Фрикционными передачами называют устройства, в которых движение от ведущего звена к ведомому передается путем их соприкосновения и взаимного качения. Простейшая фрикционная передача состоит из двух колес-катков, одно из которых закреплено на ведущем валу, а другое — на ведомом. Колеса прижимаются друг к другу так, чтобы касательная сила сцепления была равна или превышала передаваемое усилие.
В зависимости от назначения различают фрикционные передачи с постоянным (нерегулируемым) и переменным (регулируемым плавно) передаточным отношением. Передачи с плавным бесступенчатым регулированием передаточного отношения называют вариаторами (рис. 1). Изменение величины передаточного отношения в этих передачах осуществляется следующим образом: фрикционное колесо 5 при помощи гайки 4 может перемещаться вдоль винта 3, приводимого в движение маховиком 2. При этом изменяются диаметры ведущего и ведомого конических барабанов 1 в месте их контакта с фрикционным колесом 5, а соответственно, и передаточное отношение передачи.
Передачи с постоянным передаточным отношением в зависимости от взаимного расположения осей ведущего и ведомого валов подразделяют на передачи с параллельными и пересекающимися осями. В зависимости от формы тела качения различают конические, цилиндрические и торцевые передачи.
Фрикционные передачи работают плавно и бесшумно, имеют простую конструкцию и достаточно точно передают движение. Наряду с этим фрикционные передачи обладают рядом существенных недостатков: передаваемая мощность, как правило, не превышает 20 кВт; КПД составляет менее 0,9; оказывают значительное давление на опоры.
Установка фрикционных катков на валу осуществляется так же, как и установка зубчатых колес.
Одной из разновидностей фрикционных передач являются различные тормозные устройства, предназначенные для уменьшения скорости или полной остановки исполнительного механизма.
Сборка тормозного механизма (рис. 2) начинается с входного контроля деталей, поступивших на сборку. Проверяют геометрические размеры и форму посадочных мест вала и тормозного диска 2 на соответствие требованиям чертежа, после чего диск устанавливают на вал, используя шпоночное соединение. Затем приступают к установке тормозных колодок 1 на осях в корпусе рычагов 3, предварительно закрепив на колодках при помощи клея или заклепок фрикционные накладки. На рычаги 3 устанавливают тяги 4 с пружинами 5 и механизмом регулирования усилия растяжения пружин. Рычаги в сборе устанавливают на основании тормозного устройства, соединяя их осями, которые раскернивают.
Испытание колодочных тормозов производят в целях регулирования хода якоря электромагнита 6 и усилия пружины 5. Регулирование пружины заключается в установлении такой ее длины, которая обеспечивала бы необходимую силу прижатия колодок тормозного устройства к тормозному диску 2. Усилие прижатия определяется тормозным моментом.
Зубчатая передача — это механизм для передачи вращательного движения и изменения частоты и направления вращения, а также для преобразования вращательного движения в поступательное.
Передача может состоять из зубчатых колес, зубчатого колеса и рейки либо из червяка и червячного колеса. Зубчатые передачи бывают открытого и закрытого типа. Зубчатые передачи могут быть встроены в механизм, машину или выполнены в виде самостоятельного агрегата — редуктора.
Зубчатые передачи получили широкое распространение в связи с преимуществами по сравнению с другими видами передач (ременные и цепные). Они обеспечивают высокий КПД (до 0,99), возможность передачи больших мощностей (до десятков тысяч киловатт) при окружных скоростях до 150 м/с, высокую кинематическую точность, надежность и долговечность при различных условиях работы.
В зависимости от формы профиля зуба различают эвольвентные и циклоидные передачи, а также передачи с зацеплением Новикова. Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зуба.
В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов различают передачи с параллельными осями (осуществляются цилиндрическими зубчатыми колесами); с пересекающимися осями (осуществляются коническими зубчатыми колесами); со скрещивающимися осями (осуществляются цилиндрическими зубчатыми колесами с винтовыми зубьями, коническими зубчатыми колесами с винтовыми зубьями, червячным колесом и червяком).
Рис. 1. Основные элементы зубчатого зацепления: Do — основная окружность; Dt — начальная окружность; h — высота зуба; L — длина зацепления; S — толщина зуба; t0 — основной шаг; t — окружной шаг
Основные элементы зубчатого зацепления прямозубой цилиндрической зубчатой передачи с эвольвентным профилем зуба (рис. 1) следующие:
профиль зуба — кривая, по которой очерчен профиль зуба;
начальная окружность (Dt) — соприкасающиеся друг с другом окружности, имеющие общие центры с сопряженными зубчатыми колесами и катящиеся одна относительно другой без скольжения;
полюс зацепления — точка касания начальных окружностей сопряженных зубчатых колес;
делительная окружность — окружность зубчатого колеса, на которой шаг и угол зацепления равны соответственно шагу и углу инструмента, которым нарезают зубчатое колесо (в большинстве случаев совпадает с начальной окружностью);
основная окружность (Do — окружность, описанная вокруг центра зубчатого колеса, обкатываясь по которой производящая линия очерчивает профиль зуба колеса;
линия зацепления — линия, которая очерчивает профиль зуба;
окружной шаг (t) — расстояние между двумя одноименными точками двух соседних профилей зубьев, измеренное по делительной окружности;
основной шаг (t0) — расстояние между двумя одноименными точками двух соседних зубьев, измеренное по нормали к ним;
толщина зуба (S) — длина дуги окружности между двумя разноименными профилями одного зуба, измеренная по делительной окружности;
длина зацепления (L) — отрезок линии зацепления между началом и концом фактического касания сопряженных профилей зубьев.
Цилиндрические зубчатые передачи могут быть прямозубыми (рис. 2, а), косозубыми и шевронными (рис. 2, б). Прямозубые цилиндрические передачи широко применяют в коробках скоростей и редукторах.
Рис. 2. Виды зубчатых передач: а — цилиндрическая прямозубая; б — цилиндрическая с шевронными зубьями; в — коническая прямозубая; г — коническая с винтовым зубам; д — червячная
Цилиндрические косозубые передачи обеспечивают более плавный по сравнению с цилиндрической прямозубой передачей вход зубьев в зацепление и, соответственно, более плавную работу передачи, но наклон зубьев исключает возможность использования этих зубчатых колес для переключения частот вращения, а также требует применения в узлах подшипниковых опор, способных воспринимать осевую нагрузку.
Зубчатые колеса цилиндрических шевронных передач по ширине состоят из двух участков с зубьями, имеющими левый и правый наклон. Эти передачи способны передавать очень большие мощности.
Конические и гипоидные (конические винтовые) зубчатые передачи (рис. 2, в, г) изготавливают с прямыми, тангенциальными и криволинейными зубьями. Эти передачи отличают плавность, бесшумность и высокая нагрузочная способность.
Червячные зубчатые передачи (рис. 2, д) бывают с цилиндрическим и глобоидным (вогнутой формы) червяком. В глобоидных передачах в зацепление одновременно входят 5 — 7 зубьев, в то время как в передачах с цилиндрическим червяком — 1 —2 зуба. Поэтому у глобоидных передач КПД и передаваемая мощность выше. Однако глобоидные червяки сложнее в изготовлении и сборке, что ограничивает их применение. Угол скрещивания осей червяка и червячного колеса составляет, как правило, 90°.
По точности изготовления зубчатые колеса подразделяются на 12 степеней. В машиностроении применяют в основном передачи 6—9-й степеней точности. К 6-й относятся передачи высокой точности, работающие с большими окружными скоростями. Передачи нормальной и средней точности относятся соответственно к 7-й и 8-й степеням. К 9-й, низкой степени точности, относятся тихоходные передачи.
Технические требования к зубчатым передачам.
Технические требования к зубчатым передачам в значительной степени зависят от их назначения и определяются исходя из кинематической точности передачи, которая характеризуется погрешностью угла поворота колеса при его зацеплении с эталонным зубчатым колесом, плавностью работы передачи и контактом зубьев.
Для всех зубчатых передач независимо от их точности установлены нормы на боковой зазор в зубчатых колесах. Боковой зазор в зубчатой передаче компенсирует возможные ошибки в размерах зубьев, неточность межосевого расстояния в передаче, а также возможные отклонения формы зубьев вследствие их нагревания. Однако наличие бокового зазора в передаче может привести к появлению ударов в процессе ее работы, а также являться причиной мертвого хода. Поэтому к величине бокового зазора предъявляют достаточно высокие требования: величина бокового зазора не должна выходить за предельно допустимые значения, так как это может привести к заклиниванию зубьев (если зазор слишком мал) или к нарушению плавности работы (если зазор превышает допустимую величину) передачи, величина зазора должна обеспечивать минимальный мертвый ход. Допускаемые значения величины бокового зазора указываются в справочной литературе.
К зубчатым колесам, поступающим на сборку, и к самим зубчатым передачам предъявляют следующие технические требования:
в зависимости от точности передачи зубья колес при контроле «на краску» должны иметь поверхность контакта размерами 0,25…0,8 по длине зуба и 0,2…0,55 — по высоте;
биение колес как радиальное, так и торцевое не должно превышать пределов, установленных техническими условиями на собираемую передачу;
оси валов под зубчатые колеса должны быть взаимнопараллельны (для цилиндрической передачи) или взаимно-перпендикулярны (для конической передачи) и лежать в одной плоскости;
между зубьями колес должен иметься зазор, размер которого зависит от степени точности передачи и определяется по таблицам соответствующих справочников;
собранная сборочная единица должна быть испытана на холостом ходу и под нагрузкой и обеспечивать плавность и бесшумность работы передачи, а также умеренный нагрев подшипниковых опор.
Точность изготовления зубчатых колес и сборки передачи должна соответствовать требованиям соответствующих стандартов.
Прежде чем приступить к сборке узла с зубчатыми передачами необходимо проверить соответствие элементов зубчатых колес требованиям технических условий.
Входной контроль зубчатых колес.
При входном контроле (на примере цилиндрического зубчатого колеса с прямыми зубьями) необходимо проверить следующие параметры: погрешность основного шага, погрешность окружного шага, радиальное биение, толщину зуба, смещение исходного контура, длину общей нормали.
Контроль погрешности основного шага осуществляется с помощью специального прибора — шагомера основного шага (рис. 3). Измерительный наконечник 1 подвешен на плоских пружинах. Перемещение наконечника фиксируется отсчетным устройством 2, представляющим собой индикатор часового типа с ценой деления 0,001 мм. Второй измерительный наконечник 5 (подвижный) устанавливается винтом 3 в необходимое положение, которое определяется модулем контролируемого зубчатого колеса. Опорный наконечник 4 поддерживает прибор при измерениях и обеспечивает расположение линии зацепления по нормали к профилям зубьев. Шагомер настраивают при помощи блока концевых мер длины, размер которого равен размеру основного шага проверяемого зубчатого колеса.
Контроль погрешности окружного шага осуществляется также при помощи шагомера (рис. 4). Переставной наконечник 8 перемещается относительно шкалы корпуса 1 и закрепляется неподвижно винтом 9. Подвижный наконечник 7 закреплен на подвесе 4 и через угловой рычаг 5 передает движение измерительному наконечнику индикатора 3, фиксирующему отклонение равномерности шага. Опорные ножки 6 и 10 перемещаются и закрепляются винтами 2.
Установка переставного наконечника на заданный размер осуществляется при его перемещении относительно корпуса до совпадения штриха, нанесенного на наконечник, со штрихом шкалы, соответствующим модулю проверяемого зубчатого колеса.
Контроль погрешности окружного шага осуществляется следующим образом. Шагомер накладывают на контролируемое колесо, добиваясь плотного контакта шариков, запрессованных в выступах передних опорных ножек, с торцом зубчатого колеса и контакта их закругленной части с окружностью выступов. Шагомер последовательно переносят с одной пары зубьев на другую до возвращения к исходной паре. При этом фиксируются отклонения стрелки индикатора.
