Лекции 1 по деталям приборов

12.9 Червячные передачи

Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°. Ведущим звеном является червяк, имеющий форму винта с соответствующим количеством ниток (заходов) z₁ резьбы, ведомым — сопряженное с червяком червячное колесо, зубья которого имеют дугообразную форму (рис. 12.29).

Рис. 12.29

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 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, а также надежность и простота эксплуатации.

Недостатки червячных передач — 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, высокие 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 имеет форму глобоида; за счет большего числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, нагрузочная способность их на 35...50 % больше, чем 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, образующихся в сечении витков червяка плоскостью, перпендикулярной к его оси (спираль Архимеда, удлиненная эвольвента (конволюта), классическая эвольвента окружности). В соответствии с ГОСТ 18298-73 в документации их условно обозначают ZА , ZN и ZI. Обычно применяются передачи с архимедовым и конволютным червяком. Архимедовы червяки (рис. 12.30, а) в осевом сечении имеют трапецеидальный профиль с углом профиля α = 20°. Теоретический торцовый профиль витков является архимедовой спиралью. Конволютпые червяки имеют прямолинейный профиль витка в плоскости, нормальной к винтовой линии (рис. 12.30, б). Теоретический торцовый профиль витков является удлиненной или укороченной эвольвентой.

Конволютные червяки применяют обычно в многозаходньгх передачах. В зависимости от направления резьбы червяка различают правозаходные 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.

Исходными величинами для геометрического расчета элементов червяка и червячного колеса являются: модуль зацепления т, передаточное отношение (число) i (и), число витков (заходов) Z₁ червяка и коэффициент q диаметра червяка.

Рис. 12.30

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

Величины параметров т 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 т≤ 0,8 мм; q — 20; 25 при т =1,0; q = 12,5; 16; 20 при m =1,25 мм. 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 и 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 Z\ 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 z₁ снижается точность передачи и увеличивается КПД. Геометрические размеры червяка следующие: делительный диаметр d₁ =mq; диаметр вершин витков d_al = d₁ +2m высота головки витка h_a₁ =m , высота ножки витка h_f₁ = 1,2m; высота витка h₁ =2,2m; длина нарезанной части червяка h₁≥ (11+0,06Z₂) m (CM. рис. 12.29).

Рассмотрим соотношение геометрических параметров червяка. Угол γ подъема линии витка резьбы червяка определяется из выражения

где p — ход резьбы червяка; р — осевой шаг червяка. От угла γ зависит КПД передачи; обычно γ = 2 ... 26°. КПД при ведущем червяке определяют по формуле

η = (0,95...0,97)tg γ /(tg(γ + )),

где ρ = arctg f— приведенный угол трения, соответствующий коэффициенту f трения скольжения. При предварительных расчетах считают, что f = 0,05...0,1, а ρ = 3...5°. Тогда при однозаходном червяке среднее значение КПД можно принимать равным 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, при этом КПД меньше 0,5. δ

Червячное колесо имеет вогнутую форму и охватывает червяк, как гайка винт, по дуге с углом охвата 2δ = 60...110° (см. рис. 12.29). При этом получается линейный контакт между зубьями колеса и витками червяка.

Минимальное число зубьев червячного колеса определяется из условия отсутствия подрезания. В силовых передачах рекомендуется принимать Z₂_min=28, в кинематических передачах Z₂_min = 18-20. В однозаходньгх передачах колеса могут иметь число зубьев в пределах z₂=28-500.

Размеры червячного колеса следующие: диаметр делительной

окружности в средней по ширине венца плоскости d₂ =mz₂ , диаметр вершин

зубьев d_a2 = d₂+2m; высота головки зуба h_a2 =m , высота ножки зуба h_f2 = 1,2m;

высота зуба h2 =2,2m. Межосевое расстояние червячной передачи а =0,5(z₂

+q)m.

Червяки выполняются конструктивно как одно целое с валом (вал —

червяк).

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 БрОФЮ-1, БрАЖ9-4, текстолит, термопласты. Червячные колеса диаметром свыше 50 мм часто делают сборными (см. рис. 12.29).

Стальная ступица 2 и бронзовый обод 1 соединяются винтами 3 или штифтами, запрессовкой. Нарезание зубьев таких колес производят после сборки.

Крепление червячных колес на валиках производят с помощью штифтов, шпонок.

Содержание