Теоретическое обоснование

Изучение конструкции червячного редуктора

Цель работы:  Ознакомление с конструкцией редуктора и назначением его деталей; определение основных параметров червячной пары путем замера и расчета; изучение способов регулировки закрепления червячной пары.

Теоретическое обоснование

Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного закрытого агрегата, и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Червячная передача имеет перекрещивающиеся оси валов, обычно под углом 90°. Она состоит из червяка – винта с трапецеидальной резьбой и зубчатого червячного колеса с зубьями соответствующей специфической формы. Червячная или зубчато-винтовая передача относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися осями валов. Движение в червячных передачах осуществляется по принципу винтовой пары. Изобретателем червячных передач считают Архимеда.

Достоинства червячных передач:

–  большое передаточное отношение (до 80);

–  плавность и бесшумность хода.

 

 

 Конструкция червячной передачи

В отличие от эвольвентных зацеплений, где преобладает контактное качение, виток червяка скользит по зубу колеса, окружные скорости червяка и колеса не совпадают ни по величине, ни по направлению. Следовательно, червячные передачи имеют "по определению" один фундаментальный недостаток: высокое трение в зацеплении. Это ведёт к низкому КПД (на 20-30% ниже, чем у зубчатых), износу, нагреву и необходимости применять дорогие антифрикционные материалы.

Кроме того, помимо достоинств и недостатков, червячные передачи имеют важное свойство: движение передаётся только от червяка к колесу, а не наоборот. Никакой вращающий момент, приложенный к колесу, не заставит вращаться червяк. Именно поэтому червячные передачи находят применение в подъёмных механизмах, например в лифтах. Там электродвигатель соединён с червяком, а трос пассажирской кабины намотан на вал червячного колеса во избежание самопроизвольного опускания или падения.

Это свойство не надо путать с реверсивностью механизма. Ведь направление вращения червяка может быть любым, приводя либо к подъёму, либо к спуску той же лифтовой кабины.

Передаточное отношение червячной передачи находят аналогично цилиндрической                                    U = n₁ / n₂ = Z₂ / Z₁.

Здесь Z₂ – число зубьев колеса, а роль числа зубьев шестерни Z₁ выполняет число заходов червяка, которое обычно бывает равно 1, 2, 3 или 4.

Очевидно, что однозаходный червяк даёт наибольшее передаточное отношение, однако наивысший КПД достигается при многозаходных червяках, что связано с уменьшением трения за счёт роста угла трения.

Основные причины выхода из строя червячных передач:

– поверхностное выкрашивание и схватывание;

– излом зуба.

Это напоминает характерные дефекты зубчатых передач, поэтому и расчёты проводятся аналогично.

Вследствие нагрева, вызванного трением, червячные передачи нуждаются также и в тепловом расчёте. Практика показывает, что механизм опасно нагревать выше 95^оС. Допускаемая температура назначается  65 ^oC.

    В случае, когда расчётная температура превышает допускаемую, то следует предусмотреть отвод избыточной теплоты. Это достигается оребрением редуктора, искусственной вентиляцией, змеевиками с охлаждающей жидкостью в масляной ванне и т.д.

Оптимальная пара трения это "сталь по бронзе". Поэтому при стальном червяке червячные колёса должны выполняться из бронзовых сплавов.

СОЕДИНЕНИЕ ВЕНЦА СО СТУПИЦЕЙ

 

 

Однако цветные металлы дороги и поэтому из бронзы выполняется лишь зубчатый венец, который крепится на сравнительно дешёвой стальной ступице. Таким образом, червячное колесо - сборочная единица, где самые популярные способы крепления венца это либо центробежное литьё в кольцевую канавку ступицы; либо крепление венца к ступице болтами за фланец; либо посадка с натягом и стопорение винтами для предотвращения взаимного смещения венца и ступицы.

Крепление венца к ступице должно обеспечивать фиксацию как от проворота (осевая сила червяка = окружной силе колеса), так и от осевого "снятия" венца (окружная сила червяка = осевой силе колеса).

 

 

 

 Большое скольжение в червячных передачах вызывает повышенный износ и склонность к заеданию (основные недостатки червячных передач). Кроме того, долговечность, несущая способность и к.п.д. червячных передач зависят от величины и равномерности контактной площадки зацепления, которая наряду с деформацией червяка и точностью изготовления зубьев колеса и витков червяка, зависит от правильного взаимного расположения элементов зацепления, обеспечиваемого при монтаже.

 Показателями точности монтажа силовых червячных передач являются: величина и характер пятна контакта между зубьями колеса и витками червяка; величина смещения средних плоскостей колеса и червяка; величина отклонения от номинального межосевого расстояния, определяющего величину радиального зазора в зацеплении.

Таким образом, правильность зацепления червячной пары является одним из существенных факторов, характеризующих надежность передачи. Следовательно, при сборке червячных редукторов на обеспечение правильного зацепления элементов следует обратить внимание.

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Что такое редуктор? Его назначение?

2. Назовите преимущества и недостатки червячной передачи в сравнении с зубчатой.

3. Из каких материалов изготавливают червячные колеса и почему?

4.  Как определить передаточное отношение червячной передачи?

5. Как обеспечивается соосность средней плоскости колеса и червяка?

                                                                     

 

  Алгоритм расчёта червячного редуктора

 

Наименование величины и размерность	Обозначе-ние	Способ определения
Межцентровое расстояние, мм	аw	Замерить
Число зубьев колеса	Z2	Сосчитать
Число заходов червяка	Z1	Сосчитать
Передаточное число	u	u=z2/z1
Диаметр вершин зубьев, мм	da1 da2	Замерить Замерить
Осевой шаг червяка, мм	p	Замерить
Осевой модуль, мм	m	m = p/π
Диаметр делительной окружности червяка, мм	d1	d1 = da – 2m
Диаметр делительной окружности колеса, мм	d2	d2 = z2m
Относительный диаметр червяка	q	q = d1/z1
Угол подъема винтовой линии, град	ψ	tg ψ = z1/q
Диаметры впадин зубьев, мм	df1 df2	df1 = d1 – 2,4m df2 = d2 – 2,4m
Длина нарезанной части червяка, мм	b1	Замерить
Ширина венца колеса, мм	b2	Замерить