Детали машин. 2

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 

Примем  предварительно КПД червячного редуктора h»0,8.

Требуемая мощность электродвигателя

По требуемой  мощности Р_тр=1,25кВТ выбираем электродвигатель трёхфазный короткозамкнутый серии 4А закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращения 1415 об/мин 4А80В4УЗ, с параметрами Р_дв=1,5кВТ и скольжением 3,7%. Номинальная частота вращения n_дв=1415-0,037×1415=1363 об/мин, угловая скорость   

 рад/с

Диаметр выходного конца вала ротора d_дв=22мм. Передаточное число

 

РАСЧЕТ  РЕДУКТОРА 

    Число витков червяка z₁ принимаем в зависимости от передаточного числа: при i=15, принимаем z₁=2 число зубьев червячного колеса

Принимаем стандартное значение z₂=14

При этом

Отличие от зубчатого    

    По  ГОСТ 2144-76 допустимо отклонение  ≤ 4%. Выбираем материал червяка и  венца червячного колеса. Принимаем  для червяка сталь 45 с закалкой до твёрдости не менее HRC 45 и последующим шлифованием. Для венца червячного колеса принимаем бронзу БрА9Ж3Л.

    Предварительно примем скорость скольжения в зацеплении V₃»5 м/с. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [d_н]=155МПа. Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы [d_ок]=k_pi[d_оF]¢. В этой формуле k_Fi=0,543 при длительной работе, когда число циклов напряжения зуба N_å>25×10⁷, [d_oF]¢=98МПа

    [d_oF]=0,543×98=53,3 МПа

    Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10

    Вращающий момент на валу червячного колеса

    

    Принимаем предварительно коэффициент нагрузки K=1,2. Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости

    

Модуль 

Принимаем по ГОСТ 2144 – 76 стандартные значения m=6 мм и q=9

Межосевое расстояние при стандартных значениях  m и q:

Основные  размеры червяка:

• Делительный диаметр червяка: d₁=qm=6×9=54 мм;
• Диаметр вершин витков червяка: d_a1=d₁+2m=54+2×6=66 мм;
• Диаметр впадин витков червяка: d_f=d₁-2.4m=54-2.4×6=40.6 мм;
• Длина нарезной части шлифованного червяка:

b₁³(11+0.06z₂)m+25=(11+0.06×14)×6+25=96.04 мм, принимаем b₁=96 мм

• Делительный угол подъема витка при z₁=2 и q=9, g=11°19¢

Основные  размеры венца червячного колеса:

• Делительный диаметр червячного колеса: d₂=z₂m=14×9=126 мм
• Диаметр вершин зубьев: d_a2=d₂+2m=126+2×9=144 мм
• Диаметр впадин зубьев: d_f2=d₂-2,4m=126+2,4×9=147,6 мм
• Наибольший диаметр червячного колеса:

d_aM2≤d_a2+ мм

• Ширина венца червячного колеса: b₂≤0,75d_a1=0,75×66=49,5 мм
• Окружная скорость червяка:
• Скорость скольжения:

    При этой скорости [d_н]»140 МПа отклонение

    КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивания масла

    Выбираем 7-ю степень точности передачи. В  этом случае коэффициент динамичности К^’_V=1,1.

    Коэффициент неравномерности распределения  нагрузки:

    

Где коэффициент  деформации червяка при q=9 и Z₁=2, q=86. Примем вспомогательный коэффициент Х=0,6.

Коэффициент нагрузки k=k_b×k_V=0.4×1.1=0.44

Проверяем контактное напряжение:

=30.7МПа<[s_н]

Результат расчета следует признать удовлетворительным, т.к. расчетное напряжение ниже допускаемого на 13,4% (разрешается до 15%). 
 

ПРОВЕРКА  ПРОЧНОСТИ ЗУБА ЧЕРВЯЧНОГО КОЛЕСА НА ИЗГИБ 

    Эквивалентное число зубьев:

    Коэффициент формы зуба Y_F=2.24

    Напряжение  изгиба: , что значительно меньше вычисленного выше [s_OF]=53,3МПа 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЧЕРВЯКА И ЧЕРВЯЧНОГО КОЛЕСА 

    Крутящие  моменты в поперечных сечениях валов: ведомого (вал червячного колеса)

     ;

    Ведущего (червяк):

Витки червяка выполнены за одно целое  с валом.

