25.Червячная цилиндрическая передача: особенности кинематики, причины нагрева, тепловой расчет и меры, предотвращающие перегрев передачи.

Червячная передача состоит из червяка /, т. е. винта с трапецеидаль­ной или близкой к ней по форме резьбой, и червячного колеса 2, т. е. зубчатого колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка

Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых, имеющих характерные черты зубчатых и винтовых передач. В отличие от винтовых зубчатых передач с перекрещивающимися осями, у которых начальный контакт происходит в точке, в червячных передачах имеет место линейный контакт. В осевом сечении зубья колеса имеют дуговую форму. Это обеспечивает облегание тела червяка и увеличение длины контактных линий.

Достоинства червячных передач:

а) возможность получения большого передаточного отношения; б) плавность и бес­шумность работы, возможность точных де­лительных перемещений; в)возможность передачи между скрещивающимися валами; г) самоторможение; д) высокая кинематическая точность

Недостатки большинства червячных передач:

а) низкий КПД; б) необходимость применения для колеса дорогостоящих антифрикционных материалов, что повышает стоимость передачи

Червячные передачи применяют при необходимости снижения скорости и переда­чи движения между перекрещивающимися (в большинстве случаев взаимно перпен­дикулярными) валами. Объем применения червячных передач составляет около 10 % от передач зацеплением (зубчатых и чер­вячных). Выпуск червячных редукторов по числу единиц составляет около полови­ны общего выпуска редукторов.

Широко применяются червячные пере­дачи в подъемно-транспортных машинах, станках, автомобилях и других машинах.

Наибольшее распространение получили червячные передачи с цилиндрическими червяками.

Основные параметры червячных цилиндрических передач. Червячные передачи вследствие относительно низкого КПД применяют для небольших и средних мощностей от долей киловатта до 200 кВт, как правило до 60 кВт, для моментов до 5-Ю⁵ Нм. Передаточные отношения обычно принимают равными от 8 до 63...80; в отдельных слу­чаях, например в приводе столов большого диаметра станков,— до 1000.

Кинематика

Математически окр.скорость на червяке:

v1 v2

, ,

Характерными особенностями работы червячных передач по срав­нению с зубчатыми являются:

-значительные скорости относительного скольжения v_s зубьев колеса по виткам червяка и

-неблагоприятное направление вектора v_s относительно линии контакта.

Значительное скольжение в червячной передаче вызывает повышенный износ зубьев колеса и увеличивает склонность передачи к заеданию. Именно этим вызвано использование дорогостоящих антифрикционных материалов и ограничение величины мощности, передаваемой червячным редуктором, до 50 кВт. При мощностях свыше 50 кВт потери на нагрев передачи достигают 25…40%.

ГОСТ 3675–81 предусматривает 12 степеней точности изготовления червячных цилиндрических передач с модулем от 1,0 до 25 мм. Для силовых передач наиболее применимы 7–я (при v_s ≤ 10м/с) и 8–я (при v_s ≤ 5 м/с) степени точности. Однако при v_s ≤2м/с возможно использование 9–й степени точности [2, с. 170].

Весьма важной кинематической характеристикой передачи является передаточное число. На примере червячной передачи с однозаходным червяком проще всего уяснить: как определить передаточное число.

Итак, за 1 полный оборот червяка его виток переместится в осевом направлении на величину осевого шага:

р_S = π^..m_S .

Здесь m_S – осевой модуль червяка.

Поскольку осевой модуль червяка и окружной модуль колеса равны между собой: m_S = m_t , то это означает, что колесо повернётся на один окружной шаг ( р_t = π^..m_t) , т.е. на 1 зуб.

За 1 полный оборот колеса червяк сделает столько оборотов, сколько зубьев у колеса. Таким образом, передаточное число червячной передачи определяют по соотношению:

Связь передаточного числа и числа заходов червяка представлена табл

Зависимость передаточного числа от Z₁

Число заходов червяка Z1	4	2	1
Передаточное число u	8…14	Св.14…30	Св. 30

Причины нагрева: сила трения

Тепловой расчет

Поскольку в червячных передачах движение и нагрузки передаются за счет трения скольжения, то имеют место значительные поте­ри передаваемой мощности на трение, что сопровождается выделением значительного количества теплоты. Нагрев смазочного масла приводит к снижению его вязкости, выдавливанию его из зоны контакта червяка и колеса, ухудшению смазывания зацепления (появляется возможность заеда­ния на контактных поверхностях), увеличению износа.При установившемся режиме работы редуктора количество тепло­ты, выделяемой в нем, равно количеству теплоты, отводимой от редуктора. Этот тепловой баланс устанавливается при некоторой определенной разности температур между маслом в редукторе и воздухом, окружающим корпус редуктора.

Количество теплоты, выделяемой работающим червячным редукто­ром за 1 секунду, определяют по зависимости:

где η – КПД редуктора;Р₁ – передаваемая червяком мощность, Вт.

Количество теплоты, отводимой от поверхности корпуса редуктора, вычисляют по формуле:

где k_t – коэффициент теплопередачи; k_t = 8,0…17,5 Вт/(м²∙°С); t⁰_M; t⁰_B – соответственно: температура масла и окружающего редуктор воздуха (t⁰_B = 20⁰);А – площадь свободной поверхности охлаждения корпуса редуктора, включая 70% площади поверхности ребер и бобышек, м²;

(при a_w – в мм)

Теплота, выделяемая в зацеплении, должна отводиться в окружающий воздух через стенки корпуса редуктора. Приравнивая Q₁ и Q₂ , получим зависимость теплового расчета передачи:

где [t⁰_B ] = 75⁰…95⁰C [2, с. 217].

При конструировании редуктора определяют площадь поверхности его корпуса. Если тепловой расчет редуктора покажет , что редуктор перегревается, то следует предпринять меры:

• увеличить площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора, т.е. выполнить корпус редуктора ребристым;

• при недостаточности этих мер, предусматривают воздушное принудительное охлаждение корпуса редуктора, например: вентилятором, устанавливаемым на хвостовик червяка.В этом случае коэффициент теплопередачи в расчетах увеличивают до 40;

• в случае недостаточности этих мер, применяют водяное охлаж­дение масла в редукторе (укладывают на дно корпуса медный змеевик, через который пропускают водопроводную воду) или увеличивают размеры редуктора в целом.