Как определить направление червячного колеса

Обновлено: 02.07.2024

Материалы и конструкции червяков и червячных колес.

Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58…63, а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45…55. Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо — из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом (см. рис. 1; 2), реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.
Рис. 1
Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса (рис. 3, д)

где
v1 — окружная скорость червяка; γ — делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали (см. рис. 1; 2). При скоростях скольжения vск=5…30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1, БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При vск≤6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45. Рис. 2 Рис. 3
В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом (см. рис. 1; 2) и для надежности соединения скрепляют с ним винтами. В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами (рис. 4, а). При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими (рис. 4, б), т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения vск≤2 м/с червячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Для амортизации ударов при работе червячной передачи, глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). На (рис. 4, в) показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтами между стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как и зубчатого колеса.
Рис. 4
Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v2, обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по табл.

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Читать также: Как выкрутить срывной болт

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d2 — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z2 – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b2 – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z1 – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; aw – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Нарезание червячных колес

При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:

Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.

Нарезка зубьев на венце

По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.

Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.

Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.

Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.

Ремонтная нарезка

Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.

Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.

Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.

Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.

Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.

Читать также: Антенна для двб т2 своими руками

Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.

Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Классификация

По направлению витка передачи в большинстве своем бывают правыми. Иногда встречается левое направление нити.

Червячные зацепления классифицируются по форме наружной поверхности червяка:

Вогнутая поверхность ведущей детали увеличивает количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. В результате возрастает КПД и мощность передачи. Недостаток глобоидных червяков в сложности изготовления. Витки должны быть одинаковой высоты при вогнутой наружной поверхности.

По форме нити резьбы различают червяки:

архимедов;
конволютный;
нелинейный.

Архимедов червяк отличается прямой в сечении эвольвентой. У конволютного конфигурация выпуклая, близкая к форме обычной шестерни. Нелинейные профили имеют выпуклую и вогнутую поверхность.

Зубчатое колесо имеет зуб наклонный обратной конфигурации, по форме совпадающий с впадиной между нитями.

Расположение червяка относительно колеса может быть:

Верхнее оптимально подходит для скоростных передач. Боковое наиболее компактное. При картерном способе смазки – масло находится в поддоне и нижняя деталь, вращаясь, смазывает остальные, удобнее нижнее расположение червяка.

Червячные колеса относятся к косозубым. Оси деталей располагаются обычно под углом 90°. В сильно нагруженных механизмах угол может быть 45°.

Зубчатые колеса по профилю зуба делят:

По типу они могут быть:

с непрерывным вращением – полные;
зубчатый сектор.

Читать также: Площадь поверхности уголка 50х50х5

Сектор может быть разной величины, от половины круга, до рабочей длины короче червяка.

Классификация червячных передач. По исполнению червячные передачи различают четыре вида по расположению червяка относительно червячного колеса, а также разделяются на открытые и закрытые (рис. 89).

Рис. 89. Классификация червячных передач по расположению червяка: а – с нижним расположением червяка, б – с верхним расположением червяка, в – с боковым расположением червяка, г – с вертикальным расположением чкервяка.

По назначению червячные передачи делятся на кинематические и силовые. По форме наружной поверхности червяка различают два основных вида червячных передач: цилиндрические, или просто червячные передачи (с цилиндрическими червяками) и глобоидные (с глобоидными червяками). В зависимости от формы профиля резьбы цилиндрических червяков различают червяки: архимедовы ( ), конволютные ( ), эвольвентные ( ) и с вогнутым профилем витков (рис. 90).

Рис.90. Классификация по форме профиля червяка: а – цилиндрический архимедов, б – глобоидный, в – цилиндрический эвольвентный, г - с вогнутым профилем витков.

Назначение. Червячные передачи относится к механическим передачам зацепления с непосредственным контактом и предназначены для передачи вращательного движения между скрещивающимися валами (с углом, как правило 900) при необходимости реализации больших передаточных чисел ( ). Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого зубчатого колеса. Резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной, а также правой или левой. Наиболее распространена правая резьба с числом заходов zx = 1. 4.

Преимущества. Возможность передачи вращения между скрещивающимися валами и получения больших передаточных чисел в малых габаритах одной пары зацепления. Плавность и бесшумность работы. Компактность и простота эксплуатации. Возможность самоторможения. Высокая кинематическая точность.

