Глава 22. Червячные передачи

22.1. Общие сведения. Геометрические и кинематические особенности червячных передач

Червячная передача представляет собой передачу, у которой ведущее колесо (червяк) выполнено с малым числом зубьев (z₁ = 1–4), а ведомое (червячное) колесо имеет большое число зубьев (z₂ > 28). Угол скрещивания осей обычно составляет 90°.

Червяки бывают следующих видов:

– архимедов червяк, торцовым профилем которого является архимедова спи­раль (рис. 22.1);

– конволютный;

– эвольвентный, представляющий собой косозубое зубчатое колесо с очень большим углом наклона и малым числом зубьев.

Червяки имеют стандартный угол профиля α = 20° в осевом се­чении.

Рис. 22.1. Передача с цилиндрическим червяком

Достоинства червячных передач состоят в возможности получе­ния больших передаточных отношений в одной ступени (обычно i = 10–60, реже i = 60–100), плавности и бесшумности работы, воз­можности самоторможения.

Основной недостаток передач – низкий КПД, который ведет к большому тепловыделению и для отвода теплоты часто требует приме­нения специальных устройств (обдув, оребрение корпуса и др.). Это, а также необходимость применения цветных металлов существенно ограничивают области использования червячных передач (мощность до 50–60 кВт, окружная скорость – до 15 м/с).

Диаметры колес определяются, как для цилиндрических зубчатых колес при коэффициенте высоты головки = 1 и коэффициенте ра­диального зазора .

Диаметр делительного цилиндра червяка (рис. 22.2)

где q – коэффициент диаметра червя­ка, принимаемый в зависимости от модуля m для обеспечения жест­кости;

–осевой модуль червяка, стандартизован ГОСТ 19642–74 (m = 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12.5 и т. д.);

p – шаг червяка.

Рис. 22.2. Зацепление червячной передачи

Делительный угол подъема винтовой линии γ (обычно 5–20°) оп­ределяется по формуле

где z₁ = 1; 2; 4 – число витков (заходов) червяка.

При меньшем числе заходов z₁ угол γ будет меньше, ниже будет и КПД; при больших z₁ увеличиваются радиальные габариты и стоимость передачи. В передачах мощных приводов из-за больших потерь и сильного нагрева не рекомендуют использовать однозаходные червяки.

При u = 10–18, 18–40 число заходов соответственно 4 и 2, а при u > 40 число заходов 1.

Диаметры окружностей вершин и впадин червяка

где = 1,0 – коэффициент высоты головки;

– ко­эффициент высоты ножки; = 0,2 – коэффициент радиального зазора.

Червячное колесо является косозубым с углом наклона линии зуба . Диаметр колеса

где z₂ – число зубьев колеса.

Межосевое расстояние

Длина b₁ нарезной части червяка принимается такой, чтобы обеспечить зацепление с возможно большим числом зубьев колеса.

Ширина колеса b₂ назначается из условия получения угла об­хвата червяка колесом:

За один оборот червяка зуб колеса, контактирующий с некоторым его витком, переместится по окружности на расстояние подъема витка и колесо повернется на угол. Передаточное отношение червячной передачи

Обычно i = 20–60 в силовых передачах, i ≤ 300 в кинемати­ческих цепях приборов и делительных механизмов.

В червячном зацеплении наблюдается скольжение. Витки червяка скользят при движении по зубьям колеса.

Для уменьшения износа материалы червяка и колеса должны образовывать антифрикционную пару, имеющую минимально возможный ко­эффициент трения. Для повышения прочности и жесткости червяки обычно изготовляют из стали 40ХН, 12XH3A, 3ОХГСА и др., а колеса – из бронз БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л или венцы колес – из бронзы БрО10Ф1.

КПД передачи

где Т₁ и – вращающий момент и угловая скорость червяка;

Т₂ и – то же для колеса.

В предварительном расчете можно для z₁ = 1; 2; 4 соответст­венно принять = 0,7–0,75; 0,75–0,82; 0,87–0,92.

Невысокий КПД свидетельствует о том, что в червячной переда­че значительная часть энергии превращается в теплоту. Вызванное этим повышение температуры ухудшает защитные свойства масляного слоя, увеличивает опасность заедания и выхода передачи из строя.