Тепловой расчет червячных передач

При работе червячных передач выделяется большое количество теплоты. Потерянная мощность (I — г)) Л^ на трение в зацеплении и подшипниках, а также на размешивание и разбрызгивание масла переходит в теплоту, которая нагревает масло, а оно через стенки корпуса передает эту теплоту окружающей среде.

Если отвод теплоты будет недостаточным, передача перегреется. При перегреве смазочные свойства масла резко ухудшаются (его вязкость падает) и возникает опасность заедания, что может привести к выходу передачи из строя.

Тепловой расчет червячной передачи при установившемся режиме работы производится на основе теплового баланса, т. е. равенства тепловыделения Q_B и теплоотдачи Q_o.

Количество теплоты, выделяющейся в непрерывно рабо­тающей передаче в одну секунду: ,

где — общий к. п. д. червячной передачи; — мощность на червяке, Вт.

Количество теплоты, отводимой наружной поверхностью корпуса, в одну секунду

Q₀=K_T(t_м – t_в.)S,

где S — площадь поверхности корпуса, омываемая внутри маслом или его брызгами, а снаружи воздухом, м². Поверхность днища корпуса не учитывается, так как она не омывается свободно циркулирующим воздухом; t_B — температура воздуха вне корпуса; в цеховых условиях обычно t_B = 20 °С; t_M — температура масла в корпусе передачи, ⁰С; К_Т — коэффициент теплопередачи, т. е. число, показывающее, сколько теплоты в секунду передается одним квадратным метром поверхности корпуса при перепаде температур в один градус. Зависит от материала корпуса редуктора и скорости циркуляции воздуха (интенсивности вентиляции помещения). Для чугунных корпусов принимают К_Т = 8—17 Вт/(м² * ⁰С).

Большие значения используют при незначительной шероховатости поверхности наружных стенок, хорошей циркуляции воздуха вокруг корпуса и интенсивном перемешивании масла (при нижнем или боковом расположении червяка).

По условию теплового баланса

откуда температура масла в корпусе червячной переда

чи при непрерывной работе

. (5.35)

Величина зависит от марки масла. Обычно при нимают = 70—90 ⁰С.

Если при расчете окажется, что t_М > ,то необходимо:

• 1. Либо увеличить поверхность охлаждения S, применяя охлаждающие ребра (в расчете учитывается только 50% поверхности ребер, рис. 5.14).

Рис. 5.14. Охлаждение ребристого корпуса редуктора обдувом воздухом от вентилятора: 1 —охлаждающие ребра; 2 — вентилятор-

• 2.Либо применить искусственное охлаждение, которое может осуществляться:
• а) обдувом корпуса воздухом с помощью вентилятора, насаженного на вал червяка (рис. 5.14); в этом случае увеличивается К_Т,

· б) охлаждением масла водой, проходящей через змеевик (рис. 5.15, а);

• в) применением циркуляционной системы смазки со специальным холодильником (рис. 5.15, б). В случаях б) и в) формула (5 35) не применима.
• Тепловой расчет червячных передач производится как проверочный после определения размеров корпуса при эскизном проектировании.

Глава VI

ВАЛЫ И ОСИ

Валы передают крутящий момент и обычно воспринимают напряжения изгиба от действующих нормальных к оси сил; Б отличие от валов оси крутящего момента не передают, а воспринимают лишь изгиб.

По конструктивной схеме различает валы:

а) с прямой осью;

б) с ломаной осью (коленчатые);

в) с криволинейной осью (гибкие).

Форма валов и осей разнообразна и зависит от выполняемое ими функций. Иногда, валы изготавливаются совместно с другими деталями, например, шестернями, кривошипами, эксцентриками.

Гибкие валы изготавливаются многослойной навивкой стальной пружинной проволоки на тонкий центральный стержень. Они сохраняют достаточную гибкость лишь при небольших диа­метрах, так как при увеличения диаметра момент инерции сечения, а, следовательно, и жесткость резко возрастают, Поэтому при всех положительных качествах и удобстве привода, такие валы не могут передавать сколько-нибудь значи­тельной мощности и имеют сравнительно узкое применение.

В качестве материалов для валов применяются среднеуглеродистые стали типа Ст. 40, Ст. 45, Ст. 50, Cт. 40X, Ст.40ХН и др., обычно с термообработкой до средней твердости. Шейки валов, работающие на трение в подшипниках скольжения, должны иметь более твердую поверхность (НRС=50-6О), что может быть достигнуто применением закалки TBЧ или це­ментации и закалки.

Характерной особенностью валов является то, что они работают при циклическом изгибе наиболее опасного симметрич­ного цикла, который возникает вследствие того, что вал, вращаясь, поворачивается к действующим изгибающим нагрузкам то одной, то другой стороной. При разработке конструкции вала должно быть обращено самое пристальное внимание на вы­бор правильной его формы, чтобы избежать концентрации напряжений в местах переходов, причиной которых могут быть усталостные разрушения. С этой целью следует избегать:

а) резких переходов сечений;

б) канавок и малых радиусов скруглений;

в) некруглых отверстий;

г) грубой обработки поверхности.

Для оценки правильного выбора геометрической формы вала пользуются гидравлической аналогией, которая гласит: "Если контур детали представить как трубу, в которой движется жидкость, то там, где поток турбулентный, возникнет концентрация напряжений".