2015-04-30
11871
2.1. Конструирование валов
Общие сведения
Осевые размеры валов и осей выявляются в процессе эскизной компоновки передачи в соответствии с рекомендациями к определению положения подшипников и ширины зубчатых венцов. Например, расстояние между опорами червячного колеса составляет l = (0,5 ¸ 0,75) d2 (d2 – делительный диаметр червячного колеса), а для консольной шестерни (рис.2.10) l1 > 2d (d – внутренний диаметр подшипников качения). Длина консольного участка вала должна быть согласована с длиной ступицы полумуфты, шкива или звездочки.
Выходной конец вала может быть цилиндрическим или коническим. Посадки деталей на конус обладает рядом достоинств: легкость сборки и разборки, высокая точность базирования, возможность создания любого натяга. Но окончательная обработка ступицы проводится вручную, что повышает стоимость конструкции. В проектируемых редукторах в равной мере применяют цилиндрические и конические концы валов.
На этапе эскизного проектирования ориентировочно была намечена конструкция валов, определены диаметры отдельных участков. Теперь следует уточнить эти размеры, согласовать их с деталями, устанавливаемыми на вал, учесть вид и расположение опор, конструкцию уплотнения, технологию изготовления.
|
|
|
Перед отработкой конструкции вала должны быть решены такие важные вопросы, как способ передача вращающего момента в соединении вал – ступица (шпонка, шлицы, натяг) и способ крепления деталей на валу от осевого перемещения.
2.1.1. Цилиндрические редукторы
Входные (быстроходные) валы часто имеют участки, на которых непосредственно нарезают зубья шестерен цилиндрических и конических зубчатых передач или витки червяка в червячных передачах. Зубья шестерен нарезают на среднем участке. Диаметр его определен чаще всего размером dБП, значение которого находят из условия надежного контакта торцов заплечика и внутреннего кольца подшипника. Конструкция вала на среднем участке зависит от передаточного числа и значения межосевого расстояния передачи. При небольших передаточных числах и относительно большом межосевом расстоянии диаметр df1 ³ dБП вал выполняют по рис.2.2, а. При больших передаточных числах и малых межосевых расстояниях df1 £ dБП, конструкцию вала выполняют по одному из вариантов рис.2.1, а,б предусматривая участки для выхода фрезы, нарезающей зубья.
а)
б)
Рис.2.1.Нарезание зубьев на входных валах редуктора
Диаметр Dф фрезы принимают в зависимости от модуля m:
| т, мм | 2..2,25 | 2,5…2,75 | 3…3,75 | 4…4,5 | 5…5,5 | 6…7 |
| D ф,мм,при степени 8…10 |
Длину l вых определяют графически.
|
|
|
Если наружный диаметр da1 оказывается меньше диаметра dБП, то обтачивают или весь вал в средней части по наружному диаметру шестерни (рис.2.1, а), или между нарезанной частью и торцом вала выполняют конические переходные участки (рис.2.1. б). Последний вариант несколько сложнее в изготовлении, но жесткость вала получается выше в сравнении с вариантом по рис.2.1, а. Участок выхода фрезы можно распространять на торец вала, по которому базируют подшипник качения.
Конструкции входных валов цилиндрических редукторов, выполненных по развернутой схеме, показаны на рис.2.2.
В таких редукторах шестерня расположены несимметрично относительно опор, и их смещают ближе к опоре, противоположной участку вала, выступающего из редуктора. Такое расположение шестерни приводит к более равномерному нагружению опор и распределению нагрузки по длине зуба. Подшипники входных валов цилиндрических редукторов с прямыми и косыми зубьями колес чаще всего устанавливают по схеме «враспор». Необходимый осевой зазор обеспечивают с помощью тонких металлических прокладок 3, устанавливаемых между корпусом и привертными крышками (рис.2.2, а,в) или с помощью компенсаторного кольца 4, которое устанавливают между торцами закладной крышки и наружного кольца шарикового радиального подшипника. Для удобства сборки компенсаторное кольцо устанавливают со стороны глухой крышки (рис.2.2, б).
Рис.2.2.Конструкция входных валов
Регулирование конических радиально – упорных подшипников обеспечивают с помощью винта 5. Такая конструкция применяется чаще всего для повышения жесткости и уменьшения габаритов опор. Регулирование можно проводит и с помощью винтовых крышек (рис.2.3), это проще, так как не нужно снимать крышку для замены прокладок. Однако конструкция узла усложняется. Способы регулирования радиально упорных подшипников показаны на рис.2.43
Подшипник, находящийся вблизи шестерни, защищают маслоотражательными шайбами 1 (рис.2.2)от чрезмерного залива маслом, выдавливаемым вместе с продуктами изнашивания из зубчатого зацепления. Иногда, для точного центрирования устанавливают дополнительное кольцо 2 (рис.2.2, а,б), ширина которого должна быть больше ширины канавки перед заплечиком вала.
