ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНЫХ РЕДУКТОРОВ

Потери мощности при работе редуктора, вызванные трением в зацеплении и в подшипниках, разбрызгиванием и перемешиванием масла, вызывают нагрев деталей редуктора и масла. При этом вязкость масла резко падает, что приводит к нарушению режима смазки, а в отдельных случаях даже к заеданию рабочих поверхностей зубьев и преждевременному износу червячной передачи и подшипников. Нормальная работа редуктора будет обеспечена, если температура масла не превысит допускаемой. Таким образом, задача теплового расчета заключается в определении температуры масла в редукторе при установившемся режиме работы.

Как отмечалось выше, червячные передачи работают с большим тепловыделением. Поэтому для червячных и комбинированных зубчато-червячных редукторов этот расчет обязателен. Расчет на нагрев производится по уточненному значению к.п.д. (см. п. 18.1.10).

23.1. Для червячных передач, работающих в непрерывном режиме без искусственного охлаждения, рабочую температуру масла t_р определяют по формуле:

, (23.1)

где t₀ – температура окружающего воздуха (при работе в закрытом помещении принимают обычно t₀ = 20°С);

h–к.п.д. червячного редуктора (см. п.18.1.10);

P₁ – мощность на червяке, кВт;

К_т = 9…17 – коэффициент теплопередачи (большие значения для хороших условий охлаждения), Вт/(м²×°С);

А– площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора, м²;

y = 0,25...0,3 — коэффициент, учитывающий отвод теплоты от корпуса редуктора в металлическую плиту или раму. При установке редуктора на бетонном или кирпичном фундаменте y = 0;

[t] – максимально допустимая температура масла в масляной ванне редуктора, °С.

Формула (23.1) может быть также использована для теплового расчета передач, работающих в повторно-кратковременном режиме. Расчетное значение t_р в этом случае получается несколько выше фактического. Более точное значение t_р дает формула, приведенная в [29, с. 83].

23.1.1Площадь теплоотдающей поверхности корпуса А определяется после расчета всех передач редуктора и выполнения его компоновки. Значения А находят, учитывая геометрическую форму редуктора. Так, например, для редуктора, изображенного на рис.23.1, она принимаемся равной сумме площадей шести граней прямоугольного параллелепипеда, очерчивающего габариты корпуса редуктора. Если днище редуктора не омывается воздухом, то его площадь из общей площади А при расчетах исключают.

Рис 23.1. Габаритные размеры червячного редуктора

Приближенно площадь теплоотдающей поверхности корпуса одноступенчатого червячного редуктора А (м²) можно определить по формуле А » 20×а_w^1,7, где а_w – межосевое расстояние, м.

23.1.2. Максимально допустимая температура масла в масляной ванне [t] не должна превышать 60...90°С (меньшие значения принимают для редукторов с верхним расположением червяка, большие – с нижним расположением червяка). Различные значения [t] для редукторов с верхним расположением червяка вытекают из различных условий работы червячных передач и конструкций редукторов. Нижнее расположение червяка (рис. 23.2,а) принимают при окружных скоростях червяка [3] до 4 – 5 м/с, при больших окружных скоростях принимают верхнее расположение червяка (рис. 23.2, б).

23.1.3. Если рабочая температура масла t_р > [t], то должен быть предусмотрен дополнительный отвод избыточного тепла от стенок редуктора. Это достигается путем оребрения корпуса редуктора или применения искусственного воздушного охлаждения вентилятором.

23.1.4. При оребрении редуктора теплоотдающая поверхность корпуса А рассчитывается с учетом 50% поверхности ребер охлаждения Размеры ребер (рис. 23.3) зависят от толщины стенки корпуса d [23, с. 305; 47, с. 477]. Следует иметь в виду, что направление ребер при естественном охлаждении принимается вертикальным (рис. 23.2,б).

Расчетная поверхность ребер А_р приближенно может быть вычислена в зависимости от теплоотдающей поверхности редуктора А (без ребер) по формуле А_Р = (0,1…0,2) А. При этом меньшее значение принимается для редукторов, имеющих межосевое расстояние а_w > 200 м.

23.2. Рабочую температуру масла в редукторе, обдуваемом вентилятором, определяют по формуле

^[4]. (23.2)

В выражении (23.2) обозначения те же, что и в (23.1), за исключением К_ТВ – коэффициента теплоотдачи части поверхности корпуса редуктора, обдуваемой вентилятором, Вт/м²×°С. Его определяют в зависимости от частоты вращения вентилятора n_B.:

n_B, об/мин 750 1000 1500 3000

К_ТВ, Вт/м²×°С 17 21 29 40

Рис. 23.3. Профиль ребер охлаждения.

Расположение ребер в зоне, обдуваемой вентилятором, должно соответствовать направлению потока воздуха от вентилятора. Применение вентилятора более эффективно при нижнем расположении червяка, т.к. воздушный поток в этом случае обдувает масляную ванну (рис.23.2, а). Если охлаждение вентилятором недостаточно эффективно, то увеличивают дополнительно площадь теплоотводящей поверхности корпуса, если это целесообразно, или применяют водяное охлаждение, устанавливая змеевик в масляную ванну. При таком охлаждении коэффициент теплопередачи К_Т достигает значений 100-200 Вт/(м²×°С). Диаметр крыльчатки вентилятора d_кр принимают обычно в интервале (0,6-0,8)×d₂ [23, с.344].