4.3.4 Силы, нагружающие валы червячных передач

Расчет сил, действующих в зацеплении червячных передач см. п. 4.2.

Перед определением направления сил, возникающих в зацеплении передач и нагружающих валы, должны быть известны:

• направление линии витка червяка (левое или правое) (рис. 31)

• направления вращения валов червяка (вал 1) и червячного колеса (вал 2) (рис. 32).

Направления сил:

1. Окружная сила – под углом 90⁰ к радиусу в полюсе зацепления в направлении:

• обратном направлению вращения – для ведущего элемента червяка (вал 1) – сила F_t1 (рис. 33, б);

• по направлению вращения – для ведомого элемента (червячного колеса), (вал 2) – сила F_t2 (рис. 33, б );

2. Радиальная сила F_r – по радиусу от полюса зацепления П к оси вала:

• для червяка – сила F_r1 от П к О₁ (см.рис. 33, б);

• для червячного колеса – сила F_r2 от П к О₁ (см. рис. 33, а).

3. Осевая сила F_а – вдоль оси вала в направлении:

• для червяка – сила F_а1 – от полюса зацепления П в направлении противоположном силе F_t2 (рис. 34);

• для червячного колеса – сила F_а2 – от полюса зацепления в направлении противоположном силе F_t1 (рис. 33, б).

На основании вышеизложенного, составляют расчетные схемы валов 1 и 2, нагруженных силами F_t, F_r и F_а в плоскостях XOZ и YOZ (рис. 34).

Рисунок 31 - Виды червяков в зависимости от направления

линии их витков:

а - червяк с правым направлением линии витков;

б - червяк с левым направлением линии витков

Рисунок 32 – Схема червячной передачи

Рисунок 33 - Схема сил F_t, F_r и F_а нагружающих валы:

а - червячного колеса (вал 2); б - червяка (вал)

а)

б)

Рисунок 34 - Расчетные схемы:

а - вала 2; б - вала 1

4.3.5 Сила, нагружающая валы от муфт

Сила, нагружающая валы механических передач от муфт (без учета их веса), Н – для жестких муфт F_м = (0,20-0,30) F_tм;

для подвижных муфт F_м = (0,15-0,20) F_tм,

где F_tм – окружная сила, передаваемая элементами, которые соединяют полумуфты.

F_tм = 2·10³ T/d_э, где d_э – диаметр расположенных в муфте элементов, передающих крутящий момент.

Сила F_м - вращающаяся. Поэтому нагружает валы как в плоскости XOZ, так и в плоскости YOZ, имея как, положительное, так и отрицательное направление в принятой системе координат.

Плоскость приложения и направление силы следует выбрать так, чтобы нагрузка на вал (М_и) либо реакция в опоре была наибольшей.

Для определения F_м необходимо:

1. Выбрать тип муфты;

2. Выбрать типо-размер муфты в зависимости от величины крутящего момента и определить значение диаметра расположения элементов (d_э), передающих крутящий момент.

4.3.6 Проектный расчет валов

Исходные данные:

- расчетная схема вала,

- расстояние между опорами вала, L мм;

- длина консольного участка вала, ₁ мм;

- координата приложения нагрузки ₂ мм;

- размеры зубчатых колес (шкивов, звездочек), d₂ мм;

- силы нагружающие вал F_t, F_r и F_а.

Расстояние между опорами валов определяются по чертежу коробки передач модернизируемого станка, при наличии консольного участка вала, его длина устанавливается конструктивно, в зависимости от вида размещаемого на нем элемента (колеса, шкива, полумуфты и др.)

Координаты приложения нагрузки определяются по средней линии контактирующих зубчатых колес.

Размеры зубчатых колес берутся по делительной окружности, крутящий момент, силы в зацеплении колес и внешняя нагрузка на валу определены ранее (см. п. 4.2).

Проектный расчет вала выполняется на компьютере по программе конечно-элементного анализа Ansis.