загрузка...
загрузка...
На головну

Тема 3.6. черв'ячні передачі

  1. VI. Розрахунок параметрів ланцюгової передачі
  2. VI. Розрахунок ланцюгової передачі
  3. А) Закриті передачі.
  4. Алгоритм розрахунку клиноремінною передачі
  5. Апаратура передачі даних
  6. Асинхронна і синхронна передачі
  7. Б - шків поліклиновий передачі

3.6.1. Загальні відомості.

3.6.2. Особливості робочого процесу черв'ячної передачі. ККД. Матеріали.

3.4.3. Критерії працездатності і розрахунку черв'ячних передач.

3.6.4. Розрахунок на міцність черв'ячних передач.

3.6.5. Тепловий розрахунок.

 3.6.1. черв'ячною передачею (ПП) називається механізм, службовець для перетворення обертального руху між валами з перехресними осями. Зазвичай черв'ячна передача (рис. 3.6.1) складається з черв'яка1 і сполученого з ним черв'ячного колеса 2. Кут схрещування осей зазвичай дорівнює 90 °; неортогональні передачі зустрічаються рідко. Черв'ячні передачі відносяться до передач зачепленням, в яких рух здійснюється за принципом гвинтової пари. Зуби колеса мають увігнуту форму, що збільшується довжину контактних ліній, а отже, покращує якість роботи передачі.

Зазвичай провідне ланка черв'ячної передачі - черв'як, але існують механізми, в яких провідною ланкою є черв'ячні колесо. Конструктивно черв'ячні передачі найчастіше роблять в закритому виконанні.

переваги ПП:

· Можливість отримання великих передавальних чисел в одноступінчастої передачі (до300 і більше) при малих габаритах;

· Висока кінематична точність і підвищена плавність роботи;

· Мала інтенсивність шуму і виброактивности;

· Можливість забезпечення самоторможения (рух може передаватися тільки в одному напрямку).

недолікиПП:

· Значне геометричне ковзання в зачепленні і пов'язані з цим тертя, підвищений знос, схильність до заїдання, нагрів передачі і порівняно низький ККД (від 0,5 до 0,95;0,5 для самогальмуючі передач);

· Необхідність застосування для відповідальних передач дорогих і дефіцитних антифрикційних кольорових металів;

· Висока вартість інструменту для нарізання черв'ячних коліс (черв'ячні фрези); для шліфування черв'яків потрібні спеціальні верстати або складні пристосування.

· Обмежена потужність черв'ячних передач (зазвичай до 60 кВт); передача великої потужності невигідна через великі втрат і сильного нагріву.

 
 

 ПП знаходять широке застосування, Наприклад, в металорізальних верстатах, підйомно-транспортному обладнанні, транспортних машинах, а також в приладобудуванні. Черв'ячні передачі в уникненні їх перегріву переважно використовувати в приводах періодичної (а не безперервного) дії.

КласифікаціяПП:

· по розташуванню черв'яка (Рис. 3.6.2) щодо колеса: з нижнім, верхнім і бічним черв'яком (розташування черв'яка визначається компонуванням вироби);

· за формою поверхні, На якій нарізають витки: з глобоідной (рис. 3.6.3) і циліндричними (рис. 3.6.4) черв'яками (глобоїдні передачі більш надійні і довговічні, мають в 1,5  2 рази більшу навантажувальну здатність, але вимагають підвищеної точності виготовлення і монтажу; застосовуються рідше циліндричних);

· за формою профілю витка циліндричного черв'яка: з архімедовим ZA, евольвентними ZJ і конволютнимі ZN черв'яками.

За інших рівних умов форма профілю витків черв'яка мало впливає на здатність навантаження передачі, тому технологія виготовлення є вирішальним фактором при виборі профілю витків. Найбільшого поширення набули циліндричні передачі з архімедовимчерв'яком.

