Детали механизмов и машин

5.7.1 Общие сведенья. Передаточные отношения и К.П.Д.

5.7.2 Геометрические соотношения в червячной передаче

5.7.1 Общие сведенья. Передаточные отношения и К.П.Д.

Для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются, применяются червячные передачи. Угол перекрещивания осей обычно θ = 90°. Червячная передача показана на рис. 1.

рис. 1

Червяк 1, насаженный на вал или (что чаще), изготовленный заодно с валом, вращает червячное колесо 2.

Червячная передача относится к числу так называемых зубчато-винтовых, т. е. имеющих признаки, характерные и для зубчатых, и для винтовых передач.

Червяк, как и винт, характеризуется шагом, обозначаемым р и ходом (для многозаходных червяков), причем

где z1 число витков (заходов) червяка.

Определим передаточное отношение червячной пары. Линейная скорость червячного выступа, движущегося поступательно при вращении червяка,

где ω1 — угловая скорость червяка (n1 — частота вращения червяка).

Линейная скорость на начальной окружности червячного колеса

где d2 — диаметр начальной окружности колеса; ω2 — угловая скорость колеса (n2 — частота вращения колеса). Так как это одна и та же скорость, т. е. v1 = v2, то и передаточное отношение

Подставив в это выражение значения длины окружности колеса и хода получим передаточное отношение

где z1 — число витков (заходов) червяка; z2 — число зубьев Колеса; u — передаточное число червячной пары,

Основные достоинства червячной передачи, обусловившие ее широкое распространение в различных отраслях машиностроения.
1. Плавность и бесшумность работы.
2. Возможность получения больших передаточных отношений при сравнительно небольших габаритах передачи. Червячные передачи применяются с передаточными отношениями от u = 5 до u = 500. Диапазон передаточных отношений, применяемых в силовых передачах, u = 10÷80 (в редких случаях до 120).
3. Компактность. Как было показано выше, передаточное отношение червячной передачи . Таким образом, передаточное отношение u = 100 можно получить при однозаходном червяке и колесе с z = 100 (для получения такого же передаточного отношения потребовалась бы трехступенчатая зубчатая передача). Из этого примера видно, что червячная передача с большим передаточным отношением значительно компактнее соответствующей зубчатой передачи.
4. Возможность выполнения передачи, обладающей свойством самоторможения. Это свойство заключается в том, что движение может передаваться только от червяка к червячному колесу, что очень важно в грузоподъемных устройствах, так как позволяет обходиться без тормоза при выключении приводного двигателя. Груз остается при этом висеть на тросе, намотанном на барабан, скрепленный с червячным колесом.

Недостатки червячной передачи:
1. Сравнительно невысокий к. п. д.
2. Сильный нагрев передачи вследствие перехода потерь на трение в тепловую энергию. Для уменьшения нагрева в червячной передаче применяют масляные резервуары с ребристыми стенками с целью более интенсивной теплоотдачи в окружающий воздух, обдув корпуса и другие способы охлаждения.
3. Ограниченная возможность передачи значительных мощностей, обычно до 50 кВт.

Червячные передачи различают по числу витков (заходов) червяка — одно-, двух-, трех- и многозаходные; по расположению вала червяка — относительно червячного колеса с верхним, нижним и боковым расположениями.

Наибольшее распространение имеют червячные передачи с цилиндрическим червяком (рис. 2).

рис. 2

Потери в червячной передаче обусловлены потерями в зацеплении, в опорах валов червяка и колеса и потерями на размешивание и разбрызгивание масла. Таким образом, к. п. д. передачи может быть представлен как произведение трех частных коэффициентов

где - коэффициент полезного действия, учитывающий потери в винтовой кинематической паре;
— коэффициент, учитывающий потери в опорах валов, = 0,99÷0,98;
— коэффициент, учитывающий потери на размешивание и разбрызгивание масла, = 0,99÷0,96.

Ориентировочно значение полного к. п. д. червячной передачи для предварительных расчетов можно принимать по следующим данным:

Венеа червячного колеса для тихоходных передач изготовляют из чугуна. Материалом для венцов колес быстроходных и тяжело¬агруженных передач служат бронзы различных марок.

Обычно только венец червячного колеса изготовляют из высококачественного антифрикционного металла, а остальную часть колеса — из чугуна.

Червяки изготовляют из стали. Червяки быстроходных передач термически обрабатывают до твердости HRC ≥ 45 и шлифуют.

5.7.2 Геометрические соотношения в червячной передаче

Витки червяка в осевом сечении имеют форму рейки с углом профиля 2α = 40°.

Зависимость между осевым шагом, модулем и ходом витка выражается формулой

Диаметр делительной окружности червяка рекомендуется выбирать кратным осевому модулю

где q — число модулей в делительном диаметре червяка (или коэффициент диаметра червяка), принимаемое по стандартному ряду (ГОСТ 19672—74, 1-й ряд: 8; 10; 12,5; 16; 20; 25).

Диаметр окружности вершин витков червяка