Характер соединения деталей определяется взаимным расположением полей допусков деталей и называется посадкой. Различают посадки трех типов: с зазором, с натягом и переходные.

19.Зубчатые и червячные редукторы. Общие сведения

19.1.Зубчатые и червячные редукторы

Редуктором называется передача, смонтированная в отдельной закрытой коробке, называемой корпусом и предназначенная для снижения угловой скорости и, соответственно, повышения вращающего момента на ведомом валу.

Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Во всех ответственных установках вместо передач назначают редукторы. Редукторы имеют исключительно широкое применение.

19.2.Классификация редукторов

Тип и конструкция редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней).

Самый простой зубчатый редуктор – одноступенчатый (цилиндрический (рис. а)). Используется при малых передаточных числах i ≤ 8 … 10, обычно i ≤ 6,3.

Двухступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор (б) является наиболее распространенным (их потребность оценивается в 65 %). Для них наиболее характерны числа i = 8-40.

Трехступенчатые редукторы (в) применяются при больших передаточных числах. Однако имеется тенденция замены их более компактными планетарными редукторами.

Конические зубчатые редукторы применяются в том случае, когда быстроходный тихоходный валы должны быть взаимно перпендикулярны (l). Обычно передаточное число таких редукторов невелико i ≤ 6,3. При i >12,5 применяют коническо-цилиндрические редукторы (ж).

Рис.19.93. Зубчатые редукторы

Для улучшения работы наиболее нагруженной тихоходной ступени (T) используются редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью (г). Для создания равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени, их делают косозубыми, причем, одну пару правой, а вторую – левой. Зубчатые колеса на тихоходном валу располагаются симметрично. При этом деформация вала (Т) не вызывает существенной концентрации нагрузки по длине зубьев. Это положительное явление. Такие редукторы получаются на 20% легче, чем по обычной развернутой схеме (в).

Соосные редукторы (д) применяют с целью уменьшения длины корпуса или других конструктивных особенностей привода.

Мотор-редукторы представляют собой компактные агрегаты, в которых редуктор и мотор монтируются в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Они более экономичны, чем тихоходные электродвигатели, имеют более высокий КПД. Но из-за сложности конструкции мотор-редукторы применяются редко.

Одноступенчатые червячные редукторы наиболее распространены. Диапазон передаточных чисел: U = 8-63. При больших значениях "U" применяют двухступенчатые червячные редукторы или комбинированные зубчато-червячные. Редукторы выполняются со следующим расположением червяка и червячного колеса:

- с нижним расположением червяка (под колесом) – применяются при окружных скоростях червяка V ≤ 5 м/c; смазка – окунанием червяка, допускают передачу большой мощности по критерию нагрева (а).

- с верхним расположением червяка (червяк над колесом) – применяются в быстроходных передачах; смазка осуществляется окунанием колеса (б).

- червяк с горизонтальной осью, сцепляющейся с колесом, имеющим вертикальную ось (в).

- червяк с вертикальной осью, расположенный сбоку колеса. Колесо имеет горизонтальную ось (г).

Две последних конструкции применяют ограниченно, в связи с трудностью смазки подшипников вертикальных валов

19.3.Принципиальная конструкция цилиндрического редуктора

На Рис. 19 .94 приведена конструкция одноступенчатого косозубого цилиндрического редуктора. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса 3, в котором смонтированы подшипниковые узлы, служащие опорами для быстроходного и тихоходного валов редуктора. Подшипниковые узлы состоят из подшипника 2, крышки подшипника 1, регулировочных прокладок 19 и маслоудерживающего кольца 18. Для выходного конца вала применяют проходные крышки с уплотнениями 14. Размещение опор валов в жестком чугунном корпусе обеспечивает высокую точность зацепления и долговечность привода.

Рис. 19.94. Редуктор цилиндрический косозубый

Корпус закрыт крышкой 9. В верхней части крышки 9 имеется закрываемое смотровой крышкой 11 отверстие, предназначенное для осмотра внутренней части редуктора и заливки масла. Для обеспечения плотности стыка между смотровой крышкой 11 и отверстием установлена прокладка 10.

При сборке редуктора крышка 9 крепится к корпусу 3 двенадцатью болтами 6 с гайками 8 и пружинными шайбами 7. Центрирование отверстий под болты 6 в корпусе и крышке редуктора происходит с помощью двух штифтов 13.

Редуктор в сборе перемещают грузоподъемными средствами с помощью двух рым-болтов 12. Для слива отработанного масла служит пробка 17. Контроль уровня масла в редукторе производят жезловым маслоуказателем 16.

Быстроходный вал обычно выполняют в виде вала-шестерни 15, а зубчатое колесо 4 насаживают на тихоходный вал 4 с помощью шпоночного соединения.

19.4.Расчет основных конструктивных параметров редукторов

Для удобства сборки корпус редуктора выполняется составным – основание и крышка. Основание с помощью лап или пояса крепится к фундаменту или раме. Для точной установки крышки на основание корпуса пользуются коническими штифтами.

Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, т.к. его деформации могут вызвать перекос валов и неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Для повышения жесткости корпуса его усиливают наружными или внутренними ребрами.

Корпусы редукторов обычно выполняют литыми из серого чугуна (СЧ 15-32/ СЧ 18-36) средней прочности. Для передачи больших мощностей или ударных нагрузок корпусы отливают из высокопрочного чугуна или стали. В индивидуальном и мелкосерийном производствах корпусы редукторов изготавливают сварными из листовой стали.

