Пустынцев,Петров Расчет червячных передач (Пустынцев, Петров Расчет червячных передач)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ“ МАМИ”Кафедра “ Детали машин и ПТУ”ПУСТЫНЦЕВ Е.НПЕТРОВ М.С.Одобрено методическойкомиссией пообщепрофессиональнымдисциплинамРАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНЫХЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧМетодические указания к курсовому проектированию для студентоввсех специальностейМОСКВА 2006-2-УДК : 621,867-83ПУСТЫНЦЕВ Е.НПетров М.С.Расчёт червячных цилиндрических передач.Методические указания к курсовому проектированию длястудентов всех специальностей – М.: МГТУ «МАМИ», 2006.

–33 с.Внастоящихметодическихуказанияхприведенытеоретические основы расчётов, нормативные данные иметодические рекомендации по проектированию, а так жеметодикарасчётачервячныхцилиндрическихпередачархимедовым и эвольвентным червяками.Методические указания предназначены для студентов всех специальностейМГТУ «МАМИ» при выполнении проектов, связанных с проектированиемчервячных передач.© Московский Государственный Технический Университет «МАМИ» 2006 г.-3-СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………. 41 ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗАКРЫТОЙ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ… 52 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ НА УСТАЛОСТЬ ПРИКОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ……………………………………………………………………………… 213 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗУБЬЕВ КОЛЕСА НА УСТАЛОСТЬПРИ ИЗГИБЕ………………………………………………………………………………………………………… 244 ПРОВЕРКА ТЕЛА ЧЕРВЯКА НА УСТАЛОСТЬИ ЖЕСТКОСТЬ……………………………………………………………………………………………………… 275 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ………… 306 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА ЧЕРВЯЧНОЙПЕРЕДАЧИ ПО НАПРЯЖЕНИЯМ ИЗГИБА В ЗУБЬЯХ КОЛЕСА………… 32ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………… 33-4-ВВЕДЕНИЕЧервячная передача (ЧП) – механизм для передачивращения между перекрещивающимися валами посредствомвинта (червяка) и сопряженного с ним червячного колеса.Достоинствами червячных передач являются:-большой диапазон редуцирования ( передаточное числоодной пары u=8…80, а в некоторых случаях – до u=1000);- большая плавность и малошумность работы;- компактность;- большая кинематическая точность.Недостатки вызваны значительным скольжением взацеплении:- низкий КПД (η=0,65…0,9);- небольшая долговечность;- необходимость применения дорогостоящих антифрикционныхматериалов (одна из мер борьбы с заеданием);- напряженный тепловой режим, часто требующий примененияохлаждающих устройств.Из-за низкого КПД и, как следствие этого, чрезмерногонагрева применение червячных передач в приводахнепрерывного дествия и с повышенными требованиями ктемпературе корпусных деталей не желательно.

Обычноприменение червячных передач ограничивают мощностью до30 кВт.Цилиндрической червячная передача названа потому, чтоделительные и начальные поверхности червяка и колеса –круговые цилиндры.В зависимости от геометрии рабочей поверхности червяковразличают два их вида: линейчатые (геликоидные) инелинейчатые.Линейчатые винтовые поверхности образуются винтовымдвижением прямой линии, нелинейчатые – любой заданнойкривой.Наибольшее применение получили более технологичныелинейчатые червяки трёх типов: архимедов(ZA),эвольвентный(ZI) и конволютный (ZN).Нелинейчатые червяки получают инструментом конической(ZK) или тороидальной (ZT) формы.Большое скольжение в зацеплении требует, чтобыматериалы червяка и венца колеса являлись антифрикционнойпарой.Червяки в основном изготовляют зацело с валом изуглеродистых и легированных сталей.

