11. Черв’ячні передачі. Основні геометричні та кінематичні параметри, коефіцієнт корисної дії. Особливості розрахунку черв’ячних передач

Кінематичну пару, яку утворюють черв’як і черв’ячне колесо називають черв’ячною передачею (рис.4.4).

Рис.4.4. Черв’ячна передача

Це зубчасто-гвинтова передача, рух в якій передається за принципом гвинтової пари. Ведучою ланкою в більшості випадків є черв’як.

Залежно від форми зовнішньої поверхні черв’яка передачі бувають з циліндричним або глобоїдальним черв’яком.

Залежно від кількості витків (заходів різьби) черв’яка передачі бувають з однозахідним і багатозахідним черв’яком.

Залежно від форми гвинтової поверхні різьби черв’яка передачі бувають з архімеровим, конволютним і евольвентним черв’яками.

Переваги черв’ячних передач: плавність і безшумність роботи; можливість забезпечення великих передаточних чисел; у силових передачах в кінематичних і більше; невелика маса передачі на одиницю потужності при великому передаточному числі; можливість забезпечення самогальмування.

Недоліки: порівняно низький ККД ( =07 0,92); значне нагрівання під час роботи; необхідність застосування для вінців черв’ячних коліс дефіцитних антифрикційних матеріалів; обмеженість потужності, що передається.

Геометричні співвідношення в черв’ячній передачі з циліндричним архімедовим черв’яком.

Модуль черв’яка m визначають за формулою:

,

де Р – крок черв’яка і черв’ячного колеса.

Черв’як, як і гвинт, може мати однозахідну або багатозахідну різьбу; кількість витків різьби черв’яка позначають .

Хід витка черв’яка визначають:

.

Ділильний діаметр черв’яка виражають через модуль:

,

де q – коефіцієнт діаметра черв’яка. Значення m і q стандартизовані.

Тангенс кута підйому лінії витка (різьби черв’яка) визначають на ділильному циліндрі черв’яка :

Висоту головки і ніжки витка черв’яка та зуба черв’ячного колеса обирають:

.

Діаметри вершин витків і западин черв’яка визначають:

; .

Основні геометричні розміри вінця черв’ячного колеса визначають у середньому його перерізі.

Ділильний діаметр черв’ячного колеса:

,

де z₂ – кількість зубів черв’ячного колеса.

Діаметри вершин зубів і западин колеса:

; .

Міжосьова відстань передачі:

.

Передаточне число черв’ячної передачі визначається за формулою:

.

Коефіцієнт корисної дії:

,

де ( – коефіцієнт додаткових втрат на розбризкування і переміщення мастила в картері; ρ´ – зведений кут тертя .

Сумарну силу тиску F_n вважають зосередженою і прикладеною в полюсі зачеплення по нормалі до робочої поверхні витка. Вона розкладається на три взаємно перпендикулярні складові:

,

де – колова сила на черв’яку, чисельно дорівнює осьовій силі на черв’ячному колесі F_a2, – колова сила на черв’ячному колесі, чисельно дорівнює осьовій силі F_a1 на черв’яку; – радіальна сила, яка однакова, що на черв’яку, що на черв’ячному колесі; М₁ –крутний момент на черв’яку; M₂ – крутний момент на черв’ячному колесі; α=20° кут профілю витка черв’яка в осьовому перерізі.

Черв’ячні передачі, як і зубчасті, розраховують, виходячи з умов контактної міцності робочих поверхонь зубів черв’яка і колеса та міцності зубів черв’ячного колеса на згин.

З умови контактної міцності робочих поверхонь зубів черв’ячного колеса визначають міжосьову відстань:

,

де q – коефіцієнт діаметра черв’яка, z₂ – число зубів черв’ячного колеса, [ ] – допустимі контактні напруження, М₂ – крутний момент на черв’ячному колесі.

З умови міцності зубів колеса на згин визначають модуль зубів:

,

де У_F – коефіцієнт форми зуба, [ ] – допустимі напруження матеріалу вінців на згин.

Черв’яки виготовляють із вуглецевої (сталь 45, 50) або легованої (сталь 20Х, 40Х, 40ХН) сталі з відповідною термічною обробкою.

Черв’ячне колесо виготовляють з чавуну при швидкості ковзання v_s≤2м/с. При v_s>2м/с черв’ячне колесо виготовляють складеним; вінець (обід) виготовляють з олов’яної або безолов’яної бронзи, а колісний центр із чавуну.

Черв’ячні передачі широко застосовують в підйомно-транспортних машинах, верстатах, різних приводах, де потрібна висока кінематична точність.