Червячные передачи

Червячная передача (рис.3.5.21) состоит из червяка 1 и червячного колеса 2, оси которых перекрещиваются, как правило, под углом 90⁰. Изобретение червячных передач приписывают Архимеду.

Достоинства червячных передач: возможность получения большого передаточного отношения; плавность и бесшумность работы.

Недостатки червячных передач: относительно низкий к.п.д.; необходимость применения для колеса дорогостоящих антифрикционных материалов.

Геометрические параметры. В червячной передаче, также как и в зубчатой, различают диаметры начальных и делительных цилиндров. Начальные диаметры червяка и колеса d_{w 1}, d_{w 2}; делительные диаметры червяка и колеса d ₁, d ₂ (рис.3.5.21). В передачах без смещения (рассматриваемых нами) d_{w 1} = d ₁, d_{w 2} = d ₂.

Червяки различают по следующим признакам: форме поверхности, на которой образуется резьба – цилиндрические (рис.3.5.22 а) и глобоидные (рис.3.5.22 б); форме профиля резьбы – архимедовы (рис.3.5.22 в) имеют прямолинейный профиль (трапецию) в осевом сечении (в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью), конволюнтные червяки (рис.3.5.22 г) имеют прямолинейный профиль в сечении, нормальном к виткам червяка и эвольвентные червяки – в торцовом сечении витки имеют эвольвентный профиль.

Червяки, как и все винты, могут быть одно- или многозаходными. Число заходов червяка обозначают z ₁. Число заходов выбирают в зависимости от передаточного отношения u. По стандарту z ₁ = 1; 2; 4.

Расстояние между одноименными точками соответствующих боковых сторон двух смежных витков червяка, измеренное параллельно оси, называют расчетным шагом червяка р (рис.3.5.23). Модуль – это отношение р/p – стандартный параметр, для червяка он является осевым, для колеса – торцовым.

Делительный диаметр червяка d = qm, где q – коэффициент диаметра червяка выбирают по таблицам ГОСТа в сочетании с модулем m.

Рекомендуется выбирать q = 0, 25 z ₂. Увеличение q приводит к снижению к.п.д., а уменьшение – к падению изгибной жесткости червяка.

Угол подъема линии витка червяка g на делительном цилиндре

,

где – ход червяка; р – шаг.

Высота головки и ножки витков определяется по формулам

; ,

где коэффициент высоты головки , коэффициент высоты ножки для архимедовых и конволюнтных червяков равен 1,2, а для эвольвентных .

Диаметр вершин и впадин :

; .

Длина b ₁ нарезанной части червяка , где , , при ; , при .

Червячные колеса. В осевом сечении зубья колеса имеют форму дуги. Это обеспечивает увеличение длины контактных линий.

Делительный (начальный) диаметр

.

Диаметр вершин и впадин в среднем сечении соответственно равны

; ,

где

; .

Наибольший диаметр колеса

.

Ширину колеса определяют по формулам при и при и уточняют по таблицам.

Условный угол обхвата 2d (рис.3.5.24)

.

Межосевое расстояние

.

Характерной особенностью червячных передач по сравнению с зубчатыми являются большие скорости скольжения. Скорость скольжения направлена по касательной к линии витка червяка (рис.3.5.25)

,

где – окружная скорость, м /сек, червяка на начальном диаметре.

Для передач с червяком, имеющим один виток (z ₁ =1), υ _ck» υ₁.

Начиная проектный расчет, v_ck можно ориентировочно оценить по зависимости

,

где n ₁ – частота вращения червяка, мин^-1; T ₂ – крутящий момент на колесе, Н×м.

К.п.д. в червячном зацеплении h определяют по зависимости, полученной для винтов (при ведущем червяке):

,

где – приведенный угол трения.

Силы в зацеплении необходимо знать для расчета тела червяка, вала червячного колеса и подшипников червячной передачи. Их рассматривают приложенными в полюсе зацепления и задают тремя взаимно перпендикулярными составляющими (рис.3.5.26):

1) окружной силой на колесе, равной осевой силе на червяке

;

2) окружной силой на червяке, равной осевой силе на колесе

3) радиальной силой, раздвигающей червяк и колесо

.

Основными причинами выхода из строя червячных передач являются износ зубьев колеса, заедание, поверхностные разрушения зубьев колеса.

Материалы червячной пары в соответствии с видами разрушения и повреждения зубьев должны обладать износостойкостью, пониженной склонностью к заеданию, хорошей прирабатываемостью и повышенной теплопроводностью.

Червяки в силовых передачах, как правило, выполняют из сталей, термически обработанных до значительной твердости. Наилучшую стойкость передач обеспечивают червяки из цементрируемых сталей. Преимущественно применяют стали 18ХГТ, 20Х, 12ХНЗА, 15ХФ, 40Х, 40ХН, 35ХГСА. Необходимо шлифование и полирование червяка.

Венцы червячных колес при скоростях скольжения υ_ск > 4 м/с выполняют из оловянно-фосфористых бронз БрО10Н1Ф1, БрО10Ф1, оловянно-цинковой бронзы БрО5Ц5С5. Для тихоходных передач применяют алюминиево-железистые бронзы БрА10Ж4Н4Л и т.д. При малых скоростях скольжения (менее 2 м/сек) и больших диаметрах колеса можно применять чугуны марок СЧ15, СЧ20.

Расчеты на прочность. Червячные передачи рассчитывают на усталость и статическую прочность по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. В большинстве случаев напряжения изгиба не определяют размеры передачи и расчет по ним применяют в качестве проверочного.

Условия зацепления и несущая способность передач с цилиндрическими червяками основных типов весьма близки, особенно при малом числе витков червяка. Поэтому расчеты, которые ведут в применении к передачам с архимедовым червяком, распространяются на передачи с другими цилиндрическими червяками.

Расчет по контактным напряжениям ведут аналогично расчету зубчатых передач. В качестве исходной принимают известную формулу Герца для наибольших контактных напряжений. Подставив в нее известные соотношения для червячной передачи и, сделав ряд преобразований, получим выражение для расчета червячной передачи по контактным напряжениям:

,

где К – коэффициент нагрузки, применительно к червячным передачам , – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба, – динамический скоростной коэффициент, их значения принимают по таблицам; Т₂ – момент на колесе; [s_Н] – допускаемое контактное напряжение.

В проектном расчете определяют межосевое расстояние по зависимости

.

Расчет по напряжениям изгиба ведут для колеса, так как витки червяка значительно прочнее.

Расчет аналогичен расчету косозубых цилиндрических колес, только зубья червячных колес принимают на 20...40 % прочнее косозубых. Повышенная прочность зубьев червячных колес связана с их дуговой формой. Напряжение изгиба зубьев

,

где F_{r 2} – окружная сила на колесе, – коэффициент формы зуба червячного колеса, выбираемый по эквивалентному числу зубьев . Этот расчет обычно выполняют как проверочный.

Планетарные передачи

Механизмы, в которых имеются зубчатые колеса с вра­щающимися геометрическими осями, называют планетарными. Движение этих колес, называемых саттелитами, сходно с движением планет, отчего передачи получили свое название. Саттелиты (рис.3.5.27) обкатываются по центральным колесам а и б, имеющим внешнее и внутреннее зацепление; – угловые скорости вращения центрального колеса, саттелитов и водила, – числа их зубьев.

К достоинствам таких передач относится возможность получения большого передаточного отношения при малых габаритах и небольшой массе конструкции. Для механизма, представленного на рис.3.5.27 передаточное число составляет ; коэффициент полезного действия .

Благодаря внутреннему зацеплению увеличивается нагрузочная способность передачи, повышается плавность зацепления и уменьшается шум. При симметричном расположении сателлитов радиальные силы в передаче взаимно уравновешиваются, снижаются потери энергии, уменьшается нагрузка на опоры и упрощается их конструкция.

К недостаткам относятся – относительно низкий к.п.д. и повышенные требования к точности изготовления и монтажа.

Контрольные вопросы

1. Какие виды зубчатых передач вы знаете? Каковы их достоинства и недостатки?

2. Почему зацепление зубчатых колес называется эвольвентным? Назовите основные параметры эвольвентного зацепления.

3. Какие виды разрушения зубьев бывают?

4. Какие силы действуют в цилиндрических зубчатых передачах?

5. По каким напряжениям выполняют расчет зубчатых передач?

6. Какие силы действуют в прямозубой конической передаче?

7. Какие виды червячных передач вы знаете? Какие бывают червяки?

8. Какой материал используют для изготовления червяка и колеса?

9. Назовите основные геометрические параметры.

10. Какие силы действуют в зацеплении червячной передачи?

11. По каким напряжениям проводят расчет червячных передач?

12. Какие зубчатые передачи называют планетарными? Назовите их достоинства и недостатки.

Дата добавления: 2015-08-18