Зубчатые и червячные колеса, червяки

Цилиндрические зубчатые колеса. Конструкции зубчатых колес в значительной степени зависят от серийности и технологии их производства. На рис. 14 показаны простейшие формы колес, изготавливаемых в индивидуальном и мелкосерийном производствах, а на рис. 15 и 16 - при серийном и крупносерийном. Во всех случаях угол фаски α_ф = 45° и только для косозубых колес при твердости рабочих поверхностей Н > 350НВ α_ф =15...20°.

Рис. 14. Конструкции цилиндрических зубчатых колес из проката и поковок

Рис. 15. Конструкция штампованных цилиндрических зубчатых колес при односторонней штамповке

Рис. 16. Конструкции штампованных цилиндрических зубчатых колес при двусторонней штамповке

Современные конструкции зубчатых колес для редукторов (рис. 17) учитывают более лучшие условия пластической деформации металла и предпочтительны для тяжело нагруженных высокотвердых колес небольшой ширины. Колеса крупных размеров выполняются коваными (рис. 18), а также литыми с дисками и ребрами жесткости (рис. 19). Расположение диска у одного из торцов (рис. 19, а) технологично, но в такой конструкции обод оказывается несколько менее жестким, чем при диске, расположенном в средней плоскости (рис. 19, 6). Колеса большой ширины выполняются двухдисковыми.

Рис. 17. Конструкции штампованных цилиндрических зубчатых колес для редукторов

Рис. 18. Колесо кованое

Рис. 19. Конструкции литых цилиндрических зубчатых колес

Шевронные зубчатые колеса (рис. 20) отличаются увеличенной шириной и изготовляются обычно с канавкой в средней части для выхода червячной фрезы.

Рис. 20. Конструкция шевронного цилиндрического зубчатого колеса

Исполнение зубчатых колес внутреннего зацепления возможно в двух вариантах: со ступицей внутри колеса (рис. 21, а) и со ступицей, расположенной за контуром зубчатого венца (рис. 21, 6). Более предпочтительным является первый вариант, обеспечивающий лучшие условия работы зацепления, но он возможен в том случае, когда расстояние от наружной поверхности ступицы до внутренней поверхности зубчатого венца больше наружного диаметра D_е долбяка, которым нарезаются зубья.

Рис. 21. Конструкция цилиндрических зубчатых колес внутреннего зацепления

Длину ступицы желательно принимать равной или больше ширины зубчатого венца. Увеличение длины ступицы повышает точность центрирования и устойчивость колеса на валу в плоскости, перпендикулярной его оси, что становится более важным по мере увеличения диаметра колеса. В то же время длинные ступицы увеличивают габариты и усложняют получение заготовок, а также изготовление колес из круглого проката. Принятая длина ступицы проверяется по условиям прочности соединения ступицы с валом (шпоночного, зубчатого или прессового).

Там же приведены рекомендации по размерам основных элементов зубчатых колес: зубчатого венца, диска и ступицы. Эти рекомендации учитывают опыт производства и эксплуатации зубчатых колес и их следует рассматривать как ориентировочные и наиболее применимые в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

Детали планетарных редукторов

Основными деталями планетарных редукторов являются центральное колесо с наружными зубьями, центральное колесо с внутренними зубьями, сателлиты и водило.

Неплавающие центральные колеса с наружными зубьями обычно выполняются за одно целое с валом и размещаются между двумя опорами (рис. 53, а) или консолью (рис. 53, 6). К плавающим центральным колесам с наружными зубьями вращающий момент подводится обычно с помощью соединительных муфт с одним или двумя зубчатыми сочленениями.

Рис. 53. Неплавающие центральные колеса с наружными зубьями

Когда расчетные модуль и диаметр муфты близки к модулю и начальному диаметру центрального колеса, зубчатые венцы колеса и втулки муфты обрабатываются за один проход одним инструментом (рис. 54, а). При выполнении центрального колеса по рис. 54, б минимальная толщина обода в сечении под зубьями ограничивается величиной h_oб.min ≥ (3...4)m. При выполнении центральных плавающих колес с наружными зубьями по рис. 54, в, г расстояние между серединами зубчатых венцов l > 2b₁, где b₁ - ширина ведущей шестерни. Крепление быстроходного вала, передающего вращающий момент на центральную шестерню, выполняется по одному из трех вариантов (рис. 55). Во всех вариантах подшипники должны располагаться один от другого на расстоянии b = (2,0...2,2)а.

Рис. 54. Плавающие центральные колеса с наружными зубьями: а – с боковым; б – с центральным подводом вращающего момента посредством муфты с двумя зубчатыми сочленениями; в, г – с подводом момента засчет муфты с одним зубчатым сочленением

Рис. 55. Крепление быстроходного вала

Различные варианты конструкций сателлитов приведены на рис. 56. Отличие этих конструкций связано с характером крепления оси сателлитов: невращающаяся или вращающаяся ось. Сателлиты обычно устанавливаются на одном-двух подшипниках качения. Наиболее простое исполнение приведено на рис. 56, а. Для возможности выравнивания нагрузки по длине зубьев сателлита используется в качестве опоры сферический подшипник. Если грузоподъемность шариковых радиальных подшипников недостаточна, используются роликовые подшипники (рис. 56, в, г).

Рис. 56. Конструкция сателлитов

Для осевой фиксации здесь применены разрезные пружинные кольца и шайбы, которые также служат для компенсации неточности осевых размеров деталей.

Более редкие конструкции сателлитов - в основном двухрядных - с вращающимися осями приведены на рис. 56, д - со ступенчатой осью и на рис. 56, е - с гладкой осью. Здесь подшипники размещаются в расточках щек водила. Такая конструкция сложнее, но отличается большей жесткостью и лучшими условиями работы подшипников, т. к. вращаются их внутренние кольца.

Неплавающие неврашающиеся центральные колеса с внутренними зубьями жестко соединяются с корпусом с помощью фланца (рис. 57, а) или круглых шпонок (рис. 57, б) без натяга по посадочному внешнему диаметру D.

Для уменьшения габаритных размеров редуктора зубчатый венец центрального колеса может быть нарезан непосредственно в корпусе или его крышке (рис. 57, в). В этом случае требования к материалу корпуса определяются прочностью зубьев.

Рис. 57. Неплавающие невращающиеся центральные зубчатые колеса с внутренними зубьями

Плавающие невращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями соединяются с корпусом через зубчатое сочленение по одному из вариантов, приведенных на рис. 58. При этом радиальная деформация обода способствует выравниванию нагрузки между сателлитами.

Рис. 58. Плавающие невращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями

Неплавающие вращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями имеют обычно дисковую конструкцию и устанавливаются на тихоходном валу с помощью различных соединений: фланцевого (рис. 59, а), с натягом или неподвижного зубчатого (шлицевого) (рис. 59, б).

Рис. 59. Неплавающие вращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями

Плавающие вращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями соединяются с тихоходным валом с помощью соединительных муфт с двумя (рис. 60, а) или одним (рис. 60, б) зубчатыми сочленениями. В последнем варианте зубчатый венец обоймы муфты нарезается за один проход тем же инструментом, что и зубчатый венец самого колеса, при этом рабочая ширина зубчатого сочленения муфты b_м = (2... 3)ш.

Рис. 60. Плавающие вращающиеся центральные колеса с внутренними зубьями

Рис. 61. Конструкции составных водил

Конструктивно водила выполняются цельными литыми из стали или высокопрочного чугуна, сварными или, по условиям монтажа центральных колес или сателлитов, составными (рис. 61). Составные водила позволяют упростить технологию их изготовления. На рис. 61, а водило выполнено с разъемом по щеке и для его сборки использованы штифты и винты. На рис 61, б перемычка крепится к щекам водила с помощью сварки.