3. Основные детали редукторов

1.3.1 На рисунке 1.5. изображены детали классического одно-ступенчатого цилиндрического редуктора. С ними сходны по конструкции детали других редукторов, с которыми вам предстоит ознакомиться.

1.3.2 Корпус – наиболее массивная и дорогая часть редуктора. Он служит для размещения деталей передачи, их точной взаимной координации, защиты от загрязнения и организации смазки трущихся поверхностей.

Корпус воспринимает усилия, возникающие в зацеплении, и др. Он должен быть не только прочным, но и жестким, чтобы его собственные деформации были минимальны и не влияли ощутимо на правильность зацепления зубьев передач. Жесткость – основной критерий работоспособности корпуса. При достаточной жесткости прочность обеспечивается обычно с многократным запасом.

Корпус представляет собой коробку, стенки которой ограничиваются как плоскими, так и изогнутыми поверхностями. Ввиду сложности формы, корпус чаще выполняют литым, реже его сваривают из

малоуглеродистой стали. Преобладающим материалом отливок служит серый чугун. Стальное литье применяют редко – лишь в случаях воздействия больших нагрузок ударного характера. Для облегчения конструкций используют литье из алюминиевых и магниевых сплавов.

1 – крышка подшипника глухая; 2 – подшипник качения; 3 – основание корпуса; 4 – колесо зубчатое; 5 – вал тихоходный; 6,7,8 – крепеж (болт, шайба пружинная, гайка), соединяющий части корпуса; 9 – крышка корпуса; 10 – прокладка; 11 – крышка смотрового отверстия; 12 – рым-болт; 13 – штифт; 14 – крышка подшипника проходная; 15 – вал-шестерня; 16 – маслоуказатель жезловый; 17 – пробка сливная; 18 – шайба маслоотражательная; 19 – прокладка крышки подшипника.

Рисунок 1.5 – Детали одноступенчатого цилиндрического редуктора

Корпус редуктора может выполняться неразъёмным в виде одной детали и разъёмным, состоящим из нескольких деталей (рисунок 1.6).

Неразъёмный корпус обычно проще конструктивно и легче. Но его использование затрудняет сборку редуктора и для обеспечения сборки порой приводит к усложнению конструкции других элементов редуктора. Неразъёмные корпуса характерны для редукторов специального назначения, от которых требуется компактность и малая масса (транспортные машины, авиация и т.п.). Иногда их используют для конических и червячных редукторов общего назначения.

Разъёмный корпус позволяет облегчить сборку и упростить конструкцию некоторых деталей. К его недостаткам (по сравнению с неразъемным корпусом) относятся: большая масса, большие габариты, повышенная трудоёмкость обработки. Он состоит, как минимум, из двух частей – основания и крышки (см. рисунок 1.6) иногда этих частей бывает и больше.

Плоскость разъема частей корпуса проходит, как правило, через оси валов. Она обычно параллельна опорной поверхности основания корпуса. Косой разъём менее технологичен, его выполняют иногда (см. рисунок 1.6) при большой разнице диаметров колёс у разных ступеней для более оптимального погружения колес в масло.

В плоскости разъема части корпуса стыкуются элементами, называемыми фланцами. Фланцы соединяются между собой резьбовыми крепежными деталями.

С плоскостью разъема корпуса совпадают оси отверстий (гнезд) под подшипники. Отверстия эти обрабатываются в специальных приливах корпусных деталей (приливы, особенно мелкие, называют еще бобышками).

Очень важно уяснить, что отверстия под подшипники и наружные поверхности приливов, в которых располагаются эти отверстия, обрабатываются у обеих частей корпуса одновременно после их предварительной сборки. Для выполнения этой сборки сначала начисто обрабатывают следующие элементы корпуса (см. рисунок 1.6):

– опорную поверхность основания;

– плоскости разъема основания и крышки;

– отверстия под крепеж, соединяющий основание и крышку.

Затем части корпуса соединяют резьбовым крепежом и во фланцах (сразу в обоих) сверлят и развертывают два (иногда более) отверстия под штифты (см. рисунок 1.5 поз.13). После установки штифтов предварительная сборка считается законченной, и корпус направляется на обработку отверстий под подшипники. Роль штифтов весьма важна: они, в отличие от резьбовых деталей, ставятся в отверстия

1 – основание; 2 – крышка; 3 – фланцы для соединения частей корпуса; 4 – приливы для отверстий под подшипники; 5 – отверстие под крепеж; 6- отверстия для винтов крепления крышек подшипников; 7 – прилив (лапа) с отверстиями для установки и крепления к фундаменту; 8 – прилив с отверстием для сливной пробки; 9 – прилив с отверстием для маслоуказателя; 10 – приливы для рым-болтов; 11 – прилив для смотрового отверстия; 12 – ребра жесткости.

