Вследствие нагрева, вызванного трением, червячные передачи нуждаются также и в тепловом расчёте. Практика показывает, что отказ механизма неизбежен при температуре, выше предельной 95 °С. Допускаемая температура, как и допускаемые напряжения, принимается ниже предельной: [t] = 65 °С.
Уравнение теплового расчёта, составляемое из баланса тепловой энергии, позволяет оценить температуру редуктора, передающего заданную мощность N, кВт (мощность на червяке)
t = {[1000 N (1–η)] / [KT F (1+Ψ)]} + to ≤ [t],
где η – КПД редуктора; KT – коэффициент теплоотдачи = 8…11 [Вт/(м2·град)] при слабой циркуляции и 14…17 [Вт/(м2·град)] при хорошей циркуляции окружающего воздуха; F – площадь поверхности охлаждения корпуса, м2, оценивается из компоновки редуктора по габаритным размерам корпуса без учёта площади дна; Y = 0,3 – коэффициент теплоотвода в металлический пол Y = 0 на бетонном полу; to – температура окружающей среды, обычно 20 °С. Для двухступенчатого червячного редуктора в качестве N следует принять сумму мощностей на обоих червяках.
Рис. 3.27. Рабочий чертёж червяка |
Рис. 3.28. Рабочий чертёж венца червячного колеса |
Так, например, можно рассчитать температурный режим работы червячного редуктора привода лебёдки (рис. 3.29) для передвижения пакетов пути моторной платформы МПД [33].
Рис. 3.29. Редуктор лебёдки передвижения пакетов пути МПД |
Редуктор приводится во вращение электродвигателем ДП31 мощностью
10 кВт с рабочей частотой вращения 1000 об/мин.
К выходному валу червячного редуктора подсоединён барабан для намотки троса диаметром 17,5 мм. Тяговое усилие лебёдки 3000 кГ.
Примем КПД червячного редуктора η = 0,95. Учитывая, что платформа работает исключительно на открытом воздухе, примем коэффициент теплоотдачи KT = 15 [Вт/(м2·град)]. Площадь поверхности охлаждения корпуса подсчитана приблизительно по габаритам редуктора F ≈ 0,78 м2, включая и площадь дна, поскольку лебёдка не прикреплена к полу, а подвешена на раму платформы в средней части. Соответственно, коэффициент теплоотвода в пол Y = 0.
Тогда температура нагрева червячного редуктора лебёдки:
t = {[1000 N (1–η)] / [KT F(1+Ψ)]} + to =
{[1000·10· (1–0,95)]/[15·0,78·(1– 0) ]}+20 °С = 63 °С.
Такую расчётную температуру можно считать вполне допустимой, поскольку лебёдка работает в кратковременном режиме со значительными перерывами для закрепления рельсовых пакетов.
В случае, когда расчётная температура превышает допускаемую и, тем более предельную (95 °С), следует предусмотреть отвод избыточной теплоты.
Это достигается (рис. 3.30) оребрением редуктора, искусственной вентиляцией, змеевиками с охлаждающей жидкостью в масляной ванне и т.д. [1, 8, 20]. Оребрение корпуса увеличивает теплоотводящую поверхность F примерно вдвое. Искусственный обдув вентилятором, устанавливаемым на валу червяка, обеспечивает коэффициент теплоотдачи KT = 0,024…0,05 кВт/(м2·град) при частоте вращения вала вентилятора 750…3000 об/мин. Жидкостное охлаждение посредством змеевика, по которому пропускают воду, повышает коэффициент теплоотдачи KT до 0,2 кВт/(м2·град), такое охлаждение применяют при необходимости отвода большого количества тепла. Аналогичный результат достигается организацией циркуляционного охлаждения смазки.
Рис. 3.30. Меры по охлаждению редуктора |