Конструкции и расчет редукторов
Установка подшипников качения на валах передач с шевронными зубчатыми колесами
В редукторах с шевронными зубчатыми колесами чаще используют подшипники качения, особенно роликовые, которые воспринимают значительные радиальные нагрузки. Установка радиальных роликоподшипников с короткими цилиндрическими роликами в одно- и двухступенчатых редукторах с шевронными зубчатыми колесами приведена на листе 15, рис. 1 и 2.
Для радиальных роликоподшипников требуются жесткие валы, так как незначительный прогиб вала отражается на работоспособности подшипников. Кроме того, при установке роликоподшипников с короткими цилиндрическими роликами необходимо предусматривать зазоры в осевом направлении между наружным кольцом и торцовой крышкой, так Как незначительное осевое пережатие кольца ведет к быстрому нагреву подшипников.
В случае установки радиальных сферических роликоподшипников в одно- и двухступенчатых редукторах с шевронными зубчатыми колесами (лист 15, рис. 3 и 4) подшипники закрепляют в осевом направлении только у тихоходного вала. Остальные валы должны иметь опоры со свободным перемещением в осевом направлении. Чтобы устранить влияние температурного расширения тихоходного вала, предусматривается зазор 0,5. 1 мм между торцовыми поверхностями наружных колец подшипников и торцевыми крышками.
При большом расстоянии между опорами необходимо устанавливать сферические подшипники, так как в этом случае могут быть значительные прогибы валов и большие отклонения от соосности при расточке отверстий в корпусе.
В трехступенчатом редукторе (лист 15, рис. 5), у которого первая и вторая зубчатые пары выполнены с шевронными, а последняя — с прямозубыми колесами, установлены двухрядные конические роликоподшипники. Чтобы избежать осевого перемещения, третий и четвертый валы фиксируют, для этого один подшипник каждого из этих валов закрепляют в корпусе, а все остальные оставляют плавающими.
Источник
Шевронная передача: достоинства и недостатки
Такой раздел в механике, как детали машин, проходят все студенты технических специальностей. Основные моменты акцентируются на зубчатых передачах, которые бывают нескольких видов. Прямозубая, косозубая, а также шевронная передача — все они используются практически во всех отраслях промышленности.
Какие функции выполняет зубчатое зацепление
Прежде чем говорить о том, что такое цилиндрическая шевронная передача, необходимо разобраться с общими положениями. Зубчатое зацепление используется для передачи вращательного движения между валами. Так в непосредственный контакт входит пара зубьев шестерни и колеса. Передаточное число изменяется в зависимости от размера шестерни и количества зубьев на ней.
Изменение угловых скоростей и моментов — основные функции любой зубчатой передачи, в том числе и шевронной. Широкое же применение в различных отраслях промышленности требует постоянного развития и улучшения технических характеристик передачи. В результате появляются новые виды зацеплений, используются высокопрочные сплавы зубьев и т.д.
Шевронные зубчатые передачи и все о них
Как мы уже разобрались, данный вид зацепления относится к зубчатым. Определимся немного с конструктивными особенностями данной передачи. От классической зубчатой мы имеем существенные отличия. Во-первых, венец состоит из зубьев, направленных в разные стороны. Соответственно по одной стороне венца они имеют наклон в одну, с обратной — в другую стороны.
Можно смело говорить о том, что шевронные передачи обладают огромным количеством преимуществ. К примеру, отсутствие осевой нагрузки на подшипник, что позволяет продлить срок службы узла. Помимо этого, данный тип передачи позволяет существенно увеличить угол наклона зубьев, который приблизительно равен 25-40 градусам. В то время как в обычном косозубом колесе пределом является 18 градусов.
Конечно, есть и свои нюансы. Во-первых, высокая сложность и дороговизна изготовления шеврона. Так как используется данный вид зацепления для передачи большой мощности и скорости при отсутствии осевых нагрузок, то точность изготовления должна быть очень высокой, а следовательно и себестоимость такого колеса получается высокой. Во-вторых, необходимость использования плавающего вала в конструкции. По этой простой причине инженеры стараются применять косозубую передачу, где это возможно, и только потом использовать шевронную.
Достоинства шевронного колеса
Следует отметить, что все механические передачи имеют общие преимущества и недостатки. Это относится и к шевронному зацеплению. Рассмотрим сильные стороны. Во-первых, высокая плавность хода, что достигается благодаря большому углу наклона зубьев. Следовательно, и габариты будут гораздо меньше по сравнению с косозубым колесом. Это позволяет несколько снизить массу изделия, а также размер узла в целом.