Рисунок 1.6 – Разъёмный корпус цилиндрического редуктора (вверху справа вариант корпуса с косым разъёмом)

без зазора и за счет этого точно фиксируют взаимное положение частей корпуса (основания и крышки) как при их совместной обработке, так и при всех последующих сборках редуктора.

Стык по плоскости разъема корпуса герметизируют уплотнительной пастой, которая наносится на поверхности разъема при окончательной сборке редуктора. После затяжки крепежа лишняя паста выдавливается, а оставшаяся образует герметизирующий слой, практически не имеющий толщины и не искажающий поэтому круглую форму отверстий под подшипники.

Примечания

1 Уплотнительные пасты именуют еще "Герметиками". Они имеют разный состав и представляют собой вязкие жидкости. После нанесения одни пасты полностью высыхают и затвердевают, другие сохраняют эластичность. Широко применяется паста марки УН-25 по ТУ 6-10-1284-77.

2 Указание о герметизации стыка между частями корпуса дается пунктом технических требований на чертеже редуктора. Пункт имеет такое, примерно, содержание: "Поверхности разъема основания поз.2 и крышки поз.3 смазать перед окончательной сборкой пастой уплотнительной УН-25, ТУ 6-10-1284-77".

В нижней части (основании) корпуса (см. рисунок 1.6) предусматриваются лапы с отверстиями для установки и крепления корпуса к раме; отверстие для сливной пробки и отверстие для устройства, которым контролируется уровень масла.

В верхней части (крышке) корпус имеет обычно смотровое отверстие, приливы с отверстиями для рым-болтов или же приливы для непосредственной застропки при подъёме краном.

1.3.3 Зубчатые колёса, образующие пару, называются: большее – колесом, меньшее – шестерней. Термин "зубчатое колесо" является общим.

Колесо может быть выполнено как самостоятельная деталь, так и за одно целое с валом (вал-шестерня). Последний вариант используют тогда, когда диаметр колеса, примерно, не более чем вдвое превышает диаметр вала.

Основным материалом цилиндрических и конических зубчатых колёс является сталь различных марок. Реже применяют серый чугун или пластмассы.

Конструкция зубчатого колеса зависит от его размера и технологии изготовления (рисунок 1.7). У колеса различают три основных элемента: зубчатый венец (обод), ступицу и диск. Из рисунка 1.7 видно, что эти элементы разграничиваются не всегда четко.

В редукторах преобладают колёса с диаметрами до 600 мм. Их изготавливают из круглого проката (при малых диаметрах), а чаще из кованых и штампованных заготовок. Колёса больших размеров выполняют литыми, сварными или же собранными из отдельных частей.

Червячные колёса в целях экономии выполняют составными: венец из бронзы, ступица и диск (центр) из чугуна или стали (рисунок 1.8). Мелкие червячные колёса (с диаметром до 100...120 мм) выполняют целиком из бронзы, цельными выполняют также и чугунные колёса всех размеров.

Червяки выполняют, как правило, за одно целое с валом (рисунок 1.9). Рабочие поверхности червяков подвергаются термоупрочнению (поверхностная закалка, цементация) и шлифуются.

Зубчатые колеса в большинстве случаев неподвижно устанавливаются на валах с небольшим зазором или натягом. Для передачи крутящего момента используется шпоночное или реже – шлицевое соединение. В отдельных случаях натяг увеличивают, и тогда крутящий момент может передаваться за счет трения между ступицей колеса и валом. Подвижные в осевом направлении колеса (в коробках передач) устанавливаются на валах с зазором. Крутящий момент в этом случае передается чаще всего шлицевым соединением, реже – шпоночным.

1.3.4 Валы несут на себе зубчатые колёса и другие детали передач, обеспечивают их правильное взаимное положение, восприни­мают и передают усилия в передачах.

Диаметральные размеры валов определяются в конечном итоге не столько их прочностью при изгибе и кручении, сколько конструктивными соображениями и жесткостью.

