, что будет контролироваться: толщина зуба и длина общей нормали по измеренным значениям, боковой зазор проверяется на стенде для проверки зацепления, документация сопровождает поставку;
6. Добавьте конструкцию там, где точности одной недостаточно: беззазорный механизм, выбранный в дополнение к производственным допускам.