Изучение конструкции червячного одноступенчатого редуктора (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. »

, ,

Изучение конструкции червячного

одноступенчатого редуктора

Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

по курсу «Детали машин» для студентов специальностей

190603 «Сервис транспортных и технологических машин
и оборудования (автомобильный транспорт)»,
240706 «Автоматизированное производство химических предприятий»,
260601 «Машины и аппараты пищевых производств»,
160302 «Ракетные двигатели», 151001 «Технология машиностроения»,
170104 «Высокоэнергетические устройства автоматических систем»,
260204 «Технология бродильных производств и виноделие» всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета им.

2010

УДК 621.7

В67

Рецензент: к. т.н., доцент кафедры МАХиПП

В67

Волков, В. П. Изучение конструкции червячного одноступенчатого редуктора: методические рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу «Детали машин» для студентов специальностей 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», 240706 «Автоматизированное производство химических предприятий», 260601 «Машины и аппараты пищевых производств», 160302 «Ракетные двигатели», 151001 «Технология машиностроения», 170104 «Высокоэнергетические устройства автоматических систем», 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» всех форм обучения / , , ; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 14 с.

Методические рекомендации содержат общие сведения о червячных редукторах, необходимые для выполнения лабораторной работы. Приведено описание используемого оборудования и инструмента, порядок выполнения работы, рекомендации по обработке экспериментальных данных и составлению отчета и контрольные вопросы для закрепления и проверки знаний студентов, полученных при выполнении работы.

Предназначены для студентов специальностей, изучающих курс «Детали машин», всех форм обучения.

УДК 621.7

В67

Рассмотрены и одобрены
на заседании кафедры ТМ

Протокол № 7 от 04 марта 2010 года

© , , 2010 © БТИ АлтГТУ, 2010

Содержание

1 Цель работы.. 4

2 Введение. 4

3 Классификация червячных редукторов. 4

4 Описание редуктора. 5

5 Порядок выполнения работы по изучению конструкции
одноступенчатого червячного редуктора. 8

5.1 Разборка редуктора и ознакомление с конструкцией
и назначением отдельных узлов. 8

5.2 Определение геометрических параметров зацеплений червячного редуктора. 8

5.3 Расчет геометрических параметров зацепления. 9

5.3.1 Модуль червячного зацепления. 9

5.3.2 Коэффициент диаметра червяка. 10

5.3.3 Передаточное число червячной передачи. 11

5.3.4 Основные размеры червяка и колеса. 11

5.4 Определение допускаемого момента на червячную пару из условия

имеющегося материала и его термообработки. 12

6 Контрольные вопросы по червячному редуктору. 13

7 Приборы и инструменты, необходимые при выполнении работы.. 13

8 Содержание отчета. 13

Список использованной и рекомендуемой литературы.. 13

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является:

− ознакомление с устройством червячного редуктора;

− определение назначения отдельных eго узлов;

− замеры и вычисления основных параметров зацепления;

− определение допускаемого момента.

2 Введение

Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых, червячных или других передач, выполненный в виде отдельного закрытого агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема привода может включать помимо редуктора открытые зубчатые передачи: ременную или цепную.

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

Основные достоинства червячных передач: возможность реализации больших передаточных чисел в одной ступени (у силовых передач от 8 до 80, у кинематических до 1000), плавность и бесшумность в работе, возможность самоторможения.

Основным недостатком червячной передачи является сравнительно низкий КПД. К сопутствующим недостаткам следует отнести значительное выделение тепла в зоне зацепления червяка с червячным колесом, склонность к заеданию в зацеплении, необходимость применения для венцов червячных колёс дорогих антифрикционных материалов, повышенный износ. Указанные недостатки ограничивают применение червячных редукторов по мощности (обычно до 80 кВт и реже до 300 кВт).

3 КЛАССИФИКАЦИЯ червячных РЕДУКТОРОВ

Червячная передача (рисунок 1) применяется в тех случаях, когда оси ведущего и ведомого колес перекрещиваются (обычно под прямым углом), и может рассматриваться как разновидность винтовой зубчатой передачи с тем отличием от последней, что число зубьев (заходов) на ведущем звене – червяке – мало, а контакт между витками зубьев червяка и зубьями колеса происходит не по точкам, а по контактным линиям. Для увеличения длины контактных линий наружную поверхность червячного колеса делают вогнутой, охватывающей червяк в пределах угла 100°.