Для валов, подчиненных критерию жесткости, применяют, как пра­вило, углеродистые и малолегированные стали с содержанием углерода 0,35…0,50%. Валы из этих сталей обычно нормализуют или улучшают, шлицевые участки, а также поверхности, взаимодействующие с уплот­нениями и подшипниками скольжения, подвергают поверхностной за­калке. Валы, на которых нарезаны зубья зубчатых колес (вал-шестерня) выполняют из тех сталей, которые назначены для зубчатых колес. Тер­мообработка при этом зачастую определяется требованиями к зубча­тому колесу (цементация, азотирование).

Для передачи моментов от деталей, насаженных на валы, к самим валам в редукторах чаще применяют шпоночные соединения, реже - шлицевые и соединения с натягом.

Концы валов, выходящие наружу из редуктора, проектируются в расчете на установку на них шкивов, звездочек, муфт и т.п. Эти концы выполняются цилиндрическими или реже коническими со шпоночным пазом, а иногда - шлицевыми.

Они снабжаются зачастую резьбовым хвостовиком или осевыми резьбовыми отверстиями. То и другое пред­назначено для осевой фиксации деталей, насаживаемых на конец вала. В более редких случаях вал (обычно тихоходный) может заканчиваться зубчатым венцом, служащим частью зубчатой муфты, или фланцем с осевыми отверстиями, расположенными по окружности.

Представление о назначении отдельных элементов валов дают рисунки 1.13 - 1.16.

а, б, в, г – колёса малого диаметра (до 200 мм); д, е, ж, з – колёса среднего диаметра (200…600 мм), изготовленные из поковок и штамповок;

1 – зубчатый венец (обод); 2 – диск; 3 – ступица.

Рисунок 1.7 – Характерные конструкции зубчатых колёс

Продолжение рисунка на следующей странице.

и – передвижная шестерня; к – блок шестерён коробки скоростей;

л – вал-шестерня цилиндрическая; м – вал-шестерня относительно малого диаметра; н – вал-шестерня коническая; R – радиус перехода, соответствующий радиусу фрезы, которой нарезались зубья.

Рисунок 1.7 – Характерные конструкции зубчатых колёс (продолжение рисунка)

1 – венец посажен на центр с натягом и дополнительно зафиксирован стопорными винтами;

2 – венец соединён с центром болтами;

3 – венец отлит в форме, куда предварительно установлен центр, имеющий впадины для более надёжного соединения с венцом.

Рисунок 1.8 – Характерные конструкции червячных колёс, состоящих из бронзового венца и чугунного или стального центра

Конструкции червяков:

1 – цилиндрического;

2 – цилиндрического с относительно малым диаметром;

3 – глобоидного.

Рисунок 1.9 – Характерные конструкции червяков

1.3.5 Подшипники поддерживают вращающиеся валы и другие детали, воспринимают от них нагрузки и передают эти нагрузки корпусу.

В редукторах преобладают подшипники качения. Подшипники скольжения применяют иногда в крупных редукторах, а также при особо высоких частотах вращения. Они весьма требовательны к непрерывной подаче смазки, поэтому для смазывания подшипников скольжения тре­буется, как правило, циркуляционная система смазки со специальным насосом, фильтром и др. устройствами.

Подшипники качения менее требовательны к организации смазки и отличаются зачастую меньшими потерями на трение. Эти и некоторые другие достоинства обеспечили им широкое распространение в маши­ностроении.

Подшипник качения в общем случае состоит из следующих частей (рисунок 1.10):

– наружного и внутреннего колец, на которых имеются полирован­ные дорожки качения;

– тел качения (шариков или роликов);

– сепаратора, разделяющего и направляющего тела качения.

В подшипниках некоторых типов могут отсутствовать сепаратор, а также одно или оба кольца. Функции отсутствующих колец выполняют при этом другие детали (вал, корпус и т.д.).

По форме тел качения подшипники делятся на шариковые и роли­ковые (с роликами цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми).

По способности воспринимать нагрузки осевого и радиального на­правлений подшипники делят на четыре следующие группы;

– подшипники радиальные (воспринимают в основном или только радиальную нагрузку);

– подшипники радиально-упорные (воспринимают радиальную и осевую нагрузки приблизительно в равной степени);

– подшипники упорно-радиальные (по сравнению с предыдущими в большей степени воспринимают осевую нагрузку за счет радиальной). Упорно-радиальные подшипники не всегда выделяют в отдельную группу и зачастую рассматривают их как радиально-упорные;

– упорные подшипники (воспринимают в основном или только осе­вую нагрузку).

