122

Лекция 7. Общие сведения о червячных передачах.

Геометричес­кие соотношения в червячной передаче. Скольжение в зацепле­нии червячной передачи. КПД передачи. Силы в зацеплении чер­вячной передачи. Контрольные вопросы

7.1 Общие сведения о червячных передачах

7.1.1 Червячная передача (её называют еще зубчато-винтовой) представляет собой кинематическую пару, состоящую из червяка и чер­вячного колеса (см. рисунок 2.5).

Червячную передачу можно представить себе как модификацию винтовой пары, иллюстрированную рисунком 7.1. Эта пара содержит винт 1 и весьма длинную гайку 2. Винт опирается на подшипники 3. Если гайку 2 разрезать вдоль оси на части и b и затем меньшую часть согнуть в кольцо резьбой наружу, то получится обод червяч­ного колеса 5, который может войти в зацепление с тем же вин­том, те­перь уже червяком 4, и образовать червячную пару.

1, 2 − винт и гайка, образующие исходную винтовую пару; 3 − под­шипник; 4, 5 − червяк и червячное колесо, полученные в результате мо­дифицирования винтовой пары.

Рисунок 7.1 − Иллюстрация образования червячной передачи из винтовой пары

Червячная передача принадлежит к пространственным передачам с перекрещивающимися осями червяка и колеса. Ведущим звеном в передаче является, как правило, червяк, ведомым – колесо. Углы скре­щивания осей могут быть самые различные, но преобладает угол 90°.

Червяк – это винт с резьбой (её называют еще нарезкой) специ­ального профиля. Червячное колесо представляет собой разновид­ность косозубого цилиндрического колеса. Но в отличие от него обод червяч­ного колеса имеет вогнутую форму (см. рисунки 2.5 и 7.1). Та­кая форма обеспечивает охват червяка колесом, что увеличивает длину контактных линий в зацеплении.

Направление и угол наклона зубьев червячного колеса такие же, как у червяка. Резьба червяка может быть однозаходной или много­за­ходной. (Различие этих резьб иллюстрирует рисунок 2.6). Наиболее рас­пространена правая резьба с числом заходов .

7.1.2 По форме поверхности, на которой выполняется резьба чер­вяка, различают передачи с цилиндрическими червяками − цилиндри­че­ские и передачи с глобоидными червяками − глобоидные. Оба типа пе­редач иллюстрированы рисунком 7.2.

а)

б)

1 − червячное колесо; 2 − цилиндрический червяк; 3 − глобоидный червяк.

Рисунок 7.2 − Иллюстрация цилиндрической (а) и глобоидной (б) червячных передач

Цилиндрический червяк − это винт с резьбой, нарезанной на ци­линдре. В зависимости от особенностей профиля резьбы различают следующие цилиндрические червяки:

• архимедовы;

• конволютные (Convolution − виток);

• эвольвентные;

• с вогнутым профилем витков.

Все они иллюстрированы рисунком 7.3. Архимедов червяк пред-ставляет собой винт с резьбой, имеющей в осевом сечении прямоли­нейные очертания профиля (трапецеидальная резьба). В поперечном сечении витки очерчены архимедовой спиралью, отсюда и название червяка. Архимедов червяк зачастую нарезают на токарно-винторезном станке фигурным резцом. Режущим кромкам резца придают очертания впадины между витками, что иллюстрируется рисунком 7.3а.

1, 2, 3 − положение резцов по отношению к заготовке при нареза­нии на токарно-винторезном станке соответственно архимедова, конво­лют­ного и эвольвентного червяков;

а, б, в, г − соответственно червяки архимедов, конволютный, эвольвентный и с вогнутым профилем витков.

Рисунок 7.3 − Иллюстрация различных типов цилиндрических чер­вяков

Конволютный червяк отличается от архимедова тем, что пря­мо­линейные очертания профиля резьбы он имеет не в осевом сече­нии, а в сечении нормальном к витку резьбы. Конволютный червяк, как и архи­медов, может быть нарезан на токарно-винторезном станке, но резец при этом должен быть повернут под соответствующим углом к оси заго­товки червяка, как показано на рисунке 7.3б. В торце­вом сечении витки конволютного червяка имеют эвольвентные очер­тания.

