РАВНОПРОЧНОСТЬ СТУПЕНЕЙ ЧЕРВЯЧНО-КОНИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Вывод.

Рассмотренные методы повышения эксплуатационной долговечности подземных коммуникаций путем нанесения материалов покрытий на внутреннюю поверхность трубопроводов значительно увеличивают надежность и продолжительность эксплуатации канализационных сетей. При выборе того или иного метода в каждом конкретном случае необходимо руководствоваться условиями выполнения работ, показателями агрессивности среды, а также экономическими критериями. Кроме того, эффективность защиты зависит от применяемых материалов.

Список использованной литературы:

1. Арутюнов В.А. Моделирование оптимальных гидроизоляционных составов интегрально-капиллярного действия с повышенным содержанием полимерных волокон: [текст] / В.А. Арутюнов, О.В. Старкова, Д.А. Бондаренко.

2. Булгаков В.В. Эффективное решение ремонта трубопроводов, расположенных в сложных геологических условиях: [текст] / В.В. Булгаков, С.А. Забелин, Д.Ф. Гончаренко, О.В. Старкова.

3. Продоус О.А. Совершенствование методов использования бестраншейных технологий для ремонта городских канализационных сетей: Автореф. дисс. ... д-ра техн. наук / О.А. Продоус. - М.: МАИ, 1999. - 41 с.

© Султанов Д.А., Нагманова А.Н., 2021

УДК 62-233.3/.9

Шевченко С.В.,

канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Машиноведение», Луганский государственный университет им. В. Даля,

Луганск, ЛНР Муховатый А.А., канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры «Машиноведение», Луганский государственный университет им. В. Даля,

Луганск, ЛНР Кроль О.С., канд. техн. наук, доцент, профессор кафедры «Машинстроение и прикладная механика», Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля,

Северодонецк, Украина

РАВНОПРОЧНОСТЬ СТУПЕНЕЙ ЧЕРВЯЧНО-КОНИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА

Аннотация

Предложен вариант разбивки передаточного числа двухступенчатого червячно-конического редуктора по ступеням из условия их равнопрочности, при котором одновременно реализуются благоприятные условия смазки колес обеих ступеней. Численный анализ выполнен для нескольких сочетаний материалов червячного колеса и твердостей зубьев конического колеса.

Ключевые слова

Редуктор, ступень, передаточное число редуктора, червячная передача, коническая передача, равнопрочность.

Постановка задачи

В работах [1,2] предложены конструкция двухступенчатого червячно-конического редуктора (ЧК) и два варианта разбивки его передаточного числа по ступеням: 1) из условия смазки обеих ступеней; 2) из условия минимизации периметра опорной части редуктора. Одним из недостатков многоступенчатых редукторов является неравнопрочность ступеней, что свидетельствует о нерациональном использовании несущей способности отдельных ступеней, а значит и редукторов в целом. В настоящей статье ставится задача о разбивке передаточного числа и редуктора ЧК (рис. 1) по его ступеням из условия их равнопрочности.

Теоретическая часть

Рисунок 1 - Кинематическая схема червячно-конического редуктора Источник: разработано автором

Поставленная задача сводится к нахождению передаточных чисел первой ступени и^ - червячной

передачи, и второй ступени и^ - конической передачи, из условия равнопрочности, то есть: Т(/) = Т(я)

Здесь Т(/) и Т(я)- крутящие моменты на 3-м валу редуктора ЧК, найденные по основному критерию работоспособности червячной и конической передач соответственно - контактной выносливости зубьев

колес этих передач, при условии, что

п) = КI • (1 = 1 >11 ) [3-5]:

Т = и

3( I) II

'КI• г./^' '

V

5300

у

а

V1+V Я у

1

К

т =

- 3(II)

в

и,.

К I

а

1000К

(1)

(2)

-II V 2120 у

Здесь и = и / и - связь передаточных чисел редуктора и и его ступеней и и и ;

^ / Я = 4 - рекомендуемое соотношение параметров для силовых червячных передач, [3^5];

коэффициенты нагрузки принимаем усредненными значениями в обычных диапазонах для этих передач:

3

2

К11) - (1,1 * 1,2), КIю - (1,3 * 1,4);

0н — С + С ' и, гДе константы С и С2 берутся в зависимости от твердости зубьев конической передачи, [3^5].

После подстановки указанных параметров в уравнения (1) и (2) искомое условие равнопрочности принимает вид:

2

u ■u

-^ = 0,038 ■

С +с2 u V \ан I у

К ]П

г , л

d

V aw у

(3)

Отношение размеров / Я^ ) , входящее в равенство (3), целесообразно назначить из условия равенства диаметров колес обеих передач: d — , что обеспечит одинаковую глубину погружения их в масляную ванну; (на рис. уровень масла показан пунктиром). Для этого представим Я , как функцию от d , то есть, Я — Я (d ) :

2 ' ' Ш Ш V 2 '

я — 0,5 • т • (2 + а) — 0,5 • т • (2 + 2 /4) — 0,625 • d .

