Описание устройства червячного редуктора

Как известно, в отечественном общем машиностроении применяют, в основном, асинхронные электродвигатели, имеющие дискретную частоту вращения валов. Технологические машины должны иметь широкий спектр частот вращения рабочих органов. Поэтому в приводах машин применяют редукторные (понижающие) передачи: зубчатые цилиндрические и конические, а также червячные, цепные, ременные и др.

В данной лабораторной работе надо исследовать червячный одноступенчатый редуктор с нижним (или верхним) расположением червяка, имеющий горизонтальную плоскость разъема корпуса (рисунок 1).

Корпус червячного редуктора может быть цельным. В таком редукторе расточки в корпусе под подшипники вала червячного колеса должны быть таких размеров, чтобы через них можно было ввести внутрь корпуса вал вместе с колесом. Подшипники вала червячного колеса в таком редукторе устанавливают во фланцевые крышки. Монтаж и демонтаж такого редуктора затруднен, так как при снятии фланцевой крышки любой опоры вал вместе с колесом выпадает из корпуса, что может привести к травме.

Червячная передача исследуемого редуктора помещена в разъемный корпус, состоящий из основания 1 и крышки 2.

Червяк изготавливают из легированной стали с поверхностным упрочнением витков. Передача движения и нагрузок в редукторе осуществляется за счет скольжения витков червяка по зубьям колеса. Из-за этого в передаче возникают большие потери энергии на трение, нагрев контактных поверхностей витков и зубьев, а также масла, смазывающего передачу. Потеря маслом вязкости (при нагреве передачи) может вызвать разрыв масляной пленки на контактных поверхностях и привести к их свариванию. Именно поэтому основная причина выхода из строя червячной передачи – это поверхностное разрушение зубьев червячного колеса. Снижения коэффициента трения скольжения в передаче достигают путем изготовления зубьев колеса из цветных металлов.

Рисунок 1 – Редуктор червячный одноступенчатый

с нижним расположением червяка

С целью осуществления текущего контроля состояния рабочих поверхностей зубьев червячного колеса (без демонтажа всего редуктора) в крышке 2 редуктора выполняют смотровой люк, который закрывают смотровой крышкой 3. Размеры и расположение смотрового люка должны обеспечивать качественный контроль зубьев червячного колеса. Для осмотра состояния боковых поверхностей зубьев колеса достаточно снять смотровую крышку, провернуть валы и осмотреть зубья колеса.

Корпусные детали редуктора соединены между собой болтами 4, расположенными по поясу редуктора. Силы, возникающие в зацеплении червяка с колесом, передаются на валы. Валы червяка и колеса установлены на подшипниках. Нагрузки с вала колеса 6 передаются на подшипники, поэтому около подшипниковых узлов на корпусных деталях редуктора выполняют бобышки 7 (приливы), в которые вставляют болты 5, имеющие больший диаметр и длину, чем болты 4.

Штифты 8 используют для относительного центрирования крышки и корпуса редуктора на стадии их совместной механической обработки (расточка отверстий под подшипники, сверление отверстий по поясу редуктора под крепеж), а также – на стадии сборки редуктора. Они должны быть установлены как можно дальше друг от друга и по диагонали плоскости стыка корпусных деталей. Штифты могут быть цилиндрической и конической формы. Все штифты являются стандартными деталями. При демонтаже редуктора штифты выбивают из отверстий в корпусных деталях, а при повторном монтаже – снова забивают в отверстия в корпусных деталях (штифты устанавливают по переходным посадкам). Поэтому конические штифты служат дольше цилиндрических штифтов: дольше обеспечивают плотность посадки в корпусные детали.

Подшипниковые узлы червячного колеса закрывают фланцевыми крышками 9, а подшипниковые узлы червяка 10 – фланцевыми крышками 11. Фланцевые крышки крепят к корпусным деталям редуктора винтами 12. Часто подшипниковые узлы закрывают врезными крышками. В этом случае сборку редуктора производят в такой последовательности: сначала устанавливают вал с колесом и подшипниками в основание корпуса редуктора, затем в расточки корпуса устанавливают врезные крышки, которые имеют выступающий бурт. Этим буртом крышки фиксируются в кольцевых канавках корпусных деталей редуктора. И наконец, передачу закрывают крышкой редуктора и соединяют по поясу с основанием корпуса болтами. Врезные крышки к корпусным деталям винтами не крепят – это их достоинство. Но врезные крышки (в отличие от фланцевых крышек) не обеспечивают доступ к подшипникам без демонтажа всего редуктора – это их недостаток.

маслоуказатель 13 предназначен для контроля уровня масла в картере редуктора,а сливная пробка 14 – для слива отработанного масла.

Для транспортировки редуктора могут быть применены рым-болты 15 (грузовые винты). С этой же целью могут быть выполнены крюки и ребра с отверстиями под канат, отливаемые совместно с крышкой редуктора.

Движение, вращающие моменты и энергия в червячном редукторе передаются за счет скольжения витков червяка по зубьям колеса. Поэтому в червячном редукторе происходит значительное выделение теплоты в зоне зацепления. Это вызывает необходимость применения дорогостоящих цветных металлов для изготовления зубчатого венца червячного колеса. Если отвод теплоты недостаточен, то передача может перегреться. Перегрев передачи резко снижает вязкость масла, что может вызвать заедание зубьев колеса витками червяка и привести передачу в негодность.

При работе редуктора нагрев передачи вызывает повышение давления внутри его корпуса. Чтобы выровнять давления внутри корпуса редуктора с окружающей средой в смотровую крышку устанавливают отдушину 16 (перепускной клапан, который выпускает воздух из корпуса редуктора и не впускает воздух внутрь корпуса).

Червячный редуктор без крышки показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Редуктор червячный одноступенчатый без крышки

Благодаря снятой крышке редуктора хорошо виден узел червячного колеса: само колесо 1, вал колеса 2, подшипники 3, фланцевые крышки 4 подшипников (крышки крепят к корпусу редуктора винтами 5). Корпус и крышка редуктора соединены болтами 8, установленными в бобышки (приливы) у подшипниковых узлов, и болтами 6, расположенными по поясу 7 корпусных деталей. Штифты 9 (их два) используют при сборке редуктора, для относительного центрирования корпусных деталей редуктора.

На рисунке 3 показан червячный редуктор без нижней части корпуса. Благодаря отсутствию на рисунке корпусной детали хорошо видна конструкция узла червяка. Червяк 1 (ведущий вал червячного редуктора) выполнен заодно с валом и опирается на расточки корпуса редуктора через подшипники 2.

Рисунок 3 – Червячный одноступенчатый редуктор

без нижней части корпуса

Правый опорный узел червяка закрыт глухой (без отверстия под вал) фланцевой крышкой 3. Левый опорный узел изолирован от окружающей среды фланцевой подшипниковой сквозной крышкой 4. Фланцевые крышки крепят к основанию корпуса винтами 5. На рисунке также хорошо виден жезловой маслоуказатель 6.

Ведущий вал редуктора также называют быстроходным или входным. Он передает нагрузки, энергию и вращение от вала электродвигателя к валу червячного колеса. входной вал редуктора присоединяют к валу электродвигателя упругой муфтой, поэтому он вращается с той же частотой, что и вал электродвигателя. частота вращения вала колеса (выходного вала редуктора) уменьшается в передаточное число раз по отношению к частоте вращения червяка.

Узел входного вала редуктора, то есть узел червяка, показан на рисунке 4. Червяк 1 устанавливают в корпус 2 в осевом направлении, поэтому корпус редуктора по оси червяка не разрезают. Червяк опирается на корпус через конические подшипники 3. Значительная по величине осевая нагрузка на вал вызывает необходимость применения для опор червяка роликовых радиально-упорных подшипников (иначе их называют коническими подшипниками). При частоте вращения червяка более 2000 об/мин приходится использовать шариковые радиально-упорные подшипники, так как роликовые подшипники из-за трения не долговечны.

Узел левой опоры червяка закрыт фланцевой сквозной крышкой 4, в которую вставлено манжетное уплотнение 5. Уплотнение предназначено для изоляции опорного узла от окружающей среды и защиты подшипника от загрязнений. Фланцевая крышка присоединена к корпусным деталям редуктора при помощи винтов 6. В правой опоре подшипниковый узел закрыт фланцевой глухой крышкой 7 (без сквозного отверстия под вал).

Рисунок 4 – Узел входного вала редуктора

Стандартные фланцевые крышки подшипников имеют малую длину посадочного цилиндра (посадочный цилиндр – это цилиндрическая поверхность, по которой крышка вставляют в корпус редуктора), поэтому между подшипником и крышкой устанавливают регулировочные кольца 8 (в левой опоре) и 9 (в правой опоре). регулировочные кольца предназначены также для осевой фиксации подшипников в расточках корпуса редуктора.

Поскольку каждая деталь узла вала имеет свою погрешность изготовления размеров, то при сборке узла они могут суммироваться или минусоваться. Для заданного режима эксплуатации редуктора необходимо свободное вращение валов в подшипниках, что обеспечивается определенной величиной зазоров в них.

Регулирование зазоров в подшипниках опор вала осуществляют наборами тонких металлических прокладок 10, устанавливаемых под фланцы подшипниковых крышек. Толщины и состав набора прокладок определяют путем расчета сборочных размерных цепей.

Таким образом, наборы тонких металлических прокладок предназначены как для компенсации погрешностей изготовления деталей узла, так и для обеспечения требуемых зазоров в подшипниках. В паз концевого участка червяка (хвостовика) установлена призматическая шпонка 11.

Узел выходного вала редуктора, то есть узел вала червячного колеса, показан на рисунке 5. На валу 1 установлено червячное колесо 2 посредством посадки с гарантированным натягом и призматической шпонки 3. Вал опирается на корпусные детали редуктора через шариковые радиально-упорные подшипники 4. Осевая нагрузка на вал мала, поэтому применения роликовых подшипников не требуется.

Рисунок 5 – Узел выходного вала редуктора

Между ступицей колеса и внутренним кольцом правого подшипника установлено дистанционное кольцо 5. Оно предназначено для удержания на заданном расстоянии колеса и внутреннего кольца подшипника. Его устанавливают на вал по посадке с гарантированным зазором.

Левый опорный узел изолирован от окружающей среды фланцевой глухой крышкой 6. Правый опорный узел вала закрыт фланцевой сквозной крышкой 7. Обе крышки присоединены к корпусным деталям винтами 8. Между подшипниками и фланцевыми крышками расположены регулировочные кольца 9. Между фланцевой сквозной крышкой и валом расположено манжетное уплотнение 10 (его вставляют в отверстие в крышке). Манжетное уплотнение предназначено для защиты опорного узла от загрязнений окружающей среды.

С целью регулирования зазоров в подшипниках под фланцы подшипниковых крышек поставлены наборы тонких металлических прокладок 11. В паз хвостовика (концевого участка) вала вставлена призматическая шпонка 12 с целью смягчения посадки соединительной полумуфты на вал и повышения надежности передачи вращающего момента на приводной вал машины.