Червячная передача

         

           Введение.

 

Как известно главным  показателем качества машин является надёжность, которая обеспечивается на стадиях их проектирования, изготовления и эксплуатации. В курсе «Детали  машин и основы конструирования» излагаются теоретические положения и инженерные методы обеспечения надлежащей надёжности машин на стадии проектирования.

В основе работы большинства  машин и механизмов лежит преобразование параметров и кинематических характеристик движения выходных элементов по отношению к входным. Наиболее распространенным механизмом для решения данной задачи является редуктор, который представляет систему зубчатых передач выполненных в герметично закрытом корпусе.

Заданием данного курсового  проекта является спроектировать червячный  редуктор общего назначения, предназначенный для длительной эксплуатации и мелкосерийного производства.

Червячная передача относится  к передачам зацепления. Оси валов  ее перекрещиваются, угол перекрещивания обычно равен 90°.

Эту передачу целесообразно использовать там, где требуется плавность, компактность при значительном редуктировании частоты вращения и сравнительно небольшой передаваемой мощности .Червячной передачей можно осуществить большое передаточное число (около 500..1000). Однако для силовых передач оно выбирается в интервале 8.80, редко 110.

В целях максимальной унификации режущего инструмента и корпусных деталей для червячных редукторов (кроме специальных) ГОСТ 2144—76 регламентирует определенные соотношения величин. Во встроенных передачах, особенно при нарезании колес летучкой, могут применяться и нестандартные значения этих величин.

На работоспособность червячной  передачи существенно влияет точность изготовления элементов передачи и  точность ее монтажа.

Червячные колеса обычно изготавливают  из бронзы или чугуна. Нарезают их червячными фрезами, форма которых совпадает с формой червяка. Лишь в исключительных случаях колеса нарезаются специальными фасонными резцами на оправке (летучкой).

 

 

 

 

 

    1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

    

                 Рисунок 1 : Схема червячного редуктора

 1.1 Определяем КПД привода редуктора

                                                                                                                          (1)                                            

  Где - КПД передачи (выбираем по таблице); - КПД, учитывающее потери на трение в паре подшипников качения, m – число пар подшипников качения.

- КПД червячной передачи

                           =0,99;        =0,8 ²

1.2 Определяем требуемую  мощность электродвигателя

                                  Р_тр=                                                                    (2)   

                           где Р₂ – мощность на ведомом валу; - КПД редуктора.

       

  Из условия Р₂ = 1.2 кВт.                                                                                                                  

                                  Р_тр = кВт.

     По табл. П1 приложения по требуемой мощности Р_тр =1.5 кВт выбираем асинхронный трёхфазный электродвигатель серии 4А ,закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращения 1500 об/мин 4А90L6УЗ , с параметрами Р_дв= 2.2 кВт .Номинальная частота вращения n_дв = 1000 об/мин.

 Передаточное число равно:

                                    u=                                                                        ( 3)                                

                              где n_l – частота вращения ведущего вала;

    n₂ – частота вращения ведомого вала.

 

                                       u= =16,7

1.5  Определяем угловые  скорости и частоты вращения  валов редуктора.

       n₁=1000 об/мин   ,                        n₂ =60 об/мин

                                                                                               (4)                         

     = рад/с ;   рад/с

1.6 Определяем вращающие моменты  на валах редуктора.

                                             T=                                                   (5)                                              

 

     T₁ =   ;               T₁ =   (Н    

     T₂ =   ;               T₂ = T_1* u  (Н    

   Результаты расчёта  для наглядности представим в  табличном виде (таблица 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Кинематические характеристики редуктора.

Характеристика	Единицы измерения	Обозначения	Числовое значение
Мощность	кВт	Р1 (Ртр)	1.5
		Р2	1.2
Передаточное число	–	u	16.7
Частота вращения	мин -1	n1	1000
		n2	60
Угловая скорость	рад/с		104
			6.3
Вращающий момент	Н  м	T1	14.3
		T2	238,8

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет червячной передачи

      2.1Число витков червяка z₁ принимаем в зависимости от передаточного числа:  при

u = 16,7 принимаем z₁ = 2.

      2.2Число зубьев червячного колеса

                z₂= z₁u                                                                                              (6)

                z₂=2

Принимаем стандартное  значение z₂ = 34 (см. табл. 4.1).

При этом    u= .

