4. Cилы в зацеплении и к.П.Д. Передачи

В контакте витков червяка с зубьями колеса действуют две силы:

1. нормальная (по нормали к поверхности зубьев в точке контакта)

2. касательная – сила трения (вдоль мгновенной контактной линии).

Полная сила F_n в контакте равна векторной сумме вышеназванных сил. Определение реальных сил в отдельных точках контакта весьма сложно, поэтому в расчет принимают некоторую условную силу F_n , приложенную в точке контакта начальных цилиндров червяка и колеса.

Приведенный угол ^!=arctgf^’! трения зависит от свойств материалов червяка и колеса и скорости скольжения в передаче. Чем мягче материал колеса, больше скорость скольжения и тверже и чище рабочая поверхность витков червяка, тем меньше приведенный угол трения.

При V_СК<12 м/c удовлетворительные результаты дает формула (большие значения в круглых скобках следует брать для колес из безоловянных бронз, латуней и чугунов).

^!=(3,0…3,5) – 0,92 lg V_СК , ( град).

f^’!= f^’/cos – приведенный коэффициент трения. f – коэффициент трения.

Полная сила в зацеплении при червяке ZA F_n =F_t2 /cos_w cos_nw ,

при червяке ZI F_n =F_t2/cos cos_n

_nw – угол профиля в нормальном сечении на начальном цилиндре червяка ZA;

_n – угол профиля в нормальном сечении зуба рейки, сопряженной с червяком ZI.

Основную часть потерь в червячном редукторе составляют потери в зацеплении

η_зац= tg_w/ tg(_w+^!)

Анализируя формулу для определения К.П.Д. η_зац , можно заключить, что при увеличении заходности червяка z₁, уменьшении q и х и увеличении скорости скольжения η_зац увеличивается. При ^!> _w передача самотормозящая.

К.П.Д. червячного редуктора =η_зац η_р ,

где η_р – К.П.Д., учитывающий потери на размешивание и разбрызгивание масла и вентиляционные потери (η_р =0,97…0,99 , меньшие значения для быстроходных передач с нижним расположением червяка.)

В проектировочном расчете К.П.Д. определяют ориентировочно =0,95(1-0,005u)

5. Материалы червяков и венцов колес

Изготовление и червяка и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления заеданию. Поэтому одну из деталей передачи выполняют из антифрикционного материала (материала, хорошо сопротивляющегося заеданию и износу).

Для червяка характерны относительно малый диаметр и значительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечивают за счет изготовления его из стали. Поскольку при приработке на червяк возлагается роль формообразующего элемента, его прочность и твердость поверхности должны быть выше соответствующих свойств колеса.

Основным фактором, определяющим выбор материала колеса, является скорость скольжения в зацеплении. Червячное колесо обычно выполняют составным: венец - из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов, центр - из стали, при небольших нагрузках - из чугуна.

6. Критерии работоспособности и виды расчетов червячных передач

Работоспособность червячной передачи ограничивается:

1. Стойкостью (прочностью) рабочей поверхности зубьев;

2. Изгибной усталостью зубьев.

Работоспособность редуктора в целом определяется:

3. Предельно допустимой температурой масла или корпуса;

4. Прочностью червяка.

5. Жесткостью червяка.

Основными видами разрушения рабочих поверхностей зубьев колес являются:

1 – усталостное выкрашивание (питтинг);

2 – заедание при твердых материалах колес

(безоловянные высокопрочные бронзы, латуни) происходит в ярко выраженной форме со значительными повреждениями поверхностей и последующим быстрым изнашиванием зубьев частицами колеса, приварившимися к червяку (задиры). При мягких материалах колес заедание проявляется в менее опасной форме, возникает перенос ("намазывание") материала колеса на рабочую поверхность червяка.

3 –механическое (абразивное) изнашивание – для чугунов.

Условием отсутствия заедания и интенсивного износа является существование жидкостного трения между витками червяка и зубьями колеса. Это условие выполняется при существовании в зоне контакта клиновидного зазора в направлении вектора скорости скольжения. При скольжении поверхностей вдоль линии контакта масляный клин образоваться не может.

В отличие от зубчатых передач в червячных передачах часть поверхности зуба колеса имеет зону, в которой скольжение происходит вдоль контактных линий. На рис. цифрами 1, 2 и 3 отмечены последовательные положения контактных линий в процессе зацепления и направления скорости скольжения V_ск в некоторых точках. Зона, в которой направление V_ск почти совпадает с направлением контактных линий, заштрихована.

В передачах с вогнутым профилем витков червяка ZT (рис.) контактные линии располагаются под большими углами к вектору скорости скольжения, чем для передач с другими видами цилиндрических червяков. Это обеспечивает лучшие условия для образования масляного клина. Для передач ZT характерны также большие приведенные радиусы кривизны и расположение линии зацепления ближе к основанию зуба колеса . Несущая способность таких передач значительно выше, чем обычных с цилиндрическим червяком. Расчет передач с вогнутым профилем витков червяка выполняют по общим для червячных передач зависимостям, уменьшая вращающий момент на колесе делением его на коэффициент

ζ_ZT =1+0,06 V_ск <1,6

Усталостное выкрашивание и заедание определяют нагрузочную способность червячных передач, как правило, при средних уровнях контактных напряжений и долговечности 4000 - 8000 ч либо при высоких уровнях напряжений и меньших значениях долговечности.

Основными видами излома зубьев колес являются:

1. Прочностной излом зубьев колеса характерен для передач, работающих при нестационарных режимах с большой частотой включений при значительных перегрузках.

2. Усталостный излом – при стационарных режимах нагружения в передачах с большим передаточным числом и малом модуле зацепления.

Излом зубьев ограничивает работоспособность зацепления в тихоходных передачах, при ручном приводе и в открытых передачах, где интенсивное абразивное изнашивание приводит к уменьшению размеров опасного сечения зубьев.

Виды расчетов:

1. на контактные напряжения (проверочный и проектировочный);

2. на изгиб зуба колеса – (проверочный и реже проектировочный)

3. на сопротивление усталости вала червяка;

4. на жесткость вала червяка;

5. на нагрев редуктора.