3.2 Расчет и выбор посадок разъемных неподвижных соединений
Характерными видами разъемных неподвижных соединений в редукторах являются:
1) соединения зубчатых колес с валами с применением дополнительного крепления шпонками или стопорными винтами;
2) соединение подшипников качения с посадочными поверхностями валов и корпусов.
Эти соединения должны обеспечивать точное центрирование зубчатых колес на валах, передавать заданную нагрузку за счет дополнительного крепления, легко собираться и разбираться, иметь высокую точность вращения и долговечность.
В первом виде соединения для обеспечения высокой точности центрирования, легкости сборки и разборки применяются переходные посадки. Для подшипниковых соединений редукторов обычно применяются посадки с небольшими натягами (внутренние кольца) и зазорами (наружные кольца).
Поэтому методики расчета и выбора посадок для обоих видов соединений различаются.
3.2.1 Расчет и выбор посадок разъемных неподвижных соединений с дополнительным креплением.
Расчет разъемных соединений, образованных переходными посадками, производится исходя из условий:
- обеспечение высокой точности центрирования зубчатого колеса на валу;
- обеспечение легкой сборки и разборки соединения.
Сочетать высокую точность центрирования с относительной легкостью сборки и разборки соединения можно только при небольших натягах или зазорах в нем.
Хорошее центрирование зубчатого колеса на валу необходимо для обеспечения высокой кинематической точности передачи, ограничения динамических нагрузок и т. д. Известно, что наличие зазора в сопряжении, за счет одностороннего смещения вала в отверстии, вызывает появление радиального биения зубчатого венца колеса, определяющего кинематическую точность.
В этом случае наибольший допустимый зазор, обеспечивающий первое условие, может быть определен по формуле:
, (3.2)
где
– коэффициент запаса точности (
= 2…5);
– допуск радиального биения зубчатого
(червячного) венца.
Легкость сборки и разборки соединения определяется наибольшим предельным натягом, величина которого рассчитывается по формуле:
,
(3.3)
где
– аргумент (
), отвечающий функции Лапласа
[4, приложение 11];
– вероятность получения зазора в
соединении, выбирается в зависимости
от преобладания требований к одному из
условий, предъявляемых к соединению.
По рассчитанным
и
из ГОСТ 25347 – 82 выбирается переходная
посадка, предельные значения
и
которой не превышали бы расчетных. При
выборе посадки необходимо учитывать
требования таблицы 2.2.
Для обеспечения неподвижности зубчатых колес с валами обычно применяют призматические шпонки. Работоспособность шпоночных соединений определяется в основном точностью посадок по ширине шпонки (паза) в.
В этом случае ГОСТ 23360 – 78 предусматривает посадки, образующие нормальное и плотное соединение шпонок с пазами вала и втулки в системе основного вала. Для нормального соединения установлены поля допусков ширины в для паза на валу N9 и для паза во втулке Js9; для плотного соединения одинаковые поля допускав для обоих пазов Р9. Шпонка, как основной вал, имеет поле допуска h9. Предельные отклонение указанных полей допусков соответствуют ГОСТ 25347 – 82.
3.2.2 Расчет и выбор посадок подшипников качения.
Соединение посадочных подшипниковых поверхностей с шейками валов и отверстиями корпусов представляют собой специфические соединения.
Посадка внутреннего кольца с валом всегда осуществляется в системе основного отверстия, а наружного кольца в корпус – в системе основного вала. Допуски на присоединительные поверхности колец подшипников качения отличаются от стандартных допусков на обычные детали цилиндрической формы и устанавливаются по ГОСТ 520-89, в зависимости от их размеров и классов точности.
Выбор посадок для подшипников качения зависит от характера нагружения колец. Согласно ГОСТ 3325-85 различают три вида нагружения колец подшипников:
- циркуляционное;
- местное;
- колебательное.
В подшипниковых узлах редукторов кольца испытывают первые два вида нагружения. Внутреннее кольцо подшипника является циркуляционно нагруженным, при котором результирующая нагрузка воспринимается последовательно всей окружностью его дорожки и передает ее всей посадочной поверхности вала.
Наружное кольцо подшипника испытывает местное нагружения, при котором постоянная по направлению результирующая радиальная нагрузка воспринимается лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности корпуса.
Выбор класса точности подшипников.
В зависимости от точности присоединенных поверхностей, точности формы и расположения поверхностей и точности сборки подшипников ГОСТ 520 – 89 устанавливается пять классов их точности, обозначенных (в порядке повышения точности) 0; 6; 5; 4; 2.
Класс точности подшипников качения для зубчатых передач выбирается по результатам расчетов предельной частоты вращения, статической, динамической грузоподъемности или на основе положительного опыта эксплуатации подобных подшипниковых узлов (таблица 3.6).
В зависимости от класса точности подшипника назначается точность посадочных поверхностей вала и отверстия корпуса. В ГОСТе 3325 – 85 для каждого класса точности подшипника предусмотрены группы полей допусков для вала и отверстий, позволяющие обеспечить в сопряжении с подшипником необходимый характер соединения.
