3.7.8. Расчетная нагрузка и допускаемые напряжения

Расчетная нагрузка или расчетный момент получаются умножением номинальной нагрузки (номинальный момент) на коэффициент нагрузки

где — коэффициент концентрации нагрузки;

— скоростной коэффициент.

Концентрация нагрузки по длине зуба в основном вызывается деформациями червяка, вала колеса и др.

Теоретический коэффициент выражается следующей зависимостью в условиях отсутствия приработки

,

где — коэффициент деформации червяка.

Зубья червячного колеса способны прирабатываться. При постоянной нагрузке наблюдаются полная приработка и концентрация напряжений отсутствует. При переменной нагрузке наблюдается частичная приработка и зубья получают бочкообразность. Тогда коэффициент определится:

,

,

,

,

где , , — соответственно: крутящий момент, время работы в часах и частота вращения (об/мин) при режиме ;

— максимальный длительно действующий момент.

При постоянной нагрузке и , коэффициент определяется качеством изготовления и скоростью вращения. При точном изготовлении и м/c принимают . Обычно .

Материал червячных колес назначают в зависимости от скорости скольжения: , м/с.

Допускаемые номинальные напряжения изгиба для бронзовых червячных колес при работе зубьев одной стороны (нереверсивная передача) определяется зависимостью

где — исходные допускаемые напряжения при 10⁶ или 10⁷ циклов нагружений.

,

где и — расчетные пределы текучести и прочности бронзы при растяжении.

Например, для Бр ОФ 10-1 при отливе в песок и .

— эквивалентное число циклов нагружений

,

где , , — момент, частота вращения колеса в мин. и время работы в часах при режиме .

— максимально длительно действующий момент, по которому ведется расчет.

При реверсивной передаче, когда зубья работают обеими сторонами, формула принимает вид

где .

Допускаемые контактные напряжения для червячных колес из бронз средней прочности выбирают из условия сопротивления материала поверхностной усталости

,

где: — допускаемое исходное напряжение при 10⁷ циклов нагружения;

— эквивалентное число циклов нагружений

.

3.7.9. Тепловой расчет червячных передач

Червячные передачи работают с большим тепловыделением. Если масло нагреется до температуры, превышающей допустимую , то оно теряет защитную способность и приводит к опасности заеданий в передаче. Расчет проводят на основе теплового баланса, т.е. приравнивают тепловыделения теплоотдаче.

Количество тепла (ккал/час), выделяющееся в непрерывно работающей червячной передаче равно

.

Максимальное количество тепла, отводимое корпусом передачи находится из соотношения

где — КПД червячной передачи;

— передаваемая мощность, кВт;

— коэффициент теплоотдачи,

ккал/м²;

— температура окружающего воздуха, ˚С, ˚С;

— свободная поверхность охлаждения корпуса передачи (плюс 50 % поверхности ребер), м²;

— коэффициент, учитывающий теплоотвод в фундаментную плиту или раму .

Приравнивая левые части уравнений (на основе теплового баланса , после преобразований можно получить рабочую температуру масла или мощность, длительно передаваемую передачей при условии, что температура масла в редукторе не превышает допустимой:

или

Если , т. е. , то должен быть предусмотрен отвод избыточного тепла . Это достигается оребрением редуктора, искусственной вентиляцией, змеевиками с охлаждающей жидкостью в масляной ванне и др. охлаждающими устройствами.

Если передача работает с перерывами и время непрерывной работы и паузы малы по сравнению с временем разогрева передачи до установившейся температуры, то расчет можно вести по тем же зависимостям, что и при постоянном режиме, но по среднему количеству тепла, выделяющемуся за единицу времени, тогда, в формулы вместо подставляют

где — время работы;

— общее время: время работы ( ) плюс время пауз за один цикл работы передачи или, например, за 1 час.

Для передач, работающих с длительными остановками, во время которых они успеют остыть, расчетом определяют время непрерывной работы до приобретения маслом предельно допустимой температуры.