Наиболее распространенные типы подшипников качения охаракте­ризованы в приведенной ниже таблице 1.1.

Большинство подшипников качения относится к изделиям стан­дартным. Годовой выпуск подшипников в России близок к миллиарду, а количество типоразмеров значительно превышает тысячу.

Предусмотрено пять классов точности подшипников (в порядке по­вышения точности): 0, 6, 5, 4, 2. Подшипники повышенной точности бо­лее дороги, но они отличаются повышенной долговечностью и меньшим шумом при работе.

На каждом подшипнике качения ставится клеймо – его условное обозначение. Расшифровка смысла этого обозначения приводится в специальной литературе, например /8/.

Для понимания последующего материала важно уяснить свойства зазоров у разных типов подшипников.

У радиальных шарикоподшипников (рисунок 1.10) радиальный и осевой зазоры для данного подшипника постоянны. Поэтому эти и по­добные им по свойствам радиальные роликоподшипники с цилиндриче­скими роликами и радиальные сферические двухрядные шарико - и ро­ликоподшипники называют нерегулируемыми. Заметим, что осевой зазор называют еще осевой игрой подшипника.

У радиально-упорных роликовых и шариковых подшипников (рису­нок 1.11) радиальный и осевой зазоры зависят от взаимного положения наружного и внутреннего колец и могут регулироваться сразу оба за счет перемещения одного кольца относительно другого. Подшипники эти называются регулируемыми. Операция регулировки выполня­ется после монтажа подшипников на свое место в подшипниковом узле.

Кольца подшипника в подшипниковом узле могут монтироваться неподвижно, т.е. с некоторым натягом, или подвижно - с зазором. С на­тягом обычно монтируется вращающееся кольцо (чаще оно внутреннее), а с зазором - неподвижное (чаще оно наружное). Бывают, однако, и от­ступления от этого правила.

Итак, еще раз обращаем ваше внимание, что из числа подшипни­ков, охарактеризованных в таблице 1.1, к регулируемым относятся ра­диально-упорные шариковые и роликовые с коническими роликами. Ос­тальные – нерегулируемые.

Рисунок 1.10 – Иллюстрация зазоров в нерегулируемых подшипни­ках

Таблица 1.1 – Наиболее распространенные типы подшипников качания

№ п/п	Эскиз	Краткая характеристика
1		Радиальные шарикоподшипники способны вос­принимать радиальные и значительно меньшие двух­сторонние осевые нагрузки. Для этих подшипников перекос наружных колец относительно внутренних, вызванный несоосностью гнёзд в корпусе и прогибом вала, не должен превышать 10…15 угловых минут. Подшипники принадлежат к наиболее распростра­нённому, дешевому и быстроходному типу.
2		Радиальные роликоподшипники с короткими ци­линдрическими роликами способны воспринимать значительно большие радиальные нагрузки, чем рав­ногабаритные радиальные шарикоподшипники, но ус­тупают им по быстроходности и стоят несколько до­роже. Подшипники без буртов на одном из колец (эс­киз а) осевые нагрузки не воспринимают совсем; подшипники с буртами на обоих кольцах (эскиз б) мо­гут воспринимать весьма незначительные осевые на­грузки. Подшипники эти очень чувствительны к взаим­ному перекосу колец.
3		Двухрядные радиальные сферические шарико- и роликоподшипники (соответственно эскизы в, г) воспринимают радиальные и небольшие двухсторон­ние осевые нагрузки. Они способны нормально работать при весьма больших взаимных перекосах колес, достигающих 1…2° (эскиз Д). Это свойство обеспечивается тем, что дорожка качения наружного кольца обработана по сфере, центр которой лежит на оси подшипника. Сферические подшипники применяют при не­возможности достаточно соосно обработать гнёзда в корпусе или при расположении гнезд в разных корпу­сах, а также при установке подшипников на недоста­точно жестких валах. Роликовые сферические подшипники (ролики бочкообразные) при одинаковых габаритах имеют большую грузоподъемность и меньшую допускаемую частоту вращения, чем шариковые. Сферические подшипники называют также самоустанавливающи­мися.

