Проектирование червячной передачи с разработкой методики преподавания в техникумах

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕ

Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения

между валами. Червячные передачи применяют в случаях , когда

геометрические оси ведущего и ведомого валов прекрещиваются. В большинстве

случаев ведущим является червяк т.е.короткий винт с трапецендальной

или близкой к ней резьбой.

Для облегчения тела червяка вещи червячного колеса имеет зубья

дугообразная формы, что увеличивает длину контактных линий в зоне

зацепления.

По форме червяка различают передачи с цилиндрическими и с

глобоидными (вогнутыми) червяками. Первые в свою очередь , подразделяются

на передачи с архимедовыми, конволютными и эвольвентными червяками.

Червячные передачи выполняют в виде редукторов , реже -открытыми.

Основные достоинства червячной передачи, обусловивщие ее широкое

распространение в различных областях машиностроения:

1) Плавность и безшумность работы

2) Возможность получения больших передаточных отношений при

сравнительно небольших габаритах передачи. Червячные передачи

применяются с придаточными отношениями от u=5 до u=500 . Диапазон

передаточных отношений, применяемых в силовых передачах, u= 10-

80(в редких случаях до 120).

3) Компактность и сравнительно небольшая масса конструкции.

4) Возможность выполнения передачи, обладающей свойством самоторможения.

Это свойство заключается в том, что движение может передаваться только

от червяка к червячному колесу, что очень важно в грузоподъемных

устройствах, так как позволяет обходяться без тормоза при выключении

приводного двигателя.

5) Высокая кинематическая точность

Недостатки червячной передачи:

1) Сравнительно низкий к.п.д. вследствии скольжения витков червяка по

зубьям колеса.

2) Значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом. Для

уменьшения нагрева в червячной передаче применяют масленные

резервуары с ребристыми стенками с целью более интенсивной

теплоотдачи в окружающий воздух, обдув корпуса и другие способы

охлаждения.

3) Ограниченная возможность передачи значительных мощностей, обычно до 50

кВт.

4) Необходимость применения для венцов червячных колес дефицитных

антифрикционных материалов.

5) Повышенное изнашивание и склонность к золданию.

Применение червячных передач.

Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях,

обычно не превышающих 100 Квт. Применение передач при больших мощностях

неэкономично из-за сравнительно низкого к.п.д. и требует специальных мер

для охлаждения передачи во избежание сильного нагрева.

Червячные передачи широко применяют в подъемно -транспортных

машинах, троллейбусах и особенно там, где требуется высокая

кинематическая точность, (делительные устройства станков, механизмы

наводки и т.д.).

Червячные передачи во избежание их перегрева предпочтительно

использовать в приводах периодического ( а не непрерывного) действия.

Червячные передачи разлигают по числу витков (заходов) червяка-

одно, двух, трех- и многозаходные; по расположению вала червяка

относительно червячного колеса с верхним, нижним и боковым расположениями.

2. ПОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯНОГО РЕДУКТОРА

Задание на проектирование

Спроектировать одноступенчатый червячный редуктор с нижним расположением

червяка для привода к винтовому конвейеру (рис.2.1.)

Рис. Привод винтового конвейера с червячным редуктором:

1-электродвигатель; 2-муфта; 3-червяк; 4-червячное колесо; 5-муфта; 6-

головая стойка конвейера; 7-лелоб конвейера; 8-разгрузочный патрубок;

А-вал электродвигателя и 1-й вар редуктора; В-вал конвейера и 2-й вал

редуктора.

Мощность , необходимая для работы конвейера , Рк=5кВт; частота

( Пк 3,14( 80

вращения вала конвейера Пк= ----------= ------------- =8,37 рад/с

30

30

Редуктор нереверсивный , предназначен для длительной эксплуатации;

валы установлены на подшипинках качения.

1. Выбор электродвигателя и климатический расчет

Примем предварительно КПД червячного редуктора с учетом пояснений к

формулам (4.14.[11]) ((0,8

Требуемая мощность электродвигателя

[pic]

По таблице П1 приложения [11] по требуемой мощности Ртр=6,25 кВт

выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4 А закрытый

обдуваемый синхронной частотой вращения 1500 об/мин 4А112 М4УЗ, с

параметрами мощности двигателя Пдв=5,5кВт и скольжении 3,7%. Номинальная

частота вращения Пдв=1500-0,037х1500=444 об/мин, угловая скорость

[pic]

По таблице П2 [11]

диаметр выходного конца вала ротора dдв=32 мм.

