ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ЦИЛІНДРИЧНОГО ЗУБЧАСТОГО РЕДУКТОРА

Мета роботи. Вивчення конструкції та визначення основних параметрів циліндричного зубчастого редуктора.

Теоретичні відомості. Редуктор - це передаточний механізм з постійним передаточним числом, який виконано на основі передач зачепленням в окремому закритому корпусі і призначено для зменшення кутової швидкості та збільшення обертального момента при передачі обертального руху між валами.

Пара зубчастих коліс, що знаходяться в зачепленні, складають ступінь. Якщо редуктор у своєму складі містить один, два і більше ступенів, то він називається відповідно одноступінчастим, двоступінчастим і т.д. Якщо до складу редуктора входять тільки циліндричні зубчасті передачі, то редуктор називається циліндричним зубчастим. Редуктори класифікують:

1) за особливостями роботи (прості або рядові і планетарні);

2) за типом передач (зубчасті циліндричні, зубчасті конічні, черв'ячні та комбіновані);

3) за кількістю ступенів (одно-, дво-, триступінчасті). Найбільш розповсюджені схеми редукторів наведено в табл. 6.1.

Основні параметри евольвентних циліндричних передач Найбільшого розповсюдження набули циліндричні зубчасті передачі з евольвентним зачепленням. Евольвентні зачеплення пари зубчастих коліс (рис. 6.1) характеризуються наступними параметрами.

Початкові кола (їх діаметри і ) – такі кола, які в процесі роботи передачі перекочуються одне по другому без ковзання.

Полюс зачеплення - точка дотику початкових кіл.

Лінія зачеплення N-N - лінія, якою переміщується точка контакту зубців пари коліс і яка проходить через полюс зачеплення.

Кут зачеплення – кут між лінією зачеплення і дотичною до початкових кіл у полюсі зачеплення.

Основні кола (їх діаметри і ) – кола при обкочуванні яких без ковзання відтворюючою прямою одержують евольвенти, якими окреслюються бічні поверхні зубців.

Ділильні кола (їх діаметри і ) - кола, якими обкочується інструмент при нарізанні зубців. Ділильним називається тому, що це коло поділяється на теоретичний крок зачеплення Р=p × m.

Коловий крок P_t - відстань між однойменними профілями сусідніх зубців дугою концентричного кола. Розрізняють ділильні, початкові та інші колові кроки зубців.

Головка зуба (висоту ділильної головки зуба позначають h_a) - частина зуба між ділильним колом зубчастого колеса і колом вершин зубців.

Ніжка зуба (висоту ділильної ніжки зуба позначають h_f) –частина зуба, розташована між ділильним колом зубчастого колеса і колом впадин.

Висота зуба:

h = h_a + h_f. (6.1)

Коло вершин зубців (його діаметр ) - коло, що обмежує головки зубців.

Коло впадин (його діаметр )- коло, що проходить через основи впадин зубців.

Міжосьова відстань a_w - відстань між осями коліс одного ступеня, яка дорівнює сумі радіусів пари початкових коліс шестерні та колеса

a_w = 0, 5(d_w1 + d_w2). (6.2)

Згідно з ГОСТ 2185-66 міжосьові відстані циліндричних передач редукторів a_w, мм вибираються з рядів:

1-й ряд: 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500;

2-й ряд: 140, 180, 225, 280, 355, 450, 560.

Числа зубів шестерні та колеса відповідно позначають z₁ і z₂.

Модуль зачеплення - відношення кроку до числа p

m = P_t / p. (6.3)

У колесах з косими та криволінійними зубцями крім колового кроку P_t, який визначається в паралельному торцю колеса перерізі, розрізняють нормальний крок зубців Р_п, який вимірюється дугою лінії перетину ділильного циліндра з нормальною до напрямку зубців площиною, та осьовий крок, який вимірюється в осьовому перерізі колеса.

Лінія перетину бічної поверхні зубця з ділильною, початковою або з іншими співвісними поверхнями зубчастого колеса називається лінією зубця.

Гострий кут між лінією зубця та лінією перетину співвісної поверхні, якій належить ця лінія зубця з площиною, що проходить через вісь зубчастого колеса, називається кутом нахилу зубця і позначається b. Зв'язок між нормальним та коловим кроками

. (6.4)

Відповідно до колового та нормального кроків зубців у косозубих передачах розрізняють коловий т_t та нормальний т_п модулі зубців m_t = P_t / p; m_n = P_n / p, які зв'язані між собою співвідношенням:

. (6.5)

У прямозубих колесах m_n = m_t = m.

Модулі зубців стандартизовані (у прямозубих колесах m, а в косозубих m_п)згідно з ГОСТ 9563-60. Стандартні модулі від 1 до 18 мм наступні:

1-й ряд: 1; 1, 25; 1, 5; 2; 2, 5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16.

