Конструирование зубчатых и червячных колес. Конструкция червячных колес

Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63 , а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55 . Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо - из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.

Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса

Где v 1 - окружная скорость червяка; γ - делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали При скоростях скольжения v ск =5...30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1 , БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v ск ≤6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45 .

В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом и для надежности соединения скрепляют с ним винтами. В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения v ск ≤2 м/с червячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20 . Для амортизации ударов при работе червячной передачи, глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). Показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтамимежду стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как изубчатого колеса.

Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v 2 , обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по таблице.

43.Кинематика червячной передачи. КПД червячной передачи. За каждый оборот червяка сечение его витка смещается в осевом направлении на величину хода резьбы: t = p 1 z 1 , со скоростью u 1 = p 1 z 1 n 1 . Червячное колесо имеет окружную скорость u 2 = pd 2 n 2 = pmz 2 n 2 . Так как u 1 = u 2 , то z 1 n 1 = z 2 n 2 или z 1 w 1 = z 2 w 2 . Следовательно, передаточное число

u = w 1 /w 2 = n 1 /n 2 = z 2 /z 1 .

При движении витки червяка скользят по зубьям колеса так, как в винтовой паре. Скорость скольжения u S (рис. 3.38, а ) направлена по касательной к винтовой линии червяка. Как относительная скорость, она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса:

/ cos g .

На рис. 3.38 показаны контактные линии, лежащие на боковой поверхности зубьев цилиндрической (б ) и глобоидной (в ) передач, а также изображены проекции u векторов скорости скольжения, которые по модулю и направлению близки к окружной скорости червяка.

Если угол наклона контактных линий к вектору скорости скольжения мал, то условия для гидродинамической смазки неблагоприятны. Если скорость скольжения направлена поперёк линии контакта, то создаются условия для образования масляного клина, обладающего значительной подъёмной силой, и возникает режим жидкостного трения. Поэтому нагрузочная способность глобоидных передач примерно в 1,5 раза выше цилиндрической.

Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63 , а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55 . Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо - из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом (см. рис. 1; 2), реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.

Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса (рис. 3, д)

где v 1 - окружная скорость червяка; γ - делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали (см. рис. 1; 2). При скоростях скольжения v ск =5...30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1 , БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v ск ≤6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45 .

В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом (см. рис. 1; 2) и для надежности соединения скрепляют с ним винтами . В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами (рис. 4, а). При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими (рис. 4, б), т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения v ск ≤2 м/с червячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20 . Для амортизации ударов при работе червячной передачи , глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). На (рис. 4, в) показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтами между стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как и зубчатого колеса .

Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v 2 , обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по табл.

В зависимости от вида соединения венца со ступицей составные колеса могут иметь: напрессованный венец; механически закрепленный венец; венец, залитый непосредственно на ступицу.

а) б) в)

Конструкции червячных колес

Напрессованный венец, соединяемый со ступицей за счет горя-чепресоовых посадок (рис. 4, а ), применяют в малонагруженных передачах при постоянной нагрузке.

Соединение болтовым креплением (рис. 4,б) применяется в колесах больших диаметров (D ≥ 400 мм).

Более прогрессивным способом, позволяющим существенно сократить расход бронзы, является заливка венца непосредственно на ступицу (рис.4, в).

При скоростях скольжения V ск ≤ 2 м/с червячные колеса можно изготавливать целиком из чугуна СЧ15, СЧ18.

Конструкции червяков.

По форме поверхности, на которой образуется резьба, червяки бывают цилиндрическими и глобоидными (рис.5). Передачи с глобоидными червяками обладают повышенным КПД и нагрузочной способностью, более надежны и долговечны, но в изготовлении и монтаже значительно сложнее, чем передачи с цилиндрическими червяками.

Виды червячных передач

Цилиндрические червяки. Чаще всего червяки изготавливают заодно целое с валом, реже насадными. Диаметр ненарезанной части цельного червяка делают как можно большим, а длину червяка - возможно меньшей.

Насадные червяки применяют в передачах с малыми передаточными числами и большими диаметрами червяков.

Наибольшее распространение имеют следующие поверхности червяков: архимедова, эвольвентная, конволютная; соответствующие названия имеют и червячные передачи. Названия эти червячные передачи получили по виду кривых, получающихся в сечении витков червяка плоскостью, перпендикулярной к его оси (спираль Архимеда, классическая эвольвента окружности, удлиненная эвольвента). В соответствии с ГОСТ 18498-73 в документации их условно обозначают ZA , ZI , ZN .

Архимедов червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль которого является архимедовой спиралью (рис.б, а).

Эвольвентный червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль которого является эвольвентой окружности (рис.6, б).

Конволютный червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль витков которого является удлиненной эвольвентой (рис.6, в).

Формы профиля резьбы цилиндрических червяков

Для увеличения КПД и несущей способности передачи червяки термически обрабатывают, шлифуют и полируют. При необходимости шлифовки рабочих поверхностей витков резьбы предпочтительны конволютные и эвольвентные червяки, шлифовка которых по сравнению с архимедовым червяком проще и дешевле. Число витков червяка выбирается в зависимости от передаточного числа и передаваемой мощности. При больших передаточных числах и сравнительно небольших передаваемых мощностях (до 15 кВт), а также когда потери на трение не имеют существенного значения, можно применять однозаходные червяки, в противном случае применяются многозаходные червяки (Z 1 =2, Z 2 =4).

При скорости V 1 =5 м/с червяк рекомендуется располагать под колесом.

Конструкция червячных колес

Червячные колеса по условиям работы изготавливаютсоставными : центр колеса - из стали, реже из серого чугуна, а зубчатый венец - (бандаж) - из антифрикционного материала (рис. 38). Бронзовый ве­нец

Риc. 38. Конструкции червячных колес со штампованной или кованой ступицей: а - бронзовый венец запрессован на сту­пицу и закреплен винтами; б - бронзо­вый венец залит на ступицу, на ободе которой есть углуб­ления

установлен на центр с натягом по посадке: H7/p6; H7/r6; H7/s6.Эту конструкцию рекомендуется применять для передач с относитель­но невысоким тепловыделением, так как при значительной разнице в коэффициенте линейного расширения у бронзы и стали или чугуна при высокой температуре натяг уменьшается и надежность соединения сни­жается. Для предотвращения осевого взаимного смещения венца и сту­пицы червячного колеса в стыкуемые поверхности ввертывают винты с последующим срезанием головок (см. рис. 38,а).

В серийном и массовом производстве применяют биметаллическую конструкцию червячного колеса, бронзовый венец которой отлит в форму с предварительно вставленным в него центром. Для гарантии от смещения венца на заливаемой поверхности центра выполняют пазы различной формы (см. рис. 38,б).

4.1.3. Конструкция червяков

червячных передач

Червяк в большинстве случаев делают за одно целое с валом. Витки червяка могут быть нарезаны на токарном станке, если (рис. 39,а,б) или получены фрезерованием, если (рис.39,в).

Рис.39. Конструирование червячного вала: а) ; б) ;

Одним из основных требований является конструктивное обеспе­чение высокой жесткости червяка. С этой целью расстояние между опорами стараются сделать как можно меньшими. Диаметр вала червя­ка в ненарезанной части назначают таким, чтобы обеспечить, по воз­можности, свободный выход инструмента при обработке витков и необ­ходимую величину упорного заплечика для подшипника.

При относительно малом диаметре червяк приходится выполнять по рис.39,в. В этом случае высоту упорного заплечника в местах установки подшипников согласуют с наружным диаметром червяка.

4.1.4. Допуски формы и расположения поверхностей

для деталей червячной передачи

Правила выполнения чертежей цилиндрических червяков и червяч­ных колес устанавливаются ГОСТ 2403-75. Этот стандарт определяет правила указания на чертежах параметров зубчатых венцов. Другие данные, необходимые для изготовления этих деталей, приводятся на чертеже в соответствии с требованиями ЕСКД.

На изображении цилиндрического червяка (рис. 40) указывают: диаметр вершин витка , длину нарезной части червяка по верши­нам , размеры фасок Сна концах витка, шероховатость боковых по­верхностей витков Ö.

На изображении червячного колеса (рис.40) указывают: диаметр вершин зубьев , ширину зубчатого венца , расстояние от базового торца Т до средней торцовой плоскости колеса , наи­больший диаметр , радиус поверхности вершин зубьев R, размеры фасок С или радиусы притупления торцовых кромок зубьев, шерохова­тость боковых поверхностей зубьев.

4.1.5. Корпусные детали

червячных редукторов

Форму и размеры корпусных деталей определяют при компоновке редукторов; корпусные детали червячных редукторов конструируют в двух исполнениях: при небольших межосевых расстояниях мм корпуса делаются неразъемными, при мм - разъемными.

В разъемных корпусах линию разъема делают по линии оси вала червячного колеса. В неразъемных корпусах необходимо предусмот­реть возможность сборки редуктора, т.е. боковые крышки необходимо выполнить такого диаметра, через которые может войти внутрь редук­тора червячное колесо.

В зависимости от расположения червяка относительно колеса чер­вячные редукторы выполняются с нижним, боковым и верхним располо­жением червяка. Нижнее расположение червяка обычно применяется при скорости скольжения м/с. Что касается размеров элемен­тов самого корпуса редуктора, то при его конструировании можно пользоваться рекомендациями, которые приведены для корпуса зубча­того цилиндрического горизонтального редуктора (см. рис.19). Допус­ки формы и расположения элементов корпусных деталей см. на рис.24.