Черв'яки, як правило виготовляють як одне ціле з валом, що збільшує жорсткість і знижує вартість. У передачах з малими передавальними числами і великими діаметрами черв'яків застосовують насадні черв'яки. Як все гвинти, черв'яки можуть бути одно- або многозаходная; мати праве або ліве спрямування різьблення. Стандарт передбачає застосування одно-, дво- і четирёхзаходних черв'яків, зазвичай з лінією витків правого спрямування. Черв'яки з числом заходів вище чотирьох застосовуються дуже рідко, так як технологія їх виготовлення ускладнена.

Для циліндричних черв'ячних передач встановлено 12 ступенів точності. Вибір ступеня точності проводиться в залежності від швидкості ковзання  . Для силових передач найбільше застосування знаходять 7-я (при  м / с), і 8-я (при  м / с) ступеня точності.

Передавальне число ПП дорівнює відношенню числа зубів черв'ячного колеса до числа витків черв'яка:

.

У силових передачах передавальні числа приймають в межах .

 3.6.2. Основною відмінністю черв'ячної передачі від зубчастої полягає в тому, що швидкість ковзання в черв'ячному зачепленні більше окружної швидкості черв'яка.

Підвищене ковзання в зачепленні виникає тому, що окружні швидкості  черв'яка і  колеса спрямовані під кутом схрещування одна до іншої (рис. 3.6.5). Тому гілки черв'яка ковзають по зубам колеса, причому

,

де  - Кут підйому лінії витка черв'яка.

Підвищене ковзання в зачепленні є причиною зниженого ККД, підвищеного зношування зубів і схильності до заїдання.

Коефіцієнт корисної дії черв'ячної передачі визначається втратами на тертя в зачепленні, втратами на перемішування і розбризкування масла і втратами в опорах валів. Загальний ККД ПП визначається за формулою

,

де  - Приведений кут тертя, що залежить від швидкості ковзання. табличні значення  отримані експериментально з урахуванням втрат в підшипниках і на розбризкування і розмішування масла.

 , М / с  , М / с
 0,010,100,501,001,502,00  2,53,04,07,010,015,0

З формули випливає, що ККД збільшується зі зростанням числа витків черв'яка (збільшується  ) І зі зменшенням коефіцієнта тертя (зменшується  , Тому що  ).

При проектному розрахунку, коли розміри передачі ще не відомі, значення ККД орієнтовно можна визначити за формулою

.

Таким чином, при виборі матеріалів черв'ячної пари необхідно забезпечити хороші антифрикційні і протизадирні властивості. Найкращі результати досягаються при поєднанні високотвёрдой сталевий поверхні з антифрикційним матеріалом, наприклад бронзою.

При роботі черв'яки відчувають великі напруги вигину і крутіння, а також напруги розтягування (стиснення). Внаслідок цього, а також через високі вимоги до жорсткості черв'яки виготовляють з сталей, загартованих до високої твердості. При цьому необхідне шліфування та полірування робочих поверхонь витків черв'яка. Висока твердість і гладкість витків забезпечують найбільшу стійкість зубів черв'ячних коліс проти зношування та втомного руйнування.

З метою економії кольорових металів черв'ячні колеса найчастіше роблять складовими: на чавунний або сталевий центр насаджують бронзовий вінець. Марку бронзи вибирають в залежності від швидкості ковзання, очікуване значення якої орієнтовно визначають за формулою

.

3.6.3. Найбільш характерні види руйнування: заїдання і зношування зубів черв'ячного колеса, як менш міцного елемента передачі. Так як заїдання і зношування зубів залежать від контактних напружень, то основними критеріями працездатності і розрахунку черв'ячних передач є контактна міцність робочих поверхонь зубів колеса. При цьому розрахунок на вигин проводиться як перевірки.

В черв'ячних передачах через підвищеного тертя ковзання в зачепленні відбувається виділення великої кількості теплоти, яка нагріває масло, а воно через стінки корпусу передає цю теплоту навколишньому середовищу. Якщо відведення теплоти недостатній, передача перегрівається. При перегрів мастильні властивості масла різко погіршуються (зменшується в'язкість), збільшуються зношування черв'ячного колеса і небезпека заїдання, що може привести до виходу передачі з ладу. Тепловий розрахунок для черв'ячних передач проводиться як перевірки.

