Червячные передачи

Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°. Ведущим звеном (рис. 14.9.) является червяк, имеющий форму винта с соответствующим количеством ниток (заходов) z₁ резьбы, ведомым – сопряженное с червяком червячное колесо, зубья которого имеют дугообразную форму.

Рис. 14.9

Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени, до 80 в силовых передачах и до нескольких сотен в кинематических. Червячным редукторам присущи также бесшумность в работе; высокая плавность зацепления; компактность; свойство самоторможения, заключающееся в невозможности передачи вращения от колеса к червяку, что позволяет исключать из привода тормозные устройства; надежность и простота эксплуатации.

Недостатками червячных передач являются большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении; большие потери на трение; малый КПД; значительный нагрев зацепляющихся элементов в силовых передачах, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения; высокая сложность и точность изготовления и сборки.

Существуют червячные передачи с цилиндрическим и глобоидным червяком. В цилиндрической передаче начальной поверхностью червяка является цилиндр, в глобоидной – поверхность, образованная вращением дуги окружности. В глобоидных передачах не только колесо, но и червяк имеют форму глобоида; за счет большего числа зубьев, находящихся одновременно в зацеплении, нагрузочная способность их на 35 … 50% больше, чем в цилиндрических, но технология изготовления значительно сложнее. Эти передачи сложны в монтаже, чувствительны к осевым смещениям червяка, в приборостроении их не применяют.

В зависимости от формы боковой поверхности витков червяка различают цилиндрические червяки с архимедовой, конволютной и эвольвентной поверхностью. Соответствующие названия червяки и передачи получили по виду кривых, получающихся в сечении витков червяка плоскостью, перпендикулярной к его оси (спираль Архимеда, удлиненная эвольвента или конволюта, классическая эвольвента окружности). В соответствии с ГОСТ 18298-73 в документации их условно обозначают ZA, ZN и ZI. Обычно применяются передачи с архимедовым и конволютным червяком. Архимедовы червяки (рис. 14.10, а) в осевом сечении имеют трапецеидальный профиль с углом профиля α = 20°, теоретический торцовый профиль витков является архимедовой спиралью.

Конволютные червяки имеют прямолинейный профиль витка в плоскости, нормальной к винтовой линии (рис. 14.10, б). Теоретический торцовый профиль витков является удлиненной или укороченной эвольвентой. Конволютные червяки применяют обычно в многозаходных передачах.

В зависимости от направления резьбы червяка различают правозаходые и левозаходные передачи, причем передачи с правозаходными червяками имеют преимущественное распространение.

В зависимости от количества параллельных витков z₁ резьбы червяка различают одно-, двух- и четырехзаходные передачи. Передачи с z₁ = 3 используют только как специальные.

б

а

Рис. 14.10

По расположению оси червяка в пространстве различают передачи с горизонтальной и вертикальной осью червяка.

Исходными данными для геометрического расчета элементов червяка и червячного колеса являются: модуль зацепления m, передаточное отношение (число) i (u), число витков (заходов) z₁ червяка и коэффициент q диаметра червяка.

В осевом сечении витки червяка имеют форму зубчатой рейки со стандартным модулем m. Для нормальной работы необходимо, чтобы осевой шаг р = πm червяка и окружной шаг червячного колеса были равны.

Значения параметров m и q назначаются в зависимости от заданных при проектировании условий. Приведем рекомендуемый стандартом ряд модулей для червячных передач в миллиметрах: 0,20; 0,25; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80; 1,0; 1,25; 1,60; 2,0; 2,25; 2,5; 2,75; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0.

Коэффициент q характеризует число модулей, содержащихся в делительном диаметре d₁ червяка (q = d₁/m). Рекомендуется следующий ряд значений коэффициента q диаметра червяка: 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 20;25. В случае недостаточной жесткости червяка, что характерно для мелкомодульных передач, увеличивают q; для получения высокого КПД стремятся принимать наименьшие значения q. Рекомендуют принимать: q = 25 при m ≤ 0,8; q = (20; 25) при m = 1,0; q = (12,5; 16; 20) при m = 1,25. Для приборных передач принимают q = 16 … 25, для силовых – по ГОСТ 2144-93.