2-й ряд: 1, 125; 1, 375; 1, 75; 2, 25; 2, 75; 3, 5; 4, 5; 5, 5; 7; 9; 11; 14; 18.

Основні співвідношення для діаметрів кіл стандартних передач без зміщення:

; (6.6)

; (6.7)

. (6.8)

Міжосьова відстань:

. (6.9)

 

Передаточне відношення зубчастої передачі дорівнює:

, (6.10)

де w₁, w₂, n₁, n₂ – кутові швидкості та частоти обертання відповідно шестерні та колеса.

Передаточне число зубчастої передачі

. (6.11)

Передаточне число послідовно розташованих n зубчастих передач

. (6.12)

Згідно з ГОСТ 2185-66 номінальні передаточні числа циліндричних зубчастих передач приймають рівними:

1-й ряд: 1; 1, 25; 1, 5; 2; 2, 5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12.

2-й ряд: 1, 125; 1, 375; 1, 75; 2, 25; 2, 75; 3, 5; 4, 5; 5, 5; 7; 9; 11.

Конструктивні особливості зубчастих коліс. Основні конструктивні особливості зубчастих коліс - обід, диск або спиці та маточина (рис. 6.2). Обід сприймає навантаження від зубців і повинен бути достатньо міцним і в той же час податливим, щоб навантаження рівномірно розподілялось довжиною зубця. Маточина слугує для з’єднання колеса з валом і може бути розташована симетрично або несиметрично відносно обода, а також рівною ширині обода. Диск або спиці з’єднують обід і маточину.

Зубчасті колеса невеликих розмірів (d < 200 мм) виготовляють з круглого прокату кованих або штампованих заготовок (рис. 6.3, в). Колеса середніх розмірів (d < 600мм) виготовляють із заготовок, одержаних куванням, штампуванням або литтям (рис. 6.3, д). Для великогабаритних передач заготовки для зубчастих коліс виготовляють литтям (рис. 6.3, д) або зварюванням (рис. 6.3, е). При використанні для зубчастих вінців високоякісних сталей інколи застосовують бандажовані зубчасті колеса (рис. 6.3, е). Циліндричні та конічні шестерні, коли відстань від впадини до шпонкового паза не перевищує 2т для циліндричних і 1, 8 m_te для конічних коліс, виконують як одне ціле з валом (вал-шестерні).

Конструктивні особливості валів та їх з'єднань з деталями, які на них установлені. Вали - деталі, які передають у редукторі обертальний момент та підтримують в обертальному русі деталі, що на них закріплені, за формою геометричної осі є прямолінійними (рис. 6.4). За конструкцією такі вали можуть бути циліндричними постійного діаметра, ступінчастими і з нарізаними на них зубчастими вінцями або шліцами. Перехідні ділянки вала між двома суміжними ступенями різних діаметрів виконують галтеллю певного радіуса або проточеним рівцем для виходу шліфувального круга. Консольні ділянки вхідних та вихідних валів виконуються циліндричними і конічними. Для з’єднань валів з деталями, що передають обертальний момент застосовують шпонкові і шлицеві (зубчасті) з’єднання та з'єднання з натягом (рис 6.5, 6.6, 6.7).

 

 

 

Посадки деталей на валах: зубчасті колеса саджають на вал на посадці (при Æ до 120 мм) і (при Æ більше 80 до 500 мм) або по ; при важких ударних навантаженнях застосовують посадки (при Æ до 120 мм), (при Æ більше 80 до 500 мм), , а при частому демонтажі перехідні посадки ; муфти монтують на перехідних посадках , а при важких ударних навантаженнях - або ; розпірні втулки ставлять на рухомих посадках .

Осьова фіксація коліс здійснюється упором одного з торців маточини колеса в буртик вала і установкою розпірної втулки між іншим торцем маточини колеса і торцем внутрішнього кільця підшипника або установкою двох розпірних втулок (за відсутності буртика) між обома торцями маточини колеса і торцями внутрішніх кілець підшипників або мастило- утримуючих кілець.

Для компенсації неточності положення коліс ширину одного з них (шестерні) роблять більше ширини другого колеса.

Конструктивні особливості підшипникових вузлів. Вали в редукторах опираються на підшипники кочення, які розташовані в підшипникових вузлах. У редукторах для опирання валів в основному застосовують: радіальні однорядні кулькові підшипники, радіальні двохрядні сферичні кулькові підшипники, роликопідшипники з короткими циліндричними роликами, радіально-упорні кулькові підшипники, конічні роликопідшипники, упорні кулькові підшипники.

 

 

 

Перед запресуванням Після запресування

 

 

 

Крім підшипника комплект деталей вузла може включати: деталі кріплення кілець підшипників на валу і в корпусі, кришки і компенсаторні кільця, стакани, ущільнення (зовнішні та внутрішні), регулюючі пристрої.

Вал з опорами повинен складати статично визначувану систему у вигляді балки з однією шарнірно-рухомою (плаваючою) опорою для запобігання затисненню в підшипниках від температурних деформацій вала і однією шарнірно-нерухомою (фіксуючою) опорою, яка не допускає осьового зміщення вала.

Для порівняно коротких валів, які опираються на радіально-упорні кулькові або роликові підшипники (регульовані) застосовують осьову фіксацію в розпір. Такі підшипники (без попереднього натягу) допускають регулювання осьових зазорів у необхідних межах при їх монтажі та в процесі експлуатації. При цьому теплові подовження вала не повинні повністю вибирати осьові зазори.

Таким чином для запобігання заклинюванню тіл кочення, яке є наслідком температурних подовжень вала або неточністю виготовлення підшипникового вузла, застосовують дві основні схеми установки підшипників:

1) з фіксованою та плаваючою опорою (рис. 6.8; 6.9);

2) з фіксацією в розпір (рис. 6.10) або в розтяжку (6.11).

Спосіб кріплення підшипників на валу та в корпусі залежить від типу, величини і напрямку діючого навантаження, частоти обертання, умов монтажу і демонтажу. У тих випадках, коли на підшипник не діє осьове навантаження і необхідно запобігти тільки випадковому зміщенню підшипника, осьове кріплення на валу здійснюється тільки відповідною посадкою внутрішнього кільця на вал без застосування додаткових пристроїв. Деякі найбільш розповсюджені способи осьових кріплень внутрішніх кілець підшипників на валу наведено на рис. 6.12, а зовнішніх – на рис. 6.13.

Для нормальної роботи радіально-упорних кулькових та роликових конічних підшипників необхідні певні осьові та радіальні зазори, які досягаються регулюванням підшипників. Регулювання підшипників здійснюється переміщенням одного з кілець відносно іншого в осьовому напрямку і залежить від типу підшипника, схеми установки і способу кріплення внутрішнього і зовнішнього кілець. Осьове регулювання зміщенням зовнішніх кілець може здійснюватись металічними прокладками (рис. 6.14, а), гвинтами (рис. 6.14, б) або регулювальними шайбами з зовнішньою різьбою (рис. 6.14, в).

 

 

Для герметизації підшипників вузлів редуктора, осьової фіксації підшипників і сприймання осьових навантажень застосовують глухі та наскрізні, через які проходять кінці валів, кришки. За конструкцією розрізняють торцеві та врізні кришки. Їх виготовляють із заготовок, відлитих з чавуну марок СЧ 10 або СЧ 15. Для запобігання витіканню мастильного матеріалу з підшипникових вузлів, а також захисту їх від потрапляння пилу, бруду та вологи застосовують ущільнюючі пристрої: контактні (манжетні), лабіринтні та щілинні, відцентрові та комбіновані.

 

 

	Рис. 6.10.Схема установки вала на підшипниках кочення з фіксацією в розпір: а) на радіальних підшипниках; б) на радіально-упорних кулькових підшипниках; в) на радіально-упорних конічних роликопідшипниках

 

 

 

 

 

 

Змащення зубчастих зачеплень і підшипників редукторів. Змащувальні пристрої. Змащення зубчастих зачеплень і підшипників застосовується з метою захисту їх від корозії, зменшення коефіцієнта тертя, зменшення спрацювання і відводу продуктів спрацювання від тертьових поверхонь, зменшення шуму та вібрації.

Для редукторів загального призначення застосовують безперервне змащення із занурюванням зубчастих вінців коліс у масло, яке заливається в корпус редуктора. Таке змащення застосовують при колових швидкостях у зачепленні передач до 12 м/с, а в зачепленні черв'ячних передач - до 10 м/с.

У випадках, коли неможливо занурювати зубці всіх коліс у масло, застосовують змащувальні шестерні, розбризкувачі або інші пристрої.

Перепад висот рівня масла в картері повинен складати (рис. 6.16).

Циркуляційне змащення застосовують при коловій швидкості м/с. Масло з картера або окремого бака подається насосом в місця змащення трубопроводом через сопла.

Рівень масла в редукторі контролюють покажчиками рівня масла: жезловим, ліхтарним (круглим, трубчатим) або крановим (рисунки 6.17-6.19).

Для змащення підшипників застосовують пластичні та рідкі мастильні матеріали. У редукторах застосовують наступні методи змащування підшипникових вузлів: занурювання підшипника в масляну ванну (рис.6.20, а), гніт (рис. 6.20, б), розбризкування під тиском (циркуляційна), масляний туман (розпилювання).

Занурювання підшипника в масляну ванну застосовують при мм об/хв. для горизонтальних валів, коли підшипник ізольовано від загальної системи змащування. Рівень масла повинен бути не вище центра нижньої кульки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змащення за допомогою гноту застосовують для горизонтальних і вертикальних валів при .

Змащення розбризкуванням із спільної масляної ванни застосовують для підшипників горизонтальних валів редукторів і коробок передач. При цьому масло захоплюється і розбризкується одним із коліс, спеціальними шестернями або дисками. Для запобігання потраплянню в підшипники продуктів спрацювання зубчастих передач та надлишкової кількості масла, яке подають швидкохідні косозубі колеса або черв'яки, ставляться захисні шайби.

Змащення під тиском через форсунки застосовують для редукторів, які тривалий час працюють без перерви, а також для опор високошвидкісних передач, яким необхідно забезпечити інтенсивне відведення теплоти.

Змащення масляним туманом застосовують для високошвидкісних навантажених підшипників. При цьому за допомогою спеціальних розпилювачів під тиском у вузол подається струмінь повітря, який захоплює частинки масла.

При колових швидкостях зубчастих коліс V < 3 м/с надійне змащення підшипників розбризкуванням не забезпечується. У таких випадах застосовують змащення підшипників консистентним мастилом. Для запобігання вимиванню консистентного мастила, яке застосовується для змащення зачеплень, порожнина підшипника повинна бути ізольована від внутрішньої частини корпусу редуктора ущільнюючими кільцями (рис. 6.16).

 

Конструктивні особливості корпусу редуктора. Корпус редуктора призначений для розміщення і координації деталей передач, захисту їх від забруднення, організації системи змащення та сприймання сил, що діють на вали передач редуктора. Корпус редуктора повинен забезпечувати необхідну міцність та жорсткість, щоб не допускати перекоси валів. Для забезпечення необхідної жорсткості на корпусі біля приливів під підшипники виконують ребра.

.

 

Корпус редуктора може бути роз'ємним або нероз’ємним. У більшості випадків корпус виконують з одним роз’ємом, площина якого проходить через осі валів і ділить корпус на дві частини: основу корпусу (її інколи називають картером) і кришку корпусу. У вертикальних циліндричних редукторах роз'єми виконують у двох і навіть у трьох площинах. При конструюванні легких зубчастих редукторів з міжосьовою відстанню a_w < 140 мм корпуси виконують нероз'ємними.

Незважаючи на різноманітність форм корпусів, вони мають однакові конструктивні елементи - підшипникові бобишки, фланці, ребра, які з'єднані стінками в одне ціле.

На рис. 6.22 наведено корпус одноступінчастого циліндричного горизонтального редуктора з розташуванням виступаючих елементів на зовнішніх поверхнях, а на рис. 6.23 - на внутрішніх.

Кришку корпусу фіксують відносно його основи двома конічними штифтами, які установлюються без зазору до розточки гнізд під підшипники, і з'єднують болтами з забезпеченням герметичності площиною роз'єму, яку перед складанням змащують спиртовим лаком або рідким склом. Щоб забезпечити відокремлення кришки від основи при розбиранні у кришці протилежно ставлять два віджимних гвинти.

Для піднімання і транспортування деталей корпусу окремо або зібраного редуктора на основі корпусу під фланцем та на кришці корпусу виконують крюки або петлі, які відлито разом з цими деталями.

Для заливання масла в кришці корпусу виконують отвір, який закривається пробкою з різьбовим з'єднанням, або вікно, яке використовують також для огляду і яке закривається кришкою. Для роз'єднування кришки корпусу з його основою по всьому контуру роз'єму виконують з'єднувальний фланець.

У редукторах з великим виділенням тепла (черв'ячних) передбачають віддушину, яка з'єднує внутрішню порожнину редуктора з атмосферою, для запобігання видавлювання мастила через ущільнення при підвищенні тиску в редукторі.

 

 

 

 

 

 

 

 

Для установки покажчика рівня масла в основі корпусу або в кришці виконуються спеціальні отвори, які розташовують на висоті, достатній для точного вимірювання верхнього та нижнього рівнів масла.

Для зливання відпрацьованого масла і для промивки внутрішньої порожнини редуктора в нижній частині основи корпусу виконують отвір під пробку з циліндричною або конічною різьбою. При цьому під циліндричну пробку ставлять ущільнюючу прокладку з параніту, маслостійкої гуми, алюмінію або міді.

Корпус редуктора виготовляють литтям з чавуну марок СЧ10, СЧ15, або з алюмінієвого сплаву та зварюванням з листової сталі Ст2 і Ст3.

Обладнання, прилади, інструмент. Для виконання даної лабораторної роботи необхідно мати циліндричний двоступінчастий редуктор з прямо- або косозубими колесами, набір гайкових ключів, відвертку, молоток з м'яким бойком, штангенциркуль, кронциркуль, кутомір універсальний.