Схемы червячных редукторов

Наибольшее распространение получили одноступенчатые червячные редукторы с нижним расположением червяка (при v₁  5 м/с) или с верхним расположением (v₁ > 5 м/с), представленные на рис. 3.33. С целью уменьшения изнашивания рабочих поверхностей зубьев и исключения заедания, в червячных редукторах рекомендуется применять более вязкие масла, чем в цилиндри­ческих редукторах.

Рис 3.33. Червячные редукторы с нижним

и верхним расположением червяка

Если скорость скольжения v_ск  10 м/с, то смазка осуществ­ляется окунанием червяка или колеса в масляную ванну, а при v_ск > 10 м/с используют принудительную смазку с использованием нагнетающих насосов. При смазке окунанием витки червяка или зубья колеса должны быть погружены в масло, но при этом тела качения подшипников не должны погружаться в смазку более чем на половину диаметра. Если совместить эти два требования не удает­ся, то уровень масла выбирается по центру тела качения подшип­ников, а на валу червяка устанавливается крыльчатка для раз­брызгивания масла .

Для нормальной работы передачи необходимо обеспечить достаточную прочность и жесткость червяка. Прочность червяка определяют от действующих изгибных и касательных напряжений, возникающих от соответствующих усилий в зацеплении и передаваемого крутящего момента.

Жесткость червяка определяется величиной стрелы прогиба f, которая не должна превышать допускаемое значение [ f ] = (0,005 - 0,01)m. Расчеты про­водятся по соответствующим формулам сопротивления материалов, причем за расчетный диаметр условно принимается диаметр впадин червяка.

Контрольные вопросы

1. Назначение, область применения и виды червячных передач.

2. Как определяется КПД червячной передачи и от каких факторов зависит его значение ?

3. Как определить передаточное число червячной передачи ?

4.Какой параметр называется модулем зацепления и как он определяется ?

5. Из каких материалов изготовляют червяки и червячные колеса ?

6. Как определить число заходов червяка и чему равняется минимальное

число зубьев колеса ?

7. Какие усилия возникают в червячном зацеплении ?

8. Какие опоры называются “плавающими “, а какие “фиксирующими”?

9. Какие напряжения возникают в зубьях червячных колес от усилий в зацеплении?

10. Какие виды повреждений передач возникают в процессе работы и по каким

критериям оценивается работоспособность ?

Глава 4. Цепные передачи

Цель - изучение конструкции цепной передачи, области применения, выполняемые функции, достоинства и недостатки. Уяснение конструктивных особенностей втулочных, роликовых и зубчатых цепей, умение определять кинематические, геометрические, силовые параметры и выполнение расчетов на прочность и износостойкость шарниров цепи.

Цепная передача передает крутящий момент зацеплением и состоит из ведущей, ведомой звездочек и охватывающей их цепи (рис. 3.34). Этот вид передачи может использоваться при значительных межосевых расстояниях и при передаче вращения от одного ведущего вала нескольким ведомым.

Рис. 3.34. Цепная передача

Наибольшее распространение передачи нашли в подъемно-транспортных устройствах, сельскохозяйственном, транспортном и химическом машиностро­ении. К достоинствам передачи необходимо отнести постоянство пе­редаточного отношения (среднего за оборот) вследствие отсутствия проскальзывания цепи на звездочках, высокая прочность цепи, незна­чительные нагрузки на валы и опоры вследствие отсутствия предвари­тельного натяжения цепи. К недостаткам следует отнести изменение шага цепи в результате растяжения пластин и износа шарниров, повы­шенный· шум и динамические нагрузки, вследствие того, что звенья огибают звездочки не по окружности, а по многоугольнику. Все это приводит к тому, что скорость цепи не является постоянной за один оборот и изме­няется в небольших пределах. Для повышение износостойкости цепей и звездочек их изготовляют из углеродистых и легированных сталей с последующей термообработкой. Для пластин цепей рекомендуют стали 45, 50, 40Х, 40ХН, а оси, втулки и ролики изготовляют из сталей 15, 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией рабочих поверх­ностей. Звездочки быстроходных передач изготовляют из сталей 45, 40Х, 40ХН с последующей цементацией на глубину 1,0...1,5 мм. Для тихоходных и слабонагруженных передач допускается изготов­ление звездочек из чугуна Cr20. Перспективными материалами для изготовления звездочек являются пластмасса и композиты, которые позволяют снизить вес, уменьшить динамические нагрузки и шум при работе цепной передачи. В приводах общего назначения находят применение втулочные, роликовые и зубчатые цепи.

Втулочная цепь (рис. 3.З5, а) состоит из профилированных пластин 1 и 4, напрессованных соответственно на втулку 2 и валик 3, что обеспечивает взаимную угловую подвижность пластин. Вту­лочные цепи бывают однорядными (ПВ) и двурядными (2ПВ). Роликовая цепь (рис. 3.35, б) отличается от втулочной тем, что на втулках 2 установлены вращающиеся ролики 5. Зацепление цепи зубом звездочки происходит через ролик, что обеспечивает более равномерное давление на валик, уменьшает износ шарниров и зубьев звездочки вследствие замены трения скольжения трением качения. Приводные роликовые цепи бывают однорядные нормальные (ПP), однорядные усиленные (ПРУ), однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД).

