Вопросы для самостоятельной проработки и повторения материала:

1. Классификация зубчатых передач.

2. Достоинства и недостатки, область применения.

3. Геометрические параметры цилиндрических, эвольвентных, прямозубых зубчатых колес.

4. Кинематика зубчатых передач с неподвижными осями.

5. Качественные показатели зубчатого зацепления: коэффициент перекрытия, скольжение и трение в зацеплении.

6. Влияние числа зубьев зубчатых колес на форму и прочность зуба.

7. Нарезание зубьев зубчатых колес.

8. Коррегирование зубчатых колес и его влияние на прочность.

9. Точность изготовления и ее влияние на качество зацепления.

10. Расчетная нагрузка в зубчатом зацеплении. Коэффициент концентрации нагрузки и коэффициент динамической нагрузки.

11. Критерии работоспособности и расчета зубчатых передач. Какие критерии являются определяющими для различных зубчатых передач?

12. Расчет прямозубых, цилиндрических, эвольвентных зубчатых колес на прочность.

13. Выбор модуля и числа зубьев, проектный расчет зацепления.

14. Особенности расчета косозубых и шевронных зубчатых колес на прочность.

15. Выбор материалов для изготовления зубчатых колес.

Литература:

1. Иванов М.Н. Детали машин. 2-е изд., М.: Высш. Шк., 1986. с 176 -214.

3. Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб.для вузов.- 4-е изд., испр., М.: Высш. Шк., 1986. – с. 153 – 181.

4. Решетов Д.Н. Детали машин: Учеб.для вузов.- 3-е изд., испр., М: «Машиностроение», 1984. – с. 240 – 287.

Тема 9. Червячные передачи

Червячные передачи относятся к передачам с перекрещивающимися осями валов. Угол перекрещивания обычно 90^о. Движение в червячных передачах осуществляется по принципу винтовой пары.

Основные вопросы темы

1. Краткие сведения о геометрии и способах изготовления червячных зацеплений.

2. Кинематика червячной передачи.

3. Коэффициент полезного действия червячной передачи.

4. Достоинства и недостатки, область применения червячных передач.

5. Основные критерии работоспособности и расчета червячных передач.

6. Расчет червячных передач на прочность зубьев.

7. Тепловой расчет, смазка и охлаждение червячных передач.

8. Материалы и допускаемые напряжения.

Основные положения темы

В червячных передачах, также как и в зубчатых, различают диаметры начальных и делительных цилиндров. В некорригированных передачах они равны между собой.

Существенное различие червячной передачи от зубчатой заключается в том, что окружные скорости червяка и червячного колеса не совпадают как по величине так и по направлению.

Шаг винтовой нарезки червяка называется шагом зацепления, а отношение - модулем зацепления в осевом сечении червяка. Резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной (стандартными являются 1, 2, 4 заходные червяки). Число заходов червяка обозначается через . число зубьев колеса - .

Червяки различаются по следующим признакам:

• по форме поверхности, на которой образуется резьба – цилиндрические и глобоидные;

• по форме профиля резьбы – с прямолинейным и криволинейным профилем в осевом сечении.

На протяжении длительного времени на практике наиболее распространенными были цилиндрические червяки с прямолинейным профилем в осевом сечении и витками, очерченными в торцевом сечении, архимедовой спиралью. Такие червяки подобны ходовым винтам с трапециидальной резьбой, просты в изготовлении и могут нарезаться на обычных токарных или резьбофрезерных станках.

Работоспособность червячной пары в значительной степени зависит от чистоты поверхности и твердости червяка. Для шлифования архимедовых червяков требуются специальные шлифовальные круги фасонного профиля, что затрудняет обработку и снижает точность изготовления. Поэтому более перспективными, в настоящее время, являются конволютные и эвольвентные червяки которые могут шлифоваться кругами с прямолинейными образующими.

Способ изготовления является решающим при выборе профиля нарезки червяка, так как при одинаковом качестве изготовления форма профиля мало влияет на работоспособность передачи. Выбор профиля нарезки червяка также связан с формой инструмента для нарезки червячного колеса.

Червячное колесо, в основном, нарезается червячными фрезами, являющимися точной копией червяка. Такой метод нарезки обусловил введение стандартов на основные геометрические параметры червяка ( ) для того, чтобы ограничить ряд стандартного инструмента.

- профильный угол в осевом сечении;

- осевой модуль;

- относительный диаметр червяка, по стандарту связан с модулем;

- коэффициент высоты зуба;

- коэффициент радиального зазора.

Кинематика червячной передачи.

В червячной передаче передаточное число не может быть выражено отношением начальных диаметров колеса и червяка, начальные окружности не перекатываются, а скользят.

При одно обороте червяка, колесо проворачивается на угол, охватывающий число зубьев колеса, равное числу заходов червяка. Так как число заходов, в большинстве случаев от 1 до 4, то в одной червячной паре можно получать большое значение передаточного числа. В силовых червячных передачах наиболее распространены передаточные числа от 10 до 80, а в кинематических до 300 и более.

К.п.д. червячной передачи.

По аналогии с винтовой парой, если ведущим является колесо то к.п.д. червячной передачи возможно посчитать по формуле:

,

где - угол подъема винтовой линии;

- угол трения.

Если ведущим является колесо, то вследствии изменения направления действия сил получают:

.

При - и передача в обратном направлении от колеса к червяку становится невозможной. Свойство самоторможения червячных передач используется в грузоподъемных механизиах. Однако к.п.д. самотормозящихся передач всегда меньше 0,5.

При наличии удовлетворительной смазки, величина коэффициента трения скольжения в червячной паре с увеличением скорости скольжения снижается. Это объясняется постепенным переходом от режимов полусухого и полужидкостного трения к режиму жидкостного трения.

Основные преимущества червячных передач:

• возможность получения больших передаточных чисел в одном зацеплении;

• плавность зацепления и бесшумность работы;

• возможность самоторможения.

Недостатками червячных передач являются:

- сравнительно низкий к.п.д.;

• повышенный износ и склонность к заеданию;

• необходимость применения для колес дорогих антифрикционных материалов.

Червячные передачи в целом дороже сложнее зубчатых, поэтому их применяют, как првило при необходимости передачи движения между перекрещивающимися валами, а также в механизмах, где необходимо большое передаточное число при небольших габаритах передачи.

Пониженный к.п.д. и склонность к заеданию ограничивают применение червячных передач областью низких и средних мощностей до 50 – 60 кВт.

Основные критерии работоспособности и расчета.

Червячные передачи также как и зубчатые, рассчитываются по напряжениям изгиба и по контактным напряжениям. В отличие от зубчатых в червячных передачах чаще наблюдается износ и заедание чем выкрашивание зубьев.

Повышенный износ и заедание в червячных передачах связаны с большими скоростями скольжения и неблагоприятным направлением скольжения относительно линий контакта.

Проверочный расчет на прочность по контактным напряжениям производится по формуле:

.

При проектном расчете из условия прочности по контактным напряжениям определяется межосевое расстояние:

.

Полученное значение межосевого расстояния округляется в большую сторону до стандартного.

Проверочный расчет на прочность зубьев колеса по напряжениям изгиба производится по формуле:

.

Модуль передачи при проектном расчете выбирают из соотношения:

,

а относительный диаметр червяка:

.

Тепловой расчет.

При тепловом расчете исходят из того, что температура нагрева масла без искусственного охлаждения не должна превышать допустимую:

.

Если условие не выполняется то для охлаждения редуктора необходимо применять искусственное охлаждение, например обдув вентилятором. Максимально допустимая температура нагрева масла приблизительно равна 90-95^о С.