Расчет и выбор посадок для колец подшипников качения.
Внутренние кольца подшипников редуктора испытывают циркулярное нагружение и должны сопрягаться с посадочными поверхностями валов по посадкам с натягом.
В этом случае посадка может быть выбрана по интенсивности радиальной нагрузки PR на посадочную поверхность, допускаемые значения которой приведены в таблице 3.7.
Интенсивность нагрузки подсчитывается по формуле:
,
(3.4)
где
– радиальная нагрузка на опору, кН;
– динамический коэффициент посадки
(таблица 3.8);
– коэффициент, учитывающий степень
ослабления натяга при полом вале, при
сплошном вале,
= 1;
–
коэффициент неравномерности распределения
радиальной нагрузки между рядами роликов
в двухрядных конических роликоподшипниках
или между сдвоенными шарикоподшипниками
при наличии осевой нагрузки на опору.
Для однорядных не сдвоенных подшипников
= 1;
– ширина кольца подшипника, м;
– радиус фаски кольца, м.
Рассчитав интенсивность радиальной
нагрузки
,
по таблице 3.7 выбирается поле допуска
для посадочной поверхности вала.
Поле допуска посадочной поверхности внутреннего кольца согласно ГОСТ 3325 – 85 обозначается прописной буквой L и цифрой, определяющей класс точности подшипника (например L5).
Часто бывает, что динамический коэффициент нагрузки для конкретного подшипникового узла точно найти трудно.
В этом случае посадку можно выбирать по минимальному натягу между внутренним кольцом подшипника и посадочной поверхностью вала, который можно рассчитать по формуле:
,
(3.5)
где
– коэффициент (для подшипников легкой
серии
= 2,8, средней
= 2,3 и тяжелой
= 2).
По найденному значению
из ГОСТ 3325 – 85 выбирается поле допуска
для посадочной поверхности вала, соблюдая
условия
,
где
-
табличное значение минимального
натяга. Поля допусков по ГОСТ 3325-85
соответствуют ГОСТ 25347-82.
Прочность внутреннего кольца подшипника при сборке проверяется по допустимому натягу:
,
(3.6)
где – номинальный диаметр кольца подшипника, м;
- допускаемое напряжение материала
кольца при растяжении, Па, (для подшипниковой
стали
=
400 МПа).
Прочность будет обеспечена если
,
где
– максимальный табличный натяг.
Наружные кольца подшипников редуктора испытывают местное нагружение и устанавливаются в корпус с некоторым зазором, который позволяет устранить закливание тел качения, кольцо под действием толчков и вибраций имеет возможность постепенно поворачиваться по посадочной поверхности, в результате чего износ беговой дорожки будет равномерным.
Рекомендации по выбору полей допусков для отверстий корпусов под наружные кольца подшипников приведены в таблице 3.9. Поле допуска посадочной поверхности наружного кольца подшипника согласно ГОСТ 3325 – 85 обозначается строчной буквой l и цифрой, определяющей класс точности подшипника (например l6).
Оформление чертежа подшипникового узла и его деталей.
На сборочных чертежах посадки колец подшипников на вал и в корпус принято по ГОСТ 3325-85 обозначать дробью: в числителе – условное обозначение поля допуска, охватывающей поверхности, в знаменателе – поле допуска охватываемой детали (рисунок 2.2).
К поверхностям, сопрягаемым с подшипником качения, предъявляются особые требования, определяемые ГОСТ 3325 – 85. Поэтому при выполнении рабочего чертежа вала или корпуса необходимо указывать приведенные в этом стандарте допуски формы (круглости, профиля продольного сечения) и расположения поверхностей (биение заплечиков), а также шероховатость посадочных поверхностей.
Для фиксации деталей подшипникового узла в осевом направлении применяются распорные втулки.
Требования к точности расположения торцовых поверхностей втулок предъявляются такие же, как и к заплечикам валов, сопрягающихся с подшипниками.
Для облегчения сборки в соединении «распорная втулка – вал» применяются посадки с гарантированным зазором. При выборе посадки следует иметь в виду, что для вала уже назначена точность под сопряжения с подшипником. Учитывая, что соединение распорной втулки с валом считается неответственным, то с экономической точки зрения можно допустить различие в три квалитета между точностью отверстия и вала.
Соединение крышки подшипника с корпусом должно быть выполнено с зазором. Для соединения глухой крышки с корпусом можно назначить точность ее посадочной поверхности на три квалитета грубее по сравнению с точностью отверстия в корпусе, определяемой посадкой подшипника (рисунок 2.2).
Посадочная поверхность крышки со сквозным отверстием для выхода вала должна обрабатываться по более высокому квалитету, чем глухая и обеспечивать более точное центрирование, что гарантирует надежную работу уплотнения. В этом случае по ГОСТ 25347 – 82 выбираются поля допусков, обеспечивающие в посадке минимальный средний зазор (рисунок 2.1).