Ш ' ' V 2 2 ' ' 2

Так как d — d , то Я — 0,625 • d .

е 2 2 Ш ' е 2

В результате:

и / Я )3 = и / 0,625•d )3 - 4,1.

\ е 2 Ш/ \ е2 ? е2/ ?

После подстановки этого значения в равенство (3) получим искомое уравнение для расчета передаточного числа и редуктора ЧК, обеспечивающее равнопрочность обеих ступеней редуктора:

К ]

u 2 0,156 ■

/г п Л2

U ■(с U + С ■и)

По найденному U рассчитывается U = U / U .

К ]

(4)

VL^nil У

I г п I

Численный анализ зависимости (4) выполнен для 4-х вариантов сочетания материалов червячных колес и твердостей зубьев конических колес. Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Предельная величина и = 220, взятая в расчетах, объясняется тем, что для передаточных чисел червячной и конической передач в силовых приводах рекомендуется ограничиваться значениями

U < U = 80 и и < U = 7 ; (прочерки в таблице соответствуют значениям U > U ).

I I (max) Л II (max) J I max'

Для удобства применения данного метода разбивки передаточного числа по ступеням редуктора ЧК уравнение (4) аппроксимировано линейной функцией (погрешность аппроксимации менее 2%).

Зубья червячного колеса из высокооловянной бронзы:

U = 0,35 ■ u - цементированные зубья конической передачи;

U = 0,47 ■ u - закаленные ТВЧ зубья конической передачи.

Зубья червячного колеса из безоловянной бронзы: U = 0,37 ■ u - цементированные зубья конической передачи;

U = 0,49 ■ U - закаленные ТВЧ зубья конической передачи.

Таблица 1

Значения U для редукторов ЧК из условия равнопрочности ступеней

u Материал зубьев червячного колеса

Высокооловянные бронзы Безооловянные бронзы

60 21 / 28 22 / 30

80 28 / 37 29 / 39

100 35 / 46 37 / 49

120 41 / 56 44 / 59

140 48 / 65 51 / 69

160 55 / 74 59 / 79

180 62 / - 66 / -

200 69 / - 73 / -

220 76 / - - / -

Примечания к таблице 1.

1. Верхние значения U относятся к цементированным зубьям конической передачи, нижние значения - к закаленным ТВЧ.

2. Значения U — U / U для указанных в таблице величин U и Ui лежат в пределах:

u « 2,0- 2,9.

и ' '

Источник: разработано автором

Сравнение этих аппроксимаций показывает, что на величину U , (а значит, и на Un), большее

влияние оказывает не материал зубьев червячного колеса, а способ упрочнения зубьев конической передачи.

Выводы

Предложенная в работе [1] конструкция двухступенчатого червячно-конического редуктора ЧК предназначена для приводов с параллельным расположением входного и выходного валов. Она значительно превосходит применяемый в настоящее время для этой цели двухступенчатый цилиндрический редуктор Ц2 по величине редуцирования частот вращения валов. Так, если у серийно выпускаемых редукторов Ц2 максимальное значение U — 50, [3], то у редуктора ЧК, как показало проведенное исследование, эта

(max)

характеристика доходит до U } = 160 — 220. Это существенно расширяет возможности применения

двухступенчатых редукторов ЧК в силовых приводах с U > 50 и параллельным расположением входного и выходного валов, где в настоящее время приходится использовать значительно более громоздкие трехступенчатые цилиндрические редуктора.

Список использованной литературы:

1. Двоступеневий редуктор. Патент № 135196 на корисну модель. Украша. МПК F16H 1/16 (2006.01). Шевченко С.В., Муховатий О.А., Кроль О.С. Бюл. № 12, 25.06.2019.

2. Шевченко С.В., Муховатый А.А., Кроль О.С. Разбивка передаточного числа червячно-конического редуктора по ступеням. «Современные проблемы теории машин»: Материалы VII Международной научно-практической конференции.- Новокузнецк, 2019.- №7.-114 с. С. 32-37.

3. Машиностроение. Энциклопедия: В 40 т. Т. IV-1. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка / Под общ. ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1995. - 864 с.

4. Детали машин. Андриенко Л.А., Байков Б.А., Захаров М.Н. и др. / Под ред. О.А. Ряховского. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, серия Terra mechanica. 2014. - 472 с.

5. Шевченко С.В. Детали машин. Расчеты, конструирование, задачи. - К.: Кондор, 2008. - 492 с.

6. Проектирование механических передач / С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, БС. Козинцов и др. - М.: Машиностроение, 1984. - 560 с.

7. Шевченко С.В. Геометро-кинематическая модификация передач зацеплением: Монография / С.В. Шевченко, А.А. Муховатый, Е.А. Мазнев. - Луганск: Изд-во Луганского университета им. В. Даля, 2015 -164 с.

8. Шевченко С.В. Модификация механизмов и узлов общего назначения: Монография / С.В. Шевченко, А.А. Муховатый. - Луганск: Изд-во Луганского национального университета им. В. Даля, 2017 - 110 с.

© Шевченко С.В., Муховатый А.А., Кроль О.С., 2021