3. Червячные передачи

3.1. Общие сведения

В червячной передаче движение осу­ществляется по принципу винтовой пары. Передача состоит из червяка1(рис. 15.1), имеющего винтовую нарезку витков, и червячного колеса2. Ее ис­пользуют для передачи вращательного движения между скрещивающимися осями валов (обычно под углом 90⁰)при необходимости реализации доста­точно больших передаточных чисел (u= 10...80).

Рие.15.1. Червячная передача:1–червяк; 2 – червячное колесо

Рис. 15.2. Передача с цилиндрическим(а) иглобоидным червяками

Преимущества червячных передач: высокие значения передаточных чисел, бесшумность и плавность работы, воз­можность получения точных и малых перемещений. Они допускают высокие перегрузки и могут обеспечить само­торможение механизма. Самоторможе­ние червячной передачи позволяет вы­полнить механизм без тормозного уст­ройства, препятствующего обратному вращению колеса (например, под дей­ствием силы тяжести поднимаемого груза).

К недостаткам червячных передач можно отнести низкий КПД вслед­ствие высокой скорости скольжения в зоне контакта витков червяка с зубьями колеса и значительное в связи с этим тепловыделение, ускоренное изнаши­вание и склонность к заеданию, необ­ходимость применения дорогих анти­фрикционных материалов с невысоки­ми механическими свойствами, повы­шенные требования к точности изго­товления и сборки, необходимость ре­гулировки зацепления.

По форме внешней поверхности червяка (рис. 15.2) передачи бывают сцилиндрическим (а) и глобоидным (б) черняком. Глобоидная передача характеризуется повышенным КПД и более высокой несущей способностью за счет увеличения длины линии контакта, но одновременно сложностью в изготов­лении, сборке и большой чувствитель­ностью к осевому смещению червяка, вызываемому, например, изнашивани­ем подшипников.

По форме боковой поверхности вит­ка передачи бывают трех типов: с архи­медовым (ZA), конволютным (ZN) и эвольвентным (ZI) червяками, которыеизготавливают разными способами (рис.15.3).

Рис.15..3. Основные типы цилиндрических червяков:

а – архимедов; б – конволюнтный; в – эвольвентный

Выбор профиля витка червяка в ос­новном определяется технологически­ми соображениями. В машиностроении широко применяют архимедовы червя­ки. Для их изготовления не требуется специальных станков, но шлифование витков затруднено, так как для этих це­лей требуются шлифовальные круги фасонного профиля. Архимедовы чер­вяки используют при твердости мате­риала НВ< 350.

Эвольвентные и конволютные чер­вяки применяют при высокой твердо­сти рабочих поверхностей (не менее 45HRС), так как шлифование их после термообработки не сопряжено с техни­ческими трудностями.

Направление витков червяка может быть правое или левое. В основном ис­пользуют червяки с правой нарезкой.

3.2. Основные геометрические параметры червячной передачи

Основные геометрические парамет­ры цилиндрических червячных пере­дач:модульзацепленият, число вит­ков (заходов)червяка z₁ и зубьевколеса z₂,коэффициентдиаметра червяка q, номинальное значение передаточного числа u_номимежосевое расстояние a_w регламентированы ГОСТ 2144-76.

В червячных передачах модуль т =Р/п (здесьР– осевой шаг червяка, мм).Для червяка этот модуль осевой, для ко­леса – торцевой. Значения модулей т, мм, регламентированы стандартом:

Ряд 1 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10;12,5; 16; 20

Ряд 2 3; 3,5; 6; 7; 12; 14

Число витков червяка z₁ принимают 1, 2 или 4 (значение 3 стандартом не предус­мотрено). Величинуz₁ выбирают в за­висимости от передаточного числа и червячной пары:

u 8...14 14,...30 Свыше 30

z₁4 2 1

По условию неподрезания основа­ния ножки зуба колеса число зубьев ко­леса должно бытьz₂ ≥ 27. Значенияz₂ ≥ 83 принимать не рекомендуется,так как снижается прочность зубьев червячного колеса на изгиб. Диапазон оптимальных значенийz₂ =32...63.

Передаточное число червячной пе­редачи

, (15.1)

где n₁иn₂– частоты вращения соответственно червяка и колеса.

Для червячных передач стандартных редукторов передаточные числа выби­рают из следующих значений:

Ряд 1 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,3; 40; 50; 63; 80

Ряд 2 9; 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5; 45; 56; 71

Для получения минимальных габарит­ных размеров передачи рекомендуется принимать наименьшее возможное зна­чениеz₁. Однако следует иметь в виду, чтопри этом КПД передачи будет минималь­ным. Число зубьев колесаz₂= z₁u.

Значения коэффициента q диаметрачервяка, введенного для удобства рас­чета геометрических параметров, рег­ламентированы стандартом:

Ряд 1 8; 10; 12,5; 16; 20

Ряд 2 7; 9; 12; 14

С целью уменьшения номенклатуры зубонарезного инструмента ГОСТ 2144–76 рекомендует принимать этотпараметр в сочетании с модулем зацеп­ления и числом витков червяка из сле­дующих соотношений:

т, мм 2; 2,5; 3,15; 4; 5 6,3;  8; 10; 12,5 16

q 8; 10; 12,5; 16; 20; 8; 10; 12,5; 16; 20 8; 10; 12,5; 16; 20

Фактическое значение q следует выбирать, исходя из обеспечения достаточной жесткости червяка, после предварительного расчетаq по приближенной зависимости:

q_min=0,25z₂. (15.2)

При выборе q следует также учитывать, что с увеличением этого коэффи­циента уменьшается КПД передачи. Межосевое расстояние

a_w= 0,5(d₁+d₁) = 0,5m(q +z₂). (15.3)

Для стандартных редукторов значе­ние a_w, мм, регламентировано ГОСТ 2144-76:

Ряд 1 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500

Рад 2 45; 56; 71; 90; 112; 140; 180; 225; 280; 355; 450

Если полученное значение a_w не соот­ветствует стандартному, то необходимо изменить сочетания параметровт иq или применить передачи со смещением (корригированные), причем смещают, только червячное колесо.

Важным геометрическим парамет­ром червяка является также угол  подъема винтовой линии червяка. Из рисунка 15.4 видно, что

tg=V₂/V₁=z₁/q, (15.4)

где V₂иV₁– окружные скорости соответственночервяка и колеса.

Значения угла  принимают в зави­симости от числа заходов червяка по справочным таблицам.