ГЛАВА 12

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ УЗЛОВ ЗУБЧАТЫХ И ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

Выше приведены рекомендации по выполнению отдельных этапов курсового проекта, а также краткая характеристика вариантов конструктивных решений. При выполнении курсового проекта из всего многообразия вариантов следует выбрать один — оптимальный. Количество возможных сочетаний типов подшипников, схем их установки, способов регулирования, конструкций крышек подшипников, стаканов, зубчатых или червячных колес, червяков, смазочных и уплотнительных устройств очень велико. Это многообразие создает при выполнении проекта определенные трудности. Для облегчения выбора решений в настоящей главе приведены варианты типовых конструкций опорных узлов зубчатых и червячных передач, состоящих из валов с установленными на них деталями. Напомним, что сборку валов с сопряженными деталями выполняют, как правило, вне корпуса изделия.

На специализированных заводах—изготовителях редукторов направление линии зуба косозубых цилиндрических колес в целях уменьшения их номенклатуры задают правым, а сопряженных шестерен — левым.

12.1. ВХОДНЫЕ (БЫСТРОХОДНЫЕ) ВАЛЫ РЕДУКТОРОВ

Редукторы цилиндрические и цилиндрически-червячные с прямозубыми и косозубыми зубчатыми колесами. На рис. 12.1 приведены конструкции

входных валов цилиндрических редукторов, выполненных no развернутой схеме. В таких редукторах шестерню располагают несимметрично относительно опор, смещая ее ближе к опоре, противоположной участку вала, выступающего из редуктора. Так как на входной конец вала действует консольная нагрузка, такое расположение шестерни приводит к более равномерному нагружению опор и распределению нагрузки по длине зуба.

Подшипники входных валов цилиндрических редукторов с прямозубыми и косозубыми зубчатыми колесами чаще всего устанавливают по схеме «враспор» (см. рис. 3.9). Необходимый осевой зазор обеспечивают с помощью тонких металлических прокладок 3 между корпусом и привертными

242 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

Рис. 12.1

крышками (рис. 12.1, a, в) или с помощью компенсаторного кольца 4 между торцами закладной крышки и наружного кольца шарикового радиального подшипника. Для удобства сборки компенсаторное кольцо устанавливают со стороны глухой крышки (рис. 12.1, б).

При установке роликовых конических подшипников и применении закладных крышек необходимую точность регулирования можно достичь с помощью винта 5 (рис. 12.1, г). Конические роликоподшипники применяют в конструкциях входных валов цилиндрических редукторов чаще всего для повышения жесткости и уменьшения габаритов опор. Регулирование с помощью резьбовых деталей проще, так как не нужно снимать

крышку редуктора для замены прокладок. Однако конструкция узла усложнена.

Подшипник, находящийся вблизи шестерни, защищают маслоотражательными шайбами 1 от чрезмерного залива маслом, выдавливаемым вместе с продуктами изнашивания из зубчатого зацепления. Если шайба изготовлена из тонкого листового материала, то для ее точного центрирования устанавливают дополнительно кольцо 2, ширина которого должна быть больше ширины канавки перед заплечиком вала.

Конструкции входных валов одноступенчатых цилиндрических редук-

тороввыполняют так, как показано на рис. 12.1, но шестерню располагают симметрично относительно опор.

На рис. 12.2 показаны конструкции входных валов соосных цилиндрических редукторов. Шестерню располагают симметрично относительно опор вала. Подшипники устанавливают враспор. Необходимый осевой зазор обе-

Рис. 12.2

спечивают при сборке установкой набора тонких металлических прокладок 1 под фланец привертной крышки (рис. 12a .2, ) или компенсаторного кольца 2 при применении закладной крышки (рис. 12.2, б). Одну из опор устанавливают на внешней боковой стенке редуктора, другую — на внутренней стенке (промежуточная опора) рядом с опорой соосно расположенного выходного вала.