Реже для червяковприменяют чугун или титановые сплавы.Колесо является, как правило, составным из стальногоили чугунного центра и венца. Для венцов колес применяютматериалы с хорошими антифрикционными и антизадирнымисвойствами. К ним относятся бронзы, латуни, чугуны,-5-композиционные металлокерамические материалы, пластмассы,некоторые виды древеснослоистых пластиков.Эти материалы условно делят на 4 группы:- оловянные бронзы;- безоловянные бронзы и латуни;- чугуны;- неметаллические материалы.Работоспособность червячной передачиограничивается:стойкостью рабочей поверхностизубьев;изгибной усталостью зубьев.Работоспособность редуктора в целом определяется:предельно допустимой температурой масла или корпуса;усталостью и жесткостью червяка.Основными видами разрушения рабочих поверхностей зубьевколес являются: усталостное выкрашивание ( питтинг) дляоловянных бронз; заедание (намазывание, задиры) длябезоловянных высокопрочных бронз, латуней; механическое (абразивное) изнашивание –для чугунов; снижение упругихсвойств (размягчение) или оплавление зубьев капролоновоговенца.Прочностной излом зубьев колеса характерен для передач,работающих при нестационарных режимах с большой частотойвключений при значительных перегрузках.Усталостный излом – при стационарных режимах нагруженияв передачах с большим передаточным числом и малом модулезацепления.Излом зубьев ограничивает работоспособность зацепления втихоходных передачах, при ручном приводе и в открытыхпередачах, где интенсивное абразивное изнашиваниеприводит к уменьшению размеров опасного сечения зубьев.Виды расчетов:1 – на контактные напряжения ( проверочный ипроектировочный);2 – на изгибные напряжения – (проверочный и режепроектировочный );3 – на нагрев редуктора;4 – на усталость тела червяка;5 – на жесткость тела червяка.1.ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЗАКРЫТОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИЦелью проектировочного расчета является предварительноеопределение размеров передачи.1.1 Исходные данные:- передаточное число –u;- частота вращения червяка n1 (мин-1);- вращающий момент на валу колеса Т2 (Нм) при постояннойнагрузке или блок нагружения ( зависимость Т2 отвремени ) при переменной нагрузке;-6--ресурс передачи Lh (час);режим работы и условия нагружения;коэффициент перегрузки (kп = Тпик/T2).1.2Выбор числа заходов червяка – Z1;при u = 8…16при u = 16…31,5при u = 31,5…801.3Z1 =4;Z1 =2;Z1 =1.Число зубьев колеса – Z2:z2= z 1 u (1 )Полученное Z2 округлить до ближайшего целого числа Числоэубьев червячного колеса рекомендуется выбирать впределах 30…84 для редукторов общего назначения.Уточнить передаточное число:zz=u( 2 )21Если червячный редуктор предназначен для серийноговыпуска, то фактические передаточные числа не должныотличаться от номинальных стандартных более чем на 4%.ГОСТом 2144-76 предусмотрены следующие номинальныепередаточные числа:1ряд8102ряд911,21.412,5 161418202531,540506322,42635,5455671Частота вращения колеса – n2n2 =n1, ( минu−1)( 3 )1.5 Ориентировочная скорость скольжения в зацеплении VскV ск = 4 , 5 ⋅ 10−4⋅ n1 ⋅3мT 2 ( )( 4 ),сгде Т2(Нм) – максимальный длительно действующий вращающиймомент на валу колеса, число циклов действия которого засрок службы N>5*104, n1 в мин-1.80-7-1.6Выбор профиля червякаВыбор профиля червяка определяется требуемымиэксплуатационными свойствами и технологическимивозможностями предполагаемого производства.Передачи с червяками ZA;ZI;ZN и ZK обладают примерноодинаковыми эксплуатационными свойствами, однакодостижение оптимального качества осуществляется приразличных технологических возможностях.Передачи с червяками ZT обладают повышенными КПД инагрузочной способностью, однако производство такихпередач связано с определенными трудностями.Архимедовы червяки нашли наиболее широкое применение,что объясняется возможностью точного шлифования ихрабочих поверхностей.

Однако архимедовы передачи смногозаходным червяком отличаются большой сложностьюизготовления и по точности уступают передачам счервяками типов ZI и ZK.Эвольвентные червяки позволяют удобно и весьма точнопроизводить шлифование рабочих поверхностей плоскойторцовой поверхностью дискового круга, однако применятьих можно только при наличии специальных шлифовальныхстанков.Червячные передачи с конволютными червяками уступаютпо точности архимедовым передачам. Червяки типа ZNприменяют при нарезании колёс летучими резцами.Червяки типа ZK применяют главным образом приотсутствии станков для шлифования эвольвентных червякови при необходимости изготовления передач сошлифованными многозаходными червяками.В настоящих методических указаниях даётся расчетархимедовых и эвольвентных червячных передач.1.7Предварительный выбор материалов колеса ичервякаОсновным фактором, определяющим выбор материала венцаколеса, является скорость скольжения в зацеплении.Применение дефицитных высокооловянных бронз может бытьоправдано только для ответственных передач со скоростямискольжения Vск > 10 м/c, малооловянные бронзы применяютпри 4<Vск<10 м/c, безоловянные бронзы и латуни используютпри Vск< 4 м/c, чугуны – при Vск < 2 м/c.В табл.1 приведены основные материалы венцов червячныхколес.-8-Механические характеристики материалов червячных колес.Таблица 1Наименование СпособМеханические свойстваи маркаотливТвер- МодульКоэф.σb2,σТ2,кидость упругоПуасМПаМПаH2(HB сти Е2,сона)МПаν21Бр.О10Ф12пк3216…294245…431Бр.ОНФцБр.О6Ц6С3пк147…196176…216к176…216п392…490к490…588ц490…588Бр.05Ц5С6Бр.А9ЖЗЛБр.А10Ж4Н4Лпк;цСч20п284587588…7553534137…147196…22516610880…10080…100196…225196…343196…343196…225398…588-580…100100…120100…1206060…7660.74*1057ПределиспользованияпоVск,м/c80,335250,98*1050,335350,74*1050,74*1050,3350,3351260…760,74*1050,335121101*1050,3510110…140120…1401701*1050,35101,2*1050,35101*1050,35101*1050,35101*1050,252170…225170…2401,01*105Примечание.

Условные обозначения способа отливки:п - в песчаные формы; к - в кокиль ;ц – центробежный.Червяки силовых передач изготовляют из сталей(табл.2),термически обработанных до высокой твердости. Наилучшуюстойкость передач обеспечивают червяки из цементуемыхсталей (20Х;12ХН3А;18ХГТ;15ХФ), имеющие после закалкитвердость рабочей поверхности Н=56…63 HRC. Выполняютчервяки и из среднеуглеродистых сталей(45;40Х;40ХН;35ХГСА) с поверхностной или объёмнойзакалкой до твердости Н=45…50 HRC.Рабочие поверхности червяков требуют шлифования иполирования. При отсутствии оборудования для шлифованиячервяков для их изготовления применяют улучшенные стали.-9-Эти же стали применяют при необходимости взаимнойприработки колеса и червяка. Кроме того, стали вулучшенном и нормализованном состояниях применяют длячервяков вспомогательных тихоходных и малонагруженныхпередач.Материал4512,ХН3А18ХГТ20Х35ХГСА40X40XHСостояние итермообработкаНЦ.03.0Ц.03.0Ц.03.03.0H3.0H3.0Твёрдость Н170…230 HB58…62 HRC58…62 HRC56…60 HRC44…52 HRC175…220 HB>46 HRC180…220 HRC>46 HRCТаблица 2σтσ-1МпаМПа320280380480400300130050045028013002803802801400630σbМПа5808501000650165060016006301600Примечание: Н - нормализация; З - закалка; ОЗ – объёмнаязакалка; О – отпуск; ц - цементация.1.8Выбор степени точности передачиДля силовых червячных передач стандартом рекомендованыстепени точности; от 7-ой до 9-ой.Требуемую степень точности редукторных силовых передачвыбирают в зависимости от скорости скольжения.