Конструкция червяка

Рис. 7

Конструкция валов

При конструировании вала следует обеспечить удобство монтажа (сборки) и демонтажа насаживаемых на него деталей, повышение прочности вала путем возможного снижения концентрации напряжений, простоту и экономичность изготовления.

Валы следует конструировать так, чтобы каждая насаживаемая деталь проходила до своей посадочной поверхности, не повреждая другие. Рекомендуется принимать такую разность диаметров ступней вала, чтобы при сборке можно было насадить деталь, не вынимая шпонку, установленную в ступень с меньшим диаметром. Торцы валов выполняются с фасками для удобства насадки деталей.

Для уменьшения номенклатуры резцов радиусы галтелей, углы фасок, ширину канавок на одном валу рекомендуется выполнять одинаковыми. Если на валу несколько шпоночных пазов, то их располагают на одной образующей вала.

Входной вал

1) Если d_f  1,6d_в, то шестерня может быть посажена на вал на шпонке.

2) Если d_f < 1,6d_в, то шестерня должна быть изготовлена заодно с валом. Входной конец вала принимают равным диаметру вала электродвигателя, если соединение валов муфтой. Полумуфты расточены на один и тот же диаметр вала и соответствуют определенной мощности электродвигателя. Диаметр вала электродвигателя рассчитан на совместное действие изгиба и кручения, и прогиб вала на конце консоли соответствует допускаемому значению. Если крутящий момент от электродвигателя передается входному валу редуктора через ременную передачу, то можно принять равным или 1,1 . Под подшипник принимается ближайший больший диаметр вала, оканчивающийся на 0 и 5. Обе цапфы (участки вала под подшипники) делают одного диаметра для сохранения типоразмера подшипника. Разница диаметров остальных участков должна быть на (2…5) мм. В такой галтели можно не проверять запас усталостной прочности. Диаметр упорного бурта равен 1,3 диаметра вала для надежного упора детали.

d_б = 1,3d_в

Таким образом, определение диаметра входного вала из условия прочности только на кручение не целесообразно.

Длина консольного участка ℓ от середины подшипника до середины шпонки, которой крепится к валу полумуфта или шкив ременной передачи равно 2,2 ( - диаметр входного конца вала, равный диаметру вала электродвигателя). Длина шпонки ℓ₁ принимается равной

ℓ₁ = 1,5 - (3…5) мм.

При больших передаточных числах и относительно малом межосевом расстоянии диаметр d_f1 шестерни оказывается меньше d_в, тогда предусматривают участки выхода фрезы, нарезающей зубья. Диаметр D_е фрезы в зависимости от модуля m принимают по таблице 3.

Таблица 3

Степень точности передачи	Dе
	m
	2…2,5	2,5…2,75	3…3,75	4…4,5	5…5,5	6…7
7	90	100	112	125	140	160
8-10	70	80	90	100	112	125

Участок выхода фрезы допускается распространять на торец вала, по которому устанавливается подшипник качения.

Рис.8

Рис.9

Конструкция быстроходного вала конической передачи на рис.20, 21,22.

Расстояние между центрами подшипников ℓ = (2,5…3)d_п . Расстояние до центра шпонки, которой крепится полумуфта или шкив к ведущему валу ℓ₁ = 2,2d_в.вх . Ступица шкива и полумуфты равна 1,5d_в.вх , поэтому длина шпонки 1,5d_в.вх – (3…5) мм (длина шпонки соизмерима с длиной ступицы для лучшего центрирования). После левого подшипника предусматривается участок с мелкой резьбой для установки гайки и стопорного кольца.

В редукторах червячно-цилиндрических входной вал – червяк. Червяки выполняются стальными заодно целое с валом. Геометрические размеры червяка (d₁, d_a1, d_f1, в₁, ℓ) известны из расчета и эскизной компоновки редуктора.

Главное требование к конструкции червяка – это обеспечение высокой его жесткости. С этой целью расстояние между опорами стараются сделать как можно меньшим.

ℓ_min d_а2 (d_а2 – наружный диаметр червячного колеса).

