Проектирование привода с червячной передачей.

Редуктор

Понятие редуктор известно в узких кругах специалистов. Однако для широких масс это определение является не более чем звучным словом.

Между тем редукторы сегодня активно применяются в самых различных сферах, обеспечивая работу отдельных механизмов, как на суше, так на воде и в воздухе. Наиболее распространение редукторы приобрели во всех сферах тяжелой и автомобильной промышленности, в частности, при серийном изготовлении составляющих механизмов для отдельных моделей машин.

Согласно общему определению, редуктор – это механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более механическими передачами. Используется данная система для погашения угловых скоростей ведущих валов в целях повышения крутящего момента. Редукторы обеспечивают постоянное передаточное число (передаточное отношение - отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни). Передаточные числа стандартных редукторов от 1 до 400, большие применяются редко. При малых передаточных числах применяют одноступенчатые редукторы с передаточными числами до 10, чаще всего – до 3,67.

В настоящее время активно применяются редукторы червячного, цепного и зубчатого типа. Также нередко можно встретить системы со смешанным типом передачи, именуемые комбинированными приводами. С их помощью, может запросто функционировать битумная станция и прочие высокомощные механизмы.

Типы редукторов:

Широкое разнообразие сфер применения редукторных систем привело к необходимости разработки их отдельных схем. Прежде всего редукторы классифицируются по типам механических передач: Ц - цилиндрические, К - конические, Ч - червячные, КЦ – коническо-цилиндрические, ЧЦ – червячно-цилиндрические и тд.

Также редукторы можно классифицировать по типу корпусов, по способу охлаждения, по типам используемых подшипников, по скоростям вращения, передаточному числу; передаваемой, преобразуемой, распределяемой мощности.

Основные параметры редукторов:

Основными параметрами редукторов являются тип, типоразмер, исполнение и передаточное число. Основной энергетической характеристикой редуктора является момент на выходном валу.

 

Проектирование привода с червячной передачей.

Исходные данные:

 

Тяговое усилие ленты конвейера F=3,2кН

Скорость ленты конвейера ν=0,9 м/с

Диаметр барабана D=420 мм

Время работы редуктора t_сут=8часов

Время работы редуктора в году =260дней

Срок службы привода L=7 лет

Допускаемое отклонение скорости ленты % 5-6

Ширина ленты В=400 мм

 

1. Расчет электродвигателя и кинематический расчет:

 

По табличным значениям выбираем значение КПД:

η_общ=η_м²*η_ч.п.*η_пп³=0,98²*0,8*0,99³=0,7, где:

η_м – КПД муфт (0,98)

η_ч.п. – КПД червячной передачи (0,8)

η_пп – КПД пары подшипников (0,99)

Угловая скорость барабана:

ω_б = 2Vл/D_б=1,8/4,2=0,4рад/c

Частота вращения барабана:

n_вых=30ω_б./ π= 12,9/3,14=4,11 об/мин

 

Мощность на валу барабана:

Р_бараб.=FлVл=3,2*0.9=2.8кВт

 

Требуемая мощность ЭД:

 

Р_треб.=Р_бараб./η_общ=2,8/0,7=3,8кВтР_п

 

По полученным данным подбираем ЭД:

По требуемой мощности Р_треб.=3,8кВт с учетом возможностей привода, состоящего изцилиндрического редуктора и червячной передачи, выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обдуваемый с синхронной частотой вращения 2850 об/мин АИР 100 S2 УЗ, с параметрами Р_дв=4 кВт и скольжением (s) 2,6%. Номинальная частота вращения n_дв=2850-26=2824 об/мин, а угловая скорость ω_дв= π n_дв/30=3,14*2824 /30=295,6 рад/с.

Что означает:

А- род двигателя - асинхронный

100 - высота оси вращения (мм)

S - установочный размер по длине станины

2 - число полюсов

УЗ- электродвигатель предназначен для эксплуатации в зоне умеренного климата

 

 

АИР 100S4- 1410

АИР 112M36- 950

АИР 132S8- 716

 

U_общ1=u_ред.=n_двиг./n_вых.=2850/4,1=695,1⇒800

U_обш2=u_ред.=n_двиг/ n_вых.=1410/4,1=343,9⇒400

U_обш3=u_ред.=n_двиг/ n_вых.=950/4,1=231,7⇒250

U_общ4=u_ред.=n_двиг/ n_вых.=716/4,1=174,6⇒200

 

Частота вращения быстроходн.=n₁=1860 об/мин

Частота вращения тихоходн.=n₂=n₁/u_ред=1860/400=4,65 об/мин

 

Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и приводного барабана:

 

Мощность на валах:

Быстроходном: Р₁=Р_двиг*η_муфты*η_подш.=4*0,98*0,99=3,9 кВт

 

Тихоходном: Р₂=Р_двиг*η_муфты*η²_подш.*η_ч.п.=4*0,98*0,99²*0,75=2,9 кВт

 

Вращающие моменты:

М_вых= 60*V/ = ω_б * 30 / = 30* 0,43 / 3,14 = 4,1 Нм

 

На валу шестерни:

Т₁=9550(Р₁/n₁)=9550(3,9/1860)=20,02 Н*мм

 

На валу колеса:

T₂=9550(Р₂/n₂)=9550(2,9/4,65)=5955,9 Н*мм

2. Выбор материала и расчет зубчатых колес редуктора.

