Черв’ячні передачі автотранспортного устаткування

Для передачі руху між осями, що схрещуються, досить широке поширення одержали черв’ячні передачі, які є сукупністю черв’яка і черв’ячного колеса. Черв’як має форму одновиткового або багатовиткового гвинта (рис. 19.7). Черв’ячне колесо, яке з ним перебуває у зачепленні, має зуби, утворені як огинаючі витки черв’яка.

Рис. 19.7. Основні характеристики черв’ячної передачі

Черв’ячна передача в осьовому перетині А – А черв’яка, перпендикулярному до осі колеса, нагадує передачу шестерні з рейкою, а в осьовому перетині Б – Б колеса, перпендикулярному до осі черв’яка, – гвинтову передачу. Черв’ячне колесо можна собі уявити також як деякий сектор довгої гайки, обгорнутий навколо циліндричного тіла. Тому черв’ячна передача має властивості як зубчастої, так і гвинтової передач.

Широке застосування черв’ячних передач пояснюється їх значними перевагами. Такі передачі:

• забезпечують великі передаточні відношення, звичайно
і _1,2 = 6…80, але можливі передачі (для приводу, наприклад, поворотних столів металорізальних верстатів), в яких і _1,2 = 500 і навіть
і _1,2 = 1000;

• забезпечують безшумність та плавність зачеплення;

• мають малі масу й габарити;

• предбачають можливість самогальмування (при низьких ККД).

Основні недоліки черв’ячних передач обумовлені наявністю відносного ковзання витків черв’яка і зубів черв’ячного колеса. До недоліків черв’ячних передач слід віднести:

• порівняно низький ККД (особливо при малих швидкостях
ковзання та великих передаточних відношеннях);

• значне нагрівання при роботі в машинах з безперервною
дією, що вимагає додаткових пристроїв для охолодження;

• значні втрати енергії на тертя, через які черв’ячні передачі використовують з обмеженими потужностями (звичайно не більше 100 кВт);

• високу вартість матеріалу вінця черв’ячного колеса (як правило, бронза, особливо для швидкохідних передач);

• високу вартість різального інструмента для нарізання чер­в’ячних коліс (спеціальні черв’ячні фрези) – для шліфування черв’яків потрібні спеціальні верстати і складні пристосування.

Числом зубів черв’яка z ₁ називають число заходів, яке обирають залежно від передаточного відношення і _1,2. Стандарт встановлює три значення z ₁, а саме: 1, 2, 4. Рекомендують: z ₁ = 4 при передаточному числі u = 8 … 15; z ₁ = 2 при u = 15 … 30; z ₁ = 1 при u ³ 30.
Роз­рахунковим кроком р черв’яка (рис. 19.8) є його осьовий крок (що вимірюється вздовж осі черв’яка), якому відповідає осьовий модуль черв’яка т.

Діаметр d ₁ ділильного циліндра черв’яка обирають кратним осьовому модулю черв’яка, тобто

d ₁ = q × m, (19.4)

де q – коефіцієнт діаметра черв’яка (q = d ₁/ m). Значення пара­метрів т, q та їх сполучення стандартизовані.

Основні геометричні параметри черв’ячного колеса в серед­ньому перетині визначаються за формулами для евольвентної циліндричної передачі:

• діаметр ділильного(початкового) кола

d ₂ = m × z ₂; (19.5)

• міжосьова відстань черв’ячної передачі

а_w = т × [(q + z ₂)/2 + x ]. (19.6)

Коефіцієнт x зміщення вихідного твірного контуру інструмента обирають у межах ± 1. Мінімальні числа зубів колеса z _2min
рекомендується обирати такими: для допоміжних кінематичних передач – 17…18; в силових передачах – 26…28. Оптимальним числом зубів колеса для силових передач є z ₂ = 32…63 (не більше 80), для приводів столів великого діаметра z ₂ доходить до 200…300, а в окремих випадках – до 1000.

Рис. 19.8. Швидкості ковзання в черв’ячному зачеплені

Передаточне число черв’ячної пари можна визначити, якщо врахувати, що поступальна швидкість витків черв’яка v_п дорівнює коловій швидкості колеса V ₂ (V_п = V ₂). Тоді, прирівнявши вирази для V_п і V ₂ одержимо

. (19.7)

Отже, число заходів черв’яка виконує в черв’ячній передачі роль числа зубів у циліндричних або конічних зубчастих передачах. Оскільки число витків черв’яка може бути невеликим і часто дорівнювати одиниці, то в одній черв’ячній передачі можна одержати досить значні передаточні числа.

У силових черв’ячних передачах найбільш поширені
u = 10...60 (80); у кінематичних ланцюгах приладів і вимірювальних механізмів зустрічаються u до 300 і більш. Ведучим у більшості випадків є черв’як.

Характерною особливістю роботи черв’ячних передач є великі швидкості ковзання та несприятливі напрямки ковзання відносно лінії контакту.При русі витки черв’яка ковзають по зубцях колеса. Швидкість ковзання V_S (рис. 10.6) спрямована по дотичній до гвинтової лінії черв’яка. Як відносна швидкість вона дорівнює геометричній сумі абсолютних швидкостей черв’яка і колеса, якими в даному випадку є колові швидкості V ₁ і V ₂

(19.8)

де g – кут підйому гвинтової лінії черв’яка. На практиці g < 30 °, тому в черв’ячній передачі V ₂ завжди значно менша V ₁, а V_S більше V ₁.

Значне ковзання в черв’ячних передачах є чинником зниженого ККД, підвищеного зносу і схильності до заїдання (основні недоліки черв’ячних передач). ККД черв’ячної передачі при ведучому черв’яку визначають за формулою

h_чп = tg g / tg (g + j). (19.9)

ККД збільшується зі збільшенням числа заходів черв’яка (збільшується g) та зі зменшенням коефіцієнта тертя або кута тертя j.

Якщо ведучим є колесо, тоді внаслідок зміни напрямку сил
маємо

h_чп = tg (g – j) / tg g. (19.10)

При g £ j, h_чп = 0 передача руху в зворотному напрямку (від колеса до черв’яка) стає неможливою. Одержуємо самогальмуючу черв’ячну пару. Властивість самогальмування черв’ячних передач використовують у вантажопідйомних і інших механізмах. Варто враховувати, що, відповідно до формули (19.9), ККД самогальмуючої передачі не перевищує 0,5. Для надійності самогальмування рекомендують g £ 0,5 j.

Як свідчить практичний досвід, що при наявності задовільного змащення значення коефіцієнта тертя f залежить від швидкості ковзання (табл. 19.1) (черв’як сталевий, колесо з олов’яної бронзи). Значення коефіцієнта тертя залежать також від шорсткості поверхонь тертя, а також якості змащення. Відповідно до цього менші значення в табл. 19.1 відносяться до передач із загартованими полірованими черв’яками при гарному змащенні.

Таблиця 19.1