Корпус редуктора: литой или сварной, расточка гнёзд под подшипники

Что должен держать корпус

У корпуса одноступенчатого цилиндрического редуктора три задачи. Он держит подшипники валов, и от точности гнёзд зависит, как лягут зубья шестерён друг на друга. Он закрывает шестерни от пыли и держит масло. Он передаёт нагрузку на раму через лапы или фланец.

Размеры, которые определяют работу, умещаются в три строки чертежа: межосевое расстояние между гнёздами, диаметр гнезда с полем допуска, параллельность и соосность осей. Всё остальное, от толщины стенок до рёбер, допускает отклонения в десятые доли миллиметра и на работу пары зубьев не влияет. Как зубья нарезают, объясняет статья об изготовлении шестерён, а посадки вала в подшипник разобраны в материале о валах и осях.

Четыре способа получить заготовку

СЧ20 по паспорту материала имеет предел прочности не менее 200 МПа, плотность 7,1 г/см³ и модуль упругости 85–110 ГПа, хрупок при ударе и не варится без подогрева. Чугун гасит вибрации лучше стали, поэтому шумный зубчатый редуктор в чугунном корпусе работает тише. Если нагрузка ударная, вместо СЧ20 берут высокопрочный чугун, например ВЧ50.

Алюминиевые корпуса легче чугунных по плотности в 2,5 раза, но жёсткость алюминия около 68 ГПа ниже, поэтому стенки приходится делать толще, а гнёзда подшипников ставят в отдельных усилениях. Сварные корпуса делают из листа Ст3 или 09Г2С. Общее сравнение трёх путей для любых корпусных деталей есть в статье о корпусных деталях и кронштейнах.

Допуски, которые читают на чертеже корпуса

Межосевое расстояние

Для цилиндрических передач допуск межосевого расстояния fa задаёт ГОСТ 1643-81. Для конических зубчатых передач действует ГОСТ 1758, там вместо межосевого расстояния нормируют межосевой угол и осевое положение колёс. Стандарт делит отклонения на шесть классов, от I до VI, а класс определяется видом сопряжения по боковому зазору.

Значения из таблицы 13 ГОСТ 1643-81. Для редуктора общего назначения чаще всего стоит вид сопряжения B, то есть ±70 мкм при межосевом расстоянии 100 мм. Для точных приводов с малым люфтом берут E или H, и допуск на расстояние между гнёздами падает до ±18 мкм. Это уже почти пределы расточки на хорошем станке без перестановки корпуса, а требования к контролю на координатно-измерительной машине растут вместе с классом.

Диаметр, форма и шероховатость гнезда

Для подшипника качения класса точности 0 поле допуска отверстия в корпусе по ГОСТ 3325-85 обычно H7 при нормальном нагружении. В тексте стандарта приведён пример: подшипник класса 0, отверстие в корпусе Ø90 с полем H7. Для подшипника 6208 с наружным диаметром 80 мм отверстие получается Ø80H7, то есть от 80,000 до 80,030 мм. Значения для других диаметров смотрите в справочнике H7.

Форма гнезда нормируется отдельно: допуски круглости и профиля продольного сечения заданы в той же таблице стандарта и зависят от класса подшипника и диаметра. Практическое правило проще: отклонение формы держат не больше половины поля допуска размера. Для Ø80H7 это не более 0,015 мм по цилиндричности. Допуск торцового биения заплечиков отверстий корпуса по ГОСТ 3325-85 для класса 0 при диаметре 50–80 мм составляет 46 мкм, для класса 6 около 30 мкм.

Соосность двух гнёзд на одном валу на чертежах корпусов малых и средних редукторов обычно задают в пределах 0,02–0,04 мм диаметральным допуском. Это инженерный ориентир, а не норма из таблицы: значение выводится из точности передачи и размеров корпуса, и его указывает конструктор. Знаки и способы простановки такого допуска собраны в справочнике допусков формы и расположения.

Шероховатость гнезда по таблице для корпусов при подшипниках класса 0: до 80 мм Ra не грубее 1,25 мкм, от 80 до 500 мм Ra 2,5 мкм, для классов 6, 5 и 4 соответственно 0,63 и 1,25. Что означают эти цифры и как перевести Ra в Rz, объясняет справочник по шероховатости. На чертежах часто ставят Ra 1,6 на гнёзда и 3,2 на посадочные под крышки.

Плоскость разъёма и расточка в сборе

Разъёмный корпус делится на основание и крышку по плоскости, которая проходит через оси валов. Каждое гнездо состоит из двух половин: нижняя в основании, верхняя в крышке. Если расточить половинки по отдельности, на разъёме получится овал. Поэтому гнёзда обрабатывают в таком порядке:

Если ставить крышку после расточки не на те штифты, оси гнёзд сместятся на величину зазора штифта. Поэтому основание и крышку хранят и ставят только парой.

Припуски и старение отливки

Припуск на обработку отливки назначают по размеру корпуса и положению поверхности при заливке. Верх отливки в форме получает больше припуска, потому что там собираются шлак и газовые раковины. Действующий в России документ для этих значений ГОСТ Р 53464-2009, он заменил ГОСТ 26645-85. Для чугунного корпуса размером в несколько сотен миллиметров речь идёт о нескольких миллиметрах на сторону, точное число берут из таблицы стандарта для вашего класса точности.

Отливка после затвердевания остаётся с внутренними напряжениями, потому что стенки разной толщины остывают с разной скоростью. Если сразу расточить гнёзда, через месяцы корпус «поведёт» и оси разойдутся. Поэтому ответственные корпуса стареют: либо несколько месяцев лежат на воздухе (естественное старение), либо проходят отжиг в печи примерно при 500–600 °C с выдержкой в несколько часов и остыванием вместе с печью (искусственное старение). Обычно делают черновую обработку, затем выдерживают, затем растачивают начисто.

Сварной корпус тоже нуждается в снятии напряжений: после сварки его отпускают при 550–650 °C, и только потом обрабатывают базы и гнёзда. Сварной корпус без отпуска коробится в процессе расточки, когда станок снимает металл с напряжённой зоны. Для чугуна с обычной сваркой нужен подогрев до 600–650 °C, иначе в шве возникает отбел и трещины.

Единичный корпус по образцу

Одну деталь по сломанному образцу отливать не будут: модель стоит дороже самого корпуса. Для единичного корпуса есть три пути. Первый, фрезеровка из плиты, подходит для корпусов размером до тех, что помещаются на стол станка. Второй, из толстостенной трубы: если корпус цилиндрический с фланцами, труба заменяет часть сварки. Третий, сварка из листа с отпуском и дальнейшей расточкой. Как снять размеры со сломанного корпуса и не ошибиться с межосевым расстоянием, разбирает статья об изготовлении детали по образцу, а чертёж по ЕСКД описан в материале о чертеже детали.

Пример: корпус из плиты Д16Т

Условный корпус одноступенчатого редуктора с межосевым расстоянием 100 мм: габарит 220×150×100 мм, стенки 8 мм, открытый сверху. Заготовка из плиты 230×160×105 мм. Объём 230×160×105 = 3 864 см³, плотность Д16Т 2,78 г/см³, масса заготовки 10,7 кг. Готовый корпус с бобышками под подшипники и лапами весит по оценке 2,6 кг, то есть в стружку уходит около 76 %. Свою заготовку можно взвесить в калькуляторе веса металла.

Станочное время считаем по методу калькулятора стоимости фрезеровки. Допущения: фреза твёрдосплавная Ø20, три зуба, Vc 300 м/мин, fz 0,1 мм/зуб; это 4 775 об/мин и подача около 1 430 мм/мин. Выборка 204×134 мм глубиной 92 мм, ширина захвата 50 % диаметра, глубина за проход 10 мм: траектория 27,3 м, резание 19 минут, с холостыми ходами 20 % около 23 минут. Чистовая обработка стенок и дна 12 минут, гнёзда, отверстия и резьбы 25 минут, смена инструмента 3 минуты (тоже допущения). Итого около 63 минут.

Больше половины цены уходит в металл, который превратится в стружку, поэтому на десятках штук считают уже не фрезеровку, а литьё. Допустим, модель и стержневой ящик стоят 80 000 ₽ (допущение), отливка из СЧ20 весом 7 кг по 250 ₽/кг даёт 1 750 ₽, а обработка отливки 1,5 часа станка дают 2 250 ₽, итого около 4 000 ₽ на штуку без учёта модели. Модель окупается на тираже 80 000 ÷ (8 600 − 4 000) ≈ 18 штук. Если цены у вас другие, логика та же: оснастку делят на разницу цен штуки.

Маршрут обработки на обрабатывающем центре

Подробнее о станках для таких задач, с поворотным столом и четвёртой осью, можно прочитать в разделе фрезерных станков, а о режимах резания в алюминии и стали в калькуляторе режимов.

Типичный брак