Червячные передачи

Червячной называют передачу, в которой винтовая поверхность вращающейся детали (червяка) воздействует на выступы (зубья) другой детали (червячного колеса), обеспечивая ее вращательное движение.

Червячная передача относится к передачам зацепления с перекрещиваю-щимися осями (рис.7.4.1). Угол перекрещивания осей чаще всего под 90˚ (редко встречаются червячные передачи с другим углом).

Рис.7.4.1. Червячная передача: а – общий вид; б – кинематическая схема

Наибольшее применение находят архимедовы червяки (нешлифованные) и конволютные (шлифованные после закалки на обычных резьбошлифовальных

станках).

Червяки изготавливаются из сталей, червячные колеса – из антифрикцион-.

Профиль зубьев червячных колес в осевом сечении - эвольвента.

ных материалов – бронзы, серого чугуна и др.

Поверхность вала, на которой изготавливается винтовая поверхность, мо-жет быть цилиндрической (рис.7.4.2, а) и глобоидной (рис.7.4.2, б).Форма про-филя резьбы в осевом сечении – прямолинейная (архимедовые червяки – рис.7.4.2, в) и криволинейная (эвольвентные червяки – рис.7.4.2, г), в нормаль-ном сечении – прямолинейная (конволютные червяки) и криволинейная (архи-медовы и эвольвентные червяки).

Рис.7.4.2.Формы резьбовой части червяка (а - г) и геометрия зацепления передачи (д, е)

Основные геометрические параметры червячных передач (рис.7.4.2, в, д, е):

- m = p/π – осевой модуль – табл.7.4.1, мм (р – шаг резьбы червяка); (7.4.1)

- z₁= 1, 2, 3 … – число заходов червяка;

- i = z₂ /z₁ = 10….80 и более – передаточное отношение (Z₂ ≥ 28 – число зубьев

червячного колеса); (7.4.2)

- q = d₁/m – коэффициент диаметра червяка, равный числу модулей в

диаметре делительной окружности червяка (табл..7.4.1);

- d₁ = q•m – диаметр делительной окружности червяка; (7.4.3)

- d_a₁ = d₁ + 2•m – диаметр окружности выступов червяка; (7.4.4)

- d_f₁ = d₁ – 2,4•m – диаметр окружности впадин червяка; (7.4.5)

- γ =arctg(π·m·z₁/(π·d₁) =arctg (z₁/q)угол подъема винтовой линии червяка;(7.4.6)

- d₂ = m•z₂ - диаметр делительной окружности червячного колеса; (7.4.7)

- d_a₂ = d₂ + 2•m – диаметр окружности выступов червячного колеса; (7.4.8)

- d_f₂ = d₂ – 2,4•m – диаметр окружности впадин червячного колеса; (7.4.9)

- d_ам2 – наибольший диаметр червячного колеса (табл.7.4.2);

- b₁ и b₂ – соответственно длина нарезной части червяка и ширина венца

червячного колеса (табл.7.4.2);

- 2•δ ≈ 2• b₂ /(d_a₁ – 0,5•m) – угол обхвата червяка колесом; (7.4.10)

- α = 20° - угол профиля витка в осевом сечении (рис.7.4.2, в);

- a_ω = (d₁ +d₂)/2 = m (q + z₂)/2 – межосевое расстояние.

Cтепени точности червячных передач 3 ^я, 4 ^я, 5 ^я,6 ^я и 7 ^я (закаленные, шли-

фованные и полированные червяки) рекомендуются для точных передач кине-

матического и силового (7 ^ой степени) назначения, степени точности 8 ^я и 9 ^я –

для силовых передач, 10 ^я,11 ^я и 12 ^я степени – для передач с ручным приводом.

Основные достоинства червячных передач – возможность обеспечения од-

ной ступенью передачи больших передаточных отношений (i до300) и условия

самоторможения червячной пары (при числе заходов резьбы червяка z₁ =1 и 2),

т.е. передача движения от червячного колеса не раскручивает червяк. Условие самоторможения: γ ≤ 0,5•ρ, (7.4.11)

где γ = arc tg(z₁/q) – угол подъема витка червяка;

ρ = arc tg(f/cosα) – приведенный угол трения в сопряжении червяк-

колесо (α – односторонний угол профиля червяка – рис.7.4.2).