Недостатки. Относительно низкий КПД. Большие потери мощности, что не позволяет использовать для передачи больших нагрузок и мощностей. Повышенный износ и склонность к заеданию контактирующих поверхностей. Необходимость применения дорогостоящих антифрикционных материалов и режущих инструментов, что повышает стоимость передачи относительно зубчатых.

Сферы применения. Червячные передачи применяются при мощности до 60кВт, в некоторых случаях до 200кВт, при передаточном числе с КПД . Наибольшее распространение получили червячные передачи в приводах электротранспорта, подьемнотранспортных механизмах, лебедках любых типов, кинематических приводах делительных механизмов станков и механизмов.

Геометрический расчет. Для червяков и колес червячных цилиндрических передач модуль т, мм, нормализован по ряду: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0.

Передаточное отношение передачи

, (15.1)

где - соответственно, число витков (заходов) червяка и зубьев колеса.

Число витков червяка принимают в зависимости от передаточного отношения передачи:

- при ;

- при

Для червячных передач номинальные значения передаточных чисел и стандартизованы ГОСТ2185 - 66 Номинальные значения передаточных чисел и для червячных редукторов следующие:

1-й ряд 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0;12,5; 16; 20.

2-й ряд 1,12; 1,40; 1,80; 2,24; 2,80; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1; 9,0; 11,2; 14; 18; 22,4.

При выборе стандартных параметров первый ряд предпочтительнее второго, а принятые значения передаточных чисел для червячных передач не должны отличаться от расчетных не более чем на 4%.

Для червячных цилиндрических передач с углом скрещивания осей червяка и колеса, равным 90° по ГОСТ 2144 - 76 нормализованы: делительные углы подъема витков червяка, длина червяка и межосевые расстояния:

1-й ряд 40;50;63;80;100;125; 160; 200; 250; 315; 400; 500.

2-й ряд - - - - - - 140; 180; 225; 280; 355; 450.

Размеры червячного колеса определяются по таким же расчетным зависимостям как для зубчатых колес. Для унификации стандартного инструмента, применяемого при нарезании червяков и червячных колес, отношение делительного диаметра червяка к расчетному модулю т, называемое коэффициентом диаметра червяка q, нормализуют по ГОСТ 19672 - 74 в пределах = 6,3. 25. Рекомендуется принимать , при этом .

Стандартом установлено два ряда значений коэффициентов диаметра червяка q:

1-й ряд 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25;

2-й ряд 7,5; 9; 11,2; 14; 18; 22,4.

В мелкомодульных передачах коэффициент диаметра червяка q рекомендуется брать больше, так как червяки в них могут оказаться недостаточно жесткими.

Тангенс делительного угла подъема витков червяка и угла наклона зубьев колеса

. (15.2)

Значения делительного угла подъема витков червяка в зависимости от его параметров приведены в таблице 15.1.

Таблица 15.1 Делительный угол подъема витков червяка

Основные геометрические параметры червячной передачи без смещения показаны на рис. 91 определяются по зависимостям:

- делительные и начальные диаметры червяка и колеса:

, (15.3)

; (15.4)

- диаметры вершин червяка и колеса:

, (15.5)

; (15.6)

- диаметры впадин червяка и колеса:

, (15.7)

. (15.8)

Рис. 91. Геометрические параметры червячной передачи

В червячной передаче без смещения высота зубьев и витков

. (15.9)

Для передачи без смещения делительное межосевое расстояние а и межосевое расстояние aw:

, (15.10)

Модуль червячного зацепления проверяется по зависимости

. (15.11)

Наибольший диаметр червячного колеса определяется по формуле

. (15.12)

Условный угол обхвата червяка венцом зубчатого колеса определяется из условия:

. (15.13)

Длина нарезанной части червяка принимают:

при и 2 ;

при и 4 . (15.14)

Ширина венца зубчатого колеса

при ;

при .

Остальные размеры зубчатого колеса принимаются такими как для зубчатых колес. Смещение цилиндрической червячной передачи с архимедовым червяком осуществляется только за счет колеса, размеры червяка, за исключением диаметра начального цилиндра, не изменяются. Предельное значение коэффициента смещения при отсутствии подрезания и заострения зубьев червячного колеса рекомендуется принимать . Отрицательного смещения следует избегать из-за снижения прочности зубьев на изгиб.

