Черв’ячні передачі. Передаточні відношення і ККД. Вали, осі, опори та підшипники. Муфти

14.1  Загальні відомості. Передаточні відношення і ККД

Для передачі руху між валами, осі яких перехрещуються, застосовуються черв'ячні передачі. Кут перехрещування осей звичайно . Черв'ячна передача показана на рис. 14.1. Черв'як 1, насаджений на вал або (що частіше), виготовлений заодно з валом, обертає черв'ячне колесо 2.

Черв'ячна передача відноситься до числа так званих зубчасто-гвинтових, тобто ознаки, що вона має, характерні і для зубчастих, і для гвинтових передач.

Черв'як, як і гвинт, характеризується шагом, що позначається і  ходом    (для  багатозахідних черв'яків), причому

, де    - число витків  (заходів) черв'яка.

Визначимо передаточне відношення черв'ячної пари.

Лінійна швидкість черв'ячного виступу, що рухається поступально   при обертанні черв'яка,

, де    - кутова швидкість черв'яка ( - частота обертання черв'яка).

Лінійна швидкість на початковій окружності черв'ячного колеса

,

де    - діаметр початкової окружності колеса;

Рис. 14.1  Черв’ячна передача

 - кутова швидкість колеса (- частота обертання колеса).   Оскільки це та сама швидкість, тобто , то   і передаточне відношення

.

Підставивши в цей вираз значення довжини окружності колеса  і ходу , одержимо передаточне відношення

, де    - число витків (заходів) черв'яка;   

 - число зубців колеса; 

і - передаточне число черв'ячної  пари, .

Основні достоїнства черв'ячної  передачі, що обумовили її широке поширення в різних галузях машинобудування:

1.   Плавність і безшумність роботи.

2.   Можливість одержання великих передаточних відношень при порівняно невеликих габаритах передачі. Черв'ячні передачі застосовуються з передаточними відношеннями від  до . Діапазон передаточних  відношень, застосовуваних у силових  передачах,   (у рідкісних випадках - до 120).

3.   Компактність. Як було показано вище, передаточне відношення черв'ячної передачі . Таким чином, передаточне відношення і = 100 можна одержати при однозахідному черв'яку і колесі з  (для одержання такого ж передаточного відношення потрібна була б триступінчаста зубчаста передача). З цього приклада видно, що черв'ячна передача з великим передаточним відношенням значно компактніше відповідної зубчастої  передачі.

4. Можливість виконання передачі, що має властивість самогальмування. Ця властивість полягає у тім, що рух може передаватися тільки від черв'яка до черв'ячного колеса, що дуже важливо у вантажопідйомних пристроях, тому що дозволяє обходитися без гальма при вимиканні  привідного двигуна. Вантаж залишається при цьому висіти на тросі, намотаному на барабан, скріплений з черв'ячним колесом.

Рис. 14.2 Черв’ячна передача з циліндричним черв’яком

Недоліки черв'ячної передачі:

1.  Порівняно невисокий ККД

2.   Сильне нагрівання передачі внаслідок переходу втрат на тертя в теплову енергію. Для зменшення нагрівання в черв’ячній передачі застосовують масляні резервуари з ребристими стінками з метою   більш  інтенсивної тепловіддачі в навколишнє повітря, обдув корпуса й інші способи охолодження.

3.   Обмежена можливість передачі значних потужностей, звичайно до 50  кВт.

Черв'ячні передачі розрізняють:

за числом витків (заходів) черв'яка: - одно-, дво-, три- і багатозахідні;

за розташуванням валу черв'яка - щодо черв'ячного колеса: з верхнім, нижнім і бічним розташуваннями.

Найбільше поширення мають черв'ячні передачі з циліндричним  черв'яком (рис. 14.2, а).

Втрати у черв'ячній передачі обумовлені:

-  втратами в зачепленні;

-  втратами в опорах валів черв'яка і колеса;

-  втратами на розмішування і розбризкування мастила.

Таким чином, ККД передачі може бути представлений як добуток трьох коефіцієнтів

, де    - коефіцієнт корисної  дії, що враховує втрати у гвинтовій кінематичній парі;

 - коефіцієнт, що враховує втрати в опорах валів,

;

 - коефіцієнт, що враховує втрати на розмішування і розбризкування мастила, .

Орієнтовно значення повного ККД черв'ячної передачі для попередніх розрахунків можна приймати за наступними даними:

Черв'як однозахідний ………………………….0,7-0,75

Черв’як двозахідний  ………………………….0,75-0,82

14.2  Геометричні співвідношення у черв’ячній передачі

Витки черв'яка в осьовому перерізі мають форму рейки з кутом профілю  (див. рис. 14.2, б). Залежність між осьовим шагом, модулем і ходом витка виражається формулою

.

Діаметр ділильної окружності черв'яка рекомендується вибирати  кратним осьовому модулеві

, де   - число модулів у ділильному діаметрі черв'яка (або коефіцієнт діаметра  черв'яка), прийнятий по стандартномим рядом (ГОСТ

19672-74, 1-й ряд: 8; 10; 12,5; 16; 20; 25).

Діаметр окружності вершин витків черв'яка

.

Діаметр окружності западин черв'яка

.

Зазначена залежність відповідає радіальному зазорові . Іноді приймають радіальний зазор рівним , тоді

.

Число витків (заходів) черв'яка вибирають у  межах .

Ділильний кут підйому витків черв'яка

.

Підставивши у цю залежність значення  і , одержимо

.

Довжину (мм) нарізаної частини черв'яка підбирають за співвідношеннями:

при , ;

при ,

За ГОСТ 2144-76 черв'як з  не застосовується.

Окружний шаг черв'ячного колеса дорівнює осьовому шагу черв'яка, відповідно і модуль , дорівнює модулеві .

Рис. 14.3  Розміри черв’ячної пари

Черв'ячне колесо має розміри (рис. 14.3), що визначаються за формулами:

;

;

.

Оскільки вінець колеса охоплює черв'як, то зовнішній діаметр колеса більше, ніж діаметр окружності виступів,

.

Ширину вінця колеса рекомендується приймати: при    ;   при    .