Рисунок 1 − Схема червячной передачи

Наибольшее распространение получили одноступенчатые червячные редукторы. Червячные передачи различают по форме начального тела червяка − цилиндрические и глобоидные; по форме профиля витков червяков – архимедовы, конволютные, эвольвентные, с вогнутым профилем. По количеству витков червяки делят на однозаходные и многозаходные, по направлению винта – левые и правые (последние более распространены). По относительному расположению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним (рисунок 2а), верхним (рисунок 2б) и боковым (рисунок 2в, г) расположением червяка и червячно-цилиндрические редукторы, реже двухступенчатые редукторы. По назначению − силовые с нерегулируемым и кинематические с регулируемым взаимным расположением червяка и колеса. В комбинированных редукторах червячные передачи применяют в качестве быстроходной ступени, так как при больших скоростях КПД червячной передачи больше.

В машиностроении из цилиндрических червяков наиболее распространены архимедовы червяки. Их можно нарезать на обычных токарных или резьбофрезерных станках.

Рисунок 2 − Схемы червячных редукторов

4 ОПИСАНИЕ РЕДУКТОРА

Редуктор состоит из массивного корпуса, червяка и червячного колеса с опорами, крышек подшипников и регулировочных колец (рисунок 3).

КОРПУС служит для размещения в нем деталей передач, для обеспечения их смазки и смазки подшипников, для предохранения их от загрязнения и для восприятия усилий, возникающих в процессе работы механизма. Корпус должен быть достаточно прочным и жестким, так как в случае его деформации возникает перекос валов, что может привести к повышенному износу зубьев вследствие неравномерности распределения нагрузки и даже к поломке. Для повышения жесткости корпус усиливают ребрами, расположенными на участках размещения опор валов. Для удобства монтажа корпус выполнен разъемным. Плоскость разъема горизонтальна и проходит через оси валов. Нижняя часть корпуса 1 называется картером, верхняя 2 − крышкой. На крышке имеется смотровое окно, закрытое прямоугольной крышкой 3 с отдушиной 4. Назначение отдушины – в выравнивании давлений внутренней полости редуктора и атмосферного и вследствие этого устранении утечки масла через уплотнения валов. Разница давлений возможна вследствие нагревания редуктора. В картере 1 имеется пробка 5 для слива масла и щуп 6 для замера его уровня. Для замера уровня масла могут использоваться другие технические решения. Картер и крышку соединяют болтами 7, 8, которые устанавливают с зазором.

Рисунок 3 − Редуктор червячный с нижним расположением червяка

Плоскости разъема корпуса и крышки обычно тщательно обрабатываются для обеспечения плоскостности. При сборке плоскости стыки смазывают специальными герметиками. Не рекомендуется ставить прокладки между корпусом и крышкой редуктора, так как они изменяют характер посадки подшипников качения.

Для возможности монтажа и демонтажа в редукторах, корпуса которых не имеют разъема по гнездам подшипников, при конструировании необходимо иметь в виду, что наружный диаметр червяка и колеса должен быть меньше наружного диаметра подшипника или стакана.

Червячные редукторы с межосевым расстоянием более 125 мм имеют обычно корпуса с разъёмом по оси червячного колеса (см. рисунок 3). Корпуса относительно небольших червячных редукторов с межосевым расстоянием до 100 мм изготавливают чаще всего без разъёма (тип РЧУ40....РЧУ100).

червячное колесо и червяк служат для передачи вращательного движения.

К материалам червячной пары обычно предъявляются те же требования, что и к материалам зубчатых колес. Однако червяк и колесо должны образовывать антифрикционную пару. Это требование наилучшим образом обеспечивается при сочетании разнородных материалов контактирующих поверхностей: стальной червяк и колесо из бронзы или чугуна.

Червяк изготавливают из конструкционных марок сталей (сталь 45, сталь 40, сталь 20, сталь 20Х) для малонагруженных редукторов и из легированных марок сталей (сталь 40ХН, сталь 34ХН1М, сталь 38ХГН, сталь 5ХНВ) для тяжело нагруженных редукторов. Червяки, как правило, подвергают общей термообработке 260−290 НВ или общей термообработке 230−260 НВ и поверхностной закалке зубьев 42−48 HRC. Последний вариант более предпочтителен, но после поверхностной закалки необходима шлифовка на специальных станках. Червяки из малоуглеродистых марок сталей (20, 20Х, 20ХГ) подвергают цементации с последующей поверхностной закалкой.

С целью снижения коэффициента трения и предотвращения заедания зацепления червячные колёса изготавливают, как правило, из бронзы БрАЖ9-4Л, БрОФ10-1 и др. Реже их выполняют из чугуна, из антифрикционных алюминиевых сплавов и из пластмасс. При изготовлении колёс диаметром более 150−200 мм в целях экономии из бронзы изготавливают лишь зубчатый венец 10, а диск колеса 11 из чугуна или углеродистой стали. Способов сочленения венца с диском много, но наиболее распространёнными являются заливка венца непосредственно на предварительно рифлёный диск колеса или посадка венца на диск с натягом и установка резьбовых гужонов по поверхности сочленения.