Крім того, для забезпечення правильності зачеплення черв'яка з черв'ячним колесом черв'як повинен бути досить жорстким. Найбільший прогин черв'яка не повинен перевищувати  . При перевірочному розрахунку тіло черв'яка розглядають як циліндричний брус круглого перетину, що лежить в двох опорах і працює на вигин і крутіння.

3.6.4. Розрахунок на контактну втому зубів черв'ячного колеса. Цей розрахунок повинен забезпечувати не тільки відсутність втомного руйнування поверхонь зубів, але і відсутність заїдання.

В основу розрахунку покладено формула Герца для визначення найбільшого контактного напруги  і нормальне навантаження на одиницю довжини контактних ліній.

Спрощена формула для перевірочного розрахункуПП на контактну втому має вигляд:

,

де  - Ділильний діаметр черв'яка;

 - Ділильний діаметр черв'ячного колеса;

 - Крутний момент на валу черв'ячного колеса;

 - Допустиме контактне напруження;

 - Коефіцієнт навантаження: при постійному навантаженні  , При змінному навантаженні  (Великі значення для високошвидкісних передач).

Коефіцієнт навантаження при розрахунку черв'ячних передач невеликий, так як вони працюють плавно, безшумно і добре прірабативаются.

При проектному розрахунку основних розрахунковим параметром є міжосьова відстань  . Прирівнявши контактне напруження  допустимому  , Отримаємо формулу для проектного розрахунку циліндричних черв'ячних передач:

.

Для черв'ячних коліс з олов'яних бронз та сталевих черв'яків значення допускається контактного напруги  при заданому числі циклів (  - Задана довговічність), відмінному від бази випробувань, визначається за формулою

,

де  - Коефіцієнт довговічності;  -Значення допускаються контактних напруг при базі випробувань  циклів навантаження.

 Матеріал і спосіб виливки  при твердості поверхні витків черв'яка  , МПа
 <45  45
 БрО10Ф1, в песокБрО10Ф1, в кокільБрО10Н1Ф1, відцентрова

Значення допустимих контактних напружень  для черв'ячних коліс з чавуну або безолов'яним бронзу і сталевих черв'яків вибирають незалежно від циклів навантаження по таблиці.

 матеріал  при швидкості ковзання  (М / с), МПа
 черв'яка  черв'ячного колеса  0,25  0,5
 Сталь 20; 20Х, цементуемие (Н> 45 НRС  ) Сталь 45, Ст6Сталь загартована  СЧ15, СЧ18СЧ15, СЧ18БрА9Ж4Л              

За величиною міжосьової відстані визначають розрахунковий модуль  за формулою

,

округляючи його до найближчого стандартного значення, а потім уточнюють значення міжосьової відстані

.

Після встановлення основних параметрів передачі визначають розміри черв'яка і колеса, обчислюють швидкість ковзання  , Знаходять розрахункове значення ККД  і крутного моменту  на валу черв'ячного колеса, а потім проводять перевірочний розрахунок, порівнюючи розрахункове контактне напруження з допускаються, причому недовантаження бажана не більше 10%, а перевантаження не повинна перевищувати 5%.

 
 

Геометричні параметри черв'яка(Рис. 3.6.6)і черв'ячного колеса(Рис 3.6.7).

 Геометричні параметри передачі  черв'як
 Кут профілю витка в осьовому перерізі
 Число гвинтових червякапрі при при  або для самогальмуючою передачі  
 Коефіцієнт діаметра черв'яка
 ділильний діаметр
 Висота головки витка черв'яка
 Висота ніжки витка черв'яка
 Висота витка черв'яка
 Діаметр вершин витків
 Діаметр западин витків
 Довжина нарізаної частини червякапрі при    
 Ділильний кут підйому лінії витка
 Розрахунковий крок черв'яка
 хід черв'яка

Примітка. 1) Зі збільшенням  підвищується ККД передачі, але ускладнюється технологія її виготовлення і збільшується число зубів черв'ячного колеса  , А отже, при цьому передавальному числі збільшуються габарити передачі.

