Изучение конструкции, регулировка и оценка нагрузочной способности червячного редуктора

Лабораторная работа Изучение конструкции, регулировка и оценка нагрузочной способности червячного редуктора

1. Расчет основных параметров редуктора Параметры червячного зацепления можно определить через замеры отдельных элементов червяка и колеса обычным штангенциркулем. Измерение каждого элемента нужно производить несколько раз и взять среднеарифметическое значение. Полученные значения занести в таблицу отчета по лабораторной работе (таблица А1 приложения А).

Определение параметров зацепления можно производить в следующей последовательности:

1) Подсчитать межосевое расстояние

(1)

редуктор подшипник червячный зацепление Размеры Б=187мм М=111мм

d_вБ =35мм

d_вМ =25мм.

=74

Полученное межосевое расстояние а_w сравнить со стандартным значением (ГОСТ 2144−76). В таблице 1 приведены некоторые из стандартных значений (мм). Здесь же указаны некоторые стандартные значения осевых модулей m (мм) и коэффициентов диаметра червяка q (ГОСТ 2144−76 и ГОСТ 19 672–74).

Таблица 1 — Значения стандартных параметров червячной передачи

Примечание. При выборе параметров 1-ый ряд следует предпочитать 2-му.

Из таблицы 1 принимаем а_w =80

2) Измерить осевой шаг Р_х и диаметр вершин d_a1 червяка, а также средний диаметр вершин колеса d_a2 (рисунок 3).

3) Определить осевой модуль m и коэффициент диаметра червяка q, и округлить их до ближайших стандартных значений (таблица 1).

==2,866 (2)

Из таблицы 1 принимаем m=3

(3)

Где d₁ — делительный диаметр червяка,

(4)

— коэффициент высоты головки (=1, реже 0,8).

d₁=42−6=36

q==12

4) Подсчитать число заходов червяка z₁ (число винтовых линий). Наиболее просто и наглядно это можно сделать с торца червяка. Затем подсчитать число зубьев колеса z₂.

Определить передаточное число и сравнить его со стандартным:

==40 (5)

Таблица 2 — Значения стандартных передаточных чисел

5) Определить коэффициент смещения инструмента

(6)

х=()-0,5(12*40)=0,666

При вычислении коэффициента смещения инструмента необходимо учитывать, что его значение должно находиться в интервале:

— 1? х ? +1.

6) Замерить все прочие размеры. Результаты замеров и расчетов внести в таблицу Б1 (приложение Б).

7) Проверить правильность полученных значений параметров червячной передачи по формуле:

d_a2-2· m= m· (z₂+2x) .

128−2*3=3*(40+2*0,666)

2. Сборка редуктора

В настоящей работе производится лишь узловая сборка, поскольку детали (подшипники, червячное колесо) с валов не выпрессовывались.

Сборку редуктора следует осуществлять без смазки деталей (в отличие от производственных условий). Зубья колеса протереть для удаления следов краски от предыдущей сборки. Сборку производить одновременно с регулировкой осевого зазора (люфта) подшипников и проверкой правильности зацепления в следующей последовательности:

1) Вставить боковую крышку подшипников тихоходного вала червячного колеса и завернуть два винта по диагонали до упора крышки в корпус.

2) Установить червячное колесо с валом и вторую крышку. Прижать крышку рукой и закрепить её двумя винтами по диагонали. Вал должен вращаться с небольшим усилием от руки. Если винты затянуть сильнее, то подшипники заклинят и провернуть вал рукой будет невозможно. Определить зазор между фланцем крышки и корпусом редуктора.

3) Из набора подобрать регулировочные прокладки под крышку подшипника так, чтобы в сумме они составляли толщину:

Рисунок 1 — Регулировка зацепления по пятну контакта

4) Разделить прокладки на две приблизительно равные части ₁ и ₂, поставить их под боковые крышки (рисунок 12). Затянуть все винты. При этом вал колеса не должен иметь осевого зазора в подшипниках и в то же время должен свободно проворачиваться рукой. В противном случае следует уменьшить (при наличии зазора) или увеличить ₁ и ₂ на одну прокладку. Отметим, что для используемых в редукторе роликоподшипников осевой зазор должен быть 0,04…0,11 мм.