Червяки чаще всего выполняют заодно с валом (поз. 12, см. рисунок 3), реже − насадными. Червячное колесо насаживают на вал с посадкой, гарантирующей натяг в сопряжении. А также используют шпонки 13.

ПОДШИПНИКИ служат для поддержки вращающихся валов. В червячных и глобоидных редукторах применяют в основном радиально-упорные подшипники (шариковые или конические) 14, 15 в опорах как червяков, так и валов колес. Преимущество таких подшипников перед радиальными шариковыми не только в их способности воспринимать большие осевые усилия; но и в их большей жесткости; это обеспечивает более устойчивое относительное положение элементов передач этого типа.

При установке радиально-упорных подшипников в обеих опорах червяка возможно защемление тел качения в результате повышения температуры червяка. В случае, если опасность такого защемления не исключена (при расстоянии между опорами больше 350 мм), оба радиально-упорных подшипника устанавливают с одной стороны, а дополнительный радиальный шариковый или роликовый подшипник для восприятия лишь радиальной нагрузки располагают с другой стороны червяка.

Между крышкой подшипника и корпусом редуктора для регулирования осевого зазора подшипников качения и для компенсации ошибок линейных размеров сопряженных деталей, получающихся при их изготовлении, устанавливают набор регулировочных прокладок. Вместо прокладок можно применять кольца, установленные между боковой крышкой и наружным кольцом подшипника.

Для обеспечения возможности сквозной расточки гнезд противоположных подшипников их конструируют одного диаметра. Расточка гнезд подшипников должна быть выполнена с большой точностью, чтобы избежать перекоса осей, приводящего к неравномерности распределения нагрузки по длине зуба.

КРЫШКИ ПОДШИПНИКОВ служат для предотвращения попадания пыли и грязи внутрь корпуса и в подшипниковые узлы и для передачи на корпус осевых усилий. Крышки могут быть глухими 16, 17 и сквозными 18, 19. В последних проточены отверстия для прохода валов и специальные кольцевые канавки для уплотнения. Крышки могут быть закладные и привёртные.

Резьбовые СОЕДИНЕНИЯ служат для скрепления корпуса и крышки редуктора. В резьбовых соединениях, соединяющих корпус и крышку редуктора, необходимо предусмотреть средства против самоотвинчивания гаек; например, в крупных редукторах могут применяться контргайки, а в мелких и средних − пружинные шайбы или стопорные шайбы с лапками. Для облегчения съема крышки при демонтаже редуктора как один из способов применяют два отжимных винта, завинчиваемых во фланцы корпуса или крышки редуктора.

ШТИФТЫ предназначены для точного фиксирования положения крышки относительно корпуса редуктора при совместной расточке гнёзд под подшипники и при сборке редуктора; предусматривается два конических штифта 9, которые располагаются несимметрично на противоположных сторонах редуктора. При симметричной крышке штифты располагают таким образом, чтобы при сборке редуктора крышку нельзя было поставить неправильно.

СМАЗКА РЕДУКТОРА может быть циркуляционная и картерная. В данной конструкции редуктора применена картерная смазка. При нижнем расположении червяка уровень масла обычно назначают из условия полного погружения витков червяка. Уровень масла при верхнем расположении червяка назначают из условия полного погружения зуба червячного колеса.

В быстроходных (окружная скорость u³12−15 м/с) червячных редукторах большой мощности применяют циркуляционную смазку.

Сорт масла, применяемого для смазки червячного редуктора, выбирают в зависимости от окружной скорости и нагруженности передачи. Минимальный объем залитого масла в червячных передачах составляет от 0,35 до 0,7 литров на 1 кВт передаваемой мощности. При работе передачи внутри корпуса создается масляный туман. Конденсируясь на стенках, масло стекает вниз и смазывает подшипники качения. С целью повышения противозадирных и противоизносных свойств масел, используемых для смазки червячных передач, в них добавляют специальные присадки. Обычно используют масла марок: индустриальные масла И-Г-С-220, И-Т-С-320, авиационное масло МС-20 и другие.

Следует помнить, что чем больше объем масляной ванны, тем дольше сохраняются свойства масла и тем лучше условия смазки. Поэтому максимальный объем ванны ограничивается предельно допустимой высотой уровня масла в корпусе.

МАЗЕУДЕРЖИВАЮЩИЕ КОЛЬЦА применяются при густой смазке подшипников качения. Их устанавливают так, чтобы они несколько выступали за торец корпуса редуктора или стакана. При вращении мазеудерживающего кольца жидкое масло сбрасывается центробежной силой, что предотвращает вымывание густой смазки. Густая смазка подшипников качения применяется при окружной скорости подшипника менее 4 м/с.

