43.Червячные передачи: достоинства и недостатки, силы в зацеплении, критерии работоспособности и расчёта.
Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения между валами, у которых угол скрещивания осей обычно составляет 0 = 90°. В большинстве случаев ведущим является червяк, т. е. короткий винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой. Для облегания тела червяка венец червячного колеса имеет зубья дугообразной формы, что увеличивает длину контактных линий в зоне зацепления.
Червячная передача — это зубчато-винтовая передача, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары. Область применения червячных передач.
Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях, обычно не превышающих 100 кВт. Применение передач при больших мощностях неэкономично из-за сравнительно низкого к.п.д. и требует специальных мер для охлаждения передачи во избежание сильного нагрева. Червячные передачи широко применяют в подъемно-транспортных машинах, троллейбусах и особенно там, где требуется высокая кинематическая точность (делительные устройства станков, механизмы наводки и т. д.). Червячные передачи во избежание их перегрева предпочтительно использовать в приводах периодического (а не непрерывного) действия. Достоинства червячной передачи.
1) Плавность и бесшумность работы. 2) Компактность и сравнительно небольшая масса конструкции. 3) Возможность большого редуцирования, т. е. получения больших передаточных чисел (в отдельных случаях в не силовых передачах до 1000). 4) Возможность получения самотормозящей передачи, т. е. допускающей передачу движения только от червяка к колесу. Самоторможение червячной передачи позволяет выполнить механизм без тормозного устройства, препятствующего обратному вращению колеса. 5) Высокая кинематическая точность.
Недостатки червячной передачи.
1) Сравнительно низкий к.п.д. вследствие скольжения витков червяка по зубьям колеса. 2) Значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом. 3) Необходимость применения для венцов червячных колес дефицитных антифрикционных материалов. 4) Повышенное изнашивание и склонность к заеданию.
Силы в зацеплении червячной передачи.
Силы в зацеплении определяют для случая контакта рабочих поверхностей в полюсе зацепления и раскладывают по трем взаимно перпендикулярным осям.
Окружная сила на колесе равна по модулю осевой силе на червяке:
Окружная сила на червяке равна осевой силе на колесе:
Радиальная сила, раздвигающая червяк и колесо:
В этих зависимостях T2 и T1 – вращающие моменты на валах колеса и червяка, α – угол профиля витка червяка, d2 – делительный диаметр колеса, dw1 – начальный диаметр червяка.
Критерии работоспособности и расчета.
Основными напряжениями, определяющими работоспособность червячных передач, также как и для других типов зубчатых передач являются контактные напряжения и напряжения изгиба. Червячные передачи выходят из строя, как правило, вследствие механического изнашивания, изнашивания при заедании и усталостного изнашивания. Повышенное изнашивание червячных передач связано с большими скоростями скольжения и неблагоприятным направлением скольжения по отношению к линии контакта. Механическое изнашивание ограничивает срок службы большинства червячных передач. Данный вид изнашивания в значительной мере зависит от следующих факторов: – смазки; – неточности монтажа передачи; – частых пусков и остановов передачи, при которых условия смазки ухудшаются; – загрязнения смазочного материала; – повышенной шероховатости поверхности червяка. Значительное изнашивание, а также погрешности изготовления могут привести к поломке зубьев червячного колеса. Изнашивание при заедании зависит от материала червячного колеса. При мягком материале червячного колеса (оловянистые бронзы) данный вид изнашивания проявляется в постепенном “намазывании” материала колеса на червяк. В данном случае передача может работать продолжительное время. При твердых материалах колес (алюминевожелезистые бронзы, чугуны) изнашивание сопровождается задиром с последующим быстрым разрушением зубьев червячного колеса. Усталостное изнашивание главным образом наблюдается в передачах с колесами, изготовленными из бронз, стойких против заедания. Усталостное изнашивание сопровождается выкрашиванием, как правило, зубьев червячного колеса. При действии больших перегрузок может наблюдаться пластическое разрушение рабочих поверхностей зубьев червячного колеса. Для предупреждения заедания ограничивают значения контактных напряжений и применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяки изготавливают из сталей, колеса – из бронзы или чугуна. Интенсивность механического изнашивания также зависит от значения контактных напряжений. Поэтому расчет на контактную выносливость для червячных передач является основным расчетом. Расчет по напряжениям изгиба выполняется в виде проверочного расчета. Только для мелкомодульных передач с большим числом зубьев червячного колеса напряжения изгиба могут стать решающими.