Конструирование валов редуктора привода

 

Проектный расчет валов носит ориентировочный характер и имеет целью определить основные размеры и форму вала, связанные с нагрузками и назначением его основных элементов. В данной работе использован метод, изложенный в [3] с некоторыми уточнениями, адаптированный, например, к конструкции редуктора в соответствии со схемой на рис. 1.1 (схема 21) с шевронной быстроходной передачей.

Конструкции быстроходного, промежуточного и тихоходного валов приведены на рис. 1.9.

Диаметры участков валов можно определить по формулам:

– для быстроходного вала,

, мм,

где – момент на хвостовике быстроходного вала.

Полученный размер согласовать с диаметром вала электродвигателя d₁ (табл. П1.2).

– для промежуточного вала диаметр в месте установки зубчатых колес,

, мм,

где – момент на колесе быстроходной передачи (подробнее об определении моментов см. п. 1.7.1);

– для тихоходного вала,

, мм.

 

 

Рис. 1.9

 

Полученный результат необходимо согласовать со стандартным рядом чисел.

Для других участков валов диаметры определяются по формулам, имеющим рекомендательный характер, поскольку результаты, получаемые при их использовании, могут войти в противоречие с требованиями, предъявляемыми к конкретному валу.

Для быстроходного и тихоходного валов можно принимать:

– диаметр цапфы вала под подшипником:

d_П = d + 2 × t_цил

или

d_П = d + 2 × t_кон.

Полученные значения следует округлить до кратного пяти в соответствии с диаметрами внутренних колец подшипников качения;

– диаметр буртика для упора кольца подшипника:

d_БП = d_П + 3 × r;

– диаметр шейки вала в месте установки зубчатых колес:

d_К ³ d_БП .

Для промежуточного вала:

d_П = d_К – 3 × r или d_П £ d_К ,

в целях унификации желательно для быстроходного и промежуточного валов принять одинаковые значения d_П;

d_БК = d_К + 3 × f;

d_БП = d_П + 3 × r £ d_К .

Значения переходных радиусов, заплечиков и фасок приведены в табл. 1.10.

 

Таблица 1.10

 

d	17… 22	24… 30	32… 38	40… 44	45… 50	52… 58	60… 65	67… 75	80… 85	90… 95
tцил	3,0	3,5	3,5	3,5	4,0	4,5	4,6	5,1	5,6	5,6
tкон	1,5	1,8	2,0	2,3	2,3	2,5	2,7	2,7	2,7	2,9
r	1,5	2,0	2,5	2,5	3,0	3,0	3,5	3,5	4,0	4,0
f	1,0	1,0	1,2	1,2	1,6	2,0	2,0	2,5	2,5	3,0

 

Размеры хвостовиков быстроходного и тихоходного валов определяются в зависимости от принятой конструкции крышек подшипников и после расчетов по нижеприведенным формулам подлежат уточнению на дальнейших этапах проектирования.

Длина посадочного участка быстроходного и тихоходного валов:

l_МБ = l_МТ = 1,5 × d.

Длина промежуточного участка быстроходного вала:

l_КБ = (1…1,4) × d_П .

Длина промежуточного участка тихоходного вала:

l_КТ = (0,8…1,2) × d_П .

Наружная резьба хвостовика быстроходного или тихоходного вала имеет диаметр (согласовать со стандартом ГОСТ 9150-59)

d_Р » 0,9 [d – 0,1 × l_МБ].

Длина резьбового участка:

l_Р » (1,0…1,2) × d_Р .

Диаметр внутренней резьбы для тихоходного вала (согласовать со стандартом)

d_Р » (0,3…0,4) × d ≥ 12 мм.

Конструкции валов для цилиндрических редукторов приведены на рис. 1.10…1.14.

