Определение основных параметров червячного редуктор

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Электроснабжение»

Дисциплина «Основы проектирования механизмов и машин»

Реферат на тему:

«Определение основных параметров червячного редуктор»

Выполнил студент гр. Эбд-21

                                                                    Габбазова Р.Н. 

Ульяновск, 2013

Содержание

Введение…………………………………………………………стр. 3

Назначение и область применения передач привода…………стр. 4

         Определение основных параметров червячного редуктора….стр. 6

Сборка редуктора………………………………………………..стр. 10

Основные виды червячных редукторов

Редукторы червячные двухступенчатые, тип Ч2 (ч2-160)…стр. 11

Редукторы червячные тип 1Ч (1Ч-63 1Ч-125 1Ч-160………стр.12

Редукторы (Ч-80, Ч-100, Ч-125, Ч-160)………………………..стр. 14

                Редукторы червячные (одноступенчатые универсальные,

тип 2Ч (2ЧМ))……………………………………………………стр. 16

Заключение……………………………………………………….стр. 19

Список использованной литературы……………………………стр. 21

Введение

Редукторы с червячным зацеплением - один из наиболее распространённых типов редукторов.

Червячная передача представляет собой зацепление червяка с червячным колесом.

Червяк – это винт с нарезанной на нём резьбой, по профилю близкой к трапецеидальной. Червячное колесо - косозубое зубчатое колесо со специальным профилем зубьев. При вращении червяка витки резьбы перемещаются вдоль его оси и толкают в этом направлении зубья червячного колеса. Ось червяка скрещивается под прямым углом с осью червячного колеса, расстояние между ними - определяющий размер редуктора. В редукторах российского производства этот размер является составной частью обозначения редуктора и определяет его габарит. Например, Ч-80 - червячный одноступенчатый редуктор с межосевым расстоянием 80 мм, а Ч-100 соответственно имеет межосевое расстояние 100 мм.

Назначение и область применения передач привода

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

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

Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам:

·        типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные);

·        числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.);

·        типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.);

·        относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные);

·        особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Ремённая передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (вариатор), валы которого могут быть с параллельными, пересекающимися и со скрещивающимися осями. Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких).

Недостатки: большие размеры; малая несущая способность; скольжение (не относится к зубчатым ремням); малый срок службы.

Достоинства: плавность работы; бесшумность; компенсация перегрузок (за счет проскальзывания); компенсация неточности установки шкивов редуктора; сглаживание пульсаций как от двигателя (особенно ДВС), так и от нагрузки, поэтому упругая муфта в приводе может быть необязательна; отсутствие необходимости в смазке; низкая стоимость; лёгкий монтаж; возможность работы на высоких окружных скоростях; при выходе из строя - нет повреждений.

Червячные передачи относятся к передачам с зацеплением с перекрещивающимися осями валов (обычно под прямым углом).

Кинематически червячная передача аналогична передаче винт – гайка и состоит из неподвижного в осевом направлении червяка (представляющего однозаходный или многозаходный винт) и червячного колеса (сектора гайки изогнутого по окружности резьбой наружу).

Ведущим звеном обычно является червяк, но встречаются передачи с ведущим колесом (в приводах центрифуг, в ручных дрелях и т.д.).

Достоинства червячных передач:

·        плавность и бесшумность работы;

·        большие передаточные числа; возможность самоторможения.

Недостатки червячных передач:

·        низкий КПД и значительное тепловыделение при длительной работе, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения (оребрение корпуса, обдув и т.п.);

·        необходимость применения для венцов червячных колес дорогостоящих антифрикционных сплавов;

·        склонность к заеданию.

Область применения силовых червячных передач ограничивается следующими параметрами: передаваемая мощность до 60 кВт, реже до 200 кВт; окружная скорость до 15 м/с; передаточные числа до 14 … 80.

 

Рис. 1 Геометрические параметры червячной пары

Определение основных параметров червячного редуктора

Основными параметрами червячного редуктора являются: передаточное число- u; межцетровое расстояние- a_w; число витков червяка- z₁; модуль зацепления- m.

Число витков червяка (число заходов) можно определить, посмотрев на червяк с торца: сколько ниток резьбы начинается с торца винта, столько витков имеет червяк.

Передаточное число определяется соотношением u= z₂/z₁ , где z₂ - число зубьев червячного колеса.

Модуль зацепления (осевой) , где P - осевой шаг червяка.

Угол наклона винтовой линии червяка , где:

d_a1 = (d₁ + 2m) - наружный диаметр червяка,  d₁ - делительный диаметр червяка.

Межосевое расстояние  , где d₂ - делительный диаметр колеса.

d₂ = mz₂ ; z₂ - число зубьев червячного колеса.

Коэффициент полезного действия червячной передачи  где - приведенный угол трения в зацеплении.

КПД возрастает с увеличением числа витков червяка z₁ и с уменьшением коэффициента трения f (или угла трения ). .

Ориентировочно значение коэффициента трения f можно принимать для стального шлифованного червяка и при условии, что червячная пара работает с окунанием в масляную ванну:

·        венец колеса из оловянистой бронзы f = 0.03 - 0.05.

·        венец колеса из бронзы типа БрАЖ-9-4Л f = 0.05 - 0.07.

При более точных расчётах рекомендуется принимать значения и в зависимости от скорости скольжения в зацеплении, из выражения, где: 

- угловая скорость червяка (рад/с).

d₁  - делительный диаметр червяка в мм.

Корпус редуктора состоит из стенок, бобышек, фланцев, ребер и других элементов, соединенных в единое целое. Корпуса современных редукторов должны иметь строгие геометрические формы: все выступающие элементы следует располагать внутри корпуса; по осям валов ребра не ставить; фундаментные болты располагать в выемках корпуса так, чтобы лапы не выступали за его габариты; крышку с корпусом соединять винтами, ввертываемыми в корпус; верх крышки редуктора делать горизонтальным; проушины для подъема и транспортировки редуктора отливать заодно с крышкой.

Проверочный расчет валов по эквивалентному моменту

Определяем силы в зацеплении:

·        окружная сила на червяке равна осевой силе на червячном колесе

·        окружная сила на червячном колесе равна осевой силе на червяке

·        радиальные силы на червяке и червячном колесе равны: 

 Н

Определяем реакции опор червяка

Для этого воспользуемся схемой нагружения валов.

а) вертикальная плоскость

Определяем величину изгибающих моментов.

б) горизонтальная плоскость

Определяем суммарный изгибающий момент для каждого сечения.

Расчет на прочность проведем по наиболее опасному сечению.

Условие прочности выполняется для каждой ступени вала.

Ведущий вал:

Определяем:

·        суммарные реакции опор (Н);

·        осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных подшипников;

·        эквивалентная нагрузка (кН).

Долговечность определяется по более нагруженному подшипнику.

Проверка шпоночных соединений

Для передачи вращающего момента чаще всего применяют призматические и сегментные шпонки. Длину шпонки выбирают в зависимости от диаметра вала, длину шпонки назначают на 8…10 мм меньше длины ступицы.

Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок, пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360-78.

Рис. 2 Расчетная схема шпоночного соединения

Выбор сорта масла. Смазывание зацепления и подшипников

Смазывание зубчатого зацепления и подшипников применяем в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибраций.

Для смазывания передач широко применяют картерную систему. В корпус редуктора или коробки передач масло заливают так, чтобы венцы колес были в него погружены на высоту зуба. Колеса при вращении увлекают масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса редуктора, откуда стекает в нижнюю его часть и подшипники. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.

Картерное смазывание применяют при окружной скорости зубчатых колес и червяков от 0,3 до 12,5 м/с.

Смазывание подшипников осуществляется пластичными материалами при окружных скоростях υ < 3м/с. Полость подшипника, смазываемого пластичным материалом, должна быть закрыта с внутренней стороны подшипникового узла внутренним уплотнением.

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом вручную при снятой крышке подшипникового узла на несколько лет.

Применяем наиболее распространенные для подшипников качения - пластичные смазки типа солидол жировой (ГОСТ 1033-79).

Допуски, посадки, шероховатости и отклонения от правильной геометрической формы.

Для соединения валов с деталями, передающими вращающий момент, применяют шпонки и посадки с натягом.

Посадка червячного колеса на вал  по ГОСТ 25347-82.

Посадка полумуфты на цилиндрический конец вала редуктора при нереверсивной работе .

Посадка шкива ременной передачи на вал редуктора

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.Отклонения отверстий в корпусе под наружные кольца по Н7.

Для глухих крышек подшипников применяем посадку

Для крышек с отверстием для выходного конца вала -  - при посадке в корпус.

Посадка стаканов подшипниковых узлов

Для посадки маслосбрасывающих колец

Назначение шероховатости для элементов деталей принимаются:

- Для посадочных поверхностей отверстий и валов

- Торцы заплечиков колеса, ступицы, профили зубьев

- Поверхности валов под резиновые манжеты

- Канавки, фаски, радиусы галтелей на валах

- Поверхности шпоночных пазов на валах: рабочая, нерабочая

- Боковая поверхность зуба

- Боковая поверхность зуба

- Все неуказанные поверхности

Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячный вал надевают шариковые радиально-упорные подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80-100°С. Собранный червячный вал вставляют в корпус.

При установке червяка, выполненного за одно целое с валом, следует обратить внимание на то, что для прохода червяка его диаметр должен быть меньше диаметра отверстия для подшипников.

В начале сборки вала червячного колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые радиально-упорные конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основании корпуса и надевают крышку корпуса, покрывая поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты.

Закладывают в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.

Регулировку радиально-упорных подшипников производят набором тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников.

Для регулировки червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смещать в осевом направлении до совпадения средней плоскости колеса с осью червяка. Этого добиваются переносом части прокладок с одной стороны корпуса в другую. Чтобы при этом сохранилась регулировка подшипников, суммарная толщина набора прокладок должна оставаться без изменения.

Ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и масло-указатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с отдушиной.

Основные виды червячных редукторов

Редукторы червячные двухступенчатые, тип Ч2 (ч2-160)

 

Основные технические характеристики:

Типоразмер редуктора	Передаточное число u	Мт, Н*м	Масса редуктора, кг
Ч2-40/63	63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000	180-264	15
Ч2-40/80		375-580	26
Ч2-63/100		500-875	70
Ч2-80/125		1075-1510	100
Ч2-80/160		1930-3380	180

Габаритные и присоединительные размеры:

Типоразмер редуктора	Awб	АwT	L	L1	L2	L3	B	B1	H	H1	H2	d
	Мм
Ч2-40/63	40	63	350	220	180	100	196	165	232	82	5	13
Ч2-40/80	40	80	380	260	225	125	212	185	267	92	5	15
Ч2-63/100	63	100	420	240	200	225	175	140	312	100	18	19
Ч2-80/125	80	125	510	275	230	230	230	190	396	111	22	19
Ч2-80/160	80	160	585	350	300	280	280	230	500	140	30	22

Условное обозначение редуктора:

Редуктор

Ч2 -

80/

160 -

200 -

12 -

21 -

К -

У3

Тип редуктора

Межосевое расстояние быстроходной ступени, мм

Межосевое расстояние тихоходной ступени, мм

Передаточное число

Схема сборки

Вариант расположения червячной пар

Исполнение конца тихоходного вала

Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Примечание.

Размеры концов входных и выходных валов представлены на чертежах и в таблицах к редукторам типа Ч и 2Ч.

Дополнительно по желанию заказчика редукторы Ч2 комплектуются электродвигателями серии АИР, 5А (тип мотор-редуктора МЧ2).

         1.Размеры концов входных и выходных валов представлены на чертежах и в таблицах к редукторам типа Ч и 2Ч.

2.Дополнительно по желанию заказчика редукторы Ч2 комплектуются электродвигателями серии АИР, 5А (тип мотор-редуктора МЧ2).

Редукторы червячные тип 1Ч (1Ч-63 1Ч-125 1Ч-160)

Схемы сборки редукторов Варианты расположения червячной пары    Основные технические характеристики Типоразмер редуктора Передаточное число u Мт, Н*м Масса редуктора, кг 1Ч-63 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5,4 0, 50, 63, 80 100-250 17 1Ч-160 1300-3970 120 Размеры концов валов Габаритные и присоединительные размеры Типоразмер редуктора Aw L L1 L2 L3 L4 B B1 H H1 d d1 Мм 1Ч-63 63 238 168 135 142,5 161 165 130 207 69 14 18 1Ч-160 160 492 350 300 285 280 280 230 465 140 22 40 Типоразмер редуктора d2 d3 l l1 b t l2 l3 d4 d5 b1 t1 Мм 1Ч-63 - 20.5 40 - 5 - - - - - - - 1Ч-160 М12 37.3 82 24 10 8 140 105 70 64.75 18 11 Условное обозначение редуктора: Редуктор 1Ч - 160 - 50 - 52 - 1 - К - У3 Тип редуктора Межосевое расстояние, мм Передаточное число Схема сборки Вариант расположения червячной пары Исполнение конца тихоходного вала Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 Примечание. Исполнение конца тихоходного вала может быть: 1Ч-63 - цилиндрическим - Ц, полым - П; 1Ч-160 - коническим - К (стандартное исполнение), полым - П, цилиндрическим - Ц (согласовывается дополнительно при заказе).
Редукторы (Ч-80, Ч-100, Ч-125, Ч-160)

Схемы сборки редукторов    Варианты расположения червячной пары    Основные технические характеристики Типоразмер редуктора Передаточное число u Мт, Н*м Масса редуктора, кг Ч-80 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80 175-300 18 Ч-100 290-490 57 Ч-125 525-900 88 Ч-160 1050-1900 157 Размеры концов валов редукторов Ч    Габаритные и присоединительные размеры редукторов Ч Типоразмер редуктора Aw L L1 L2 L3 L4 L5 В B1 B2 B3 B4 B5 Н H1 Мм Ч-80 80 280 225 - - 167 - - - 250 220 - - 295 14 Ч-100 100 373 240 200 177 225 257,5 341 218 175 140 225 450 312 18 Ч-125 125 437 275 230 210 261 290 363 246 230 190 230 460 396 22 Ч-160 160 551 350 300 245 345 373 434 286 280 230 280 560 500 30 Типоразмер редуктора H2 D D1 D2 d L d1 t b l1 l2 d2 t1 b1 Мм Ч-80 112 - 135 - 16 58 35 38 10 - - - - - Ч-100 100 140 220 150 19 110 45 48.5 14 82 25 М30х2 23.45 12 Ч-125 111 165 275 170 19 110 55 59 16 82 30 МЗ6хЗ 28.95 14 Ч-160 140 200 340 210 22 140 70 74.5 20 105 40 М48хЗ 36.33 18 Условное обозначение редуктора Ч при заказе Редуктор Ч - 125 - 40 - 52 - 1 - К - У3 Тип редуктора Межосевое расстояние, мм Передаточное число Схема сборки Вариант расположения червячной пары Исполнение конца тихоходного вала Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69
Редукторы червячные (одноступенчатые универсальные, тип 2Ч (2ЧМ))

Схемы сборки редукторов Варианты расположения червячной пары   Основные технические характеристики Типоразмер редуктора Передаточное число u Мт, Н*м Масса редуктора, кг 2Ч-40 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80 26-36 6.3 2Ч-63 83-130 12.6 2Ч-80 170-260 18.5 Размеры концов валов Габаритные и присоединительные размеры Типоразмер редуктора Aw L L1 L2 L3 L4 L5 L6 В B1 H Мм 2ЧМ-40 40 190 180 150 40 90 100 90 164 140 180 2ЧМ-63 63 245 220 180 60 115 135 100 196 165 225 2ЧМ-80 80 290 260 225 80 132 160 125 212 185 267 Типоразмер редуктора H1 d d1 d2 l l1 b b1 t t1 Мм 2Ч-40 72 13 18 16 28 28 6 3 20.5 8.5 2Ч-63 82 13 28 22 42 36 8 4 31 11.6 2Ч-80 92 15 35 25 58 42 10 5 38 13.45 Условное обозначение редуктора при заказе Редуктор 2Ч - 80 - 40 - 51 - 1 - 2 - Ц - У3 Тип редуктора Межосевое расстояние, мм Передаточное число Схема сборки Вариант расположения червячной пары Вариант крепления Исполнение конца тихоходного вала Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 Примечание. Исполнение редуктора типа 2ЧМ аналогично типу 2Ч. Исполнение конца тихоходного вала может быть цилиндрическим - Ц (стандартное исполнение), коническим - К (согласовывается дополнительно при заказе), полым - П. 1. Исполнение редуктора типа 2ЧМ аналогично типу 2Ч. 2. Исполнение конца тихоходного вала может быть цилиндрическим - Ц (стандартное исполнение), коническим - К (согласовывается дополнительно при заказе), полым - П.

Заключение

1. Поскольку входной и выходной валы червячного редуктора скрещиваются, привод на его основе обычно лучше компонуется в машине, занимая меньше места по сравнению с цилиндрическим редуктором (речь идет о редукторах с эквивалентными передаточным числом и передаваемой мощностью).

2. Передаточное число червячной пары может достигать 1:110 (в специальных случаях - ещё больше). Таким образом, червячная передача обладает гораздо большим потенциалом снижения частоты вращения и повышения крутящего момента по сравнению с другими видами передач.

Достижение передаточных чисел такого порядка с использованием цилиндрических передач возможно только в трёхступенчатом редукторе (или в планетарном). В червячном для этого может быть использована только одна ступень. Это обстоятельство обуславливает относительную простоту и дешевизну червячных редукторов по сравнению с цилиндрическими (опять же речь идёт о сравнимых передаточных числах и передаваемых мощностях). Оборотной стороной этого преимущества, однако, является снижение КПД червячной передачи при увеличении её передаточного числа.

3. Низкий уровень шума передачи, определяющийся особенностями зацепления, позволяет использовать червячные редукторы в машинах с высокими требованиями к бесшумности привода. Здесь, однако, нельзя забывать о шумах, производимых двигателями и приводимыми в движение механизмами.

4. Плавность хода червячной передачи. Благодаря особенностям работы червячного зацепления червячные редукторы обладают большей плавностью хода по сравнению с цилиндрическими.

5. Уникальное свойство червячной передачи – «самоторможение» (другой термин, обозначающий это явление – «отсутствие обратимости»).

Суть его в том, что при отсутствии вращения ведущего вала (червяка) ведомый вал затормаживается, и его невозможно провернуть. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Более корректно было бы здесь говорить не о передаточном числе, а об угле подъёма червяка, при уменьшении которого в определённый момент возникает самоторможение. Полное самоторможение достигается в передаче, в которой угол подъёма винтовой линии червяка равен или меньше 3.5°.

Однако производители редукторов далеко не всегда предоставляют информацию об этом параметре в своих каталогах, и разработчикам приходится оперировать именно передаточными числами. Описанное свойство, в зависимости от области применения редуктора, может быть как достоинством, так и недостатком. Например, было бы конструкторской ошибкой применять червячный редуктор в приводе, скажем, закаточного устройства, при заправке которого требуется вручную поворачивать бобину с закатываемым листовым материалом, так как червячный редуктор даже с передаточным отношением меньше 25 довольно тяжело провернуть за ведомый вал. Наоборот, применение червячного редуктора (с большим передаточным числом червячной пары) в приводе подъёмника позволяет во многих случаях отказаться от установки дополнительного тормозного устройства.

6. Существуют исполнения червячных редукторов с полым выходным валом. Эти варианты редукторов (называемые также “насадными”) позволяют устанавливать редукторы непосредственно на валы исполнительных механизмов без применения соединительных муфт или дополнительных механических передач. Такая установка в сочетании с применением так называемых “реактивных штанг”  или фланцевых исполнений редуктора упрощает конструкцию и уменьшает габарит привода:

Описанным преимуществом могут обладать не только червячные редукторы, но и другие типы редукторов, за исключением, пожалуй, соосных цилиндрических, где такая установка невозможна из-за их конструктивных особенностей. Здесь следует отметить, что иногда отсутствие предохранительной муфты между выходным валом редуктора и валом приводимого в движение механизма может привести к поломке редуктора из-за приложения нештатной нагрузки к выходному валу, превышающей номинальный выходной момент редуктора. В таких случаях задача конструктора – либо обеспечить отсутствие вероятности приложения таких нагрузок, либо защитить от них привод, например, с помощью муфты.

Сказанное в большей степени относится именно к червячным редукторам из-за их самоторможения.

Литература

1.      Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1998.

2.      Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование. Мн., 2001.

3.      Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. и др. Курсовое проектирование деталей машин. -М. ООО ТИД «Альянс», 2005.

4.      Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин. -М: Высшая школа, 1991.