Передаточное отношение назначают по заданным условиям, учитывая, что посредством одноступенчатой червячной передачи можно получить передаточное число u в кинематических передачах до 300 и более, в силовых – до 80. Передаточное отношение может быть как целым, так и дробным. За один оборот червяка с числом заходов z₁ червячное колесо повернется на то же число зубьев, поэтому i = u = z₂/z₁.

При малых значениях передаточного отношения применяют многозаходные червяки, а при больших передаточных отношениях в целях снижения размеров передачи принимают z₁ = 1 – 2. Отметим, что с увеличением величины z₁ снижается точность передачи и увеличивается КПД. Геометрические размеры червяка следующие: делительный диаметр d₁ = mq; диаметр вершин витков d _{a 1} = d₁ + 2m; высота головки витка h _{a 1} = m; высота ножки витка h_f1 = 1,2m; высота витка h₁ = 2,2m; длина нарезанной части червяка b₁ ≥ (11 + 0,06z₂)m.

Рассмотрим соотношение между геометрическими параметрами червяка (рис. 14.11). Развернем на плоскость делительный цилиндр диаметром d₁, разрезав его вдоль образующей. Нить резьбы займет положение гипотенузы ОВ₁ треугольника ОВВ₁. Горизонтальный катет равен развертке окружности диаметра d₁ (ОВ = πd₁). Угол подъема γ линии витка резьбы червяка равен

tgγ = S₁/πd₁ = pz₁/πmq = πmz₁/πmq = z₁/q, (14.6)

где р – осевой шаг червяка; S₁ = z₁p – ход резьбы червяка. От угла γ зависит КПД передачи, обычно γ = 2 … 26°. Величину КПД при ведущем червяке определяют по формуле

η = [(0,95 … 0,97)tgγ]/[tg(γ + ρ)], (14.7)

где ρ = arctgf – приведенный угол трения, соответствующий коэффициенту f трения скольжения. При предварительных расчетах считают, что f = 0,05 … 0,1, а φ = 3 … 5°. Тогда среднее значение КПД можно принимать при однозаходном червяке 0,7 … 0,75, при двухзаходном 0,75 … 0,8, при четырехзаходном 0,83 … 0,92. У самотормозящей червячной передачи угол подъема витка червяка должен быть меньше угла трения, т.е. γ < ρ. При этом КПД меньше 0,5.

Рис. 14.11

Червячное колесо имеет вогнутую форму и охватывает червяк, как гайка винт, по дуге с углом охвата 2δ = 60 … 110° (см. рис. 14.9). При этом получается линейный контакт между зубьями колеса и витками червяка. Минимальное число зубьев червячного колеса z_2min определяется из условия отсутствия подрезания. В силовых передачах рекомендуется принимать z_2min = 28, в кинематических передачах – z_2min = 18 – 20. В однозаходных передачах червячные колеса могут иметь любое число зубьев в пределах z₂ = 28 … 500.

Размеры червячного колеса следующие: диаметр делительной окружности в средней по ширине венца плоскости d₂ = m∙z₂; диаметр вершин зубьев d _{a 2} = d₂ + 2m; высота головки зуба h _{a 2} = m; высота ножки зуба h_f2 = 1,2m; высота зуба h₂ = 2,2m; ширина венца колеса при числе заходов червяка z₁ =1 – 2 равна b₂ ≤ 0,75 d _{a 1}. Межосевое расстояние червячной передачи a = 0,5(z₂ + q)m.

Червяки выполняются конструктивно как одно целое с валом (вал-червяк) или отдельно с последующей установкой на валике и закреплением ступицы червяка штифтом, шпоночным соединением. Изготавливают червяки из конструкционных углеродистых или легированных сталей 40; 45; 50; 40Х, термически обработанных до высокой твердости.

Желание понизить тепловыделение заставляет применять для зубьев колес материалы, отличающиеся низкими значениями коэффициента трения скольжения: бронзы БрОФ10-1; БрАЖ9-4; текстолит, термопласты. Червячные колеса с диаметром свыше 50 мм часто делают сборными (рис. 14.9). Стальная ступица 2 и бронзовый обод 1 соединяются винтами 3 или штифтами, запрессовкой. Нарезание зубьев таких колес производят в собранном виде. Крепление червячных колес на валиках производят с помощью штифтов, шпонок.

Дата добавления: 2014-11-29