Диаметр вала-червяка в не нарезанной части назначают равным d_f1 – (1…2) мм, чтобы обеспечить свободный выход инструмента при обработке витков, но не ослабляя вал червяка.

Входной конец червяка определяется также как и для любого входного вала (d_в.вх = или d_в.вх = 1,1 при ременной передаче) предусматривает-ся резьбовой участок с мелкой резьбой для установки гайки и стопорной шайбы. Под подшипник диаметры вала червяка оканчиваются на 0 или 5. затем идет один или несколько перепадов диаметров до диаметра d_f1. Если при этом высота заплечика для упора подшипников мала, тогда предусматривается упорный буртик с кольцевой канавкой.

Промежуточные валы (рис.10)

Рис.10

Расчетным диаметром, как правило, является d_в под шестерней тихоходной передачи. Его увеличивают на 10% за счет ослабления шпоночным пазом, т.к. шестерня крепится на валу шпоночным соединением. Диаметр вала под подшипник должен быть меньше на (2…5) мм, но не меньше, чем полученный из условия прочности на кручение (для эскизной компоновки). Под распорную втулку диаметр вала может оставаться равным диаметру вала под подшипник, т.к. втулка посажена на вал по посадке с зазором или переходной. Распорная втулка не должна выступать за внутреннее кольцо подшипника; в деталь она должна упираться на половину диаметра ступицы детали, поэтому форма ее может быть Г - образной. Если диаметр впадин шестерни d_f1 < 1,6 d_в , то шестерню нарезают на валу. Допускается участок выхода фрезы D_е распространять на торцы вала, контактирующие с колесом или внутренним кольцом подшипника.

Тихоходные валы

Рис.11

Тихоходные валы имеют выходной участок 1,7 d_в от центра подшипника до середины шпонки или шлицев. Длина шлицевого участка ℓ равна ширине шестерни открытой передачи или 1,5 d_в , если на выходной конец одевается звездочка цепной передачи или полумуфта. Наружный диаметр шлицев должен свободно пропускать подшипник до своего посадочного места. Вал изготавливают с буртом для упора колеса.

Распорная втулка Г – образного сечения передает усилие на подшипник. Диаметр вала под подшипник и под распорную втулку можно принять одинаковым, т.к. втулка надета по посадке переходной или с зазором. Для повышения технологичности конструкции радиусы галтелей и размеры фасок на одном валу желательно принимать одинаковыми.

Конструирование подшипниковых узлов редукторов

Детали подшипникового узла должны обладать достаточной прочностью и жесткостью.

1. В редукторах с цилиндрическими прямозубыми колесами осевых усилий нет, но могут возникнуть случайные осевые толчки, поэтому рекомендуется закреплять один подшипник по внутреннему и наружному кольцам (шарнирно-неподвижная опора), другой подшипник делать плавающим (шарнирно-подвижная опора). Такой способ установки подшипников допустим при любом расстоянии между опорами, т.к. возможность заклинивания тел качения исключена.

Рис.12

На рис.12 установлены стаканы: справа – для закрепления наружного кольца подшипника, слева – чтобы была сквозная расточка корпуса без уступов, облегчающая процесс обработки отверстий под подшипники с одной установки. Это также обеспечивает бóльшую точность посадочных мест.

На рис.13 наружное кольцо левого подшипника крепится с одной стороны разжимным стопорным кольцом.

Рис.13

Если частота вращения вала не большая (n < 150 об/мин), а нагрузки на подшипник значительные, то устанавливаются роликовые радиальные подшипники (рис.14).

Рис.14

Левый подшипник жестко фиксирует вал по отношению к корпусу и может воспринимать радиальные и двухсторонние осевые силы. Наружное кольцо правого подшипника закреплено в корпусе, но так как оно не имеет бортов, то опора плавающая (вал, одетое с натягом на него внутреннее кольцо и ролики могут перемещаться относительно наружного кольца). Если длина вала между опорами ℓ  150 мм, то радиальные подшипники можно ставить враспор, при этом возможное удлинение вала будет компенсироваться за счет осевого зазора в подшипниках, или у правого подшипника (рис.) между наружным кольцом и крышкой предусматривается зазор.

2. В редукторах с косозубыми колесами на опоры всегда действует осевая нагрузка, возрастающая с увеличением -угла наклона зубьев. Если угол наклона зубьев   9, то можно устанавливать радиальные шарикоподшипники, а при  > 9 - радиально-упорные подшипники /шариковые или роликовые/ (Рис.15 и 16). Если расстояние между серединами подшипников не более 350 мм, то шариковые радиально-упорные или конические роликовые подшипники устанавливают враспор и фиксируют положение вала в осевом направлении в обе стороны. При увеличении расстояния между опорами тепловое удлинение вала может превысить осевые зазоры в подшипнике и вызвать заклинивание тел качения. Осевой зазор регулируется комплектом металлических прокладок толщиной каждая 0,05…0,5 мм (сталь), устанавливаемых между корпусом и крышкой подшипника.

Рис.15

Рис.16

При значительном расстоянии между опорами (ℓ > 350 мм) или в тех случаях, когда действует значительная радиальная нагрузка совместно с осевой, при реверсивном вращении вала, когда следует ожидать большого теплового удлинения вала – во всех этих случаях на одной опоре устанавливают враспор два радиально-упорных шарико- (рис.17) или роликоподшипника (рис.18); другую опору делают плавающей – с радиальным шарикоподшипником или с роликовым без бортов на наружном кольце (тип 2000).

Рис.17

Рис.18

3. В передачах с шевронными колесами или сдвоенными косозубыми колесами, образующими шеврон, постоянно действующие осевые усилия отсутствуют. В этих редукторах подшипники вала, на котором расположены колеса, фиксируют относительно корпуса в осевом направлении. Вал, на котором надеты шестерни (или выполнены заодно с валом), должен быть плавающим, чтобы у него была возможность самоустанавливаться по колесам. Для плавающих валов следует применять роликоподшипники радиальные без бортов (тип 2000) на наружном кольце (рис.19). Наружные кольца этих подшипников закрепляют в корпусе между крышкой и разжимным (пружинным) кольцом, а в осевом направлении вал может перемещаться вместе с внутренними кольцами и роликами по отношению к наружным кольцам.

Рис.19

4. При конструировании подшипниковых узлов конических зубчатых редукторов необходимо учитывать постоянно действующее осевое усилие. Для быстроходных передач небольшой мощности целесообразно ставить радиально-упорные шарикоподшипники (рис.20)

Рис.20

При средних мощностях и меньших скоростях (n < 150 об/мин), устанавливаются конические роликоподшипники (рис.21).

Рис.21

На рис.22 показана установка подшипников врастяжку.

Рис.22

Установку подшипников на рис.20 и 21 следует считать более рациональной, чем на рис.22, т.к. в первом случае осевая нагрузка воспринимается подшипником, на который действует меньшая радиальная сила. При установке подшипников по рис.20 и 21 осевой зазор регулируют прокладками между фланцем стакана и крышкой. Регулировка осевого зазора при установке по рис.22 осуществляется резьбовой гайкой со стопорным кольцом.

В отношении жесткости узла конструкция на рис. предпочтительнее, чем на рис.20 и 21, т.к. при одинаковых расстояниях между опорами ℓ, величина опорной базы ℓ₂ больше ℓ₁ .

5. В червячных редукторах используют радиально-упорные шариковые и роликовые конические подшипники. При межосевом расстоянии червячной передачи а  180 мм и ℓ  400 мм вал червяка можно устанавливать на радиально-упорных подшипниках враспор (рис.15 и 16). При ℓ > 400 мм оба радиально-упорных подшипника следует ставить в одной опоре (шарнирно-неподвижная опора), а другую делать плавающей (шарнирно-подвижная опора) (рис.17 и 18). В узлах по рис.17 и 18 наружный диаметр червяка должен быть меньше внутреннего диаметра борта стакана, тогда червяк легко вынуть. Положение червяка относительно колеса можно регулировать в осевом направлении прокладками между фланцем стакана и корпусом.