Долговечность при соблюдении норм эксплуатации (регулярная смазка, выбраковка, отсутствие перегрева и механических повреждений) составляет порядка 40 000 часов. Соответственно надежность данного узла будет очень высокой. Это обусловлено еще и отсутствием осевых нагрузок на подшипник. Как следствие, не возникает перегрева вала и опоры.
Высокий КПД (97-98 %) — еще одна сильная сторона шевронных колес. Данный показатель нередко является определяющим фактором при выборе типа передачи в том или ином узле, так как позволяет добиться минимальных потерь во время эксплуатации. Постоянное передаточное число также немаловажный фактор, который хоть и не выдвигается на первый план, но все же имеет место. Такие достоинства шевронной передачи играют немаловажную роль при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах машин.
Немного о недостатках
Как и любой другой тип передач, данный имеет несколько минусов. В первую очередь, как было отмечено выше, сложность изготовления. Стоимость шевронного колеса достаточно высока, хоть оно и является долговечным. Зачастую на производстве при выходе из строя какого-либо узла важно заменить его как можно скорее. В этом случае отлично подойдут косозубые и прямозубые колеса, которые просты в изготовлении. Что же касается шевронного, то тут не все так однозначно. Точность монтажа также должна быть высокой, следовательно, увеличивается количество затрачиваемого времени на установку детали.
Шум во время работы — так ли это важно?
Еще один недостаток — шумность на высоких скоростях. Хотя отнести его исключительно к шевронной передаче было бы глупо, ведь это касается всего раздела. Пара металлических зубьев, входящих в зацепление на высокой скорости, — это всегда звонкий шум, который хоть и глушится с помощью специальной смазки и кожухов, но не полностью. Также было сказано и о плавающем валу, который необходим для корректной работы узла, а это увеличивает сложность конструкции. Изготовление шевронной передачи тщательно контролируется на всех этапах, поэтому бракованных изделий мало, хотя еще несколько лет назад ситуация была более печальной.
О профиле зуба
Как и во всех зубчатых зацеплениях, в шевроне может быть использован тот или иной тип зуба. Предварительно проводится расчет шевронной передачи. Используются следующие типы зубьев:
- винтовые одного направления;
- винтовые разных направлений;
- эвольвентные;
- неэвольвентные.
Стоит также заострить особое внимание и на том факте, что неверно подобранный тип зуба в том или ином случае приведет к таким последствиям, как: снижение ресурса узла, повышенная шумность, перегрев подшипника и т.п. Следовательно, наиболее ответственным этапом является именно теоретический расчет передачи.
Распространение шевронных колес
Как уже было отмечено выше, механические передачи используются во многих отраслях промышленности. Рассмотрев шевронные передачи, достоинства и недостатки которых наглядно показывают их целесообразность, можно сказать об уникальности. Тем не менее ввод в эксплуатацию шевронов повсеместно нельзя назвать целесообразным, что обусловлено высокой стоимостью и сложностью конструкции.
Но несмотря на это, без них нельзя обойтись на металлургических предприятиях. Там шевронная передача используется на прокатных станах, режущих станках и другом оборудовании. Обусловлено это тем, что шевронное колесо может быть:
- тихоходным;
- среднескоростным;
- скоростным;
- быстроходным.
Тип работы зависит от окружной скорости. Наиболее часто шевронная передача применяется при высоких окружных скоростях (более 30 м/с). Автомобильная промышленность — еще одна отрасль, где без использования данной механической передачи обойтись довольно сложно. Это же касается и химической, а также пищевой промышленности.
Материал изготовления
Практически все зубчатые передачи подвергаются интенсивному износу. По этой причине необходимо использовать высокопрочные сплавы, которые бы справлялись с работой в тяжелых условиях. Непосредственно колесо шеврона или шестерня изготавливаются из стали, а вот зубья предпочтительно должны быть бронзовыми. Но если использовать бронзу в чистом виде, то это слишком дорого. По этой простой причине зубья выплавляются из высоколегированной стали с бронзовым напылением.
Нередко бывает так, что узел подвергается преждевременному износу. Случается это по разным причинам:
- биение в передаче;
- перегрев колеса и шестерни;
- недостаточное количество смазки.