Контроль радиального биения осуществляется с помощью специального прибора — биениемера (рис. 5), наконечник 3 которого может иметь различную форму, но должен касаться поверхностей двух соседних зубьев по постоянной хорде. При контроле проверяемое зубчатое колесо 1 надевают на оправку 2. Наконечник 3 на измерительном стержне 4 перемещается в направляющей втулке 7, установленной на стойке 8, под действием пружины и прикрепленной к нему планкой 6 воздействует на измерительный наконечник 5 индикатора. Измерения производят, вводя наконечник последовательно во все впадины между зубьями колеса. Радиальное биение определяют как разность между максимальным и минимальным отклонением стрелки индикатора.
Контроль толщины зуба производят, измеряя ее по постоянной хорде с помощью хордового зубомера — пггангензубомера (рис. 6), имеющего две взаимно-перпендикулярные шкалы 2 и 7. Одна из шкал предназначена для определения высоты, а другая —для измерения длины постоянной хорды. Перед началом измерения упор 4 устанавливают по нониусу 3 на размер, равный высоте, по которой предполагается измерять длину постоянной хорды, и закрепляют в этом положении. Измерительные губки 1 и 5 после установки зубомера упором 4 на окружность выступов проверяемого колеса сдвигают до соприкосновения подвижной измерительной губки 5 с профилем зуба. Длину постоянной хорды определяют по нониусу 6.
Рис. 6. Штангензубомер: 1, 5 — измерительные губки; 2,7 — шкалы; 3, 6 — нониусы; 4 — упор; Н и S — высота и длина постоянной хорды
Контроль смещения исходного контура осуществляется при помощи зубомера смещения — тангенциального зубомера (рис. 7). Плоскости измерительных губок 2 и 7 воспроизводят контур исходной рейки. Расстояние между измерительными губками изменяется регулировочным винтом 5. Настройка зубомера на исходный контур производится при помощи ролика 1, диаметр которого соответствует модулю проверяемого колеса. Положение губок после настройки фиксируется винтами 3. Если положение действительного контура зуба колеса не соответствует его номинальному значению, то величину отклонения от номинального значения можно определить, наблюдая за отклонением стрелки отсчетного устройства индикатора.
Контроль длины общей нормали осуществляется с помощью зубомерного микрометра (рис. 8, а) или индикаторного нормалемера (рис. 8, б).
Рис. 8. Инструменты для контроля длины общей нормали: а — зубомерный микрометр; б — индикаторный нормалемер; 1 — трубка; 2 — разрезная втулка; 3 — переставная губка; 4 — измерительная губка; 5 — плоская пружина; 6 — угловой рычаг; 7 — индикатор; W — длина общей нормали
Индикаторный нормалемер состоит из трубки 7, по которой может передвигаться втулка 2 с жестко закрепленной на ней переставной губкой 3. Подвижная губка 4 перемещается параллельно трубке 1 на плоских пружинах 5. Движение подвижной губки 4 через угловой рычаг 6, имеющий соотношение плеч 2:1, передается на индикатор 7. Разная величина плеч рычага 6 обеспечивает увеличение точности измерений индикатора в 2 раза. Отклонение длины общей нормали от номинального значения определяется как разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора.
Сборка цилиндрических зубчатых передач.
Сборка зубчатых передач начинается со сборки составных зубчатых колес, если их установка предусмотрена техническими условиями. После этого проводится контроль основных параметров зубчатого зацепления, описанный ранее.
После сборки составных зубчатых колес и контроля их основных параметров переходят к установке зубчатых колес на вал и монтажу валов с установленными на них зубчатыми колесами в корпус с последующей проверкой собранной передачи.
Сборка составных зубчатых колес сводится к установке зубчатых венцов, изготовленных из дорогостоящих легированных материалов, на ступицу, изготовленную из конструкционной стали или из чугуна. Соединение зубчатого венца со ступицей осуществляется при помощи болтов или винтов.
Установка зубчатых колес на вал начинается с контроля соответствия геометрических размеров и формы посадочных мест требованиям чертежа, после чего устанавливают зубчатое колесо на вал, обеспечивая его фиксацию на валу за счет шпоночного, шлицевого или штифтового соединения. Стопорение зубчатого колеса на валу от осевого смещения осуществляется гайкой и шайбой, шайбой и винтом, стопорным кольцом, стопорным винтом с контргайкой.
При монтаже валов с зубчатыми колесами в корпус необходимо, прежде всего, проверить расстояние между осями отверстий в корпусе. Межосевое расстояние можно измерить, пользуясь калибрами 1 и 3 и нутромером 2 или штангенциркулем 5 (рис. 9).
Рис. 9. Схема контроля расстояния между осями валов цилиндрической зубчатой передачи: 1,3 — калибры; 2 — нутромер; 4 индикатор; 5 — штангенциркуль; D, D1, — диаметры калибров; А — межосевое расстояние; L1 L2 — расстояние между калибрами
После проверки параллельности осей отверстий под валы передачи производят установку в корпус редуктора валов и подшипниковых опор.
Контроль качества сборки цилиндрической зубчатой передачи.
При контроле качества сборки цилиндрической зубчатой передачи проверке подвергаются параметры, характеризующие работоспособность и долговечность передачи — боковой зазор и контакт зубьев зубчатых колес.
Контроль бокового зазора в зубчатой передаче осуществляется различными способами (щупом, свинцовой проволочкой, прокатываемой между зубьями передачи, и косвенным методом), выбор которых зависит от конструкции передачи и ее размеров.
При помощи щупа боковой зазор проверяют, вводя щуп между боковыми поверхностями зубьев зубчатых колес. В этом случае толщина щупа будет соответствовать величине зазора между боковыми поверхностями зубьев.
При использовании свинцовой проволочки (при контроле зубчатых колес с модулем от 6 мм и более) ее прокатывают между различными зубьями колеса 3—4 раза и по толщине проволочки после прокатывания определяют величину бокового зазора в передаче (длина свинцовой проволочки должна быть равна длине зуба колеса).
Рис. 10. Схема контроля бокового зазора: 1 — индикатор; 2 — рычаг-поводок; Сп — боковой зазор; R — радиус начальной окружности проверяемого колеса; L — расстояние от оси вала до ножки индикатора; С — показания индикатора
Проверку бокового зазора косвенным методом в передачах, у которых отсутствует свободный доступ к зубчатым колесам, производят при помощи рычага и индикатора часового типа (рис. 10). На валу ведущего зубчатого колеса закрепляют поводок 2 и стопорят ведомое зубчатое колесо. На корпус устанавливают стойку с закрепленным в ней индикатором 1, измерительный наконечник которого вводят в контакт с поводком 2, затем поворачивают ведущее зубчатое колесо сначала в одну сторону, а затем в другую, отмечая суммарную величину отклонения стрелки индикатора.
Величину бокового зазора рассчитывают, основываясь на показаниях индикатора, по формуле Сп = CR/L, где Сп — боковой зазор; С — показания индикатора; R — радиус начальной окружности проверяемого зубчатого колеса; L — расстояние от оси вала до измерительного наконечника индикатора.
Контроль зубчатой передачи «на краску» осуществляется в целях определения качества сборки передачи. Зубья меньшего по диаметру зубчатого колеса покрывают слоем краски и проворачивают передачу на один оборот. По отпечаткам, оставшимся на зубьях сопряженного зубчатого колеса, судят о качестве сборки передачи, сравнивая их с эталонными отпечатками (рис. 11).
Рис. 11. Контроль прямозубых цилиндрических зубчатых колес по расположению пятна контакта: а — правильно; б — при перекосе осей; в — при увеличенном радиальном зазоре; г — при недостаточном радиальном зазоре; Н — высота зуба; В — длина зуба; А — длина пятна контакта; hcp — высота пятна контакта; С — расстояние между пятнами контакта
Сборка конических зубчатых передач.
Конические зубчатые колеса изготавливают с прямыми, тангенциальными (косыми) и криволинейными (круговыми) зубьями.
Основными параметрами, характеризующими коническую зубчатую передачу, являются межосевой угол δ, угол начального конуса φ, модуль зубчатого зацепления, число зубьев зубчатых колес передачи, длина 1 начальной образующей конуса передачи (рис. 12).
Рис. 12. Коническая зубчатая передача: δ — межосевой угол; φ1, φ2 — углы начального конуса зубчатых колес конической зубчатой передачи; l — длина начальных образующих конических зубчатых колес передачи; ОО1 и ОО2 — начальные образующие зубчатых колес конической зубчатой передачи; О — точка пересечения осей зубчатой передачи
Технические требования, предъявляемые к конической зубчатой передаче, в основном аналогичны техническим требованиям, которым должны удовлетворять цилиндрические зубчатые передачи.
В качестве дополнительных, присущих только конической зубчатой передаче, технических требований следует отметить следующие: оси отверстий под установку зубчатых колес должны проходить через центр начальной окружности, лежать в одной плоскости и не иметь перекоса; угол пересечения валов конической зубчатой передачи должен соответствовать техническим условиям; предельное смещение вершин делительного конуса должно соответствовать допустимому осевому смещению колес, указываемому в технических условиях на сборку.
Сборка конической зубчатой передачи начинается с установки и закрепления зубчатых колес на валах, после чего производятся установка валов в корпус, регулирование и контроль качества сборки.
Установка и закрепление на валах конических зубчатых колес осуществляется так же, как и цилиндрических. Правильность установки на валу конического зубчатого колеса и наличие радиального биения определяют по расположению пятен контакта при зацеплении установленного конического зубчатого колеса с другим — эталонным зубчатым колесом.
Установка валов с установленными на них коническими зубчатыми колесами в корпус производится только после того, как будет произведена проверка взаимного расположения осей отверстий под валы в корпусе. Эту проверку осуществляют при помощи калибров 1 и 2, которые устанавливают в отверстиях корпуса (рис. 13, а). Если оси отверстий взаимно-перпендикулярны, то калибр 1 свободно входит в отверстие калибра 2. Для контроля перпендикулярности осей отверстий под валы зубчатой конической передачи можно использовать другой способ (рис. 13, б). В этом случае оси отверстий считаются перпендикулярными, если лапка калибра 1 плотно, без просветов, по всей длине прилегает к образующей калибра 2. Перпендикулярность осей отверстий можно также проверить при помощи калибров со срезанными до оси концами (рис. 13, в). Если срезанные концы калибров плотно прилегают друг к другу, то оси отверстий взаимно-перпендикулярны. Плотность прилегания плоскостей калибров проверяют щупом.
Рис. 13. Схема контроля расположения осей отверстий под валы зубчатой передачи с помощью калибров: а — с отверстием и штифтом; б — с лапкой и гладким; в — со срезанными концами; 1,2 — калибры; С — зазор
Регулирование собранной конической зубчатой передачи проводится в целях обеспечения плавности ее работы. В процессе регулирования корректируют боковой зазор между зубьями конических зубчатых колес до значения, заданного техническими условиями на сборку. Величину бокового зазора в процессе его регулирования контролируют щупом или с помощью свинцовых пластин. В передачах повышенной точности боковой зазор контролируют, используя индикатор часового типа.
Регулирование бокового зазора осуществляется за счет изменения положения зубчатых колес в осевом направлении. После установки конических зубчатых колес в положение, обеспечивающее необходимую величину бокового зазора, нужно зафиксировать это положение так, чтобы при последующих разборках и сборках узла положение не изменялось. Этого можно достигнуть двумя способами:
подбором толщины регулировочных колец или прокладок, которые устанавливают между торцевыми поверхностями деталей зубчатого зацепления и сопрягаемых с ними деталей;
перемещением конического зубчатого колеса при вращении регулировочных гаек.
Регулирование бокового зазора в конической зубчатой передаче осуществляют следующим образом (рис. 14). Зубчатое колесо 1, расположенное на валу, устанавливают в корпус по координате Н, используя шаблон и изменяя толщину комплекта прокладок 2. Затем в отверстии корпуса монтируют вал с установленным на нем зубчатым колесом 4. В заключении на корпус устанавливают крышку, размещая между ней и корпусом комплект прокладок 3, толщина которых указывается в технических условиях на сборку. После этого проверяют величину бокового зазора в передаче и, в случае необходимости, изменяют толщину прокладок 2 и 3.
Рис. 14. Регулирование бокового зазора в конической зубчатой передаче: 1,4 — зубчатые колеса; 2, 3 — комплекты прокладок; Н — координата первоначальной установки зубчатого колеса
В большинстве случаев при регулировании бокового зазора в конической зубчатой передаче возникает необходимость в одновременном регулировании подшипниковых опор с радиальноупорными подшипниками с коническими роликами.
В случае необходимости одновременного регулирования бокового зазора в конической зубчатой передаче и осевого зазора в подшипниковой опоре регулирование выполняется таким образом, чтобы при смещении ведомого зубчатого колеса 2 (рис. 15) осевой зазор в подшипниковых опорах оставался неизменным. При регулировании узла между корпусом редуктора и крышкой устанавливают комплекты прокладок 3 и 6, толщина которых должна обеспечивать заданный техническими условиями на сборку осевой зазор в подшипниковых узлах. После установки прокладок затягивают болты и гайки крепления крышек 4 и 5 к корпусу и проверяют плавность вращения вала и величину его осевого смещения. Закончив регулирование осевого зазора в подшипниковых узлах, необходимо обеспечить его постоянство при последующем регулировании бокового зазора в зацеплении зубчатых колес 1 и 2. Эти условия будут соблюдены, если обеспечить постоянство размера 1 между внешними торцами наружных колец подшипников качения. Постоянство размера 1 достигается при условии неизменной суммарной толщины прокладок, установленных под правую и левую подшипниковые опоры.
Рис. 15. Одновременное регулирование бокового зазора зубчатого зацепления и осевого зазора в роликовых подшипниках качения: 1,2 — зубчатые колеса; 3,6 — комплекты прокладок; 4.5 — крышки; l — регулируемое расстояние между внешними торцами наружных колец подшипника
В процессе регулирования бокового зазора необходимо проверять соответствие его величины требованиям технических условий на сборку. Проверить боковой зазор в конической зубчатой передаче можно так же, как и в цилиндрической зубчатой передаче (щупом, свинцовой проволочкой или пластиной), или специальным приспособлением с индикатором часового типа (рис. 16). В этом случае при помощи индикатора 1 определяют величину бокового зазора в передаче, а индикатор 2 служит для определения торцевого биения конического зубчатого колеса 3 и осевого смещения вала 4, которое определяет величину бокового зазора в подшипниковых опорах передачи.
Контроль качества сборки конической зубчатой передачи.
Комплексный контроль качества сборки конической зубчатой передачи осуществляется методом «на краску». Для этого тонкий слой краски наносят на два зуба каждого из колес передачи, причем зубья для нанесения краски следует выбирать так, чтобы между ними было возможно большее число чистых зубьев. После нанесения краски зубчатые колеса проворачивают в направлении работы передачи и по отпечаткам (пятнам контакта) судят о качестве сборки прямозубой конической передачи (рис. 17).
Рис. 17. Расположение пятен контакта при контроле сборки конических зубчатых колес с прямым зубом: а — правильно; б — зазор в передаче мал; в — межосевой угол меньше расчетного; г — межосевой угол больше расчетного; l — длина зуба; h — высота зуба
При контроле «на краску» гипоидных зубчатых колес отпечатки на зубьях ведомого зубчатого колеса отличаются по расположению пятен контакта от отпечатков на прямозубых зубчатых колесах (рис. 18).
Рис. 18. Контрольные отпечатки краски при проверке гипоидных конических зубчатых передач «на краску»: а—е — отпечатки краски (показаны черным цветом), соответствующие смещению ведущих и ведомых зубчатых колес одного относительно другого
Сборка червячных зубчатых передач.
Червячные передачи представляют собой зубчато-винтовые передачи и состоят из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность цилиндрического косозубого колеса.
По сравнению с цилиндрическими зубчатыми передачами с винтовым зубом, которые также обеспечивают передачу движения между валами с перекрещивающимися осями, червячные передачи имеют ряд преимуществ: начальный контакт зубьев происходит не по точке, а по линии; угол пересечения осей может быть каким угодно, но в большинстве случаев он составляет 90°; обод червячного колеса в отличие от обода цилиндрического косозубого колеса имеет вогнутую форму, что способствует увеличению длины линии контакта зубьев; червячные передачи работают плавно и бесшумно.
Существенным недостатком червячных передач является низкий КПД из-за больших сил трения, возникающих в передаче.
Резьба червяка может быть одно- и многозаходной, правой и левой. Угол подъема винтовой линии червяка соответствует углу подъема зубьев червячного колеса. В большинстве случаев применяют передачи, имеющие правое направление подъема винтовой линии и число заходов от одного до четырех. Червяки для червячных передач изготавливают из углеродистых конструкционных или легированных сталей с последующей термической обработкой до твердости 58…63 HRC.
Наибольшее распространение для изготовления червяков получили легированные стали марок 15Х, 20, 12ХН2, 12ХГТ, 20ХФ и углеродистые стали марок 40 и 45, которые закаливают до твердости 45…55 HRC. В большинстве случаев червяк изготавливают как единое целое с валом.
Выбор материала для изготовления червячного колеса зависит от скорости скольжения червяка по зубьям колеса. Так как условия смазывания червячной передачи весьма неблагоприятны и она имеет склонность к заеданию, венец червячного колеса изготавливают из бронзы, а в некоторых случаях, но значительно реже, из чугуна или из пластических масс. Центральную часть червячного колеса — ступицу в связи с высокой стоимостью бронзы изготавливают из стали или из чугуна. Для изготовления зубчатого венца применяют бронзы, обладающие высокими антифрикционными свойствами.
При серийном изготовлении червячные колеса выполняют биметаллическими, т.е. зубчатый венец получают методом центробежного литья в специальные формы, в которых предварительно устанавливают чугунную или стальную ступицу.
При небольших размерах червячных колес зубчатые венцы крепят к ступице винтами. При изготовлении зубчатого венца из полимерных материалов его закрепляют на ступице болтами. При этом зубчатый венец устанавливают между двумя металлическими дисками.
К червячным передачам предъявляют следующие технические требования:
профиль и шаг зубьев червячного колеса и червяка должны совпадать;
длина контакта зубьев червяка и червячного колеса должна составлять не менее 2/3 длины зуба;
величина радиального и торцевого биения червячного колеса и червяка должна соответствовать точности передачи;
межосевое расстояние должно соответствовать расчетным величинам и не выходить за пределы допусков, установленных для передачи заданной точности;
оси валов должны совпадать с осями отверстий в корпусе и располагаться по отношению друг к другу под углом 90°;
холостой ход червяка, т. е. угол поворота червяка при неподвижном червячном колесе, должен соответствовать точности передачи;
при проверке работоспособности передачи она должна работать плавно и бесшумно;
во время испытания передачи под нагрузкой температура подшипников в опорах передачи не должна превышать 60 °C.
Технологический процесс сборки червячной передачи предусматривает выполнение следующих операций:
Сборка и установка на вал червячного колеса.
Контроль межосевого расстояния.
Общая сборка червячной передачи.
Контроль качества сборки.
Сборка червячной передачи.
Сборка и установка на вал червячного колеса в большинстве случаев начинается с напрессовывания зубчатого венца на ступицу. Напрессовывание может осуществляться как в холодном, так и в горячем состоянии. Затем сверлят отверстия и нарезают в них резьбу под винты или под стопоры, которые после ввинчивания в отверстия раскернивают в целях предупреждения их самопроизвольного отвинчивания. После установки стопоров червячное колесо проверяют на радиальное биение. Установка червячного колеса на вал и его проверка осуществляются так же, как и при установке на вал цилиндрических зубчатых колес.
При установке колеса на вал с применением призматической шпонки ступицу колеса зажимают распорными втулками или крепят с обеих сторон гайками. Регулирование осевого положения червячного колеса на валу осуществляется в первом случае за счет установки компенсационных колец, а во втором — смещением гаек.
При сборке червячной передачи особенно важно обеспечить правильное зацепление червяка и червячного колеса. Это возможно только в тех случаях, когда угол скрещивания осей и межосевое расстояние соответствуют требованиям технических условий на сборку (если эти величины не указаны в технических условиях, то они должны соответствовать величинам, рекомендуемым для передач соответствующей точности и указываемым в справочной литературе).
При сборке червячной передачи также необходимо обеспечить совпадение средней плоскости червячного колеса с осью червяка и боковой зазор в передаче, соответствующий требованиям технических условий. Поэтому, прежде чем приступить к монтажу червяка и червячного колеса в корпус, необходимо проверить межосевое расстояние отверстий под их установку и взаимное расположение этих осей.
Проверка межосевого расстояния производится с помощью специальных, устанавливаемых в корпус эталонных валов 1 и 2 (рис. 19, а) микрометрическим нутромером 3. Межосевое расстояние определяют по формуле А = Н + (D + d)/2, где Н — расстояние между валами; D и d — диаметры валов.
Проверку угла скрещивания осей проверяют по схеме, приведенной на рис. 19, б. При помощи индикатора 5, установленного в рычаге 4, закрепленном на одном из валов, определяют отклонения положения второго вала в точках n и m. Полученный результат сравнивают с требованиями технических условий на сборку.
Рис. 19. Контроль расположения осей червячной передачи: а — межосевого расстояния при помощи контрольных оправок (эталонных валов); б — угла скрещивания; 1,3 — эталонные валы; 3 — микрометрический нутромер; 4 — рычаг; 5 — индикатор; D,d — диаметры эталонных валов; Н — расстояние между валами; m, n — точки контроля
Общую сборку червячной передачи начинают с установки в корпус червячного колеса и напрессовывания на его вал подшипников. После этого производят напрессовывание подшипников на вал червяка и устанавливают его в корпус, закрывая подшипниковые опоры червяка и червячного колеса крышками. После установки червячного колеса и червяка в корпусе переходят к проверке их взаимного положения и его регулированию.
Контроль качества сборки червячной передачи.
Осуществить контроль собранной червячной передачи на совмещение средней плоскости червячного колеса с осью червяка можно методом «на краску». В этом случае на поверхность зубьев червяка наносят тонкий слой краски и после его поворота по отпечаткам на зубьях червячного колеса судят об их взаимном расположении (рис. 20).
Рис. 20. Расположение пятен контакта при контроле червячной передачи «на краску»: а — правильно; б, в — средняя плоскость червячного колеса смещена относительно оси червяка
Взаимное положение червяка и червячного колеса в корпусе редуктора можно оценить также при помощи шаблона-угольника, приложив его к торцевой поверхности червячнбго колеса и замерив величину зазора между полкой угольника и наружной поверхностью червяка. Шаблон сначала прикладывают с одной, а затем с другой стороны червячного колеса и по разности величин судят о совпадении средней плоскости червячного колеса с осью червяка.
Наиболее точные результаты о взаимном расположении червячного колеса и червяка могут быть получены при помощи индикаторного приспособления, схема которого приведена на рис. 21.
Рис. 21. Установка индикаторного контроля взаимного расположения червяка и червячного колеса
Регулирование взаимного расположения червячного колеса относительно червяка осуществляется либо за счет установки компенсационных колец, либо осевым перемещением гаек, обеспечивающих крепление колеса на валу.
Боковой зазор в червячной передаче определяют, проворачивая червяк при неподвижном червячном колесе. Для определения величины бокового зазора на валах червяка и червячного колеса устанавливают рычаги, которые приводят в контакт с измерительными наконечниками индикаторов, установленных на стойках. По показаниям индикаторов определяют величину бокового зазора в передаче по формуле Сn = φL/3 600, где φ — угол поворота червяка; L — расстояние от оси червяка до измерительного наконечника индикатора.
Обкатка и испытание собранных зубчатых передач.
Обкатка зубчатых передач позволяет улучшить условия работы передачи (повышается КПД и уменьшается уровень шума) за счет приработки зубьев, которая заключается в выравнивании неровностей, имеющихся на их рабочих поверхностях.
Перед обкаткой необходимо проверить уровень масла в передаче.
Обкатке подвергаются только те передачи, в которых устанавливают термически обработанные зубчатые колеса. Обкатка производится при подключении ведущего вала передачи к выходному валу электрического двигателя, при этом на ведомом валу создается нагрузка при помощи электрического или гидравлического тормозного устройства. Схема для обкатки редукторов с торможением приведена на рис. 22, а. Обкатка по этому методу требует больших энергетических затрат, поэтому более рационально использовать схему с замкнутым силовым контуром (рис. 22, б), что позволяет сократить затраты энергии на обкатку редуктора в 4—6 раз.
При обкатке зубчатых передач шум должен быть ровным, незначительным, без стука и периодического изменения тональности.
Уровень шума определяется шумомером и не должен превышать 85 дБ.
Испытания на холостом ходу проводят на нескольких режимах в зависимости от требований, предъявляемых к собранной передаче. Неответственные зубчатые передачи подвергают испытаниям на холостом ходу, обеспечивая вращение ее элементов в течение 2…3 ч при номинальной частоте. После этого проверяют зацепление «на краску» и определяют величину бокового зазора в контролируемой передаче.
Испытания под нагрузкой проводят в несколько этапов:
обкатывают передачи приблизительно в течение 3…4 ч, постепенно увеличивая нагрузку до 25 % от номинальной. Затем передачу останавливают и осматривают зубья колес, удаляя при помощи шабера появившиеся надиры, нарушающие нормальную работу передачи. Далее нагрузку увеличивают до 50, а затем до 75 % от номинальной, производя обкатку в каждом случае в течение 3… 4 ч и удаляя надиры, появившиеся в процессе обкатки;
нагрузку доводят до номинальной и обкатывают передачу в течение 1 …2 ч, оценивая уровень шума и контролируя состояние подшипниковых опор.
Цепная передача состоит из двух зубчатых колес, называемых звездочками. Звездочки располагаются на некотором расстоянии друг от друга и огибаются цепью. Сцепление цепи с зубьями звездочек обеспечивает передачу вращательного движения от одного вала передачи к другому. Если цепная передача работает при больших окружных скоростях, ее помещают в специальный кожух — картер, который заполняют маслом. Надежное и стабильное смазывание защищает передачу от загрязнений и уменьшает шум при ее работе. Кроме того, кожух, закрывая вращающиеся детали передачи, обеспечивает ее безопасную эксплуатацию.
В зависимости от назначения цепные передачи подразделяются на три типа: грузовые (для подъема грузов), тяговые (для перемещения грузов) и приводные (для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму).
По сравнению с ременными передачами цепные обладают рядом преимуществ:
отсутствие проскальзывания;
компактность;
меньшая нагрузка на валы и подшипниковые опоры;
высокий КПД, достигающий 0,98.
Наряду с указанными достоинствами цепная передача по сравнению с ременной имеет ряд недостатков, которые в значительной степени ограничивают ее применение:
удлинение цепи в процессе эксплуатации, что приводит к неравномерности хода передачи;
возникновение динамических нагрузок, возрастающих с увеличением скорости цепи и с уменьшением числа зубьев на меньшей из звездочек;
шум при работе;
сложность эксплуатации.
В большинстве случаев цепную передачу применяют тогда, когда использование зубчатой передачи невозможно из-за большого расстояния между осями валов, а ременную передачу нельзя применять в связи с требованиями к постоянству передаточного отношения. Наиболее распространено применение цепных передач для механизмов вращательного движения мощностью до 100 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.
Типы цепей.
В зависимости от конструкции различают втулочные, роликовые, зубчатые и фасоннозвенные цепи. Основными параметрами, характеризующими приводные цепи, являются шаг (расстояние между осями двух ближайших шарниров), ширина и разрушающая нагрузка, которая устанавливается опытным путем.
Втулочная цепь (рис. 1, а) в зависимости от передаваемой нагрузки может быть одно- и двухрядной. Втулочные цепи просты по конструкции, имеют небольшую массу и дешевы в изготовлении. Однако, вследствие недостаточной износоустойчивости их применение ограничено окружными скоростями до 10 м/с. Цепь состоит из внутренних пластин 3, напрессованных на втулку 2, которая свободно вращается на валике 1 с напрессованными наружными пластинами 4.
Роликовая цепь (рис. 1, б) в зависимости от условий эксплуатации и передаваемых мощностей может иметь несколько видов исполнения: однорядная (нормальная, длиннозвенная облегченная, усиленная); многорядная, с изогнутыми пластинами. Конструктивно роликовая цепь отличается от втулочной тем, что на ее втулках 2 устанавливают свободно вращающиеся ролики 5. В результате применения роликов трение скольжения, имеющее место во втулочной цепи, в роликовой заменяется на трение качения. Роликовые цепи могут передавать вращательное движение с окружной скоростью до 15 м/с.
Зубчатая цепь (рис. 1, в) работает с меньшим шумом, чем втулочная и роликовая, так как ее конструкция обеспечивает лучшие условия зацепления с зубьями звездочек. Недостатком таких цепей является их большая масса по сравнению с роликовыми и втулочными цепями и высокая стоимость изготовления. Используют цепи этой конструкции, как правило, для передачи больших мощностей при окружных скоростях до 30 м/с.
Звенья цепи состоят из набора пластин 3 и 4, число которых определяется шириной цепи. Каждая пластина имеет два выступа и впадину между ними для зуба звездочки. Конструкция цепи обеспечивает в шарнирах трение качения.
Фасоннозвенные цепи (рис. 1, г, д) применяют при передаче небольших мощностей и малых (3…4 м/с) окружных скоростях, как правило, в условиях, не обеспечивающих достаточную смазку и защиту от загрязнений. Эти цепи просты по конструкции и легко ремонтируются, что обусловливает их широкое применение в сельскохозяйственном машиностроении.
Различают штыревые (см. рис. 1, г) и крючковые (см. рис. 1, д) фасоннозвенные цепи. В штыревых цепях соединение звеньев осуществляется штырями, изготовленными из стали марки Ст3, которые после установки шплинтуются. Крючковая цепь состоит из звеньев, отлитых из чугуна или штампованных из стальной полосы (сталь ЗОГ), и не содержит дополнительных соединительных деталей.
Звездочки цепных передач.
Звездочки цепной передачи в зависимости от их размера могут изготавливаться цельными и составными. Звездочки втулочных и роликовых цепей имеют небольшую ширину и выполняются обычно из двух частей: диска с зубьями и ступицы, которые соединяют между собой болтами либо заклепками. Звездочки передач с зубчатыми и фасоннозвенными цепями имеют большую ширину и, как правило, выполняются цельными.
Для уменьшения изнашивания цепи и снижения шума при работе цепной передачи зубчатый венец звездочки в некоторых случаях изготавливают из полимерных материалов, соединяя его с металлической ступицей с помощью паза типа «ласточкин хвост».
При использовании в цепной передаче составных звездочек их необходимо предварительно собрать. Сборка составной звездочки после контроля геометрических размеров и формы посадочных мест ступицы и зубчатого венца осуществляется следующим образом (рис. 2):
в зубчатом венце 4 сверлят отверстия под временные болты для соединения со ступицей, напрессовывают зубчатый венец на ступицу 3 звездочки и, используя эти отверстия в качестве кондуктора, сверлят отверстия под временные болты в ступице;
устанавливают временные болты и закрепляют зубчатый венец на ступице, после этого собранную звездочку устанавливают на эталонный вал, закрепляемый в центрах, и проверяют зубчатый венец звездочки на радиальное биение, поворачивая вал в центрах и устанавливая поочередно в каждую впадину зубчатого венца калибр (величину радиального биения определяют, используя индикатор часового типа, установленный на стойке).
Если величина радиального биения, полученная при проведении контроля, превышает величину, указанную в технических условиях на сборку, то звездочку разбирают, венец поворачивают относительно ступицы на угол, кратный числу временных болтов, вновь собирают и повторяют проверку радиального биения зубчатого венца до тех, пор пока оно не будет соответствовать требованиям технических условий на сборку.
По окончании контроля радиального биения зубчатого венца временные болты удаляют, отверстия под них развертывают и устанавливают постоянные болты или заклепки.
Технические требования к сборке цепных передач.
При сборке цепных передач необходимо обеспечить:
параллельность валов цепной передачи с отклонением не более 0,1 мм на длине 1000 мм;
относительное смещение звездочек в плоскости движения цепи не должно превышать 2 мм на 1000 мм межосевого расстояния;
пластины цепи должны быть параллельны между собой;
цепь, установленная на звездочках, должна иметь стрелу прогиба не более 0,02А при горизонтальном расположении передачи и не более 0,002А при ее вертикальном расположении, где А — межосевое расстояние;
шаг цепи должен строго соответствовать шагу звездочки;
передача должна работать плавно, без рывков.
В целях предупреждения изнашивания деталей цепной передачи необходимо производить их смазывание. Для ответственных силовых передач, работающих при окружных скоростях до 8 м/с, применяют картерное смазывание методом погружения в масляную ванну. Если окружная скорость передачи превышает 8м/с, то применяют системы принудительного циркуляционного смазывания с помощью масляного насоса или смазывание консистентной смазкой шарнирных соединений цепи. При небольших окружных скоростях передачи, не превышающих 4 м/с, применяют периодическое (через 6…8 ч работы) смазывание ручными масленками.
Монтаж звездочек на вал.
Звездочки цепной передачи устанавливают на вал, используя, как правило, посадки с натягом. Для обеспечения их фиксации на валу применяют шпоночные и штифтовые (см. рис. 2) соединения. При монтаже звездочек на вал с применением призматической шпонки звездочку напрессовывают, используя, как правило, молоток и оправки, смазав предварительно шейку вала для снижения усилия напрессовки. При установке звездочки необходимо следить за тем, чтобы шпонка свободно входила в паз ступицы. Для предупреждения возможного осевого перемещения ступицы относительно вала устанавливают стопорный винт, который стопорят от самопроизвольного отвинчивания контргайкой.
Монтаж цепей.
Перед началом монтажа цепей необходимо удалить консервирующую смазку, затем цепь следует промыть, просушить и подогнать по длине в соответствии со сборочным чертежом передачи.
Перед подгонкой цепи освобождают от шплинтов или запирающей пластины замыкающего звена, которое снимают с цепи, отсоединяя группу лишних звеньев. После этого приступают к монтажу цепи на звездочки передачи. Соединение концов цепи производится на верстаке либо непосредственно на сборочной единице. Сборка цепи непосредственно на сборочной единице производится в тех случаях, когда цепь в собранном виде не может быть установлена на звездочки передачи, например, когда звездочки находятся внутри корпуса.
При установке цепи непосредственно на сборочной единице применяют различные приспособления, выбор которых зависит от конструкции цепи.
При соединении концов роликовых и втулочных цепей применяют рычажные (рис. 3, а) и винтовые (рис. 3, б) стяжки. Для соединения концов зубчатых цепей также применяют специальные стяжки (рис. 3, в).
Рис. 3. Стяжки для соединения концов цепи: а — рычажная; б, в — винтовые
Фасоннозвенные цепи собирают путем последовательного соединения звеньев, не используя специальных крепящих устройств.
Цепь в передаче должна быть установлена так, чтобы ее ведущая нижняя ветвь не была сильно натянута, что уменьшает удары между зубьями звездочки и звеньями цепи, обеспечивая плавную работу передачи и значительно меньший износ цепи, кроме того, позволяет снизить нагрузки на детали передачи.
Контроль качества сборки цепной передачи.
Оценка качества сборки цепной передачи осуществляется, как правило, визуально. Проворачивая передачу, проверяют плавность и легкость ее хода, при этом цепь не должна соскакивать со звездочек, а каждое звено цепи должно легко садиться на зуб звездочки и сходить с него. После проворачивания передачи отпечатки от втулок и роликов должны быть одинаковы на всех зубьях звездочек и составлять приблизительно 1/3 их высоты.
Ременная передача состоит из двух шкивов: ведущего и ведомого. Шкивы, расположенные на расстоянии друг от друга, соединены гибкой связью — ремнем, который надевают на шкивы с натяжением. Вращение от ведущего шкива к ведомому передается за счет сил трения, возникающих между ремнем и шкивом. По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременные, клиноременные, поликлиновые и круглоременные передачи (рис. 1, а — г), а также зубчато-ременные (рис. 1, д), которые занимают промежуточное положение между ременными и зубчатыми передачами, объединяя достоинства тех и других.
Рис. 1. Типы ременных передач: а — плоскоременная; б — клиноременная; в — поликлиновая; г — круглоременная; д — зубчато-ременная
Типы ремней ременных передач.
Применение эластичных ремней обеспечивает плавность и бесшумность работы ременных передач. Благодаря возможности проскальзывания ремня, ременные передачи одновременно выполняют роль устройств, предохраняющих механизмы от перегрузки. Исключение составляют зубчатые передачи, в которых проскальзывание отсутствует.
Плоскоременные передачи применяют, когда необходимо передавать движение на большие расстояния. Если при малых межосевых расстояниях необходима передача движения с большими передаточными отношениями или от одного ведущего шкива к нескольким ведомым, то наиболее предпочтительным является использование клиноременной передачи.
Варьирование нагрузочной способности ременных передач осуществляется по-разному: в плоскоременных передачах меняют ширину ремня, а в клиноременных — число ремней при их неизменном поперечном сечении. Применение большого числа клиновых ремней неизбежно приводит к их неравномерной нагрузке, так как длина ремней не одинакова. В связи с этим в клиноременных передачах рекомендуется устанавливать не более 12 ремней.
Чтобы обеспечить трение между шкивом и ремнем, необходимо создать предварительное натяжение последнего. Такое натяжение осуществляется за счет предварительного упругого деформирования ремня или предварительного перемещения одного из шкивов передачи, а также с помощью специального натяжного устройства.
Плоские ремни, представляющие собой в поперечном сечении прямоугольник (см. рис. 1, а), изготавливают из различных материалов (кожа, прорезиненные ткани, хлопчатобумажные цельнотканые и синтетические материалы). Выбор материала, из которого изготавливают плоские ремни, зависит от условий эксплуатации.
Концы плоских ремней соединяют различными способами (рис. 2), выбор которых зависит от материала, из которого изготовлен приводной ремень, и условий его эксплуатации.
Рис. 2. Способы соединения концов плоских ремней: а — по скошенным участкам; б — по уступам; в, г— сшиванием встык; д, е — жесткими металлическими элементами; ж — проволочными крючками с соединительным стержнем
Клиновые ремни (см. рис. 1, б) имеют трапецеидальную форму поперечного сечения. Они изготавливаются бесконечными семи типоразмеров (О, А, Б, В, Г, Д, Е), которые различаются размерами поперечного сечения. Размер поперечного сечения клинового ремня выбирают в зависимости от величины передаваемой мощности и скорости.
Поликлиновые ремни (см. рис. 1, в) применяют при скоростях, не превышающих 40 м/с, и передаточном числе до 10. Ремень выполняется бесконечным резиновым с клиновыми выступами на внутренней стороне и несущим слоем из корда.
Круглоременная передача (см. рис. 1, г) применяется для передачи малых мощностей. Круглые ремни диаметром 4…8 мм могут быть кожаными, хлопчатобумажными или прорезиненными.
Шкивы.
Шкивы ременной передачи изготавливают из чугуна, стали, легких сплавов или пластических масс. Наружную часть шкива, на которую надевают ремень, называют ободом, а центральную, обеспечивающую установку шкива на вал, — ступицей. Обод соединяют со ступицей при помощи диска или спиц. Шкив, устанавливаемый на конце вала, выполняют неразъемным; если требуется установить шкив в середине вала, применяют составные (разъемные) конструкции. При больших габаритных размерах шкивы также выполняют составными. Разъем шкива может быть выполнен как по спицам, так и между ними, но более рациональным является первый способ.
Обод шкива плоскоременной передачи выполняется плоским или слегка выпуклым, что обеспечивает лучшее удерживание ремня на ободе, т.е. лучшее центрирование ремня. Типы исполнения шкивов приведены на рис. 3.
Рис. 3. Типы шкивов плоскоременной передачи: h — высота выпуклости
Шкивы клиноременных передач имеют на ободе канавки под клиновой ремень. Угол наклона боковых поверхностей канавок меньше угла боковых поверхностей ремня, что обеспечивает более плотное его прилегание к боковым поверхностям канавки.
Шкивы, работающие со скоростями более 5 м/с, должны быть подвергнуты статической балансировке.
Статическая балансировка шкивов.
Статическая балансировка обеспечивает определение неуравновешенности масс элементов конструкции и ее устранение путем перестановки отдельных элементов этой конструкции или добавлением дополнительных элементов. Статическая балансировка осуществляется с использованием горизонтальных параллельных призм (рис. 4, а), роликов (рис. 4, б) и дисков (рис. 4, в) или специальной качающейся плиты (рис. 5).
Рис. 4. Схемы статической балансировки: а — на параллельных призмах; б — на роликовых приспособлениях; в — с использованием вращающихся дисков; а — угол, влияющий на точность балансировки
Статическую балансировку шкивов с использованием приспособлений, показанных на рис. 4, производят следующим образом. На обод шкива наносят риску и вращают его несколько раз на опорах (призматических, роликовых или дисковых), если при этом шкив останавливается так, что риска каждый раз занимает новое положение, это свидетельствует о сбалансированности шкива и возможности его установки на вал. Если же риска каждый раз при повороте шкива занимает одно и тоже положение, это свидетельствует о наличии дисбаланса и необходимости балансировки шкива. Балансировка шкива может быть осуществлена двумя способами: уменьшением массы нижней части шкива путем высверливания отверстий или увеличением массы верхней части, устанавливая противовесы или заливая свинцом просверленные в ней отверстия.
При использовании для определения дисбаланса качающейся плиты (см. рис. 5) поступают следующим образом. Устанавливают шкив, подлежащий балансировке, на плиту 2. Плита может отклоняться от горизонтального положения за счет ее установки при помощи центра 3 в опоре 4. Ориентируют шкив относительно оси вращения плиты, затем по поверхности шкива перемещают компенсирующий груз так, чтобы плита приняла горизонтальное положение (положение плиты определяют по взаимному расположению стрелок 1).
После того как плита выставлена в горизонтальном положении, производят добавление и удаление массы шкива в точке расположения компенсирующего груза или в точке, расположенной в той же диаметральной плоскости и на том же расстоянии, что и компенсирующий груз.
Сборка ременной передачи.
Процесс сборки ременной передачи состоит из нескольких этапов: сборки составного шкива (если в передаче используется шкив составной конструкции); контроля взаимного расположения валов передачи; установки шкивов на валы, натяжения ремней и контроля собранной передачи. Остановимся подробно на каждом из этих этапов.
Сборка составного шкива (рис. 6) заключается в соединении его обода со ступицей с помощью резьбовых деталей 1 или заклепок 2 и последующей проверки шкива на радиальное биение. При проверке радиального биения шкив надевают на эталонный вал и устанавливают в центрах. Затем измерительную ножку индикатора, установленного на стойке, вводят в контакт с образующей обода шкива; вал с установленным на нем шкивом проворачивают в центрах, определяя величину радиального биения по отклонению стрелки измерительного устройства индикатора, и сравнивают полученный результат с техническими условиями на сборку.
Контроль взаимного расположения валов передачи оказывает существенное влияние на качество ее работы. Параллельность осей валов определяют при помощи установленных на них стрелок 3 и отвеса (шнура 2 с закрепленным на нем грузом 4), закрепленного на стойке 2 (рис. 7). При повороте стрелок 3 на 180° их расстояние от шнура отвеса не должно изменяться.
Установка шкивов на валы осуществляется на коническую или цилиндрическую шейку вала с натягом. Фиксация положения шкива на валу осуществляется за счет шпоночного соединения клиновыми (рис. 8, а) или призматическими (рис. 8, б) шпонками. При установке шкива с применением призматической шпонки на валу выполняют буртик 1, фиксирующий положение шкива в осевом направлении. Для дополнительной фиксации положения шкива в осевом направлении применяют гайку или шайбу 2 со стопорными винтами 3. Такое же дополнительное крепление применяют, если шкив устанавливают на конической шейке вала (рис. 8, в).
Рис. 8. Установка шкивов на вал: а — при помощи клиновой шпонки; б — при помощи призматической шпонки; в — на конической шейке вала; г — при помощи шлицевого соединения; 1 — буртик; 2 — шайба; 3 — стопорный винт
Если требуется повышенная точность расположения шкива ременной передачи на валу, то применяют шлицевое соединение шкива с валом (рис. 8, г), которое обеспечивает более высокую точность центрирования шкива на валу по сравнению со шпоночным соединением.
Прежде чем приступить к установке шкива на вал необходимо проверить соответствие геометрических размеров и формы посадочных мест на валу и в отверстии ступицы требованиям чертежа и установить в пазу вала, в случае необходимости, шпонку. После контроля соответствия посадочных мест вала и шкива требованиям чертежа приступают к установке шкива на вал.
Для установки шкивов на вал применяют различные винтовые приспособления. Одним из них является винтовая скоба (рис. 9). Разъемный хомутик 1 скобы надевают на вал с упором в буртик. Тяги 2 пропускают между спицами шкива, а на его ступицу устанавливают прокладку 4. При вращении винта 3 шкив постепенно напрессовывается на вал. Во избежание перекоса при напрессовывании шкива на вал одновременно с вращением винта наносят легкие удары по прокладке, установленной на ступице.
После напрессовывания шкива на вал, в случае необходимости, выполняют его закрепление от возможного осевого перемещения.
Натяжение ремней передачи осуществляется за счет перемещения электрического двигателя с расположенным на его валу шкивом. Перемещение электрического двигателя обеспечивается за счет его установки на подвижных салазках (рис. 10, а) либо на качающейся плите (рис. 10, б). В первом случае при вращении винта 2 электрический двигатель перемещается по направляющим плиты L. При размещении электрического двигателя на качающейся плите натяжение ремня осуществляют, вращая одну из гаек винта 5, в результате чего электрический двигатель 4 вместе с плитой 3 поворачивается вокруг оси, обеспечивая заданное натяжение ремня. Положение электрического двигателя фиксируют контргайкой, расположенной на винте 5.
При использовании в ременной передаче специального натяжного устройства с роликами (рис. 10, в), которое состоит из стойки 9 и рычага 7 с установленными в нем роликами 6, регулирование натяжения ремня осуществляется за счет перемещения груза 8по свободному плечу рычага 7. Положение груза на плече рычага фиксируют при достижении необходимого натяжения ремня.
Рис. 10. Способы натяжения ремня в ременной передаче: а — перемещением двигателя на специальных салазках; б — с использованием качающейся плиты; в — при помощи натяжных роликов; 1 — плита; 2, 5 — винты; 3 — качающаяся плита; 4 — электрический двигатель; 6 — натяжной ролик; 7 — рычаг; 8 — груз; 9 — стойка
Применяют натяжные ролики главным образом для плоскоременных передач.
Контроль собранной ременной передачи сводится к определению степени натяжения ремня на шкивах передачи, так как слабое натяжение ремня приводит к его проскальзыванию, что ведет к изменению передаточного отношения передачи в сторону уменьшения. Чрезмерное натяжение ремня приводит к повышению давления на подшипниковые опоры передачи и, как следствие, к более быстрому их изнашиванию.