2) Крок черв'яка має дорівнювати кроку колеса.

3) Щоб виключити занадто тонкі черв'яки, стандарт передбачає збільшення  зі збільшенням  . Взагалі великі значення  рекомендується приймати при великих передавальних числах (збільшених відстанях між опорами черв'яка), щоб забезпечить достатню ізгібную жорсткість черв'яка.

стандартні значення  (Для черв'ячних передач), мм.

 1-й ряд  1,0  1,25  1,6  2,0  2,5  3,15  4,0  5,0  6,3  8,0
 2-й ряд  1,5    3,0  3,5  6,0  7,0

Стандартні значення коефіцієнта діаметра черв'яка .

 1-й ряд  8,0  10,0  12,5  16,0  20,0  25,0
 2-й ряд  7,1  9,0  11,2  14,0  18,0  22,4
 Геометричні параметри передачі  черв'ячне колесо
 ділильний діаметр
 Число зубів черв'ячного колеса (рекомендовано )
 Висота головки зуба
 Висота ніжки зуба
 Висота витка черв'яка
 Діаметр вершин зубів
 Діаметр западин зубів
 Найбільший діаметр черв'ячного колеса
 Ширина вінця колесапрі при  

 
 

Примітка. 1) Мінімальна кількість зубів колеса  визначають з умови відсутності підрізання і забезпечення достатньої поверхні зачеплення. Для силових передач .

2) При збільшенні  зростають діаметр колеса і відстань між опорами черв'яка, що призводить до збільшення його деформування. при  виникає небезпека зламу зубів зважаючи на зменшення модуля.

Розрахунок зубів черв'ячного колеса на втому при згині. Зазначений розрахунок є перевірочним і аналогічний розрахунку зубів циліндричних косозубих коліс; за рахунок дугоподібної форми зуби черв'ячного колеса покладаються приблизно на 40% міцніше.

Формула для перевірочного розрахункузубів черв'ячного колеса на втому при згині має вигляд

,

де  - Коефіцієнт навантаження: при постійному навантаженні  , При змінному навантаженні ;

 - Коефіцієнт форми зуба, який приймається за еквівалентному числу зубів ;

 1,98  1,88  1,85  1,80  1,76  1,71  1,64  1,61  1,55
   
 1,48  1,45  1,40  1,34  1,30  1,27  1,24    

 - Кут підйому лінії витка черв'яка;

 - Допустимі напруження згину.

Допустимі напруги вигину  для зубів черв'ячного колеса встановлюються в залежності від матеріалу, способу виливки і характеру навантаження (реверсивний, нереверсивний).

Значення допустимої напруги вигину при розрахунковому числі циклів (  - Задана довговічність) визначають за формулою

,

де  - Допустимі напруження згину при базі випробувань  циклів навантаження;

 Матеріал і спосіб виливки  , МПа
 нереверсивний навантаження  реверсивний навантаження
 БрО10Ф1, в песокБрО10Ф1, в кокільБрО10Н1Ф1, центробежнийБрА9Ж4Л, в песокСЧ10 »СЧ15» СЧ18 »

 - Коефіцієнт довговічності; якщо  , То його приймають рівним базі випробувань  ; якщо  , То приймають .

Сили, що діють в зачепленні(Рис. 3.6.8).

 сили  черв'як  черв'ячне колесо
 Окружна сила
 осьова сила
 радіальна сила ,

 3.6.5. Тепловий розрахунок черв'ячної передачі при сталому режимі роботи виконують як перевірки на основі теплового балансу:

,

де  - Кількість теплоти, що виділяється працює передачею в одну секунду;

 - Кількість теплоти, що відводиться зовнішньою поверхнею корпусу в 1 с.

З умови теплового балансу знаходимо температуру масла в корпусі черв'ячного редуктора, ° С, при безперервній роботі:

,

де - Температура оточуючого повітря;

 - ККД черв'ячної передачі;

- Потужність на валу черв'яка, Вт;

- Поверхня охолодження корпусу

- Коефіцієнт теплопередачі,  , Т. Е. Число, що показує, скільки теплоти в секунду передається одним квадратним метром поверхні корпусу при перепаді температур в один градус.

