Зубчатые колеса двухступенчатых цилиндрических редукторов

 

Зубчатые колёса, как правило, косозубые, что повышает плавность, бесшумность работы и увеличивает нагрузочную способность передач. Вообще косозубые колёса вместо прямозубых необходимо применять при скоростях V ≥10..15 м/с. Но при изготовлении стандартных редукторов есть рекомендации, что все цилиндрические зубчатые передачи должны быть косозубыми.

Необходимо обратить внимание на то, что шестерни имеют большую ширину, чем колеса. Это необходимо для того, чтобы при регулировке зазоров или при сборке вал будет смещаться вдоль оси зубья шестерни, как более циклически нагруженные, контактировали бы с зубьями колеса на ширине, не менее расчётной в _w.

В редукторах с межосевым расстоянием тихоходной ступени < 315 мм зубчатые колёса изготавливаются либо из стали 25ХГМ ГОСТ 4543-71 с последующей нитроцементацией, либо из стали 2ОХН2МА с последующей цементацией и шлифовкой, либо из стали 40ХН2МА с азотированием.

Шестерни выполняют заодно с валом (вал-шестерни) при передаточном числе пары U >3.15, при меньших – значениях U шестерни выполняют насадными. Заготовки насадных зубчатых колёс получают штамповкой.

 

 

Таблица 3 – Марки сталей, применяемых дли изготовления зубчатых колес

 

Способ обработки	Марка сталей	Достигаемая твёрдость (верхний предел)	Рекомендуемое применение
Объемная закалка	45, 40Х, 4ОХН, 35ХМ, 4ОХН4МА, ЗЗХС и др.	HRCЭ 55-65	Слабо- и средне-нагруженные передачи
Цементация, Объемная закалка	15Х; 2ОХ;12ХНЗА; 15ХФ; I2XH2; 12Х2Н4А; 2ОХНЗА; 20ХН2МА; 2ОХ24А; 2ОХН; I8X2H4BA; 26ХГМ, 18ХГТ; ЗОХГТ; 5ХГН2ТА; 2ОХГР; 2ОХГНР; 2ОХГНТР, 2ОХГСА и др.	HRCЭ 58-63	Тяжелонагруженные ответственные зубчатые колёса
Нитро-цементация	20, 40Х, 25ХГТ, 25ХГМ, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 20ХГНР, 20ХГР, 20Х, 18ХГТ, 20ХГТ и др.	HRCЭ 57-63	Средненагруженные нешлифуемые зубчатые колёса
Закалка ТВЧ	40, 45, 50, 50Г, 40Х, 40ХН, З8ХС, 4ОХН2МА, 50ПП, У6 и др.	HRCЭ 50-60	Слабо- и средне-нагруженные зубчатые колёса при изготовлении их из стали с пониженной прокаливаемостью
Азотирование	38Х2МЮА, 38X2Ю, 38ХМЮА, 40ХФА и др.	HRCЭ 52-60	Средненагруженные зубчатые колёса в случае невозможности зубошлифования; зубчатые колёса, работающие при высоких температурах

 

 

   4 Червячные редукторы

 

 

   4.1 Общие сведения

 

Червячные передачи (редукторы) применяются для передачи вращения между перекрещивающимися валами.

Достоинства передач: плавность и бесшумность в работе, большие передаточные числа при сравнительно небольших габаритах. Передаточное число червячной передачи определяют по формуле:

                                                         (4.1)

где Z₂ – число зубьев червячного колеса;

 Z₁ - число заходов червяка.

Минимальное число зубьев червячного колеса = 27. По ГОСТ 2144-93 червяки выполняют с = 1, 2, и 4. Чем больше заходов, тем меньше потерь на трение и выше КПД (таблица 4).

 

Таблица 4

 

Число витков червяка	1	2	4
К.П.Д.	0,7..0,75	0,75..0,82	0,87..0,92

 

Передаточное число червячных передач может быть в диапазоне =8...80 и должно соответствовать одному из значений ряда по ГОСТ 2144-93 (таблица 5).

 

Таблица 5

 

 

 

	8	9	10	11,2	12,5	14	16
	18	20	22,4	25	28	31,5	35,5
	40	45	50	56	63	71	80

 

Фактическое передаточное отношение стандартного редуктора не должно отличаться от приведенного в таблице более чем на 4%.

 

   4.2 Определение геометрических параметров червячных передач

 

Одной из задач работы является определение геометрических параметров передачи.