Таблица 1.1 – Продолжение

№ п/п	Эскиз	Краткая характеристика
4		Радиально-упорные конические ро­ликоподшипники способны воспринимать совместно действующие радиальные и од­носторонние осевые нагрузки. С увеличе­нием угла контакта осевая грузоподъёмность увеличивается, а радиальная – снижается. Подшипники весьма чувствительны к пере­косам наружных колец относительно внут­ренних, т.к. при перекосах возникает кон­центрация контактных напряжений у краёв роликов. По сравнению с равногабарит­ными радиальными шарикоподшипниками имеют примерно вдвое большую радиаль­ную грузоподъёмность, на 30…75% боль­шую стоимость и значительно меньшую быстроходность.
5		Радиально-упорные шарикоподшип-ники способны воспринимать совместно действующие радиальные и только одно­сторонние осевые нагрузки. С увеличе­нием угла контакта увеличивается осевая грузоподъёмность и снижается радиальная. По сравнению с равногаборитными кониче­скими роликоподшипниками имеют боль­шую допустимую частоту вращения и меньшую грузоподъемность. Внешнее отличие радиально-упорных шарикоподшипников в том, что торцы колец имеют разную толщину, Сравните с ради­альными шарикоподшипниками.
6		Упорно-радиальные роликоподшип­ники сферические способны воспринимать одностороннюю осевую нагрузку и значи­тельно меньшую радиальную. Дорожка качения наружного кольца обрабатывается по сфере. Такая форма допускает значительный перекос осей ко­лец без нарушения работоспособности подшипника. Ролики бочкообразные.

Таблица 1.1 – Окончание

№ п/п	Эскиз	Краткая характеристика
7		Упорные шарикоподшипники предна­значены для восприятия осевых нагрузок. Они очень чувствительны к перекосу осей колец и применяются обычно совместно с подшипниками других типов, которые вос­принимают радиальные нагрузки и центри­руют ось вала.

r – радиальный зазор; a – осевой зазор (осевая игра); – угол кон­такта.

Обратите внимание на то, что зазоры, связанные зависимостью r =2·atg , могут меняться только оба одновременно.

Рисунок 1.11 – Иллюстрация зависимости зазоров в регулируемых подшипниках от взаимного положения колец

1.3.6 Подшипниковый узел содержит (см. рисунки 1.5 и 1.6):

– подшипник (или подшипники) качения;

– сопряжённые с кольцами подшипника вал и отверстие в подшипниковом гнезде корпуса передачи;

– крышку, уплотнения, регулировочные детали и пр.

Среди валов преобладают двухопорные, опирающиеся на два подшипника, реже встречаются валы трёхопорные и многоопорные. Вал, опирающийся на подшипники, имеет две степени свободы, т.е. он может вращаться и перемещаться вдоль своей оси.

Для правильного взаимодействия деталей, закреплённых на валах, например зубчатых колёс, осевое перемещение валов в большинстве конструкций должно быть ограничено. Иными словами, валы должны быть зафиксированы в осевом направлении с большей или меньшей возможностью (или даже с невозможностью) осевого перемещения. Это перемещение называют осевой игрой или реже – осевым люфтом вала.

Валы по типу осевой фиксации делятся на следующие три группы, иллюстрированные рисунком 1.12:

– группа первая – валы, фиксированные в двух опорах;

– группа вторая – валы, фиксированные в одной опоре. Другая опора плавающая;

– группа третья – валы, нефиксированные в осевом направлении или плавающие.

1.3.6.1 Валы первой группы, зафиксированные в двух опорах, иллюстрированы рисунками 1.13 и 1.14. На рисунке 1.13 а представлена весьма простая и распространённая конструкция, выполненная на радиальных шарикоподшипниках. Она применяется главным образом в цилиндрических передачах с прямозубыми и косозубыми колёсами при небольших ( до 15⁰) углах наклона зубьев β, где осевые нагрузки невелики по сравнению с радиальными.

Наружные кольца подшипников монтируются в корпусе с некоторым радиальным зазором, поэтому вал вместе с подшипниками может сдвигаться осевой силой до упора внешнего кольца того или другого подшипника в соответствующую крышку. При этом через крышку подшипников в корпус упираются и ограничивают перемещение вала внешние торцы наружных колец подшипников. Обратите внимание на эту особенность. Именно она является признаком установки подшипников враспор. Научитесь отличать установку враспор на рисунках и в редукторах, имеющихся в лаборатории.

Полное осевое перемещение вала S от упора подшипника в левую крышку до упора другого подшипника в правую является суммой собственного осевого зазора а шарикоподшипника (см. рисунок 1.10) и конструктивного зазора Е в подшипниковых узлах по рисунку 1.13 а, т.е.

. (1.1)