Червячные передачи

Червячные передачи.

1. Общие сведения.

Червячные передачи осуществляют передачу между пересекающимися валами. Движение в червячной передаче осуществляется по принципу винтовой пары.

Червяк – это винт со специальным профилем витков.

Червячное колесо подобно гайке.

      червячное колесо

                                          

Рекомендуемые материалы

                                                                  

                                                                  

                                                                  

        червяк                                          

Достоинства:

1. Возможность получения больших передаточных чисел ( в силовых передачах до 80, в приборах до 300).

2. Плавность зацепления и бесшумность работы.

3. Возможность самоторможения при передаче вращения от колесу к червяку ( можно не ставить тормозных устройств).

Недостатки:

1.Низкий КПД из-за потерь на трение ( до 0,92).

2. Повышенный износ и нагрев.

3. Необходимость применения дорогих цветных сплавов (антифрикционных материалов).

4. Наличие больших осевых сил, что усложняет конструкцию подшипников.

Классификация червяков.

1. По форме тела червяка:

а) цилиндрические

б) глобоидные

    

                                          

                                        

                                     

Глобоидные обладают большей нагрузочной способностью из-за того, что в зацеплении находиться большее число зубьев. Однако, они сложны в изготовлении.

1. По виду профиля витков в осевом сечении.

а) трапецеидальный червяк (архимедов)

                                                       А                                А-А

                                                                          

                                                                  

                                                         А                                                        

Обозначение на чертеже:  ZA .

Преимущества:

Легко изготовить (нарезается резцом на токарном станке), однако затруднено шлифование витков (необходимы  фасонные шлифовальные круги).

б) эвольвентный

 

                          А-А

Обозначение на чертеже:  ZI  .

Такой червяк сложнее нарезать, но его проще шлифовать (плоский круг).

Червяки изготавливают из качественных углеродистых и легированных (СТ45-50,40Х и т. д.), далее закаливают до высокой твердости (HRC45-63) или цементируют и шлифуют витки с целью достижения высокой износостойкости и прочности.

Конструкции червячных колес.

Червячное колесо – это косозубое колесо с зубьями особой арочной формы. В процессе работы передачи зубья червячного колеса скользят относительно витков червяка со скоростью, называемой скоростью скольжения, поэтому червячные колеса для уменьшения трения и износа изготавливают из антифрикционных материалов: бронз, латуней или серых чугунов.

Вид конструкционного материала зависит от величины скорости скольжения. Ориентировочно можно применять:

- при   - оловянистые бронзы (БРО10Ф1 и др.)

- при - безоловянистые бронзы (БРА9Ж3 и др.)

- при  - серый чугун.

В проектных расчетах при выборе материала скорость скольжения оценивают по формуле:  , где

  - частота вращения ;

     - крутящий момент на червячном колесе .

  Червячные колеса нарезают червячными фрезами, которые являются точными копиями червяков, с режущими кромками. С целью экономии дорогих бронз, червячные колеса делают составными:

                                                венец (бронза)

 

                                                       ступица (сталь или чугун)

                                                       

2.Геометрия и кинематика червячных передач.

Основные размеры червяка.

                                                  

                                                         

                                                                           

                                                                            

                                     g                           

                                                                           

                                                            

                                                               

 

- осевой шаг червяка;

- осевой модуль (стандартный);

 - делительный диаметр червяка;

, где - коэффициент динамичности червяка (безразмерный, стандартный);

 - угол профиля витков (  для стандартного червяка);

- длина нарезанной части червяка;

- соответственно диаметр вершин и впадин витков червяка;

- угол подъема линии витка червяка на делительном цилиндре ( делительный угол подъема витка);

- число заходов червяка;

Число заходов определяется с торца червяка по числу сбегающих витков.

                                                                                          

                                                                                                                        

 

                                                  

 

              g                                       

                                                    

                                       

     

    

Основные размеры червячного колеса.

  

                                                                                     

                                                

- делительный диаметр червячного колеса;

 - торцевой модуль;

 - соответственно диаметр вершин и впадин зубьев;

- max диаметр червячного колеса;

 - угол наклона зубьев червячного колеса;

- торцевой шаг червячного колеса (равен осевому шагу червяка);

 - ширина червячного колеса;

 (1) - межосевое расстояние в передачах без смещения.

Т. к. в червячных передачах стандартными являются  три параметра , то удовлетворить равенству (1) можно лишь при определенном их сочетании. В общем случае этих параметров приходиться применять смещение инструмента, для того чтобы вписаться в стандартное межосевое расстояние. Коэффициент смещения  в этом случае равен:, а межосевое расстояние определяется по формуле: .

Скорость скольжения червячных передач.

В отличие от зубчатых передач, витки червяка скользят по зубу червячного колеса, а не обкатываются. По этой причине окружные скорости червяка и червячного колеса не совпадают по величине и направлению.

                          А                                                          Вид А

                                                                                  виток червяка

                                                                              

                                                                                 

                                                            

                                                                                                 

                                                                                зуб червяка

Т.о. в червячных передачах скорость скольжения больше окружной скорости червяка, что является причиной износа и высоких потерь на трение.

Передаточное число червячных передач.

где  - число зубьев червячного колеса,

        - число заходов червяка.

      

3.Силы в зацеплении червячных передач.

Сила в зацеплении червячной передачи раскладывается на три взаимно перпендикулярных составляющих, которые называются:

- окружная,;

- радиальная, ;

- осевая,.

               

                                             

                                                            

                             

                                                                 

                                                                              

                       

        

                                                   

                                                

                                              

                                    

                                    

 

4.Коэффициент полезного действия червячных передач.

Развернем витки червяка по делительному диаметру в наклонную плоскость, а зуб червячного колеса заменим ползуном.

                                                                               y

                                                                g

                                                                  

                                                                                             x

                                                                                                      

                                                                       

                                                                g

                                                                           

Тогда принцип работы червячной передачи сведется к следующему:

под действием силы   ползун весом  поднимается по наклонной плоскости на высоту .

По определению КПД:   (1).

Угол отклонения полной реакции от нормали поверхности называется углом трения .

 -коэффициент трения.

Т.к. ползун перемещается равномерно, то система сил  находятся в равновесии. Спроектируем все силы на оси:

На x:

На y:

  (2)

Подставим выражение (2) в выражение (1) для КПД:

     

Для того чтобы увеличить КПД , нужно прежде всего снизить потери на трение , увеличить число заходов червяка.

В предварительных расчетах можно принимать:

Понятие о самоторможении червячных передач.

Если ведущим является червячное колесо, то взаимодействие ползуна с наклонной плоскостью выглядит следующим образом:

                          y

                                  

                          g   r       

                   

                                       x

                              

                       g

                     

Т.о. если , то , т.е. обратное движение невозможно. Это явление называют самоторможением  червячных передач.

5.Основные критерии работоспособности червячных передач. Расчеты червячных передач.

Причины выхода из строя червячных передач:

1. износ зубьев червячного колеса;

2. заедание (схватывание) рабочих поверхностей зубьев;

3. поломка зуба червячного колеса;

4. контактное выкрашивание;

5. перегрев передачи;

6. недостаточная жесткость червяка (прогиб).

Основными критериями работоспособности червячных передач являются: износостойкость, прочность, теплостойкость, жесткость.

5.1 Расчет червячных передач на износостойкость.

Расчет на контактную прочность совмещен с этим расчетом путем выбора соответствующих контактных напряжений. Расчет контактных напряжений, от которых в основном и зависит износостойкость, проводится по формуле Герца:

Основные особенности - расчета червячных передач:

1.

2.

После подстановки в формулу Герца с учетом особенностей контакта червячных передач и дальнейших упрощений, получаем выражение:

   (1), где

- коэффициент нагрузки учитывает неравномерность распределения нагрузки  и динамичность нагрузки (ударность) .

 зависит от коэффициента диаметра червяка и от режима нагрузки

- скорости скольжения и степени точности.

Проектный расчет проводится по формуле:

Эта формула получается, если в выражении (1) приравнять левую и правую части, а затем выразить одну из величин.

5.2 Расчет зубьев червячного колеса по напряжениям изгиба.

Аналогичен расчету косозубых цилиндрических колес с учетом следующих особенностей:

1.арочная форма зуба повышает прочность по сравнению с косозубым колесом;

2.наклон зубьев червячного колеса меньше, чем у большинства косозубых колес.

Поэтому .

             

5.3 Расчет червячных передач на теплостойкость.

Поскольку, в червячных передачах скорость скольжения значительна, то передача сильно греется, при этом резко ухудшаются свойства смазочного материала, что приводит к повышенному износу или к заеданию.

Расчет на теплостойкость выполняется в форме составления баланса тепла, выделившегося  в передаче  и отведенного от нее .

  (1)

- мощность на червяке;

 - коэффициент теплоотдачи;

- площадь охлаждения поверхности редуктора;

 - установившаяся температура;

- начальная температура.

Площадь поверхности охлаждения:  (дно не учитывается).

                             H

                                     

                                   

                                            

           L       B      

Решая уравнение (1) относительно t, получим

 

                                  

Для обычных смазочных материалов температура допускаемая .

В предварительных расчетах  можно принимать:

 

                                 

Если , то

1. , применить оребрение корпуса

                                        

                        

 

2. , поставить вентилятор на вал червяка

                                     

                                                   

                                                  

                                                     

                                                       

                                                       

                                                    

3.Применяют водяное охлаждение масла с помощью установки змеевика:

                          

                                                     

                                                     

                                                         

                                                  

                                                     

                                                    

                                                    

4.Циркуляционная система смазки ( с помощью масленого насоса).

Рекомендуют глубину погружения червяка в смазочный материал не более высоты червяка (если червяк расположен снизу); глубину погружения не более 1/3R.

 5.4 Расчет червяка на жесткость.

Этот расчет необходим поскольку повышенные прогибы червяка вызывают недопустимую концентрацию нагрузки в зацеплении.

Расчетная схема:

                                      

                                           

 

                                        L            

Лекция "Фирменный стиль" также может быть Вам полезна.

                                                      

- приведенный момент инерции;

Чтобы уменьшить f нужно сблизить опоры и увеличить диаметр червяка.