5) Установить вал-червяк. Установка вала-червяка осуществляется в той же последовательности, что и для вала колеса.

6) На боковую поверхность витков червяка нанести тонкий слой краски.

7) Поставить на место остальные детали за исключением крышки-отдушины, чтобы наблюдать за поверхностью зубьев червячного колеса.

3. Проверка правильности зацепления

При правильном зацеплении средняя плоскость червячного колеса проходит через центр червяка. При этом пятно контакта, получаемое при поворачивании червяка и наблюдаемое через смотровое окно, должно располагаться симметрично относительно указанной плоскости (рисунок 12а).

Если пятно смещено вправо (рисунок 12б), то необходимо вынуть одну прокладку толщиной из-под левой крышки и поставить под правую крышку на другой стороне редуктора. Червячное колесо с валом и подшипники переместятся относительно корпуса в сторону установки прокладки. После этого следует вновь проверить пятно контакта.

Если пятно смещено влево (рисунок 12в), то необходимо вынуть одну прокладку толщиной из-под правой крышки и поставить под левую крышку на другой стороне редуктора. Червячное колесо с валом и подшипники переместятся относительно корпуса в сторону установки прокладки. После этого следует вновь проверить пятно контакта. Операцию повторять до достижения правильного положения контакта.

Регулировка зацепления проще и быстрее проводится на конструкциях червячных редукторов, показанных на рисунках 7−10, с помощью регулировочных винтов. При этом нет необходимости снимать крышки подшипников.

4. Оценка нагрузочной способности редуктора

В червячной паре менее прочными элементами являются зубья колеса, у которых возможны следующие виды разрушений и повреждений: усталостное выкрашивание, износ, заедание и поломка. Причём усталостное выкрашивание, износ и заедание зависят от величины контактных напряжений. Поэтому основное значение имеет расчёт по контактным напряжениям с целью предотвращения в проектируемых передачах выкрашивания и заедания, а также снижения износа.

Номинальный крутящий момент на валу колеса из условия ограничения контактных напряжений:

Нм (7)

=211,291,Н*м

Где К1,2 — коэффициент нагрузки /1, 2, 3/;

z₂ — число зубьев червячного колеса;

q — коэффициент диаметра червяка (таблица 1);

а_w — межосевое расстояние, мм;

— допускаемые контактные напряжения, МПа.

Приближенные величины допускаемых напряжений указаны в таблице 3.

Таблица 3 — Допускаемые напряжения для венцов червячных колес

При известном значении ₁ скорость скольжения:

V_ск=₁· d₁/(2·1000)=5·10^-4·₁·m·q=150*42/(2*1000)=2,7,м/с (8)

Мощность на тихоходном валу:

кВт, (9)

где ₂ — угловая скорость этого же вала, с^-1

Так как

то окончательно

= =0,792 кВт

Результаты расчётов по формулам (8) и (9) необходимо внести в таблицу Б1 приложения Б, причём величины T₂ и P₂ следует определить только для материала Бр АЖ 9−4Л.

Как видно из формулы (9), мощность на тихоходном валу Р₂ прямо пропорциональна угловой скорости ₁ и крутящему моменту, и обратно пропорциональна передаточному числу u.

5. Оценка коэффициента полезного действия червячного зацепления

КПД червячного зацепления определяется по зависимости, выведенной для винтов:

==0,661 (10)

Приведённый угол трения зависит не только от материала червяка и зубчатого венца колеса, чистоты обработки рабочих поверхностей, угла подъема линии витка червяка, числа заходов и коэффициента диаметра червяка, качества смазки, но и от скорости скольжения V_ск (таблица 4).

Таблица 4 — Значения углов трения от скорости скольжения V_s

Видно, что угол трения сильно падает с увеличением V_ск. Это связано с улучшением условий смазки (условий образования масляных клиньев в зацеплении).

Заметим, что в таблице 4 приведены средние значения угла трения при работе стального червяка с колесом, венец которого изготовлен из бронзы Бр АЖ 9−4Л. Результаты расчётов по формуле (10) внести в таблицу Б1 приложения Б. Без учёта потерь энергии на трение в подшипниках, а также на разбрызгивание и перемешивание масла, мощности на валах колеса Р₂ и червяка Р₁ связаны между собой следующей зависимостью:

Приложение А

Основные параметры редуктора

Таблица А1