Минимальное число зубьев колеса в силовой червячной передаче принимают =26. 28. При выборе и в зависимости от передаточного числа и необходимо иметь в виду, что для передачи без смещения во избежание подрезания зубьев колеса должно быть z2 > 28.

Кинематический и силовой расчеты. Векторы окружных скоростей червяка и v2 червячного колеса составляют между собой такой же угол, как угол, под которым перекрещиваются валы передачи, т. е. обычно угол, равный 90°. Каждая из скоростей определяется по соответствующей формуле:

. (15.15)

От окружной скорости колеса зависит выбор степени точности передачи. Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса , обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по табл. 15.2.

Таблица 15.2. Степени точности червячных передач

Окружная скорость колеса υ, м/с, не более

Червяк закален, отшлифован и отполирован. Колесо нарезают шлифованными червячными фрезами. Обработка под нагрузкой

Передачи с повышенными скоростями и малым шумом, высокими требованиями к габаритам

Передачи среднескоростные со средними требованиями к шуму, габаритам и точности

Червяк с НВ≤350 нешлифованный. Колесо нарезают любым способом

Передачи низкоскоростные, кратковременно работающие, и ручные с пониженными требованиями

Скорость скольжения представляет собой геометрическую разность этих скоростей и определяется по формуле

, (15.16)

или по зависимости

. (15.17)

Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса.

Сила взаимодействия между витками резьбы червяка и зубьями червячного колеса может быть разложена на три взаимно перпендикулярные составляющие: окружную, осевую и радиальную силы. Окружная сила червяка , равная и направленная противоположно осевой силе колеса :

. (15.18)

Окружная сила колеса равна осевой силе червяка , но направлена противоположно ей:

. (15.19)

Радиальная сила для червяка и колеса

, (15.20)

где стандартный угол профиля витков червяка.

Коэффициент полезного действия червячного редуктора при ведущем червяке с учетом потерь в зацеплении, в опорах и наразбрызгивание и перемешивание масла

, (15.21)

Коэффициент полезного действия червячного редуктора при ведущем колесе с учетом изменения направления сил трения

. (15.22)

Значения коэффициента трения, а следовательно и приведенного угла трения принимается в зависимости от скорости скольжения в передаче. Приведенные углы трения при работе червячного колеса из оловянистой бронзы по стальному червяку даны в табл.15.3.

Таблица 15.3 Приведенные углы трения

φ'

Критерии работоспособности. Учитывая виды повреждений основными критериями работоспособности червячной передачи являются контактная и изгибная прочность зубьев червячного колеса. В связи с тем что поверхностное разрушение зубьев колеса зависит от контактных напряжений, а поломка - от напряжений изгиба, зубья червячных колес, так же как и зубья зубчатых колес, рассчитывают на прочность по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. При проектировочном расчете червячных передач редукторов определяют требуемое по условию контактной прочности межосевое расстояние передачи; затем проверяют зубья колеса на изгиб. В большинстве случаев оказывается, что расчетные напряжения изгиба значительно ниже допускаемых. Лишь в случае мелко - модульного зацепления при большом числе зубьев колеса (z2 > 100) может оказаться, что прочность на изгиб недостаточна. При этом приходится изменить размеры зацепления и вновь производить проверку. Помимо указанных расчетов для червячных передач выполняют расчет червяка на жесткость и тепловой расчет червячного редуктора.

Проектные расчеты червячных передач.

Расчет зубьев на контактную прочность. При проектировочном расчете зубьев червячных колес на контактную прочность определяется межосевое расстояние передачи:

, (15.23)

где - коэффициент концентрации нагрузки, которым определяется неравномерность распределения нагрузок по длине контактных линий в результате погрешностей в зацеплении и деформации зубьев колеса и витков резьбы червяка, - коэффициент динамической нагрузки, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении, - допускаемые контактные напряжения, - расчетный момент на червячном колесе.

Число зубьев колеса в проектном расчете определяется по формуле (15.1) в зависимости от принятого числа заходов резьбы червяка и передаточного числа и передачи . Значение коэффициента диаметра червяка принимают стандартным. Предварительно принимают . В проектировочных расчетах предварительно принимают .

После определения расчетного межосевого расстояния его значения округляют до ближайшего стандартного. Находят модуль зацепления по зависимости (15.11) и полученное значение округляют до ближайшего стандартного. Для получения стандартных размеров передачи найденные значения корректируют величиной межосевого расстояния либо коэффициентом диаметра червяка , числом зубьев колеса , а затем определяются геометрические, кинематические и силовые параметры передачи.

