Детали машин

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.