 

Рекомендуется следующий порядок измерения.

 

4.2.1 Измерить приближённую величину осевого шага P червяка (см. рисунок 4а). Для этого штангенциркулем измерить длину пяти шагов P₅ и найти P = P₅ / 5.

 

4.2.2 Определить приближенное значение модуля m

                                                              (4.2)

 

 

 

Рисунок 4 – Геометрия червячных передач:

а) передача без смещения

б) передача со смещением

4.2.3 Определить уточнённое значение модуля m, а также коэффициент диаметра q по таблице 6, приведенной в [4, с.19] и соответствующей ГОСТ 2144-93.

 

Таблица 6 – Рекомендуемые для применения в редукторах сочетания значений модулей m в зависимости от коэффициента диаметра червяка q и числа его витков Z ₁

 

m	q	Z 1
2.0, 2.5, 3.15, 4.0, 5.0, 6.3, 8.0, 1.25, 1.6 4.0 (6.0) 1.6 (3.0,3.5,6.0) 2.0, 2.5 (3.0,7.0) (1.5) 1.0 (1.5) 1.0 (1.5)	8.0, 10.0, 12.5, 16.0, 20.0, 12.5, 16.0, 20.0 9.0 10.0 12.0 14.0 16.0 20.0	1, 2, 4     1 1, 2, 4
Примечание: значения модулей, заключенные в скобки, а также сочетания с использованием q = 9, 12, 14 по возможности применять не следует.

 

Обращаем внимание, что в рассматриваемых редукторах могут встречаться и не рекомендуемые, хотя и стандартные значения модулей.

 

4.2.4 Проверить значения m и q. Для этого измерить штангенциркулем величину . Рассчитать  по формуле

                                                  (4.3)

Сопоставить измеренное и рассчитанное значения , принимая во внимание, что при изготовлении червяка на наружный его диаметр даётся допуск "в минус" 0,2-0,4 мм. При явном несовпадении результатов выбирают другое значение q. Если не удаётся таким образом подобрать стандартные значения m и q, то это означает, что параметры передачи не соответствуют ГОСТ 19036-81. Этот стандарт определяет исходный контур витков, то есть коэффициент высоты головки =1, коэффициент высоты витка =2,2, угол профиля =20°.

В общем виде

                                           (4.4)

 

Если параметры редуктора не соответствуют ГОСТ 19036-81, то по формуле (4.4) определяют фактический коэффициент .

 

4.2.5 Определение параметров червячного колеса

 

У червячного колеса необходимо измерить наибольший наружный диаметр  (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5

 

 

Измеренный диаметр сопоставляют с расчётным значением:

                                              (4.5)

Если червячное колесо без смещения (т.е. χ = 0), то:

                                           (4.6)

Если червячное колесо со смещением, то:

                                     (4.7)

где χ - коэффициент смещения.

 

Вначале считают, что χ = 0.

 

ПРИМЕЧАНИЕ: если разность расчетного и измеренного значений  не превышает 0.4 мм, то результат считается идентичным, т.к. при изготовлении червячного колеса даётся допуск на изготовление "в минус" порядка 0.2 – 0.4 мм.

Если при расчёте  по формуле (4.6) измеренное и расчётное значения не совпадают, то это означает, что колесо нарезано со смещением, и надо определить величину коэффициента смещения χ.

 

Из формул (4.5) и (4.7) получим:

                                              (4.8)

                                                (4.9)

здесь  - измеренное значение.

Найденный коэффициент смещения проверяют по расчётному межосевому расстоянию.

4.2.6 Измерить межосевое расстояние

Измерение межосевого расстояния следует проводить с помощью штангенрейсмуса, установив редуктор на измерительную плиту. Как правило, межосевое расстояние редуктора при проектировании задаётся из стандартного ряда. Измерив , выберем ближайшее значение из стандартного ряда.

 

Таблица 7

 

, мм	40	50	63	80	100	125	140
	160	180	200	225	250	280	315

 

4.2.7 Расчётное межосевое расстояние для передачи без смещения

                                                (4.10)

Расчётное межосевое расстояние в червячной передаче со смещением

                                           (4.11)

 

Сопоставить расчетное и измеренное межосевые расстояния. Если расхождение не превышает предельного отклонения межосевого расстояния корпуса , то результат считается идентичным.