Эвольвентные червяки представляют собой косозубые колеса с весьма малым числом зубьев (1...4, иногда больше) и очень большим углом их наклона. Профиль зуба (витка) эвольвентного червяка в попе­речном сечении очерчен эвольвентой. Эвольвентная по­верхность имеет прямолинейный профиль в сечении плоскостью, каса­тельной к основ­ному цилиндру червяка. Поэтому эвольвентные чер­вяки могут в прин­ципе нарезаться, как и предыдущие две разновидности, на токарно-вин­торезном станке (см. рисунок 7.3в). При этом обра­батываться должны правая и левая стороны впадины поотдельности, а резцы должны уста­навливаться один выше оси заготовки, другой ниже, как по­казано на рисунке 7.3в.

Червяки с вогнутым профилем витков резьбы являются сравни­тельно новым и перспективным техническим решением, еще не полу­чившим широкого распространения. В передачах с этими червяками ли­нии контакта зубьев червячной пары располагаются более благо­при­ятно, поэтому заметно повышается КПД и на 30...60% увеличивается нагрузочная способность по сравнению с другими цилиндрическими червячными передачами.

Нарезание резьбы червяка на токарно-винторезном станке мало­производительно, особенно это касается эвольвентных червяков. По­этому более распространено нарезание специальными модульными фрезами методами, сходными с методом копирования при нарезании цилиндрических зубчатых колес (см. пункт 5.1.2).

Практика показывает, что передачи с архимедовыми, конволют­ными и эвольвентными червяками по нагрузочной способности отлича­ются мало. Поэтому выбор того или иного типа передачи связан обычно с технологическими возможностями конкретного производителя пере­дачи.

7.1.3 В передачах с архимедовыми, конволютными и эвольвент­ными червяками профили зубьев червячных колес эвольвентные. Сле­довательно, в сечении, проходящем через ось червяка и среднюю плос­кость колеса, зацепление такой червячной передачи можно пред­ставить как эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рей­кой. Это зацепление может быть нормальным, т. е. выполненным без смещения (без модифицирования) или со смещением. (О нарезании со смещением см. подробнее подраздел 5.3). В технике преобладают чер­вячные пере­дачи без смещения. К передачам со смещением обычно обращаются при необходимости вписаться в заданное межосевое рас­стояние. На практике такие передачи выполняют путем ради­ального смещения ре­жущего инструмента (фрезы) относительно заготовки чер­вячного колеса при его нарезании.

Нарезание зубьев червячного колеса, иллюстрированное рисун-ком 7.4, производится уже знакомым вам методом обкатки. Применя­ется при этом один и тот же инструмент, независимо от того, выполня­ется нарезание со смещением или без смещения. А так как и червяк и чер­вячная фреза для нарезания зубьев колеса должны иметь строго взаи­мосвязанные размеры, то червячная передача со смещением выпол­ня­ется только за счет колеса.

1 − фреза; 2 − заготовка червячного колеса.

Рисунок 7.4 − Схема нарезания зубьев червячного колеса

7.1.4 Глобоидные передачи (см. рисунок 7.2 б) по сравнению с рас­пространенными широко передачами цилиндрическими имеют в 1,5...2 раза большую нагрузочную способность. Это достигается увеличенным числом зубьев в зацеплении за счет охватывающей формы червяка и более благоприятным расположением контактных линий в зацеплении. Последнее свойство улучшает условия смазывания и несколько пони­жает потери от трения. Преобладают глобоидные передачи с прямо­ли­нейными профилями зубьев колеса и витков червяка в центральной плоскости. Передачи этого типа стандартизованы.

Технология изготовления и сборки глобоидных передач сущест­венно сложнее, чем передач цилиндрических. При сборке необходима точная регулировка и фиксация осевого положения не только червяч­ного колеса (как в передачах цилиндрических), но и червяка. Поэтому области применения глобоидных передач довольно ограничены.

7.1.5 Червячные передачи имеют довольно широкое распростра­нение в технике, так как позволяют получить компактный редуктор с большим передаточным отношением (до 50 и более) в одной ступени. К тому же их отличает плавность работы и низкий уровень шума.

Вместе с тем, КПД червячной передачи (см. ниже) значительно меньше, чем у аналогичной по передаточному отношению зубчатой пере­дачи. Поэтому червячные передачи проектируют на малые и сред­ние мощности, обычно до 20 кВт, и редко − до 50 кВт и более.