Карнаух С.Г. Детали машин

Подождите немного. Документ загружается.

• высокая кинематическая точность, хорошая прирабаты-

ваемость, работает плавно и бесшумно.

3 Особенности червячной передачи как передачи шес-

терня-рейка:

• высокая контактная прочность (компактность);

• повышенная изгибная прочность (охватывающий венец и

арочная форма зуба).

Общий вывод: передачу целесообразно применять если:

• перекрещиваются оси;

• нужно большое U;

• нужна энергоемкость;

• нужна кинематическая точность, плавность, бесшумность

в работе.

Объем применения червячных редукторов составляет 10%

от всех передач зацеплением. Выпуск червячных редукторов со-

ставляет около половины общего выпуска редукторов.

12.2 Классификация червячных передач

1 Червячную передачу, у червяка и колеса которой дели-

тельные и начальные поверхности цилиндрические, называют ци-

линдрической червячной передачей. В зависимости от формы про-

филя витка различают:

• архимедов червяк - цилиндрический червяк, торцовый

профиль витка которого является архимедовой спиралью. Этот

червяк подобен винту с трапецеидальной резьбой (рис. 22);

• эвольвентный червяк, имеет эвольвентный профиль вит-

ка в его торцовом сечении (как у косозубого колеса) (рис. 23);

• конволютный червяк - торцовый профиль витка является

удлиненной или укороченной эвольвентой (конвалютой)(рис. 24).

Рисунок 22 – Цилиндрический червяк с архимедовым профи-

лем витков

Рисунок 23 – Цилиндрический червяк с конвалютным про-

филем витков

Рисунок 24 – Цилиндрический червяк с эвольвентным про-

филем витков

Поскольку червячное колесо нарезается инструментом, ко-

торый является аналогом червяка, сопряженный профиль колеса

получается автоматически. Поэтому профилем витков червяка

можно варьировать. Поскольку нагрузочная способность червяков

всех форм приблизительно одинаковая выбор профиля определяет-

ся преимущественно технологическими факторами. В машино-

строении из цилиндрических червяков наиболее распространены

архимедовы червяки. Их можно нарезать на обычных ток арных или

резьбофрезерных станках. Однако их применяют только в переда-

чах, в которых приемлемая твердость червяка должна быть не бо-

лее 350 НВ и не требуется их шлифование. Так как для шлифова-

ния требуется круг, очерченный сложной кривой (фасонный круг).

Эвольвентные червяки применяют при необходимости обеспечения

высокой твердости (более

HRC45 ) и малой шероховатости рабо-

чих поверхностей витков, так как их можно шлифовать плоской

стороной круга на специальных червячно-шлифовальных станках.

Вывод: будущее за червячными передачами с эвольвентным про-

филем витков.

2 По числу витков червяки делят на однозаходные и много-

заходные, по направлению витка — левые или правые. Наиболее

распространено правое направление с числом витков червяка 1,2,

зависящим от передаточного числа

U .

3 В зависимости от расположения червяка передачи быва-

ют: с нижним, боковым и верхним червяком.

12.3 Основные параметры червячной передачи

На червячные передачи с архимедовым червяком установ-

лен ДСТУ 2458-94 (рис. 25). Основные параметры передачи:

Рисунок 25 - Параметры червячной передачи

•

ppр

== - шаг (осевой по червяку, торцевой на ко-

лесе);

•

pm = - модуль стандартный (

2121

; mmpp == ).

Значения отличаются от модулей зубчатых колес;

•

t - ход витков, pzt

= ;

•

z - число заходов червяка (стандарт: 1, 2, 4);

•

z - число зубьев колеса;

• направление витков - правое (левое);

•

– коэффициент диаметра червяка,

(стан-

дартный);

•

mqd =

– делительный диаметр червяка;

•

для передач нарезанных со смещением червяка

)2(2

xqmmxmqd

+=+= ;

•

- коэффициент смещения. Используя возможность на-

резания червячных колес одним и тем же инструментом при посто-

янном межосевом расстоянии за счет изменения относительной

скорости вращения фрезы и заготовки, получают колеса с разным

количеством зубьев. Это при неизменных параметрах червяка дает

возможность в тех же габаритных размерах иметь разные переда-

точные числа . Такая технология может считаться технологией на-

резания с условным смещением

x . Соответствующим подбором

коэффициента смещения можно влиять на размеры и форму зоны

зацепления с целью улучшения условий работы. В соответствии с

ГОСТ 2144-93 рекомендуются разные соотношения основных па-

раметров:

xmqzz ,,,,

, которые обеспечивают при стандартных

межосевых расстояниях получение разных передаточных чисел;

•

mzd =

– делительный диаметр колеса;

•

20=

– угол зацепления (стандартный);

•

- коэффициент высоты головки;

•

2,0

– коэффициент радиального зазора;

• отсюда

mddmdd

4,2;2

;

−=+=

(87)

aМ

– внешний (габаритный) диаметр колеса,

aaМ

)

2...

(

; (88)

•

b – ширина венца,

;

иzпри

=⋅=

(89)

=⋅= zпри

;

•

b – рабочая длина червяка;

•

– угол подъема витка,

===

(90)

• передаточное отношение

tgd

===

; (91)

•

a - межосевое расстояние,

()

222

ωω

ωωω

Utg

xqz

=+=













+=++=+=

(92)

;

Utg

Utga

Utg

⋅

= . (93)

12.4 Кинематические параметры червячной передачи

При движении витки червяка скользят по зубьям колеса (как

в винтовой паре). Скорость скольжения направлена по касательной

к винтовой линии червяка (рис. 26). Скольжение служит причиной

пониженного КПД в червячных передачах, повышенного износа и

склонности к заеданию (основные недостатки червячных передач).

Рисунок 26 - Кинематические параметры передачи

Скорость скольжения рассчитывается по формуле:

γγ

sincos

. (94)

12.5 Силы в зацеплении червячной передачи

В приработанной червячной передаче, как и в зубчатых пе-

редачах, сила со стороны червяка воспринимается не одним, а не-

сколькими зубьями колеса. Для упрощения расчета силу взаимо-

действия червяка и колеса

F принимают сосредоточенной, при-

ложенной в полюсе и направленной по линии зацепления. По пра-

вилу параллелепипеда

F раскладывают по трем взаимно перпен-

дикулярным направлениям на составляющие:

art

FFF ,, . Для ясно-

сти изображения сил на рис. 27 червячное зацепление раздвинуто.

Рисунок 27 - Силы в зацеплении червячной передачи

),cos(

;cos

;

;)(

;20001000

122

2222

αρ

ργ

farctgfarctg

FFF

tgFFF

FtgFF

FdTVPF

trr

tta

′

≅=

′

===

(95)

где

- приведенный угол трения;

f - коэффициент трения в червячной паре;

- угол профиля витка червяка.

20=

12.6 КПД червячной передачи

)()(

ργ

′

===

tgF

tgdF

затр

пол

(96)

Примерные значения КПД приведены в табл. 16.

Таблица 16 - КПД в зависимости от числа захо-

дов витков червяка

1 2 4

более 30 16...30 8...14

0,7...0,75 0,75...0,82 0,87...0,92

КПД увеличивается с увеличением числа заходов червяка и

с уменьшением коэффициента трения и угла трения. Поэтому од-

нозаходные (одновитковые) червяки не всегда рекомендуется при-

менять. Рекомендованные материалы для элементов червячной пе-

редачи приведены в табл. 17.

Таблица 17 - Материалы деталей червячной

пары

Скорость скольжения

υ , м/с

Состояние

поверхности

витков чер-

вяка

V 58 ≥>

V 25 ≥>

V 12 ≥>

V 1<

Шлифованные,

полированные,

45HRC ≥

Бронзы

оловян-

ные

Бронзы без-

оловянные

Латуни Чугуны ___

Окончательно

отработаны

резцом,

45HRC <

___

Бронзы оло-

вянные

Бронзы без-

оловянные

Латуни Чугуны

12.7 Критерии работоспособности и расчеты передач

12.7.1 Виды повреждений передач.

Так как по условиям контакта червячное колесо изготовля-

ют из менее прочного материала, чем червяк, то выход из строя

передачи, как правило, связан с повреждением колеса.

Обычно в червячных передачах наблюдаются изнашивание

и схватывание (заедание) — «диффузионная сварка» червячного

колеса и червяка под нагрузкой. Типичное для зубчатых передач

выкрашивание зубьев в червячных передачах наблюдается реже.

Поэтому заедание в первую очередь ограничивает нагрузочную

способность червячных передач.

Интенсивное изнашивание и схватывание колеса и червяка

в передаче связаны с высокими скоростями скольжения, неблаго-

приятным направлением скорости скольжения относительно линии

контакта и, как следствие, неудовлетворительными условиями сма-

зывания. При мягком материале (оловянные бронзы) колеса схва-

тывание проявляется в форме постепенного «намазывания» его ма-

териала на червяк. При твердом материале колеса (алюминиево-

железистая бронза, чугун и др.), схватывание происходит в более

опасной форме, завершается задиром, вызывающим усиленный из-

нос зубьев червячного колеса и последующее их разрушение.

Усталостное выкрашивание зубьев характерно для передач

с колесами из бронз с высоким сопротивлением к схватыванию.

Таким образом, износостойкость и прочность являются основными

критериями работоспособности передач.

12.7.2 Критерии работоспособности.

1 Контактная прочность зуба колеса (заедание, “намазы-

вание”, износ).

2 Изгибная прочность зуба колеса.

3 Статическая изг ибная прочность при максимальных пе-

регрузках.

12.7.3 Контактная прочность. Вывод

основных расчетных зависимостей

В первом приближении червячное колесо можно рассмат-

ривать как косозубое. Тогда при расчетном условии

[

]

≤

соображениях: у витка червяка радиус кривизны зуба

∞=

; чер-

вячное колесо рассматриваем как косозубое; коэффициенты на-

грузки приближенно равны:

KKKKK

VFH

=≅≅

- имеем

[12,13]: