Контроль зубчатых колес

В технике зубчатое колесо является деталью с ободом, оснащенным зубьями. Элемент предназначен для передачи вращения и крутящего момента между валами. Контроль зубчатых шестерен подразумевает наблюдение за параметрами колес разной конфигурации при помощи координатно-измерительной машины (КИМ) и специальных программ.

Требования к качеству зубчатых колес

Требования связаны с условиями функционирования передачи. Это скорость перемещения, характер нагрузки, плавность хода и уровень шума. Нормы прописаны в ГОСТ 1643-81 и ГОСТ 13755-2015. Контроль проводится на соответствие стандартам качества по различным параметрам:

• геометрия — подразумевается точность изготовления механических элементов. Отмечаются нарушения в несогласованности поворотов, вибрация и шум при работе. Исследуют пятно контакта поверхностей зубьев сбоку. Уменьшение пятна ведет к увеличению нагрузки на малых участках поверхности зубьев. Контролируют также шероховатость поверхностей;
• механика — исследуют прочность зубьев зубчатого колеса на изгиб, износостойкость. Последний параметр достигается за счет использования высококачественных сталей, дополнительной обработки и механического упрочнения;
• термические показатели — соблюдается жесткий баланс между твердостью поверхности и вязкостью сердцевины. Оптимальная твердость: 280-350 НВ. Проверяют однородность материала, проверка этой характеристики требуется для стабилизации размеров после обработки.

Дополнительно контролируются качество термической обработки и зазор. Для этого применяют шаблон и щупы.

Методы контроля

Методики контроля разработаны с целью определения эксплуатационных качеств элементов, их кинематической точности, полноты контакта и качества бокового зазора. Изучают отдельные характеристики: шаг, профиль, направление зубьев зубчатой передачи. Параметры сравнивают с допусками.

Разработан комплексный контроль нескольких характеристик. Различают однопрофильный и двухпрофильный способы контроля. В первом случае шестерня зацепляется с высокоточным измерительным колесом, чтобы измерить колебание расстояния между осями при повороте контролируемой шестерни. Во втором случае контроль проводится, когда зубья находятся в контакте по обеим боковым поверхностям.

Современные технологии контроля. Приборы

Координатные измерения проводятся при помощи КИМ и специальных машин с ЧПУ. Обеспечивается высокая точность измерений, появляется возможность обработки результатов в автоматическом режиме. Применимы оптические методы наблюдений, используется технология сканирования лазерным лучом с дальнейшей цифровой обработкой. Способ подходит для измерения параметров крупногабаритных зубчатых колес, выполненных по ГОСТ.

Контроль качества осуществляется при помощи приборов: эвольвентомеров для измерения отклонений профиля зуба от теоретической эвольвенты, зубомеров для вычислений толщины зуба. В работе используются шагомеры для измерения погрешностей шага и биенимеры — для контроля радиального и торцевого биения зубчатого венца.

Автоматизация и интеграция систем контроля

Применение КИМ дает возможность автоматизировать контрольные процессы. Машина оснащена измерительными головками и наконечниками для изучения геометрии шестерен. Для крупногабаритных колес применяются портальные агрегаты с широкой рабочей зоной или специальные модули. Применение программ также способствует проведению измерений в автоматическом режиме, в том числе в компьютере составляется автоматизированный протокол.

Интеграция представляет собой процесс объединения контролирующих систем с цифровыми двойниками процессов производства. Интеграция дает возможность замечать отклонения параметров шестерен от номинальных значений. Появляется возможность прогнозировать влияние отклонений на работу агрегатов. Становится возможной оптимизация параметров обработки для уменьшения погрешностей.

Примеры практического значения

Контроль зубчатых колес по чертежам и другими способами ставит перед собой цель обеспечения эксплуатационных параметров зубчатой передачи. Отклонение данных параметров влияет на функционал шестерен в зубчатом сцеплении. К примеру, зубчатая шестерня с верным эвольвентным профилем обеспечивает постоянную угловую скорость вращения. Другой итог проверок состоит в том, что удается выявить погрешности технологического процесса в наладке зубообрабатывающего оборудования.

Контроль зубчатых передач необходим, так как влияет на их долговечность. Периодическое наблюдение исключает брак и снижает риск неисправностей. Любые отклонения в процессе зацепления приводят к повышенному шуму и вибрациям, а также быстрым поломкам оборудования.

Краткое содержание статьи:

• Зубчатое колесо передает вращение и крутящий момент между валами.
• Контроль качества включает измерения геометрии, механики и термических свойств.
• Проверяют точность, вибрации, пятно контакта, шероховатость, прочность и износостойкость.
• Нормы заданы ГОСТ 1643‑81 и 13755‑2015.
• Контролируют твердость (280–350 НВ) и однородность материала после термообработки.
• Методы: однопрофильный и двухпрофильный контроль, анализ шага, профиля, направления зубьев.
• Оборудование: КИМ, ЧПУ‑приборы, лазерное сканирование, эвольвентомеры, зубомеры, шагомеры, биенимеры.
• Автоматизация и интеграция с цифровыми двойниками улучшают точность и позволяют прогнозировать отклонения.
• Регулярный контроль повышает долговечность, снижает шум и предотвращает поломки.