Краткие сведения о геометрии и кинематике червячных

Самарский государственный университет путей сообщения

 

Кафедра механики

 

Определение коэффициента полезного

Действия червячного редуктора

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Для студентов очного и заочного обучения специальностей:

190205- Подъемно-транспортные, строительные,

дорожные машины и оборудование;

190301- Локомотивы;

190302 – Вагоны;

190303 – Электрический транспорт железных дорог.

 

 

Составители:

проф. Янковский В.В.

доц. Алексеев А.В.

доц. Жарков М.С.

доц. Толстоногов А.А.

 

Самара, 2010

 

УДК 621.81.001.63

Определение коэффициента полезного действия червячного редуктора. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов специальностей 190205, 190301, 190302, 190303 очной и заочной форм обучения./Составители: В.В.Янковский, А.В.Алексеев, М.С.Жарков, А.А.Толстоногов.- Самара, СамГУПС, 2010. – 14 с.

 

Утверждены на заседании кафедры 08.02.2010 г., протокол № 6.

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГУПС.

 

Приведены сведения по кинематике и конструкции червячного редукторов и методика расчета и экспериментального определения его коэффициента полезного действия. Изложен порядок выполнения лабораторной работы, вопросы для проверки теоретических знаний по теме работы, приведена форма протокола лабораторной работы. Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения механических и электромеханических специальностей, изучающих курс «Детали машин и основы конструирования».

 

 

Составители: В.В.Янковский

А.В.Алексеев

М.С.Жарков

А.А.Толстоногов

 

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Механика» СамГУПС Н.В.Назарова;

д.т.н., профессор зав. кафедрой СДМ и ТМ СамГУПС

В.Н.Самохвалов.

 

Редактор

Компьютерная верстка

 

 

Подписано в печать Формат 60х90 1/16

Усл.печ.л. 0,87. Тираж 200 экз. Заказ №

© Самарский государственный университет путей сообщения

 

 

Введение

 

Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых, имеют характерные черты зубчатых и винтовых передач. Червячная передача относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися (обычно под углом 90°) осями валов.

Основными деталями червячной передачи (рис.1) являются червяк (1)- винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой, и червячное колесо (2)- колесо с зубьями особой вогнутой формы, получаемой взаимным огибанием витков червяка. Такая форма зубьев обеспечивает облегание червяка и увеличение длины контактных линий.

 

 

Рис.1. Конструкция червячной передачи

(параметры передачи, указанные на чертеже, известны из курса ТММ)

 

Червячные передачи получили широкое применение в подъёмно-транспортных устройствах, в станках, в автомобилях, точных приборах и других машинах.

Основные достоинства червячных передач:

+ большое передаточное отношение (до 80 - 100);

+ плавность и бесшумность работы.

 

 

Основные недостатки червячных передач обусловлены скольжением витков червяка по зубьям колеса и, как следствие, трением и износом, что приводит к:

- большим потерям на трение и низкому К.П.Д.;

- необходимости применения для венца колеса дорогостоящих

антифрикционных материалов (бронзовые сплавы).

 

 

Краткие сведения о геометрии и кинематике червячных

Передач

Методика кинематического расчёта червячной и цилиндрической зубчатой передач аналогичны. Однако у червяка роль числа зубьев играет число заходов, обозначаемое Z₁. Обычно Z₁ = 1, 2, 3, или 4. Передаточное отношение червячного зацепления U_ч = Z₂ / Z₁ будет максимальным при однозаходном червяке, однако потери на трение и нагрев минимальны при четырёхзаходном червяке. Поэтому мощные червячные передачи выполняют многозаходными.

 

От числа заходов червяка зависит угол подъёма винтовой линии g = arc tg (Z₁/ q ), где q -коэффициент диаметра червяка, выбираемый по ГОСТ 19063-73.

При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Скорость скольжения V_s направлена по касательной к винтовой линии червяка.

V_s = (3,14 d₁ n₁ / 60000 ) / cos ( g ),

где n₁ - частота вращения червяка (об/мин);

d ₁ - делительный диаметр червяка (мм);

d₁ = q * m, m – стандартный осевой модуль червячного зацепления.

Геометрия и кинематика червячного зацепления в совершенстве изучены Вами в курсе ТММ.

 

К.П.Д. червячной передачи

 

Из- за скольжения червяка по колесу в зацеплении возникает большая сила трения, вследствие чего К.П.Д. червячных передач ниже, чем у других зубчатых передач.

Коэффициент полезного действия червячного зацепления можно вычислить по зависимости, выведенной для винтовых пар

h_зац = tg (g) / tg (g + r),

где g - угол подъема винтовой линии,

r - угол трения, r = arc tg (f);

f - коэффициент трения материалов пары червяк –червячное колесо.

К.П.Д. увеличивается при увеличении угла подъема винтовой линии g и уменьшении угла трения r.

Опытным путем установлено, что при наличии удовлетворительной смазки величина коэффициента трения (угла трения) зависит от скорости скольжения. Это объясняется тем, что при повышении скорости скольжения происходит переход от полужидкостного к жидкостному трению.

К.П.Д. всего редуктора ниже, чем К.П.Д. зацепления, поскольку в редукторе к потерям в зацеплении добавляются потери на трение в подшипниках и потери на перемешивание и разбрызгивание смазки.

h _ред = h_зац*hⁿ_подш*(1 - Y_смаз)

где: h_подш - коэффициент полезного действия пары подшипников (для подшипников качения 0.99);

n – число пар подшипников;

Y_смаз – коэффициент, учитывающийпотери на разбрызгивание и

размешивание смазки, (0.001-0.003).

 

 

Таблица 1.

Коэффициентыи углы трения для различных скоростей

скольжения стальных червяков по бронзовым венцам колёс

 

Скорость Скольжения, м/сек	Коэффициент трения, f	Угол трения, r
0.01	0.10 - 0.12	5о40’- 6о50’
0.1	0.08 - 0.09	4о30’- 5о10’
0.25	0.065 - 0.075	3о40’ - 4о20’
0.5	0.055 - 0.065	3о10’ -3о40’
1.0	0.045 - 0.055	2о30’ - 3о10’
1.65	0.04 - 0.05	2о20’ - 2о50’
2.0	0.035 - 0.045	2о00’ - 2о30’
2.5	0.03 - 0.04	1о40’ - 2о20’
3.0	0.028 - 0.035	1о30’ - 2о00’
4.0	0.023 - 0.03	1о20’ - 1о40’
7.0	0.018 - 0.026	1о00’ - 1о30’
10.0	0.016 - 0.024	0о55’ - 1о20’
15.0	0.014 - 0.020	0о50’ - 1о10’