10.3 Выбор соединений

В данном курсовом проекте для соединения валов с деталями предающими вращение (колесо, элемент открытой передачи, полумуфта) применяем шпоночное соединение.

Сечение шпонки ( ) выбираем по величине соответствующего диаметра ступени по таблице К42 ([7, стр. 449]):

а) сечение шпонки под элемент открытой передачи – ;

б) сечение шпонки под колесо – ;

в) сечение шпонки под полумуфту – .

Длину шпонки выбираем из стандартного ряда Ra40 (см. табл. 13.15 [7, стр. 326]) так, чтобы она была меньше длины ступицы насаживаемой детали на 5…10 мм.

Посадки призматических шпонок, применяемых в проектируемом редукторе, регламентированы ГОСТ 23360 – 78, по которому поле допуска ширины шпонки определено h9, а ширине шпоночного паза – Р9.

Посадки под полумуфту и элемент открытой передачи назначаются в соответствующих пунктах (10.6, 10.7).

10.4 Конструирование подшипниковых узлов

Конструктивное оформление подшипниковых узлов редуктора зависит от типа подшипников, схемы зацепления редукторной пары и способа смазывания подшипников и колес.

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

1. Схема установки подшипников.

Тип подшипников подобран в главе 7 и их пригодность для каждого вала проверена в главе 9. Также в главе 7 была выбрана схема установки подшипников – схема 3 (осевое фиксирование вала в двух опорах – враспор см. рисунок 10.4).

По выбранной схеме обе опоры валов конструируем одинаково, при этом каждый подшипник ограничивает осевое перемещение вала в одном направлении. Внутренние кольца подшипников закрепляем упором на валу в торцы распорных колец, установленных на 2-й и 4-й ступенях. Наружные кольца подшипников закреплены от осевого смещения упором в торцы регулировочных шайб или распорных колец, установленных в подшипниковом гнезде.

Рисунок 10.4. Установка конических роликовых подшипников

по схеме 3 – враспор

10.4.2 Посадки подшипников. В проектируемых редукторах внутреннее кольцо подшипника вращается относительно радиальной нагрузки R_r, подвергаясь так называемому циркуляционному нагружению; наружное кольцо – неподвижно относительно радиальной нагрузки и подвергается местному нагружению.

Соединение вращающихся относительно радиальной нагрузки внутренних колец подшипника с валом осуществляется с натягом, исключающим проворачивание и обкатывание кольцом сопряженной ступени вала.

Посадки неподвижных относительно радиальной нагрузки наружных колец подшипника выбирают более свободными, допускающими наличие небольшого зазора: периодическое проворачивание наружного кольца полезно, так как при этом изменяется положение его зоны нагружения. Кроме того, такое сопряжение облегчает осевые перемещения колец при монтаже, при регулировании зазора 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 или отверстия в корпусе.

Для наиболее распространенного в общем машиностроении случая применения подшипников класса точности 0 выбор полей допусков вала и отверстия корпуса можно производить в зависимости от вида нагружения колец, режима работы подшипников и соотношения большей эквивалентной динамической нагрузки R_E с базовой динамической грузоподъемностью С_r (см. главу 9). Проектируемый согласно техническому заданию привод работает в режиме мало меняющейся нагрузки, при которой

0,07 С_r < R_E 0,15 С_r.

В этом случае поле допуска вала для внутреннего кольца подшипника при циркуляционном нагружении: для роликовых – к6. Поле допуска отверстия для наружного кольца роликовых подшипников при местном нагружении –Н7.

10.4.3 Крепление колец подшипников на валу и в корпусе. При выборе способа крепления колец подшипника следует учитывать схему установки подшипников, тип опоры (фиксирующая или плавающая), величину осевой нагрузки, способ регулирования подшипников и колес, тип и характер посадки подшипников, частоту вращения вала, размеры конструкцию узла в целом. В каждом частном случае принятому способу крепления внутреннего кольца могут соответствовать различные способы крепления наружного кольца, и наоборот.

Для подшипников установленных по схеме 3 внутренние кольца подшипников в обеих опорах устанавливаем с упором в буртик вала с натягом без дополнительного крепления с противоположной стороны (см. рисунок 10.4).

Наружные кольца подшипников в обеих опорах устанавливают в корпус с односторонней фиксацией упором в торец крышки или компенсаторного кольца (см. рисунок 10.4).

10.4.4 Крышки подшипниковых узлов. Для герметизации подшипниковых узлов редуктора, осевой фиксации подшипников и воспринятия осевых нагрузок применяют крышки. Они изготовляются, как правило, из чугуна СЧ15 двух видов – торцовые и врезные. Те и другие выполняют в двух конструкциям – глухие и с отверстием для выходного конца вала. Выбираем врезные крышки глухие и с отверстием для выходного конца вала. Размеры крышек определяем в зависимости от диаметра наружного кольца подшипника D и выбираем из табл. К18 [7, стр. 418].

Врезные крышки широко применяют в современном редукторостроении в разъемных корпусах с межосевым расстоянием a_w 250 мм. Выбор конструкции крышки зависит от способа уплотнения валов: с отверстием для манжетного уплотнения – см. рисунок 10.4; с жировыми канавками – см. рис. 10.4; глухие крышки – см. рисунок 10.4.

10.4.5 Уплотнительные устройства. Применяют для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, а также защиты их от попадания пыли, грязи и влаги (см. рисунок 10.4). В зависимости от места установки в подшипниковом узле уплотнения делят на две группы: наружные – устанавливают в крышках и внутренние – устанавливают с внутренней стороны подшипниковых узлов.

Наружные уплотнения. В проектируемом редукторе применены уплотнения по цилиндрическим поверхностям (манжетные) и щелевые. Выбор типа уплотнения зависит от способа смазывания подшипников (см. 10.8), окружной скорости вала, рабочей температуры и характера внешней среды.

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

Резиновые армированные манжеты (см. табл. К20 [7, стр. 420]). Манжета состоит (рисунок 10.5) из корпуса 2, изготовленного из бензомаслостойкой резины, стального Г – образного каркаса 3 и браслетной пружины 1, которая стягивает уплотняющую часть манжеты и образует рабочую кромку шириной b = 0,4...0,8 мм.

Рисунок 10.5 Резиновая армированная манжета.

Для предохранения смазочного материала от вытекания манжету устанавливаем рабочей кромкой внутрь корпуса (рисунок 10.6), что обеспечивает к кромке доступ масла, уменьшающего износ резины.

Рисунок 10.6 Манжетное уплотнение

Для удобства выемки манжеты в крышке подшипника иногда предусматривают 2...3 отверстия диаметром 3...4 мм.

б) Щелевые уплотнения. Они эффективно работают при любом способе смазывания подшипников, практически при любой скорости, ибо не оказывают сопротивления вращению вала. Щелевые уплотнения надежно удерживают смазочный материал от вытекания под действием центробежной силы. Форма проточек применяемого щелевого уплотнения приведена на рисунке 10.7. Размер щелевых проточек, а определяется при выборе соответствующей крышки подшипника. Зазоры щелевых уплотнений целесообразно заполнять пластичным смазочным материалом, создающим дополнительный жировой заслон для попадания извне пыли и влаги.

Рисунок 10.7 Форма щелевой канавки

Внутренние уплотнения. Установка и конструкция внутренних уплотнений зависят от способа смазывания подшипников и конструкции подшипникового узла.

а) Смазывание разбрызгиванием. При нижнем расположении шестерни в проектируемом цилиндрическом редукторе масло, выжимаемое из зацепления, обильным потоком выбрасывается в рядом расположенные подшипники. Во избежание попадания в подшипники продуктов износа зубчатых колес, а также излишнего полива маслом подшипниковые узлы закрывают с внутренней стороны корпуса маслозащитными шайбами (рисунок 10.8). Толщина шайб 1,2...2,0 мм; зазор между корпусом и наружным диаметром шайбы – 0,2...0,6 мм (на чертеже этот зазор не показывается).

Рисунок 10.8 Маслозащитная шайба с центрирующим колесом

б) Смазывание пластичным материалом.

При этом способе смазывания подшипниковые узлы должны быть изолированы от внутренней полости редуктора во избежание вымывания пластичного смазочного материала жидким, применяемым для смазывания зацепления.

В проектируемом редукторе применяем уплотнение мазеудерживающим кольцом (рис. 10.9).

Рисунок 10.9 Мазеудерживающие кольцо

Такое уплотнение является комбинированным – центробежным и щелевым одновременно. Кольцо вращается вместе с валом и имеет две – четыре круговые канавки треугольного сечения; зазор между кольцом и корпусом 0,1...0,3 мм (на чертеже зазор не показан); выход за торец корпуса С=1...2мм. Выступающий за пределы корпуса участок кольца отбрасывает жидкое масло, остальная цилиндрическая поверхность с проточками удерживает пластичный смазочный материал от вымывания.

10.4.6 Регулировочные устройства. Подшипники качения могут быть собраны в узле с различными радиальными и осевыми зазорами. Под радиальным е или осевым а зазором понимают полную величину радиального или осевого перемещения в обоих направлениях одного кольца подшипника относительно другого под действием определенной силы или без нее (см. рис. 10.33).

Таким образом, под регулированием подшипников понимают установление минимальных зазоров, при которых в условиях эксплуатации не возникает натяг (в результате температурных деформаций), или создание при необходимости предварительного натяга.

Регулирование подшипников осуществляется перемещением одного из его колец относительно другого в осевом направлении и зависит от типа подшипника, схемы установки и способа крепления внутреннего и наружного колец. Регулирование подшипников производят до регулирования зацепления.

В проектируемом редукторе подшипники установлены по схеме 3 – враспор. Способы регулирования здесь зависит от типа подшипников и крышек подшипниковых узлов. Так как применяются врезные крышки, то регулирование подшипников производим только воздействием винта на самоустанавливающуюся шайбу, которая предохраняет наружные кольца подшипников от перекоса. Для повышения точности регулирования применяем резьбу с мелким шагом. При этом учитываем, что регулирование зазоров подшипников производим с одной стороны вала (со стороны глухой крышки); размеры регулировочного винта назначаем одинаковыми для крышек обоих валов.

Комплект деталей регулировочного устройства в проектируемом редукторе включает (см. рисунок 10.10): регулировочный винт большого 1 диаметра (см. табл. К6 [7, стр. 402]), регулировочную самоустанавливающуюся шайбу 3 (см. табл. К39 [7, стр. 447]), врезную крышку с резьбовым отверстием 4 (см. табл. К19 [7, стр. 419]) и стопорные детали (см. рисунок 10.11)

Рисунок 10.10 Примерная конструкция регулировочного устройства

Рисунок 10.11 Стопорное устройство