18. Расчет червячных передач на контактную прочность
Так как червяки изготавливают из более прочного материала, чем венцы червячных колес, то на прочность проверяют только зубья колеса.
Основные причины выхода из строя червячных передач - поверхностное разрушение, заедание и износ зубьев.
Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев происходит в передачах с колесами, изготовленными из твердых бронз.
Поломка зубьев главным образом происходит после их износа. В связи с тем, что поверхностное разрушение зубьев зависит от контактных напряжений, а поломка - от напряжений изгиба, червячные колеса рассчитывают на прочность по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.
Особенности расчета на контактную прочность
По аналогии с расчетом зубчатой передачи наибольшее контактное напряжение определяют по формуле Герца:
При этом ρпр=ρ2, т.к. ρ1=∞ (витки червяка имеют профиль прямобочной рейки). Для бронзы Е =0,98⋅105 МПа, а Епр = 1,33⋅105 Мпа.
После преобразования исходной формулы получают формулу проверочного расчета червячной передачи:
Решив уравнение относительно aw, получают формулу проектировочного расчета:
Коэффициент нагрузки КH принимают в пределах 1,1 ...1,3.
Допускаемые контактные напряжения для безоловянистых бронз и чугунов выбирают из условия сопротивления заеданию в зависимости от скорости скольжения:
[σ]2=300-25∙Vs (бронза); [σ]2=180-45∙Vs
Для оловянистых бронз допускаемое контактное напряжение выбирают из условия сопротивления материала поверхностной усталости:
19. Расчет червячных передач по напряжениям изгиба
В
большинстве случаев напряжения изгиба
не определяют размеры передачи и являются
значимыми только при больших числах
зубьев колес (
).
Расчет ведут для зубьев колеса, так как витки червяка значительно прочнее. За основу принят расчет косозубых цилиндрических колес, повышенная прочность зубьев червячных колес связана с их дуговой формой и естественным смещением, имеющим место во всех сечениях, кроме среднего (рис. 12.6, сечение АА).
Напряжения изгиба у основания зубьев
,
где 
-
коэффициент, учитывающий форму зубьев,
определяется по эквивалентному числу
зубьев 
; 
-
нормальный модуль, 
;
множитель 
учитывает
наклон зуба и работу зуба как пластины,
а не как балки.
После подстановки выражения для нормальной погонной нагрузки из ( 12.38) получают
.
( 12.42)
Максимальные напряжения изгиба при действии пиковой нагрузки:
.
( 12.43)
20. Тепловой расчет червячного редуктора.
Механическая энергия, затраченная на преодоление вредных сопротивлений, превращается в тепловую. Вследствие невысокого КПД червячные передачи работают с большим тепловыделением. Нагрев масла свыше 95 приводит к резкому снижению его вязкости и защитных свойств и к появлению опасности заедания передачи.
Для нормальной работы необходимо обеспечить следующее условие теплового баланса: количество теплоты Ф1, выделяемое в единицу времени (мощность тепловыделения), не должно превышать количество теплоты Ф2, отводимой через стенки редуктора окружающей среде:
Ф1 = (1 – ) P1; (3.165)
Ф2 = AkT(tM –t0), (3.166)
где А – площадь поверхности охлаждения корпуса редуктора, м2; tМ – допускаемая температура масла; t0 = 20C – расчётная температура окружающей среды; kT – коэффициент теплоотдачи стенок.
В закрытых помещениях при отсутствии вентиляции kT = 8…10, а в помещениях с интенсивной вентиляцией kT = 14…17 Вт/ (м2 С).
Если Ф2 Ф1, то естественного охлаждения недостаточно и необходимо искусственное охлаждение, которое осуществляют следующими способами:
дополнительным оребрением и обдувом корпуса вентилятором. При этом kT = 20…28 Вт/ (м2 С).
устраивают в корпусе водяные полости или змеевики с проточной водой. При этом kT повышается до 90…200 Вт/ (м2 C) при скорости воды в трубе до 1 м/с.
применяют циркуляционные системы смазки со специальными холодильниками.
Проверим передачу на нагрев (термическую мощность)
[N] =
кВт
КТ - коэффициент теплоотдачи КТ =10…16 ккал/м2* град*час
- температура масла [
]
= 70°…80° С
- температура воздуха [
]
= 20° C
- КПД
S – поверхность охлаждения редуктора, м2
Пример:
S≈20 w2 = 20*0,2322 = 1,08 м2
[N] =
= 13,45 кВт
[N]> N, т.е. перегрева редуктора не произойдет