Передаточное число (равное передаточному отношению )

(равное передаточному отношению)

[pic]

2. Расчет редуктора

Число витков червяка Z, принимаем в зависимости от передаточного

числа: при u=18?05 принимаем z1=2 (ст.с.55 [11])

Число зубьев червячного колеса

Z2=Z, U=2х18,05=36,1

Принимаем стандартное значение Z2/Z1=40/2

Выбираем материал червяка и венца червяного колеса. Принимаем для

червяка сталь 45 с закальной до твердости не менее MRC 45 и последующим

шлифованием.

Так как к редуктору не предъявляются специальные требования, то в

целях экономии принимаем для веща червяного колеса брощу Бр А9ЖЗЛ (отливка

в песчанную форму).

Предварительно примем скорость скольжения в зацеплении (s(5м/с Тогда

при длительной работе допускаемое контактное напряжение

[Th]=155Мпа(табл.49[11]). Допускаемое напряжение изгиба для

нереверсивной работы [(ок]=КFL[(ок]’. В этой формуле КFL=0,543 при

длительной работе, когда число циклов напряжения зуба N( > 25(107;

[(ок]’=98Мпа- по табл. 4,8 [11];

[(ок] =0,543(98=53,3Мпа

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10.

Вращающий момент на валу червячного колеса

[pic]

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К=1,2

Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости

(формула (4.19) [11]

[pic]

Модуль

m=2aw/z2+q=2[190/40+10=7,6

Принимаем по ГОСТ 2144-76 (табл. 4.2.[11]) стандартные значимые m=8 мм и

q=10.

Межосевое расстояние при стандартных значимых при стандартных значимых m

и q

aw=m(q+z2)/2=8(10+40)/2=200 мм

Основные размеры червяка:

делительный диаметр червяка:

d1=qm=10x8=80мм

диаметр вершин витков червяка:

df1=d1-2,4m=80-2,4x8=60,8

длина нарезанной части шлифованного червяка (формула (4.7.[11]

b1((11+0,06z2)m+25=(11+0,06x40)8+25 132,2 мм

принимаем в1=132 мм

делительный угол подъема витка ( (по таблице 4.3. [11]): при z1=2 и q=10

(=11019’.

Основные размеры венца червячного колеса:

делительный диаметр червячного колеса

d2=z2m=40x8=320мм

диаметр впадин зубьев червячного колеса

df2=d2-2,4 m=320-2,4x8=300,8 мм

наибольший диаметр червячного колеса

daM2(da2+6m/z1+2=336+6x8/22+2=348 мм

ширина венца червячного колеса (формула (4.12.)[11]

b2(0,75da1=0,75x96=72мм

окружная скорость червяка

V1=(Gn1/60=3,14x80x10-3x1444/60=6,06 м/с

Скорость скольжения

V3=V1/cos(=6,06/cos 11019’=6,15 м/с

при этой скорости [Гн](149Мпа (табл. 4.9. [11])

Отклонение 155-149/149х100%=4%

к тому же межосевое расстояние по расчету было получено aw=190 мм, а после

выравнивание m и q по стандарту было увеличено до aw=200 мм, т.е. на 5%, и

пересчет aw (по формуле 4.19. [11]) делать не надо, необходимо лишь

проверить Гн. Для этого уточнения КПД редуктора (формула (4.14)[11]):

При скорости Vs=6,15 приведенный коэффициент трения для безоловянной

бронзы и шлифованного червяка (табл. 44[11]) f’=0,020х1,5=0,03 и

приведенный угол трения р’=1043’.

КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызчивание и

перемешивания масла

[pic]

По таблице 4.7[11] выбираем 7-ю степень точности передачи. В этом случае

коэффициент динамичности Кv=1,1

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки (формула (4.26)

[11]) :[pic]

где коэффициент деформации червяка при q=10 и z=2 по таблице 4.6. [11] (=86

Примем вспомогательный коэффициент х=0,6 ( незначительные

колебания нагрузки, с.65 [11])

[pic]

Коэффициент нагрузки

[pic]

Проверяем контактное напряжение (формула (4.23)[11]):

[pic]

Результат расчета следует признать удовлетворительный , так как

расчетное напряжение ниже допускаемого на 8% (разрешается на 15%).

Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев

[pic]

Коэффициенты формы зуба по таблице 4.5. [11] YF=2,24

Напряжение изгиба (формула 4.24.) [11]

[pic]

что значительно меньше вычисленного выше [(OF]=53,3 Мпа

3. Предварительный расчет валов редуктора и конструирование червяка и

червячного колеса

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

водяного (вал червячного колеса)

Тк2=Т2=597(103Нмм;

ведущего (червяк)

[pic]

Витки червяка выполнены за одно целое с валом (рис.22.)

Рис.2.2. Червяк

Диаметр выходного конца ведущего вала по расчету на кругление при

[(K]=25МПа

[pic]

Но для соединения его с валом электродвигателя примем dB1=dдв=32мм;

диаметр подшипниковых шеек dП1=45мм. Параметры нерезанной части

:df1=60,8мм ; d1=80мм; и da1=96 мм. Для выхода режущего инструмента при

нарезании витков рекомендуется участки вала, прилегающие к нарезке,

протачивать до диаметра меньше df1

Длина нарезанной части b1=132мм.

Расстояние между опорами червяка примем [pic]

Расстояние от середины выходного конца до ближайшей опоры f1=90мм.

Ведомый вал (рис.2.3.)

Диаметр выходного конца

[pic]

Принимаем dB2=48мм

Диаметры подшипниковых шеек dn2=55мм, диаметр вала в месте посадки

червячного колеса dk2=60мм

Диаметр ступицы червячного колеса dcm2=(1,6:1,8)dk2=(1,6:1,8)60=96:108

Принимаем dcm2=100мм

Длина ступицы червячного колеса

[pic]

рис.2.3. Расчетная схема вала червячного колеса

4. Конструктивные размеры корпуса редуктора (см.рис.10.17,10.18 и

табл.10.2 и 10.3 [11])

Толщина стенок корпуса и крышки: (=0,04а+2=0,04(200+2=10,00мм,

принимаем (=10мм;(

(1=0,032к+2=0,032(200+2=8,64мм, принимаем (1=10мм

Толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки

в=в1=1,5(=1,5(10=15мм

Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек

р1=1,5(=1,5(10=15мм;

р2=(2,25:2,75) (=(2,25:2,75)10=22,5:27,5

принимаем р2=25мм.

Диаметры болтов:

фундаментальныхd1=(0,003:0,036)a +12=(0,03:0,036)200+12=18:19,2мм

принимаем болты с резьбой М20: диаметры болтов d2=16мм и d3=12мм

2.5. Проверка долговечности подшипников

Силы в зацеплении (рис.2.4.):

окружная сила на червячном колесе, равная осевой силе на червяк,

[pic]

рис.2.4. Силы в червячном зацеплении и опорные реакции

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе,

FT1=Fa2=2T1/d1=(2(36,5(103)/80=912Н;

При отсутствии специальных требований червяк должен иметь правое

направление витков.

Радиальная сила на колесе и червяка

F22=F21=Ft2tg( =3737(tg200=1360Н

Направление сил представлены на рис . ; опоры , воспринимающие

внешние осевые силы, обозначим цифрами «2» и «4».

Расстояние между опорами [pic] диаметр d1=80мм.

Реакции опор (правую опору , воспринимающую внешнюю осевую силу Fa1,

обозначим цифрой «2»): в плоскости xz

Rx1=Rx2=Ft1/2=912/2=456Н.

В плоскости yz:

[pic]

Суммарные реакции [pic]

Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных

подшипников по формуле (9,9)[11]

[pic]

где для подшипников шариковых радиально-упорных с углом (=260

коэффициент осевого нагружения е=0,68 (табл.9.18[11].

Осевые нагрузки подшипников (табл.9.21). В нашем случае S1S4-S3; тогда Pa3=S3=657H

Pa4=S3+Fa=657+912=1569H

Для правого ( с индексом “3”) подшипника отношение Ра3/P23

=657/1930=0,34e коэффициенты Х=0,4 и Y=1,459 (cм. табл.9.18

и П700)=4342u=4,34кU

Расчетная долговечность по формуле (9.1)[11], млн.об.

