Назначение корпусов и разновидности форм их конструкций

Корпусные детали редукторов являются их базовыми деталями и предназначены:

- для размещения и обеспечения необходимого взаимного расположения деталей и узлов передаточных механизмов редуктора;

- восприятия нагрузок, действующих в редукторе, и передачи их на подредукторную плиту или раму;

- организации системы смазывания рабочих поверхностей зубчатых колес и подшипников редуктора;

- защиты деталей и узлов передач редуктора от их загрязнения инородными частицами окружающей среды;

- защиты смазочного материала, используемого в редукторе, от его выброса (при эксплуатации редуктора) в окружающую среду;

- отвода в окружающую среду теплоты, образующейся при работе редуктора.

Корпусные детали наиболее металлоемкие. На их долю приходится до 80% всей массы изделия. Значительные размеры и сложная конфигурация сильно усложняют процесс получения таких деталей.

Форму редукторных корпусов (рис.1.1–1.6) определяют в основном взаимное расположение деталей и узлов передаточных механизмов редуктора, требования технологии их изготовления, эксплуатации и дизайна. Учитываются также требования прочности и жесткости. Наибольшее распространение получили корпуса, основу коробчатой конструкции которых образуют плоские и цилиндрические поверхности, как более простые в изготовлении.

Рис. 1.1. Кинематические схемы и внешний вид некоторых разновидностей одноступенчатых цилиндрических редукторов: а – горизонтальный;

б – вертикальный; в – с корпусом, выполненным с учетом требований современных норм промышленной эстетики

 

Рис. 1.2. Кинематические схемы и внешний вид некоторых разновидностей цилиндрических двухступенчатых редукторов:

А – выполненный по развернутой схеме; б – соосный однопоточный; в – с корпусом, имеющим наклонный (к его основанию) разъем

Рис. 1.3. Кинематические схемы и внешний вид некоторых разновидностей горизонтальных конических редукторов:

А – одноступенчатый; б – коническо-цилиндрический двухступенчатый

 

Рис. 1.4. Кинематическая схема и внешний вид червячных редукторов с нижним расположением

Червяка, имеющих: а – разъемный корпус; б – неразъемный корпус

Рис. 1.5. Пример конструктивного оформления разъемного корпуса червячного редуктора с верхним расположением

червяка, выполненного с учетом требований современных норм промышленной эстетики

Корпусные детали редукторов, несмотря на разнообразие их форм и размеров, имеют общие конструктивные элементы (стенки, приливы, фланцы, ребра, бобышки), соединенные в единое целое.

На рис.1.5.1 приведены основные элементы корпуса:

- основание 1;

- верхняя крышка 2;

- стенки 4;

- бобышки 5 для отверстий подшипников;

- фланцы 6 в для крепления крышки и корпуса;

- ниши или фланцы 7 для крепления корпуса к плите или раме;

- ребра жесткости 8;

- поверхности под крепежные детали, выравнивающие поверхность под гайки и головки болтов;

- смотровой люк 9;

- бобышка 10 с резьбовым отверстием для установки пробки 11 с уплотнительным кольцом 12 в отверстие для слива масла;

- бобышка 13 с резьбовым отверстием для установки маслоуказателя 14;

- резьбовые отверстия 15 для отжимных болтов 16;

- отверстия 17 для конических (цилиндрических) штифтов 18, используемых для фиксации крышки и корпуса;

- отверстия 19-21 для установки винтов (шпилек) 24-25, служащих для крепления крышки с корпусом и корпуса с рамкой (плитой);

- отверстия 22 для установки подшипников крышек подшипников;

- проушины 23 или рым-болты 26 для транспортировки основания и крышки и т.д.

Рис.1.5.1. Конструктивные элементы корпуса редуктора

 

С увеличением размеров элементов корпуса увеличиваются его материалоемкость, масса, трудоемкость изготовления и стоимость. При конструировании рекомендуются внешние очертания отливки из прямолинейных участков с плавными криволинейными переходами; следует стремиться к максимальному уменьшению общих габаритов и особенно высоты, к устранению чрезмерно выступающих частей, больших тонкостенных ребер, глубоких впадин, больших плоских горизонтальных поверхностей при малой толщине. У отливок при остывании должна быть возможность свободной усадки, чтобы избежать значительных остаточных напряжений.

В связи с тем, что обычно корпуса редукторов – малонапряженные детали, размеры их элементов (толщину стенок, приливов и пр.) определяет в основном не прочность, а жесткость, необходимая для обеспечения работоспособности кинематических пар редуктора (зубчатых зацеплений, подшипников и др.). Требуемую жесткость достигают оптимизацией формы и размеров элементов корпуса, а также за счет рационального размещения ребер жесткости.

У большинства редукторов (для удобства монтажа деталей и узлов его передач) корпус выполняют разъемным в плоскости осей редукторных валов. В таком случае корпус, как правило, состоит из двух корпусных дета­лей: нижней, называемой картером, и верхней, называемой крышкой картера (рис.1.1–1.5.1). Основание корпуса и крышку фиксируют относительно друг друга двумя коническими штифтами, устанавли­ваемыми без зазора до расточки гнезд под подшипники. Основание и крышку корпуса соединяют болтами d ₃ для обеспечения герметичности. Ориентировочно принимают рас­стояние между осями болтов ~(10…15) d _3. Для предотвращении протекания масла плоскости разъема смазывают спиртовым лаком или жидким стеклом. Ставить прокладку между основание и крышкой нельзя, так как при затяжке болтов она деформируется, и посадка подшипников нарушается.

Иногда (для облегчения ввода в корпус узлов и деталей редукторных пе­редач) в корпусах редукторов, имеющих валы, которые располагаются в вертикальной плоскости друг над другом, делают два разъема (рис. 1.6). В этом случае корпус состоит уже из трех деталей: нижней – картера, промежуточной – вставки корпусной и верхней – крышки редуктора.

Корпуса выполняют и цельными (например, корпус коробок передач). При этом монтажное отверстие в корпусе должно позволить свободную установку в него валов с насаженными на них деталями.

 

Рис. 1.6. Пример корпуса редуктора с двумя разъемами

Для удобства механической обработки плоскость разъема чаще всего располагают параллельно плоскости основания корпуса. Косой разъем (рис. 1.2, в) выполняют лишь для снижения габаритов и массы корпуса, а также улучшения условий смазывания зубчатых зацеплений передач редуктора в случае погружения колес всех его ступеней в масляную ванну при большой разнице диаметров этих колес.

Наличие разъема снижает жесткость корпуса, повышает стоимость его изготовления (стыкуемые в разъеме поверхности деталей корпуса должны быть чисто и точно обработанными, необходимы отверстия под крепежные детали), требует дополнительных расходов на детали крепления стыкуемых частей корпуса (болты, гайки и др.). Одновременно разъем дает возможность каждый вал редуктора со всеми расположенными на нем деталями (зубчатыми колесами, подшипниками, дистанционными втулками и др.) выделить в самостоятельную сборочную единицу, которую собирают и контролируют заранее, независимо от других валов, а затем (при общей сборке редуктора) без затруднений размещают в корпусе редуктора. Это повышает производительность и качество сборочных работ при снижении требований к квалификации сборщиков, а также позволяет производить сборку редукторов поточным методом, что особенно актуально в условиях серийного и массового производства редукторов.

Однако необходимо отметить, что у некоторых типов редукторов, требующих для нормальной работы их передач повышенной жесткости корпуса (например, у червячных с межосевым расстоянием менее 180 мм, которые весьма чувствительны к его изменениям), корпус необходимо выполнять неразъемным (рис. 1.4, б). В этом случае сборку редуктора осуществляют вдоль продольных осей его валов через отверстия, предусмотренные в боковых стенках редукторного корпуса (производится менее удобная торцовая сборка), что снижает производительность сборочных работ.

 

Выбор материала

Основными критериями, определяющими выбор материала для литых деталей машин, являются их форма, целевое назначение, условия работы, характер нагруженности.

- Отливки из серого чугуна (СЧ12, СЧ15, СЧ18 ГОСТ 1412 – 85) наиболее распространены в машиностроении для изготовления корпусных дета­лей. Это обусловлено хорошими литейными свойствами серого чугуна, его хорошей обрабатываемостью на металлорежущих станках, низкой стоимостью, достаточно высокой износостойкостью.

Хотя прочность чугуна ниже, чем стали, однако для корпусов подавляющего большинства редукторов она вполне достаточна. Такое утвержде­ние базируется на том, что обычно редукторные корпуса –малонапряженные детали и основным критерием их работоспособности, как уже отмеча­лось, является не прочность, а жесткость, необходимая для обеспечения нормальной работы кинематических пар редуктора.

- Стальные отливки (из сталей 15Л, 25Л, 35Л ГОСТ 977 – 88) применяют только в тех случаях, когда прочность чугунных деталей недостаточна. Это обусловлено следующими обстоятельствами.

Литейные свойства сталей значительно ниже литейных свойств чугунов. Стали обладают малой жидкотекучестью, вследствие чего хуже заполняют литейные формы; обнаруживают бόльшуюсклонность к ликвации (образованию в процессе кристаллизации при охлаждении расплавленного металла неметаллических включений в его структуре) и образованию пузырей; имеют значительную (в 1,5 … 2 раза бόльшую) усадку. Из-за большой усадки у стальных отливок наблюдается весьма высокая вероятность появления коробления и образования усадочных трещин и раковин. Стальные отливки значительно труднее поддаются очистке от пригара. Поэтому сталь избегают применять для отливок сложной конфигурации с тонкими стенками, повышенными требованиями к их внешнему виду и точности размеров.

В связи с вышеизложенным из стали выполняют отливки корпусов редукторов, имеющих простую конфигурацию и воспринимающих значительные динамические (ударные) нагрузки (например, корпуса редукторов камнедробилок, горно-рудного оборудования), при которых серый чугун работает значительно хуже стали.

- Из легких сплавов для изготовления редукторных корпусов наибольшее применение получил силумин (алюминиевый сплав с содержанием 8…14% кремния). Это обусловлено тем, что магниевые сплавы весьма чувствительны к концентрации напряжений, их прочность и износостойкость ниже, чем у силумина, они хуже сопротивляются корродированию. Помимо этого, при обработке магниевых сплавов на металлорежущих станках необ­ходимы повышенные меры предосторожности против загорания стружки.

Отливки из силумина (АК12, АК9, АК5М ГОСТ 1583 – 93) обладают сравнительно высокими литейными и механическими характеристиками, имеют низкую плотность (в среднем 2,7 г/см³), высокую теплопроводность (λ=0,12…0,18) и стойкость к коррозии.

Однако силумин значительно дороже и дефицитнее серых чугунов. Поэтому из него изготавливают корпуса редукторов, к весовым характеристи­кам которых предъявляют жесткие требования (авиационные, транспортных машин и приборов), а также редукторов, работающих со значительным тепловыделением (глобоидных) или в корродирующей среде (например, на от­крытом воздухе, в помещении с повышенной влажностью и загазованностью воздуха).

Весьма перспективными являются пластмассы, полиамидные и композитные материалы. Полученные литьем или прессованием изделия из этих материалов в условиях массового производства оказываются дешевыми, легкими, достаточно прочными и хорошо отвечающими требованиям современного дизайна.