Выбираем число заходов червяка z₁ и определяют число зубьев колеса z₂=z₁u.

При выборе числа заходов червяка можно руководствоваться слудющими рекомендациями:

z₁=4 при u=8…12,5; z₁=2 при u=16…25; z₁=1 при u=31,5…80

т.к. u=17,4, выбираем z₁=26

z₂=26*17,4=452,4

Коэффициент диаметра червяка берется из стандартного ряда

z₁=26; z₂=452,4; u=17,4; q=40

Скорость скольжения [м/с]V_c=4,*10^-4*n₁³√T₂

V_c=4,5*10^-4*1860³√ 5955,9 =4,*10^-4*1860*8,7=22,3 м/с

(оловянистая бронза ОФ10-1 для колеса, оловянисто-никеливая бронза ОНФ для червяка)

σ _НО=186 Мпа

σ_Н=[ σ _НО]К_рнК_рн=0,67

σ_Н=186*0,67=124,62

К_н= 1,15…1,4 (Принять 1,2)

 

Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев:

197,4 мм

 

Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 по первому ряду

а_w=200мм

 

Нормальный модуль зацепления примем по следующей рекомендации:

m_n=2а_w /z₂+q=2*197,4/(452,4+40)= 40.8 мм

 

Принимаем по ГОСТ 9563-60 m_n=36 мм

 

 

Основные размеры шестерни и колеса:

 

Диаметры делительные:

d₁=qm=40*8,4=324 мм

d₂=mz₂=8,4*452,4=380,1 мм

 

Диаметры вершин зубьев:

d_a1=d₁+2m=324+16,2=340,2 мм

d_a2=d₂+2m=380,1+16,2=396.3 мм

Диаметры впадин:

d_f1=d₁-2,4m=324-19,4=304,6мм

d_f2=d₂-2,4m=380,1-(2,4*8,4)=359,9 мм

 

ширина колеса:

b₂=0,75d_a1=255,15 мм

 

ширина шестерни:

b1≥(11+0,06*z₂)=38,1 мм

 

Окружная сила на червячном колесе равна осевой силе на червяке:

F_t2=F_a1=2T₂ /d₂=2*5955,9 /380,1=31,3 H

Окружная сила на червяке равная осевой силе на колесе:

 

F_t1=F_a2=2T₁ /d₁=2*20,02 /324=0,12H

Радиальные силы на колесе червяка:

F_r2=F_r1= F_r2*tgα =5531*0,4=2655H

параметр	червяк	колесо
dдел	324	380,1
dверш	340,2	396,3
dвпад	304,6	359,9
b1	333,6	-
b2	-	255,15
z	26	452,4

 

Окружная скорость колеса и червяка:

V₁= = =164,4 м/с

V₂=V₁/ cos ɣ =164,4/0,9=182,7 м/с

При такой скорости для косозубых колес следует принять 5-ю степень точности, так как окружная скорость от 160 до 185 м/с

 

K_β=1+ =150,3; где х=0,6;

Коэффициент нагрузки:

K_H=Kβ* K_v, где:

K_β=1,05

K_v=1,1

K_H=1,16

 

Коэффициент смещения инструмента:

 

Х=a_w /m-0,5*(q+z₂)=200/8,4-0,5*(40+452,4)=222,4

 

Производим проверку контактных напряжений:

σ_H= = =25,9 * 0,002 * 6849.3 = 354,8 МПа

 

Cилы, действующие в зацеплении:

 

Окружная и осевая:

 

F_t2=F_a1=31,3 кН;

F_t1=F_a2=0,12кН

радиальная:

 

F_r=0,93кH

Вращающий момент:

Т₂= 5955,9 кН*мм

d₂=380,1 мм, b₂=255,15 мм

 

Списоклитературы

 

1)Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М., Ицкович Г.М.

«Курсовое проектирование деталей машин» 2011г.

 

2)Дунаев П.Ф., Леликов О.П.

«Детали машин курсовое проектирование » 1984г.

 

3) Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А.

«Детали машин» 2004г.

 

4) Олофинская В.П.

«Детали машин» 2010г.

 

5) Лаврова Е.В., Чернилевская Д.В.

«Техническая механика. Контрольные задания» 1980г.

 

6) Куклин Н.Г., Куклина Г.С.

«Детали машин» 1979г.