3.10. Червячные передачи

Червячные передачи применяют для преобразования вращательного движения, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются. Обычно угол перекрещивания равен 90° (возможны и другие углы, отличные от 90°, но они встречаются редко).

Преимуществом червячной передачи перед зубчатой является возможность осуществления больших передаточных отношений, а также бесшумность и плавность работы. Основными недостатками червячной передачи являются малая (по сравнению с зубчатой) нагрузочная способность, низкий КПД, а также необходимость применения антифрикционных бронз для венцов колес.

Элементами червячной передачи являются червяк, представляющий собой одноходовой или многоходовой винт, а червячное колесо - косозубое колесо с углом наклона зубьев, равным углу подъема винтовой линии на червяке.

Существуют два вида червячной передачи: с цилиндрическим (рис. 3.20, а) и глобоидным червяками (рис. 3.20, 6). Глобоидные червячные передачи по сравнению с цилиндрическими имеют большую нагрузочную способность и более высокий КПД.

Червячную передачу с цилиндрическими делительными и начальными поверхностями у червяка и колеса называют цилиндрической червячной передачей. В глобоидной червячной передаче витки червяка расположены на глобоидной поверхности.

Передачи с цилиндрическим червяком делятся на архимедовы, конвалютные и эвольвентные.

Архимедовы червяки имеют прямолинейные очертания профиля витка в плоскости, проходящей через ось червяка, конвалютные - в сечении, перпендикулярном к направлению винтовой линии, эвольвентные - в плоскости, касательной к основной эвольвентной окружности червяка. Из цилиндрических червяков наиболее распространены архимедовы. Их можно нарезать на обычных токарных или резьбовых станках. Передаточное отношение (число) червячной передачи равно:

,

где z₂ - число зубьев колеса; z₁ - число заходов червяка.

Основные параметры червячной передачи

Межосевое расстояние определяется по формуле:

где - коэффициент диаметра червяка (отношение делительного диаметра червяка d₁ к его расчетному модулю т); q = 8÷30; m_τ - осевой модуль червяка, окружной модуль колеса.

Для червячного колеса диаметр делительной окружности в среднем сечении:

Диаметр окружности выступов в среднем сечении:

Диаметр окружности впадин в среднем сечении:

Наружный диаметр червячного колеса: при z₁=1

; при z₁, = 2 и z₁ = 3 , ·

Ширина колеса b = 0.75 .

Для архимедова червяка диаметр делительной окружности

Диаметр окружности выступов:

Диаметр окружности впадин:

Осевой шаг червяка и окружной шаг колеса: P_x=P_t=πm_τ .

Тангенс угла подъема винтовой линии на делительном цилиндре червяка равен:

Силы, действующие в зацеплении червячной передачи.

Полное усилие в червячном зацеплении раскладывают на три составляющие силы (рис· 3.21).· Окружная сила на колесе равна по величине и противоположна по направлению осевой силе на червяке радиальная сила, действующая на колесо , равна по величине и противоположна по направлению радиальной силе на червяке осевая сила, действующая на колесо , равна по величине и противоположна по направлению окружной силе на червяке

Так как червяк представляет собой винт, при передаче усилий от червяка к колесу а при передаче от колеса к червяку . Значение окружных сил определяют по величине соответствующих крутящих моментов:

Зависимость между крутящим моментом определяется переда­точным отношением и КПД.· При передаче вращения от червяка к колесу

. При передаче вращения от колеса к червяку

.

Коэффициент полезного действия при передаче вращения от червяка к колесу определяется формулой:

При передаче вращения от колеса к червяку формула имеет вид:

где - коэффициент, учитывающий потери в опорах и на перемешивание масла.

Основные критерии работоспособности

Расчет червячных передач на прочность. Червячные передачи, также как и зубчатые, рассчитываются по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. Закрытые передачи рассчитывают дополнительно на нагрев.

Формула проектного расчета червячных передач имеет вид:

Проектный расчет для открытых червячных передач ведётся по формуле:

Проверочный расчет ведут по формуле:

.

Прочность на изгиб червячного колеса проверяют по формуле:

В этих формулах: - межосевое расстояние, мм; , [ ] , , [ ] - соответственно, расчетные и допускаемые контактные и изгибающие напряжения, МПа; z₂ - число зубьев колеса; q- коэффициент диаметра червяка (q =8÷12,5); - коэффициент концентрации нагрузки; при постоянной нагрузке = 1, при переменной - коэффициент деформации червяка; x- коэффициент, учитывающий характер изменения нагрузки (при постоянной x= 1, при переменной х≈0, 6, при значительных колебаниях х≈0,3); - коэффициент динамичности, = ; при v≤ 3 м/с = 1 и при v> 3 м/с = 1÷1,3; Т₂ - крутящий момент на валу червячного колеса, Н∙мм; - коэффициент формы зубьев червячного колеса;

d₁ = qm; d₂ = Z₂m; m - модуль зубьев, мм.

Допускаемые напряжения:

контактное [σ_н] = (0,75…0,9)σ_uК_НL;

на изгиб [σ_F2] = (0,25σ_у….0,08) σ_uK_НL;

при реверсивной передаче [σ_F2] = 0,16σ_BК_HL .

Здесь σ_у и σ_u - соответственно, предел текучести и предел прочности при растяжении для бронзы. Коэффициент долговечности

Тепловой расчет червячных передач. В червячной передаче имеют место сравнительно большие потери передаваемой мощности на трение, и передача работает с большим выделением тепла. Для обеспечения нормальной работы червячных передач (закрытого типа) производят тепловой расчет.

Условие нормального режима имеет вид:

где t_м - температура масла в корпусе редуктора; - допускаемая

температура масла в корпусе редуктора, = 60÷70 .

На основании теплового баланса имеем:

где - мощность, передаваемая червяком, Вт; - КПД передачи; - температура воздуха; коэффициент теплопередачи, = 14÷17,5 - при хорошем теплоотводе, = 8÷10,5 Вт/м² - при плохом теплоотводе.