Энергетика
Физика
Электротехника
Курсовой
Реакторы
Математика
Лабораторные
Дизайн

Информатика

Задачи
Сопромат
Термех
Геометрия
Конспекты
Графика
На главную

Курс «Детали машин»

КПД червячных передач

Роль смазывания в червячной передаче еще важнее, чем в зубчатой, так как в зацеплении происходит скольжение витков червяка вдоль контактных линий зубьев червячного колеса. В случае несовершен­ства смазывания резко возрастают потери, возможно повреждение зубьев.

Червячная передача является зубчато-винтовой и имеет потери, присущие как зубчатой передаче, так и передаче винт — гайка. В общем случае КПД червячной передачи

где ηп, ηзв и ηрм — КПД, учитывающие потери соответственно в под­шипниках, зубчато-винтовой паре, а также на размешивание и раз­брызгивание масла.

Практически КПД червячной передачи определяют по формуле (6.8), полученной для винтовой пары:

(18.32)

Значения угла φ' трения в зависимости от скорости скольжения приведены в табл. 18.4. Они получены экспериментально для червячных передач на опорах с подшипниками качения, т. е. в этих значениях учтены потери мощности в подшипниках качения, в зубчатом зацеп­лении и на размешивание и разбрызгивание масла. Величина φ' зна­чительно снижается при увеличении vs, так как при больших скоростях в зоне контакта создаются благоприятные условия для образования масляного слоя, разделяющего витки червяка и зубья колеса и умень­шающего потери в зацеплении.

Таблица 18.4. Значения угла φ' трения в червячной передаче при различных скоростях v, скольжения

Vs м/с

φ'

Vs м/с

φ'

Vs м/с

φ'

1,0 1,5 2

2"30'...3°10' 2"20'...2°50' 2°00'...2°30'

2,5 3 4

Г40'...2°20' ГЗО'...2°00' Г20'...Г40'

7 10 15

Г00'...Г30' 0-55'... Г20' 0°50'...Г10'

Примечание. Меньшие значения φ' для передач с венцом колеса из оловянной бронзы, большие — из безоловянной бронзы и чугуна.

Из формулы (18.32) следует, что с увеличением ψw растет КПД передачи. Полагая для простоты х=0 [см. формулу (18.8)], получаем tg ψw = z1 / q Отсюда следует, что увеличение q, и уменьшение q в допусти­мых пределах обеспечивают повышение КПД червячной передачи.

Червячные передачи имеют сравнительно низкий КПД, что огра­ничивает область их применения (ц = 0,75...0,92).

18.12. Рекомендации по расчету на прочность

Расчет червячных передач на прочность ведут в последовательно­сти, изложенной в решении примера 18.1. При этом:

а) модуль зацепления определяют по формуле

Для силовых передан принимают q = (0,22...0,4)г2;

в) коэффициент х смещения режущего инструмента должен быть
в пределах —1 <х< +1. Если х<-1 или х>+1, то надо, варьируя значе­
ниями q и Z2, повторить расчет до получения —1 <х< +1. При измене­
нии q соблюдают условие: q>qmin. Число г, рекомендуют изменять
в пределах 1...2 зубьев, не превышая при этом допустимого отклоне­
ния передаточного числа и в 4 %;

г) при определении расчетного контактного напряжения допуска­
ют недогрузку не более 15 % и перегрузку до 5 %.

18.13. Тепловой расчет

При работе червячных передач вследствие их невысокого КПД выделя­ется большое количество теплоты. Мощность (1-ц)Ри потерянная на трение в зацеплении и подшипниках, а также на размешивание и раз­брызгивание масла, переходит в теплоту, нагревая масло, детали пере­дачи и стенки корпуса, через которые она отводится в окружающую среду. Если отвод теплоты недостаточен, то передача может перегреть­ся. При перегреве резко уменьшается вязкость масла и возникает опас­ность заедания, что может привести к выходу передачи из строя.

Тепловой расчет червячной передачи при установившемся режиме работы производят на основе теплового баланса, т. е. равенства тепло­выделения Q„ и теплоотдачи Qa.

Тепловой поток, Вт (тепловая мощность), передачи в одну секунду

Здесь Тг — в Нм; п2 — в мин"'.

Тепловой поток, Вт (мощность теплоотдачи), наружной поверхности корпуса редуктора в одну секунду

где А — площадь только той части поверхности корпуса, которая омы­вается внутри маслом или его брызгами, а снаружи воздухом, м\ Поверхность днища корпуса не учитывают, так как она не омывается свободно циркулирующим воздухом. Приближенно поверхность А охлаж­дения корпуса можно принимать в зависимости от межосевого рассто­яния:

 

λ — коэффициент, учитывающий отвод тепла от днища редуктора в основание. При установке редуктора на металлической плите или раме λ = 0,1 ...0,3 (в зависимости от прилегания корпуса к плите); на бетонном или кирпичном основании λ-0;

tB — температура воздуха снаружи корпуса (в условиях цеха обычно tB = 20° С);

tм — температура масла в корпусе передачи, °С;

Кт — коэффициент теплопередачи, характеризующий тепловой по­ток, передаваемый в секунду одним квадратным метром поверхности корпуса при перепаде температур в один градус (зависит от материала корпуса редуктора и скорости циркуляции воздуха — интенсивности вентиляции помещения).

Для чугунных корпусов при естественном охлаждении КТ = 13...18 Вт/(м2 ■ °С). Большие значения принимают при незначительной шероховатости и чи­стых поверхностях наружных стенок, хорошей циркуляции воздуха вокруг корпуса и интенсивном перемешивании масла (при нижнем расположении червяка).

По условию теплового баланса Qn = Q0, т. е.

откуда температура масла в корпусе червячной передачи при непре­рывной работе без искусственного охлаждения

 (18.36)

Значение [t]M зависит от марки масла: [f]M = 95...110° С. Если при расчете  получают tM>[t]M, то необходимо увеличить поверхность охлаждения А, предусмотрев охлаждающие ребра. Ребра

располагают вертикально по направле­нию движения свободно циркулирующе­го воздуха. В расчете учитывают только 50 % поверхности ребер в связи с тепло­обменом между соседними ребрами. Можно применять искусственное охлаж­дение, например, обдувом корпуса воз­духом с помощью вентилятора, наса­женного на вал червяка (рис. 18.12). В этом случае ребра располагают гори­зонтально — вдоль направления потока воздуха от вентилятора. В этом случае

Рис. 18.12. Охлаждение ребристого корпуса редуктора обдувом воздуха

от вентилятора: / — охлаждающие ребра; 2— вентилятор 

Коэффициент КТв теплоотдачи при обдуве вентилятором

В червячных передачах с большим тепловыделением применяют охлаждение масла водой, проходящей по змеевику (рис. 18.13, а), или применяют циркуляционную систему смазывания со специальным холодильником (рис. 18.13,6).

Рис. 18.13. Схемы искусственного охлаждения червячных передач: /—насос;  2-—фильтр; J —холодильник

18.14. Конструктивные элементы червячной передачи

В большинстве случаев червяк изготовляют как одно целое с валом (см. рис. 18.6). При конструировании червяка желательно иметь свободный выход инструмента при нарезании и шлифовании витков (шерохова­тость рабочих поверхностей витков Ra < 0,63 мкм). С целью экономии бронзы зубчатый венец червячного колеса изготовляют отдельно от чугун­ного или стального диска. В зависимости от спосо­ба соединения венца с диском различают следу­ющие конструкции червячных колес:

1. С напрессованным венцом (см. рис. 5.1) — брон­зовый венец насажен на стальной диск с натягом. Такую конструкцию применяют при небольших диаметрах колес в мелкосерийном производстве.

 2. С привернутым венцом (рис. 18.14) — бронзовыи венец с фланцем крепят болтами к диску.

Фланец выполняют симметрично относительно венца для уменьшения деформаций зубьев. Эту конструкцию применяют при больших диаметрах колес (>400 мм).

3. С венцом, отлитым на стальном диске (см. рис. 18.8),— стальной диск вставляют в металлическую форму (кокиль), в которую заливают бронзу для получения венца. Эту конструкцию применяют в серийном и массовом производстве.

Во всех рассмотренных конструкциях чистовое обтачивание заготовки колеса и нарезание зубьев производят после закрепления венца на диске.

Размеры диска и ступицы определяются по соотношениям, реко­мендуемым для цилиндрических зубчатых колес (см. § 11.14).

Червячное зацепление чувствительно к осевому смещению колеса. Поэтому в червячных передачах предусматривают регулирование поло­жения средней плоскости венца колеса относительно оси червяка. Ре­гулирование выполняют осевым перемещением вала с закрепленным на нем колесом. Перемещение вала осуществляют постановкой под флан­цы привертных крышек подшипников набора тонких (-0,1 мм) ме­таллических прокладок (см. рис. 29.14) или применением винтов, дей­ствующих на подшипники через нажимные шайбы.

Контрольные вопросы

Каковы достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми?

Почему червячные передачи не рекомендуется применять при больших мощностях?

С какой целью и как выполняют червячные передачи со смещением?

Из каких соображений выбирают число витков червяка?

Из каких соображений ограничивают число зубьев червячного колеса? Каково минимальное число зубьев колеса?

Почему червячная передача работает с повышенным скольжением? Как скольже­ние влияет на работу передачи?

Какие силы действуют на червяк и червячное колесо, как они направлены и как вычисляют их значения?

Из каких материалов изготовляют червяки и зубчатые венцы червячных колес? Какие факторы определяют выбор материала?

Каковы основные виды разрушения зубьев червячных колес?

Как вычисляют КПД червячной передачи? Назовите основные факторы, влияю­щие на КПД.

Что вызывает нагрев червячной передачи?

В чем сущность теплового расчета червячных передач? Назовите способы охлаж­дения червячных передач.

С какой целью предусматривают регулирование червячного зацепления? Как его выполняют?


Информатика

ТОЭ