Номинальные передаточные отношения червячных цилиндрических передач (ГОСТ 2144-76)

1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд	1-й ряд	2-й ряд
12,5	11,2	31,5	22,4 35,5		-

1.6. Опоры валов

1.6.1. Опоры валов червяков

Опоры валов червяков обычно устанавливают на подшипниках качения. Так как на червяк действуют значительные осевые силы используют радиально-упорные роликовые или шариковые подшипники.

По схеме «враспор» (рис. 6) от осевых перемещений фиксируют относительно короткие валы.

Рис. 6. Схема установки подшипников "враспор" без плавающей опоры.

Так установка вала d=30…50 мм на шариковых радиально-упорных подшипниках возможна при (рис. 6в); на роликовых конических при . Одну опору длинных валов при больших ожидаемых температурных деформациях фиксируют по схеме на рис. 7 – два подшипника в одной опоре, другую опору делают плавающей.

Рис. 7.Схема установки валов с плавающей опорой.

Если диаметр червяка больше наружного диаметра подшипника, последние устанавливают в стакан 2 (рис. 7).

1.6.2. Опоры валов колес

В качестве опор валов червячных колес чаще других применяют роликовые или шариковые радиально-упорные подшипники, реже – радиальные шарикоподшипники по одному в опоре.

1.6.3. Регулирование осевого зазора в подшипниках

Зазоры в радиально-упорных подшипниках регулируют осевым перемещением колец. На рис. 6 наружные кольца подшипников перемещают, изменяя суммарную толщину набора тонких (толщиной ) металлических прокладок 1, устанавливаемых под крышки подшипников.

Регулирование подшипников можно производить винтом 1 с мелким шагом, вворачиваемым в крышку подшипника, перемещающим нажимную шайбу 2, а затем и наружное кольцо подшипника (рис. 8 а, б).

1 – винт; 2 – гайка

Рис. 8. Регулирование подшипников качения винтом 1.

Рис. 9. Пример регулирования подшипников качения винтом.

1.6.4. Регулирование осевого положения валов

Осевое смещение вала червяка относительно червячного колеса на работе зацепления не сказывается, поэтому его регулировка обычно не производится.

Положение же червячного колеса относительно червяка сказывается на положении и площади пятна контакта. Положение вала колеса регулируется с помощью набора прокладок 1 между подшипниковыми крышками и корпусом (рис. 10) после регулирования осевого зазора в радиально-упорных подшипниках.

Рис. 10. Регулирование осевого положения вала червячного колеса

Для регулирования червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смещать в осевом направлении до совпадения средней плоскости венца червячного колеса с осью червяка. Осевое смещение вала выполняют переносом части прокладок 1 с одной стороны корпуса на другую. Для сохранения необходимых зазоров в подшипниках суммарная толщина набора прокладок должна оставаться неизменной. Регулирование осевого положения вала производят и винтом (рис. 8 а, б, 9).

Контроль пятна контакта осуществляется с помощью краски (наиболее подходящей является «берлинская лазурь») обкаткой зацепления или по следам приработки. На пятно контакта влияют не только погрешности монтажа, но и погрешности изготовления червяков и червячных колес и других деталей.

ГОСТ 3675-81 устанавливает нормы точности на пятно контакта, связанные с площадью его поверхности.

1.7. КПД червячных передач

Червячная передача является зубчато-винтовой, поэтому в ней имеются потери, свойственные как зубчатой, так и передаче винт – гайка.

Общий КПД червячной передачи:

где - число пар подшипников в передаче;

- КПД одной пары подшипников качения;

- КПД зубчатой передачи;

- гидравлические потери, связанные с перемешиванием и разбрызгиванием смазки.

Приведенный угол трения зависит не только от материалов червяка и червячного колеса, шероховатости рабочих поверхностей, качества смазки, но и от скорости скольжения . Величина значительно снижается при увеличении , так как при этом в зоне зацепления создаются благоприятные условия для образования масляного клина.

Скольжение в зацеплении

В червячной передаче в отличие от зубчатой окружные скорости и не совпадают по направлению и различны по величине (рис. 11). Поэтому в относительном движении начальные цилиндры червяка и колеса не обкатываются, а скользят. Скорость скольжения витка червяка по зубу колеса направлена по касательной к винтовой линии червяка.

; ;

Рис. 11. Скорость скольжения в червячной передаче.

Таблица 1

Зависимость от

, м/с			, м/с
0,01 0,1 0,25 0,5 1,5	0,1…0,12 0,08…0,09 0,065…0,075 0,055…0,065 0,045…0,055 0,04…0,05 0,035…0,045		2,5	0,03…0,04 0,028…0,035 0,023…0,030 0,018…0,026 0,016…0,024 0,014…0,020

1.8. Смазывание

Смазывание – подведение смазочного материала к поверхности трения сопряженных деталей: циркуляционное, погружением (окунанием), масляным туманом и др.

