Червячная передача

Лекция 15

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.

Рис.15.1

Движение в червячной передаче преобразуется по принцпу винтовой пары. Изобретателем червячных передач считают Архимеда.

Достоинства червячных передач:

1. Компактность конструкции;

2. Высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы;

3. Малая интенсивность шума и виброактивности;

4. Большое передаточное отношение;

5. Возможность обеспечения самоторможения.

Недостатки:

1. Высокое трение в зацеплении (преобладает контактное качение, виток червяка скользит по зубу колеса).

2. Повышенный износ;

3. Склонность к заеданию;

4. Нагрев передачи и низкий КПД (η = 0,7...0,95, на 20-30% ниже, чем у зубчатых);

5. Необходимость применения для ответственных передач дорогостоящих и дефицитных антифрикционных цветных материалов;

6. Ограниченность мощности передаваемая червячной передачей (до 60 кВт).

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 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.

Цилиндрические червяки бывают следующих видов:

а) архимедов червяк (червяк ZA), теоретический торцовый профиль которого – архимедова спираль;

б) конволютный червяк (червяк ZN), теоретический торцовый профиль которого – конволюта (удлиненная или укороченная эвольвента);

в) эвольвентный червяк (червяк ZI), теоретический торцовый профиль которого – эвольвента.

Боковые поверхности витков этих трех видов червяков представляют собой линейчатую поверхность (геликоид), т.е. поверхность, образованную движением отрезка прямой относительно оси червяка.

Есть еще червяки с нелинейчатой главной поверхностью, а именно: образованный конусом (червяк ZK) и образованный тором (червяк ZT).

Наибольшее распространение получили червячные передачи с архимедовыми червяками. Боковые поверхности витков архимедова червяка в осевом сечении очерчены прямыми линиями и представляют собой равнобокую трапецию с углом при вершине, равным 40⁰, т.е. с углом профиля витка = 20⁰.

Червяки могут быть одновитковыми, двухвитковыми и четырехвитковыми и иметь правое или левое направление резьбы. Чаще применяют червяки с правой нарезкой.

В осевом сечении червячная пара фактически представляет собой прямобочное реечное зацепление, где радиус кривизны боковой поверхности "рейки" (винта червяка) r₁ равен бесконечности и, следовательно, приведённый радиус кривизны равен радиусу кривизны зуба колеса

r_пр = r₂.

Рис.15.2

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

Рис. 15.3