Коефіцієнт теплопередачі залежить від матеріалу корпусу редуктора і швидкості циркуляції повітря. Для чавунних корпусів приймають = 9 ... 17  . Великі значення використовують при хорошій циркуляції повітря навколо корпусу і інтенсивному перемішуванні масла (при нижньому або бічному розташуванні черв'яка).

поверхня охолодження корпусу (без урахування поверхні дна), що омивається вільно циркулює повітрям, м2, Визначають за розмірами корпусу, отриманим при ескізному проектуванні. орієнтовно визначають за емпіричною формулою

,

де - Міжосьова відстань, м.

Умова роботи передачі без перегріву

,

де - Максимально допустима температура нагріву масла. При нижньому розташуванні черв'яка = 95 ° C, при верхньому - = 75 ° С. Якщо при розрахунку отримали , то необхідно збільшити поверхню охолодження (Рис. 3.6.9), застосовуючи охолоджуючі ребра (в розрахунку враховується повна поверхня вертикальних ребер і тільки 50% поверхні горизонтальних), або застосувати штучне охолодження (3.6.10), яке здійснюється наступними способами:

1) обдувають корпус повітрям за допомогою вентилятора, насадженими на вал черв'яка; при цьому підвищується до 20 ... 28 ;

2) охолоджують масло водою, що проходить через змійовик; в цьому випадку підвищується до 90 ... 200  при швидкості води в трубі до 1 м / с;

3)
 
 

 застосовують циркуляційні системи змащення із спеціальними холодильниками.

У перших двох випадках, а також при природному охолодженні мастило здійснюється шляхом занурення черв'яка або колеса в масло. Щоб уникнути великих втрат на розбризкування і розмішування масла, а також для того, щоб масло не спінюється (при цьому знижуються мастильні властивості), глибина занурення колеса в масло не повинна перевищувати висоти зуба, а глибина занурення черв'яка - не більше висоти витка.

При останніх двох способах інтенсивність охолодження залежить не тільки від площі поверхні охолодження корпусу редуктора, тому застосовувати вищенаведені формули для теплового розрахунку не можна.

Питання для самоперевірки.

1. За якими ознаками класифікують черв'ячні передачі? Дайте порівняльну характеристику кожної групи.

2. Як визначити передавальне черв'ячної передачі?

3. Чому для черв'ячних передач проводять тепловий розрахунок?

4. Які сили діють в зачепленні черв'ячної пари?

5. Назвіть переваги черв'ячних передач.

6. Чому в зачепленні черв'ячної пари виникає геометричне ковзання?

7. Як впливає число гвинтових ліній черв'яка на роботу передачі?

8. Назвіть способи охолодження черв'ячної передачі.

9. Яка механічна передача називається черв'ячної? Розкажіть про особливості її конструкції.

10. Від чого залежить значення ККД в зачепленні черв'ячної пари?

11. Чому мінімальне число зубів черв'ячного колеса не повинно бути менше 32?

12. Від яких факторів залежить температура масла при роботі черв'ячної передачі?

13. Назвіть недоліки черв'ячних передач.

14. Якими властивостями повинні володіти матеріали черв'ячної пари? Які матеріали найчастіше використовують?

15. Назвіть основні критерії працездатності і розрахунку черв'ячної передачі?

16. Чому максимальне число зубів черв'ячного колеса обмежують?

17. Визначити розрахунковий модуль  циліндричного архимедова черв'яка, якщо діаметр вершин витків  , Коефіцієнт діаметра черв'яка .

 



Попередня   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   Наступна

Для заіеток. | Тема 3.2. Загальні відомості про механічної передачі. | Завдання. | Тема 3.3. Фрикційна передача. | Завдання. | Тема 3.4. пасової передачі | Тема 3.5. зубчасті передачі | Тема 3.9. Ланцюгові передачі. | Тема 3.10. Загальні відомості про деякі механізми. | Тема 3.11. Вали і осі. |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати