Конструирование подшипниковых узлов редуктора

Различают три случая нагружения колец подшипников:

- кольцо вращается относительно радиальной нагрузки, подвергаясь так называемому циркуляционному нагружению;

- кольцо неподвижно относительно радиальной нагрузки и подвергается местному нагружению;

- кольцо нагружено равнодействующей радиальной нагрузкой, которая не совершает полного оборота, а колеблется на определенном участке кольца, подвергая его колебательному нагружению.

Многолетней практикой установлено, что соединение с валом или корпусом колец, вращающихся относительно нагрузки, должно быть осуществлено обязательно с натягом, исключающим проворачивание и обкатывание кольцом сопряженной детали и, как следствие, развальцовку посадочных поверхностей и контактную коррозию.

Посадки неподвижных относительно нагрузки колец назначают более свобод­ными, допускающими наличие небольшого зазора, так как обкатывание кольцами сопряженных деталей в этом случае не происходит. Нерегулярное проворачивание не вращающегося кольца полезно, так как при этом изменяется положение его зоны нагружения. Кроме того, такое сопряжение облегчает осевые перемещения колец при монтаже, при регулировании зазоров в подшипниках и при темпера­турных деформациях валов.

Подшипник является основным комплектующим изделием, не подлежащим в процессе сборки дополнительной доводке. Требуемые посадки в соединении подшипника качения получают назначением соответствующих полей допусков на диаметры вала и отверстия в корпусе. Для подшипников качения принято следующее отличие от обычной в машиностроении системы допусков поле допуска на диаметр отверстия внут­реннего кольца подшипника расположено не вверх от нулевой линии («в плюс»), а вниз («в минус»). Этим гарантируют получение натягов в соединениях внутреннего кольца с валами, имеющими поля допусков «k», «m», «n». Поле допуска на диаметр на­ружного кольца располагают как обычно — «в минус» или «в тело детали». Поэ тому и характер сопряжения наружного кольца с корпусом такой же, как в обычной системе допусков.

Для наиболее распространенного в общем машиностроении случая применения подшипников класса точности 0 поля допусков вала и отверстия корпуса можно выбирать по таблицам.

Крепление подшипников на валу. Крепления подшипников на валу, которые применяют при нагружении вала значитель­ной осевой силой в обоих направлениях.

Надежное крепление подшипника осу­ществляют круглой шлицевой гайкой, которую от самопроизвольного отвинчивания стопорят многолапчатой шай­бой. Стопорная шайба имеет один внут­ренний выступ и шесть наружных

выступов-лапок. Внутренний выступ шайбы заходит в специально выполненный паз на валу, а один из ее наружных выступов отгибают в шлиц гайки.

Крепление подшипников в корпусе. Наиболее распространенные способы крепления подшипников в корпусе.

Широко применяют простой и надежный способ закрепления подшипника в корпусе крышкой: привертной или закладной.

Создание упорных заплечиков в корпусе. Для точной установки наружные кольца подшипников поджимают к заплечику корпусной детали. Упорный заплечик создан непосредственно в корпусе. Однако наличие уступа в отверстии корпусной детали создает определенные трудности при растачивании отверстия. Обработку отверстия корпусной детали можно упростить, если заплечик сделать в стакане. Но введение дополнительной трудоемкой и точной детали — стакана — может быть оправдано только в том случае, если стакан позволяет решить какую-либо другую конструкторскую задачу: упрощение сборки, создание самостоятельной сборочной единицы.

Регулирование осевых зазоров в подшипниках. В некоторых типах подшипников (например, радиальных и радиально-упорных шариковых, радиальных сферических шариковых и роликовых) осевые зазоры между кольцами и телами качения созданы при изготовлении подшипников. В других (конических роликовых) осевые зазоры устанавливают при сборке изделия.

Наличие зазоров в подшипниках обеспечивает легкое вращение вала, а отсутствие их увеличивает сопротивление вращению, но повышает жесткость опор и точность вращения вала, а также улучшает распределение нагрузки между телами качения, повышая несущую способность подшипника.

В изделиях, в которых важно получить высокую жесткость опор или высокую точность вращения (например, шпиндели металлорежущих станков), зазоры в подшипниках устраняют, создавая натяг.

При конструировании подшипникового узла предусматривают различные способы создания в подшипниках зазоров оптимальной величины, а при необ­ходимости и создание так называемого предварительного натяга.

В подшипнике различают радиальный и осевой зазоры, которые связаны между собой определенной зависимостью. При изменении зазора в одном на­правлении (например, в осевом) изменяется зазор и в другом (радиальном) направлении. Зазоры в подшипниках создают и изменяют при сборке изделия чаще всего осевым смещением колец или (значительно реже) за счет радиальной деформации внутреннего кольца при его посадке на цилиндрическую или конус­ную поверхность вала.

Регулирование зазоров радиальных или радиально-упорных подшипников фиксирующей опоры выполняют осевым перемещением наружных или внутренних колец.

Регулирование подшипников осевым перемещением наружных колец. Регулирование производится набором прокладок, устанавливаемых под фланец крышки подшипников. Для этой цели применяют набор тонких (толщиной ~0,1 мм) металлических прокладок. Удобно также производить регулирование набором прокладок разной толщины. Иногда вместо комплекта прокладок регулирование производят двумя полукольцами, которые устанавливают под фланец без снятия крышки.

Регулирование подшипников можно производить винтом, вворачиваемым в корпус. Нужно иметь в виду, что точность базирования подшипника в этом случае оказывается пониженной. Повысить точность базирования можно воздействуя винтом на шайбу. Шайба самоустанавливается по торцу наружного кольца подшипника благодаря наличию сферической поверх­ности на торце винта. При конструировании шайбу нужно делать жесткой, а диаметр регулировочного винта возможно большего размера. При малых диамет­рах винтов наблюдались случаи вырыва винтов из крышки подшипника под действием осевых сил. Точность регулирования можно повысить уменьшая шаг резьбы. Поэтому в таких конструкциях применяют резьбы с мелким шагом.

Типовая конструкция вала конической шестерни, фиксированного по схеме «враспор». Эта схема установки подшипников при соблюдении необходимого по условиям жесткости соотношения между b и a - имеет значительные размеры узла в осевом направлении. Применять ее в cиловых передачах не рекомендуют.

Конструкция вала конической шестерни. Для удобства регулирования осевого положения шестерни фиксирующая опора заключена в стакан. Ближний к шестерне подшипник установлен непосредственно в отверстии корпуса. Это повышает точность

радиального положения шестерни.

При конструировании узлов валов конических шестерен предусматривают регулирование зазоров подшипников фиксирующих опор и регулирование конического зацепления (осевого положения вала-шестерни).

Зазоры в подшипниках регулируют круглой шлицевой гайкой, осевое положение вала-шестерни — набором тонких металлических прокладок.

С целью обеспечения возможности применения стандартного (ГОСТ 16984— 79) ключа для завинчивания круглая шлицевая гайка должна быть вынесена за пределы фланца стакана, что увеличивает осевые размеры узла и усложняет форму крышки подшипника. При применении нестандартного ключа эти недостатки можно устранить.

Конструирование стаканов.

Конструкцию стакана определяет схема расположения подшипников. Стаканы обычно выполняют литыми из чугуна СЧ15.

Толщину δ стенки, диаметр d и число z винтов крепления стакана к корпусу назначают в зависимости от диаметра D отверстия под подшипник.

Толщина фланца δ₂ = 1,25. Высоту t упорного заплечика согласуют с размером фаски наружного кольца подшипника и возможностью его демонтажа винтовым съемником.

Принимая С ≈ d, h = (1,0...1,2)d, получаем минимальный диаметр фланца стакана D_ф= D_а + (4...4,4)d

Чтобы обеспечить сопряжение торцов фланца стакана и корпуса по плоскости, на наружной цилиндрической поверхности стакана перед торцом фланца делают канавку. Такие же канавки выполняют перед заплечиками стакана, по торцам которых устанавливают наружные кольца подшипников.

Иногда на наружной поверхности стакана делают проточку для уменьшения длины точно обрабатываемого участка. Диаметр в месте проточки принимают на 0,5... 1 мм меньше D_а. Длину l точного участка выполняют равной ширине наружного кольца подшипника.

В стаканах обычно размещают подшипники вала конической шестерни и фиксирующей опоры вала-червяка. Стаканы для подшипников вала конической шестерни перемещают при сборке для регулирования осевого положения конической шестерни. В этом случае приме­няют посадку стакана в корпус — H7/Js6. Для неподвижных после установки в корпус стаканов применяют посадки H7/k6 или H7/m6.

Конструирование крышек подшипников.

Крышки подшипников изготовляют из чугуна марок СЧ15, СЧ20. Различают крышки привертные и закладные.

Форма крышки зависит от конструкции опоры вала. Чаще всего торец вала не выступает за пределы подшипника. Поэтому наружная поверхность крышки плоская.

Чтобы поверхности фланца крышки и торца корпуса сопрягались по плос­кости, на цилиндрической центрирующей поверхности перед торцом фланца делают канавку шириной b. Крышку базируют по торцу фланца, поэтому поясок l с центрирующей цилиндрической поверхностью делают небольшим, чтобы он не мешал установке крышки по торцу корпуса: l ≈ b. Если в крышку подшипника встроено манжетное уплотнение, то допуск на центрирующий диаметр ужесточают.

Определяющим при конструировании крышки является диаметр D отверстия в корпусе под подшипник.

Крышку крепят винтами с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ. В этом случае толщину крышки принимают δ₃ = Н+ 0,85δ, где Н—высота головки винта.

Опорные поверхности под головки кре­пежных болтов или гаек чаще всего необ­ходимо обрабатывать. Обрабатывают или непосредственно те места, на которые опирают головки винтов, или весь поясок на торце в зоне расположения головок винтов. С точки зрения точности и быстроты предпочтительнее то­карная обработка, чем обработ­ка опорных поверхностей на сверлильном станке.

При установке в крышке подшипников манжетного уплотнения выполняют расточку отверстия так, чтобы можно было выпрессовать изношенную манжету. Иногда отверстие в крышке под манжет­ное уплотнение делают сквозным. Тогда для точной установки манжеты в отверстии на крышке необходимо обрабаты­вать торец, которым крышку устанавливают на опорную поверхность при запрессовке манжеты.

Закладные крышки.

Закладные крышки широко применяют в редукторах, имеющих плоскость разъема по осям валов. Эти крышки не требуют крепления к корпусу резьбовыми деталями: их удерживает кольцевой выступ, для которого в корпусе протачивают канавку. Чтобы обес­печить сопряжение торцов выступа крышки и канавки корпуса по плоскости, на наружной цилиндрической поверхности крышки перед торцом выступа желатель­но выполнять канавку шириной b.

Наружный диаметр крышки выполняют с такими отклонениями, при которых в сопряжении с корпусом крышка образует очень малый зазор, препятствующий вытеканию масла из корпуса. Толщину δ стенки принимают в зависимости от диаметра D отверстия под подшипник.

Обычно крышки изготовляют из чугуна. Однако с целью повышения проч­ности резьбы закладную крышку с резьбовым отверстием под нажимной винт изготовляют из стали.

10 Конструирование корпусных деталей редуктора

Корпусная деталь состоит из стенок, ребер, бобышек, фланцев и других элементов, соединенных в единое целое.

При конструировании литой корпусной детали стенки следует выполнять одинаковой толщины. Толщину стенок литых деталей стремятся уменьшить до величины, определяемой условиями хорошего заполнения формы жидким металлом. Основной материал корпусов – серый чугун не ниже марки СЧ15.

Размеры корпуса определяет число и размеры размещенных в нем деталей, относительное их расположение, значение зазоров между ними. Ориентировоч­ные размеры корпуса были определены при составлении компоновочной схемы, уточнены при разработке конструкций узлов.

Корпуса современных редукторов очерчивают плоскими поверх­ностями, все выступающие элементы (бо­бышки подшипниковых гнезд, ребра жесткости) устраняют с наружных повер­хностей и вводят внутрь корпуса, лапы под болты крепления к основанию не выступают за габариты корпуса, проу­шины для транспортировки редуктора отлиты заодно с корпусом. При такой конструкции корпус характеризуют боль­шая жесткость и лучшие виброакус­тические свойства, повышенная проч­ность в местах расположения болтов крепления, уменьшение коробления при старении, возможность размещения боль­шего объема масла, упрощение наружной очистки, удовлетворение современным требованиям технической эстетики. Одна­ко масса корпуса из-за этого несколько возрастает, а литейная оснастка — усложнена.

Для удобства сборки корпус выполняют разъ­емным. Плоскость разъема проходит через оси валов. Поэтому в мно­гоступенчатых редукторах оси валов располагают в одной плоскости. Плоскость разъема для удобства обработки располагают параллельно плоскости основания. Верхнюю поверхность крышки, служащую технологической базой для обработки плоскости разъема, также выполняют параллельной плоскости основания. Раз­работку конструкции начинают с прорисовки контуров нижней (корпуса) и верхней (крышки корпуса) частей.

Для соединения крышки с корпу­сом используют болты с наружной шестигранной головкой или, предпочтительнее, винты с цилиндрической головкой с шес­тигранным углублением «под ключ». В последнем случае получают наименьшую ширину флан­ца. Ширину фланца выбирают из условия свободного размещения го­ловки винта (или гайки) и возможности поворота ее гаечным ключом на угол 60°. Винт заворачивают в резьбовое отверстие корпуса.

Фиксирование крышки относительно корпуса. Отверстия в подшипниковом гнезде для установки подшипников должны иметь правильную цилиндрическую форму.
При сборке редук­тора во время затяжки болтов, сое­диняющих корпус с крышкой, возможно некоторое смещение крышки относительно корпуса, что вызовет деформирование на­ружных колец подшипников, имеющих малую жесткость. Кроме того, торцы приливов у подшипниковых гнезд на крыш­ке редуктора и корпусе могут не совпасть, что повлечет перекос крышек под­шипников и наружных колец самих подшипников. Следовательно, при сборке редуктора нужно точно фик­сировать положение крышки относи­тельно корпуса. Необходимую точность фиксирования достигают штифтами, ко­торые располагают на возможно боль­шем расстоянии друг от друга.

Оформление сливных отверстий. Наиболее часто в редукторах используют картерную систему смазывания, при которой корпус является резервуаром для масла. Масло заливают через верхний люк. При работе передачи масло постепенно загрязняют продукты изнашивания, оно стареет — свойства его ухудшаются. Поэтому масло периодически меняют. Для слива масла в корпусе выполняют сливное отверстие, закрываемое пробкой.

Дно корпуса, особенно при больших габаритах, желательно делать с уклоном 0,5... 1,0° в сторону сливного отверстия. Кроме того, у самого отверстия нужно делать местное углубление. Сливное отверстие должно быть достаточно большого диаметра. При таком исполнении масло почти без остатка может быть слито из корпуса.

При замене масла часть его может стекать по внешней стенке корпуса на плиту или основание. Поэтому лучше сливное отверстие располагать (если это удобно для пользования) в дне корпуса.

Если сливное отверстие приходится располагать на стороне опорного фланца корпуса, то его выполняют в приливе.

Перед сверлением сливного отверстия прилив в корпусе фрезеруют, поэтому он должен выступать над необрабатываемой поверхностью.

Отверстие для выпуска масла закрывают пробкой с цилиндрической или конической резьбой. Цилиндрическая резьба не создает надежного уплотнения, а коническая обеспечивает герметичное соединение и пробки с этой резьбой дополнительного уплотнения не требуют, поэтому и имеют преимущес­твенное применение.

Оформление прочих конструк­тивных элементов корпусных деталей. Для подъема и транспортирования крышки корпуса и редуктора в сборе применяют проушины, отливая их за­одно с крышкой.

Для подъема и транспортирования корпусов больших размеров предус­матривают крючья или проушины отливают заодно с корпусом.

Крышки люков. Для заливки масла в редуктор, контроля правильности зацепления и для внешнего осмотра деталей делают люки. Чтобы удобнее было заливать масло и наблюдать за зубчатыми колесами при сборке и эксплуатации, размеры люков должны быть возможно большими. Люки делают прямоугольной формы и закрывают крышками, изготовленными из стального листа, литыми из чугуна, алюминиевого сплава или прессованными из пластмас­сы.

Широко применяют стальные крышки из листов при единичном и мелкосерийном производстве — простой формы , а при среднем и крупносерийном — штампованную.