В цилиндрически-червячном редукторе входным является вал-шестерня цилиндрической передачи (рис. 12.3), который размещают в корпусе

244 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

Рис. 12.3

после установки на промежуточном валу редуктора сопряженного колеса. Для постановки в корпус комплекта вала-шестерни должен быть предусмотрен зазор С. Для этого уменьшают размер левого по рисунку подшипника (рис. 12.3, а) или применяют подшипник разборной конструкции

(рис. 12.3, б, в).

246 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

если плоскость разъема корпуса проходит через ось вала. Если корпус выполнен без разъема1 , то — пружинное плоское упорное внутреннее кольцо. В плавающей опоре (рис. 12.4, а) рекомендуют закреплять внутреннее кольцо подшипника с двух сторон в целях предотвращения его случайного схода с вала. Для компенсации неизбежной неточности изготовления по длине деталей между пружинным кольцом 2 и торцом внутреннего кольца подшипника устанавливают компенсаторное кольцо 3, толщину которого подбирают при сборке.

При применении подшипника с одним бортом на наружном кольце (рис. 12.4, б) необходимое осевое положение привертных крышек устанавливают при сборке подбором тонких металлических прокладок 4. Наружные кольца имеют свободу осевого перемещения на зазор z = 0,5...0,8 мм в сторону крышки подшипников. Закреплять на валу внутреннее кольцо подшипника нет необходимости.

В начальный момент осевого плавания вала ролики подшипников смещают наружные кольца на некоторую величину в сторону крышек. При этом зазор z уменьшается и в дальнейшем за счет тепловых деформаций вала выбирается полностью. Найдя свое положение, наружные кольца остаются неподвижными (рис. 12.4, в). При этом между роликами и бортом наружного кольца при плавании вала имеется осевой зазор s. Зазор s в процессе работы изменяется в некоторых пределах, определяемых точностью изготовления зубьев зубчатых колес.

Важное достоинство схемы — возможность регулирования начального значения осевого смещения наружного и внутреннего колец подшипника.

Редукторы конические и коническиНа рис-цилиндрические. 12.5, 12.6 .

показаны конструкции входных валов — конических шестерен с установкой подшипников врастяжку (см. схему 2б на рис. 3.9).

При сборке конической передачи регулируют вначале подшипники, а затем зацепление. Регулирование осевого зазора в радиально-упорных подшипниках (см. рис. 12.5) осуществляют осевым перемещением по валу с помощью круглой шлицевой гайки внутреннего кольца подшипника. При регулировании зацепления вал-шестерню перемещают в осевом направлении путем изменения толщины набора тонких металлических прокладок 1 между корпусом редуктора и фланцем стакана.

Вузле (рис. 12.5, а) применены конические роликовые подшипники

супорным бортом на наружном кольце (см. табл. 24.18). Стакан при этом

имеет очень простую конструкцию.

Подшипник, расположенный ближе к конической шестерне, нагружен большей радиальной силой и, кроме того, воспринимает и осевую силу со стороны зацепления. Поэтому в ряде конструкций этот подшипник выбирают более тяжелой серии (рис. 12.5, б) или с большим диаметром посадочного отверстия (рис. 12.5, в). Устанавливают подшипник непосредственно в отверстии корпуса. Это повышает точность радиального положения шестерни.

В узле (рис. 12.5, г) для размещения подшипников вала конической шестерни применен стакан с кольцевым выступом в отверстии. Точность

Рис. 12.5

установки наружных колец в стакане зависит от точности изготовления торцов этого выступа. Наличие кольцевого выступа в отверстии стакана усложняет его обработку.

Особенностью конструкций стаканов, применяемых для установки подшипников врастяжку, является то, что их положение в корпусе определяет не внешняя цилиндрическая поверхность, а весьма развитый

248 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

Рис. 12.6

фланец. Поэтому цилиндрическая поверхность, используемая лишь для центрирования, может быть значительно сокращена (см. рис. 12.5, в).

На рис. 12.6, a, б изображены конструкции узлов конических шестерен, примененных в автомобилях. Здесь внутреннее кольцо левого подшипника поджатоК гайкой до упора в торец компенсаторного кольца или в торец компенсаторной втулки 1, что улучшает его базирование. В приводе заднего моста между торцами внутренних колец подшипников может быть установлена стальная податливая втулка 1 (рис. 12.6, в).

Требуемый предварительный натяг подшипников создают динамометрическим ключом при моменте затяжки 120...180 Н·м.

На рис. 12.7, 12.8 приведены конструкции входных валов конических шестерен с одной фиксирующей и одной плавающей опорами (см. схему 1б на рис. 3.9). Для удобства регулирования осевого положения шестерни в стакан заключают обе опоры вала — фиксирующую и плавающую (рис. 12.7, а). Регулирование подшипников фиксирующей опоры осуществляют подбором и подшлифовкой компенсаторного кольца К. В одном из зарубежных станков (рис. 12.7, б) фиксирующая опора расположена не у выходного конца вала, как обычно, а рядом с конической шестерней.

Рис. 12.7

При монтаже (и демонтаже) подшипников, по возможности, следует применять гидрораспор — подачу масла под давлением (рис. 12.6, а и 12.7, а).

Общим недостатком консольного расположения шестерни является неравномерное распределение нагрузки по длине зуба шестерни. Более рациональным с этой точки зрения является неконсольное расположение шестерни. Однако такие конструкции сложнее. Дополнительную опору можно разместить в специально выполненной внутренней стенке редуктора (рис. 12.8, a, б). Так как зубья конической шестерни нарезают на валу, то посадочный диаметр под подшипник оказывается небольшим. Рядом расположенное колесо конической зубчатой передачи ограничивает радиальные размеры этой опоры. Фиксирующую опору по рис. 12.8, a регулируют крышкой 1, завинчивая ее в стакан, a no рис. 12.8, б — подбором и подшлифовкой компенсаторного кольца К. Коническое зацепление регулируют набором металлических прокладок 2, устанавливаемых под фланцем стакана.

Возможный вариант конструкции с расположением дополнительной опоры в стакане показан на рис. 12.9. Жесткость узла в этом случае достаточно высокая, и в целях снижения потерь на вращение можно использовать шариковые радиально-упорные подшипники в фиксирующей опоре и радиальный подшипник в плавающей опоре. Регулирование подшипников фиксирующей опоры выполняют тонкими металлическими1, прокладками конического зацепления — металлическими прокладками 2.

250 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

Рис. 12.8

Рис. 12.9

Вприведенных конструкциях подшипниковые кольца поджимают

кторцам заплечиков, выполненных непосредственно на валу и в стакане. При необходимости могут быть созданы искусственные заплечики для

вала (см. рис. 7.19) и для стакана (см. рис. 7.21).

Редукторы червячные. В червячных редукторах входным является вал червяка. Примеры возможного конструктивного оформления показаны на рис. 12.10–12.13.

Рис. 12.10

Рис. 12.11

На рис. 12.10, а, б радиально-упорные подшипники установлены враспор. Их регулируют набором тонких металлических прокладок 1, устанавливаемых под фланцем крышки подшипника.

В зависимости от окружной скорости червяк может иметь верхнее или нижнее расположение относительно червячного колеса. При нижнем расположении червяк погружен в масляную ванну и при вращении создает своей винтовой нарезкой струю масла, заливающую подшипник. Для защиты подшипника устанавливают маслоотражательное кольцо 2 (см. рис. 12.10, б). Это кольцо выполняют с поперечными выступами-лопатками, которыми масло разбрызгивают внутри корпуса редуктора, смазывая зацепление и подшипники выходного вала. При верхнем расположении червяка кольца 2 не ставят. Если не удается обеспечить надежный подвод масла для смазывания подшипников, то используют пластичный смазочный материал и устанавливают мазеудерживающие кольца 3 (рис. 12.11).