[pic]

где С=65(с.375[11])

Расчетная долговечность , ч [pic]ч

где n=80 об/мин-частота вращения вала червячного колеса.

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

Зубья червячного колеса являются расчетным элементом зацепления, так

как они имеют меньшую поверхностную и общую прочность, чем витки червяка.

Зубья червячных колес рассчитывают на контактную выносливость и на

выносливость при изгибе ; расчет на контактную выносливость должен

обеспечить не только отсутствие выкрашивания рабочих поверхностей зубъев,

но и задирале рабочих поверхностей зубьев.

3.1. Расчет на контактную выносливость

Расчет ведут как проектировочный, проектировочный , определяя

требуемое межосевое расстояние по формуле (4.19[11]):

[pic][pic][pic]

где Z2-число зубьев червячного колеса=40; q-коэффициент диаметра

червяка=10 по ГОСТ 2144-76 (табл.4.2.[11]); Т2-вращающий момент на валу

червячного колеса=597(103Нмм (с.23); к-коэффициент нагрузки=1,2

Тогда

[pic]

После определения аW cледует найти модуль зацепления из

соотношения

[pic]

Полученное значение модуля округляют до ближайшего (табл.4.2. [11]).

Округление модуля повлечет за собой изменение межосевого расстояния.

Принимаем модуль зацпления m=8 мм.

После выбора стандартных значений m и q получали межосевые

расстояние

[pic]

При стальном червяка и червячном колесе, изготовленном из чугуна или

имеющим бронзовый венец, допускаемое напряжение равно:

[pic]

где (Н и [(Н] - в Мпа; аW- в мм; Т2- в Н.мм

[pic]

где [(H]=149МПа

3.2. Расчет на выносливость при изгибе

Расчет зубьев червячного колеса на выносливость по напряжением

изгиба выполняют по формуле:

[pic]

где YF- коэффициент формы зуба по таблице 4,5[11] =2,24; (F-расчетное

напряжение изгиба;Т2К-расчетный момент на валу червячного колеса; b2-ширина

венца колеса=72vv (cм. с.25).

В связи с этим санитарные нормы устанавливают допустимую

температуру кабинета ( не ниже 16-200С).

Воздух кабинета загрязняется пылью. К учебным помещением

предъявляются определенные санитарно-гигиенические требования.

В кабинете деталей машин должна ежедневно проводиться влажная

уборка . Необходимо систематически вытирать пыль с парт, шкафов ,

подоконников, имеющихся моделей , механизмов, стендов. Преподаватель

должен заботиться о притоке свежего воздуха в кабинет.

[pic]

что значительно ниже допускаемого [(F]=53,3МПа[pic]

Сборочный чертеж выполняется в двух проекциях. Желательный масштаб

1:1. Но так как полученные в результате расчета значения не позволяют

выполнить чертеж в масштабе 1:1, то принимается масштаб 1:2.

1. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАБИНЕТУ ДЕТАЛИ МАШИН

1.1. Микроклимат

Большое внимание на самочувствие и работоспособность учащихся

оказывает микроклимат кабинета, который определяется температурой

воздуха., его составом и давлением , относительной влажностью ,

скоростью движения воздушных потоков.

В состав атмосферного воздуха входит азот (78,08%), кислород

(20,95%), углекислый газ (0,003), аргон и другие газы (0,94%).

Кроме того, в состав воздуха входят водяные пары, пыль и другие

примеси.

Самочувствие учащихся зависит от температурного режима. При

повышении температуры окружающего воздуха (свыше 220С) учащиеся быстро

утомляются, расслабляется организм.

В кабинете а также должны быть расстения. Растения имеют не только

эстетическое значение, но и экологическое. Они поглащают углекислый газ и

выделяют кислород.

1.2. Вентиляция

Вентиляция -это регулируемый воздухообмен в помещении. Вентиляцией

называют также устройства , которые создают этот воздухообмен. По

способу перемещение воздуха в кабинете размещают естественную и

механическую вентиляцию. Иногда принимают смешанную вентиляцию.

Естественная вентиляция подразделяется на аэрацию и проветривание.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5