7.4.1.Значения m (мм) и q cогласно ГОСТ 2144-66

m,мм	2	2,5		3	4		5		6
q	16	12			9				9
m,мм	8					10	12		16
q	8		9			8	8	10	8	9

7.4.2.Длина нарезной части червяка b₁, наибольший диаметр d_ам2 и ширина

венца червячного колеса b₂

z₁
d_ам2, мм	≤ d_a2 + 2•m	≤ d_a2 +1,5•m	≤ d_a2 + 1,3•m	≤ d_a2 + m
b₁, мм	≥ (11 + 0,06·z₂)m		≥ (12 + 0,07·z₂)m	≥ (12,5 + 0,09·z₂)m
b₂, мм	≤ 0,75• d_a1		≤ 0,7• d_a₁	≤ 0,67• d_a₁

К недостаткам можно отнести повышенные скорости скольжения витков в сопряжении, повышенный износ, пониженный к.п.д. (≈ 0,7…0,9 при z₁ = 1…4) и возможность заедания пары резьбовой виток – зубья колеса.

В червячном зацеплении (рис.7.4.3) действуют: окружная сила червяка F_t_1,

равная осевой силе колеса F_a₂, т.е.

F_t₁ = F_a₂ = 2•М_кр/d₁; (7.4.12)

окружная сила F_t₂ на колесе, равная осевой силе червяка F_а1, т.е.

F_t₂ = F_а1 = 2·М_кр2/d₂, (7.4.13)

pадиальная сила F_r₁ = F_t₂ ·tgα, (7.4.14)

где α = 20˚ - профильный угол витка червяка (рис.7.4.2, в и Рис.7.4.3).

М_кр2

М_кр1

Рис.7.4.3.Схема действующих сил в сопряжении червяк-колесо

При проектном расчете определяется межосевое расстояние по критерию

контактных напряжений

a_ω = (z₂/q + 1)³√ (5400/([σ_н]• z₂/q))²•М_кр2•k_н, (7.4.15)

где [σ_н] – допускаемые контактные напряжения материала зубчатого

венца червячного колеса (например, для оловянистой бронзы

ОФ10-1 при литье в металлическую форму [σ_н] =190 МПа;

для серого ч угуна СЧ 20 (НВ 170…200) – [σ_н] =110 МПа);

М_кр2 – крутящий момент на валу колеса;

k_н =≈1,1…1,4 – коэффициент расчетной нагрузки (большие значения –

для высокоскоростных передач – 6…10 м/с – и переменной

нагрузки).

Проверочный расчет по напряжениям изгиба выполняется для зубьев чер-вячного колеса (витки стального червяка обладают большей прочностью):

σ_F = 0,7•Y_F· k_F·F_t₂ /(m•cosγ) ≤ [σ_F], (7.4.16)

где Y_F ≈ 1,80…..1,24 – коэффициент формы зуба червячных колес (в

диапазоне z₂ = 28……..300);

k_F ≈ 1,1…..1,4 – коэффициент расчетной нагрузки (большие значения –

для высокоскоростных передач – 6…10 м/с – и переменной

нагрузки);

[σ_F] - допускаемые напряжения изгиба материала зубчатого венца червяч-

ного колеса (например, для оловянистой бронзы ОФ10-1 при литье

в металлическую форму [σ_F] =70 МПa, для серого чугуна СЧ 20 –

[σ_F] =45 МПa).

Следует отметить, что коэффициент трения f в сопряжении закаленный и полированный виток стального червяка – зуб из оловянистой бронзы колеса с возрастанием скорости скольжения (окружной скорости червяка) υ от 0,01 до 15 м/с снижается от 0,12 до 0,02 (при циркуляционной струйной смазке).

Червячные колеса большого диаметра изготавливают литьем (рис.7.4.4, б, в) или сборными – зубчатый венец напрессовывается на стальную ступицу и по

сопряжению крепится винтами (рис.7.4.4, а).