Расчет механизма для подъема провода (червячный редуктор и открытая коническая передача)

1. Назначение и сравнительная характеристика привода.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненый в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

Назначение редуктора  - понижение  угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Редуктор состоит из корпуса, в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи, числу ступений, типу зуьчатых колес, относительному расположению валов редуктора в пространстве, особенностям кинематической схемы.

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются. По относительному положению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним, верхним и боковым расположением червяка. При нижнем расположении чераяка условия смазывания зацепления лучше, чем при верхнем, но меньше вероятность попадания в зацепление металических частиц – продуктов износа. При окружных скоростях червяка до 4 – 6 м/с предпочтительно нижнее расположение червяка. В редукторах с верхним расположением червяка при включении движение начинается при недостаточной смазке.

Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей и в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45кВт и в виде исключения до 150кВт.

Кинематическая схема:

Исходные данные:

n_вх=200 об/мин;

n_б=5 об/мин;

D_б=0,3 м;

P_б=8 кН=8000 Н;

n₁=n_вх; n₃=n_б=n_вых;

Механизм для подъема провода

(червячный редуктор и открытая коническая передача)

2. Кинематический и силовой расчет привода.

1) Определение момента сопротивления барабана:

Р_б – усилие на барабане, Р_б=8000 Н;

D_б – диаметр барабана, D_б=0,3 м.

2) Определение угловой скорости на барабане:

;

n_вых=n_б – частота вращения барабана, n_б=5 об/мин.

3) Определение КПД привода:

;

η_ред – КПД редуктора, η_ред=0,85 (число заходов червяка равно 2).

η_оп – КПД открытой передачи, η_оп=0,95.

η_п – КПД подшипников, η_п = 0,99.

4) Определение передаточного отношения привода:

;

n_вх=200 об/мин, n_вых=n_б=5 об/мин.

5) Передаточное отношение открытой передачи.

Принимаем табличное значение из диапазона 2¸4 для конических колес: u_оп=2,5.

6) Определение передаточного отношения редуктора:

7) Определение момента  сопротивления на промежуточном валу:

.

8) Угловая скорость на промежуточном валу:

.

9) Вращающий момент на валу шестерни:

, и угловая скорость:

.

3. Расчет червячного редуктора.

1) Число заходов (витков) червяка z₁ принимаем в зависимости от передаточного отношения: при u_p=16 принимаем z₁=2.

Число зубьев червячного колеса:

z₂ = u_p × z₁ = 16 × 2 = 32;

2) Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.

Так как к редуктору не предъявляются спец. требования, то в целях экономии для венца червячного колеса принимаем бронзу Бр.АЖ9-4Л (отливка в землю).

Предварительно примем допускаемое контактное напряжение [s]_Н и допускаемое напряжение на изгиб [s_о]_Fдля червячных колес:

[s]_Н = 200 Н/мм², [s_о]_F= 75 Н/мм².

3) Принимаем предварительно коэффициент нагрузки: К=1,2, и коэффициент диаметра червяка q=10.

Определяем межосевое расстояние из условия контактной прочности:

4) Модуль зацепления:

;

Принимаем по ГОСТ 2114–76 стандартные значения m=8 мм и q=8.

5) Уточняем межосевое расстояние при стандартных значениях m и q:

;

6) Основные размеры червяка.

– делительный диаметр червяка:

d₁ = q ∙m= 8×8 = 64 мм;

– диаметр вершин витков червяка:

d_a1 = d₁ + 2m = 64 + 2×8 = 80 мм;

– диаметр впадин витков червяка:

d_f1 = d₁ – 2,4m = 64 – 2,4×8 = 44,8 мм;

– длина нарезанной части шлифованного червяка:

b₁ ³ (11 + 0,06z₂)m= (11 + 0,06×32)×8 = 103,36 мм, принимаем b₁=104 мм.

– делительный угол подъема g:

;              g= 14°02’10”.

7) Основные размеры венца червячного колеса.

– делительный диаметр червячного колеса:

d₂ = z₂ × m= 32×8 = 256 мм;

– диаметр вершин зубьев червячного колеса:

d_a2 = d₂+2×m = 256 + 2×8 = 272 мм;

– диаметр впадин зубьев червячного колеса:

d_f2 = d₂ – 2,4×m= 256 – 2,4×8 = 236,8 мм;

– наибольший диаметр червячного колеса:

;

– ширина венца червячного колеса:

b₂ £ 0,75×d_a1 = 0,75×80 = 60 мм.

8) Окружная скорость червяка:

Скорость скольжения:

При этой скорости [s]_Н  » 182 Н/мм² – допускаемое контактное напряжение.

9) Уточнение КПД редуктора.

При скорости v_s=0,48 м/с для безоловяной бронзы и шлифованного червяка:

– коэффициент трения f¢= 0,0558∙1,4 = 0,078;

– приведенный угол трения p¢ = 3°20¢∙1,4 = 4°40’.

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

.

10) Выбираем седьмую степень точности передачи и нормальный гарантированный боковой зазор x. При данной скорости v_sкоэффициент динамичности К_v=1.

К_b - коэффициент неравномерности распределения нагрузки:

, где коэффициент деформации червяка при q=8 и z₁=2: q = 57. Примем вспомогательный коэффициент х=0,6 (незначительные колебания нагрузки):

.

Коэффициент нагрузки:

K = К_b× К_v = 1,13×1 = 1,13.

11) Проверочный расчет на контактную прочность.

Результат расчета следует признать удовлетворительным, так как расчетное напряжение ниже допускаемого на 2,5% (разрешается до 15%).

12) Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев:

Коэффициент формы зуба Y_F = 2,32.

Напряжение изгиба:

Расчетное напряжение значительно меньше [s_о]_F – допускаемого напряжения