В большинстве таких случаев его не меняют на новый, а ремонтируют путем наплавления зубьев. Данный метод используется практически во всех механических передачах, если это возможно и целесообразно.
Подведем итоги
Основное достоинство шевронной передачи заключается в возможности её использования на высоких скоростях. Немаловажную роль играет и то, что нет осевой нагрузки на подшипник. Соответственно, исключается перегрев узла, что является наиболее распространенной причиной выхода последнего из строя.
В это же время высокие расходы на изготовление шевронного колеса и шестерни не позволяют использовать данный узел повсеместно. Это же касается и времени на установку шевронной передачи, а также высокой квалификации специалистов, занимающихся монтажом и вводом в эксплуатацию узла.
Источник
Выбор типа подшипников
Габариты подшипников качения назначают на первом этапе компоновки (эскизного проектирования) сугубо ориентировочно – по ширине В = 18…27 мм, по диаметру наружных колец D =70..120 мм. Меньшие значения рекомендуются для входных валов; большие – для выходных валов редукторов средних размеров общего назначения (aw £ 350 мм). Для промежуточных валов можно брать усредненные значения.
Перед размещением подшипников решается вопрос об их смазке. Система смазки выбирается в зависимости от скорости вращения тихоходных зубчатых колес. Если скорость небольшая (v£ 2 м/с), способ разбрызгивания может не обеспечить смазку подшипников и тогда для подшипников планируют раздельную смазку (пластичными маслами).
Для дальнейшего конструирования необходимо выбрать тип и размеры подшипника по воспринимаемым нагрузкам и диаметру вала. Ниже приведены виды наиболее часто используемых подшипников.
На рис. 1.7 представлены типы подшипников: а – шариковый радиальный; б – шариковый двухрядный сферический; в – роликовый радиальный; г – шариковый радиально-упорный; д – роликовый радиально-упорный; е – шариковый упорный. Ниже даны основные размеры подшипников.
Выбор типа подшипника зависит от вида редуктора. Для опоры валов редукторов с цилиндрическими прямозубыми колесами чаще всего используют шариковые радиальные подшипники (рис. 1.7, а) легкой серии. Если при последующих расчетах грузоподъемность подшипника окажется недостаточной, применяют подшипники последующих серий большей грузоподъемности.
В цилиндрических редукторах с косозубыми колесами применяют шариковые радиально-упорные подшипники (рис. 1.7, г), а при больших нагрузках и размерах редукторов – конические роликовые (рис. 1.7, д).
Конические и червячные колеса должны быть точно зафиксированы. Поэтому в силовых передачах для опор валов конических и червячных колес применяют конические роликовые подшипники. Здесь также первоначально выбирают подшипники легкой серии. В опорах червяка в силовых червячных передачах из-за больших силовых нагрузок применяют шариковые радиально-упорные и роликовые конические подшипники.
Для опор плавающих валов шевронных передач применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис.1.7, в).
Размеры основных типов подшипников
Рис. 1.7. Типы подшипников качения и их размеры.
Подшипники сферические двухрядные (рис. 1.7, б) применяются при больших перекосах или длинных валах. Упорные подшипники (рис. 1.7, е) используются при значительных осевых нагрузках.
В конструкции подшипниковых узлов должны быть предусмотрены способы фиксации положения вала от осевых смещений. Для этой цели используются два типа опор: фиксирующие и плавающие. В фиксирующих опорах ограничивается осевое перемещение вала в одном или в обоих направлениях. В плавающих опорах осевое перемещение вала в любом направлении не ограничено. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевые силы, а плавающая опора – только радиальную. Плавающие опорычасто используются в червячных передачах (рис.2.13)
На рис.1.8 – 1.12 показана вторая эскизная компоновка различных редукторов.
Рис.1.8. Второй этап эскизной компоновки цилиндрического и конического одноступенчатого редуктора
Рис.1.9. Второй этап эскизной компоновки червячного одноступенчатого редуктора с нижним расположением червяка
Рис. 1.10. Второй этап компоновки двухступенчатого цилиндрического редуктора
При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени (рис.1.11) колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жесткие валы.
Соосная схема (рис.1.12) позволяет получить меньшие габариты по длине: это ее основное преимущество. В соосных редукторах быстроходная ступень обычно недогружена, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней должны быть одинаковы (аwБ = аwТ). Указанное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.
Источник