Г л а в а 12 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

12.1. Общие сведения

Червячная передача — механизм для передачи вращения зацеплением при контакте витков червяка и зубьев червячного колеса (рис . 12.1). Червяк1— винт с трапецеидальнойили близкой к ней по

Рис. 12.1. Схема червячной передачи с цилиндрическим червяком

форме резьбой. Червячное колесо 2 является косозубым зубчатым колесом с зубьями дуговой формы. Такаяформ а зубьев обеспечивает увеличениедлины повышение прочностизубье впри изгибе .

Червячные передачи применяют при необходимости передачи движения между перекрещивающимися( как правило, взаимно перпендикулярными) валами. При вращении витки червяка плавно входят в зацепление с зубьями колеса и приводят его во вращение. Передачииспользу ют в станках, автомобилях, подъемно-транспорт - ных и другихмашинах.

Преимущества червячных передач: возможность получения большого передаточного числа в одной ступени, плавность и низкий

286

12.2. Виды червяков

уровень шума при работе, возможность получения точных и малых перемещений.

Недостатки: низкий КПД, необходимость изготовления зубьев колеса из дорогостоящих антифрикционных материалов, повышенные требования к точности сборки, необходимость регулирования и принятия специальных мер по интенсификации теплоотвода. Все недостатки обусловлены неблагоприятными условиями скольжения виткачерв якапо зубучервячного колеса .

12.2. Виды червяков

По форме тела червяки подразделяют на цилиндрические, глобоидные и тороидные. Наибольшее применение находят цилиндрические червяки как более простые в изготовлении, обеспечивающие достаточновысокую нагр узочную способность.

Профиль витков червяка можно варьировать, поскольку червячные колеса изготовляют инструментом, являющимся аналогом червяка. По форме боковой поверхности витка червяки подразделяют на

архимедовы (ZA), конволютные (ZN), эвольвентные (ZI), нелинейчатые с поверхностью, образованной конусом (ZK), с вогнутым профилемвитка (ZT).

Приневысоких требованиях к нагрузочнойспособности и ресурсу в условиях мелкосерийного производства применяют архимедовы иконво лютные червяки. Витки архимедовых червяковимеют прямолинейный профиль в осевом сечении, в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью (рис. 12.2, а). Витки конволютных червяков имеют прямолинейный профиль в сечении, нормальном направлению витка (рис. 12.2, б). Нарезают архимедовы и конволютные червяки на универсальных токарно-винторезных станках. Для шлифования архимедовых червяков требуется круг, очерченный сложной кривой в осевом сечении, что ограничивает их применение. Шлифование конволютных червяков конусными кругами с прямолинейными образующими на обычных резьбошлифовальных станках приводит к небольшому искривлениюпрямолинейного профиля витка, поэтомутакие червяки называютнелинейчатыми . Червячные фрезы для нарезания червячных колес шлифуют так же, как и червяки, поэтомуполучают правильное зацепление .

Эвольвентные червяки представляют собой косозубые колеса с малым числом зубьев и очень большим углом их наклона (рис. 12.2, в). Профиль зуба в торцовом сечении очерчен эвольвен-

287

Рис. 12.2. Основные виды червяков

той. Эвольвентные червяки с высокой твердостью поверхности шлифуютплоской стороной шлифовальногокруга .

Червяки с вогнутым профилем витка шлифуют кругом с торовойрабочей поверхностью (рис. 12.3).

12.3. Критерии работоспособности червячных передач

288

12.4.Материалы червяка и червячногоколеса

1.Изнашивание зубьев колеса. Ограничивает срок службы большинства передач. Интенсивность изнашивания увеличивается при использовании загрязненного смазочного материала, при неточном монтаже зацепления, при повышенной шероховатости рабочей поверхности червяка.

2.Заедание при твердых материалах колес. Происходит в ярко выраженной форме со значительными повреждениями поверх-

ностей и с последующим быстрым изнашиванием зубьев частицами колеса, приварившимися к червяку. В случае применения мягких материаловдля колес заеданиепро является в менееопасной форме , возникает перенос («намазывание») материала колеса на рабочую поверхностьчервяка .

3.Усталостное выкрашивание. Наблюдается только на поверхности зубьев колес, изготовленных из материалов, стойких к заеданию.

4.Пластическое деформирование рабочих поверхностей зубь-

случаев после изнашивания. Поломка зубьев колеса встречается крайнередко .

12.4. Материалы червяка и червячного колеса

Изготовление и червяка, и колеса из закаленных сталей не обессопечиваетротивление заеда нию и износостойкость, поэтому одну из деталей передачи выполняют из антифрикционного материала, хорошосопротивлязаеданиющегося иизнаши ванию.

Для червяка характерны относительно малый диаметр и значительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечиизготовлениемают изстали .

Материалы червяка делят на группы: 1) улучшаемые; 2) поверхностно закаливаемые; 3) цементуемые под закалку; 4) подвергаемые азотированию и хромированию. Наиболее применяемый материал — сталь 18ХГТ, твердость поверхности после цементации и закалки 56…63 HRC. Используюттакже стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твердости 45…55 HRC. Во всех этих случаях необходимышлифование и полированиечервяка . Применение азотируемых сталей 38Х2 МЮА, 38Х2 Ю позволяет исключить шлифование червяка. Улучшенные червяки используют лишь во вспомогательныхмалонагр уженныхпередача х.

289

Червячноеколесо обычно выполняют составным : венец — из антифрикционных, относительно дорогостоящих и малопрочных материалов, центр — из стали, а при небольших нагрузках — из чугуна. Материалы венцов червячных колес подразделяют на группы (в порядке снижения сопротивления заеданию и усиленному изнашиванию): 1) оловянные бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, БрО5Ц5С6 и др.); 2) безоловянные бронзы и латуни (БрА9Ж 3Л , БрА10Ж4Н 4Л, ЛАЖМц66–6–3–2 и др.); 3) чугуны (СЧ15, СЧ20 и др.). Чем выше содержаниеолова в бронзе, тем она дороже, но сопротивлениезаеда - ниювыше .

12.5. Основные параметры, геометчервячныхпередачия

на рис. 12.4. В червячных передачах угол профиля обычно принимают равным 20°. Для архимедовых червяков его определяют в осевом сечении x 20 , для конволютных и эвольвентных — в нормальном сечении( n = 20°), для нелинейчатых находят как угол конуса производящей поверхности. Для передач с вогнутым червяком угол профиля в осевом сечении витка червяка, измеренный наделительномаметре , равен22°.

Рис. 12.4. Геометрические параметры на примере архимедова червяка

290

12.5. Основные параметры, геометрия червячных передач

Расстояние между одноименными точками боковых сторон смежных витков червяка, измеренное параллельно оси, называют шагом P червяка,отношение P/ — модулемm.

Червячные колеса нарезаютфрезами , режущие кромки которых при вращении образуют поверхности, идентичные поверхности витков червяка. В целях сокращения номенклатуры зуборезного инструмента стандартизованы модули и коэффициенты диаметра червяка:

стандартомзначений 1, 2 или 4. Современноео борудование позволяет нарезать многозаходные червяки с z1 ≥12 . Передачи большой мощности не выполняют с однозаходными червяками в связи с низ-

где h*a1 1 — коэффициент высоты головки; h*f 1 1 0,2cos —

Длину нарезанной части червяка b1 (см. рис. 12.4) определяют из условия нахождения в зацеплении максимально возможного числа зубьев колеса. Для фрезеруемых и шлифуемых червяков во избежание «завалов» на боковых поверхностях витков червяка на входе шлифовального круга во впадину и на выходе из нее длину нарезанной части увеличивают на 3m. У быстроходных червяков

291

для исключения дисбаланса отношение b1 m принимают равным

0,67da1 (при z1 4 ). Увеличивать ширину червячного колеса не-

292

12.5. Основные параметры, геометрия червячных передач

целесообразно, так как длина линий контакта и передаваемая нагрузкавоз растаютпри этом незначительно .

Межосевое расстояние передачи в общем случае обозначают через aw, для передачи без смещения — через a. Можно выра-

получения стандартного межосевого расстояния или изменения числа зубьев колеса (на о-дваин зуба). Положительное смещение

Рис. 12.6. Червячные передачи:

a, б— без смещения (х= 0) и со смещением инструмента (х 0) режущего инструмента

293

Рекомендуется коэффициент смещения x принимать в диапазоне 0…1 (допускается x в пределах 1). Предпочтительно использовать положительные смещения, при которых несколько повышается нагрузочная способность передачи. Для передач с вогнутым профилем витка червяка (ZT) назначают бόльшие коэффициенты смещения (0,5 x 1,5), предпочтительно x= 1. Значительное положительное смещение для этих передач является дополнительным факторомповышения нагрузочнойспособности .

Нарезание колес со смещением выполняют тем же инструментом, что и при нарезании без смещения. В передачах со смещени-

ем изменяется диаметр заготовки червячного колеса при неизменном диаметре заготовки червяка. Для червяка передачи со смещениемизменяют сяначальныйдиаметр

У червячного колеса, нарезанного со смещением инструмента, все размеры, кроме делительного диаметра, отличаются от разме-

294