Конструирование зубчатых, червячных колес и червяков

Основные параметры зубчатых, червячных колес и червяков (диаметр, ширина, модуль, число зубьев и пр.) определены при проектировании передач. Конструкция колес и червяков зависит главным образом от проектных размеров, материала, способа получения заготовки и масштаба производства (индивидуального и мелкосерийного).

Основными конструктивными элементами колеса являются обод, ступица и диск – рисунок 5.1.

Рисунок 5.1 – Конструктивные элементы колеса:

а - цилиндрического; б - конического; в - червячного

Обод воспринимает нагрузку от зубьев и должен быть достаточно прочным и в то же время податливым, чтобы способствовать равномерному распределению нагрузки по дли­не зуба. Жесткость обода обеспечивает его толщина S.

Ступица служит для соединения колеса с валом и может быть расположена симметрично, несимметрично относительно обода или равна ширине обода. Это определяется технологическими или конструктивными условиями. Длина ступицы должна быть оптимальной, чтобы обеспечить, с одной стороны, устойчивость колеса на валу в плоскости, перпендикулярной оси вала, а с другой - получение заготовок ковкой и нарезание шпоночных пазов методом протягивания.

Диск соединяет обод и ступицу. Его толщина С определяется в зависимости от способа изготовления колеса. Иногда в дисках колес выполняют отверстия, которые используют при транспортировке и обработке колес, а при больших размерах и для уменьшения массы. Диски больших литых колес усиливают ребрами или заменяют спицами.

Острые кромки на торцах ступицы и углах обода притуп­ляют фасками f, размеры которых принимают в зависимости от диаметра.

Таблица 5.1 – Размеры стандартных фасок, мм

Зубчатые цилиндрические стальные колеса малых диаметров выполняют обычно коваными; при диаметрах до 500 мм — коваными или штампованными; приболь­ших диаметрах — литыми.

Штампованные заготовки по форме соответствуют готовым деталям, механическая обработка нерабочих поверхностей нетребуется.

Зубчатые конические стальные колеса при диаметрах до 500 мм изготовляют ковкой или штамповкой; при диаметрах более 300 мм конические колеса можно изготов­лять либо из стального, либо из чугунного литья.

Цилиндрические и ко­нические шестерни при выполняют заодно с валом, а при они могут быть насадными, если это конструктивно необходимо. Однако стоимость производства раздельном исполнении вала и шестерни (червяка) увеличивается вследствие увеличения числа посадочных поверхностей и необходимости применения того или иного соединения. Поэтому шестерни и червяки чаще всего выполняют заодно с валом.

Червячные колеса по условиям работы изготовляют составными: центр колеса (ступица с диском) - из стали, реже из серого чугуна, а зубчатый венец (обод) - из антифрикционного материала (как правило, бронзовый). Венцы соединяют с центрами болтами, поставленными без зазора в отверстия из-под развертки.

Натяг бронзового венца на чугунном центре во время работы червячного колеса уменьшается, так как коэффициент линейного расширения бронзы больше, чем чугуна. Поэтому во избежание смещения венца относительно центра на их стыке устанавливают 4–6 винтов, которые при необходимости проверяют на срез.

При единичном и мелкосерийном производстве зубчатые венцы соединяют с центром колеса посадкой с натягом. При постоянном направлении вращения червячного колеса на на­ружной поверхности центра предусматривается буртик, и эта форма центра является традиционной. В современных конст­рукциях для упрощения процесса изготовления венца и центра буртик не делают, обеспечивая посадку венца на центр с натягом. При небольших скоростях скольжения менее 2 м/с и малых диаметрах колеса его можно изготовить цельнолитым.