Допускаемое контактное напряжение для зубьев червячных колес из оловянных и аналогичных им бронз определяют из условия сопротивления материала зубьев поверхностной усталости:

, (15.24)

где - предел прочности бронзы при растяжении (табл.15.4); - коэффициент твердости витков червяка при - , при - ; KHL - коэффициент долговечности.

Коэффициент долговечности KHL определяют в зависимости от отношения - базового числа циклов нагружения, при котором определяется предел контактной выносливости и - эквивалентного числа нагружения зубьев передачи с учетом режима ее работы. Базовое число циклов напряжений в зубьях принимают для этих материалов . При эквивалентном числе циклов нагружения зубьев колес меньше базового , то принимают и коэффициент долговечности KHL =1. В случае когда эквивалентное число циклов нагружения зубьев больше базового то

. (15.25)

Если при расчете , то принимают и коэффициент долговечности в этом .

Таблица 15.4 Механические характеристики материалов червячных колес

Цилиндрические червяки бывают следующих видов (в скобках приводятся краткие стандартные термины): архимедовчервяк (червяк ZA),теоретический торцовый профиль которого –архимедова спираль; конволютный червяк (червяк ZN),теоретический торцовый профиль которого – конволюта (удлиненная или укороченная эвольвента); эвольвентный червяк (червяк ZJ), теоретический торцовый профиль которого – эвольвента. Боковые поверхности витков этих трех видов червяков представляют собой линейчатую поверхность (геликоид), т.е. поверхность, образованную движением отрезка прямой относительно оси червяка.

Кроме вышеуказанных существуют червяки с нелинейчатой главной поверхностью, а именно –образованный конусом (червяк ZK)и образованный тором (червяк ZT).

Форма боковых поверхностей витков имеет непосредственное отношение к технологии изготовления червяков.

В дальнейшем в основном будут рассматриваться передачи с архимедовыми червяками, являющимися наиболее распространенными.

Червячное зацепление в сечении средней торцовой плоскостью червячного колеса (содержащей ось червяка) может быть представлено как плоское зубчато-реечное зацепление, поэтому проектирование червячной передачи в значительной степени подобно проектированию реечного зацепления.

Боковые поверхности витков архимедова червяка в осевом сечении очерчены прямыми линиями и представляют собой равнобокую трапецию с углом при вершине, равным 40°, т.е. угол профиля витка α = 20°.

Существенным недостатком архимедовых червяков (в отличие от эвольвентных) является невозможность шлифования боковых поверхностей витков плоской стороной шлифовального круга, так как в нормальном сечении виток имеет фасонный профиль. Поэтому в основном архимедовы червяки изготовляют с нешлифованными витками. Конволютные червяки теоретически имеют в нормальном сечении прямолинейный профиль витка, поэтому их шлифуют коническими кругами на резьбошлифовальных станках. Витки эвольвентных червяков шлифуют на специальных червячно-шлифовальных станках.

При прочих равных условиях форма профиля витков червяка мало влияет на нагрузочную способность передачи, поэтому технология изготовления является решающим фактором при выборе профиля витков.

Как все винты, червяки могут быть одно- или многозаходными и иметь правое или левое направления резьбы. Чаще применяют червяки с правой нарезкой.

Червячные передачи, как и зубчатые, изготовляют со смещением производящего червяка и без смещения. В передачах со смещением и без смещения червяк остается неизменным, за исключением длины нарезанной части. В дальнейшем рассматриваются только червячные передачи без смещения.

Геометриячервяка.На рис.1.75 изображен архимедов червяк и показаны его основные размеры. Основным расчетным параметром червяка (и червячного колеса) является расчетный модуль т – линейная величина, в π раз меньшая расчетного шага червяка р,т.е.:

Рис. 1.75. Архимедов червяк

Червячные зубчатые передачи – эффективные элементы в различных конструкциях современного оборудования, узлов и механизмов. Используют их в создании от точных приборов до энергоустановок, транспортных средств. Элементы передачи – зубчатое колесо и специальный шпиндель. Применяется узел для распределения вращательного движения между осями валов. Передача позволяет изменять вращение на поступательное движение. Преобразовывать крутящий момент и обороты шпинделей в более эффективные для работы оборудования. Основной элемент в таких узлах червячная шестеренка имеющая различные конфигурации.