Тихоходный и промежуточный валы цилиндрического редуктора с тихоходной шевронной передачей (схема 22) изображены на рис. 1.10. При разработке конструкции этих валов необходимо учитывать особенности базирования колес относительно валов. В частности, отношение длины ступицы колес к диаметру должно удовлетворять условию

Если указанное условие обеспечить не удается (обычно, на промежуточном валу), устанавливают гайки или концевые шайбы. На цапфах вала, обеспечивающие возможность базирования деталей – шестерен, внутренних колец подшипников и колес быстроходной передачи по торцам.

Для редукторов с цилиндрическими зубчатыми передачами, выполненных по сосной схеме (схема 24) быстроходный и тихоходный валы устанавливаются на подшипниках, опирающихся на бобышки корпуса и на центральную опору, обычно в виде вкладыша, установленного в расточке корпуса. Валы представлены на рис. 1.11. Быстроходный вал-шестерня 1 и вал тихоходный 2 с зубчатым колесом тихоходной передачи в середине корпуса опираются на вкладыш 3. Подшипники 4 и 5 устанавливают в приливе основания корпуса в виде продольного ребра с бобышкой и фиксируются специальной скобой.

Промежуточный вал соосного редуктора имеет обычную для таких изделий конструкцию. Валы рекомендуется конструировать по типу вал-шестерня. Этот вариант упрощает базирование за счет исключения погрешностей, возникающих при центрировании шестерен относительно шейки вала.

 

 

Рис. 1.10

 

Вал такого исполнения показан на рис. 1.12.

Промежуточный вал описанной конструкции используется также в редукторах по схеме 20.

Проектирование быстроходного вала редуктора по схеме 23 с быстроходной конической передачей выполняется с учетом следующих рекомендаций:

– вал устанавливают на конических радиально-упорных подшипниках, имеющих большую осевую жесткость. Это необходимо для стабилизации положения шестерни относительно корпуса и зубчатого колеса передачи;

– рекомендуемая схема установки подшипников «в растяжку»;

– лучшим исполнением является вариант вал-шестерня;

– возможна установка третьего подшипника (см. [3]), однако, такие конструкции существенно сложнее.

Конструкция такого вала приведена на рис. 1.13.

 

Рис. 1.11

 

 

Рис. 1.12

Рис. 1.13

 

Промежуточный вал редуктора по схеме 23 изображен на рис. 1.14. Вал (по варианту вал-шестерня) установлен на конических радиально-упорных подшипниках и имеет шейку, на которой базируется колесо конической передачи. Рекомендуется выбирать базирование колеса по цилиндрической поверхности, для этого случая отношение (l / d_к) ≥ 1.

 

Рис. 1.14

 

Все рассмотренные конструкции валов разрабатываются с соблюдением правил, изложенных в начале раздела 1.4.

1.5. Выбор подшипников качения для валов
редуктора

 

Подшипники качения в значительной степени определяют ресурс редуктора, поскольку ресурс подшипников ограничен, тогда, как ресурс зубчатых передач может быть неограниченно большим.

Из экономических соображений и из особенностей технологии сборки предпочтительно применение шариковых однорядных подшипников легкой серии ГОСТ 8338-75. В случае, если на других этапах проектирования выяснится их недостаточная грузоподъемность, можно применить подшипники других типов.

Подбор подшипников осуществляется по диаметру внутреннего кольца, соответствующая принятому ранее (п. 1.4) диаметру d_П. Необходимо по таблицам каталога определить характеристики подшипников – динамическую грузоподъемность С, статическую грузоподъемность С₀, размеры подшипника – d, D и b_П , также другие параметры.

Для подшипников тихоходного вала проверить выполнение условия:

С ³ [С],

где [С] – требуемая динамическая грузоподъемность, содержащаяся в распечатке (см. п. 1.3.1).

Для промежуточного вала (рис. 1.4) необходимо определить координаты средних плоскостей подшипников и зубчатых колес.

В нашем случае (редуктор по схеме 21) эти координаты соответствуют размерам c и e, определяемым графически или приближенно рассчитываемым по формулам: