Методички / Курсовое проектирование деталей машин

При этом у червяка изменяется только начальный диаметр, который стано-

вится равным:

По условию неподрезания и незаострения зубьев величину коэффициента смещения следует принимать в пределах –1 х2 1. Начальный диаметр червяка:

Окружное усилие на червяке, равное осевому усилию на колесе:

Окружное усилие на колесе, равное осевому усилию на червяке:

где - приведенный угол трения; определяется в зависимости от скорости скольжения [11].

Расчёты червячной передачи выполняют по материалам и прочности чер-

вячного колеса. Геометрические параметры червяка при этом необходимо прове-

рить на прочность и жёсткость. Такие расчёты являются составной частью

уточнённого расчёта валов (см. разд. 22).

Тепловой расчёт червячного редуктора выполняют для предотвращения перегрева масла и потери его смазочных свойств. Из уравнения теплового баланса

определяют максимальную температуру масла:

где t0 — температура окружающего воздуха, град.; в умеренном климате t0 =

20°С (указать в техническом задании); P1 — мощность на быстроходном валу, Вт;

КТ — коэффициент теплоотдачи; в закрытых небольших помещениях КТ = 8... 10

Вт/(м2 °С), в помещениях с интенсивной вентиляцией KТ = 14... 17, при обдуве корпуса вентилятором КТ выбирают в зависимости от частоты вращения червяка

(табл. 19):

А — площадь теплоотдающей поверхности, м2, соприкасающейся с возду-

хом и омываемой внутри корпуса маслом, включая 70% площади поверхности рё-

бер и бобышек; определяется из эскиза корпуса редуктора либо по эмпирическо-

му соотношению:

где aw — межосевое расстояние, мм; — коэффициент, учитывающий тепло-

отвод в раму или плиту ( max = 0,3); КHE — коэффициент эквивалентности (см.

разд. 11); ПВ — относительная продолжительность включения (см. разд. 4); [t] —

допускаемая температура масла: [t] = 95°С — для редукторных масел, [t] =

100...120°С — для авиационных масел. При невыполнении условия (130) следует

на вал червяка ставить вентилятор либо проектировать змеевик с проточной

водой.

Расчёт змеевика.

Количество теплоты, выделяющейся в передаче в секунду, или тепловая

где t м – температура масла в редукторе.

Количество теплоты, отводимой змеевиком при заданной температуре мас-

где вд - плотность воды; вд = 1000 кг/м3;

cвд - теплоёмкость воды; cвд = 4,187·103 Дж/(м3ºС);

tвд - повышение температуры воды в змеевике; tвд = 2…10 ºС.

Требуемый внутренний диаметр трубы в мм:

Перепад температур масла и воды в начале змеевика при установленной конструктором температуре масла:

tн = tм – t0. (138)

Конечный температурный перепад:

(142)

Пример 11. Рассчитать червячную передачу по следующим исходным дан-

ным: мощность P1 = 5 кВт; частота вращения п1 = 950 об/мин; передаточное чис-

ло u = 16; ресурс t = 16000 ч. Нагрузка реверсивная постоянная. Недостающими данными задаться.

Решение.

1)Вычерчена кинематическая схема передачи (рис. 20).

Рис. 20. Кинематическая схема червячной передачи

2)Кинематический расчёт. Частота вращения вала колеса:

n2 n1 / u 950 /16 59,4об / мин .

КПД червячной передачи η = 0,8 (Прил. А). Мощность на валу колеса:

Р2 = Р1·η = 5·0,8 = 4 кВт.

Вращающие моменты на валах:

ливка в кокиль, со следующими характеристиками: В = 255 МПа, Т = 147 МПа,

основные допускаемые напряжения [ 0F ] = 57 МПа, 1F = 41 МПа [ H ] = 186

МПа [11]. Принята для червяка сталь 30ХГС, термообработка – закалка, твёрдость

45…55HRC,

3)Допускаемые напряжения. Число циклов нагружения вала колеса:

N = 60n2 t = 60·59,4·16000 = 57·106.

Коэффициенты долговечности – формулы (100) и (101):

Допускаемое контактное напряжение:

Н Н KHL 186 0,804 150МПа .

Ширина венца колеса - формула (120):

b2 0,75 100 75мм.

Угол обхвата червяка - формула (122):

2δ 2 75 2 рад 2 180 / 115 . 80 0,5 10

Это близко к рекомендуемому [2δ] = 90…110 .

Окружная скорость колёс = π·80·950/60000 = 4 м/с. Скорость скольженияs = /cos = 4/ cos11,31º = 4,1 м/с. Уточнены коэффициенты нагрузки для 7-й

степени точности: K = 1; K = 1,1 [11].

6)Проверочные расчёты.

Рабочее контактное напряжение - формула (123):

H 475 643 103 1,1 139,6МПа [150]. 320 80

Вывод. Контактная прочность достаточна.

Окружное усилие на червяке, равное осевому усилию на колесе – формула

(124):

Окружное усилие на колесе, равное осевому усилию на червяке – формула

(125):

Радиальное усилие – формула (122):

Fr 4020 tg 20 / cos11,31 1490Н.

Эквивалентное число зубьев колеса - формула (127): zv2 32 / cos3 11,31 40.

Коэффициент формы зуба YF2 = 2,27 [11]. Рабочее изгибное напряжение зубьев колеса – формула (128):

F 0,6 4020 1,1 2,27YF 2 8МПа 26 . 75 10

Вывод. Изгибная прочность достаточна.

7)Механический КПД передачи. Приведенный угол трения

1 30 при s = 4 м/с [11]. Механический КПД – формула (129):

tg11,31

0,95 0,84. tg 11,31 1,5

На основании расчётов составлена сводная таблица параметров (образец в

табл. 23).

8)Тепловой расчёт редуктора. Дополнены исходные дан-

ные. Редуктор размещён в механическом цехе. Принят коэффициент эквивалентности КНЕ = 0,8; продолжительность включения ПВ = 0,25; коэффициент ψ = 0,2. Недостающими данными задаёмся.

Площадь теплоотдачи A 20 2001,7 0,16 106 мм2 0,16м2 .

Коэффициент теплоотдачи при отсутствии интенсивной вентиляции КТ = 8

Вт/(м2С). Температура масла из условия теплового баланса:

t 20 5000 1 0,84 0,8 0,25 176 t . 8 0,16 1 0,2

Выводы. 1. Условие (130) не выполнено.

2.На вал червяка проектируем вентилятор.

9)Тепловой расчёт с вентилятором.

При частоте вращения червяка n = 950 обмин коэффициент теплоотдачи КТ

= 21 Вт/(м2 °С) (табл. 19). Температура масла из условия теплового баланса:

Выводы. 1. Условие (130) не выполнено.

2.Проектируем змеевик с проточной водой.

10)Расчёт змеевика.

Количество теплоты, выделяющейся в передаче в секунду – формула (132):

Q P (1 ) 5000(1 0,84) 800Вт.

1 1

Количество теплоты, отданной в секунду через стенки редуктора окружаю-

щему воздуху – формула (133):

Q2 21 (70 20) 0,16 168Вт.

Количество теплоты, отводимой змеевиком при заданной температуре мас-

ла в редукторе:

Qзм 800 168 632Вт.

Требуемый расход воды при tвд = 5 ºС – формула (135):