Курсовая работа: Расчет червячной передачи

Введение

Червячной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между валами со скрещивающимися осями. Обычно червячная передача состоит из червяка 1 и сопряженного с ним червячного колеса 2. Угол скрещивания осей обычно равен 90°; неортогональные передачи встречаются редко. Червячные передачи относятся к передачам с зацеплением, в которых движение осуществляется по принципу винтовой пары. Поэтому червячные передачи относят к категории зубчато-винтовых.

Обычно ведущее звено червячной передачи – червяк, но существуют механизмы, в которых ведущим звеном является червячное колесо.

Достоинства червячных передач: компактность конструкции и возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой передаче (до U = 300 и более); высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы; малая интенсивность шума и виброактивности; возможность обеспечения самоторможения.

Недостатки червячных передач: значительное геометрическое скольжение в зацеплении и связанные с этим трение, повышенный износ, склонность к заеданию, нагрев передачи и сравнительно низкий КПД (от з = 0,5 до 0,95); необходимость применения для ответственных передач дорогостоящих и дефицитных антифрикционных цветных металлов. Указанные недостатки ограничивают мощность червячных передач (обычно до 60 кВт).

Червячные передачи находят широкое применение, например, в металлорежущих станках, подъемно-транспортном оборудовании, транспортных машинах, а также в приборостроении.

1. Выбор электродвигателя и расчёт привода

1.1 Выбор двигателя

Определим общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

η обш= η ч. η2 п. η м. η ц, где

η ч = 0,83 – КПД червячной передачи (среднее значение), [№1, табл 1.1]

η п = 0,99 – КПД подшипников качения (2 пары), [№1, табл 1.1]

η м = 0,99 – КПД муфты, [№2, с. 346]

η ц = 0,92 – КПД цепной передачи. [№1, табл 1.1]

η обш= 0,83. 0,992. 0,99. 0,92= 0,740920316

Определим требуемую мощность двигателя:

Рдв = Ррм / η обш [№2 с. 113]

Рдв = 7,5 / 0,740920316= 10,1225кВт=10,12 кВт.

Выбираем тип двигателя [№5, табл. 22.4, стр. 38], с учетом Р ном ³ Рдв,

Рном = 10,12 кВт.

Двигатель асинхронный короткозамкнутый трехфазный общепромышленного применения, закрытый, обдуваемый, степень защиты IP54, типа 4A132M2УЗ, с синхронной частотой вращения 3000 об/мин, с мощностью Pдвиг=11кВт, номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг= 2910 об/мин

1.2 Определение общего передаточного числа привода и разбивка его по отдельным передачам

Определение действительных передаточных отношений.

Разбиваем по ступеням.

Принимаем стандартное значение (по таблице 4.2.7 [1])

Передаточное число цепной передачи

Принимаем

1.3 Определение силовых и кинематических параметров привода

Определяем частоты вращения и угловые скорости валов.

Определяем мощность на валах

Определяем вращающие моменты на валах.

Результаты кинематического расчёта

Расчетные параметры	Номера валов
	I	II		III
Передаточное число ступени	Червячная передача U=13		Цепная передача U=2,02
Мощность Р, кВт	10,2	8,23		7,5
Обороты n, об/мин	2910	232,8		116,4
Момент Т, кН×м	36,92	342,67		627,53

2. Расчет червячной передачи

2.1 Выбор материалов червяка и червячного колеса

Для изготовления червяков применяют углеродистые и легированные стали. Выбор марки стали зависит от назначаемой термообработки червяка и его габаритов. Материалы, применяемые для червячных колёс, по убыванию их антизадирных и антифрикционных свойств можно разделить на три группы: группа I – высокооловянистые (10¸12%) бронзы, группа II – безоловянистые бронзы и латуни, группа III – мягкие серые чугуны. Ожидаемое значение скорости скольжения при выборе материалов I и II групп определяют по зависимости:

, м/с

где n1 – число оборотов червяка, об/минимальный; Т2 – крутящий момент на валу червячного колеса, Н´м.

=4,97 м/с

По таблице 4.2.16 из [1] с учетом V`s выбираем II группы материал венца червячного колеса: БР010Н1Ф1, отливка центробежная.