Рис..2.3.Регулирование осевого зазора подшипника крышкой
На рис.2.4 показаны конструкции входных валов соосных редукторов. Шестерню располагают симметрично относительно опор вала. Необходимый осевой зазор обеспечивают при сборке установкой набора тонких прокладок 1 под фланец привертной крышки (рис.2.4, а) или установкой компенсаторного кольца 2 при использовании закладной крышки (рис.2.4, б). Одну опору выполняют во внешней боковой стенке корпуса, другую – на внутренней стенке (промежуточная опора) рядом с опорой соосно расположенного выходного вала.
Рис.2.4. Входной вал соосного редуктора
Редукторы с шевронными зубчатыми колесами (входные валы) выполняются по одной из конструкций приведенных на рис.2.5. Валы – плавающие. Осевое положение плавающего вала определяют наклонные в разные стороны зубья полушевронов. Сопряженные с ними валы фиксируются относительно корпуса. На рис.2.5, а наружное кольцо подшипника без бортов поджимают привертной крышкой к кольцу 1. Внутреннее кольцо подшипника рекомендуют закреплять с двух сторон с целью 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.2.5, б) необходимое осевое положение привертных крышек устанавливают при сборке подбором тонких металлических прокладок 4. Наружные кольца имеют свободу осевого перемещения на величину зазора z = 0,5 … 0,8 мм в сторону крышки подшипника. Закреплять на валу внутреннее кольцо подшипника нет необходимости.
|
|
|
Важное достоинство схемы – возможность регулирования начальной величины осевого смещения наружного и внутреннего колец подшипника.
| бап |
| вап |
| аап |
| z |
| z |
| s |
Рис.2.5.Входные валы редукторов с шевронными колесами
Промежуточные валы цилиндрических редукторов, выполненных по развернутой схеме, представлены на рис.2.6. На промежуточном валу двухступенчатого цилиндрического редуктора расположены зубчатое колесо быстроходной и шестерня тихоходной передачи. Направление линии наклона зубьев у этих колес должен быть направлено в разные стороны, чтобы осевые силы, действующие на опоры, хотя бы частично взаимно уравновешивались.
Места перехода от колеса к шестерни (расстояние l=с) могут быть выполнены по одному из вариантов показанных на рис.2.6. а,б.г. При применение привертных крышек регулирование осевого зазора выполняют набором тонких металлических прокладок 1 (рис.2.6, а,б). В конструкциях с закладными крышками необходимый зазор обеспечивается компенсаторными кольцами 3 (рис.2.6, б) при установке вала на радиальных шариковых подшипниках или нажимным винтом 4 (рис.2.6, г) вала на радиально-упорных конических подшипниках. Регулирование нажимным винтом проще, но усложняется конструкция. Подшипник, расположенный рядом с шестерней, защищают маслоотражательным кольцом 2 от чрезмерного залива маслом, выжимаемым вместе с продуктами изнашивания из зацепления тихоходной пары.
В соосных цилиндрических редукторах расстояние l между торцами шестерни и колеса конструктивно получается большим, оно должно быть больше ширины промежуточной опоры (рис.2.7). Регулирование осевого зазора при закладных и привертных крышках проводят также как и в редукторах выполненных по развернутой схеме. Другие конструкция оформления промежуточных валов соосных редукторов приведены в [4] и др
|
|
|
Рис.2.6.Промежуточные валы цилиндрических редукторов
Выходные (тихоходные) валы цилиндрических редукторов, выполненных по развернутой схеме, приведены на рис 2.8. Валы выполняют с меньшим числом ступеней, обеспечивающих осевую фиксацию деталей, с заменой их на посадку с гарантированным натягом (рис.2.8, а – в). Для обеспечения точного осевого положения колес на валу применяют специальные приспособления. В конструкциях по рис.2.8, в,г. подшипники установлены «враспор». Необходимый осевой зазор обеспечивают также как на предыдущих рассмотренных валах, т.е. либо набором тонких металлических прокладок 1 (рис.2.8, а,в), либо установкой компенсаторного
Рис.2.7.Промежуточный вал соосного редуктора
кольца 2 при применении радиального шарикоподшипника (рис.2.8, б). Или нажимного винта 3 при применении конических роликоподшипников (рис.2.8, г). В редукторах, выполненных по схеме с раздвоенной быстроходной ступенью или осной схеме, колесо тихоходной пары выполняют с симметричной ступицей и располагают его на равном расстоянии от опор.
| А б в г | 
Рис.2.8.Выходные валы с цилиндрическими колесами
|
2.1.2. Конические редукторы
На рис. 2.9 приведена конструкция входного вала конического редуктора с расположением подшипников «врастяжку». При сборке конической передачи регулируют вначале подшипники, а затем зацепление. Регулирование осевого зазора в радиально – упорных подшипниках осуществляют осевым перемещением по валу с помощью круглой шлицевой гайки (поз.2) внутреннего кольца подшипника. При регулировании зацепления вал – шестерню перемещают в осевом направлении путем изменения толщины набора прокладок (поз. б) между корпусом редуктора и фланцем стакана.
Рис.2.9. Входной вал конического редуктора
Установка подшипников на валы показаны на рис.2.10. Схема установки подшипников «враспор» (рис.2.10, а) конструктивно наиболее проста. Ее широко применяют при относительно коротких валах. При установке радиально – упорных подшипников отношение l/d ≈ 6…8, где d – диаметр вала под подшипник. Меньшие значения относятся к роликовым, большие – к шариковым радиально – упорным подшипникам.
При установке подшипников «врастяжку» (рис.2.10, б) – вероятность защемления подшипника вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при увеличении длины вала осевой зазор в подшипниках увеличивается. Расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в схеме «враспо р».
Рис.2.10 Установка радиально – упорных подшипников
а -враспор, б – врастяжку
Выходные валы конических редукторов устанавливают на конических роликоподшипниках (рис.2.11, а,б). Схема установки подшипников - «враспор». Коническое колесо располагают на валу ближе к той опоре, которая находится дальше от выходного конца. Так как на конце вала действует консольная нагрузка, то при таком расположении колеса достигают более благоприятного нагружения подшипников. Регулирование радиально – упорных подшипников выполняют набором тонких металлических прокладок 1 (рис.2.11, а), устанавливаемых под фланцы привертных крышек. Переносом части прокладок с одной стороны корпуса на другую при сохранении их суммарной толщины изменяют осевое положение колеса. При установки закладных крышек (рис.2.11, б) регулирование подшипников и зацепления выполняют с помощью нажимных винтов 2.
Рис.2.11. Выходной вал конического редуктора
2.1.3. Червячные редукторы
В таких редукторах входным является вал червяка. Примеры возможного конструктивного оформления показаны на рис.2.12, 2.13.
На рис.2.12 а,б радиально – упорные подшипники установлены «враспор». Их регулируют набором тонких металлических прокладок 1, устанавливаемых под фланцем крышки подшипников.
В зависимости от окружной скорости червяка может иметь верхнее или нижнее расположение червяка 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 (рис.2.12, б). Эти кольца 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.2.13)
Рис.2.12.Входной вал червячного редуктора
Установка опор вала по схеме на рис.2.13 предполагает, что левая опора фиксирующая, правая – плавающая. При такой схеме установки подшипников фиксирующая опора может воспринимать значительные осевые силы, так как можно применять конические подшипники с большим углом конусности.
Рис.2.13.Входной вал червячного редуктора с плавающей опорой
Возможные варианты фиксирующей опоры вала–червяка приведены в литературе [4]. Выбор типа опоры червяка зависит от расстояния между подшипниками (см. рекомендации выше)
Выходной вал червячного редуктора показан на рис.2.14. Червячное колесо располагается симметрично относительно опор. Вал устанавливается на радиально – упорных подшипниках (шариковых или роликовых) поставленных в «враспор». Регулирование осевого зазора обеспечивают установкой набора тонких металлических прокладок 1. Осевое смещение вала выполняют переносом части прокладок 1 с одной стороны корпуса на другую, таким образом обеспечивая совпадение средней плоскости венца червячного колеса с осью червяка. Для сохранения необходимых зазоров в подшипниках суммарная толщина набора прокладок должна оставаться неизменной.
Компоновку вала червячного колеса (выходной вал ) производят по аналогии с компоновкой выходного вала цилиндрических редукторов. При этом длина ступицы червячного колеса lст = (0,9¸1,1) dк , а расстояние между ступицей и подшипниками обычно не превышает f = 5¸8 мм.
Вопросы конструирования корпусов, крышек, червячных колес и подшипниковых узлов изложены дальше.
Рис.2.14.Выходной вал червячного редуктора
