Глава 11 корпусные детали

К корпусным относят детали, обеспечивающие взаимное расположение деталей узла и воспринимающие основные силы, действующие в машине. Корпусные детали обычно имеют довольно сложную форму, поэтому их получают методом литья (в большинстве случаев) или методом сварки (при единичном и мелкосерийном производстве). Для изготовления литых корпусных деталей широко используют чугун (например, марки СЧ15), а при необходимости ограничения массы машин - легкие сплавы (алюминиевые, магниевые).

Корпусная деталь состоит из стенок, ребер, бобышек, фланцев и других элементов, соединенных в единое целое.

При конструировании литой корпусной детали стенки следует по возможности выполнять одинаковой толщины. Толщину стенок литых деталей стремятся уменьшить до величины, определяемой условиями хорошего заполнения формы жидким металлом.

Для редукторов толщину стенки, отвечающую требованиям технологии литья, необходимой прочности и жесткости корпуса, вычисляют по формуле

, (11.1)

где Т- вращающий момент на выходном (тихоходном) валу, Нм.

Размеры корпуса определяет число и размеры размещенных в нем деталей, относительное их расположение, значение зазоров между ними.

Ориентировочные размеры корпуса были определены при составлении компоновочной схемы, уточнены при разработке конструкций узлов. Теперь следует выполнить их окончательную конструктивную отработку.

Корпуса современных редукторов (рис. 11.1) очерчивают плоскими поверхностями, все выступающие элементы (бобышки подшипниковых гнезд, ребра жесткости) устраняют с наружных поверхностей и вводят внутрь корпуса, лапы под болты крепления к основанию не выступают за габариты корпуса, проушины для транспортирования редуктора отлиты за одно целое с корпусом. При такой конструкции корпус характеризуют большая жесткость и лучшие виброакустические свойства, повышенная прочность в местах расположения болтов крепления, уменьшение коробления при старении, возможность размещения большего объема масла, упрощение наружной очистки, удовлетворение современным требованиям технической эстетики. Однако масса корпуса из-за этого несколько возрастает, а литейная оснастка - усложнена.

Ниже, в разд. 11.1, рассмотрены общие вопросы конструирования основных элементов корпусов (выбор размеров фланцев, бобышек, оформление мест крепления, форма проушин и др.) на примере цилиндрических редукторов. В других разделах этой главы даны рекомендации по конструированию только специфических элементов корпусов редукторов других типов.

11.1. Корпуса цилиндрических редукторов

На рис. 11.1, 11.2 показан корпус одноступенчатого цилиндрического редуктора. Для удобства сборки корпус выполняют разъемным. Плоскость разъема проходит через оси валов. Поэтому в многоступенчатых редукторах оси валов располагают в одной плоскости. Нижнюю часть называют корпусом, верхнюю -крышкой корпуса.

Плоскость разъема для удобства обработки располагают параллельно плоскости основания. Верхнюю поверхность крышки, служащую технологической базой для обработки плоскости разъема, также выполняют параллельной плоскости основания.

Разработку конструкции начинают с прорисовки контуров нижней (корпуса) и верхней (крышки корпуса) частей.

Конструктивное оформление внутреннего контура редуктора (рис. 11.3). Из центра выходного (тихоходного) вала проводят тонкой линией дугу окружности радиусом

R₁ = 0,5d_a2 + а,

где d_a2 - наружный диаметр зубчатого колеса; а - зазор (см. (3.5)).

Из центра входного (быстроходного) вала проводят дугу радиусом, в качестве которого принимают большее значение из следующих двух:

R_Б = 0,5 d_a1+a или R_Б = 0,5D + а,

где d_a1 - наружный диаметр шестерни; D - диаметр отверстия в корпусе для опоры входного вала.

Толщина стенки крышки корпуса 0,96 6 мм, где -толщина стенки корпуса. Затем оформляют крышку вертикальными стенками. Для уменьшения массы крышки боковые стенки выполняют наклонными (на рис. 11.3 показаны штриховыми линиями). Расстояние между дном корпуса и поверхностью колеса 3а.

