14. Общие сведения о червячных передачах

Червячные передачи предназначены для передачи вращательного движения между скрещивающимися валами. Межосевой угол в общем случае можно изменять в широких пределах, но наибольшее распространение получили ортогональные передачи (с углом скрещивания 90). В последующих разделах приводятся зависимости для расчета на прочность и определения основных геометрических параметров таких передач с цилиндрическими линейчатыми червяками по ГОСТ 19036-94: архимедовыми – ZA, конволютными – ZN, эвольвентными – ZI и нелинейчатыми, образованными конусом – ZK.¹ Передачи с глобоидными червяками в пособии не рассматриваются.

Передачи с червяками ZA, ZN, ZI, ZK при оптимальном их качестве примерно одинаковы по нагрузочной способности. Повышенной нагрузочной способностью обладают передачи с червяками ZT, образованными тором, однако они сложнее в производстве. Выбор того или иного червяка определяется технологическими возможностями предприятий-изготовителей, которые могут обеспечить получение передач необходимой точности и качества, что в значительной мере определяет их работоспособность [12, с. 138–139; 391–396; 24, c. 525–526]. По ГОСТ предпочтительными для применения являются передачи с червяками ZI, ZK, ZT.

К преимуществам червячных передач относят: большое передаточное число в одной ступени при перекрещивающихся валах, возможность получения самоторможения, повышенная плавность работы при малой интенсивности шума и вибраций. Передаточное число принимается в пределах 8-80. Передачи труднозаменимы там, где требуется высокая кинематическая точность, например, в приводах делительных устройств металлорежущих станков и др.

При работе червячной передачи витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. При этом получаются крайне неблагоприятные условия для образования масляного клина, разделяющего поверхности трения. Это является причиной пониженного к.п.д. червячных передач, повышенного нагрева, износа и склонности к заеданию, а также к необходимости использования дорогостоящих антифрикционных материалов, проведения расчета на нагрев, оребрения редуктора и пр. Все это приводит к повышению стоимости червячных передач, увеличению эксплуатационных расходов. В связи с отмеченными особенностями червячные передачи применяют при ограниченных мощностях (обычно до 60 кВт).

15. Определение кинематических параметров червячных передач

Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода червячной передачи выполняются в той же последовательности, что и для привода с зубчатыми передачами (см. раздел 1). При этом подлежат определению все величины, которые приведены в указанном выше разделе: частоты вращения валов привода n_i (об/мин), их угловые скорости _i (рад/с), мощности Р_i (кВт) и крутящие моменты Т_i (Нм) на этих валах. Все эти величины используются в последующих расчетах передачи на прочность.

15.1. Передаточное число червячной передачи

,

где z₁ – число заходов червяка;

z₂ – число зубьев червячного колеса.

₁ и ₂ – угловые скорости соответственно быстроходного и тихоходного валов червячной передачи, рад / с;

n₁ и n₂ – частоты вращения этих валов, об/ мин;

При проектировании стандартного редуктора передаточное число червячной передачи должно быть принято в соответствии с ГОСТ 2144 – 76:

1-й ряд: 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; (100);

2-й ряд: 9; 11; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71; (90)

(значения 1-го ряда являются предпочтительными; значения в скобках применять не рекомендуется). При проектировании нестандартных редукторов, применение которых допускается как в производстве, так и в учебном проектировании, передаточное число червячной передачи может округляться до ближайшего значения из ряда Ra 40 ГОСТ 6636 – 69 [36, с. 364 – 365].

Фактические значения передаточных чисел у одноступенчатых червячных редукторов не должны отличаться от номинальных более чем на 5 , а у двухступенчатых – более чем на 8  (ГОСТ 27701 - 88).

15.2. Число заходов червяка в силовых передачах принимают z₁ = 1; 2; 4. При увеличении z₁ повышается к.п.д. червячной передачи, но возрастают ее габариты и усложняется технология изготовления. Значения z₁ для червячных передач следует выбирать в зависимости от передаточного числа (табл.15.1):

Таблица 15.1

u	8-14	14-30	св. 30
z1	4	2	1

Чтобы исключить подрезание зубьев колеса рекомендуется принимать в силовых передачах z₂  22 при z₁ = 1 и z₂  26 при z₁  1 [19]. Число зубьев колеса z₂  70 – 80 принимать не рекомендуется.

Если червячное колесо предполагается нарезать не червячной фрезой, а летучим резцом (резец на оправке) [12, с. 393 – 394; 35, с. 340 – 341], то число зубьев колеса, если возможно, не должно иметь общих множителей с числом зубьев червяка z₁, так, например, z₂ = 40 лучше заменить на 39 или 40 при z₁ = 2 и т.д. Нарезание колес летучими резцами осуществляется только при осевой подаче инструмента.