Рис. 3.35. Типы цепей: а) втулочная, б) роликовая

С целью уменьшения изнашивания рабочих поверхностей зубьев и исключения заедания, в червячных редукторах рекомендуется применять более вязкие масла, чем в цилиндри­ческих редукторах. Если скорость скольжения v_ск  10 м/с, то смазка осуществ­ляется окунанием червяка или колеса в масляную ванну, а при v_ск > 10 м/с применяют принудительную смазку с использованием нагнетающих насосов. При смазке окунанием витки червяка или зубья колеса должны быть погружены в масло, но при этом тела качения подшипников не должны погружаться в смазку более чем на половину диаметра. Если совместить эти два требования не удает­ся, то уровень масла выбирается по центру тела качения подшип­ников, а на валу червяка устанавливается крыльчатка для раз­брызгивания масла .

Звездочки приводных цепей по конструкции подобны зубчатым колесам и выполняются либо целиковыми, либо состоящими из ступицы и присоединяемого при помощи болтов венца зубчатого колеса с зубьями, . Для уменьшения изнашивания элементов цепи применяют различные виды смазки. При небольших скоростях движения цепи применяют смазку окунанием в масляную ванну, а при больших скоростях циркуляционную смазку от насоса. В некоторых случаях находит применение консистентная смазка.

Кинематические и геометрические соотношения в цепных передачах

Цепные передачи чаще всего используют для понижения частоты вращения. Передаточное отношение цепной передачи равно:

где n₁, n₂ - частоты вращения ведущей и ведомой звездочек;

z₁, z₂ - числа зубьев ведущей и ведомой звездочек.

Рекомендуемые значения передаточного отношения для цепных передач u  6. Мощность, передаваемая цепными передачами, как правило, не превышает 100 кВт и определяется из соотношения Р = F_tv ,

где F_t - окружное усилие; v - скорость цепи.

Скорость цепи определяется из соотношения:

где z - число зубьев звездочки; p _ц - шаг цепи.

При больших значениях V возникают динамические нагрузки, увеличивается изнашивание и шум при работе привода. Поэтому цепные передачи наиболее целесообразно применять при значениях окружных скоростей V до 15-20 м/с и частоте вращения до 500 об/мин. При скорости V > 20 м/с возрастает вероятность разрушения шарниров цепи, раскалывания роликов, ослабление запрессовки втулок и осей в пластинах. КПД передачи связан с потерями на трение в шарнирах цепи, на поверхности зубьев звездочек, в опорах валов и имеет среднее значение  = 0,96...0,98.

Минимальное число зубьев z₁ ведущей звездочки ограничи­вают для обеспечения равномерной работы цепи. В быстроходных передачах (V > 2 м/с) принимают z_1min >19, а для тихоходных z_1min = 13...15. Значения z₁ в зависимости от величины передаточного отношения можно выбирать следующие:

i	1...2	2. ..4	4... 6
z1	32...28	25…20	18...16

В передачах с большими динамическими нагрузками принима­ют z_1min  23. Число зубьев на ведомой звездочке равно z₂ = z₁ i, причем для равномерного изнашивания цепи целесообразно принимать нечетное число зубьев на ведущей и четное число на ведомой звездочке.

Для практических расчетов рекомендуется выбирать межосевое расстояние: a = (30…50) p_ц.

Минимальное значение межосевого расстояния найдем из соотношения

a_min = 0,5 (d_a1 + d_a2) + (30…50) мм,

где d_a - диаметр вершин звездочек.

Делительный диаметр звездочек будет равен

а диаметр вершин для втулочных и роликовых цепей:

Число звеньев цепи можно найти по приближенной формуле:

Полученное значение z_ц следует округлить до целого четного числа, чтобы избежать использования специальных по конструкции соединительных звеньев. Общую длину цепи определяют из соотношения l = z_ц b_ц. Основные параметры цепной передачи стандартизованы.

Усилия в цепной передаче и расчет на износостойкость

Усилие натяжения F₁ в ведущей ветви цепи больше, чем в ведомой ветви F₂ ,на величину окружного усилия F_t = F₁ - F₂ (рис. 3.34). Величина F_t может быть найдена из известных соотношений: или ,

где P - передаваемая мощность, Вт;

v - скорость цепи, м/с;

Т - крутящий момент на звездочке, Нм;

d - делительный диаметр звездочки, м.

При расчете высокоскоростных передач (v > 20 м/с) усилия натяжения ветвей увеличиваются за счет центробежных сил и сос­тавляющей от силы тяжести цепи. Для тихоходных и среднескоростных цепей (v  10 м/с) величины этих дополнительных центробежных усилий невели­ки и в расчетах не учитываются.

Износ шарнирных соединений цепи является основной причиной потери работоспособности передачи. Поэтому основным расчетом цепей является определение износостойкости шарниров по величине действующего удельного

давления q

где d_в - диаметр валика, l - длина втулки.

Значение [q] находят из равенства:

где K_э - коэффициент эксплуатации;

[q₀] - допускаемое давление в шарнирах

Коэффиц. эксплуатации равен: К_э = К₁ К₂ К₃ К₄ К₅ К₆.

Значения коэффициентов К приведены в табл. 3.5

Таблица 3.5

Коэффициент	Условия работы	Значение
Динамичности - К1	Спокойная нагрузка	1,0
	Переменная нагрузка	1,25 - 1,5
Межосевого расстояния - К2	a = (30…50) bц a > 50 bц	1,0 0,8
Типа смазки - К3	Непрерывная	0,8
	Капельная	1,0
Наклона линии центров передачи к горизонту - К4	 60  60	1,0 1,5
Режима работы - К5	Односменный	1,0
	Непрерывный	1,5
Натяжения цепи - К6	Подвижные опоры	1,0
	Наличие натяжного ролика	1,25