Расчет червячной передачи (стр. 1 из 6)

Введение

Червячной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между валами со скрещивающимися осями. Обычно червячная передача состоит из червяка 1 и сопряженного с ним червячного колеса 2. Угол скрещивания осей обычно равен 90°; неортогональные передачи встречаются редко. Червячные передачи относятся к передачам с зацеплением, в которых движение осуществляется по принципу винтовой пары. Поэтому червячные передачи относят к категории зубчато-винтовых.

Обычно ведущее звено червячной передачи – червяк, но существуют механизмы, в которых ведущим звеном является червячное колесо.

Достоинства червячных передач: компактность конструкции и возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой передаче (до U = 300 и более); высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы; малая интенсивность шума и виброактивности; возможность обеспечения самоторможения.

Недостатки червячных передач: значительное геометрическое скольжение в зацеплении и связанные с этим трение, повышенный износ, склонность к заеданию, нагрев передачи и сравнительно низкий КПД (от з = 0,5 до 0,95); необходимость применения для ответственных передач дорогостоящих и дефицитных антифрикционных цветных металлов. Указанные недостатки ограничивают мощность червячных передач (обычно до 60 кВт).

Червячные передачи находят широкое применение, например, в металлорежущих станках, подъемно-транспортном оборудовании, транспортных машинах, а также в приборостроении.

1.Выбор электродвигателя и расчёт привода

1.1 Выбор двигателя

Определим общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

η _обш= η _ч.η²_п.η _м.η _ц, где

η _ч = 0,83 – КПД червячной передачи (среднее значение), [№1, табл 1.1]

η _п = 0,99 – КПД подшипников качения (2 пары), [№1, табл 1.1]

η _м = 0,99 – КПД муфты, [№2, с. 346]

η _ц = 0,92 – КПД цепной передачи. [№1, табл 1.1]

η _обш= 0,83.0,99².0,99.0,92= 0,740920316

Определим требуемую мощность двигателя:

Р_дв = Р_рм / η _обш [№2 с. 113]

Р_дв = 7,5 / 0,740920316= 10,1225кВт=10,12 кВт.

Выбираем тип двигателя [№5, табл. 22.4, стр. 38], с учетом Р _ном ³ Р_дв,

Р_ном = 10,12 кВт.

Двигатель асинхронный короткозамкнутый трехфазный общепромышленного применения, закрытый, обдуваемый, степень защиты IP54, типа 4A132M2УЗ, с синхронной частотой вращения 3000 об/мин, с мощностью P_двиг=11кВт, номинальная частота вращения с учётом скольжения n_двиг= 2910 об/мин

1.2 Определение общего передаточного числа привода и разбивка его по отдельным передачам

Определение действительных передаточных отношений.

Разбиваем

по ступеням.

Принимаем стандартное значение

(по таблице 4.2.7 [1])

Передаточное число цепной передачи

Принимаем

1.3 Определение силовых и кинематических параметров привода

Определяем частоты вращения и угловые скорости валов.

Определяем мощность на валах

Определяем вращающие моменты на валах.

,

,

.

Результатыкинематического расчёта

Расчетныепараметры	Номера валов
	I	II		III
Передаточноечисло ступени	Червячная передачаU=13		Цепная передачаU=2,02
Мощность Р, кВт	10,2	8,23		7,5
Обороты n, об/мин	2910	232,8		116,4
Момент Т, кН×м	36,92	342,67		627,53

2. Расчет червячной передачи

2.1 Выбор материалов червяка и червячного колеса

Для изготовления червяков применяют углеродистые и легированные стали. Выбор марки стали зависит от назначаемой термообработки червяка и его габаритов. Материалы, применяемые для червячных колёс, по убыванию их антизадирных и антифрикционных свойств можно разделить на три группы: группа I – высокооловянистые (10¸12%) бронзы, группа II – безоловянистые бронзы и латуни, группа III – мягкие серые чугуны. Ожидаемое значение скорости скольжения при выборе материалов I и II групп определяют по зависимости:

, м/с

где n₁ – число оборотов червяка, об/минимальный; Т₂ – крутящий момент на валу червячного колеса, Н´м.

=4,97 м/с

По таблице 4.2.16 из [1] с учетом V`s выбираем II группы материал венца червячного колеса: БР010Н1Ф1, отливка центробежная.

Механические характеристики материалов червячной передачи

Элемент передачи	Марка материала	Способ отливки	sв	sτ
			H/мм2
Червяк	сталь 45 с закалкой менее 350 HB и последующим шлифованием	-	570	290
Колесо	БрО10Н1Ф1	отливка центробежная	285	165

2.2 Определение допускаемых напряжений при расчёте на выносливость

В червячной паре менее прочным элементом является червячное колесо, прочность зубьев которого определяет их контактную выносливость и износостойкость. Критерием этой прочности является контактное напряжение. Витки червяка, изготовленного из стали, значительно прочнее бронзовых или чугунных зубьев колеса, поэтому витки червяка на прочность не рассчитывают.

Находим циклическую долговечность передачи

или N_Σ= 573ω₂L_h,

где п₂– частота вращения колеса, мин^-1;

– угловая скорость колеса, с^-1;

L_h– ресурс редуктора, ч.

N_Σ= 573^.24,379^.7500=104768752,5

Определяют допускаемые контактные напряжения (МПа) для зубьев колес, изготовленных из оловянистых бронз, из условия обеспечения контактной выносливости материала:

σ_HP= σ_HlimZ_N,

где

– предел контактной выносливости поверхностей зубьев, определяемый по табл. 5.1 в зависимости от материала, способа отливки и твердости поверхности витков червяка;

Z_N– коэффициент долговечности:

Z_N=

.

Значение Z_Nне должно превышать 1,15 для безоловянных бронз и латуней. Условие выполняется.

Для оловянистых бронз предельное значение напряжений определяют из выражения:

σ_HP= 260^.0,745=193,7

Задаются предварительным значением коэффициента расчетной нагрузки К_н= 1,1–1,4. Меньшие значения принимают для передач при постоянной нагрузке, большие – для высокоскоростных передач и переменной нагрузки.

2.3 Определение допускаемых изгибающих напряжений [s]_F, Н/мм2.

[s]_F = K_FL*(0,08_*s_в +0,25_*s_τ),

где K_FL – коэффициент долговечности,

где N – число циклов нагружения зубьев червячного колеса

K_FL =

.

[s]_F =0,596^. (0,08^.285+0,25^.165)=38,1 Н/мм2

Значения [s]_Нmax и [s]_Fmax для II группы материала:

[s]_Нmax= 2^.s_т=2^.165=330 МПа

[s]_Fmax= 0,8^.s_в=0,8^.285=228 МПа

2.4 Выбор числа заходов червяка и числа зубьев колеса

Число заходов червяка z₁ рекомендуется принимать в зависимости от передаточного числа, найденного при разбивке по ступеням.

При этом z_2min³26, z_2max£125.

Число витков червяка Z₁ принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 12,5 принимаем Z₁ = 4.

Число зубьев червячного колеса

Z₂ = Z₁^.U = 4^.12,5 = 50

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10;