Диаметр выходного конца ведущего вала по расчету на кручение при [t_к]=25МПа

    Но для соединения его с валом электродвигателя примем d_в1=d_дв= 32 мм; диаметры подшипниковых шеек d_п1=45 мм. Параметры нарезанной части: d_f1= 60,8 мм; d₁= 80 мм и d₁=96 мм. Для выхода режущего инструмента при нарезании витков рекомендуется участки вала, прилегающие к нарезке, протачивать до диаметра меньше <  d_f1.

Длина нарезанной части b_t= 132 мм.

Расстояние между опорами червяка примем l_t=d_m1= 340 мм;

расстояние от середины выходного конца до ближайшей опоры f₁ = 90 мм. Ведомый вал

Принимаем   48 мм.

   Диаметры подшипниковых шеек 55 мм, диаметр вала в месте посадки червячного колеса ⁼60 мм.

Диаметр ступицы червячного колеса диаметр выходного конца

 d_ст= (1,6¸ 1,8)d_k2 = (1,6¸1,8) ×60 = (96-108) мм.

 Принимаем d_ст ⁼ 100 мм. Длина ступицы червячного колеса

l_cт = (1,2¸1,8) ×60 = (72 108) мм.

Принимаем  90 мм. 

КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ КОРПУСА РЕДУКТОРА 

Толщина стенок корпуса и крышки

d=0,04а_w +2=0,04- 196 + 2 = 7,85 + 2 = 9,85 мм,

Принимаем d = 10 мм;

d₁=0.032а+ 2 =0,032-196 + 2 = 6,26 + 2 = 8,26 мм,

Принимаем d₁ =10 мм.

Толщина фланцев (поясков) корпуса и крышки b₁=b=1,5d = 1,5×10= 15 мм.

    Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек

    r₁= 1.5d=1,5×10= 15 мм;

r₂=(2,25¸2.75)d = (2,25¸2,75) ×10 =22,5-27,5 мм, принимаем r₂⁼25 мм.

Вал червяка

    Расстояние между опорами l₁= 340 мм.

     Диаметр d1=80 мм.

   Реакции опор (правую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу)

в плоскости X_z:

в плоскости Y_z:

 

 

   Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных подшипников по формуле:

   

     

где для подшипников шариковых радиально-упорных с углом α = 26° коэффициент осевого нагружения l=0,68  
 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕДУКТОРА

   Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности A~0,73 м² (здесь учитывалась также площадь днища, потому что конструкция опорных лап обеспечивает циркуляцию воздуха около днища).

условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе

 

где P_ч⁼ 5 кВт = 5000 Вт — требуемая для работы мощность на червяке.

   Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляции воздуха и принимаем коэффициент теплопередачи k_t= 17Вт/(м²°С). Тогда

 

Допускаемый перепад температур при нижнем червяке [Δt]= 60°.

   Для уменьшения Δt следует соответственно увеличить теплоотдающую поверхность пропорционально отношению Δt/[Δt]=72,5/60, сделав корпус ребристым. 

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 

Проверочный расчет на смятие производят так же, как и в предыдущих примерах.

   Здесь приведем проверку прочности лишь одного соединения, передающего вращающий момент от вала червячного колеса к муфте.

   Диаметр вала в этом месте d_вд = 48 мм. Сечение и длина шпонки b× h × l= 14×9× 80 мм, глубина паза t₁ = 5,5 мм. Момент      T_k2=T₂= 517-10³ Нмм. 

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

   Червячный вал проверять на прочность не следует, так как размеры его поперечных сечений, принятые при конструировании после расчета геометрических характеристик {d_x~ 80 мм, d_a1 = 96 мм и d_f1⁼ 60,8 мм), значительно превосходят те, которые могли быть получены расчетом на кручение.

    Проверим стрелу прогиба червяка (расчет на жесткость). 

Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка

Стрела прогиба

      
         Допускаемый прогиб

    Таким образом жесткость обеспечена, так как f= 0,0062 мм<[f];. Определение коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала червячного колеса cледует проводить аналогично тому, как это выполнено для ведущего вала косозубого цилиндрического редуктора.

    В данном примере запасы прочности больше [n] так как диаметры участков вала, выбранные по условиям монтажа, превышают расчетные. 

СБОРКА РЕДУКТОРА 

    Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячный вал надевают крыльчатки и шариковые 250 радиально-упорные подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80—100° С. Собранный червячный вал вставляют в корпус.

    К начале сборки вала червячного колеса закладывают шпонку II напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основание корпуса и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты.

    Закладывают в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.

    Ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с отдушиной.

    Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде в соответствии с техническими условиями. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Чернявской С.А., Курсовое проектирование деталей машин / С.А Чернавский, К.Н Боков и др.-М.Мяшиностроение-1979г.