Червячные передачи. Оценка и применение глобоидной передачи. Геометрия червяка. Геометрия колеса. Геометрия зацепления

Лекция №16

Тема 16: Червячные передачи

16.1. Общие сведения

          Червячная передача относится к передачам зацеплением со скрещивающимися осями валов. Угол скрещивания обычно равен 90°. Возможны и другие углы, отличные от 90°, однако такие передачи применяют редко. Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары. Червячную передачу можно получить из передачи винт–гайка, разрезав гайку осевой плоскостью, согнув её половину в дугу и дополнив дугу до окружности. Видоизмененная гайка c зубьями особой дуговой формы называется червячным колесом, а винт – червяком. По форме поверхности, на которой нарезана резьба, различают передачи:

          – червячные с цилиндрическим червяком (рис. 16.1);

          – глобоидные с глобоидным червяком (рис. 16.2).

               Рис. 16.1. Червячная передача               Рис. 16.2. Глобоидная передача

          Наиболее распространены цилиндрические червяки по ГОСТ 18498. Червяк, торцовым профилем которого является архимедова спираль (рис. 16.3, а, б), называют архимедовым и обозначают буквами ZA. В осевом сечении он имеет трапецеидальный профиль и представляет собой обычный винт с углом профиля 2a = 40°. Его можно нарезать на токарных или резьбофрезерных станках.

Рис. 16.3. Профили архимедова и эвольвентного червяков

          Исследования показали, что работоспособность червячной передачи повышается с уменьшением шероховатости и повышением твёрдости поверхности червяка. Это достигается шлифованием и полированием, однако для шлифования архимедовых червяков требуются специальные шлифовальные круги фасонного профиля, что затрудняет обработку и снижает точность изготовления. Поэтому архимедовы червяки изготавливают, в основном, с нешлифованными витками при Н £350НВ. Для высокотвердых шлифуемых витков (Н > 45 HRC) применяют эвольвентные червяки.

          Эвольвентный червяк ZI (рис. 16.3, б, в) в осевом сечении имеет выпуклый профиль, а в торцовом сечении – эвольвентный. Он представляет собой косозубое зубчатое колесо с очень большим углом наклона и малым числом зубьев (равным числу витков). Основное преимущество эвольвентных червяков – возможность шлифования витков плоской стороной круга. Однако для этого требуются специальные червячно–шлифовальные станки. Эвольвентные червяки широко применяются в экономически развитых странах.

          Конволютный червяк ZN в осевом сечении очерчен выпуклым профилем, а в нормальном сечении к винтовой линии – прямолинейным. Используется редко.

16.2. Оценка и применение

          Достоинства:

1) возможность получения больших передаточных отношений в одной паре; u = 10…60 (100);

2) плавность и бесшумность работы;

3) повышенная кинематическая точность;

4) возможность самоторможения.

          Недостатки:

1) низкий КПД;

2) повышенный износ и склонность к заеданию;

3) необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;

4) повышенные требования к точности сборки.

          Червячные передачи сложнее и дороже зубчатых и их применяют при необходимости передачи нагрузки между скрещивающимися валами, а также в делительных устройствах, где необходимы большие передаточные отношения и высокая кинематическая точность. Червячные передачи применяют в грузо-подъёмных машинах, станкостроении, автомобилестроении и других машинах. В частности, в путевых машинах червячно-винтовые передачи используют в механизмах раскрытия крыльев стругов и дозаторов.

          Червячные передачи используют в стрелоподъёмных лебёдках автокранов, в механизмах поворота отвала автогрейдеров, в механизмах подъёма электробалластёров и машины ВПО-3000. Мощность червячных передач обычно не превышает 50…60 кВт. При больших мощностях потери на трение в передаче столь существенны, что её применение становится экономически нецелесообразным.

16.3. Оценка и применение глобоидной передачи

          Достоинства:

1) повышенная нагрузочная способность (в 1,5 раза выше червячной) за счёт  одновременного зацепления 4…7 зубьев;

2) более высокий КПД за счет благоприятного расположения контактных линий;

          3) компактность передачи.

          Недостатки:

          1) сложность изготовления;

          2) высокая чувствительность к погрешностям сборки;

          3) высокая теплонапряжённость и необходимость введения принудительного охлаждения.

          Глобоид – поверхность, получаемая в результате вращения дуги окружности относительно оси, находящейся в плоскости дуги. Основные параметры глобоидных передач регламентированы ГОСТ 9369. Используются передачи редко в связи с отмеченными недостатками. Примерами использования служат рулевое управление автомобилей и механизмы подъёма лифтов.

16.4. Геометрия червяка

          Основные параметры передачи с цилиндрическим червяком регламентированы ГОСТ 19650: a = 20°, h_a^* = 1, с^* = 0,2. В целях уменьшения номенклатуры зубообрабатывающего инструмента ГОСТ 2144 предусматривает сочетания параметров z, m и q. Стандартом предусмотрено число витков (заходов) червяка z₁ = 1, 2 и 4. Делительный диаметр червяка:

d₁ = m×q,                                                       (16.1)

   где  m – торцовый модуль