Тепловой расчет и смазывание червячных передач

Механиче­ская энергия, потерянная в передачах, переходит в тепловую, вызывающую нагрев деталей и масла. Ввиду невысокого КПД червячные передачи работают с большим тепловыделением. Однако нагрев масла до темпера­ми свыше 95° приводит к резкому снижению его вязкости и защитных свойств и, следовательно, к появлению опасности заедания передачи. Поэтому температура масла в картере передачи не должна превышать до­пускаемую [t_м] ≤ 95° С в зависимости от сорта масла.

Для нормальной работы передачи необходимо обеспечение теп­лового баланса, т. е. чтобы количество теплоты, выделяющееся в результате превращения механической энергии в тепловую, не превыша­ло количество теплоты, отводимой от передачи естественным или искус­ственным путем.

Количество теплоты Q₁, выделяющейся в передаче,

Q₁=(1-η)P,

где Р — мощность на ведущем валу; η — КПД передачи.

Количество теплоты Q₂, отводимой через стенки редуктора в окру­жающую среду естественным путем,

Q₂=AK_т(t_м-t₀),

где А — площадь поверхности охлаждения корпуса редуктора (без учета днища);

K_т = 8…17 Вт/(м²∙град) — коэффициент теплоотдачи стенок (большие значения при хорошей циркуляции воздуха в помещении); tu [ температура масла; t₀ = 20 °С — расчетная температура окружающей среды.

Площадь А поверхности охлаждения корпуса редуктора определяет­ся по формуле (см. рис., 8.3, в и рис. 8.5):

A=2H(B+T)+BT

где H=2a+0,4d_ae2 – высота корпуса; В=1,3 d_ae2 – длина корпуса;

Т=2 d_a1 – ширина корпуса.

Если Q₂ ≥ Q₁, то естественного охлаждения достаточно в противном случае надо увеличить поверхность охлаждения, сделав стенки корпуса ребристыми (в этом случае учитывают 50% площади поверхности рёбер)

При достаточном естественном охлаждении соблюдается следующие условие:

t_м = (1-η) P/(AK_т)+t₀≤[t_м].

Если естественного охлаждения недостаточно т.е t_м>[t_м], то применяется искусственное охлаждения при котором коэффициент теплоотдачи значительно повышается.

Для зубчатых и маломощных червячных передач обычно достаточно естественно охлаждения, для червячных передач большой мощности с невысоким КПД и для всех глобоидных передач применяется искусственное охлаждение.

Основные способы искусственного охлаждения показаны на рис 8.9. а – воздушное охлаждение с помощью вентилятора, встроенного в корпус редуктора (коэффициент теплоотдачи при этом способе К_т = 20...28 Вт/(м²град); б — водяное охлаждение с помощью змеевика с проточной водой, встроенного в корпус редуктора (коэффициент теплоотдачи при этом способе Кт = 70... 100 Вт/(м²∙град); в — циркуляционное охлаждение масла с применением специальных холодильников. Следует заметить, что при последних двух способах интенсивность охлаждения зависит не только от площади поверхности охлаждения корпуса редуктора, поэтому применять вышеприведенные формулы для теплового расчета нельзя.

Рисунок 8.9 - Способы искусственного охлаждения: (а) воздушное охлаждение, (б) водяное охлаждение, (в) циркуляционное охлаждение масла

В червячных передачах возможно интенсивное изнашивание активных поверхностей зубьев червячного колеса, а также возникновение заедания и его опасной формы — задира. Поэтому в этих передачах рекомендуется применять нефтяные масла повышенной вязкости с добавлением (для улучшения противозадирных свойств) растительного масла, либо применять синтетические масла, например эфирные и т. д.