Длина выступающих концов валов определяется с учетом размещения деталей муфт, ременной, цепной или зубчатой передач, а также удобством их обслуживания, монтажа и демонтажа.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ по изучению конструкции одноступенчатого червячного редуктора

5.1 Разборка редуктора и ознакомление с конструкцией
и назначением отдельных узлов

Разборка и сборка червячного редуктора, указанного преподавателем, достаточно сложная и ответственная операция, при этом часть деталей редуктора имеют значительную массу, поэтому редуктор находится в разобранном виде, что дает возможность сразу приступить к знакомству с конструкцией и назначением деталей и узлов редуктора (валы, крышки, регулировочные кольца, щуп масломера, сливная пробка и др.).

5.2 Определение геометрических параметров зацеплений
червячного редуктора

Для решения этой задачи необходимо провести ряд точных замеров с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм и вычислить параметры зацепления. Для определения параметров зацепления червячной пары необходимо определить количество витков (заходов) червяка z1 (число витков червяка (число заходов) можно определить, посмотрев на червяк с торца: сколько ниток резьбы начинается с торца винта, столько витков имеет червяк) и количество зубьев колеса z2 (принято относить индексы 1 и 2 соответственно к червяку и колесу), измерить диаметры вершин зубьев червяка и колеса da, осевой шаг червяка Р1,. межосевое расстояние аw, длину нарезанной части червяка b1 и ширину венца червячного колеса b2. Дополнительно необходимо измерить наружные диаметры подшипников D, внутренние диаметры подшипников d и ширину подшипников В, диаметры входного dв1 и выходного dв2 валов. Полученные результаты измерений необходимо внести в протокол измерений (таблица 1).

Таблица 1 – Протокол измерений

Параметры	Обозначение	Размерность	Результаты измерения
Червяк	Число витков Шаг осевой Длина нарезанной части Диаметр вершин	z1 Р1 b1 da1	– мм мм мм
Дополнительные параметры для червяка	Наружный диаметр подшипника	D	мм
Внутренний диаметр подшипника	d	мм
Ширина подшипника	В	мм
Диаметр входного вала	dв1	мм
Червячное колесо	Число зубьев Диаметр вершин Ширина венца	z2 da2 b2	– мм мм
Дополнительные параметры для колеса	Наружный диаметр подшипника	D	мм
Внутренний диаметр подшипника	d	мм
Ширина подшипника	В	мм
Диаметр выходного вала	dв2	мм
Общие параметры	Межосевое расстояние	аw	мм

На рисунке 4 показаны основные геометрические параметры зацепления червячной пары.

а)	б)

Рисунок 4 – Геометрические параметры червяка (а) и колеса (б)

5.3 Расчет геометрических параметров зацепления

5.3.1 Модуль червячного зацепления

Так же, как и в зубчатой передаче, основным параметром зацепления является модуль, в качестве которого принимают торцовый модуль колеса, равный осевому модулю червяка. Формулы, связывающие размеры червячного колеса с модулем, подобны формулам, используемым для зубчатых передач. Диаметр делительного цилиндра червяка кратный осевому модулю червяка:

,

(1)

где m – осевой модуль червяка (торцовый модуль колеса), мм;

q – коэффициент диаметра червяка.

При этом осевой модуль червяка можно приближено определить по результатам замера геометрических размеров:

.

(2)

Полученное значение m округляют до ближайшего стандартного значения (таблица 2). Значения m лежат в диапазоне от 0,1 до 25.

Таблица 2 − Значения осевого модуля червяка (ГОСТ 19672−74)

Номер ряда	Модули
1-й ряд	0,1	–	0,125	–	0,16	0,2	0,25	–	0,315	0,40	0,50
2-й ряд	–	0,12	–	0,15	–	–	–	0,3	–	–	–
3-й ряд	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
1-й ряд	–	0,63	0,8	–	1,0		1,25	–	–	1,6	–
2-й ряд	0,6	–	–	–	–	–	–	–	1,5	–	–
3-й ряд	–	–	–	0,90		1,125		1,375	–	–	1,75
1-й ряд	2,0	–	2,5	–	–	3,15	–	4,0	–	5,0	–
2-й ряд	–	–	–	–	3,0	–	3,5	–	–	–	6,0
3-й ряд	–	2,25		2,75	–	–	–	–	4,5	–	–
1-й ряд	6,3	–	8,0	–	10,0	–	–	12,5	–	16,0	–
2-й ряд	–	7,0	–	–	–	–	12,0	–	–	–	–
3-й ряд	–	–	–	9,0	–	11,0	–	–	14,0	–	18,0
1-й ряд	20,0	–	25,0	–	–	–	–	–	–	–	–
2-й ряд	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
3-й ряд	–	22,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Примечание – Первый ряд следует предпочитать второму. Модули третьего ряда допускается применять в технически обоснованных случаях

5.3.2 Коэффициент диаметра червяка

Коэффициент диаметра червяка определяют по формуле