ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Червячная передача относится к передачам зацеплением со скрещивающимися осями валов. Угол скрещивания обычно равен 90°. Возможны и другие углы, отличные от 90°, однако такие передачи применяют редко. Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары. Червячную передачу можно получить из передачи винт–гайка, разрезав гайку осевой плоскостью, согнув её половину в дугу и дополнив дугу до окружности. Видоизмененная гайка c зубьями особой дуговой формы называется червячным колесом, а винт – червяком. По форме поверхности, на которой нарезана резьба, различают передачи:

– червячные с цилиндрическим червяком (рис. 14.1);

– глобоидные с глобоидным червяком (рис. 14.2).

Рис. 14.1. Червячная передача Рис. 14.2. Глобоидная передача

Наиболее распространены цилиндрические червяки по ГОСТ 18498. Червяк, торцовым профилем которого является архимедова спираль (рис. 14.3, а, б), называют архимедовым и обозначают буквами ZA. В осевом сечении он имеет трапецеидальный профиль и представляет собой обычный

винт с углом профиля 2a = 40°. Его можно нарезать на токарных или резьбофрезерных станках.

Рис. 14.3. Профили архимедова и эвольвентного червяков

Исследования показали, что работоспособность червячной передачи повышается с уменьшением шероховатости и повышением твёрдости поверхности червяка. Это достигается шлифованием и полированием, однако для шлифования архимедовых червяков требуются специальные шлифовальные круги фасонного профиля, что затрудняет обработку и снижает точность изготовления. Поэтому архимедовы червяки изготавливают, в основном, с нешлифованными витками при Н £350НВ. Для высокотвердых шлифуемых витков (Н > 45 HRC) применяют эвольвентные червяки.

Эвольвентный червяк ZI (рис. 14.3, б, в) в осевом сечении имеет выпуклый профиль, а в торцовом сечении – эвольвентный. Он представляет собой косозубое зубчатое колесо с очень большим углом наклона и малым числом зубьев (равным числу витков). Основное преимущество эвольвентных червяков – возможность шлифования витков плоской стороной круга.

Оценка и применение:

Достоинства:

1) возможность получения больших передаточных отношений в одной паре; u = 10…60 (100);

2) плавность и бесшумность работы;

3) повышенная кинематическая точность;

4) возможность самоторможения.

Недостатки:

1) низкий КПД;

2) повышенный износ и склонность к заеданию;

3) необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;

4) повышенные требования к точности сборки.

Червячные передачи применяют в грузоподъёмных машинах, станкостроении, автомобилестроении и других машинах. В частности, в путевых машинах червячно-винтовые передачи используют в механизмах раскрытия крыльев стругов и дозаторов.

Червячные передачи используют в стрелоподъёмных лебёдках автокранов, в механизмах поворота отвала автогрейдеров, в механизмах подъёма электробалластёров и машины ВПО-3000. Мощность червячных передач обычно не превышает 50…60 кВт. При больших мощностях потери на трение в передаче столь существенны, что её применение становится экономически нецелесообразным.

На рис. 14.4 приведена геометрия червячного зацепления, где червяк – ведущее звено передачи. Основные параметры передачи с цилиндрическим червяком регламентированы ГОСТ 19650: a = 20°, h_a^* = 1, с^* = 0,2. Делитель-ный диаметр червяка:

d₁ = m×q, (14.1)

где m – торцовый модуль; q – коэффициент диаметра червяка.

Рис. 14.4. Геометрия червячного зацепления

Диаметр вершин червяка (рис. 14.4, б):

d_a1 = d₁+2h_a = m(q + 2). (14.2)

Диаметр впадин (рис. 14.4, в):

d_f1 = m(q – 2,4). (14.3)

Делительный угол подъёма винтовой линии (рис. 14.4, а):

откуда (14.4)

где p_x – осевой шаг; p_x = p×m.

Для числа заходов z₁= 1…4 угол g = 3…26°.

Червячное колесо (рис. 14.4, б, в) нарезают червячной фрезой, являющейся почти точной копией червяка, поэтому стандартные параметры инструментального червяка автоматически переносятся на колесо. Червячное колесо является косозубым с углом наклона b = g. В червячных передачах стандартизирован торцовый модуль m. Делительный диаметр:

(14.5)

Диаметры вершин и впадин колеса:

(14.6)

. (14.7)

Число зубьев колеса рекомендуется z₂³ 28. Максимальный диаметр колеса:

(14.8)

Ширина венца колеса:

(14.9)

Делительное межосевое расстояние червячной передачи:

(14.10)

Передаточное число червячной передачи u = d₂/(d₁tgg) выше, чем зубчатой, так как tgg значительно меньше единицы. Передаточное число u = z₂/z₁ не зависит от диаметра червяка (а зависит от числа заходов).

С увеличением g (увеличением z₁) КПД растет. Ориентировочные значения КПД: при z₁ =1h < 0,75; при z₁ = 4 h = 0,85…0,92. При g < j¢ передача становится самотормозящей и передача движения от колеса к червяку становится невозможной. В самотормозящей передаче с ведущем червяком h < 0,5.

Вследствие скольжения в зацеплении детали червячных передач изготовляют из антифрикционных материалов. Стальной червяк обеспечивает высокую прочность и жёсткость. Червячное колесо изготовляют из менее прочного материала (бронза, чугун) и выход из строя передачи, как правило, связан с повреждением колеса.

Виды повреждений передачи:

1) Заедание – «диффузионная сварка» червячного колеса под нагрузкой; проявляется в виде:

а) «намазывания» мягкого материала (оловянистые бронзы) на червяк (натира);

б) задира, характерного для колёс из твёрдого материала (безоловянистые бронзы), приводящего к усиленному износу зубьев червячного колеса, искажению их профилей и последующему их разрушению.

Заедание в первую очередь ограничивает нагрузочную способность червячных передач.

2) Изнашивание связано с граничным трением в зацеплении, когда отсутствует режим жидкостного трения, и является типичным видом разрушения.

3) Усталостное выкрашивание зубьев встречается редко и характерно для передач с колёсами из бронз с высокой твёрдостью.

Все перечисленные виды разрушений связаны с контактными напряжениями. Поэтому расчёт по контактным напряжениям для червячных передач является основным. Расчёт по напряжениям изгиба производится при этом как проверочный.

Формулу Герца (12.8) применяют и для червячного зацепления.После подстановки геометрических параметров червячной передачи, численных данных и упрощений формула (12.8) примет форму, удобную для провероч-ного расчёта:

(14.11)

С упрощениями получают формулу проектного расчёта:

(14.12)

В расчётных формулах численные коэффициенты рассчитаны для СИ: момент в Н×мм, линейные размеры – в мм, а напряжения – в МПа (Н/мм²).

По напряжениям изгиба рассчитывают только зубья колеса, так как витки червяка значительно прочнее зубьев колеса. Расчётная формула имеет вид:

(14.13)

где m_n – нормальный модуль.

Поиск по сайту: