Машиностроение и механика

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Детали машин: цепные, фрикционные зубчатые передачи - Червячные передачи

Article Index
Детали машин: цепные, фрикционные зубчатые передачи
Кинематика цепной передачи
Усилия в ветвях цепи
Расчет цепной передачи на износостойкость
Последовательность расчета цепных передач
Фрикционные передачи
Виды повреждений фрикционных передач
Материалы катков
Цилиндрическая фрикционная передача
Расчет на прочность цилиндрических фрикционных передач с гладкими катками
Последовательность проектного расчета фрикционных передач
Зубчатые передачи
Виды повреждений зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач
Цилиндрические зубчатые передачи
Выбор модуля и числа зубьев
Особенности расчета косозубых цилиндрических передач
Многопарность и плавность зацепления
Конические зубчатые передачи
Материалы и термообработка
Допускаемые напряжения изгиба при расчете на усталость
Червячные передачи
КПД червячной передачи
Основные критерии работоспособности и расчета
Материалы и допускаемые напряжения червячных передач
Передача винт-гайка
All Pages

Червячные передачи


Принцип действия и область применения. Червячная передача (рисунок 11.19) относится к передачам зацепления с перекрещивающимися осями валов. Угол перекрещивания обычно равен 90°. Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары или по принципу наклонной плоскости. Червячная передача состоит из винта, называемого червяком (рисунок 11.20), и зубчатого колеса, называемого червячным колесом (рисунок 11.22). При вращении червяка вокруг своей оси его витки перемещаются вдоль образующей своей цилиндрической поверхности и приводит во вращательное движение червячное колесо. Червяк и червячное колесо изготовляются методом нарезания зубьев при помощи специального инструмента из целых заготовок. В червячной передаче так же, как и в зубчатой, имеются диаметры делительных цилиндров (рисунок 11.19): d1 – делительный диаметр червяка, d2 делительный диаметр червячного колеса. Точка касания делительных диаметров называется полюсом зацепления.

clip_image512

Рисунок 11.19 – Схема червячной передачи.

Достоинства червячных передач:

1. Возможность получения большого передаточного числа в одной ступени (i = 8 – 200).

2. Плавность и бесшумность работы.

3. Компактность (малые габариты).

4. Самоторможение (невозможность передачи вращающего момента от червячного колеса к червяку).

5. Демпфирующие свойства снижают уровень вибрации машин.

Недостатки червячных передач:

1. Значительное трение в зоне зацепления.

2. Нагрев передачи.

3. Низкий КПД.

Червячные передачи используются в устройствах с ограниченной мощностью (обычно до 50 кВт).

clip_image514

Рисунок 11.20 – Червяки.

Червячные передачи применяют в механизмах деления и подачи зуборезных станков, продольно-фрезерных станков, глубоко расточных станков, грузоподъемных и тяговых лебедках, талях, механизмах подъема грузов, стрел и поворота автомобильных и железнодорожных кранов, экскаваторах, лифтах, троллейбусах и других машинах.

Червяки. По форме поверхности, на которой нарезается резьба, различают – цилиндрические (рисунок 11.20, а) и глобоидные (рисунок 11.20, б) червяки. По форме профиля резьбы – с прямолинейным (рисунок 11.21, а) и криволинейным (рисунок 11.21, б) профилем в осевом сечении. Чаще применяют цилиндрические червяки. У червяков с прямолинейным профилем в осевом сечении в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью, поэтому называют архимедов червяк, который подобен ходовому винту с трапецеидальной резьбой.

Эвольвентные червяки имеют эвольвентный профиль в торцовом сечении и поэтому подобны косозубым эвольвентным колесам, у которых число зубьев равно числу заходов червяка. Основные геометрические параметры червяка: clip_image128[9] = 20° -профильный угол (в осевом сечении для архимедовых червяков и в нормальном сечении зуба с нарезкой эвольвентного червяка); р – шаг зубьев червяка и колеса, соответствующий делительным окружностям червяка и колеса; т=clip_image134[1] осевой модуль; z1. – число заходов червяка; clip_image518 – коэффициент диаметра червяка; clip_image520 – угол подъема винтовой линии clip_image522; d1=qmдиаметр делительной окружности (здесь и далее см. рисунок 11.21); da1 = d1 + 2m – диаметр окружности выступов; dfl = d1 2,4m – диаметр окружности впадин; b1 длина нарезанной части червяка, ее определяют по условию использования одновременного зацепления наибольшего числа зубьев колеса [при z1 = 1...2 b1>(11 + 0,06z2)m при z1 = 4 b1(12,5 + 0,09z2)m].

clip_image524

Рисунок 11.21 – Форма профиля резьбы червяка и основные геометрические параметры

По стандарту, z1 = 1; 2; 4. Рекомендуют: z1= 4 при передаточном отношении i = 8 – 15; z1 = 2 при i = 15 – 30; zг = 1 при i 30.

Значения m и q стандартизованы.

Червячные колеса. При нарезании без смещения (рисунок 11.22):

d2 = z2m – диаметр делительной окружности в главном сечении;

da2 = d2 + 2m диаметр окружности выступов в главном сечении;

df2 = d2 2,4m – диаметр окружности впадин в главном сечении;

aw = 0,5(q + z2)m межосевое расстояние.

В таблице 11.3 размеры b2 -- ширина червячного колеса и daM2 наибольший диаметр колеса, соответствующие углу обхвата червяка колесом 2δ = 100° для силовых передач:

Таблица 11.3

z1

1

2

4

daM2

dа2+2т

dаг+1,5т

da2+m

b2

0,75da1

0,67dal

Примечание. Число зубьев колеса из условия неподрезания принимают:

z2 = ≥ 28.

Точность изготовления. Для червячных передач стандартом предусмотрено двенадцать степеней точности. Для передач, от которых требуется высокая кинематическая точность, рекомендуют III, IV, V и VI степени точности; для силовых передач рекомендуют V, VI, VII, VIII и IX степени точности.

clip_image526

Рисунок 11.22 – Основные геометрические параметры червячного колеса

Передаточное отношение. В червячной передаче в отличие от зубчатой окружные скорости v1 и v2 не совпадают (см. рис. 11.23). Они направлены под углом 90° и различны по величине, относительном движении делительные цилиндры не обкатываются как у зубчатых цилиндрических и конических передачах, а скользят. При одном обороте червяка колесо повернется на угол, охватывающий число зубьев колеса, равное числу заходов червяка. Колесо сделает полный оборот при clip_image196[1] оборотов червяка, то есть

clip_image012[1] (11.65)

Так как z1 может быть равным 1, 2 или 4 (чего не может быть у шестерни), то в одной червячной паре можно получить большое передаточное отношение.

Скольжение в зацеплении. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Скорость скольжения vs направлена по касательной к винтовой линии червяка. Как относительная скорость она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса, которыми являются окружные скорости vl и v2 (см. рис. 11.19 и рис. 11.23); clip_image530 или clip_image532, при этом

clip_image534

clip_image536

clip_image538

clip_image540

Рис. 11.23. Схема определения скорости скольжения

где clip_image520[1] – угол подъема винтовой линии червяка. Так как clip_image520[2] < 30°, то в червячной передаче v2 меньше v1 a vs больше clip_image544 Большое скольжение в червячных передачах служит причиной пониженного КПД, повышенного износа и склонности к заеданию.