Проектирование червячной передачи с разработкой методики преподавания в техникумах (стр. 8 из 9)
Червячная передача - это зубчато-винтовая передача, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары.
Для облегчения тела червяка венц червячного колеса имеет зубья дугообразной формы, что увеличивает длину контактынх линий в зоне зацепления. Червячные передачи выполняются в виде редукторов.
Основные достоинства передачи:
1. Плавность и бесшумность работы.
2. Возможность получения больших передаточных отношений при небольших габаритах передачи.
3. Компактность и небольшая масса конструкции.
4. Обладает свойством самоторможения.
5. Высокая кинематическая точность.
Недостатки червячной передачи
1. Значительное выделение теплоты в зоне зацепления.
2. Низкий КПД.
3. Невозможность передачи больших мощностей.
4. Необходимость применения для венцов червячных колес дефицитных антифрикционных материалов.
5. Повышенное изнашивание и склонность к заданию.
Применение червячной передачи: червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях. Широко применяют передачи в подъемно-транспортных машинах, троллейбусах и особенно там, гле требуется высокая кинематическая точность ( механизмы наводки и т.д.).
Червячные передачи лучше использовать в приводах периодического действия.
Классификация передач
1. В зависимости от формы поверхности червяка передачи бывают:
- с цилиндрическим червяком
- с глобоидным червяком
2. В зависимости от направления линии витка передачи бывают:
- с правым направлением
- с левым направлением
3. В зависимости от числа витка червяка передачи бывают:
- с одновитковым червяком
- с многовитковым червяком
4. В зависимости от расположения червяка относительно колеса:
- с нижним червяком
- с верхним червяком
- с боковым червяком
5. В зависимости от формы винтовой поверхности резьбы цилиндрического червяка передачи бывают:
- с архимедовым червяком
- с конвомотным червяком
- с эвольвеитовым червяком
2. Геометрические параметры
В червячной передаче расчетным является осевой модуль сервяка m, равный торцевому модулю червячного колеса. Значение расчетного модуля m выбирают из ряда:
2;2;5;3;15;4;5;6;3;8;10;12,5;20
а) основные геометрические размеры червяка, рис. 4.1.
Рис.4.1.
угол профиля витка в осевом сечении
2a=400
расчетный шаг червяка
Р=pm
откуда расчетный модуль
m=P/p
ход витка
Ph=Pz
где Z- число витков червяка; высота головки витка червяка и зуба колеса
hаr=har=m
высота ножки витка червяка и зуба колеса
hf1=hf2=1,2m
делительный диаметр червяка
d1=qm
где q - число модулей в длительном диаметре червяка, или коэффициент диаметра червяка.
Длительный угол подъема линии витка
tg y=Pn/(pd1)=z1/q
диаметр витков
da1=G1+2hал=G1+2m
диаметр впадин витков
Gf1 =G1 -2hf1 =G1 -2,4m
длина нарезаной части червяка зависит от числа витков
при z1 =1и2 b1³m (11+0,06z2)
при z1=4 b1³m(12,5+0,09 z2)
б) основные геометрические размеры венца колеса. Определяют в среднем его сечение
рис. 4.2.
делительный диаметр d2=mz2
диаметр вершин зубьев dar=d2+2m(1+x)
диаметр впадин колеса Gf2=d2-2m(1,2-x)
медочевое расстояние - главный параметр червячной передачи
aw=0,5 (G1+d2+2xm)
наибольший диаметр червячного колеса
dam2£da2+6m/(z1+2)
ширина венца червячного колеса зависит от числа витков червяка
при z1=1...2 b2=0,355aw
при z1=4 b2=0,315aw
в) передаточное число
передаточное число U червячной передачи определяют по условию, что за каждый оборот червяка колесо поворачивается на число зубьев, равное числу витков червяка
U=w1/w2=z2/z1
где w1 иw2 - условные скорости червяка и колеса;
z1 и z2 - число витков червяка и число зубьев колеса.
Применяют червякм с числом витков z1=1; 2;4. Число витков от передаточного числа U
U......8....14 св 14....30 св30
z1 4 2 1
3. СИЛЫ В ЗАЦЕПЛЕНИИ
В червячной передаче сила червяка воспринимается не одним, а несколькими зубьями колеса.
a-угол зацепления
Ff1-окружная сила
Fa1-осевая сила
Fr1- радиальная сила
Рис. Схема сил, действующих в зацеплении
Окружная сила га червячном колесе Ff2 численно равна оcевой силе на червяке Fa1
Ff2=Fа1=2Т2/d2
где Т2 - вращающий момент на червячном колесе
Окружная сила на червяке Ff1 численно равна осевой силе на червячном колесе Fa2
Ff1=Fa2=2N1/G1=2Т2/UnG1=Ff2Z1/qn
где Т1- вращающий момент на червяке; n - КПД передачи
Радальная сила на червяке FU численно равна радиальной силе на колесе Fr2
Fr1=Fr2=Ff2tga
Направления осевых сил червяка и червячного колеса зависят от направления вращения червяка, а также от направления линии витка.
4. Материалы червячной пары
Червяк и колесо должны обладать высокой прочностью, изностойкостью и сопротивляемостью заданию.
Червяки изготавливаются из среднеуглеродистых сталей марок 40х, 40хи с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45...53 HRC.
Зубчатые венцы червячных колес изготовляют из бронзы, выбор марки материала зависит от скорости скольжения V3 и длительности работы.
При высоких скоростях скольжения (V3=2...5m/c) и длительной работе рекомендуется оловянные бронзы марок Бр010 Ф1, Бр010Н1Ф1.
При средних скоростях скольжения (Vs=2...5m/c) применяют амоминилевую бронзу марки
Бр А9Ж3А
При малых скоростях скольжение (Vs<2m/c) червячные колеса можно изготовлять из серых чугунов марок СЧ 12, СЧ 15 и др.
4.2. Конспект второго занятия
1. Расчет на прочность
Зубья червячного колеса являются расчетным элементом зацепления, так как они имеют меньшую поверхностную и общую прочность, чем витки червяка.
Зубья червячных колес рассчитывают на контактную выносливость и на выносливость при изгибе. В червячных передачах кроме выкрашивания рабочих поверхностей зубьев велика опасность задания и изнашивания, которые зависят от значения контактных напряжений Гн. Поэтому для всех червячных передач расчет на контактную выносливость является основным (проектным), а расчет на выносливость при изгибе - проверочными.
1. Расчет проектный
Расчет ведут как проектировочный, определяя требуемое медосевое расстояние по формуле
где Z2 - число зубьев червячного колеса; q - коэффициент диаметра червяка; [Гн] - допускаемое контактное напряжение; Тр2=Т2К- расчетный момент на валу червячного колеса.
После определения аw следует найти модуль зацепления из соотношения m=2аw/q+z2
Полученное значение модуля округляют до стандартного. Округление модуля повлечет за собой изменение межосевого расстояния. После выбора стандартных значений m и q получали межосевое расстояние
аw=m(q+z2/2)
Число витков червяка z1, принимается в зависимости от передаточного числа.
После окончательного установления параметров зацепления следует уточнить допускаемое напряжение и проверить расчетные контактные напряжения.
При стальном червяке и червячном колесе, изготовленном из чугуна или имеющим бронзовый венец, допускаемое напряжение равно:
где Гн и [Гн]- в Мпа; аw-в мм, Т2- в мм.
Результаты проверочного расчета следует считать неудовлитворительными, если Гн превышает [Гн] более чем на 5% (передача перегружения), а также в случае, если расчетное напряжение ниже [Гн] на 15% и более (передача недогружена).
2. Расчет на выносливость при изгибе выполняют по формуле
ГF= 1,2 Т2КjF/zr drm2
где jF- коэффициент формы зуба;
ГF- расчетное напряжение изгиба;
ТrК - расчетный момент на валу червячного колеса;
dr- ширина венца колеса
2. КПД передачи
Червячная передача является зубчатовинтовой, поэтому в ней имеются потери. В общем случае КПД передачи
h=hnh33hdnhPM
где h=hnh33hdnhPM - КПД, учитывающие потери соответственно в подшипниках, зубчатом зацеплении, винтовой паре, а также на размешивании и разбрызгивании масла.
Практически КПД передачи определяют по формуле
h=tg y/tg (y+j)
С увеличением угла подъема линии витка j растет КПД передачи. Учитывая, что tg y= z1/q заключаем, что увеличение z1 и уменьшение q в допустимых пределах обеспечивают повышени КПД червячной передачи.
На КПД передачи влияет сорт масла и шероховатость рабочих поверхностей витков червяка, которая не должна быть грубее 0,63 мкм.
Червячные передачи имеют низкий КПД, что ограничивает область их применения.
3. Тепловой расчет
При работе червячных передач выделяется большое количество теплоты. Потерянная мощность на трение в зацеплении и подшипниках, а также на размешивание и разбрызнгивание масла переходит в теплоту, которая нагревает масло, а оно через стенки корпуса передает эту теплоту окружающей среде. Если отвод теплоты недостаточен, передача перегреется. При перегреве смазочные свойства масла ухудшается его вязкость падает и возникает опасность задания, что может привести к выходу из строя передачи.
Тепловой расчет передачи производится на основе теплового баланса Qb=Qo где Qb- тепловыделение, Qo- теплоотдача.
Количество теплоты, выделяющееся в непрерывно работающей передчи в одну секунду.