3.2.2. Проектирование закрытой червячной передачи

В данном параграфе рассматривается методика проектирования закрытых червячных передач с цилиндрическим червяком как наиболее часто встречающихся при курсовом проектировании.

Проектный расчет. В зависимости от передаточного отношения задают число заходов червяка по табл. 3.4 и определяют число зубьев червячного колеса с учетом условия неподрезания зубьев 28. Оптимальным является =32…63.

Таблица 3.4

Передаточное отношение	8...15	15...30	 30
Число заходов червяка	4	2	1

Выбирают коэффициент диаметра червяка из условия предпочтительных параметров передачи согласно ГОСТ 2144-76 по табл. 3.8. Принятый коэффициент диаметра червяка должен соответствовать стандартному по ГОСТ 19672-74:

1-й ряд: 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0 мм;

2-й ряд: 7,1; 9,0; 11,2; 14,0; 18,0; 22,4 мм (1-й ряд следует предпочитать 2-му).

По условию обеспечения жесткости передачи необходимо выполнять соотношение 0,22…0,40.

Ориентировочно определяют межосевое расстояние

,

где - коэффициент расчетной нагрузки при расчете по контактным напряжениям.

Коэффициент расчетной нагрузки определяют по формуле ,

где - коэффициент динамичности нагрузки, учитывающий дополнительную динамическую нагрузку, выбирают по табл. 3.5,

Таблица 3.5

Скорость	3 м/с	3…5 м/с	5…8 м/с	8…10 м/с	10 м/с
	1,0	1,09…1,12	1,13…1,19	1,20…1,30	1,26…1,38

- коэффициент концентрации нагрузки, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по линии контакта зубьев, определяют по формуле

,

где - коэффициент деформации червяка, определяют по табл. 3.6;

- коэффициент режима работы, назначают по табл. 3.7;

Таблица. 3.6

Число заходов	Коэффициент деформации червяка
	=8	=10	=12,5	=14	=16	=20
1 2 4	72 57 47	108 86 70	154 121 98	176 140 122	225 171 137	248 197 157

Таблица 3.7

Режим работы	Постоянный	Тяжелый	Средний	Легкий
	1,00	0,77	0,50	0,38

Таблица 3.8

Передаточное отношение	Число заходов червяка	Число зубьев червячного колеса	Коэффициент диаметра червяка
8		32	8,0
10	4	40	10,0
12,5		50	12,5
16		32	8,0
20	2	40	10,0
25		50	12,5
31,5		32	8,0
40	1	40	10,0
50		50	12,5
63		63	16,0

Полученное значение нужно округлять до стандартного межосевого расстояния по ГОСТ 2144-76:

1-й ряд: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500 мм;

2-й ряд: 140; 180; 225; 280; 355; 450 мм (1-й ряд следует предпочитать 2-му).

Для нестандартных редукторов округляют до размеров из рядаRa40.

Определяют модуль зацепления .

Полученное значение округляют до стандартного по ГОСТ 19672-74:

1-й ряд: 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0 мм;

2-й ряд: 1,5; 3,0; 3,5; 6,0; 7,9; 12,0; 14,0 мм (1-й ряд следует предпочитать 2-му).

При этом учитывают оптимальное сочетание и по табл. 3.9 (ГОСТ 2144-76).

Таблица 3.9

, мм	1,6	2,0	2,5	3,15	4,0	5,0	6,3	8,0	10,0
	10,0 12,5 16,0 20,0  	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 14,0 16,0 20,0	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 	8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 

Определяют коэффициент смещения по формуле

.

Со смещением нарезают только червячное колесо. Предпочтительно использовать положительное смещение, при котором повышается прочность зубьев колеса.

По условию неподрезания и незаострения зуба значение должно находиться в пределах 0,7 мм (реже 1,0 мм). В противном случае надо изменять величины: , , , но в пределах:

1) выбрать из рядаRa40;

2) 0,22...0,40;

3) изменение не более 4 %.

Определяют делительный диаметр червяка и червячного колеса по формулам

и .

Определяют ширину венца червячного колеса по формуле ,

где 0,355 - при или и 0,315 - при .

Определяют угол подъема витка червяка с точностью до секунды на делительном диаметре и начальном диаметре .

Уточняют скорость скольжения ,

где - окружная скорость червяка, .

Необходимо соблюдение условия , в противном случае нужно уточнить материал венца червячного колеса и допускаемые напряжения.

Проверочный расчет по контактным напряжениям.Определяют допускаемые контактные напряжения для колеса по формуле

.

Отклонение возникающего контактного напряжения от допускаемого % для червячных передач может составлять: при перегрузке до 5 %; при недогрузке до 15 %. Если условие прочности не выполняется, нужно выбрать другую марку материала венца червячного колеса и повторить расчет.

Проверочный расчет по напряжениям изгиба.Определяют допускаемые напряжения изгиба по формуле

,

где - коэффициент расчетной нагрузки для напряжений изгиба, ;

- нормальный модуль, ;

- коэффициент формы зуба, зависящий от эквивалентного числа зубьев червячного колеса , выбирают по табл. 3.10.

Таблица 3.10

	28	30	32	35	37	40	45	50	60	80	100	150
	1,80	1,76	1,71	1,64	1,61	1,55	1,48	1,45	1,40	1,34	1,30	1,27

При проверочном расчете обычно получается намного меньше , так как нагрузочная способность закрытых червячных передач ограничивается контактными напряжениями.

Тепловой расчет. Тепловой расчет проводится в целях предотвращения перегрева червячной передачи и заключается в определении температуры масла

= 70...90C,

где - температура окружающей среды (воздуха), 20С;

- мощность на валу червяка, Вт;

- коэффициент теплоотдачи, для чугунного корпуса =10..17 Вт/(м²·С);

- площадь поверхности корпуса; , м²;

- коэффициент полезного действия червячной передачи, определяют по формуле,

где - угол трения, выбирают в зависимости от скорости скольжения по табл. 3.11

Таблица 3.11

Скорость , м/с	0,1	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	7,0	15,0
	430 510	310 340	230 310	200 230	130 200	120 140	100 130	050 110

Если условие не выполняется, применяют искусственное охлаждение червячной передачи в целях повышения коэффициента теплоотдачи: устанавливают обдувающий вентилятор на валу червяка (=20...28 Вт/(м²·С)), устанавливают в корпусе змеевик с проточной водой (=90...200 Вт/(м²·С)).