Основные размеры корпуса – длина, ширина и высота – применяются в зависимости от размеров зубчатых колес. Другие размеры находятся по империческим формулам. Например, толщина (δ) стенок чугунных литых оснований корпуса равна:

мм.

Толщина стенок крышек:

δ_K = 0,9δ.

где: М – момент на тихоходном валу, 10 Н·м

Диаметры болтов крепления крышки:

мм.

Диаметры фундаментных болтов:

мм.

Толщина фундаментных лап:

S_Ф=1,5d_Ф.

Ширина пояса или лап для расположения болтов принимается из соотношения:

b_П = (2,1 … 2,5)d.

d – диаметр болта данного пояса.

Рекомендуемый ряд крутящих моментов на тихоходных валах редукторов в соответствии с проектом международного стандарта составляет по нормальному ряду чисел со знаменателем 2 в диапазоне 1-125 Н·м и со знаменателем 1,41 в диапазоне 125–1000000 Н·м.

Передаточные числа редукторов выбирают по нормальному ряду чисел со знаменателем 1,25 (1-й предпочтительный ряд) или со знаменателем 1,12 (2-й ряд) (ГОСТ )

Межосевые расстояния быстроходной (α_WБ) и тихоходной (α_WT) ступеней двух и трехступенчатых редукторов зубчатых цилиндрических должны соответствовать ГОСТ

Валы, как правило, подвергают улучшению до твердости НВ 270 – 300. Валы d ≤ 80 мм допускается изготавливать из стали 45; диаметром d = 80-125 – из стали 40X; а валы d = 125 – 200 мм – из стали 40ХН; 35ХМ. Тихоходные валы имеют выходной конец, в котором напряжения кручения составляют около 28 МПа концы валов целесообразно выполнять коническими.

Опоры валов редукторов выполняются в виде подшипников качения. Обычно в опорах устанавливается по одному подшипнику качения. При малых и средних нагрузках применяют шарикоподшипники, при средних и больших – роликоподшипники. В редукторах с шевронной передачей быстроходный вал передачи устанавливают на плавающих, обычно, цилиндрических роликоподшипниках. Это обеспечивает самоустановку вала по оси и одинаковую нагрузку полушевронов.

В редукторах с конической передачей для лучшей фиксации зубчатых колес в осевом направлении валы передачи рекомендуется устанавливать на радиально-упорных, чаще конических роликоподшипниках.

Смазка зацепления при V ≤ 12,5 м/c рекомендуется картерная (окунанием). Емкость масляной ванны назначают из расчета 0,35 – 0,7 литра на I кВт передаваемой мощности (большие значения – при большей вязкости масла и наоборот). Зубчатые колеса следует погружать в масло на глубину 3-4 модуля. Тихоходные колеса (2-й и 3-й ступени) при необходимости допустимо погружать на величину до 1/3 диаметра колеса. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку, осуществляемую под давлением. Масло, прокачиваемое насосом, проходит через фильтр и при необходимости через охладитель, а затем поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости V ≤ 20 м/c для прямозубых передач и при V ≤ 50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления. При V > 50 м/c (V > 20 м/c) , во избежание гидравлического удара, масло подается раздельно на шестерню и колесо и на некотором расстоянии от зоны зацепления.

Смазка подшипников редуктора при V > 4 м/c может осуществляться тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания масла. При V < 4 м/с предусматривается самостоятельная (консистентная) смазка. При больших скоростях и нагрузках на подшипники предусматривается смазка под давлением, осуществляемая от общей системы.

Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов – передач, валов, шпонок, подшипников. Для редукторов большой мощности производится тепловой расчет. При расчете зубчатых передач редукторов, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, основные параметры этих передач должны быть согласованы с соответствующими ГОСТ.

Червячные колеса с целью экономии цветных металлов выполняются с венцом из антифрикционных материалов и стальным или чугунным центром.

- бандажированная конструкция, в которой бронзовый обод (венец) посажен на стальной центр с натягом. Рекомендуется легкопрессовая реже прессовая посадки. Чтобы исключить возможность сдвига венца, ввертывают в стыкуемые поверхности винты. Конструкция применяется для колес относительно небольших размеров и ненапряженных в тепловом отношении (Рис. 19 .95).

- болтовая конструкция, в которой бронзовый венец, выполненный с фланцем, прикрепляется болтами к ступице колеса. Применяется для колес больших и средних диаметров.

- биметаллическая конструкция, бронзовый венец, который отлит в форму с предварительно вставленным в нее центром. Конструкция наиболее рациональна и применяется в редукторах серийного производства.

Рис.19.95. Типовые конструкции зубчатых венцов червячных колес

В червячных передачах, как правило, применяются подшипники качения.

Смазка червячных передач с нижним расположением червяка (Рис. 19 .96) осуществляется окунанием. Уровень масла таков, чтобы погружался в масло на глубину, близкую к высоте витка. Если червяк расположен сверху, то уровень масла роли не играет (при средних и небольших скоростях). В быстроходных передачах этого типа применяют циркуляционную – принудительную смазку.

а б

в

г

Рис.19.96. Схемы червячных редукторов: с нижним (а); с верхним (б); с боковым расположением червяка (в, г)