Отличие от заданного

             

По ГОСТ 2144-76 допустимо отклонение 4%.

       2.2 Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее НRС 45 и последующим шлифованием.

Так как к редуктору не предъявляются  специальные требования , то в целях  экономии принимаем,     то в  целях экономии принимаем для  венца  червячного колеса  бронзу   БрА9ЖЗЛ    (отливка в песчаную форму).

Предварительно примем скорость скольжения в зацеплении м/с. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [ ] = 155 МПа (табл. 4.9). Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы [ _OF]= К_FL [ _OF]’.В этой формуле К_FL = 0,543 при длительной работе, когда число циклов нагружения зуба 10⁷;  [ _OF]=98 МПа — по табл. 4.8;

[ _OF]= МПа

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10.

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К = 1,2.

              2.3 Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости :

 

                        a_w=                                             (8)              

 

 

 

                     a_w= мм.

Модуль

                          m=                                                                                  (9)                                

                         m= =6 мм.

Принимаем по ГОСТ 2144—76 (табл. 4.2) стандартные  значения m = 6,3 мм и q = 10.

          2.4 Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q

                           a_w=                                                                     (10)                      

                          a_w= мм;                                  

          2.5 Основные размеры червяка:

делительный диаметр червяка

                          d₁=qm                                                                                     (11)

                           d₁=10 6,3=63 мм;

диаметр вершин витков червяка

                            d_a1=d₁+2m                                                                            (12)

                            d_a1  =63+2*6,3=76мм;

диаметр впадин витков червяка              

                         d_f1=d₁-2,4m                                                                             (13)

                          d_f1   =63-2,4 6,3=48 мм;

длина нарезанной части шлифованного червяка 

                                                                                  (14)                  

                          b₁=(11+0,06 34) 6,3+25=107.1 мм;  принимаем b₁=107 мм.

делительный угол подъема витка  ( по таблице 4.3): при z₁=2 и q=10

= 11°19’.

             2.6 Основные размеры венца червячного колеса:

  делительный диаметр червячного  колеса

                         d₂=z₂m=34 6.3=214 мм

диаметр вершин зубьев червячного колеса

                         d_a2=d₂+2m=214+2 6.3=227 мм;

диаметр впадин зубьев червячного колеса

                        d_f2=d₂-2.4m=214-2,4 6,3=199 мм;

наибольший диаметр  червячного колеса

                        d_am2

ширина венца червячного колеса

                  b2                                                                                     (15)

                  b2   =0,75 76=57 мм.

Окружная скорость червяка

                                                                                                     (16)                         

                 = 3.3м/с

 Скорость скольжения

 

                   м/с;                                                  (17)

при  этой скорости [ МПа (см. табл. 4.9[1]).

   Отклонение  ; к тому же межосевое расстояние по расчету было

получено а_w = 135,5 мм, а после выравнивания m и q по стандарту было увеличено до а_w = 139 мм и пересчет делать не надо, необходимо лишь проверить . Для этого уточняем КПД редуктора:

при скорости v_s = 3.35 м/с приведенный коэффициент трения для безоловянистой  бронзы и шлифованного червяка (см. табл. 4.4[1]) f‘ = 0,03 1,5 = 0,045 и приведенный угол трения. р’ = 1°30’.

              2.7 КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла

                                                                              (18)                   

                       .

 По табл. 4.7 выбираем 7-ю степень  точности передачи. В этом случае  коэффициент

динамичности К_v = 1,1.

              2.8 Коэффициент неравномерности распределения нагрузки

                       К                                                                (19)                                                                        

где коэффициент деформации червяка  при q = 10 z₂ = 2 по табл. 4.6[1] . Примем вспомогательный коэффициент х = 0,6 (незначительные колебания нагрузки, с. 65[1]):

                        .

              2.9   Коэффициент нагрузки

                        К=К

   Проверяем контактное напряжение

                                                                                 (20)              

                      <[ ]=166 МПа

 Результат расчета  следует признать удовлетворительным, так как расчетное напряжение ниже допускаемого на 4.2%  (разрешается до 15 %).

 

             2.10 Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.

 Эквивалентное число зубьев

                                                                                                    (21)                     

                               

 Коэффициент формы зуба по  табл. 4.5  Y_F= 2,27.

 Напряжение изгиба 

                                

что значительно меньше вычисленного выше [ ] = 53,3 МПа.