Загальні відомості та кінематичні схеми черв'ячних редукторів

Черв'ячні передачі застосовують при необхідності зниження частоти обертання і передачі обертального руху між валами, осі яких схрещуються. У більшості випадків кут між мимобіжними валами становить 90 °.

Черв'ячна передача - це зубчасто-гвинтова передача, рух в якій здійснюється за принципом гвинтової пари, якій, як відомо, властиве підвищене ковзання. Черв'як являє собою гвинт із трапецеїдальної або близькою до неї за формою різьблення, а черв'ячне колесо - це косозубе зубчасте колесо із зубцями дугоподібної форми.

Залежно від форми зовнішньої поверхні черв'яка черв'ячні передачі бувають циліндричні у відповідності з рис. 9.1,а і глобоїдні у відповідності з рис. 9.2 б.

Черв'ячна глобоїдна передача має більшу навантажувальну здатність, так як у неї постійно в зачепленні з витками черв'яка знаходиться більше число зубців колеса (від трьох до восьми).

 

Рис. 9.1 - Види черв'ячних передач

 

Умови утворення масляного клину в зачепленні глобоїдної передачі також більш сприятливі, ніж в циліндричній, через приблизно перпендикулярне розташування лінії контакту до напрямку вектора швидкості ковзання. Однак глобоїдна передача складніше у виготовленні, збиранні і дуже чутлива до осьового зміщення черв'яка, викликаного, наприклад, зношуванням підшипників. Тому на практиці широко застосовують черв'ячні передачі з циліндричним черв'яком.

Залежно від форми витків в торцевому перетині черв'яки бувають наступних типів: архімедові, конволютні і евольвентні.

Архімедовий черв'як у відповідності з рис 9.2,а,г являє собою гвинт, який має прямолінійні обриси профілю різьби (трапецію) в осьовому перетині А-А. У торцевому перетині Б-Б витки окреслені архімедовою спіраллю. Ці черв'яки прості у виготовленні, якщо не потрібно їх шліфування, тому вони застосовуються в тихохідних несильно напружених передачах. Для їх шліфування потрібне коло, окреслене складною кривою в осьовому перетині, що обмежує їх застосування. Архімедовий черв'як умовно позначають ZA.

Конволютний черв'як у відповідності з рис. 9.2, б,д має прямолінійний профіль в перерізі В-В, нормальному до осі симетрії. У торцевому перетині Б-Б витки окреслені подовженою або укороченою евольвентою (конволютою).

Рис. 9.2 Типи черв’яків

 

Шліфування конволютних черв'яків конусними колами з прямолінійними утворюючими на різьбошліфувальних верстатах призводить до отримання нелінійчатих бічних поверхонь, дуже близьких до поверхонь конволютних черв'яків. Черв'ячні фрези для нарізування черв'ячних коліс шліфують тим же способом, тому отримують правильне зачеплення, черв'яки мають условне_позначення ZМ

Евольвентні черв'яки у відповідності з рис. 9.2,в,е в торцевому перетині Б-Б мають профіль, окреслений евольвентою. Евольвентна поверхня має прямолінійний профіль в перерізі площиною, дотичною до основного циліндра черв'яка, тому евольвентні черв'яки можна шліфувати плоскою стороною шліфувального круга. Шліфовані черв'яки слід робити евольвентними. Евольвентні черв'яки мають позначення ZJ.

Умови зачеплення і несуча здатність у черв'ячних передач з архімедовим, конволютним і евольвентним черв'яками за інших рівних умов однакові, тому їх розраховують за одними і тими ж формулами.

Черв'яки черв'ячних передач виготовляють з тих же марок сталей, з яких виготовляють колеса зубчастих передач.

Колеса черв'ячних передач з метою зниження втрат на тертя ковзання та підвищення ККД виготовляють з антифрикційних матеріалів - бронз, латуней і сірих чавунів. Колеса малих діаметрів (до 120 мм) у відповідності з рис 3.3,а виготовляють суцільними, а колеса великих діаметрів - переважно бандажованими. Напресовані вінці додатково кріплять болтами, гвинтами і заклепками у відповідності з рис. 3.3,б. Вінці коліс стандартних редукторів нерідко відливають з бронз, безпосередньо заливанням на центр у відповідності з рис 3.3,в.