На рис. 12.11 показано конструктивное оформление узла вала-червяка при установке подшипников пo схеме 1б (см. рис. 3.9): левая опора фиксирующая, правая — плавающая. При такой схеме установки подшипников

252 Глава 12. Примерыч конструкций узлов зубчатых и червячных переда

Рис. 12.12

Рис. 12.13

фиксирующая опора может воспринимать значительные осевые силы, так как можно применить конические подшипники с большим углом конуса.

Минимальные в радиальном направлении размеры опор, а также минимальное расстояние между подшипниками можно получить при установке комбинированных радиально-упорных игольчатых подшипников (рис. 12.12). Для базирования торцовой части комбинированного игольчатого подшипника корпусные детали должны быть обработаны. Уплотнение на входном конце вала расположено в гладком отверстии, предназначенном для установки подшипника. Необходимый для работы подшипника зазор обеспечивают с помощью металлических прокладок 1.

Отечественная промышленность также выпускает подобные подшипники — тип 594000К.

Валы-червяки при сборке заводят в корпус через отверстие, предназначенное для установки подшипников. Поэтому диаметральные размеры червяка или деталей, расположенных на валу, должны быть меньше диа-

метра отверстия на 2 С. Если диаметр dal червяка больше диаметра D подшипника, то подшипник устанавливают в стакане (см. рис. 12.11).

Возможные исполнения фиксирующей опоры вала-червяка приведены на рис. 12.12. Так, на рис. 12.12, а для крепления подшипников в корпусе предусмотрен упорный заплечик, который, однако, усложняет обработку посадочных отверстий под подшипники. Применение подшипников с упорным бортом на наружном кольце (рис. 12.12, б) значительно упрощает конструкцию: гладкое отверстие в корпусе, отсутствует стакан.

На рис. 12.12, б конические роликоподшипники поставлены широкими торцами наружных колец навстречу друг другу, а на рис. 12.11 — широкими торцами наружу. Вариант по рис. 12.12, б характеризует бîльшая угловая жесткость.

Диаметральные размеры опоры при необходимости можно уменьшить, если радиальную и осевую силы воспринимают разные подшипники. В конструкции, представленной на рис. 12.12, в, конические роликоподшипники установлены в корпусе с небольшим зазором и, следовательно, могут воспринимать только осевую силу. Разгружая конические подшипники от радиальной силы, можно увеличить их ресурс. Радиальную силу воспринимает радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами. Для восприятия радиальной нагрузки могут быть использованы радиальные подшипники других типов. В целом опора (рис. 12.12, в) дороже, например, опоры на рис. 12.12, б.

На рис. 12.12, г приведена конструкция фиксирующей опоры червяка, в которой применены шариковые подшипники — радиальный и радиальноупорный с разъемным внутренним кольцом. Здесь, как и на рис. 12.12, в, чтобы радиально-упорный подшипник воспринимал только осевую силу, между посадочным отверстием и этим подшипником предусмотрен зазор. Радиально-упорный подшипник нерегулируемого типа: необходимый осевой зазор обеспечивают при изготовлении подшипника. В других вариантах (см. риса–. 12.12, в) подшипники фиксирующей опоры регулируют гайкой 1. При этом между кольцами подшипников иногда ставят точно пригнанные кольца K (на рисунках показаны штриховой линией). Обратите внимание на то, как на рис. 12.12, б, в установлены крышки подшипников. При затяжке болтов крепления крышка поджимает борт на наружном кольце подшипника к корпусу. Между торцом крышки и платиком корпуса обязательно должен остаться небольшой зазор . Такое закрепление гарантирует передачу осевой силы любого направления с подшипника на корпус.

КоробкиПодшипникипередач. валов двухскоростных коробок передач устанавливают чаще всего враспор. Зазор для компенсации тепловых деформаций обеспечивают установкой тонких металлических прокладок 1 под фланцы привертных крышек (рис. 12.13). На входном валу коробок передач располагают передвижной блок шестерен. Вращающий момент передают шлицевым соединением. Шлицы нарезают по всей длине вала между подшипниками. Для предотвращения аварийного перемещения блока шестерен до упора в подшипник предусматривают ограничители хода, в качестве которых можно использовать кольца 2.