Механические характеристики материалов червячной передачи

Элемент передачи	Марка материала	Способ отливки	sв	sτ
Элемент передачи	Марка материала	Способ отливки	H/мм2
Червяк	сталь 45 с закалкой менее 350 HB и последующим шлифованием	-	570	290
Колесо	БрО10Н1Ф1	отливка центробежная	285	165

2.2 Определение допускаемых напряжений при расчёте на выносливость

В червячной паре менее прочным элементом является червячное колесо, прочность зубьев которого определяет их контактную выносливость и износостойкость. Критерием этой прочности является контактное напряжение. Витки червяка, изготовленного из стали, значительно прочнее бронзовых или чугунных зубьев колеса, поэтому витки червяка на прочность не рассчитывают.

Находим циклическую долговечность передачи

или NΣ = 573ω2Lh,

где п2 – частота вращения колеса, мин-1;

– угловая скорость колеса, с-1;

Lh – ресурс редуктора, ч.

NΣ = 573.24,379.7500=104768752,5

Определяют допускаемые контактные напряжения (МПа) для зубьев колес, изготовленных из оловянистых бронз, из условия обеспечения контактной выносливости материала:

σHP = σHlimZN,

где – предел контактной выносливости поверхностей зубьев, определяемый по табл. 5.1 в зависимости от материала, способа отливки и твердости поверхности витков червяка;

ZN – коэффициент долговечности:

ZN = .

Значение ZN не должно превышать 1,15 для безоловянных бронз и латуней. Условие выполняется.

Для оловянистых бронз предельное значение напряжений определяют из выражения:

σHP = 260.0,745=193,7

Задаются предварительным значением коэффициента расчетной нагрузки Кн= 1,1–1,4. Меньшие значения принимают для передач при постоянной нагрузке, большие – для высокоскоростных передач и переменной нагрузки.

2.3 Определение допускаемых изгибающих напряжений [s]F, Н/мм2.

[s]F = KFL*(0,08* sв +0,25*sτ),

где KFL – коэффициент долговечности,

где N – число циклов нагружения зубьев червячного колеса

KFL =.

[s]F =0,596. (0,08.285+0,25.165)=38,1 Н/мм2

Значения [s]Нmax и [s]Fmax для II группы материала:

[s]Нmax = 2.sт=2.165=330 МПа

[s]Fmax = 0,8.sв=0,8.285=228 МПа

2.4 Выбор числа заходов червяка и числа зубьев колеса

Число заходов червяка z1 рекомендуется принимать в зависимости от передаточного числа, найденного при разбивке по ступеням.

При этом z2min³26, z2max£125.

Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 12,5 принимаем Z1 = 4.

Число зубьев червячного колеса

Z2 = Z1.U = 4.12,5 = 50

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10;

2.5 Определение межосевого расстояния

Расчётное значение межосевого расстояния находится по формуле:

где Т2 – момент на валу червячного колеса, Н´м;

[s]Н – допускаемые контактные напряжения;

К' – ориентировочное значение коэффициента нагрузки (4.4 [3]).

где К'v – скоростной коэффициент, который для предварительных расчётов при переменной нагрузке принимается равным единице K'v=1;

К'b – коэффициент концентрации нагрузки:

Значения начального коэффициента концентрации нагрузки Ко1b при постоянной нагрузке Ко1b=1. (4.4 [3])

Значения начального коэффициента концентрации нагрузки Ко1b при постоянной нагрузке Ко1b=1,1.

, мм

При крупносерийном и массовом производстве редукторов, а также для стандартных редукторов полученное значение аw округляем до ближайших величин из табл. по ГОСТ 2144–76.

Принимаем аw=140 мм.

Предварительное значение модуля

Значение модуля согласуется по рекомендации ГОСТ 2144–76 с целью уменьшения номенклатуры зуборезного инструмента (табл. 4.2.17 [1]). Принимаем m = 4,0.

2.6 Коэффициент диаметра червяка

Расчётное значение q округляется до ближайшего в соответствии с модулем m = 6,0 принимаем q=20.

Коэффициент смещения

Условие -1£х£1 выполняется. При необходимости уменьшения q следует учитывать, что из условия жёсткости вала червяка

qmin=0,212.z2=0,212.50=10,6.

С уменьшением q увеличивается угол подъёма витков червяка и, следовательно, КПД передачи.

2.7 Углы подъёма витка червяка

Делительный угол подъёма витка:

(град)

2.8 Уточнение коэффициента нагрузки

где Кv – скоростной коэффициент, принимают в зависимости от окружной скорости червячного колеса:

, м/с

при v2<3 м/с Кv=1 независимо от степени точности передачи,

Кb – коэффициент концентрации нагрузки:

где q – коэффициент деформации червяка (см. табл. 7.7), в зависимости от q и Z1, равный q=108; Х – коэффициент, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубьев червячного колеса и витков червяка,