Для того чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль, под крышку ставят уплотняющие прокладки из прокладочного картона толщиной 1... 1,5 мм. В последнее время вместо картона для прокладок стали применять полосы из технической резины толщиной 2...3 мм, привулканизированные к крышке.

11 Выбор системы смазки редуктора и смазочных материалов

Для уменьшения потерь мощности на трение, снижения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей, их охлаждения и очистки от продуктов износа, а также для предохранения от заедания, задиров, коррозии должно быть обеспечено надежное смазывание трущихся поверхностей.

Для смазывания передач применяю картерную систему. В корпус редуктора заливаю масло И-Г-А-32 так, чтобы в масляную ванну было погружено коническое колесо на всю ширину b венца. Глубина масляной ванны составила 88 мм. Колеса при вращении увлекают масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.

Подшипники смазываются тем же маслом, что и детали передач. Брызгами покрыты все детали передач и внутренние поверхности стенок корпуса. Стекающее с колес, валов и со стенок корпуса масло попадает в подшипник. Для смазывания подшипников вала конической шестерни, удаленных от масляной ванны, на фланце корпуса в плоскости разъема делаю канавку, а на крышке корпуса скосы. В канавки со стенок крышки корпуса стекает разбрызгиваемое колесом масло и через отверстия в стакане попадает к подшипникам.

Для замены масла в корпусе предусмотрено сливное отверстие, закрытое пробкой с цилиндрической резьбой. Цилиндрическая резьба не создает надежного уплотнения, поэтому под такую пробку ставлю уплотняющую прокладку из фибры. Для наблюдения за уровнем масла в корпусе я установил круглый маслоуказатель. В качестве уплотнительного устройства применил манжетные уплотнения:

- Резиновая армированная 1-30х52-1ГОСТ 8752-79

- Резиновая армированная 1-40х60-1ГОСТ 8752- 79

12 Выбор стандартной муфты привода

Для расчета вращающего момента Т_к, нагружающего муфту в приводе, использую зависимость:

; (201)

где

Т_н – номинальный длительно действующий момент;

К – коэффициент режима работы = 1,2

Момент на тихоходном валу:

.

Выбираем муфту, компенсирующую с упругим элементом виде оболочки ГОСТ 20884-82: на тихоходный вал диаметром 36 мм .

Рис. 16 Эскиз муфты с вогнутой упругой оболочкой

Муфта с упругой торообразной оболочкой состоит из двух полумуфт, упругой оболочки и фланцев, зажимающих оболочку. Оболочка, как правило, армирована кордом. Достоинством муфты являются: способность компенсировать значительные неточности монтажа валов; легкость монтажа, демонтажа и замены упругого элемента.

13 Выбор предельных отклонений размеров, посадок, шероховатостей, допусков формы и расположения поверхностей при разработке рабочих чертежей деталей привода

Предельные отклонения размеров.

1. Для всех размеров, нанесенных на чертеже, указывают предельные отклонения в миллиметрах.

2. Предельные отклонения многократно повторяющихся размеров относительно низкой точности на изображении детали не наносят, а указывают в технических требованиях общей записью типа «Неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий +H14, валов –h14, остальных ±IT14/2

3. Предельные отклонения линейных размеров указывают по одному из следующих трех способов:

- условными обозначениями полей допусков, например 63Н7

- числовыми значениями предельных отклонений, например 64^+0,030

- условными обозначениями полей допусков с указанием справа в скобках значений предельных отклонений, например

4. Предельные отклонения свободных размеров оговаривают в технических требованиях записью, аналогичной записи для размеров низкой точности.

5. Предельные отклонения координат крепежных отверстий принимают по рекомендациям.

6. Предельные отклонения диаметров резьб показывают на чертежах деталей в соответствии с посадками резьбовых соединений, приведенными на чертежах сборочных единиц.

Допуски формы и допуски расположения поверхностей

При обработке деталей возникают погрешности не только линейных размеров, но и геометрической формы, а также погрешности в относительном расположении осей, поверхностей и конструктивных элементов деталей. Эти погрешности могут оказывать вредное влияние на работоспособность деталей машин, вызывая вибрации, динамические нагрузки, шум.