Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°. Ведущим звеном является червяк, имеющий форму винта с соответствующим количеством ниток (заходов) z1 резьбы, ведомым - сопряженное с червяком червячное колесо, зубья которого имеют дугообразную форму.
Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени (до 80). Червячным редукторам присуща высокая плавность зацепления, бесшумность в работе, компактность, надежность и простота конструкции.
Недостатки червячных передач - большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении, большие потери на трение, малый КПД, значительный нагрев зацепляющихся элементов, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения, высокие сложность и точность изготовления и сборки.
Наиболее распространены червячные передачи с цилиндрическими червяками. В сечении, проходящим через ось червяка и среднюю плоскость червячного колеса, зацепление червячной передачи представляет собой зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой, наиболее чаще без смещения.
|
|
Червяки выполняются конструктивно как одно целое с валом (вал-червяк) или отдельно с последующей установкой на валу. Изготавливают червяки из конструкционных углеродистых или легированных сталей 40, 45, 50,40Х, термически обработанных до высокой твердости.
Чтобы понизить тепловыделение для зубьев червячных колес применяют материалы с низкими значениями коэффициента трения скольжения: бронзы Бр0Ф10-1, БрАЖ 9-4, текстолит и др. Червячные колеса чаще делают сборными. Стальная ступица колеса и обод из материала с низким коэффициентом трения скольжения соединяются, нарезание зубьев таких колес производят после сборки.
Исходными величинами для геометрического расчета элементов червяка и червячного колеса являются: модуль зацепления m, передаточное отношение (число) i (U), число заходов z1 червяка и коэффициент q диаметра червяка.
В осевом сечении витки червяка имеют форму зубчатой рейки со стандартным модулем m. Для нормальной работы необходимо, чтобы осевой шаг червяка и окружной шаг червячного колеса были равны.
Основные геометрические параметры червячной передачи без смещения следующие.
Геометрические размеры червяка:
делительный диаметр - d1 = qm;
диаметр вершин витков - da1 = d1+2ha = d1+2m;
высота головки винта - ha1 = m;
диаметр впадин витков - df1 = d1-2hf = d1-2,4m;
высота ножки витков - hf1 = 1,2m;
высота витка - h1 = 2,2m;
- длина нарезанной части червяка - b1 (11+0,06z2)m.
Червячное колесо имеет вогнутую форму и охватывает червяк, как гайка винт по дуге с углом охвата 60°…110°. Минимальное число зубьев червячного колеса определяется из условия отсутствия подрезания и рекомендуется принимать z2min 28. Размеры червячного колеса следующие:
|
|
диаметр делительной окружности в средней по ширине венца плоскости d2 = mz2;
диаметр вершин зубьев - da2 = d2+2ha = d2+2m;
высота головки зуба - ha2 = m;
диаметр впадин зубьев - df2 = d2-2hf = d2-2,4m;
высота ножки зуба - hf2 = 1,2m;
высота зуба - h2 = 2,2m;
ширина венца колеса при числе заходов червяка - z1 = 1,2 равна ;
межосевое расстояние червячной передачи - a = 0.5(d1+d2) = 0.5(q+z2)m.
Червячная передача в рассматриваемом примере передает движение между валами II и III редуктора. Червяк расположен на валу I, червячное колесо - на валу II. Червяк изготавливают из стали, зубья червячного колеса из материала с низким коэффициентом трения, принимаем материал колеса - бронзу Бр0Ф10-1. Модуль передачи определяют из расчета на прочность наиболее слабого звена передачи (червячного колеса). Определяем, что модуль червячной передачи при передаваемом моменте (Т2=10,3 Н∙м) и выбранном материале обода колеса m = 1,4 мм.
Геометрические размеры червяка:
─ делительный диаметр d1 = m∙q = 1,4∙12,5 = 17,5 мм,
─ диаметр вершин зубьев dа1 = 17,5+2∙1,4 = 20,3 мм;
─ диаметр впадин зубьев d f1 = 17,5 -2.4∙1,4 = 14,14 мм;
─ длину нарезанной части принимаем с учетом рассмотренных рекомендаций
b1 = 20 мм.
Геометрические размеры червячного колеса:
─ делительный диаметр d2 = 1,4∙50 = 70 мм;
─ диаметр вершин dа2 = 70+2∙1,4 = 72,8 мм;
─ ширина венца b2≤0.75∙20,3 = 15,2 мм.
Межосевое расстояние между валами I и II червячной передачи
ач = 0,5∙(17,5+70) = 43,8 мм