Глава 5 червячные передачи

§ 1. Общие сведения, устройство передачи, материалы, область применения, достоинства и недостатки

5.1. Червячная передача (рис. 5.1) - механизм для передачи вращения между валами посредством винта (червяка 1) и сопряженного с ним червячного колеса 2. Геометрические

оси валов при этом скрещиваются под углом 90°. Ведущим элементом здесь обычно является червяк (как правило, это винт с трапецеидальной резьбой), ведомым - червячное колесо с зубьями особой формы, получаемыми в результате взаим­ного огибания с витками червяка. Различают два вида червячных передач: цилиндрические (с цилиндрическими червяками, см. рис. 5.1, а,в); глобоидные (с глобоидными червяками, см. рис. 5.1,6). Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях в разных отраслях машиностроения.

Какие из цилиндрических и конических зубчатых передач применяют для передачи вращения между валами, оси кото­рых скрещиваются? По рис. 5.1, в определите угол скрещи­вания осей.

5.2. Червячную передачу, у червяка и колеса которой дели­тельные и начальные поверхности цилиндрические, называют цилиндрической червячной передачей.

В зависимости от формы профиля витка различают: архимедов червяк (рис. 5.2, а) - цилиндрический червяк, тор­цовый профиль витка которого является архимедовой спи­ралью. Этот червяк подобен винту с трапецеидальной резь­бой; эвольвентный червяк (рис. 5.2,6); имеет эвольвентный про/-филь витка в его торцовом сечении (как у косозубого колеса); конволютный червяк; торцовый профиль витка является удлиненной или укороченной эвольвентой. В машиностроении из цилиндрических червяков наиболее распространены архимедовы червяки. Их можно нарезать на обычных токарных или резьбофрезерных станках.

Рис. 5.2

Рис. 5.3

По числу витков червяки делят на однозаходные и многозаходные, по направлению витка - левые или правые. Наибо­лее распространено правое направление с числом витков чер­вяка z₁ зависящим от передаточного числа u; z₁ выбирают так, чтобы обеспечить число зубьев колеса z₂ = z₁u>z_2min.

С увеличением числа заходов (витков) червяка угол подъема винтовой линии возрастает, что повышает КПД передачи. Поэтому однозаходные (одновитковые) червяки не всегда ре­комендуется применять. В большинстве случаев червяки изготовляют за одно це­лое с валом, реже - отдельно от вала, а затем закрепляют на нем.

Покажите на рис. 5.3 конволютный червяк. Какой тип червяка показан на рис. 5.4.

5.3. Червячное колесо 2 (см. рис. 5.1, а) в отличие от косозубых зубчатых колес имеет вогнутую форму зуба, способст­вующую облеганию витков червяка. Направление и угол подъе­ма зубьев червячного колеса соответствуют направлению и углу подъема, витков червяка. Червячные колеса нарезают червячными фрезами и в редких случаях резцами, укрепленными на вращающейся оправке (ле­тучими резцами). Червячная фреза для нарезания червячного колеса является инструментом, расположение режущих граней которого соответствует форме червяка. При нарезании заго­товка колеса и фреза соверша­ют относительное движение, ка­кое имеют червячное колесо и червяк в передаче (в отличие от червяка у фрезы имеются режу­щие кромки, а наружный диа­метр больше на величину двой­ного радиального зазора в за­цеплении).

Рис. 5.4

Червячные колеса изготовляют цельными (см. рис. 5.1, а) или сборными (на рис. 5.1, в показан венец червячного колеса). Минимальное число зубьев колеса z2min определяют из условия отсутствия подрезания и обеспечения достаточной поверхности зацепления. Для силовых передач рекомендуется принимать z_2min = 28, во вспомогательных кинематических пе­редачах z_2min = 17 ÷ 18. Максимальное число зубьев не ог­раничено, но в силовых передачах чаще принимают 50 - 60 (до 80). В кинематических передачах z₂ может доходить до 600 - 1000.

Какие передачи показаны на рис. 5.2? Повторите рисунок 5.2, а в конспекте (без размеров).

5.4. Червячную передачу, показанную на рис. 5.4, называют глобоидной. Витки ее червяка расположены на глобоидной (торовой) поверхности. Эта передача появилась сравнительно недавно, имеет повышенную нагрузочную способность (в 1,5 - - 2 раза больше, чем у обычных червячных передач), так как линия контакта в глобоидных передачах располагается благоприятно, что улучшает условия для образования мас­ляных клиньев, и в зацеплении находится большее число зубьев колеса и витков червяка. Глобоидные передачи требуют повышенной точности изго­товления и монтажа, искусственного охлаждения. Эти пере­дачи применяют реже, чем цилиндрические.

Чем в основном достигается повышенная нагрузочная способ­ность глобоидных передач по сравнению с цилиндрическими червячными передачами?

5.5. Червячные передачи, как и зубчатые, могут быть некор­ригированными. Корригирование червячных передач осуще­ствляется так же, как и зубчатых, т. е. радиальным смеще­нием инструмента относительно оси заготовки при нарезании.

Корригирование передачи осуществляют только за счет колеса. Корригированные колеса нарезают на тех же станках и тем же инструментом, что и некорригированные. Корриги­рование в основном применяют для вписывания передачи в заданное межосевое расстояние.

В машиностроении преимущественно применяют некорриги­рованные червячные передачи.

С какой целью проводится корригирование в червячной и зубчатой передачах? Покажите на рис. 5.1, в межосевое расстояние.

5.6. Материалы червячной передачи. Материалы в червяч­ной передаче должны иметь в сочетании низкий коэффициент трения, обладать повышенной износостойкостью и понижен­ной склонностью к заеданию. Обычно это разнородные ма­териалы. Червяки изготовляют в основном из сталей марок 40, 45, 50 (реже из сталей 35, Ст5) с закалкой до HRC 45-55; 15Х, 20Х, 40Х, 40ХН, 12ХНЗ, 18ХГТ с цементацией и закалкой до ИКС 58-63.

Червячные колеса (или их венцы) изготовляют только из антифрикционных сплавов. При скоростях скольжения до 2 м/с (см. шаг 5.12) и больших диаметрах колес для их изготовления можно исполь­зовать чугуны марок СЧ 15, СЧ 20, СЧ 25; до 6 м/с - приме­няют алюминиево-железистые бронзы БрАЖД - 4 (при этом червяк должен иметь твердость не менее HRC45), до 25 м/с и длительной работе без перерыва применяют оловянную бронзу БрOФ10-1, оловянно-никелевую бронзу БрОНФ.

Для силовых передач малой мощности и в приборах колеса могут быть изготовлены из древеснослоистых пластиков (ДСП), текстолита, капрона, нейлона.

Можно ли изготовить червяк из чугуна или бронзы?

5.7. Передаточное число червячной передачи и определяют из условия, что за каждый оборот червяка колесо повора­чивается на число зубьев, равное числу витков червяка,

u = z₂/z₁ (5.1)

где z₂ - число зубьев колеса червячной передачи, z₁- число витков червяка.

Определите число зубьев колеса червячной передачи, если число витков червяка z₁ = 2, передаточное число u = 40?

5.8. Достоинства червячных передач: возможность получе­ния больших передаточных чисел (одной парой - от 8 до 100, а в кинематических передачах - до 1000); плавность и бесшум­ность работы; возможность выполнения самотормозящей пе­редачи (ручные грузоподъемные тали); компактность и срав­нительно небольшая масса конструкций передачи.

Недостатки: сравнительно невысокий КПД (0,7 - 0,85); в самотормозящих передачах - до 0,5; сильный нагрев передачи при длительной работе; необходимость применения для колеса дорогих антифрикционных материалов; небольшие по сравне­нию с зубчатой передачей передаваемые мощности (до 200 кВт, чаще - до 50 кВт).

Какие преимущества имеет червячная передача по сравнению с фрикционной передачей?