Основные данные

Червячное зубчатое колесо является главной деталью передачи. Представляет собой диск конической, цилиндрической формы с расположенными на верхней его плоскости зубьями. При помощи последних во время вращения выполняется зацепление зубчатого колеса с червяком, что позволяет переносить вращательный момент от вала с шестерней на другой шпиндель.

Зубья одного элемента толкают аналоги на другом, которые приводят в действие свою ось. Вал, на котором находится червяк, начинает совершать вращение, передавать движение к другим элементам конструкции. Прибор или установка начинают функционировать и выполнять свои задачи.

Конструкция

Колеса с зубьями конструкционно могут представлять собой следующие формы:

диск;
обод со спицами, крепящимися к расположенной в центре него втулке;
цельный цилиндр.

По внешнему периметру в различном количестве, в зависимости от диаметра червячного колеса, сделаны выемки. Конфигурация наружной поверхности напоминает форму зубов, поэтому и получила название зубчатое колесо. Параметры червячных передач указаны нормами по ГОСТ 2144-76

Внутри шестерни, строго по центру находится отверстие, предназначенное для крепления колеса к рабочему валу. Для создания надежного сцепления между ними предусмотрена специальная выемка для крепежной шпильки. Она же позволяет при износе зубьев быстро сменить вышедшую из строя шестерню на новую.

Чертежи конструкции зубчатое колесо бывают нередко довольно сложными. В них могут быть следующие элементы:

отверстие для вала;
ступица;
шпоночный паз;
диск;
обод;
ножка зуба;
зуб;
головка зуба;
образующая делительного цилиндра;
окружность впадин;
делительная окружность;
окружность зубьев.

Варианты конструкций могут быть самые разнообразные. Производители изготавливают шестерни для червячных передач различных типов. Но во всех модификациях выделяют три основных компонента. Первый, зубчатый венец, являющийся главным элементом, на который приходится вся нагрузка при работе. Второй компонент – расположенная в центре диска ступица, со сквозным отверстием для крепления вала. Форма последнего может быть следующих видов:

цилиндрическая;
квадратная;
многоугольная.

Третьим общим компонентом для зубчатых колес является диск. С целью экономии металла при производстве изделий у него толщина меньше, чем у обода, ступицы. Нередко в диске сделаны с той же целью отверстия, различного диаметра, форм.

Материалы изготовления

Редукторная червячная передача имеет характерное для нее повышенное заедание, износ рабочих поверхностей. Это происходит из-за неблагоприятных условий функционирования узла. В следствии не образования масляного клина в точке полюса зацепления. Для повышения износостойкости, исключения заедания конструкции изготавливают из металлов с высокими антифрикционными свойствами.

В производстве червячных колес используют следующие сплавы:

высоко-, мало-оловянистую бронзу;
мягкие серые чугуны;
латунь;
безоловьянистую бронзу.

Из расчета экономии металла червячное колесо конструируют составным. Венец выполняют из латуни или бронзы. Центральную часть шестерни из стали, чугуна. Конструкции могут быть следующих видов:

бандажированные;
выполненные на болтах;
биметаллические.

В первом случае бронзовый венец с натягом устанавливается на центр колеса. Дополнительно закрепляется винтами, от 3 до 8 штук. В болтовой конструкции у венца имеется фланец с отверстиями. В них без зазора устанавливаются от 4 до 8 призонных болтов для крепления к центру колеса. В серийном производстве чаще используют биметаллический способ изготовления шестерней. В форму предварительно устанавливается центр колеса, а затем заливается расплавленный металл. Подбирают материал венца для червячного колеса в зависимости от условий эксплуатации, необходимой износоустойчивости изделия. Бронза стоит дороже стали, поэтому полностью из нее делают комплектующие размером до 16 сантиметров.

Классификация

Зубчатые колеса червячных передач подразделяются на разновидности по следующим признакам:

направление витка передачи, правые или левые;
конфигурация нити червяка: конволютные, архимедовы, нелинейные;
форма наружной поверхности: глобоидные и цилиндрические;
профиль зуба: прямые, роликовые, вогнутые;
расположение червяка по отношению к колесу: нижние, боковые, верхние;
тип зуба: полные с непрерывным вращением, зубчатые секторные.

При вогнутой поверхности у ведущих элементов узла возрастает количество в одновременном зацеплении зубьев. Это повышает мощность, КПД червячной передачи. Глобоидные модификации сложны в изготовлении. При вогнутой наружной плоскости витки строго одинаковой высоты. Для скоростных передач оптимально верхнее размещение червяка. При необходимости компактного узла рациональным станет боковое положение. Если в устройстве картерный метод смазки, то для оборудования наиболее подходящая передача с нижним размещением червяка в узле.

Достоинства и недостатки

В сравнении с аналогами, имеющими другие конструкционные исполнения по действию, червячные зубчатые колеса более популярны. Узлы передачи выдают более высокий крутящий момент. При движении резьба червяка передвигается вдоль оси, что подталкивает и направляет зубы колеса в нужном направлении.

Основные достоинства зубчатых червячных колес следующие:

Высокий уровень передаточных чисел позволяет увеличивать возможности снижения частоты вращения, возрастания крутящего момента. В узле колеса обеспечивают высокий уровень сцепления, что исключает шумы.

Пара червяк и червячное колесо обладает плавным ходом, способна вращаться в обеих направлениях. Позволяет производить наиболее плавное торможение при работе. При остановке движения передачи система самоторможения производит замедление скорости ведущего вала до полного стопа.

К недостаткам червячных зубчатых колес в редукторах относят следующие минусы:

высокое трение вызывающее низкий КПД из-за повышенных параметров передаточного соотношения, энергетические потери;
при избытке кинетической энергии и невозможности ее полной передачи возникает перегрев узла;
заметный люфт выходных валов, возрастающий при интенсивной эксплуатации;
относительно недолгий срок эксплуатации, в среднем до 10 тыс. часов.

Применение

Используют цилиндрическое червячное колесо в редукторах, механизмах и оборудовании, где небольшие скорости. Основные области применения:

производство червячных редукторов;
на различных типах лебедок;
в грузоподъемных механизмах;
в пассажирских, грузовых лифтах;
в механизмах управляющих рулем;
производство корректировки в станках с ЧПУ;
в качестве доводчиков рабочих инструментов в различном оборудовании;
сфера приборостроения.

Изделия обеспечивают высокую точность перемещения, могут само-тормозиться. Червячный механизм с зубчатым колесом, при своих компактных размерах, может заменить редуктор с несколькими ступенями. Передаточное число достигает значения 100 и выше. В процессе работы узел требует интенсивного охлаждения, смазки для предотвращения перегрева, выхода из строя.

Технология нарезки червячных зубчатых колес

Модель червячных шестерней создается в процессе проектирования изделия. Исходя из схемы можно определить метод нарезки:

Торцевое нарезание червячных колес требует инструмента полностью аналогичного червяку. Устройство позволяет вести обработку с высокой точностью. Вставлять фрезу снизу сложно. Нужно чтобы ее положение относительно вала точно соответствовало червяку.

На венце нарезка зубьев выполняется фрезами, имеющими наружный диаметр одинаковый с червяком. Инструмент повторяет форму ведущего элемента, но линия не непрерывная, вместо нее ряды резцов.

По конфигурации режущая пластина должна точно повторять резьбовую нитку, при этом она должна быть шире на величину зазора. В итоге форма червячного колеса высокоточно аналогична форме резьбы. Ее впадины полностью совпадают с выступами нитей.

Выставление фрезы выполняется в осевой плоскости червяка с прикосновением к поверхности изделия. Вращение зубчатого венца происходит вокруг собственного вала или вертикальной оправки. Это обеспечивает тангенциальную подачу внешней поверхности по оси резца.

Нарезка червячных зубчатых колес выполняется в синхронном передвижении детали и инструмента, оборачивающихся вокруг собственных осей. Скорость вращения устанавливается передаточным числом. Каждый оборот венца подвигает его ближе к крутящейся фрезе.

Режущий инструмент подают как сверху, так и снизу. На практике предпочтение отдают радиальной нарезке. Метод самый удобный и высокоточный.

Ремонтная нарезка выполняется при необходимости сделать одну деталь для замены в редукторе. В мастерских не всегда можно найти фрезу необходимого диаметра. При применении большего инструмента прилегание станет хуже, уменьшится пятно контакта. Нарезка фрезой меньшего диаметра увеличит нагрузку на верхнюю часть нити. В обоих случаях отремонтированное таким образом колесо будет иметь высокий износ, трение. КПД при этом также упадет. Поэтому выполнять нарезку необходимо резцами с точно совпадающим диаметром.

Почему вам стоит обращаться в нашу компанию

Наша компания работает на своих станочных мощностях, что позволяет выполнять работы не только быстрее посредников, но и с более выгодными условиями на изготовление червячных зубчатых колес.

Работаем с любыми видами стали:

Черные виды сталей;
Цветные стали;
Нержавеющие стали;
Чугун.

Мы оказываем полный спектр услуг по металлообработке на современном, точном оборудовании с помощью качественного режущего инструмента, что позволяет нашим специалистам получать максимальной точности детали с чертежом заказчика.

Червячные передачи по форме червяка делят на цилиндрические и глобоидные (рис. 2). Глобоидные червяки обладают на 30-60% большей несущей способностью, чем цилиндрические, но сложнее в изготовлении.

По расположению червяка относительно червячного колеса различают передачи с верхним, нижним и боковым расположением червяка. Передачи с нижним расположением червяка работают в лучших условиях смазки, так как червяк погружен в масло, но выше потери энергии из-за гидродинамического сопротивления масла.

По форме профиля витков – архимедовы, конволютные, эвольвентные, нелинейчатые.

Архимедовы червяки ZA (рис. 3а ) представляют собой винты с резьбой трапецеидального профиля. Они имеют прямобочный профиль в осевом сечении. Эти червяки просты в изготовлении при нарезании, но сложны при шлифовании. Поэтому их применяют для тихоходных, несильно нагруженных передач (до 1-2 кВт), не требующих шлифования червяка.

Область применения передач с архимедовыми червяками сокращается.

Конволютный червяк ZN (рис. 3б ) имеет выпуклый профиль в осевом сечении и прямобокий профиль в сечении нормальном винтовой линии. Такие червяки легче нарезаются червячными фрезами. Шлифование также затруднено.

Эвольвентный червяк ZI (рис. 3в ) представляет собой косозубое колесо с малым числом зубьев и очень большим углом их наклона. Профиль зуба в торцевом сечении очерчен эвольвентой. Несмотря на более сложный профиль эвольвентные червяки считаются наиболее технологичными, так как для изготовления требуется меньший набор фрез и шлифовальных дисков, чем для изготовления червяков другого типа. Применяется в средне- и высокоскоростных передачах, для которых требуется шлифование червяка.

Нелинейчатые червяки – образованные конусом (ZK ) или тором (ZT ). Они имеют вогнутый профиль. Рабочие поверхности витков нелинейчатых червяков получают шлифованием конволютных червяков с высокой точностью конусным или тороидным кругом. Передачи с нелинейчатыми червяками отличаются повышенной нагрузочной способностью, по сравнению с другими типами червяков.

2. Проектирование червяной передачи

2.1 Исходные данные для проектирования:

– вращающий момент на колесе, Н∙м;

– частота вращения колеса, мин -1 ;

– время работы передачи (ресурс), ч;

2.2 Материалы червяка и колеса

2.2.1 Выбор типа червячной передачи

В червячных редукторах общепромышленного применения используются передачи с цилиндрическим червяком.

Наиболее технологичными являются эвольвентные червяки (ZI ), а перспективными – нелинейчатые: образованные конусом (ZK ) или тором (ZT ).

Передачи с архимедовыми червяками (ZA ) применяются для передач малой мощности (до 1-2 кВт) и непродолжительной работы.

Для силовых передач следует применять эвольвентные и нелинейчатые червяки.

2.2.2 Выбор материала зубчатого венца червячного колеса

Так как выбор материала для колеса связан со скоростью скольжения, то предварительно определяют ожидаемое ее значение, м/с:

Материалы зубчатых венцов червячных колес по мере убывания антизадирных и антифрикционных свойств и рекомендуемым для применения скоростям скольжения можно условно свести к трем группам (табл. 1):

Группа I – оловянные бронзы; применяют при скорости скольжения > 5 м/с.

Группа II – безоловянные бронзы и латуни; применяют при скорости скольжения = 2–5 м/с.

Группа III – мягкие серые чугуны; применяют при скорости скольжения Оборудование и аксессуары для лодок

Читайте также: