Учебный курс Детали машин и основы конструирования

Прямая доставка чая из Китая

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

СИЛЫ  И СВЯЗИ
Определить реакции в опорах вала
Статические испытания материалов
конструкционные материалы
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КРУГЛОГО
СПЛОШНОГО БРУСА
НОРМАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗГИБА
Методы изготовления резьбы
Теория винтовой пары
Расчет резьбовых соединений
Шпоночные соединения
Расчет шпоночных соединений
Механические передачи
цилиндрические передачи
Критерии работоспособности зубчатых колес
Расчет цилиндрических передач на прочность.
Конические зубчатые передачи
Червячная  передача
Силы в червячном зацеплении
Тепловой расчет и смазывание червячных передач
Плоскоременные передачи
Зубчато-ременные передачи
Цепная передача
валы и оси
Смазывание и расчет подшипников скольжения
Подшипники качения
Подбор подшипников качения
Конструирование подшипниковых узлов
Муфты
 

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения


Червячной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между валами со скрещивающимися осями. Обычно червячная передача (рис. 3.25) состоит из ч е р в я к а 1 и сопряженного с ним ч е р в я ч н о г о к о л е с а 2. Угол скрещивания осей обычно равен 90°; неортогональные передачи встречаются редко. Червячные передачи относятся к передачам зацеплением, в которых движение осуществляется по принципу винтовой пары. Червячную  передачу можно получить из рассмотренной ранее винтовой зубчатой передачи, если уменьшить число зубьев одного из косозубых колес до z1 = 1...4 и увеличить их угол наклона к оси, превратив таким образом косозубое колесо

в винт (червяк).

 Рис. 3.2

 Поэтому червячные передачи относят к категории з у б ч а т о - в и н т о в ы х .

Все применяемые в дальнейшем термины, определения и обозначения, относящиеся к червячным передачам, соответствуют ГОСТ 18498— 89 «Передачи червячные» и ГОСТ 16530—83 «Передачи зубчатые».

Витки червяка и зубья червячного колеса соприкасаются обычно по линиям и поэтому представляют собой высшую кинематическую пару. Обычно ведущее звено червячной передачи — червяк, но существуют механизмы, в которых ведущим звеном является червячное колесо.

Д о с т о и н с т в а червячных передач: компактность конструкции и возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой передаче (до и = 300 и более); высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы; малая интенсивность шума и виброактивности; возможность обеспечения самоторможения.

Н е д о с т а т к и червячных передач: значительное геометрическое скольжение в зацеплении и связанные с этим трение, повышенный износ, склонность к заеданию, нагрев передачи и сравнительно низкий КПД (от

 = 0,5 до 0,95); необходимость применения для ответственных передач дорогостоящих и дефицитных антифрикционных цветных металлов.


Рис. 3.26

Указанные недостатки ограничивают мощность червячных передач (обычно до 60 кВт).

Червячные передачи находят широкое применение, например, в металлорежущих станках, подъемно-транспортном оборудовании, транспортных машинах, а также в приборостроении.

Витки червяка нарезают резцом на токарно-винторезном или дисковой фрезой на резьбофрезерном станке; после нарезания резьбы и термообработки рабочие поверхности витков нередко шлифуют и полируют, что существенно повышает нагрузочную способность передачи. Зубья червячного колеса нарезают методом обкатки червячными фрезами на зубофрезерных станках; режущий инструмент в этом случае подобен червяку, снабженному режущими кромками и гранями (производящий червяк). Такая технология изготовления обеспечивает линейный контакт между витками червяка и зубьями червячного колеса.

На рис.3.26 схематически изображены основные виды червячных передач: а — цилиндрическая червячная передача, у которой делительные и начальные поверхности цилиндрические (такие передачи имеют наибольшее распространение); б — глобоидная передач а, у которой делительная поверхность червяка торообразная, а колеса — цилиндрическая (такие передачи нетехнологичны); в — червячно-реечная передача (по сравнению с зубчато-реечной такая передача обеспечивает большую плавность работы и имеет большую жесткость; оси червяка и рейки могут располагаться под углом или быть параллельны; передачи применяют в продольно-строгальных, тяжелых фрезерных и горизонтально-расточных станках).

Для цилиндрических червячных передач установлено двенадцать степеней точности и соответствующие нормы точности изготовления и монтажа передач. Независимо от степени точности передач назначают нормы бокового зазора между витками червяка и зубьями колеса.

Рис.3.27

Для глобоидных передач установлено три степени точности: 6, 7 и 8, для каждой из которых назначают нормы точности изготовления червяка, колеса и монтажа передач. Независимо от степени точности устанавливают нормы бокового зазора.

Силовые червячные передачи обычно изготовляют по 6—8-й степеням точности.

Конструктивно червячные передачи чаще всего делают в закрытом исполнении. На рис.3.27 приведены схемы наиболее часто встречающихся червячных редукторов: а — с верхним расположением червяка, б — с боковым расположением червяка, в — с нижним расположением червяка.

Геометрия и кинематика червячных передач

В этом и последующих разделах в основном рассматриваются вопросы, относящиеся к цилиндрическим червячным передачам, расчет геометрии которых, как и расчет геометрии глобоидных передач, стандартизован.

Цилиндрические червяки бывают следующих видов (в скобках приводятся краткие стандартные термины): архимедов червяк (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 (червякZT).

вавшийся в результате износа зубьев червячного колеса. Разноходовые червяки характеризуются  с р е д н и м х о д о м, т. е. ходом средней линии витка.

В соответствии со стандартом на исходный червяк устанавливаются следующие основные параметры витков червяка:

α = 20° — угол профиля витка в осевом сечении; ha1=m — высота

головки витка червяка; hf1 = 1,2m — высота ножки витка червяка; h1 = ha1 + hf1 = 2,2m — высота витка червяка.

Остальные размеры нарезанной части червяка определяются так:

диаметр вершин витков червяка

; (3.56)

диаметр впадин червяка

df1 =d1-2hf1 = qm-2• 1,2m = m(q-2,4); (3.57)

длина b1 нарезанной части червяка:

при числе витков z1 = 1 и z1 = 2

; (3.58)

при числе витков z1 = 4

; (3.59)

где z2 — число зубьев червячного колеса (для шлифуемых и фрезеруемых червяков полученную величину b1 следует увеличить на 25 мм — при m < 10 мм; на 35...40 мм — при т = 10...16 мм; на 50 мм — при т > 16 мм).

Применение трехвитковых червяков стандартами не предусматривается.

Геометрия червячного колеса. На рис. 3.28 изображено червячное колесо в зацеплении с червяком и показаны основные размеры колеса, а именно:

диаметр делительной окружности червячного колеса

 d2 = mz2 ; (3.60)

диаметр вершин зубьев червячного колеса в среднем сечении

; (3.61)

диаметр впадин червячного колеса в среднем сечении

; (3.62)

наибольший диаметр червячного
колеса 

; (3.63)

Ширину венца червячного колеса b2

определяют в зависимости от диаметра

вершин и числа витков червяка:

при  ; (3.64) 

Рис. 3.28.

при  . (3.65)

На рис. 3.28 тонкими линиями изображено червячное колесо, представляющее собой цилиндрическое косозубое колесо. Такая конструкция передачи характеризуется точечным контактом, следовательно, малой нагрузочной способностью и поэтому применяется в несиловых передачах.

Наиболее распространены червячные передачи, у которых зубья колеса имеют вогнутую форму и охватывают червяк по дуге с углом 2 = 60...110°. При этом образуется линейный контакт витков червяка и зубьев колеса, в результате чего значительно повышается нагрузочная способность передачи.

Межосевое расстояние червячной передачи

. (3.66)

В силовых червячных передачах рекомендуется принимать следующие значения числа зубьев червячного колеса.

z2 > 22 — при одновитковом червяке;

z2 > 26 — при многовитковых червяках.

Кинематика червячных передач. Выше говорилось о том, что червячное зацепление в сечении средней торцовой плоскостью колеса можно рассматривать как плоское зубчато-реечное зацепление, причем скорость и, осевого перемещения витков червяка равна окружной скорости v2 червячного колеса на делительной окружности.

Так как за каждый оборот червяка сечение витка смещается в осевом направлении на величину хода резьбы pz =pz1, то V1 =рz1n1 = πmz1n1; червячное колесо имеет окружную скорость v2 = πd2n2 = πmz2n2.

Так как V1 = v2, то z1n1 = z2n2 или z1ω1>, = z2 ω 2. 

Следовательно, передаточное число червячной передачи

 (3.67)

Передаточное число червячной передачи равно отношению числа зубьев червячного колеса к числу витков червяка.

В силовых передачах, в частности в стандартных передачах редукторов, передаточные числа принимают в пределах U = 8...80.

Основные параметры (межосевые расстояния а, номинальные передаточные числа и, сочетания модулей m и, коэффициентов диаметра червяка q и чисел витков z1) цилиндрических червячных передач д л я р е д у к т о р о в регламентированы ГОСТом. В приложении к стандарту имеется таблица, в которой приведены комбинации взаимно согласованных значений основных параметров.  Указанный стандарт

Рис.3.29

предусматривает применение одно-, двух и четырехвитковых червяков, обычно с линией витков правого направления, наименьшее число зубьев червячного колеса, предусмотренное стандартом, z2 = 32.

Основные параметры (межосевые расстояния, номинальные передаточные числа, делительные диаметры червяков и ширины венцов червячных колес) глобоидных передач для редукторов также установлены ГОСТом.

 Скольжение в зацеплении. На рис. 3.29, а изображены векторы окружных скоростей червяка и червячного колеса, обозначенных соответственно v4 и г>к. Приняв вращение червяка за абсолютное, а вращение червячного колеса за переносное движение, согласно известной из теоретической механики теореме о сложении скоростей можно построить параллелограмм скоростей, изображенный на рис.3.29 где vs — вектор относительной скорости скольжения витка червяка по зубу колеса, причем

; (3.68)

 здесь  — угол подъема линии витка червяка.

Как видно из рисунка, скорость скольжения в червячном зацеплении больше окружной скорости червяка. Именно в этом состоит коренное отличие червячной передачи от зубчатой, у которой скорость скольжения значительно меньше окружной скорости.

На рис.3.29 показаны контактные линии, лежащие на боковой поверхности зубьев колеса цилиндрической передачи (б) и глобоидной передачи (в), а также изображены проекции v векторов скольжения, которые по модулю и направлению близки к окружной скорости червяка. При работе передачи контактные линии перемещаются относительно витков червяка и зубьев колеса.

Угол наклона контактных линий к вектору скорости скольжения
имеет большое значение для работоспособности червячной передачи,
так как от этого угла зависит характер трения. 

Если угол наклона контактных линий к вектору скорости скольжения мал или равен нулю, то условия для гидродинамической смазки неблагоприятны, так как слой смазочного материала течет вдоль линий контакта и масляный клин не способен создать подъемную силу, чтобы предотвратить соприкосновение трущихся поверхностей, следовательно, в этом случае будет полужидкостное трение.

Если скорость скольжения направлена поперек линии контакта (рис. 3.29, в), то создаются благоприятные условия для образования масляного клина, обладающего значительной подъемной силой, и возникает режим жидкостного трения. Именно поэтому нагрузочная способность глобоидных передач примерно в 1,5 раза выше, чем цилиндрических передач с червяками, витки которых очерчены линейчатыми поверхностями (архимедовы, эвольвентные и конволютные червяки).

Однако технология изготовления и сборки глобоидных червячных передач значительно сложнее, чем цилиндрических; кроме того, глобоидные передачи чувствительны к погрешностям монтажа и деформациям звеньев. Указанные особенности глобоидных передач приводят к тому, что область их применения сужается за счет использования более технологичных червячных цилиндрических передач с вогнутым профилем витков червяка. Такие передачи имеют нагрузочную способность в 1,3... 1,5 раза выше, чем у ранее рассмотренных цилиндрических червячных передач.

Эффективность действия масляного клина возрастает с увеличением скорости скольжения, поэтому коэффициент трения f’ и угол трения зависят от скорости скольжения, т. е. уменьшаются с увеличением этой скорости.

Так, например, при скорости скольжения vs - 0,1 м/с приведенный

коэффициент трения f' = 0,1, а при vs = 10 м/с f' = 0,02.

Таблица 3.11


Значение приведенного коэффициента трения кроме скорости скольжения зависит также от материалов червяка и червячного колеса, шероховатости активных поверхностей, качества смазки. Ориентировочные значения приведенного угла трения φ' (для червячных пар сталь — оловянная бронза) в зависимости от скорости скольжения vs приведены в табл. 3.11 (меньшие значения для шлифованных червяков; для колес из безоловянных бронз значения увеличивают примерно на 40%).

Механические передачи Детали машин