Для соединения корпуса и крышки по всему контуру плоскости разъема редуктора выполняют специальные фланцы (рис. 11.3, выноска В). На коротких боковых сторонах фланцы располагают внутрь от стенки корпуса. Вследствие погрешностей при изготовлении моделей крышки и корпуса, погрешностей при формовке и во время удаления моделей из формы размеры отливок получают с отклонениями от номинальных значений. Это приводит к несовпадению внешних контуров крышки и корпуса, ухудшает внешний вид. Несовпадение станет незаметным, если крышку корпуса выполнить с напуском (рис. 11.4, а). Размеры конструктивных элементов:

f=(0,4... 0,5) ; b=1,5 ; = 1,5 ; l = (2 ... 2,2) .

На продольных длинных сторонах редуктора фланцы корпуса располагают внутрь от стенки корпуса, а фланцы крышки - снаружи (рис. 11.4, б - г). Фланцы объединяют с приливами (бобышками) для подшипников.

Конструктивное оформление приливов для подшипниковых гнезд. Приливы, в которых располагают подшипники, конструктивно оформляют по рис. 11.4. Размеры приливов определяют конструкция крышки подшипника и диаметр D отверстия под подшипник. Диаметр прилива принимают (мм):

для закладной крышки (рис. 11.4, г) - D'_n =1,25D + 10 мм;

для привертной крышки (рис. 11.4, б) - D_n = D_ф+ 4 ... 6 мм, где D_ф - диаметр фланца крышки подшипника, см. разд. 7.2. Там же приведены рекомендации по диаметру и числу винтов для крепления привертных крышек. Крепежные резьбовые отверстия для них обычно сверлят на станках при раздельной механической обработке корпуса и крышки редуктора. Поэтому нельзя проектировать отверстия в стыке крышки с корпусом, так как они могут быть выполнены только после сборки, что неудобно. Кроме того, при затяжке винтов действуют силы, отжимающие в этом случае крышку от корпуса.

Длины /| и /₂ подшипниковых гнезд (рис. 11.4, а) определяют конструктивно из условия размещения комплекта подшипника с крышкой и другими устанавливаемыми в гнезде деталями. Так как осевые размеры деталей и конструкции разных опор различны, то и длины подшипниковых гнезд выполняют разной длины (например, на рис. 11.4, а l₁< l₂). Длину подшипниковых гнезд согласуют также с шириной фланца, необходимой для размещения головки винта для соединения крышки с корпусом или гайки (рис. 11.4, в).

Размеры l₁ и 1₂ получаются, как правило, небольшими и устанавливать ребра жесткости на корпусе нет необходимости. Если на выходном валу действует большая по значению консольная сила, то предусматривают одно ребро, смещенное в сторону быстроходного вала (рис. 11.2, сечение А-А). Не рекомендуют располагать ребра по вертикальной оси отверстия бобышки.

Для удобства обработки наружные торцы приливов всех подшипниковых гнезд, расположенных на одной стенке корпуса, должны лежать в одной плоскости (рис. 11.4, а).

Крепление крышки редуктора к корпусу. Для соединения крышки с корпусом используют болты с наружной шестигранной уменьшенной головкой (рис. 11.5, а) или, предпочтительнее, винты с цилиндрической головкой и шестигранным углублением "под ключ" (рис. 11.5, б). В последнем случае получают наименьшую ширину фланца. Ширину фланца выбирают из условия свободного размещения головки винта (или гайки) и возможности поворота ее гаечным ключом на угол > 60°. Винт заворачивают в резьбовое отверстие корпуса. Винты и болты должны быть класса прочности не менее 6.6.

Диаметр d (мм) винтов крепления крышки принимают в зависимости от вращающего момента Г(Н-м) на выходном валу редуктора:

10 мм. (П.2)

Болты (винты) крепления крышки к корпусу располагают преимущественно по продольным сторонам в районе бобышек, стараясь максимально приблизить их к отверстию под подшипник (для увеличения жесткости и плотности соединения). Болт, расположенный между отверстиями под подшипники, размещают посередине между этими отверстиями.

Минимальное расстояние между стенками близко расположенных отверстий должно составлять не менее 3 ... 5 мм (рис. 11.4, а). Для закладных крышек расстояние 3 ... 5 мм выдерживают между стенками отверстий диаметром D_p под выступ закладной крышки и отверстием диаметром d₀ под винт, стягивающий крышку и корпус редуктора (рис. 11.4, а, г).

Высоту h' прилива в крышке под стягивающий болт (рис. 11.4, а; 11.5, а, б) определяют графически, исходя из условия размещения головки болта на плоской опорной поверхности вне кольцевого прилива под подшипник большего диаметра ( или ). Размеры головки в зависимости от диаметра d резьбы по табл. 19.29, 19.30. Для всего редуктора эту высоту принимают одинаковой, исходя из максимального значения ( ).

Винты крепления ввинчивают в резьбовые отверстия корпуса. Размеры (мм) элементов крышки и корпуса принимают по рекомендациям рис. 11.5 и табл. 11.1.

Опорные поверхности на крышке под головки болтов (винтов) обрабатывают в зависимости от формы их головки (табл. 11.1). При качественном выполнении литья опорные поверхности под головки болтов можно не обрабатывать.

Если продольные стороны редуктора оказываются достаточно протяженными, то помимо винтов в районе подшипниковых гнезд устанавливают дополнительно винты на фланцах той же (рис. 11.5) или меньшей толщины (рис. 11.6, а, б), примерно на одинаковом расстоянии один от другого - с шагом = (10 ... 12) d.

Для стопорения винтов кроме стопорных шайб часто применяют герметики.

Фиксирование крышки относительно корпуса Крышку фиксируют относительно корпуса штифтами (рис. 11.7, а.б). Штифты предотвращают взаимное смещение корпусных деталей при растачивании отверстий, обеспечивают точное расположение их при повторных сборках. Диаметр штифтов

крышки (рис. 1.1.1, 11.2, сечение Г-Г). Резьбу используют для извлечения штифта при разборке редуктора.

Если нельзя применить конические штифты, то для фиксации крышки и корпуса используют цилиндрические штифты. Три или четыре цилиндрических штифта ставят в стык деталей (рис. 11.7, б) по одному на сторону корпуса. Размеры цилиндрических и конических штифтов принимают по табл. 19.9, 19.10: = 1,1 dmT

Поверхности сопряжения корпуса и крышки для плотного их прилегания шабрят или шлифуют. При сборке узла эти поверхно-сти для лучшего уплотнения покрывают тонким слоем герметика Прокладки в плоскость разъема не ставят из-за вызываемых ими искажения формы посадочных отверстий под подшипники и смещения осей отверстий с плоскости разъема

Конструктивное оформление опорной части корпуса. Наиболее рациональной является опорная поверхность корпуса, выполненная в виде отдельных платиков, расположенных в районе установки болтов или шпилек.

Конструкции мест крепления корпуса к плите или раме показаны на рис. 11.8 - 11.10.

Диаметр винта крепления редуктора к плите (раме): d_ф 1,25d, где d - диаметр винта крепления крышки и корпуса редуктора. Число z винтов принимают в зависимости от межосевого расстояния а_wm (мм) тихоходной ступени: z = 4 при а_wm < 315; z = 6 при а_wm > 315.

Места крепления корпуса к плите или раме располагают на возможно большем (но в пределах габарита корпуса) расстоянии друг от друга и оформляют в виде ниш, расположенных по углам корпуса (рис. 11.1, 11.2, 11.8). Если нишу не удается расположить в углу корпуса, то ее выносят на боковую стенку (рис. 11.9). Высоту ниши принимают при креплении болтами h₀ ⁼ 2,5(d_ф + ); шпильками h₀ = (2 ... 2,5) d_ф

Когда это возможно, редуктор крепят к раме снизу (рис. 11.10). Этот способ является лучшим из описанных

Оформление сливных отверстий. Наиболее часто в редукторах используют картерную систему смазывания, при которой корпус является резервуаром для масла. Масло заливают через верхний люк.

При работе передачи масло постепенно загрязняют продукты изнашивания, оно стареет - свойства его ухудшаются. Поэтому масло периодически меняют. Для слива масла в корпусе выполняют сливное отверстие, закрываемое пробкой. Сливное отверстие должно быть достаточно большого диаметра. Его располагают ниже уровня днища (рис. 11.11, а, б). Чтобы масло из корпуса можно было слить без остатка, дно корпуса выполняют с уклоном 0,5 ... 1,0° в сторону сливного отверстия. Чем больше размер редуктора, тем уклон делают меньше. Внутри корпуса у самого отверстия предусматривают местное углубление для выхода инструмента, которым обрабатывают отверстие (рис. 11.11, а). Толщина днища в месте углубления должна оставаться без изменения.

Рис. 11.11.

При замене масла часть его может стекать по внешней стенке корпуса на плиту или основание. Поэтому лучше сливное отверстие располагать (если это удобно для пользования) в дне корпуса (рис. 11.11,6).

Перед сверлением сливного отверстия прилив в корпусе фрезеруют, поэтому он должен выступать над необрабатываемой поверхностью на высоту = 0,5 (рис. 11.11, а, б).

Отверстие для выпуска масла закрывают пробкой с цилиндрической (см. табл. 8.4) или конической (см. табл. 8.5) резьбой. Если применяют пробку с цилиндрической резьбой, то обязательно ставят уплотнительную прокладку из паронита или резиновое кольцо. Пробки с конической резьбой не требуют дополнительного уплотнения, поэтому и имеют преимущественное применение.

Оформление прочих конструктивных элементов корпусных деталей. Для подъема и транспортирования крышки корпуса и редуктора в сборе применяют проушины, отливая их заодно с крышкой (рис. 11.12). По рис. 11.12, а проушина выполнена в виде ребра с отверстием; по рис. 11.12, б - в виде сквозного отверстия в крышке.

Люк в верхней части крышки редуктора используют не только для залива масла, но и для контроля правильности зацепления и для внешнего осмотра зубчатых колес, подшипников. Размеры его принимают по возможности большими, форму - прямоугольной, реже круглой.

Рис. 11.12

Люк закрывают крышкой. При единичном и мелкосерийном производстве применяют простейшую конструкцию крышки из стального листа (рис. 11.13, а), толщина которого = (0,010 ...

L

0,012)L > 2 мм. При средне- и крупносерийном производстве применяют штампованные крышки (рис. 11.13, б). Под крышкой располагают уплотняющую прокладку из прокладочного картона марки А толщиной 1 ... 1,5 мм или технической резины марки МБС толщиной 2 ... 3 мм. Крышки крепят винтами диаметром d располагая их на расстоянии ~ (12 ... 15) d.

Штампованную крышку можно объединить с отдушиной и фильтром (рис. 11.13, в). В этом случае крышка состоит из верхней плоской пластины, вдоль длинной стороны которой выдавлены два гребня (сечение А-А) для сообщения внутренней полости редуктора с внешней средой. В нижней штампованной части крышки пробиты 2-4 отверстия диаметром ~5 мм. Эта часть крышки по периметру окантована привулканизированной резиной. Фильтр, состоящий из тонкой медной проволоки или синтетических нитей, заполняет пространство между верхней и нижней частями крышки.

На рис. 11.14, а, б приведены конструкции литых крышек прямоугольной (а) и круглой (б) формы. Их изготовляют из чугуна, алюминиевого сплава. Аналогична конструкция крышек, прессованных из пластмассы.

Толщину стенок и высоту Я принимают для крышек: чугунных - = (0,7 ... 0,8) > 6 мм; Н> 0,08L( ); из алюминиевого сплава и пластмассы - = (0,5 ... 0,6) > 5 мм; Н> 0,05 L( ),

где - толщина стенки корпуса редуктора (коробки передач).

Толщина стенок в любом сечении крышки должна быть по возможности одинаковой. Крышки усиливают ребрами жесткости. Чтобы радиальные ребра в круглых крышках не соединялись в общий узел, выполняют кольцевое ребро диаметром d₀ > 5 (рис. 11.14, б). Диаметры d винтов крепления крышек к корпусной детали принимают равными толщине стенки корпуса.

В крышках люков удобно располагать пробковые отдушины (табл. 11.2, размеры в мм).