Передачи со скрещивающимися осями

К таким передачам относятся червячные передачи с цилиндическим и глобоидным червяком, гипоидные передачи, а также передачи винтовыми колесами (винтоколесные передачи).

Изобретение червячной передачи приписывается еще Архимеду.

На рис. 2.11 представлен грузоподъемный механизм, описанный античным историком техники Героном Александрийским, включающий червячную передачу.

Рис. 2.11. Грузоподъемный механизм, описанный Героном:
1 — червяк; 2 — рукоять; 3 — червячное колесо; 4 — зубчатые колеса; 5 — трос

Винтовые колеса (рис. 2.12), которые также являются передачей, родственной червячной, были изобретены гораздо позже знаменитым Леонардо да Винчи.

Что касается гипоидной передачи, схема которой показана на рис. 2.13 (а — гипоидное смещение), то хотя она и была создана сравнительно недавно — в 1925 г., но благодаря удачному сочетанию целого комплекса полезных свойств нашла широчайшее применение, в частности в автомобилестроении.

Рис. 2.12. Передача с винтовыми колесами

Р ис. 2.13. Гипоидная передача

Следует отметить, что червячные передачи бывают с цилиндрическим (рис. 2.14, а) и глобоидным (рис. 2.14, б) червяками. Глобоидный червяк более сложен, но такая передача прочнее обычной примерно в 1,5 раза, имеет повышенный КПД из-за улучшенных условий смазки. Однако эта передача чувствительна к осевому смещению червяка, требует сложного монтажа и регулировки и поэтому распространена мало.

Рис. 2.14. Схемы червячных передач:
а — с цилиндрическим червяком; б — с глобоидным червяком; 1 — червячное колесо; 2 — червяк

По расположению червяка относительно колеса бывают передачи с нижним, верхним и боковым червяками (рис. 2.15). При смазке погружением и невысокой (до 5 м/с) окружной скорости червяка применяют нижнее его расположение (рис. 2.15, а}. При больших скоростях практикуют другие расположения (рис. 2.15, б, в).

Рис. 2.15. Расположение червяка относительно колеса:

а — нижнее; б — верхнее; в — боковое; 1 — червячное колесо; 2 — червяк

Червяки могут быть одно-, двух- и многозаходными, в основном четырехзаходными.

В настоящее время наблюдается несколько противоречивое отношение к червячным передачам. Некоторые специалисты считают червячные передачи, как и раньше, одними из основных в машиностроении. Другие полагают, что с развитием планетарных и волновых передач область применения червячных передач сильно ограничивается.

Ниже рассматриваются основные положительные стороны и недостатки червячных передач, и на этом основании делается вывод об их перспективности.

Достоинства червячных передач: возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени (до 80 и более) плавность, точность и бесшумность работы.

Недостатки червячных передач: низкий КПД (ниже, чем у других механических передач вращения); значительное нагревание, изнашивание и склонность передачи к заеданию; необходимость применения для венцов червячных колес дорогих и дефицитных материалов — бронз.

Особняком стоит свойство с амоторможения червячных коле с. Оно может быть и полезным, и вредным. В червячных передачах, преимущественно с однозаходным червяком, из-за очень низкого, ниже 50 % КПД вращать передачу можно только за червяк. При попытке вращения за колесо передача стопорится. В некоторых случаях, например в примитивных червячных подъемных механизмах, это свойство полезно, оно упрощает механизм. Но в ряде кругах случаев оно может привести к аварии, если не предусмотреть особых мер. Это следует всегда учитывать. Например, при выключении двигателя, вращающего червяк, — планового или случайного, вся передача стопорится. Если же она была нагружена большими массами, то они, резко остановившись, могут сломать передачу. В таких случаях всегда нужно иметь предохранительное звено (муфту).

Учитывая упомянутые недостатки червячных передач, их не рекомендуется применять при мощностях свыше 50 кВт, и то в приводах периодического, а не непрерывного действия, во избежание перегрева.

Где же целесообразны червячные передачи? Прежде всего это маломощные устройства станков — делительные, регулировки, настройки, а также маломощный сервопривод автомобилей и других транспортных машин — стеклоподъемники, стеклоочистители и т.п. Механизмы прицела военных машин также чаще всего червячные. Кроме того, существует целый ряд механизмов со скрещивающимися осями, где применение других передач, например планетарных или волновых, затруднено. Часто используются червячные передачи в мотор-редукторах с большим передаточным числом, где, в принципе, могли бы использоваться и волновые редукторы.

Во всяком случае, нужно энергичнее преодолевать инертность в создании передач и, где можно, смелее заменять червячные передачи сколь-нибудь значимой мощности на более компактные, дешевые и экономичные волновые и планетарные. Но, конечно, и до абсурда доходить не стоит — механизм для натяжения струн в гитаре, например, безусловно эффективнее всего червячный.

Винтовые колеса обладают невысокой несущей способностью, уступая многозаходным червячным передачам. При этом и КПД винтоколесных передач незначителен. Их применение обосновано только в тех редких случаях, когда требуется передача со скрещивающимися осями, небольшой мощности и с передаточным отношением, близким к единице. Червячная передача становится здесь неприменимой, а винтовые колеса, при всех их недостатках, подходят. Пример — привод маслонасоса от распределительного вала некоторых автомобилей.

Гипоидные передачи являются как бы «гибридом» червячной (точнее, спироидной) и конической передач. Чем больше гипоидное смещение а (рис. 2.13), тем ближе гипоидная передача к червячной (спироидной).

Гипоидная передача обладает рядом ценных свойств, благодаря чему она так широко распространена в автомобилестроении. Прежде всего это большое передаточное отношение i, реализуемое в одной паре. Обычно i < 10, но оно доходит и до 60. Объясняется это тем, что шестерня гипоидной передачи, в отличие от конической, может иметь малое число зубьев, доходящее до четырех. Кроме того, гипоидные передачи обладают повышенной несущей способностью, и главное — они очень устойчивы к питтингу. Последнее объясняется отсутствием зоны чистого качения в гипоидном зацеплении, зубья этой передачи работают всегда со скольжением — и продольным, и поперечным, из-за чего коэффициент трения в зубьях невелик. Зубья гипоидных передач, кроме того, хорошо притираются. Благодаря гипоидному смещению передача может быть «проходной», т.е. валы ее могут выходить в обе стороны. Это свойство позволяет, например, приводить от одного вала до 200 веретен в текстильных машинах. В автомобилях гипоидное смещение позволяет как понизить уровень пола и центра тяжести автомобиля (гипоидное смещение вниз), так увеличить клиренс (дорожный просвет) в автомобилях повышенной проходимости (гипоидное смещение вверх).

Несмотря на столь весомые преимущества, есть у гипоидных передач и недостатки. Первый недостаток — усложненная конструкция, точный монтаж и высокая требуемая жесткость опор и картеров. Второй, и пожалуй, наиболее серьезный недостаток — опасность заеданий из-за скольжения вдоль контактных линий. Эта опасность устраняется применением специальных противозадирных смазок. Опасность заеданий тем меньше, чем меньше гипоидное смещение а. И последнее: в связи с тем же скольжением КПД гипоидной передачи ниже, чем у конической с круговым зубом, около 0,96.

Несмотря на все преимущества гипоидной передачи, если есть возможность заменить ее косозубой или шевронной цилиндрической передачей — это следует сделать.

2.16. Грузоподъемный механизм, описанный Паппом Александрийским (IV в.):
1 — рукоять; 2 — винт; 3 — трос; 4 — зуб, заменяющий гайку; 5 — направляющая

Дата добавления: 2015-04-24