3.7.4 Эскизная компоновка передачи

Эскизная компоновка передачи редуктора выполняется по результатам произведенных расчетов, как правило, на миллиметровой бумаге в соответствующем масштабе.

Вершины делительных конусов и конусов впадин колеса и шестерни должны сходиться в полюсе О пересечения осей колес (рис. 3.7.8). На степень точности совмещения вершин конусов имеется ГОСТ, так как от этого зависит правильность работы зацепления. Для того чтобы обеспечить постоянный радиальный зазор между зубьями колеса и шестерни на всей ширине, образующие внешнего конуса шестерни должны быть параллельны образующим конуса впадин колеса, а образующие внешнего конуса колеса – параллельны образующим конуса впадин шестерни.

Возможны два конструктивных исполнения конической шестерни: вместе с валом (вал шестерня) и отдельно от него (насадная шестерня). Более рациональной конструкцией является вал-шестерня, которую изготовляют из поковки. Точность и надежность вала-шестерни выше, так как нет соединения шестерни с валом и, следовательно, меньше возможных погрешностей и источников отказа. Конструктивные формы конических зубчатых колес показаны на рис. 3.7.5 (а, б, в).

Конструкция на рис. 3.7.5,а рекомендуется при значениях внешнего диаметра вершин зубьевd_ae ≤ 120 мм и угле конусности δ ≤ 30º. На рис. 3.7.5,б изображена конструкция при d_ae ≥ 120 мм и угле конусности δ ≥ 45º. Если угол делительного конуса находится между 30º и 45º, то допускаются обе формы конических колес. При d_ae ≥ 120 мм рекомендуется конструкция, изображенная на рис. 3.7.5,в.

Рис. 3.7.5 Формы конических колес

Поскольку диаметр колеса d_ae2 = 154 мм, то выбираем конструкцию рис. 3.7.5,в, когда колесо для передачи вращающего момента крепится на валу с помощью шпонки (рис. 3.7.2).

Размер длины ступицы ℓ_СТ = 57 мм корректируется в случае необходимости расчетом шпоночного соединения в большую сторону. Диаметр ступицы d_СТ и толщину диска С выбирают по рекомендациям:

d_СТ ≈ 1,55d ≈ 1,55 ∙ 32 ≈ 49,6 мм ,

С ≈ 1,4 S ≈ 1,4 ∙13,8 ≈ 19,32 мм,

где S = 0,6 ∙ b = 0,6 ∙24 = 14,4 мм – ширина торца зубчатого венца.

Ширина δ₀ = 2,5∙m_te + 2 = 2,5 ∙ 1,5 + 2 = 5,75 мм.

Другие размеры указаны на рис. 3.7.11.

При любой форме колес внешние углы зубьев притупляются фаской f, обрабатывая колеса по внешнему диаметру d_ae параллельно оси посадочного отверстия.

Опоры входного вала шестерни устанавливают по одну сторону от шестерни по схеме ''врастяжку'' (рис. 3.7.6).

Рис. 3.7.6 Эскиз установки подшипников на вал-шестерню

При этом широкие торцы наружных колец подшипников расположены внутрь, навстречу друг другу. Такая установка обеспечивает увеличение расстояния а₂ между точками пересечения контактных нормалей подшипников с осью вала, которые являются точками радиальной фиксации вала (точками где действуют опорные реакции). Это обеспечивает уменьшение длины консоли а₁, которая определяет величину изгибающего момента М_r = F_r ∙ a₁ . Как следствие, значения опорных реакций уменьшаются одновременно за счет уменьшения момента M_r и увеличения расстояния между опорами a₂.

При конструировании необходимо выдержать соотношения:

d ≥ 1,3 a₁, a₂ ≈ 0,6ℓ ≈ 0,6 ∙ 77 ≈ 46,2 мм,

где ℓ - характерный размер передачи,

ℓ ≈ 0,5d_ae2 ≈ 0,5 ∙ 154 ≈ 77 мм.

Установка подшипников по схеме ''враспор'' (широкие торцы наружных колес расположены наружу), крайне нерациональна, так как в этом случае а₂ уменьшается, а а₁ увеличивается. В конечном итоге это приводит к значительному увеличению размера узла крепления вала в осевом направлении. Фиксацию внешних колес подшипников в осевом направлении обеспечивают за счет их упора в заплечики стаканов. Внутренние кольца подшипников фиксируются с одной стороны упором в буртик зубчатого колеса (шестерни), а с другой – шлицевой гайкой (через многолапчатую шайбу).

Опоры вала колеса устанавливают также по схеме ''враспор'', которая предполагает осевую фиксацию вала в двух опорах, причем в каждой опоре в одном направлении (рис. 3.7.7).

Рис. 3.7.7 Эскиз установки подшипников на выходном валу

Подшипники устанавливают таким образом, чтобы широкие торцы их внутренних колес располагались навстречу друг другу и упирались в буртик, образующий поверхность участка вала, на котором устанавливается коническое зубчатое колесо. В этом случае контактные нормали подшипников направлены к ступице колеса, что несколько уменьшает рабочую длину вала и благотворно влияет на его прочность и жесткость. Фиксацию наружных колес можно обеспечить за счет их упора в крышки подшипниковых узлов, а регулирование подшипников – размещением регулировочных прокладок.

Коническое колесо на выходном валу располагают ближе к той опоре, которая находится дальше от выходного конца вала, так как на конце вала действует консольная нагрузка и при таком расположении колеса достигается более благоприятное распределение сил между подшипниками.

Результаты расчетов для эскизного проектирования передачи приведены в таблице 3.2.

Эскизная компоновка конической передачи приведена на рис. 3.11.

Таблица 3.2

Результаты расчетов для эскизного проектирования

Наименование параметров и размерность	Обозначение	Величина
Входной вал В1:
Диаметр концевого участка, мм	d	24
Диаметр вала (цапфы) под подшипники, мм	dП	35
Диаметр буртика для подшипников, мм	dБП	41
Длина концевого участка, мм	ℓМБ	36
Длина промежуточного участка, мм	ℓКБ	24,8
Длина резьбового участка, мм		14
Длина вала под подшипник, мм	ℓП	63
Расчетная длина вала, мм	ℓР	46,2
Полная длина вала, мм Подшипники № 7207:	ℓ1	164
Наружный диаметр, мм	D	72
Внутренний диаметр, мм	d	35
Ширина, мм	B; Т	17; 18,25
Динамическая грузоподъемность, кН	Cr	38,5
Выходной вал В2:
Диаметр концевого участка, мм	d	32
Диаметр вала под подшипники, мм	dП	40
Диаметр вала под колесом, мм	dK	47,5
Диаметр буртика для колеса, мм	dБК	51,1
Длина концевого участка, мм	ℓМТ	48
Длина промежуточного участка, мм	ℓКТ	48
Зазор между колесами и стенкой корпуса, мм	а	9,0
Длина ступицы колеса, мм	ℓСТ	57
Длина вала, мм Расчетная длина вала, мм Полная длина вала, мм	ℓК ℓр ℓ2п	191 220 316
Подшипники № 7208:
Наружный диаметр, мм	D	80
Внутренний диаметр, мм	d	40
Ширина, мм	B; Т	18; 19,25
Динамическая грузоподъемность, кН	Cr	46,5

Рис. 3.11 Эскизная компоновка прямозубой конической передачи