4.5. Валы-шестерни

Возможны два конструктивных исполнения шестерен зубчатых передач: за одно целое с валом (вал-шестерня) и отдельно от него (насадная шестерня). Более рациональной конструкцией является вал-шестерня. Изготовляют вал-шестерню из поковки. Качество (жесткость, точность, надежность) вала-шестерни оказывается выше, так как нет соединения шестерни с валом и, следовательно, меньше возможных погрешностей и источников отказов. При этом стоимость изготовления ниже, чем вала и насадной шестерни.

Именно поэтому все шестерни редукторов выполняют за одно целое с валом. Насадные шестерни применяют в тех случаях, когда по каким-либо причинам их нельзя сделать за одно целое с валом (например, по условиям работы шестерня должна быть подвижной вдоль оси вала).

При изготовлении вала-шестерни зубья цилиндрической зубчатой передачи нарезают на валу. При небольших передаточных числах обеспечивается нарезание зубьев со свободным входом и выходом инструмента. При больших передаточных числах наружный диаметр шестерни, как правило, мало отличается от диаметра вала, и валы-шестерни конструируют по рис. 4.11, а, б. Выход фрезы (l_вых , мм) определяют графически по диаметру фрезы D_e (мм), который в зависимости от модуля т (мм) принимают по табл. 4.4.

В конструкциях с врезной шестерней (рис. 4.11, а) усложнено зубофрезерование и шлифование зубьев. По возможности следует предусмотреть вход инструмента со стороны заплечика вала (рис. 4.11,6).

Конструкция вала в месте нарезания зубьев зависит от передаточного числа и межосевого расстояния передачи (см. разд. 12.3).

4.4. Диаметры фрез для нарезания наружных зубьев цилиндрических колес
Степень	Диаметр фрезы De при модуле m
точности	2 ... 2,25	2,5... 2,75	3 ... 3,75	4 ... 4,5	5 ... 5,5	6 ... 7
передачи
7	90	100	112	125	140	160
8 ... 10	70	80	90	100	112	125

Выступающим концам валов-шестерен придают в основном коническую форму, хотя возможна и цилиндрическая.

4.6. Червячные колеса

Основные геометрические размеры червячного колеса определены из расчета (см. с. 39). Чаще всего червячные колеса изготовляют составными: центр колеса - из серого чугуна или из стали, зубчатый венец - из бронзы. Соединение венца с центром должно обеспечивать передачу большого по значению вращающего момента и сравнительно небольшой осевой силы. Конструкция червячного колеса и способ соединения венца с центром зависят от объема выпуска. При единичном и мелкосерийном производстве, когда годовой объем выпуска менее 50 шт., и небольших размерах колес (d_aM2 < 300 мм) зубчатые венцы соединяют с центром посадкой с натягом.

Посадку выбирают по методике, изложенной в разд. 5.3. Конструктивно это соединение оформляют так, как показано на рис. 4.12, а, б. При постоянном направлении вращения червячного колеса на наружной поверхности центра можно предусмотреть бортик, на который направляют осевую силу (рис. 4.12, а). Однако наличие бортика усложняет изготовление и центра, и венца. Целесообразнее соединение венца с центром выполнять без бортика (рис. 4.12, б), а посадку выбирать по методике, изложенной в гл. 5. При этом устанавливать винты в стык зубчатого венца и обода центра не требуется.

При больших размерах колес (d_aM2 300 мм) крепление венца к центру можно осуществлять болтами, поставленными без зазора (рис. 4.12, в). В этом случае венец предварительно центрируют по диаметру D; сопряжение центрирующих поверхностей выполняют по переходной посадке. Окончательно положение зубчатого венца определяет сопряжение его отверстий со стержнями болтов, поставленных без зазора. В этой конструкции необходимо предусматривать надежное стопорение гайки от самоотвинчивания, пружинные стопорные шайбы применять не рекомендуют.

Частота вращения червячных колес, как правило, невелика и их балансировку не проводят. Поэтому нерабочие поверхности обода, диска, ступицы колеса оставляют необработанными и делают конусными с большими радиусами закруглений. Острые кромки на торцах венца притупляют фасками f ≈ 0,5m с округлением до стандартного значения (см. табл. 4.1), где m - модуль зацепления. Размеры других основных конструктивных элементов (рис. 4.12):

Остальные конструктивные элементы червячных колес следует принимать такими же, как для цилиндрических зубчатых колес (см. с. 85).

При серийном производстве (годовой объем выпуска более 100 шт.) экономически выгоднее применять наплавленный венец: снижаются требования к точности обработки сопрягаемых поверхностей венца и центра, не нужны мощные прессы для их соединения, не требуется крепление винтами.

Чугунный или стальной центр, нагретый до 700 ... 800 °С, закладывают в металлическую форму, подогревают ее до 150 ... 200 °С и заливают расплавленной бронзой. При остывании между центром и венцом возникает натяг, вызываемый усадкой затвердевающего жидкого металла венца. На ободе центра предусматривают 6 ... 8 углублений различной формы; после наплавки образуются выступы, которые дополнительно воспринимают как окружную, так и осевую силы.

Толщину наплавленного венца принимают S_ч≈2т.

Наружную поверхность центра получают либо обработкой резанием, либо при отливке в кокиль.

Конструктивные варианты исполнения наплавленных венцов показаны на рис. 4.13, а - г.

На рис. 4. 13, а - в показаны конструкции червячных колес, центры которых получены обработкой резанием. Вогнутую поверхность центра (рис. 4.13, а, б) получают обработкой на токарном станке. Различие между этими двумя вариантами - в форме поперечных пазов. Пазы получают радиальной подачей фрезы: а - дисковой (ось вращения фрезы перпендикулярна к оси вращения колеса); б - цилиндрической (ось вращения фрезы параллельна оси вращения колеса). Размеры пазов: b ≈ (0,3 ... 0,5)b₂; h = (0,3 ... 0,4)b.

По технологичности и трудоемкости оба варианта равноценны.

По рис. 4.13, в углубления на ободе центра высверливают.

На рис. 4.13, г показана конструкция, в которой на поверхности центра выполнена кольцевая проточка и 6 ... 8 поперечных пазов. Центр колеса в этом случае получен отливкой в кокиль. Механическую обработку наружной поверхности не проводят. Перед заливкой бронзой центр очищают от жировых и оксидных пленок химической обработкой. Кокиль состоит из отдельных сегментов, число которых соответствует числу пазов. Такая сложная конструкция кокиля обусловлена необходимостью извлечь заготовку после затвердевания металла. Размеры b и h пазов центра назначают такими же, как и при обработке резанием.

Зубья червячных колес имеют вогнутую дугообразную форму. Поэтому оптимальна форма наружной поверхности центра, повторяющая форму зубьев, такая, например, как на рис. 4.13, а, б или на рис. 4.13, г. Но на практике в равной степени применяют и остальные формы.

При любой конфигурации зубчатого венца механическую обработку и нарезание зубьев выполняют после соединения венца с центром.

Размеры других конструктивных элементов принимают по приведенным выше зависимостям (см. с. 95).