Проектирование червячного мотор-редуктора

Задание на проектирование

	1 – электродвигатель; 2 – червячный редуктор; 3 – муфта.
Рис. 4.3. Компоновочная схема мотор-редуктора

Исходными данными при проектировании привода являются:

· Мощность не менее 2,5 кВт;

· Скорость вращения вала мотор-редуктора 18 об/мин;

· Передача – червячная, с нижним расположением червяка;

· Требуемый ресурс L = 7 лет;

· Режим работы – 2 смены, со средними динамическими нагрузками, реверсивная передача;

· Требования к компактности – средние;

· Мелкосерийное производство.

 

 

Предварительные расчеты и анализ работы мотор-редуктора

Срок службы привода

Срок службы (ресурс) :

часов,

где L – срок службы привода, L = 7 лет;

– количество рабочих дней в году, = 250 рабочих дней (при пятидневной рабочей неделе);

– количество смен, = 2 смены;

– продолжительность смены, = 8 часов.

 

Выбор электродвигателя

4.2.2.2.1 КПД редуктора:

,

где – КПД червячной передачи (предварительный);

– КПД одной пары подшипников.

4.2.2.2.2 Требуемая мощность электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя:

кВт;

4.2.2.2.3 Подбор электродвигателей

По таблицам приложения выбираем электродвигатели серии 4А с кВт. Данные заносим в таблицу 4.4:

Таблица 4.4

Параметры выбранных электродвигателей

	Обозначение электродвигателя	Мощность P, кВт	n эд. ном., об/мин	uред
	4АМ100S2
	4АМ100L4		79,44
	4АМ112MB6		52,78
	4АМ132S8

4.2.2.2.4 Передаточное число привода

Передаточное число привода для каждого варианта электродвигателя:

,

где – частота вращения выходного вала мотор-редуктора.

; ;

; .

Оптимальное передаточное число червячной передачи лежит в диапазоне 14…63. Из четырех вариантов первые два не попадают в указанный диапазон. Из оставшихся больше подходит 3 вариант, так электродвигатель 4АМ112MB6 обладает меньшими габаритами и массой.

4.2.2.2.5 Уточнение параметров мотор-редуктора

Уточненный КПД червячной передачи:

.

Уточненный КПД редуктора:

.

Уточненная мощность па выходном валу мотор-редуктора:

кВт;

 

Расчет кинематических и силовых параметров привода

4.2.2.3.1 Частота вращения и угловая скорость вала электродвигателя:

об/мин; сек^-1.

Частота вращения быстроходного вала редуктора совпадает с частотой вращения вала электродвигателя:

об/мин; сек^-1.

Частота вращения тихоходного вала редуктора (выходного вала мотор-редуктора):

об/мин; сек^-1.

4.2.2.3.2 Мощность на валу электродвигателя:

кВт.

Мощность на быстроходном валу редуктора (с учетом потерь на трение в подшипниках вала):

кВт.

Мощность на выходном валу (с учетом потерь на трение в червячной передаче и подшипниках вала):

кВт.

4.2.2.3.3 Вращающий момент на валу электродвигателя:

Н∙м.

Вращающий момент на быстроходном валу редуктора:

Н∙м.

Вращающий момент на тихоходном (выходном) валу:

Н∙м.

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.5.

Таблица 4.5

Кинематические и силовые параметры привода

Вал	Частота вращения n, об/мин	Угловая скорость w, сек^-1	Мощность P, кВт	Вращающий момент M, Н×м
Вал двигателя		99,48		40,21
Быстроходный вал		99,48	3,96	39,81
Тихоходный вал		1,885	2,599	1378,8

Проектирование червячной передачи

Исходные данные для проектирования

· Вращающий момент на колесе 1378,8 Н∙м;

· Частота вращения колеса =18 об/мин;

· Передаточное число =52,78;

· Время работы передачи (ресурс) =28000 ч;

· Условия работы: реверсивность, средние динамические нагрузки.

 

Предварительные расчеты

4.2.3.2.1 Предварительная скорость скольжения:

м/сек.

4.2.3.2.2 Выбор материала червячной пары

По рекомендациям п. 3.6.1 [3], с учетом предварительной скорости скольжения =4,647 м/сек, выбираем материал венца червячного колеса из группы II – безоловянная бронза БрА9Ж3Л. Учитывая мелкосерийное производство выбираем литье в песчаные формы. По табл. 3.1 [3] прочностные характеристики для бронзы БрА9Ж3Л: =425 МПа, =195 МПа.

По рекомендациям п. 3.6.2 [3], с учетом материала венца червячного колеса выбираем материал червяка – сталь 40ХН с поверхностной закалкой до твердости 45…53 HRC с последующей шлифовкой. Степень точности изготовления червяка – 8.

4.2.3.2.3 Выбор типа червяка

По рекомендациям п. 3.2 [3], с учетом характера передачи (среднескоростная силовая передача) и передаваемой мощности (свыше 2 кВт), выбираем эвольвентный червяк ZJ.

 

Допускаемые напряжения

4.2.3.3.1 Допускаемые контактные напряжения (для группы II):

МПа.

где = 300 МПа для червяков с твердостью на поверхности витков HRC.

4.2.3.3.2 Допускаемые изгибные напряжения

Эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы передачи:

,

где – время работы передачи, ч.

Коэффициент долговечности:

.

Исходное допускаемое напряжение изгиба для материалов группы II:

МПа.

Допускаемое изгибное напряжение:

МПа.

Так как передача работает в реверсивном режиме, то полученное значение нужно уменьшить на 25%:

Окончательно принимаем: МПа.

 

Проектировочный расчет

4.2.3.4.1 Основные параметры передачи

Так как 52,78, то число заходов червяка 1.

Межосевое расстояние, мм:

мм,

где = 610 для эвольвентных червяков;

– коэффициент концентрации нагрузки: при постоянном режиме нагружения (как самый неблагоприятный вариант) = 1.

Полученное межосевое расстояние округляем в большую сторону: 225 мм.

Число зубьев колеса:

.

Округляем до целого значения:

.

Модуль передачи:

мм;

Модуль округляем до ближайшего стандартного значения в полученном диапазоне: 7 мм. В данном случае берем модуль из второго ряда.

Коэффициент диаметра червяка:

.

Полученное значение q округляют до ближайшего стандартного: q =12,5.

Минимально допустимое значение q из условия жесткости червяка:

12,5 > 11,4

Условие жесткости червяка соблюдается.

Коэффициент смещения:

.

Так как коэффициент смещения < 1,0, то окончательно принимаем полученные значения , , и q.

Угол подъема линии витка червяка:

на делительном цилиндре:

рад = 4,574º;

на начальном цилиндре:

рад = 5,064º.

Фактическое передаточное число:

.

Погрешность передаточного числа:

 

4.2.3.4.2 Размеры червяка и колеса (см. п. 3.3, рис. 3.4)

Диаметр делительной окружности червяка:

мм.

Диаметр окружности выступов червяка:

мм.

Диаметр окружности впадин червяка:

мм.

Длина нарезанной части червяка при коэффициенте смещения :

мм.

Для фрезеруемых и шлифуемых червяков полученную расчетом длину увеличиваем на 25 мм и округляем полученное значение: =125 мм.

Диаметр делительной окружности червячного колеса:

мм.

Диаметр окружности выступов:

мм.

Диаметр окружности впадин:

мм.

Диаметр колеса наибольший:

мм,

где – для передач с эвольвентным червяком.

Принимаем мм.

Ширина венца:

мм,

где при = 1.

Принимаем мм.

 

4.2.3.4.3 Скорость скольжения и КПД передачи

Скорость скольжения на начальном диаметре червяка:

м/сек,

где – частота вращения червяка, об/мин.

Скорость скольжения в зацеплении:

м/сек,

где – угол подъема линии витка на начальном цилиндре.

Коэффициент полезного действия червячной передачи:

,

где – приведенный угол трения.

 

4.2.3.4.4 Силы в зацеплении (рис. 4.4).

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке:

H.

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе:

Н.

Радиальная сила:

Н.