,                                           (4.12)

где  - предельное отклонение межосевого расстояния передачи по ГОСТ 3675-81, [3, с.358] (см. табл.8).

 

Таблица 8

 

Степень точности	Предельное отклонение , мкм, при расстоянии , мм
	до 80	св.80 до 120	св.120 до I80	св.180 до 250	св.250 до 315	св.315 до 400
6	28	32	38	42	45	50
7	45	50	60	67	75	80
8	71	80	90	105	110	125
9	110	130	150	160	180	200

 

 

Таблица 9 – Итоговая таблица расчётных геометрических параметров червячной передачи

 

Параметр	Обозначение и расчётная формула	Числовое значение
Модуль
Коэффициент диаметра
Делительный диаметр червяка
Диаметр вершин червяка
Диаметр впадин червяка
Шаг червяка
Число заходов червяка
Число зубьев колеса
Делительный диаметр колеса
Коэффициент смещения
Диаметр вершин колеса
Наибольший диаметр червячного колеса
Межосевое расстояние
Передаточное число передачи

 

 

   4.3 Конструктивные особенности червячных редукторов

 

Червячные редукторы могут быть с верхним расположением червяка и с нижним. При окружных скоростях червяка до 4...5 м/с следует отдавать предпочтение редукторам с нижним расположением червяка, это обеспечивает лучшие условия смазки.

При больших скоростях очень возрастают потери на разбрызгивание смазки, поэтому червяк следует располагать над колесом. Вследствие низкого К.П.Д. работа редуктора сопровождается значительным нагревом. Для лучшего охлаждения корпуса редукторов часто приходится изготавливать с рёбрами.

Червячные валы редукторов выполняют из сталей 18ХГТ, 20Х, 35ХГСА с цементацией рабочих поверхностей витков и шеек вала под манжеты (твёрдость этих поверхностей HRC_Э 56-63 и HRC_Э 53-62 соответственно) и из стали 40Х с закалкой (HRC_Э 50-55).

После термообработки рабочие поверхности витков червячных валов шлифуют и полируют.

Венцы червячных колес отливают, как правило, из бронзы БрО10Ф1, БрА9ЖЗЛ, реже латуни ЛАЖМц66-6-3-2 и чугуна СЧ15, СЧ20 с непосредственной заливкой на ступицу или напрессовывают на ступицу, изготавливаемую из стали 45Л.

 

 

   5 Коническо-цилиндрические редукторы

 

   5.1 Общие сведения

 

Коническо-цилиндрические двухступенчатые редукторы общего назначения типов КЦ1 по ТУ 24-9-268-72 выпускаются пяти типоразмеров, трёх исполнений по сборке и пяти исполнений по передаточному числу (таблица 10).

 

Типоразмеры редукторов: КЦ1-200, КЦ1-250, КЦ1-300, КЦ1-400, КЦ1-500. Цифра 1 рядом с буквой Ц означает, что редуктор имеет одну цилиндрическую передачу (ступень), а трёхзначные числа - это величина межосевого расстояния тихоходной цилиндрической зубчатой передачи.

 

 

Исполнение I                               Исполнение 2                           Исполнение 3

 

 

Рисунок 5 – Схемы исполнений по сборке

(Б – быстроходный вал, Т – тихоходный вал)

 

Таблица 10

 

Исполнение	I	II	III	IV	V
Передаточное число	28	20	14	10	5,3

 

Обозначение редуктора должно состоять из обозначения типоразмера, номера исполнения по передаточному числу, номера сборки и прочих обозначений.

 

Пример обозначения редуктора КЦ1-200 с исполнением по передаточному числу II, исполнения по сборке 2:

Редуктор КЦ 1-200- II -2

 

Конические зубчатые колёса могут иметь зубья различных видов: прямые, тангенциальные и криволинейные (рисунок 7).

 

Конические колёса с прямыми зубьями находят широкое применение при окружных скоростях до 3 м/с. Колёса с тангенциальными зубьями, при наличии оборудования для их изготовления, целесообразно использовать взамен прямозубых, при этом окружная скорость колёс может быть доведена до 15 м/с. Наиболее эффективны колеса с тангенциальными зубьями при 8 мм. Колёса с круговыми зубьями применяются при окружных скоростях до 30 м/с и более, так как круговая форма снижает динамические нагрузки.

 

 

Рисунок 7 – Виды зубьев конических передач:

а) с прямыми; б) с тангенциальными; в) с круговыми.