Рис. 9.3 Конструкції черв'ячних коліс

 

Обсяг застосування черв'ячних передач становить 10% від передач зачепленням. Випуск черв'ячних редукторів по числу одиниць складає близько 50% загального випуску редукторів. Широко застосовуються черв'ячні передачі в підйомно-транспортних машинах, верстатах, тракторах, автомобілях та інших машинах.

Широке застосування черв'ячних передач обумовлено наступними перевагами:

а) можливість отримання великих передатних відношень в одній ступіні (Uдо80);

б) плавність і безшумність в роботі;

в) можливість точних ділильних переміщень;

г) можливість отримання самогальмуючої передачі.

Самогальмування черв'ячної передачі дозволяє виконати механізм без гальмівного пристрою, що перешкоджає зворотному руху коліс.

Завдяки високим віброакустичним властивостям всі ліфтові лебідки комплектуються виключно черв'ячними редукторами.

Недоліками черв'ячних передач є:

а) низький ККД, внаслідок підвищеного тертя ковзання витків черв'яка по зубцям колеса;

б) необхідність застосування для вінців черв'ячних коліс дорогих антифрикційних матеріалів.

Основні кінематичні схеми черв'ячних редукторів представлені на рис. 9.4.

Рис. 9.4 Кінематичні схеми черв'ячних редукторів

Одноступеневі редуктори з горизонтальним розташуванням валів можуть бути виконані з нижнім розташуванням черв'яка у відповідності з рис. 9.4,а і з верхнім розташуванням черв'яка у відповідності з рис. 9.4, б. При окружних швидкостях черв'яка до

4-5м/с слід віддавати перевагу редукторам з нижнім розташуванням черв'яка, при якому забезпечуються кращі умови змащування. При окружних швидкостях більше 5м/с через зростання втрат на розмішування мастила застосовують редуктори з верхнім розташуванням черв'яка. У таких передачах погіршуються умови тепловіддачі в мастило, потрібні спеціальні пристрої для змащення підшипників черв'яка, при не частих включення мастило встигає стекти з зубців колеса, і рух починається при недостатньому мастилі.

Редуктори з вертикальним розташуванням вала колеса (рис. 9.4в) або вал-черв'як (рис. 9.4г) застосовують порівняно рідко, коли це потрібно за умов компонування машини. Передачі з вертикальними черв'яками зазвичай застосовують з фланцевим кріпленням електродвигуна на верхній частині корпусу редуктора. Такий привід займає меншу площу. Умови змащення зачеплення несприятливі. Черв'ячні редуктори з вертикальним розташуванням вала колеса використовуються для приводу вертикальних валів. Конструкція їх відрізняється більш складними ущільненнями.

Черв'ячні одноступінчасті редуктори застосовуються при передатних відношеннях від 8 до 63, максимум до 80. Великі передатні відношення можливі, але зустрічаються рідко через несприятливі умови компонування (занадто великі відстані між опорами черв'яка).

В залежності від взаємного розташування вихідних кінців валів у відповідності з рис. 3.5 одноступеневі черв'ячні редуктори виготовляються по чотирьох варіантах складання.

 

Рис. 9.5 Варіанти складання одноступінчатих черв'ячних редукторів

 

На рис 9.5 вихідний кінець швидкохідного валу показано потовщеною лінією, а редуктор розглядається в плані при розташуванні черв'яка під черв'ячним колесом незалежно від фактичного становища його при експлуатації. Варіант складання 56 являє собою редуктор з порожнистим шліцьовим тихохідним валом.

Іноді, для приводу тихохідних машин, потрібні особливо великі передатні відношення. Це може бути забезпечено двоступеневими черв'ячними редукторами, в яких передатне відношення досягає 4000.

Розміщення обох ступеней черв'ячних передач в одному корпусі редуктора нераціонально. Найкраща компоновка у відповідності з

рис. 9.4, д отримується з двох одноступеневих редукторів. коли швидкохідний редуктор насаджений своїм порожнистим тихохідним валом на шліцьовій кінець черв'яка тихохідного редуктора і закріплений від прокручування. Такий варіант значно технологічніше і дешевше, тому що дозволяє використовувати серійні одноступеневі редуктори.