Тепловой расчёт червячной передачи

Червячные передачи вследствие их низкого КПД из-за значительного расхода энергии на преодоление трения работают с большим тепловыделением. Нагрев масла до температуры, превышающей допустимую [t]_м, приводит к снижению его защитной способности, разрушению масляной плёнки и возможности заедания в передаче.

Расчётная формула для определения температуры масла в редукторе (^оC) при установившемся режиме работы червячной передачи, определённая из условия равенства теплоты, выделяемой в передаче и отводимой в окружающую среду, имеет вид

t_м = t₀ + , (5.26)

где t₀ – температура воздуха вне корпуса (внутри цеха обычно t₀ = 20 ^о C); η – КПД червячной передачи; K_T – коэффициент теплопередачи, характеризующий тепловой поток, передаваемый в секунду одним квадратным метром поверхности корпуса при перепаде температур в один градус и зависящий от материала корпуса редуктора, степени шероховатости поверхности его стенок, режима циркуляции наружного воздуха и условий перемешивания масла. Для чугунных корпусов при естественном охлаждении принимают K_T  = 12…17 Вт/(м² ∙ ^оC), причём большие значения принимают для передач, работающих в помещениях с хорошей циркуляцией воздуха или эксплуатируемых на открытом воздухе, при незначительной шероховатости наружных поверхностей корпуса и при соблюдении постоянного интенсивного перемешивании масла; A – площадь поверхности корпуса, омываемая внутри маслом или его брызгами, а снаружи воздухом, м². При проектировочном расчёте принимают А 20a_w², где а_w – межосевое расстояние передачи, м; P₁ – мощность на червяке, кВт; – коэффициент, учитывающий отвод тепла теплопроводностью (принимают = 0,3, если корпус установлен на металлической раме, и = 0, если основание бетонное).

Допустимая температура масла обычно принимается равной [t]_м=90 ^оC. Повторно-кратковременный режим работы снижает температуру масла.

Если при расчёте t_м [t]_м , это означает, что естественного охлаждения достаточно. В противном случае необходимо применять искусственное охлаждение.

При 1 < t_м /[t]_м 2 применяют воздушное охлаждение, при котором корпус редуктора обдувается воздухом с помощью вентилятора (крыльчатка вентилятора устанавливается на свободном конце червяка).

При t_м /[t]_м > 2 применяют водяное охлаждение, при котором устанавливают в корпусе редуктора водяные полости или змеевики с проточной водой.

Для смазки червячных передач применяются масла:

• цилиндровое 24 (вискозин);

• цилиндровое 52 (вапор);

• трансмиссионное автотракторное летнее (нигрол летний);

• трасмиссионное с присадкой летнее;

• тракторное АК-15 (автол 18);

• автотракторное АКЗп – 10;

• автотракторное АКЗп – 6.

6. Ременные передачи

6.1. Общие сведения

Ременная передача – передача трением с гибкой связью. Она состоит из ведущего диаметром d₁, ведомого диаметром d₂ шкивов и ремня l , надетого на шкивы с предварительным натяжением. В состав передачи может также входить натяжное устройство 2 (рис. 6.1).

Ременная передача первой из передач получила промыш­ленное применение. Передачу энергии на средние и большие расстояния в XIX веке стали осуществлять металлической лен­той, а затем тросом.

После зубчатой передачи ременная – наиболее распространен­ная из механических передач.

а) б)

Рис. 6.1. Схема ременной передачи:

а – без натяжного устройства; б – с натяжным устройством

По принципу действия различаются передачи трением (нагрузку передают силы трения между шкивами и ремнем) и зацеплением (зубчато-ременные). Последние существенно отличаются по своим свойствам от передач трением и рассматриваются отдельно.

Применение. Ременные передачи применяют в приводах для передачи движения от электродвигателя или ДВС, когда по конст­руктивным соображениям межосевое расстояние должно быть дос­таточно большим, а передаточное отношение и может быть не строго по­стоянным (приводы металлорежущих станков, конвейеров, транс­портных, дорожных, строительных и сельскохозяйственных машин и др.). Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения и (приборные и робототехнические устройства).

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно не превышает 50 кВт, хотя может достигать 2000 кВт и более. Скорость ремня колеблется в пределах от 5 до 50 м/с, а в высокоскоростных передачах – до 100 м/с и выше.

Безусловным требованием нормального функционирования ременных передач трением является наличие натяжения ремня, которое достигается либо предварительным упругим растяжением ремня, либо перемещением одного из шкивов относительно другого, либо натяжным роликом, либо автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от передаваемой нагрузки.

Достоинства ременных передач: 1) возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м); 2) возможность работы с вы­сокими частотами вращения; 3) плавность и низкий уровень шума вследствие эластичности ремня; 4) смягчение вибраций и ударов вследствие упругости ремня; 5) защита от пере­грузок вследствие возможного проскальзывания ремня по шкиву (кроме передач зубчатым ремнем); 6) простота конструкции, эксплуатации, отсутствие смазочной системы и малая стоимость.

Недостатки: 1) большие радиальные размеры; 2) большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня, необходимость устройств для на­тяжения ремня; 3) непостоянное передаточное число вследствие не­избежного упругого скольжения ремня; 4) малая долговечность ремня в быстроходных передачах; 5) чувствительность нагру­зочной способности к наличию паров влаги и нефтепродуктов.

Ремни передач трением в зависимости от формы поперечного сечения ремня различают плоским ремнем (рис. 6.2, а), клиновым ремнем (рис. 6.2, б), поликлиновым ремнем (рис. 6.2, в), круглым ремнем (рис. 6.2, г). Наибольшее применение в машиностроении нашли клиновые и поликлиновые ремни.

а) б) в) г)

Рис. 6.2. Ременные передачи:

а – плоским ремнем; б – клиновым ремнем; в – поликлиновым ремнем; г – круглым ремнем

Ремни изготовляют из прорезиненных тканей или синтетиче­ских материалов.

Передача плоским ремнем обладает повышенными работоспо­собностью и долговечностью (в связи с меньшими напряжениями изгиба в плоских ремнях). Ее рекомендуют применять при больших межосевых расстояниях (до 15 м) или высоких скоростях ремня (до 100 м/с).

За счет клинового эффекта в передачах клиновым и поликлино­вым ремнями можно реализовать большие силы трения и уменьшить габариты передачи.

Ремни круглого сечения используют в пространственных передачах малой мощности (оборудование полиграфической и текстильной промышленности, настольные станки, приборы, бытовые машины). Скорость ремня до 30 м/с.