1.9 КОНСТРУКТИВНАЯ КОМПОНОВКА ПРИВОДА

Цель: 1. Разработать конструкции деталей и узлов редуктора.

2. Скомпоновать детали и узлы редуктора и разработать чертёж общего вида привода.

1.9.1 Конструирование зубчатого колеса

В проектируемых приводах колеса редукторов получаются относительно небольших диаметров и их изготовляют из круглого проката или поковок. Большие колёса открытых зубчатых передач изготовляют литьём или составными. Ступицу колёс цилиндрических редукторов располагают симметрично обода.

1.9.2 Вал-шестерня

Цилиндрические и конические шестерни при и > 3,15 выполняют заодно с валом, а при и < 2,8 они могут быть насадными, если это конструктивно необходимо. Однако стоимость производства при раздельном исполнении вала и шестерни увеличивается вследствие увеличения числа посадочных поверхностей и необходимости применения того или иного соединения. Поэтому шестерни чаще всего выполняют заодно с валом.

1.9.3 Установка колёс на валах

а) Сопряжение колёс с валом. Для передачи вращающего момента редукторной парой применяют шпоночные соединения и соединения с натягом. В случае шпоночного соединения принимаем следующие посадки: для цилиндрических косозубых колёс Н7/rб (H7/s7).

б) Осевое фиксирование колёс. Для обеспечения нормальной работы редуктора зубчатые колёса должны быть установлены на валах без перекосов. Если ступица колеса имеет достаточно большую длину (отношение l_ст/d > 0,8; в проектируемых редукторах принято l_ст/d = 1... 1.5), то колесо будет сидеть на валу без перекосов. В этом случае достаточно предохранить колесо от осевых перемещений по валу соответствующим осевым фиксированием:

При отсутствии 5-й ступени установкой двух распорных втулок на 2-й или 3-й ступени вала между обоими торцами ступицы колеса и торцами внутренних колец подшипников или мазеудерживающих колец.

Для гарантии контакта деталей по торцам должны быть предусмотрены зазоры С между буртиками 3-й ступени вала и торцами втулок.

1.9.4 Конструирование валов

1.9.4.1 Переходные участки

Переходный участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров выполняю:

Канавки шириной b = 5 с округлением для выхода шлифовального круга, которая повышает концентрацию напряжений на переходных участках. В проектируемых одноступенчатых редукторах, где получаются сравнительно короткие валы достаточной жёсткости при небольших изгибающих моментах применяю канавки.

Для повышения технологичности конструкции радиусы галтелей r = 1, размеров фасок на концевых ступенях с, ширину канавок b для выхода инструмента на одном валу принимаю одинаковыми.

1.9.4.2 Посадочные поверхности

Основные размеры ступеней быстроходного и тихоходного валов определены при предварительном проектном расчёте в пункте 1.6. Конструируя валы, размеры посадочных поверхностей d и l уточнил и определил в зависимости от конструкций и размеров деталей, установленных на ступенях, с учётом расположения относительно опор.

1 Первая ступень.

Диаметр выходного конца быстроходного вала d₁, соединённого с двигателем через муфту. Соединение валов осуществляется стандартной муфтой.

2. Вторая ступень.

Диаметр ступени d₂ принимается равным диаметру d внутреннего кольца подшипника, окончательно выбранного в пункте 1.8.

3.Третья ступень.

а) Для тихоходных валов.

Диаметр ступени d₃ = d₂ + 3,2r, где r - координата фаски внутреннего кольца подшипника. Длина ступени l₃, может быть выполнена больше длины ступицы колеса l_ст и тогда распорная втулка между торцом и внутреннего кольца подшипника и торцом ступицы колеса ставится на 3-ю ступень. При этом следует предусмотреть зазор С между торцами 3-й ступени и внутреннего кольца подшипника.

4.Четвёртая ступень.

Диаметр 4-й ступени d₄ равен диаметру d₂ 2-й ступени под подшипник, а её длина l₄ зависит от осевых размеров деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны глухой крышки.

5.Пятая ступень.

Для тихоходных валов эта ступень предотвращает осевое смещение колеса. Длину ступени l₅ определяется графически на конструктивной компоновке.

После конструирования валов размеры диаметров всех ступеней принял по стандарту.

1.9.5 Конструирование подшипниковых узлов

Конструктивное оформление подшипниковых узлов (опор) редуктора зависит от типа подшипников, схемы их установки, вида зацепления редукторной пары и способа смазывания подшипников и колес.

Основным изделием подшипникового узла является подшипник. Помимо этого комплект деталей узла может включать: детали крепления колец подшипников на валу и в корпусе; крышки и компенсаторные кольца; стаканы; уплотнения (наружные и внутренние).

1.9.5.1 Схемы установки подшипников

Типы подшипников подобраны в пункте 1.6 и их пригодность для каждого вала проведена в пункте 1.8.

Таким образом, осевое фиксирование валов осуществляется различными способами установки подшипников в плавающих и фиксирующих опорах.

1.9.5.2 Посадки подшипников

Требуемые посадки в соединении подшипника качения получают назначением соответствующих полей допусков на диаметры вала или отверстия в корпусе: для внутреннего кольца подшипника - К6, для наружного - Н7.

1.9.5.3 Крепление колец подшипников на валу или в корпусе

Внутренние кольца подшипников в обеих опорах устанавливаю с упором в буртик вала с натягом без дополнительного крепления с противоположной стороны.

Наружные кольца подшипников в обеих опорах устанавливаю в корпус с односторонней фиксацией упором и торец.

1.9.5.4 Вычерчивание внутренней конструкции подшипников

На сборочном чертеже редуктора и общем виде привода вычерчиваю внутреннюю конструкцию подшипников быстроходного и тихоходного валов.

Радиально-упорные шарикоподшипники.

На 2-й и 4-й ступенях вала наношу тонкими линиями внешний контур подшипника по его габаритным размерам d, D, В определил и нанёс диаметр D_pw окружности, проходящей через центры тел качения D_pw=0,5 (D+ d); no со-отношениям, вычерчиваю тела качения и кольца.

1.9.6 Крышки подшипниковых узлов

Для герметизации подшипниковых узлов редуктора, осевой фиксации подшипников и воспринятая осевых нагрузок применяют крышки. Они изго-тавливаются, как правило, из чугуна СЧ 15 двух видов - торцовые и врезные. Тe и другие выполняют в двух конструкциях - глухие и с отверстием для выходного кольца вала. Размеры крышек определяют в зависимости от диаметра наружного кольца подшипника.

Врезные крышки.

Широко применяют в современном редукторостроении в разъёмных корпусах с осевым расстоянием 250 мм. Регулирование радиальных подшипников производят установкой компенсаторных колец между горцами наружных колец подшипников и крышек. При этом между торцом наружного кольца подшипника и торцом крышки с отверстием оставляют зазор для компенсации тепловых деформаций, а = 0,2…0,5 мм. Осевой размер кольца определяется конструктивно с учётом зазора на температурную деформацию вала. Толщина кольца принимается равной толщине наружного кольца подшипника.

1.9.7 Уплотнительные устройства

Применяют для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, также защиты их от попадания пыли, грязи и влаги. В зависимости от места установки в подшипниковом узле уплотнения делят на две группы: наружные - устанавливают в крышках (торцевых и врезных) и внутренние - устанавливают с внутренней стороны подшипниковых узлов.

В проектируемых редукторах применены уплотнения по цилиндрическим (манжетные) поверхностям. Выбор типа уплотнения зависит от способа смазывания подшипников, окружной скорости вала, рабочей температуры и характера внешней среды.

Манжетные уплотнения.

Их используют при смазывании подшипников как густым, так и жидким материалом при низких и средних скоростях V 10 м/с, так как они оказывают сопротивление вращению вала.

Резиновые армированные манжеты. Манжета состоит из корпуса, изготовленного из бензомаслостойкой резины, стального Г - образного каркаса и браслетной пружины, которая стягивает уплотняющую часть манжеты и образует рабочую кромку шириной b = 0,4...0,8 мм. Манжеты, работающие в засоренной среде, снабжены "пыльником".

Для предохранения смазочного материала от вытекания манжету обычно устанавливают рабочей кромкой внутрь корпуса, что обеспечивает к кромке доступ масла, уменьшающего износ резины.

1.9.8 Конструирование корпуса редуктора

Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также воспринятая сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, от крытой передачи. Наиболее распространенный способ изготовления корпусов - литье из серого чугуна (например СЧ 15).

В проектируемых одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъемного корпуса, состоящего из крышки и основания.

1.9.8.1Форма корпуса

Определяется в основном технологическими, эксплуатационными и эстетическими условиями с учетом его прочности и жесткости.

а) Габаритные (наружные) размеры корпуса. Определяются размерами расположенной в корпусе редукторной пары и кинематической схемой редуктора. При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию - редукторная пара вписывается в параллелепипед.

б) Толщина стенок корпуса и ребер жесткости.

(1.9.1)

где Т₂ - вращающий момент на тихоходном валу. Н-м. Принимаем =6 мм.

Внутренний контур стенок корпуса очерчивается по всему периметру корпуса с учетом зазоров х и у между контуром и вращающимися деталями.

1.9.8.2 Фланцевые соединения

Фланцы предназначены для соединения корпусных деталей редуктора. В корпусах проектируемых одноступенчатых редукторов конструируют пять фланцев: 1 - фундаментный основания корпуса, 2 - подшипниковой бобышки основания и крышки корпуса; 3 - соединительный основания и крышки корпуса; 4 - крышки подшипникового узла; 5 -крышки смотрового люка.

1.9.8.3 Детали и элементы корпуса редуктора

а) Смотровой люк. Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации.

б) Установочные штифты.

в) Отжимные винты.

г) Проушины.

д) Отверстия под маслоуказатель и сливную пробку.

1.9.9 Выбор муфт

В проектируемых приводах применены компенсирующие разъемные муфты нерасцеляемого класса в стандартном исполнении.

Дня соединения выходных концов валов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применены упругие втулочно-пальцевые муфты.

1.9.9.1 Определение расчетного момента и выбор муфты

Основной характеристикой для выбора муфты является номинальный вращающий момент Т, Н-м, установленный стандартом. Муфты выбирают по большому диаметру концов соединяемых валов и расчетному моменту Т_р, который должен быть в пределах номинального:

Т_Р=К_рТ₁,(Т₂)Т (1.9.2)

где К_р- коэффициент режима нагрузки, (табл.9.7);

T₁ (T₂) - вращающий момент на соответствующем валу редуктора, Н-м.

Быстроходный вал.

Т_р=1,5 · 21= 31,5 Н·м < 63 Н·м

Тихоходный кал.

Т_р = 1,5 · 95,5= 143,25 Н·м < 250 Н·м

1.9.9.2 Муфты упругие втулочно-пальцевые

Муфты получили широкое распространение благодаря простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако они имеют небольшую компенсирующую способность и при соединении несоосных валов оказывают большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро выходят из строя.

Основные параметры, габаритные и присоединительные размеры, допускаемые смещения осей валов определяют по табл.К5.

Полумуфты изготовляют из чугуна марки СЧ 20 (ГОСТ 1412-85) или стали 30Л (ГОСТ 977-88); материал пальцев - сталь 45 (ГОСТ 1050-74); материал упругих втулок - резина с пределом прочности при разрыве не менее 8 Н/мм²

Радиальная сила, вызванная радиальным смешением, определяется по соотношению:

F_M = (1.9.3)

где - радиальное смещение, мм;

- радиальная жесткость муфты, Н/мм, зависит от диаметра посадочного места полумуфты; для диаметров не указанных в таблице, применить линейное интерполирование.

Быстроходный вал.

F_м1 =0,3 · 3920 = 494/7

Тихоходный вал.

F_м2 =0,3 · 4364 = 1309/7

1.9.9.3 Установка муфт на валах

Сопряжение с валом. Проектируемые муфты состоят из двух полумуфт, устанавливаемых на выходные концы валов на шпоночном соединении призматическими шпонками (см. табл.К4),

На цилиндрические концы валов полумуфты устанавливают по следующим посадкам:

при нереверсивной работе без толчков и ударов - Н7/к6;

1.9.10 Смазывание. Смазывание устройства

Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижение коэффициента трения, уменьшение износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей.

1.9.10.1 Смазывание зубчатого зацепления

а) Способ смазывания. Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом. Этот способ применяют для зубчатых передач при окружных скоростях от 0,3 до 12,5 м/с.

б) Выбор сорта масла. Зависит от значения расчётного контактного на-пряжения в зубьях и фактической окружной скорости V колёс. Сорт масла выбирается по табл.9.9. Принимаем сорт масла И-Г-А-68

Обозначение индустриальных масел состоит из четырех знаков, каждый из которых показывает: И -- индустриальное; второй -- принадлежность к группе по назначению Г -- для гидравлических систем; третий -- принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам А -- масло без присадок; четвертый (число)... класс кинематической вязкости:

в) Определение количества масла. Для одноступенчатых редукторов при смазывании окунанием объём масленой ванны определяю! из расчёта 0,4...0,8 л на 1 кВт передаваемой мощности (см. задачу 2). Меньшие значения применяют для крупных редукторов.

г) Определение уровня масла. В цилиндрических редукторов при окунании в масленую ванну колеса m h_м0,25d₂, где m - модуль зацепления.

д) Контроль уровня масла. Уровень масла, находящегося в корпусе редуктора, контролируют разными маслоуказателями. Наибольшее распространение имеют жезловые маслоуказатели, т.к. они удобны для осмотра; конструкция их проста и достаточно надёжна.

е) Слив масла. При работе передачи масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей. С течением времени оно стареет, свойства её ухудшаются. Поэтому масло, напитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусматривают сливное отверстие. закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой.

ж)Отдушины. При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путём установки отдушины в его верхних точках.

1.9.10.2 Смазывание подшипников

В проектируемых редукторах для смазывания подшипников качения жидкие и пластичные смазочные материалы.

а) Смазывание жидкими материалами. При смазывании зубчатых колес окунанием подшипники качения обычно смазываются из картера в результате разбрызгивания масла колёсами, образования масляного тумана и растекания масла по валам. Падёжное смазывание разбрызгиванием возможно при окруж-ных скоростях V > 3 м/с. Для свободного проникновения масла полость подшипника должна быть открыта внутрь корпуса.