В технических условиях на сборку ременной передачи обычно задается усилие натяжения ремня в пределах 50… 100 Н, под воздействием которого ремень передачи должен иметь соответствующий прогиб.
Величину прогиба ремня передачи определяют, устанавливая на образующие шкивов линейку и прикладывая к ремню определенное усилие, используя динамометр. После этого измеряют расстояние от ремня до линейки, приложенной к образующим шкивов. Это расстояние должно соответствовать величине прогиба, указанной в технических условиях на сборку передачи.
Подшипник качения состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения, тел качения (шариков или роликов), которые катятся по дорожкам качения подшипниковых колец, и сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга и направляющего их движение. В целях уменьшения габаритных размеров в некоторых конструкциях подшипника качения могут отсутствовать одно или оба кольца и сепаратор.
В зависимости от формы тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. Ролики, применяемые в подшипниках качения, могут быть цилиндрическими, коническими, витыми, бочкообразными или игольчатыми, имеющими большую длину при малом диаметре.
По числу рядов тел качения различают однорядные и многорядные подшипники.
В зависимости от направления действия воспринимаемой подшипником нагрузки их классифицируют следующим образом: радиальные (воспринимают нагрузку, перпендикулярную оси вращения); упорные (воспринимают нагрузку, направленную вдоль оси вращения); радиально-упорные и упорно-радиальные (воспринимают нагрузку как перпендикулярную оси вращения, так и направленную вдоль нее).
По габаритным размерам подшипники подразделяют на серии. В зависимости от величины диаметра наружного кольца подшипника качения различают сверхлегкие (2 серии), особо легкие (2 серии), легкие, средние и тяжелые (7 серий) серии. В зависимости от ширины подшипники качения подразделяют на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие. Наиболее широко в машиностроении применяют подшипники качения легких и средних серий нормальной толщины.
По точности изготовления подшипники подразделяют на пять классов: 0; 6; 5; 4 и 2 (в порядке повышения точности). Класс точности подшипника определяется точностью размеров его основных деталей: внутреннего и наружного колец.
Наиболее широкое распространение в машиностроении получили подшипники невысоких классов точности. Это связано с тем, что с увеличением точности подшипника резко возрастает стоимость его изготовления, например подшипник класса 2 примерно в 10 раз дороже подшипника класса 0.
На каждый подшипник наносится его условное обозначение (рис. 1).
Рис. 1. Условное обозначение подшипников качения.
Две последние цифры обозначают внутренний диаметр подшипника, который для размеров 20…495 мм получается умножением этих цифр на пять, остальные размеры маркируются следующим образом:
10 мм — 00; 12 мм — 01; 15 мм — 02; 17 мм — 03.
Подшипники, величина внутреннего диаметра которых более 495 мм, обозначаются дробью, в числителе которой указывается наружный диаметр, а в знаменателе — величина внутреннего диаметра.
Если внутренний диаметр подшипника менее 10 мм, то последняя цифра указывает величину этого диаметра.
Пятая и шестая цифры справа — конструктивные особенности подшипника (наличие уплотнений, буртиков, конических отверстий, двухрядные и т.д.).
Седьмая цифра справа — серия подшипника по ширине: нормальная — 1; широкая — 2; особо широкая — 3, 4, 5, 6; узкая — 7,
Цифра впереди перед тире — класс точности подшипника (класс 0 не маркируется).
Шарики, ролики и кольца подшипников изготавливают из специальных подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 18ХГТ, 20Х2Н4А. Сепараторы изготавливают из мягкой углеродистой стали, бронзы, алюминиевых сплавов или пластических масс.
Типы подшипников качения определяются их конструкцией и характером воспринимаемой нагрузки.
Рис. 2. Виды подшипников качения: а — шариковый радиальный однорядный; б — шариковый радиальный сферический двухрядный; в — шариковый упорный однорядный; г — шариковый упорный двойной; д — шариковый радиально-упорный однорядный; е — шариковый радиально-упорный двухрядный; ж — роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами; з — роликовый радиально-упорный сферический двухрядный; и — роликовый с витыми роликами; к — роликовый игольчатый; л — роликовый конический однорядный; м — роликовый конический двухрядный; н — роликовый упорный с коническими роликами; о — роликовый упорный сферический
Шариковые радиальные однорядные подшипники (рис. 2, а) воспринимают радиальную нагрузку, но могут одновременно воспринимать и осевую нагрузку, величина которой не должна превышать 70 % неиспользованной радиальной нагрузки при расчетной долговечности. Радиальные однорядные подшипники могут работать с перекосом внутреннего кольца по отношению к наружному не более 15′.
Радиальные однорядные шариковые подшипники изготавливаются нескольких конструкций: с канавкой на наружном кольце для стопорной шайбы; с одной или с двумя защитными шайбами, а также с встроенным резиновым или с фетровым уплотнением (эти подшипники устанавливают в случае невозможности использования специальных уплотняющих устройств).
Шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники (рис. 2, б) предназначены для восприятия радиальной нагрузки, одновременно могут воспринимать также и осевые нагрузки, величина которых составляет не более 20% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Такие подшипники допускают значительный (до 3°) перекос внутреннего кольца относительно наружного. Их можно устанавливать в узлах машин с отдельно стоящими корпусами при несовпадении осей посадочных мест под подшипники.
Шариковые упорные однорядные (рис. 2, в) и двойные (рис. 2, г) предназначены для восприятия нагрузки в одном (одинарные) или в двух (двойные) направлениях. Кольцо подшипника, монтируемое на валу, устанавливается с натягом, а кольцо, монтируемое в корпусе, — с зазором 0,2…0,3 мм.
Шариковые радиально-упорные однорядные (рис. 2, д) и двухрядные (рис. 2, е) подшипники предназначены для восприятия нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях. Подшипники этого типа могут воспринимать осевую нагрузку, действующую только в одном направлении. Применяют такие подшипники в узлах с жесткими валами при сравнительно небольших расстояниях между опорами, а также в узлах, требующих регулирования внутреннего зазора в подшипниках во время монтажа и в процессе эксплуатации.
Роликовые радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис. 2, ж) применяют в узлах при необходимости создать «плавающую» опору (внутреннее кольцо может перемещаться по телам качения в осевом направлении). Подшипник этого типа воспринимает только осевую нагрузку. Изготавливают такие подшипники в двух конструктивных исполнениях: внутреннее кольцо без бортов (может быть вынуто); наружное кольцо без бортов (может быть снято). Благодаря своим конструктивным особенностям эти подшипники более удобны при монтаже, чем шариковые, кроме того, они обладают большей грузоподъемностью при тех же габаритных размерах.
Роликовые радиально-упорные сферические двухрядные подшипники (рис. 2, з) обладают при тех же габаритных размерах большей грузоподъемностью по сравнению с другими типами подшипников. Такие подшипники могут воспринимать одновременно радиальную и двухстороннюю осевую нагрузку, которая не должна превышать 20% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Конструктивной разновидностью подшипников этого типа являются подшипники с конусным отверстием внутреннего кольца.
Роликовые подшипники с витыми роликами (рис. 2, и) предназначены для восприятия только радиальной нагрузки, могут также воспринимать ударные нагрузки.
Роликовые игольчатые подшипники (рис. 2, к) воспринимают только радиальную нагрузку и в зависимости от конструкции узла могут быть использованы без наружного или внутреннего кольца или без обоих колец, в этом случае беговые дорожки под тела качения выполняются на валу и в корпусе. Такие подшипники весьма чувствительны к перекосу рабочих поверхностей.
Роликовые конические однорядные (рис. 2, л) и двухрядные (рис. 2, м) подшипники предназначены для восприятия радиальных и осевых нагрузок. При установке двух подшипников рядом или на противоположных концах двухопорного вала они способны воспринимать чисто радиальные нагрузки. Так как наружное кольцо съемное, то такой подшипник удобен для раздельного монтажа. Однорядные подшипники применяют в узлах машин с жесткими двухопорными валами при небольшом расстоянии между опорами.
Роликовые упорные подшипники с коническими роликами (рис. 2, н) воспринимают только осевые нагрузки.
Роликовые упорные сферические подшипники (рис. 2, о) воспринимают осевую, но одновременно и небольшую радиальную нагрузки. Такие подшипники могут работать с большими окружными скоростями.
Подготовка деталей подшипникового узла к сборке.
Подготовка деталей подшипникового узла к сборке заключается в извлечении подшипника из упаковки, его расконсервировании, т.е. в удалении предохранительной смазки и очистке.
Подшипник промывают в бензине или керосине, в горячем масле или подогретых антикоррозионных водных растворах при температуре 75…85 °C.
Промывка подшипника в горячем масле осуществляется в специальных ваннах с электрическим или с паровым подогревом. Подшипники помещают в корзины из проволочной сетки в целях предотвращения их контакта с разогретым дном и осевшей в процессе промывки грязью. Для ускорения промывки корзину периодически встряхивают. Время промывки составляет 15…20 мин в зависимости от габаритных размеров подшипника и количества консервирующей смазки. При большом числе подшипников используют две ванны: для предварительной и окончательной промывки.
К подшипниковым узлам и входящим в него деталям предъявляют следующие технические требования:
посадочные поверхности подшипника и тела качения должны быть чистыми и гладкими, без каких-либо внешних дефектов;
при вращении от руки подшипник должен вращаться тихо, без шума, допускается лишь небольшое шелестение;
посадочные места на валу и в корпусе должны быть чисто обработаны;
отклонения формы, шероховатости, взаимного расположения поверхностей, а также их размеров должны соответствовать величинам, приведенным в технической документации;
правильно смонтированный подшипник должен работать плавно, без шума и толчков;
подшипник не должен нагреваться свыше 70 °С .
Для обеспечения выполнения перечисленных требований к деталям подшипникового узла необходимо перед началом сборки произвести входной контроль этих деталей.
В процессе входного контроля деталей подшипникового узла проверяют маркировку, легкость вращения, габаритные размеры. Подшипники с царапинами и коррозионными пятнами выбраковывают.
В случае необходимости, особенно при сборке узлов высокоточного оборудования, контролируют радиальное и осевое биение, радиальный и осевой зазоры. Для контроля радиальных и осевых зазоров в подшипниках рекомендуется применение специальных приборов моделей БВ-7660, БВ-7660М и БВ-7661 (рис. 3) разработанных и выпускаемых Научно-исследовательским и конструкторским институтом средств измерения в машиностроении (ОАО «НИИизмерения», Россия).
Рис. 3. Приспособления для контроля радиальных (а) и осевых (б) зазоров подшипников.
Посадочные места на валу и в корпусе должны соответствовать требованиям чертежа по геометрической форме, размерам и шероховатости посадочной поверхности. На них не должно быть заусенцев, забоин, царапин, задиров. Перед сборкой посадочные места промывают керосином и просушивают. Смазочные каналы, обеспечивающие подвод смазки к подшипниковым узлам, должны быть тщательно очищены и продуты сжатым воздухом.
Диаметры шеек валов контролируют при помощи калибров или универсальных измерительных инструментов соответствующей точности.
Диаметры отверстий корпусов проверяют калибрами-пробками или при помощи микрометрического нутромера или индикатора часового типа, установленного на стойке.
Радиус закругления галтели на валу и перпендикулярность заплечика вала посадочной поверхности проверяют соответственно радиусомером или шаблоном и угольником или индикатором.
При контроле отверстий в корпусах высокоточного оборудования рекомендуется применение портативной измерительной системы с индуктивным преобразователем (рис. 4), которая обеспечивает измерения с точностью до 0,1 мкм, выпускается такая измерительная система ОАО «НИИизмерения» (Россия).
Рис. 4. Портативная измерительная система с индуктивным преобразователем.
Для соединения подшипника качения с валом и корпусом установлены посадки. В зависимости от характера требуемого соединения (с зазором, с натягом, переходное) поля допусков посадочных мест валов выбирают в системе отверстия, а отверстий корпусов — в системе вала.
Для обеспечения установленной техническими условиями посадки подшипника на валу и в корпусе необходимо подобрать посадочные размеры наружных и внутренних колец валов таким образом, чтобы они укладывались в поля допусков для установленной техническими условиями посадки. Такая операция называется селекцией подшипников.
Монтаж подшипников качения на вал.
Работоспособность, надежность и долговечность подшипника качения зависят не только от качества его изготовления и материала, из которого он изготовлен, но и от качества его установки в узел (при неправильной установке подшипники быстро изнашиваются). Подшипник должен точно фиксировать положение вала в сборочной единице, на него не должны влиять дополнительные нагрузки от температурных деформаций и перетягивания узла при его монтаже.
При установке на вал подшипник независимо от применяемой в соединении с валом посадки следует нагреть в минеральном масле, температура которого не должна превышать 100 °C. Для тепловой обработки подшипников перед их установкой на вал вместо нагрева в масляных ваннах может быть использован нагрев с помощью индукционных установок.
Наилучших результатов при установке подшипников на вал удается добиться при их напрессовывании при помощи пресса. В этом случае монтаж подшипников осуществляется с использованием оправок, что обеспечивает передачу усилия напрессовывания непосредственно на торец кольца подшипника.
Если шейка вала под подшипник расположена на большом расстоянии от его конца, то напрессовывание на прессе невозможно. В этом случае рекомендуется использовать медную выколотку, следя в процессе напрессовывания за тем, чтобы в момент удара по выколотке она касалась внутреннего кольца подшипника, причем при каждом ударе выколотку следует перемещать вдоль торца этого кольца. Качество напрессовывания проверяют по плотности прилегания внутреннего кольца к заплечикам вала.
Более рационально производить напрессовывание подшипника на шейку вала, расположенного на значительном расстоянии от его конца, используя специальное приспособление (рис. 5). В этом случае приспособление закрепляют на валу 2, устанавливаемом в корпусе 1 механизма. Приспособление имеет форму трубы, состоящей из сменных стаканов-удлинителей 4 и 7. Стакан 10 имеет наружную резьбу, при сборке в него вставляют резьбовую втулку 12 с винтом 9 и закрепляют гайкой 11. Во избежание прогиба винта в центре трубы расположен цилиндрический резьбовой сухарь 8. Передний конец винта 9 имеет форму квадрата, на который надевают штурвал 13. На заднем конце винта проточена радиусная канавка, по которой перемещается упорный штифт 6, установленный в резьбовой втулке 5. При необходимости втулку можно навернуть на технологический винт 14, ввернутый в вал 2. Осеваясила для напрессовывания подшипника 3 создается при вращении штурвала 13, который, вращая винт 9 при помощи втулки 5, навернутой на винт 14, перемещает трубу приспособления. Торец приспособления упирается в торец подшипника 3 и напрессовывает его на вал. Напрессовывание подшипника должно быть плавным, без перекосов. Благодаря наличию сменных деталей (стаканов-удлинителей 4 и 7 и втулки 5) приспособление можно использовать для установки подшипников качения на валах различной длины и диаметра.
Напрессовывание на вал крупногабаритных подшипников качения связано с определенными трудностями, обусловленными возможностью их перекоса на шейке вала в процессе установки. Поэтому для напрессовывания таких подшипников рекомендуется использовать специальные приспособления с винтовым или гидравлическим приводом, обеспечивающим необходимое усилие напрессовывания.
Приспособление с винтовым приводом (рис. 6) применяют в тех случаях, когда на конце вала имеется резьба. Это приспособление состоит из корпуса и винта, обеспечивающего создание необходимого усилия при напрессовывании подшипника. К приспособлению прилагается комплект сменных втулок и гаек, позволяющий напрессовывать подшипники на валы различного диаметра.
Рис. 6. Приспособление с винтовым приводом для напрессовывания подшипника качения на вал.
Напрессовывание подшипника на вал при помощи такого приспособления осуществляется по следующей схеме. На резьбовой конец вала навинчивают сменную гайку и надевают на него втулку. В соединительное резьбовое отверстие гайки ввинчивают шпильку, установленную в торце винта приспособления до тех пор, пока торцевая поверхность корпуса приспособления не коснется торцевой поверхности втулки, установленной на вал. Затем, вращая штурвал винтового привода приспособления, протягивают вал через отверстие подшипника до тех пор, пока его заплечики не коснутся торцевой поверхности внутреннего кольца подшипника.
Данное приспособление широкоуниверсальное и применяется в условиях единичного и мелкосерийного производства. Однако при напрессовывании крупногабаритных подшипников усилия, создаваемого винтовым приводом, может оказаться недостаточно. В этих случаях для напрессовывания подшипников используют приспособления с гидравлическим приводом.
Приспособление для напрессовывания крупногабаритных подшипников с гидравлическим приводом (рис. 7) по конструкции не отличается от описанного ранее винтового приспособления.
Рис. 7. Приспособление с гидравлическим приводом для напрессовывания на вал крупногабаритных подшипников: 1 — сменная гайка; 2 — корпус приспособления; 3 — поршень; 4 — ручной насос; 5 — резервуар для гидравлической жидкости; 6 — пробка; А — рабочая полость.
На вал навинчивают сменную гайку 1 и устанавливают втулку. На сменную гайку навинчивают корпус 2 приспособления до тех пор, пока торцевая поверхность поршня 3 не коснется торца втулки. Далее ручным насосом 4 нагнетают гидравлическую жидкость в полость А, создавая давление, необходимое для напрессовывания подшипника. Гидравлическую жидкость, используемую для этих целей, предварительно заливают в резервуар 5, закрепляемый на крышке приспособления и имеющий внизу отверстие, закрытое пробкой 6. По окончании операции напрессовывания пробку 6 выворачивают, а гидравлическую жидкость из полости А сливают.
Наряду с рассмотренными приспособлениями для напрессовывания крупногабаритных подшипников применяют так называемые гидравлические гайки.
Гидравлическая гайка (рис. 8) — установка для нагнетания под давлением минерального масла между сопрягаемыми деталями. Суть этого способа заключается в следующем. Переднюю часть шейки вала шлифуют до такой степени, чтобы ее размер обеспечивал натяг в соединении вал—подшипник (величина этого натяга должна составлять примерно 30 % натяга на посадочном месте шейки вала). Такая обработка вала позволяет снизить усилие на начальном этапе установки подшипника (положение I), когда масло подается по трубопроводу 1 в зону контакта. После установки подшипника в положение I подают масло под давлением по трубопроводу 2, внутреннее кольцо подшипника при этом несколько расширяется и возможно его напрессовывание на вал на основное посадочное место в положение II.
Рис. 8. Гидравлическая гайка: 1,2 — трубопроводы; I, II — положение подшипника соответственно до и после напрессовывания; -> — направление напрессовывания
После установки на вал положение подшипника следует зафиксировать от возможных осевых перемещений. Фиксация положения подшипника на валу может быть осуществлена несколькими способами, которые схематически показаны на рис. 9.
Рис. 9. Способы стопорения подшипников на валу: а — за счет посадки; б — пружинным стопорным кольцом; в — стопорной шайбой; г — упорной гайкой; д — распорной втулкой
Монтаж подшипников качения в корпус.
Подшипники качения запрессовывают в отверстие корпуса вручную или на прессе, применяя при этом специальную оправку. При запрессовывании подшипников в корпус необходимо обеспечить их правильную ориентацию относительно оси отверстия. Для этих целей применяют приспособления, схемы которых приведены на рис. 10.
Рис. 10. Приспособления для обеспечения ориентации подшипника относительно оси отверстия при его запрессовывании в корпус: а—в — варианты подставок
Закрепляют подшипники в корпусе за счет соответствующей посадки. Для дополнительного крепления подшипников в целях предупреждения их перемещения в осевом направлении применяют уступ, заплечики или буртики в отверстии корпуса, стакане либо крышке, закрывающей подшипниковый узел в корпусе. Если необходимо обеспечить неподвижность наружного кольца в двух осевых направлениях, используют сочетание уступов в корпусе и крышке или в стакане и крышке. При установке в корпус плавающих или радиально-упорных подшипников, которые в процессе регулирования должны иметь осевое перемещение, используют посадки с зазорами или переходные посадки. В подшипниках качения различают два типа зазоров: радиальные и осевые. Радиальные зазоры проверяют после установки подшипников на вал и в корпус. Проверку осуществляют на отсутствие качки, кроме того, при проворачивании вручную подшипник должен вращаться легко и плавно. Осевые зазоры регулируют за счет перемещения одного кольца подшипника относительного другого. При этом необходимо проворачивать кольцо с телами качения для их правильной самоустановки. Кольца упорных подшипников, напрессованные на вал, проверяют с помощью индикатора на осевое биение.
Уплотнение подшипниковых узлов.
Подшипники качения в процессе эксплуатации должны быть тщательно защищены от попадания в них пыли и других видов загрязнений. С этой целью, а также для предупреждения вытекания смазки из подшипникового узла применяют различные уплотнительные устройства.
Фетровые или войлочные кольца (рис. 11, а) — кольца прямоугольного сечения, устанавливаемые в трапецеидальную канавку в корпусе. За счет деформации кольца в канавке кольцо прижимается к валу, уплотняя узел. Внутренний диаметр кольца равен диаметру вала, а наружный — диаметру канавки в корпусе. Толщина кольца зависит от диаметра вала.
Рис. 11. Уплотнение подшипниковых узлов с подшипниками качения: а — фетровыми или войлочными кольцами; б — манжетой; в — шайбами с кольцевыми выступами; г — кольцевыми проточками в корпусе: д — защитной шайбой; е — вращающейся шайбой; ж — кольцами с канавками; 1 — корпус; 2 — манжета: 3 — пружинная шайба; 4 — пружина; 5 — крышка; 6, 10, 13 — шайбы; 7, 11, 14 — валы; 8, 12 — подшипники; 9 — корпус; 15 — кольцо; а — толщина кольца: d, D — соответственно внутренний и внешний диаметр кольца
Применяют фетровые и войлочные кольца при использовании для смазывания подшипниковых узлов консистентных смазок. Кольца эффективно выполняют свою задачу при окружной скорости вала до 4 м/с при шлифованной шейке вала и до 8 м/с — при полированной шейке. Кольца хорошо защищают подшипниковый узел от проникновения пыли, хуже — от вытекания смазки. Применение в качестве уплотнения фетровых и войлочных колец вызывает появление в подшипниковом узле дополнительных сил трения.
Перед установкой кольца пропитывают горячим минеральным маслом и устанавливают при помощи конусных оправок. Величину зазора между уплотнительным кольцом и валом проверяют щупом.
Манжетное уплотнение (рис. 11, б) состоит из резиновой или кожаной манжеты 2, корпуса 1, пружинной шайбы 3 и пружины 4. Манжету 2 размещают в корпусе 1, в котором она удерживается пружинной шайбой 3. Витая пружина 4 обеспечивает равномерное прижатие манжеты к валу. Уплотнение защищает от попадания пыли и вытекания смазки. Манжетные уплотнения обеспечивают эффективную защиту подшипникового узла при окружных скоростях вала 4… 8 м/с. Поверхность вала, находящаяся в контакте с манжетой, должна иметь шероховатость Ra не более 1,25 мкм, радиальное биение не должно превышать 0,05 мм. Манжета не должна слишком плотно прилегать к валу (щуп толщиной 0,1 мм должен проходить с трудом).
Шайба с кольцевыми выступами (рис. 11, в) крепится на валу 7. Такие же выступы имеются на крышке 5, они входят во впадины шайбы 6. Создается зазор сложной формы, в него затекает смазка и удерживается в зазоре силами поверхностного натяжения, уплотняя тем самым подшипниковый узел. Величина зазора 1 в радиальном направлении составляет 0,3…0,5 мм, а в осевом — 1…2,5 мм.
Шайба является надежным уплотнением, применяемым при всех видах смазки, допускает любые скорости. При ее применении отсутствуют потери на трение.
Кольцевые проточки в корпусе (рис. 11, г) выполняют в виде 3—4 полукруглых канавок радиусом 1,5…2,5 мм в зависимости от диаметра вала (канавки могут иметь трапецеидальную форму). Расстояние между канавками равно радиусу. Попадающая в канавки смазка удерживается в них, обеспечивая уплотнение узла.
Неподвижная защитная шайба 10 (рис. 11, д) устанавливается рядом с подшипником 8 в корпусе 9. Шайбы могут быть точеными и штампованными. Между валом и шайбой имеется небольшой зазор. Применяют такое уплотнение при использовании для смазывания подшипникового узла консистентной смазки и окружных скоростях до 6 м/с.
Вращающаяся шайба (рис. 11, е) размещается между заплечиками вала Пи подшипником 12. Между корпусом и шайбой 13имеется зазор. Для лучшего уплотнения протачивают по образующей поверхности шайбы кольцевые канавки. Используют такие шайбы в тех случаях, когда смазывание подшипниковых узлов осуществляется жидкой смазкой. Шайбы обеспечивают защиту узла от загрязнения и вытекания смазки, а также служат в качестве маслоотражателей для предупреждения попадания излишней смазки в подшипниковый узел.
Маслоотражателъные кольца и канавки (рис. 11, ж) применяются при использовании жидкой смазки и окружных скоростях свыше 6 м/с. На валу 14 ставят кольца 15 либо изготавливают выступы как единое целое с валом. Центробежная сила отбрасывает масло с кольца в кольцевую канавку крышки, откуда оно через отверстие стекает в корпус.
Контроль качества сборки.
После установки подшипника качения проверяют его прилегание к заплечикам вала и корпуса щупом в нескольких местах по периметру. Щуп толщиной 0,03 мм не должен входить между заплечиками и подшипником.
Уступ на валу или в корпусе должен быть по высоте не менее половины толщины соответствующего кольца подшипника. Тела качения подшипника не должны быть защемлены. Проверка осуществляется проворачиванием подшипника от руки. Проворачивание должно быть легким, иметь плавный ход и при этом создавать незначительный шум.
В подшипнике при его проворачивании от руки должно ощущаться небольшое осевое перемещение. Это не относится к подшипниковым узлам, в которых подшипники устанавливаются с предварительным натягом.
Особенности монтажа некоторых типов подшипников.
Сборка высокоточных (прецизионных) подшипниковых опор, когда применяют установку спаренных подшипников (например, в станкостроении), требует увеличения их жесткости и уменьшения осевого и радиального биения. С этой целью в таких подшипниковых опорах создают предварительный натяг. Осуществляют это за счет приложения постоянной осевой нагрузки, под воздействием которой происходит смещение одного из колец подшипника относительно другого на величину заданного предварительного натяга. Такое смещение обеспечивает ликвидацию осевого зазора и создает начальную упругую деформацию в местах контакта рабочих поверхностей колец подшипника с телами качения. При этом следует учитывать, что предварительный натяг приводит к увеличению потерь на трение, повышению температуры нагрева подшипникового узла и связанных с этим нагревом деформаций, что в конечном итоге ведет к снижению долговечности подшипниковых узлов с предварительным натягом.
В процессе сборки предварительный натяг создают различными способами: шлифованием торцов наружных или внутренних колец; установкой дистанционных колец между наружными и внутренними кольцами подшипников; установкой пружин, обеспечивающих постоянную величину натяга.
Наиболее сложным представляется создание предварительного натяга с использованием дистанционных колец, так как требуется очень точное определение их толщины.
Разница в толщине дистанционных колец, устанавливаемых между наружными и внутренними кольцами комплекта подтипников, может быть определена с помощью специальных или универсальных приспособлений.
Специальные приспособления для определения разницы толщины дистанционных колец применяют в условиях крупносерийного и массового производства, так как они рассчитаны на использование для подшипников определенного типа и размера.
При определении разницы в толщине дистанционных колец (рис. 12), подшипники устанавливают на оправке с посадкой с натягом и на втулке с переходной посадкой. После установки подшипников приспособление помещают под пресс, создавая усилие на оправке, минимальная величина которого определяется по формуле Pmin = 0,014zdш2 , где z — число шариков в подшипнике; dш — диаметр шарика. После приложения усилия измеряют расстояния h1 , и h2 между наружными и внутренними кольцами подшипников, полученная разность между этими размерами определяет толщину дистанционных колец, обеспечивающую нормальную работу узла. Измерения должны проводиться при помощи индикаторных измерительных инструментов.
Рис. 12. Установка для определения длины распорных втулок: Pmin — минимальная величина усилия, действующего на оправку; h1 h2 — расстояние между торцами соответственно наружных и внутренних колец
Универсальное приспособление для определения смещения торцов колец подшипников (рис. 13) обеспечивает с высокой точностью определение относительных осевых перемещений торцов колец подшипников комплекта. На плите основания 7 крепятся стойки 8 с установленным на них механическим манометром, который состоит из штока 3 с поршнем 4, размещенных в корпусе и закрытых крышкой 13. Динамометр крепится на планшайбе 12, а его показания фиксируются манометром 5. Гидравлический динамометр приводится в действие винтом 1, который соединяется со штоком 3 муфтой 2, компенсирующей несовпадение осей винта и штока гидравлического динамометра. Вертикальное перемещение гидравлического динамометра без его проворачивания вокруг собственной оси осуществляется за счет направляющих 14, установленных во втулках, запрессованных в плите, размещенных на стойках 8.
Толщину колец в комплекте подшипников, которые обеспечивают предварительный натяг в подшипниковом узле, определяюn следующим образом.
На оправку 6 устанавливают комплект из двух подшипников и; прикладывают к ним усилие, вращая винт 1, регулируя его величину по манометру, определяют осевое смещение ΔН = Н — H1
Для создания предварительного натяга в спаренных шариковых подшипниках качения может быть использована иная схема, которая широко применяется в условиях единичного и мелкоcерийного производства. В этом случае предварительный натяг создают следующим образом.
Один из подшипников собираемого узла устанавливают на оправку и наносят на торцевую поверхность его внутреннего кольца слой полимерного материала, затем устанавливают распорное кольцо, диаметр которого соответствует диаметру наружного кольца подшипника, и устанавливают на оправку второй подшипник комплекта. На внутреннее кольцо второго подшипника устанавливают груз, масса которого соответствует величине требуемого предварительного натяга. Собранный комплект выдерживают до полной полимеризации ранее нанесенного полимерного материала. На заключительном этапе собранный таким образом подшипниковый узел устанавливают на место.
При необходимости регулирования предварительного натяга в роликовых двухрядных подшипниках с цилиндрическими роликами поступают следующим образом (рис. 14).
Рис. 14. Схема регулирования предварительного натяга в узлах с роликовыми двухрядными подшипниками с цилиндрическими роликами: 1 — внутреннее кольцо подшипника; 2 — шейка вала; L — толщина распорного кольца; Lo — измеряемое расстояние от торца подшипника до буртика вала; ΔL — расчетное осевое смещение
На конической шейке 2 вала устанавливают внутреннее кольцо подшипника и измеряют расстояние Lo от заплечика вала до торца внутреннего кольца, используя концевые меры длины. После этого определяют толщину L распорного кольца, которая должна соответствовать разности между расстоянием от заплечиков вала до торцевой поверхности внутреннего кольца подшипника и его расчетным осевым смещением.
Сборка и регулирование узла с радиально-упорным роликовым подшипником, с коническими роликами (рис. 15) начинается с подготовки деталей — их очистки и промывки и проверки геометрических размеров и формы посадочных мест на валу и в корпусе. После этого на посадочные шейки вала устанавливают внутренние кольца подшипника, надевая на них сепараторы с роликами; устанавливают вал в корпус. Затем в отверстия корпуса устанавливают наружные кольца подшипника и закрывают их крышками. С правой стороны устанавливают крышку с прокладками и регулировочным винтом, а с левой — крышку с прокладками. Регулирование подшипникового узла начинают с левой опоры. Определяют толщину комплекта прокладок (рис. 15, а), закрепляя крышку 1 на корпусе винтами, после чего измеряют величину зазора К между крышкой и корпусом, затем подготавливают комплект прокладок толщиной К + С, где С — требуемая величина зазора в подшипниковом узле. Подобранный таким образом комплект прокладок 2 устанавливают между корпусом и крышкой, закрепляя последнюю винтами.
Рис. 15. Схема регулирования радиально-упорного роликового подшипника: а — прокладками; б — проставками; 1 — крышка; 2 — прокладка; 3 — регулировочный винт; 4 — контргайка; 5 — проставка; К — зазор между крышкой и корпусом; С — зазор в подшипниковом узле
Регулирование зазора в подшипниковом узле правой опоры осуществляют, устанавливая в отверстие корпуса проставку 5 и крышку 1, закрепив ее винтами. После этого отпускают контргайку 4 регулировочного винта 3 и затягивают его до отказа, выбирая зазор в правой подшипниковой опоре. Затем регулировочный винт 3 отпускают так, чтобы его осевое смещение соответствовало указанной величине осевого зазора в подшипниковом узле, и затягивают контргайку 4.
Конструкция и сборка подшипникового узла с игольчатым подшипником.
В комплект подшипника входят два кольца: внутреннее и наружное, а также иглы — ролики малого диаметра и большой длины и боковые ограничители, предупреждающие выпадение роликов из собранного узла. Применяют этот тип подшипников качения в тех случаях, когда в узлах действуют большие инерционные силы, а габаритные размеры узла и его масса ограничены.
Рабочие поверхности игольчатого подшипника могут быть образованы поверхностями сопрягаемых деталей — валом (наружная поверхность) и втулкой (внутренняя поверхность). В качестве боковых поверхностей могут служить различные детали, выполненные в виде колец или заплечиков на сопрягаемых деталях.
Игольчатые подшипники не имеют сепаратора, а плотное прилегание игл друг к другу устраняет возможность их перекоса в процессе работы. Для обеспечения плотного прилегания игл при монтаже следует устанавливать иглы как можно ближе друг к другу, делая между ними минимальные зазоры.
Сборка подшипникового узла с игольчатыми подшипниками ведется с использованием монтажной втулки или монтажного вала.
Рис. 16. Схема монтажа игольчатого подшипника: а — на монтажном полукольце; б — на монтажном валу: 1, 5, 6 — валы; 2 — монтажное полукольцо; 3, 7 — игольчатые ролики; 4 — ограничительное кольцо
Сборку с применением монтажной втулки-кольца (рис. 16, а) начинают с нанесения на поверхность посадочной шейки вала консистентной смазки, после чего вал 1 устанавливают в монтажное полукольцо 2, а в зазор между ними вводят игольчатые ролики 3. Эта операция проводится при периодическом повороте вала до тех пор, пока не будут установлены все ролики комплекта. После установки всех роликов на вал надевают охватывающую деталь, смещая с него монтажное кольцо.
Если в процессе сборки подшипникового узла с игольчатым подшипником вместо монтажного кольца применяют монтажный вал (рис. 16, б), то консистентную смазку наносят на внутреннюю поверхность отверстия и вставляют в него монтажный вал 6, диаметр которого на 0,1 …0,2 мм меньше номинального диаметра вала. После введения в отверстие монтажного вала в зазор между ним и внутренней поверхностью отверстия устанавливают игольчатые ролики 7 так, чтобы последний ролик входил свободно. На заключительном этапе устанавливают ограничительные кольца 4 и устанавливают на место рабочий вал 5, вытесняя из отверстия монтажный вал, игольчатые ролики и ограничительные кольца при этом должны оставаться на месте.