1.8.1. Смазывание зацепления и подшипников

Назначение смазки в редукторах состоит: а) в уменьшении потерь на трение, б) в снижении износа трущихся деталей, в) в удалении продуктов износа из зоны трения, г) в охлаждении деталей и д) в предохранении их от коррозии. Кроме того, слой смазки, демпфируя, снижает динамические нагрузки, вызванные неточностью изготовления и шероховатостью контактирующих поверхностей, что приводит к снижению вибрации и шума.

При скорости погружаемой в масло детали (червяка или колеса) используют картерную смазку. Такой способ смазки называют смазкой окунанием или барботажной смазкой.

Глубину погружения в масло деталей червячного редуктора принимают: при нижнем расположении червяка ; при верхнем - . Но объем масла должен быть достаточным, чтобы не взбалтывался осадок (продукты разрушения) и не происходило быстрого старения масла. Уровень смазки при нижнем расположении червяка не должен быть выше оси нижнего тела качения подшипника вала червяка. При малых диаметрах вала червяка он может не окунаться в масло (когда диаметр подшипника больше диаметра червяка). Для смазывания червячного зацепления на вал червяка в этом случае надевают брызговик 8 (рис. 2). При нижнем расположении червяк, погруженный в масло, при вращении своей винтовой нарезкой создает струю масла вместе с продуктами разрушения, заливающую подшипники и засоряющую их. В этом случае для защиты подшипника устанавливают маслоотражательные кольца 2 (рис. 6, б). Эти кольца выполняют с поперечными выступами – лопатками, которыми масло разбрызгивается на зацепления и подшипники вала колеса.

При верхнем расположении червяка маслоотражательные кольца не ставят. Для смазывания подшипников вала червячного колеса иногда применяют скребки с лотками, по которым масло подают к подшипникам (рис. 11). Если доступ масла к подшипникам затруднен, в редуктор встраивают насос. Через распределительное устройство по трубкам масло подается к подшипникам, затем масло стекает в картер.

Рис. 12. Смазывание подшипников тихоходного вала при помощи скребков с лотками.

Если применение насоса нежелательно, подшипники смазывают пластичным маслом (ЦИАТИМ-201, ЛИТОЛ-24, ОКБ-12-7 и др.). Чтобы смазка из подшипника не вытекала с внутренней стороны его закрывают мазеудерживающим кольцом 3 (рис. 7). Для подачи в подшипники пластичного смазочного материала можно применять пресс-масленки 4 (рис. 7, 13).

Рис. 13. Пресс-масленка.

Для заливки масла и осмотра зацепления используют смотровой люк. Чтобы масло вследствие нагревания и избыточного давления внутри корпуса не выдавливалось через разъемы и уплотнения, предусматривают отдушины 4 (рис. 2), иногда совмещаемые с крышками смотровых люков. Роль отдушины может играть и маслоуказатель. Маслоуказатели различных конструкций используют для контроля уровня масла.

Для замены отработавшего масла и промывки картера керосином используют сливное отверстие, которое располагают ниже уровня днища. Отверстие с резьбой закрывается пробкой 10 с прокладкой из маслостойкой резины (рис. 2).

1.8.2. Уплотнительные устройства

Уплотнительные устройства применяют для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов через зазоры между валом и отверстием в подшипниковой крышке и для защиты подшипников от попадания пыли, грязи и влаги извне.

Уплотнения устанавливают в торцовых (привертных) и врезных крышках подшипниковых узлов по цилиндрическим поверхностям (манжетные и сальниковые уплотнения) и торцовым поверхностям (торцовые уплотнения). Щелевые уплотнения тоже являются наружными. Выбор типа уплотнения зависит от способа смазывания подшипников, окружной скорости вала, рабочей температуры и характера внешней среды.

а). Манжетные уплотнения используют при смазывании как густым так и жидким смазочным материалом при низких и средних скоростях , так как они оказывают сопротивление вращению вала (рис. 13).

Рис. 14. Манжетные уплотнения.

Резиновая армированная манжета (ГОСТ 8752-72) состоит из корпуса 2, изготовленной из бензомаслостойкой резины, стального Г-образного каркаса 3 и браслетной пружины 1, которая стягивает уплотняющую часть манжеты и образует рабочую кромку шириной (рис. 14, в). Манжеты, работающие в засоренной среде, имеют «пыльники» 4 (рис. 14б, б). При смазывании жидкой смазкой для предохранения смазочного материала от вытекания манжету ставят открытой полостью внутрь. Это обеспечивает доступ масла к рабочей кромке, что уменьшает износ резины (рис. 15, а) и за счет давления внутри полости манжеты плотнее прижимает ее к крышке и валу. Если используется пластичная смазка, которая подается в подшипник через шприц, давление внутри подшипниковой камеры может оказаться очень большим. Чтобы не повредить манжету, ее в этом случае устанавливают рабочей кромкой наружу (рис. 15, б). При избыточном давлении избыток смазки отгибает кромку манжеты и выдавливается наружу.

Рис. 15. Варианты установки манжет.

Манжеты предназначены для работы в минеральных маслах, воде, дизельном топливе при температуре .

б). Сальником называют уплотнительное кольцо прямоугольного сечения из грубошерстного (ГОСТ 6418-67) и полугрубошерстного (ГОСТ 6308-71) войлока при окружной скорости не более 2м/с и из тонкошерстного войлока (ГОСТ 288-72) при окружной скорости до 5м/с.

в). Торцовые уплотнения применяют преимущественно при жидком смазочном материале. Они эффективно предохраняют подшипники от вытекания масла и попадания влаги и грязи. Наиболее простые торцовые уплотнения – стальные шайбы (рис. 16).

Рис. 16. Торцовые уплотнения стальными шайбами

а, б - исполнение 1; в, г - исполнение 2.

Рис. 17. Формы щелевых канавок.

г). Щелевые уплотнения эффективно работают при любом способе смазывания подшипников, практически при любой скорости, ибо не оказывают сопротивления вращению вала. Зазоры щелевых уплотнений целесообразно заполнять пластичным смазочным материалом для защиты от попадания извне пыли и влаги (рис. 16).

1.9. Охлаждение червячных редукторов

Работа червячных передач сопровождается большим выделением тепла. Если температура масла превышает максимально допустимую, то вследствие снижения вязкости масла не обеспечивается разделение трущихся поверхностей слоем смазки, усиливается износ и опасность заедания. При проектировании червячных редукторов обязательны расчет КПД и тепловой расчет.

Для отвода тепла применяют различные способы:

– используют алюминиевые корпуса с вертикально расположенными ребрами охлаждения (естественное охлаждение малогабаритных редукторов);

– на вал червяка надевают крыльчатку центробежного вентилятора; ребра на корпусе в этом случае располагают параллельно оси вала;

– через полые стенки корпуса пропускается холодная вода;

– в масло погружают змеевик, по которому циркулирует вода;

– циркуляционная смазка.

2. Порядок выполнения работы

1. Изучить методические указания к лабораторной работе. Обратить внимание на эксплуатационные вопросы: особенности конструкции данного редуктора, регулировка зацепления и подшипников, смазка, температурный режим.

2. Измерить габаритные и присоединительные размеры.

3. Разобрать редуктор. Измерить межосевое расстояние с помощью рейсмаса (по корпусным деталям) с точностью, обеспечиваемой мерительным инструментом (до 0,1мм).

4. Замерить основные параметры червяка, червячного колеса, подшипников.

5. Используя результаты замеров, произвести расчет основных геометрических параметров редуктора. Выписать стандартные размеры и величины.

6. Выполнить кинематический и энергетический расчеты по индивидуальным заданиям.

7. Вычертить кинематическую схему редуктора.

8. Нанести основные размеры на эскизной компоновке.

9. Проработать контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение редуктора?

2. Каковы достоинства и недостатки червячных редукторов в сравнении с зубчатыми?

3. Какие детали участвуют в передаче вращающего момента?

4. Какие материалы и виды термообработки и механической обработки используют для изготовления червяка?

5. Какие материалы используются для изготовления червячных колес?

6. Как фиксируются от осевого смещения валы редуктора?

7. Как производится регулирование осевых зазоров подшипников?

8. Как регулируется и проверяется правильность червячного зацепления?

9. Какие факторы влияют на КПД червячного редуктора?

10. Как осуществляется смазка зацепления?

11. Как смазываются подшипники?

12. Каковы типы уплотнений подшипниковых узлов?

13. Каковы способы охлаждения червячных редукторов?

14. Каково назначение штифтов между крышкой и корпусом редуктора?

Подшипники качения

ВВЕДЕНИЕ

В данном пособии систематизирован и изложен информационный материал по подшипникам качения: конструкции, классификация, области применения основных типов подшипников; вопросы регулировки, монтажа демонтажа; основные способы осевого крепления и смазывания подшипников, а также некоторые другие сведения. Перечисленные выше вопросы, с одной стороны недостаточно изложены в учебниках и учебных пособиях по курсам «Детали машин», «Детали механизмов и машин», «Основы конструирования машин», «Машиноведение», «Прикладная механика» и др., а с другой стороны, этот материал из-за ограниченного числа учебных часов не излагается или излагается в лекциях весьма кратко, в то время, как знание этих вопросов необходимо как студенту при выборе подшипников и конструировании подшипниковых узлов в процессе выполнения курсовых и дипломных проектов, так и инженеру в его практической деятельности.

Материал, изложенный в пособии, может быть изучен студентом в процессе выполнения лабораторных работ, которые устанавливаются учебным планом или преподавателем в зависимости от целей, задач лабораторного практикума, объема изучаемого курса и наличия натурных образцов подшипников.

Представление об объеме и содержание одного из вариантов лабораторной работы «Подшипники качения» дает протокол отчета, представленный в приложении 4.

Если в содержание лабораторной работы входит расчет исследуемого подшипника (подшипников) при заданных исходных данных и условиях работы, то его можно выполнить по работе [14].

Для контроля знаний студентов в приложениях 1, 2 и 3 приведены данные для расшифровки и составления обозначений различных подшипников, а также контрольные вопросы.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ.