Рис к статье 27.3

Проектирование червячных передач

150 руб.

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Описание товара

Проектирование червячных передач

1 Общая характеристика и область применения червячных передач

1Если уменьшить диаметр и число зубьев шестерни винтовой зубчатой передачи (см. Рис 1а) и одновременно увеличить ширину венца В и угол наклона зубьев b колеса, то шес- терня  превращается в червяк (винт), а передача превращается в       червячную. (см. Рис 1б) При этом угол наклона зубьев колеса b            превращается в угол подъема линии витка γ  (см. Рис. 8). Такие изменения в винтовой передачи позволяют  значительно (в несколько раз) увеличить передаточное  число, которое в ряде специальных червячных передач может доходить до 200 и более, но при этом значительно снижается КПД передачи за счет увеличения трения в зацеплении. При угле подъема винтовой линии γ менее 7о, червячная передача становится самотормозящейся, что в зависимости от функционального назначения приводимого ею механизма может быть как преимуществом, так и недостатком. Именно эти преимущества и недостатки червячной  передачи и определяют область ее применения. Червячные передачи широко применяются в качестве привода поворота подъемных механизмах, в приводе технологического оборудования, в том числе содержащего поворотные столы и револьверные головки, а также в различных приборах.

Червячные передачи в машиностроении и приборостроении применяются в трех основных видах:

  • червячный редуктор (см. Рис 2 – 4),
  • специальный редуктор, встроенный в привод (см. Рис. 5)
  • передача встроенная в привод машины, оборудования, прибора (см. Рис 6, 7, 8),

Червячные редукторы имеют следующие конструктивные исполнения:

  • червячный редуктор с нижним расположением червяка (Рис.2а),
  • червячный редуктор с верхним расположением червяка (Рис.2б),
  • червячный редуктор с вертикальным расположением червяка (Рис. 3),
  • специальный червячный редуктор (Рис 4а, б, 5)

2

3

         Расположение червяка в пространстве (верхнее, нижнее, вертикальное) практически полностью зависит от взаимного расположения (компоновки) приводимого механизма и редуктора и в значительной степени от функционального назначения и специфики конструкции проектируемого технического объекта.

4

        На Рис 4а показана конструкция специального червячно – цилиндрического редуктора, быстроходная ступень которого выполнена на основе червячной передачи. На Рис 4б показана конструкция червячно – цилиндрического редуктора, в котором быстроходная ступень выполнена на основе цилиндрической передачи.

      На Рис 5 показана конструкция специального червячного редуктора встроенного в привод подъема кабины лифта, в котором при этом увеличена длина выходного вала и ступицы сборного червячного колеса. Это позволяет на ступице червячного колеса закрепить барабан подъемного механизма, а левую опору выходного вала вынести из корпуса редуктора, замкнув на нее усилия от подъема кабины лифта.

5

           На Рис 6  показана конструкция червячной передачи встроенной в привод листовых ножниц. При этом выходной вал червячной передачи жестко связан с кривошипным валом исполнительного механизма ножниц. На правом хвостовике червячного вала установлен маховик с муфтой включения, связанный посредством ременной передачи с приводным электродвигателем, а на его левом хвостовике установлена муфта тормоз.

6

На Рис 7 показана конструкция поворотного стола, привод которого содержит червячную передачу, колесо которой выполнено за одно целое с валом, а на его верхнем конце нарезаны зубья шестерни, зацепляющейся с ведомым зубчатым колесом, закрепленным на планшайбе поворотного стола.

7

На Рис 8 показана конструкция сканирующего устройства электронно – оптического прибора, в котором привод зеркала содержит встроенную червячную передачу, конематически соединенную с приводным электродвигателем посредствам двухступенчатой цилиндрической передачи

2. Геометрические параметры червячной передачи

       В машиностроении применяются два вида червячных передач цилиндрические и глобоидные. Цилиндрические червячные передачи имеют червяк, осевое сечение которого представляет собою рейку с прямолинейными или криволинейными боковыми поверхностями. В зависимости от формы винтовой поверхности зуба червяка согласно ГОСТ 18498-73 и ГОСТ 19036-94 предусмотрены пять видов червяков, из них наиболее часто применяемые следующие:

– архимедов червяк – ZA,

эвольвентный червяк – Z1,

– конволютный червяк – ZN
   Архимедова червячная передача имеет червяк, который в поперечном сечении витка имеет профиль спирали Архимеда, в осевом сечении имеет прямолинейный профиль, а в сечении перпендикулярном к направлению витка – криволинейный.

         Эвольвентная червячная передача имеет червяк, который в поперечном сечении витка имеет профиль эвольвенты, а в осевом сечении и в сечении перпендикулярном к направлению витка имеет криволинейный профиль.

Конволютная червячная передача имеет червяк, который в поперечном сечении витка имеет профиль конволюты, в осевом сечении имеет криволинейный профиль, а в сечении перпендикулярном к направлению витка – прямолинейный.

Рис 9Рис 9 Геометрические параметры червячной передачи

        Основными параметрами цилиндрической червячной передачи являются:
Для червяка:
m, модуль зацепления,
z1, число зубьев червяка,
q, коэффициент диаметра,
γ, делительный угол подъема витка червяка
d1, делительный диаметр червяка,
da1, диаметр вершин червяка,
pz, ход витка червяка,
h1, высота витка червяка,
aw , межцентровое расстояние передачи
Для червячного колеса:
m, модуль зацепления,
z2, число зубьев червячного колеса,
x , коэффициент смещения червяка,
d2, делительный диаметр червячного
колеса,
da2, диаметр вершин червячного колеса,
b2, ширина венца червячного колеса,

      Расчет геометрических параметров цилиндрической червячной передачи осуществляется на основании ГОСТ 19650-97, исходный контур передачи определен ГОСТ 19036-94, а основные параметры ГОСТ 2144-76.
Исходными данными при проектировании червячной передачи являются:
– модуль червячного колеса m,
– коэффициент диаметра червяка q,
– число витков червяка z1,
– число зубьев червячного колеса z2,
– вид червяка (архимедов, эвольвентный, конвалютный),
– передаточное число u,
– коэффициент смещения червяка x.

Взаимосвязь модуля m и коэффициента диаметра червяка q определяется ГОСТ 19672-74. Межцентровые расстояния и передаточные отношения для червячных передач определены ГОСТ 2144-76.

Рис 10Рис 10 Угол охвата червяка колесом

            Угол обхвата червяка червячным колесом 2𝜹 (см. Рис 10) принимают следующим образом:

– для силовых передач 2𝜹 = 90-120 град,
– для отсчетных передач 2𝜹 = 60-90 град ,
– для не силовых передач 2𝜹 = 45-60 град.

               Для повышения нагрузочной способности и износостойкости червячных передач стремятся обеспечить линейный контакт рабочих поверхностей зубьев. Это достигается нарезанием зубьев червячного колеса методом обкатки фрезой, являющейся точной копией червяка, с которым колесо должно работать в паре, при этом автоматически обеспечивается получение сопряженных рабочих поверхностей с линейным контактом.
Расположение контактных линий 1,2,3,4,5 в процессе их перемещения (см. Рис. 11) получается невыгодным с точки зрения образования устойчивого масляного клина между сопряженными поверхностями. Угол между вектором относительной скорости скольжения Vск, рабочих поверхностей и контактными линиями, особенно в среднем сечении, очень мал, или даже равен нулю, т. е. далек от наивыгоднейшего значения 90 град. В результате не исключено появление металлического контакта рабочих поверхностей зубьев червяка и червячного колеса их повышенный износ и даже заедание. Эти неблагоприятные условия смазки несколько облегчаются тем, что в следствии приработки и деформации контактные линии, превращаются в сравнительно большую контактную
поверхность. Для увеличения этой поверхности зубья червячного колеса делают глобоидными – охватывающими червяк.

Рис 12Рис 12 Глобоидная червячная передача

          В червячной глобоидной передаче червячное колесо и червяк имеют взаимно охватывающую глобоидную форму (см. Рис 12), при этом червяк в осевом сечении представляет собою круговую рейку с прямолинейными боковыми сторонами. Это позволяет обеспечить одновременное зацепление 4 – 7 зубьев колеса и соответственно распределить действующую нагрузку. Основное распространение получили глобоидные передачи с прямолинейным профилем витков червяка и зубьев колеса в главном осевом сечении. В этом сечении червяк и венец червячного колеса образуют соответственно вогнутую и выпуклую круговые рейки

Рис 13Рис 13 Геометрические параметры глобоидной червячной передачи

         Все прямые очерчивающие боковые профили витков червяка и зубьев колеса, являются касательными к некоей профилирующей окружности диаметра d_о (см. Рис. 13). Нарезание зубьев колеса фрезой, подобной червяку, обеспечивает линейный контакт сопряженных поверхностей. Расположение контактных линий во всех последовательных положениях оказывает благоприятное влияние на образование масляного слоя между рабочими поверхностями. Столь благоприятные условия смазки и одновременная работа нескольких зубьев повышают нагрузочную способность глобоидной передачи по сравнению с обычной червячной передачей в два – четыре раза, особенно при работе в установившемся режиме. Одновременно глобоидная передача имеет более высокий КПД и отличается лучшей износостойкостью зубьев, повышенной надежностью и долговечностью. Высокая нагрузочная способность глобоидных передач позволяет делать их весьма компактными. Однако глобоидные передачи из-за возникновения опасности перегрева, как правило, нуждаются в принудительном охлаждении. Повышенные требования к точности изготовления глобоидного червяка и колеса и обеспечению их взаимного расположения при сборке, также являются недостатком передачи.
Расчет геометрических параметров глобоидного червяка и колеса осуществляется в соответствии с ГОСТ17696-89. Основные параметры глобоидного зацепления определяется по ГОСТ 9369-71. Допуски геометрических параметров глобоидных передач определены ГОСТ 16502-83, а правила
оформления чертежей ГОСТ 2.407-75.

3 Рекомендации по проектированию основных элементов червячной передачи

      Основным условием длительной надежной работы червячной передачи является исключение задиров в зане контакта червяка и червячного колеса, которые как правило работают в тяжелом режиме с выделением большого количества тепла ввиду интенсивного трения между их рабочими поверхностями. Это достилается постоянным наличием смазки в рабочей зоне передачи и подбором материалов червяка и колеса обладающими при работе в паре хорошими антифрикционными свойствами. Для уменьшения трения в червячной паре рабочую поверхность витков червяка изготавливают из закаленной стали, обеспечивая высокую чистоту поверхности, а зубчатый венец червячного колеса изготавливают из материалов обладающих хорошими антифрикционными свойствами.

Для изготовления червяков быстроходных тяжело нагруженных передач применяют:

  • качественные конструкционные стали Сталь 45, 50, 40Г2 и т. п.,
  • легированные стали, цементуемые Сталь 20Х, 12ХН3А, 20Х2Н4А, улучшаемые Сталь 40Х, 40ХН, 35ХГСА,

Червяки тихоходных, мало нагруженных червячных передач изготавливают их конструкционных сталей упрочняемых до твердости HB ≤ 280, которая обеспечивается путем нормализации или улучшения. Червяки глобоидных передач  изготавливают из лигированных сталей 35ХМА и 33ХГН.

Для изготовления червячных колес быстроходных (V > 5м/с), тяжело нагруженных передач применяют оловянистые бронзы Бр ОФ 10-1, Бр ОНФ, ОЦС 6-6-3, для среднескоростных передач – безоловянистые  бронзы Бр АЖ9-4, Бр АЖН10-4-4,   Бр АЖМц10-3-1,5, для неответственных передач, работающих с малыми скоростями (V ≤ 2м/с), применяются серые чугуны СЧ – 21 – 40, СЧ 15 – 32Рис 14

Рис 14 Конструктивные исполнения червяка и червячного колеса

        Червяки  обычно изготавливаются за одно с ведущим валом червячной передачи (см. Рис 14а) и только в отдельных случаях они выполняются в виде отдельной детали  устанавливаемой на вал с натягом (см. Рис 14б). Червячные колеса, наоборот, в большинстве случаев изготавливаются сборными и состоят из стальной ступицы и бронзового венца (см. Рис 14в, г) и только в малогабаритных червячных передачах, применяемых, например в приборах червячное колесо целиком изготавливается из бронзы.

Рис 15Рис 15 Варианты конструкции подшипниковых опор червячной передачи

      Важную роль в обеспечении длительной надежной работы червячной передачи играет конструкция подшипниковых опор червяка и вала червячного колеса. При конструировании подшипниковых опор червяка и червячного колеса необходимо учитывать величину радиальных и осевых нагрузок  имеющих место при работе червячной передачи, а также наличие реверсивного режима работы. На Рис 15а показана конструкция подшипниковых опор короткого червяка (l ≤ 300мм) передачи работающей при небольших перепадах температуры, которые выполнены на основе радиально – упорных конических роликоподшипников, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки.  На Рис 15б показана конструкция подшипниковых опор длинного червяка (l ≤ 300мм) реверсивной малонагруженной передачи работающей при значительных перепадах температуры, поэтому правая опора червяка выполнена на основе двух шариковых радиально – упорных подшипников воспринимающих как осевые нагрузки в обоих направлениях, так  и радиальные нагрузки, а левая опора выполнена на основе плавающего в осевом направлении радиального шарикоподшипника воспринимающего только радиальные нагрузки.  На Рис 15в показана конструкция подшипниковых опор длинного червяка (l ≤ 300мм) реверсивной средненагруженной передачи работающей при значительных перепадах температуры, поэтому правая опора червяка выполнена на основе двух радиально – упорных конических подшипников воспринимающих как осевые нагрузки в обоих направлениях, так и радиальные нагрузки, а левая опора выполнена на основе плавающего в осевом направлении радиального шарикоподшипника воспринимающего только радиальные нагрузки.  На Рис 15г,д показана конструкция подшипниковых опор длинного червяка (l ≤ 300мм) реверсивной тяжело нагруженной передачи работающей при значительных перепадах температуры, поэтому правая опора червяка выполнена на основе двух радиально – упорных конических подшипников воспринимающих как осевые нагрузки в обоих направлениях, так и радиальные нагрузки, а левая опора выполнена на основе плавающего в осевом направлении радиального роликоподшипника воспринимающего радиальные нагрузки, или радиального двухрядного сферического роликоподшипника имеющего возможность компенсировать изгиб червячного вала.  На Рис 15е показана типовая конструкция подшипниковых опор вала червячного колеса, выполненная на основе двух радиально – упорных конических подшипников воспринимающих как осевые нагрузки в обоих направлениях, так  и радиальные нагрузки.

         Работоспособность червячной передачи обеспечивается величиной бокового зазора и пятна контакта в зацеплении, а для подшипников величиной осевого зазора и перекоса колец. Величина осевого зазора в подшипниках обязательно указывается в технических требованиях сборочного чертежа и обеспечивается при сборке передачи. Параметрами, обеспечивающими получение необходимой величины бокового зазора и пятна контакта для передачи с цилиндрическим червяком согласно ГОСТ 3675-81 являются:
– боковой зазор между витками червяка и зубьями червячного колеса в передаче j,
– предельное смещение средней плоскости червячного колеса относительно оси червяка в передаче fx,
– отклонение межосевого угла между осями червяка и червячного колеса в передаче fr
Все эти параметры обеспечиваются при сборке червячной передачи.

4 Допуски на размеры деталей червячной передачи

      Типовыми деталями червячной зубчатой передачи являются: червячное колесо, червяк, корпус червячного редуктора, вал червячного колеса, торцевые крышки, распорные втулки. Рассмотрим требования по точности к их размерам и поверхностям.
Допуски на геометрические параметры червяка и червячного колеса назначаются в соответствии с ГОСТ 3675-81, который устанавливает 12 степеней точности. В зависимости от степени точности передачи нормирует показатели кинематической точности, плавности работы и нормы контакта зубьев в передаче. Степень точности передачи выбирается в зависимости от ее назначения (силовая или кинематическая). Рекомендации по выбору степени точности червячных передач приведены в табл. 1.Рис 15АБоковой зазор в червячной зубчатой передаче jn обеспечивается за счет уменьшения толщины витка червяка путем дополнительного смещения исходного контура или другими словами зуборезного инструмента при нарезании червяка. Боковой зазор в передаче jn необходим:Рис 15БРис 15ВРис 15ГРис 15Д     В точных и ответственных червячных передачах, для которых необходимо установить минимально допустимый боковой зазор, его величина рассчитывается как исходное – замыкающее звено соответствующих размерных цепей (см. раздел 6.2). После выполнения расчета минимальной величины бокового зазора в передаче по ГОСТ 3675-81 выбирается наиболее близкий вид сопряжения. Таким образом, точность изготовления чяервяка и червячного колеса задается степенью точности, а требования к боковом зазору видом сопряжения, например: 7 – В ГОСТ 3675-81, что соответствует зубчатому колесу 7(й) степени точности и виду сопряжения В. Требования по величине и допуску бокового зазора в зубчатой передаче указываются в таблице, которой сопровождается чертеж зубчатого колеса, требования по ее содержанию определены ГОСТ 2.406-75. Независимо от степени точности зубчатой передачи, ГОСТ 3675-81 устанавливает шесть видов сопряжения зубчатых колес A, B, C, D, E, H. Для червячных передач отсчетных механизмов нормируется величина мертвого хода, при этом минимальная величина бокового зазора jmin определяется по следующей формуле:

Рис 15Е     Показателями, контроль которых позволяет определить выполнение требуемой величины утонения витка червяка, позволяющего получить требуемый боковой зазор в передаче согласно ГОСТ 19650-97 являются:
Sa1, делительная толщина по хорде витка червяка,
M1, размер червяка по роликам.
Для червячных колес 6-9 степени точности в качестве показателей кинематической точности рекомендуется использовать: допуск на радиальное биение Fr, показателя плавности зацепления – предельное отклонение шага колеса fpt и норм контакта – предельное смещение средней плоскости колеса fx
Все эти показатели, являющиеся параметрами для контроля зубчатого колеса и вместе с его основными показателями и справочными данными в соответствии с требованием ГОСТ 2.406-75, при оформлении чертежа червячного колеса и червяка заносятся в таблицу (см. Рис 16, 17).
Для обеспечения нормальной работы червяка и червячного колеса их рабочие и базовые поверхности должны быть выполнены с определенной шераховатостью. Требования к шераховатости поверхностей зубчатых колес с m ≥ 2, установленные ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73, приведены в таб. 2

                                                                                                             Таблица 2

Рис 15Ж      Помимо перечисленных требований, которые в основном относятся к точности зубчатого зацепления, необходимо еще назначить следующие требования по точности к базовым размерам и поверхностям червячного колеса:
– посадку базового отверстия d зубчатого колеса,
– допуск Δ на расстояние Б8 от базового торца до средней плоскости червячного колеса,
– допуск на диаметр вершин зубьев колеса D,
– допуск на внешний диаметр колеса D1,
– допуск на длину ступицы червячного колеса P7,
– радиальное биение наружного диаметра D заготовки колеса относительно базового отверстия d,
– биение торцев ступицы червячного колеса,
– погрешность формы базового отверстия d.

Рис 16Рис 16 Чертеж и таблица параметров червячного колеса

          Посадку базового отверстия d червячного колеса назначают в зависимости от режима работы передачи и величины передаваемой нагрузки по H6 – H9. Допуск Δ на расстояние Б8 от базового торца до средней плоскости червячного колеса, назначают по 10-11 квалитету и уточняют на основании расчета размерной цепи Б (см. Рис 29). Допуск на диаметр вершин зубьев червячного колеса D устанавливается в зависимости от степени точности передачи по h10 – h12. Допуск на внешний диаметр колеса D1 устанавливается по h10 – h11. Допуск на длину ступицы червячного колеса P7, предварительно устанавливается по h10 – h12, и уточняется после расчета размерной цепи Р (см. Рис 32). Радиальное биение Fda2 наружного диаметра D заготовки колеса относительно базового отверстия d, по аналогии с цилиндрическими зубчатыми колесами, назначается в зависимости от радиального биения зубчатого венца червячного колеса Fr, величина которого нормируется ГОСТ 3675 – 81 Рис 16А       Этот допуск уточняется после расчета размерной цепи А, определяющей влияние погрешностей изготовления деталей червячной передачи на величину бокового зазора (см. Рис 29). Биение базового торца ступицы червячного колеса Δ, рассчитывается по следующей формуле: Рис 16Б     Биение второго торца ступицы колеса назначается на таком же уровне как базового. По-грешность формы базового отверстия колеса назначается в соответствии с рекомендациями таб.3 заимствованной из работы [4].

                                                                                                  Таблица 3

Рис 16В         Установим требования к размерам и поверхностям червяка (см. Рис 17). Для обеспечения работоспособности червяка в составе передачи необходимо выполнить следующие требования по его точности:
– посадка поверхностей червяка D1, D2, D3,D4,
– допуск на диаметр вершин витков червяка D5,
– допуск Δ на размер червяка C3,
– радиальное биение наружного диаметра червяка относительно посадочных мест под подшипники D1, D2
– радиальное биение посадочных мест червяка D1, D2, D3,D4, относительно оси центров А,
– торцевое биение заплечиков червяка относительно посадочных мест D1 и D2 под установку подшипников,
– погрешности формы посадочных мест червяка D1, D2, D3, D4.

Рис 17Рис 17 Чертеж и таблица параметров червяка

       Посадка поверхностей и погрешность формы D1, D2 под установку подшипников, назначаются согласно ГОСТ 3325-85 в зависимости от режима работы передачи и вида нагружения колец подшипников. Посадка диаметра вала D3, под установку уплотнительной манжеты, устанавливается согласно ГОСТ 8752-79 по h10. Посадка вала D4, под установку шкива или полумуфты назначается с натягом (переходная или прессовая) по 6 – 9 квалитету. Радиальное биение поверхностей D1, D2 относительно оси центров А назначается по 8 – 9 классу точности ГОСТ 24643-81 и уточняется по результатам расчета размерной цепи ψ (см. Рис 30), определяющей отклонение межосевого угла в передаче fΣr, величина которого нормируется ГОСТ 3675 – 81. Радиальное биение поверхности D3, устанавливается на основании требований ГОСТ 8752-79. Радиальное биение поверхности D4 относительно оси центров А назначается по 9 классу точности ГОСТ 24643-81. Погрешность формы диаметров вала D3 и D4 устанавливается на основе рекомендаций таб.3. Допуск на диаметр вершин витков червяка D5 назначается по h10-h11. Допуск Δ на размер вала C3 устанавливается на основе расчета размерной цепи С (см. Рис 31), определяющей количество прокладок, устанавливаемых под торцы крышек для регулировки зазора в подшипниках, при этом, величина допуска Δ, обычно соответствует 10 – 12 квалитету, исходя из сложившейся технологии изготовления червяка. Биение торцев червяка относительно посадочных мест подшипников D1 и D2, устанавливается, согласно требований ГОСТ 3325-85 на торцевое биение вала. Погрешность формы поверхностей D1, D2 под установку подшипников, назначаются согласно ГОСТ 3325-85, в зависимости от степени точности подшипников. Поскольку наружный диаметр червяка используется в качестве измерительной базы для контроля толщины витка, его допуск Tda1 рекомендуется назначать в зависимости от допуска на толщину витка червяка по хорде Ts, величина которого нормируется ГОСТ 3675-81 Рис 17А     Величина радиального биения наружного диаметра заготовки червяка Fda1 относительно посадочных мест под подшипники D1, D2 назначается в зависимости от радиального биения витка червяка fr, нормируемого ГОСТ 3675-81

Рис 17БРис 18Рис 18 Чертеж корпуса червячного редуктора

           Установим требования к размерам и поверхностям корпуса червячного редуктора, показанного на Рис 18.
Для обеспечения работоспособности корпуса редуктора в составе передачи необходимо выполнить следующие требования по точности:
– размер и допуск C8 – Δ, между торцами отверстия под установку подшипников червяка,
– размер и допуск на расстояние L ± Δ, от оси отверстия под установку подшипников вала червячного колеса до торца отверстия под установку подшипников червяка,
– размер и допуск К ± Δ, от базовой плоскости А до оси отверстия под установку подшипников червяка,
– размер и допуск P2 ± Δ, между торцами отверстия под установку подшипников вала червячного колеса,
– размер и допуск Б3 ± Δ, от оси отверстия под установку подшипников червяка до торца отверстия под установку подшипников вала червячного колеса
– межцентровое расстояние A3 ± Δ, между осями отверстий под установку подшипников червяка и подшипников вала червячного колеса и допуск на него,
– непаралельность оси отверстия D к базовой плоскости А,
– непаралельность оси отверстия D1 к базовой плоскости А,
– неперпендикулярность торцев отверстия D,
– неперпендикулярность торца отверстия D1,
– неплоскостность поверхности А,
– неперпендикулярность осей отверстий D и D1,
– погрешность формы отверстий D и D1
Допуск Δ на расстояние C8 между торцами отверстия под установку подшипников червяка, устанавливается по h10-h12 и уточняется после расчета размерной цепи С (см. Рис 31). Допуск Δ на размер P2 устанавливается по          h10-h12 и уточняется после расчета размерной цепи Р  (см.Рис 31). Допуск Δ на размер L назначается по 10 – 11 квалитету. Допуск Δ на размер Б3 рассчитывается по следующей формуле:

Рис 17ВДопуск Δ на межцентровое расстояние A3 рассчитывается по следующей формуле:

Рис 17Г       Допуск Δ на размер К, от опорной плоскости А корпуса редуктора до горизонтальной оси отверстия D и непаралельность оси отверстия D к базовой плоскости А, а также непаралельность оси отверстия D1 к базовой плоскости А, устанавливается из конструктивных соображений, или на основании расчета соответствующих размерных цепей (см. Рис 29, 30). Неперпендикулярность торцев отверстия D и D1 назначается согласно требований ГОСТ3325-85, как на заплечики отверстия под установку подшипника в корпусе. Неплоскостность поверхности А, назначается согласно рекомендаций таб.1. Неперпендикулярность осей отверстий D и D1 рассчитывается по следующей формуле:

Рис 17ДПогрешность формы отверстий D и D1 назначается согласно требований ГОСТ 3325-85, в зависимости от степени точности подшипников.

Рис 19Рис 19 Чертеж вала червячного колеса

         Установим требования по точности к размерам и поверхностям вала червячного колеса (см. Рис. 19), обеспечивающие его работоспособность в составе червячной передачи. Для обеспечения работоспособности вала при его работе в составе червячной передачи необходимо выполнить следующие требования по точности:
– посадку поверхностей под установку зубчатого колеса и подшипников D1, D2, D3,D4, D5,
– расстояние и допуск между торцами вала, в которые упираются зубчатое колесо и левый подшипник H8 – Δ,
– радиальное биение посадочных мест вала D1, D2, D3,D4, D5,
– торцевое биение заплечиков вала относительно посадочного места D1 под установку зубчатого колеса и посадочного места D2 под установку левого подшипника,
– погрешности формы посадочных мест D1, D2, D3, D4, D5.

             Посадка поверхности D1 под установку червячного колеса, в зависимости от условий работы передачи и величины передаваемой нагрузки, назначается с незначительным натягом – переходная (j, k, m, n) , или с большим натягом прессовая (p, r, s, u), как правило, 6 – 9(го) квалитета. Посадка поверхностей вала D2, D3 назначается согласно требований ГОСТ 3328-85, в зависимости от режима работы передачи и нагруженности колец подшипников. Посадка поверхности вала D4, под установку уплотнительной манжеты, устанавливается по h11. Посадка поверхности вала D5, под установку шкива или полумуфты назначается с натягом (переходная или прессовая) по 6 – 9 квалитету. Радиальное биение поверхностей D4 и D5 относительно оси центров Г назначается по 9 степени точности ГОСТ 24643-81. Погрешность формы диаметров вала D4 и D5 устанавливается на основе рекомендаций таб.3 Размер вала H8 устанавливается на основе расчета размерной цепи H (см. Рис 29), определяющей количество прокладок, устанавливаемых под торцы крышек для регулировки зазора в подшипниках, при этом, величина допуска Δ, обычно соответствует 10 – 12 квалитету, исходя из возможностей технологии изготовления вала. Погрешность формы посадочного места вала D1 устанавливается, согласно требований таб.3, а погрешность формы посадочных мест под установку подшипников D2, D3 устанавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 3325-85. Биение торца вала относительно посадочного места D2, устанавливается, согласно требований ГОСТ 3325-85 на торцевое биение заплечиков вала. Биение торца вала относительно посадочного места D1 устанавливается равным величине торцевому биению ступицы зубчатого колеса, или может приниматься равным биению торца вала относительно посадочного места D2. Радиальное биение посадочного места вала под установку зубчатого колеса D1 относительно общей оси посадочных мест под подшипники D2, D3 устанавливается на основе расчета размерной цепи, определяющей величину бокового зазора (см. Рис 29).

Рис 20Рис 20 Чертежи торцевых крышек червячного редуктора

       Установим требования к размерам и поверхностям торцевых крышек показанных на Рис 20. Для обеспечения работоспособности торцевых крышек в составе зубчатой передачи необходимо выполнить следующие требования по точности.
Для глухой крышки (Рис. 20а):
– непараллельность поверхности крышки упирающейся в наружное кольцо подшипника к поверхности, прилегающей к торцу отверстия в корпусе редуктора,
– размер и допуск посадочного места крышки D, устанавливаемого в расточку корпуса,
– расстояние между торцевыми поверхностями крышки H1 ± Δ.

            Для крышки с отверстием для установки уплотнительного манжета (см. Рис 20б)
– непараллельность поверхности крышки упирающейся в наружное кольцо подшипника к поверхности, прилегающей к торцу отверстия в корпусе редуктора,
– размер и допуск посадочного места крышки D1, устанавливаемого в расточку корпуса,
– расстояние между торцевыми поверхностями крышки H4± Δ,
– размер и допуск отверстия под установку манжета D2,
– радиальное биение отверстия под установку манжета D2 относительно базы А,
– погрешность формы поверхностей D1 и D2

       Непараллельность поверхности крышки упирающейся в наружное кольцо подшипника поверхности прилегающей к торцу отверстия в корпуса редуктора устанавливается по 7(й) степени ГОСТ 24643 – 81 для обоих типов крышек. Допуск посадочного места крышки D, D1 устанавливаемого в расточку корпуса, как правило, назначается по h8 – h9 Расстояние между торцевыми поверхностями крышки    H1 ± Δ (H4 ± Δ) устанавливается на основе расчета размерной цепи (см. Рис 32), определяющей количество прокладок, устанавливаемых под торцы крышек для регулировки зазора в подшипниках, при этом, величина допуска Δ, обычно соответствует 10 – 12 квалитету, исходя из технологии изготовления крышки. Допуск на размер отверстия под установку манжета D2 для второго типа крышки устанавливается по посадке H8. Радиальное биение отверстия под установку манжета D2 относительно базы А устанавливается по 9(й) степени точности ГОСТ 24643 – 81. Погрешность формы поверхностей D1 и D2 устанавливается согласно рекомендаций таб. 1.

Рис 21Рис 21 Чертеж распорной втулки

      Установим требования к размерам и поверхностям распорной втулки показанной на Рис 21. Для обеспечения работоспособности распорной втулки при ее работе в составе зубчатой передачи необходимо выполнить следующие требования по точности:
– посадку втулки на диаметр базового отверстия D,
– допуск Δ на длину втулки H,
– биение торца втулки, контактирующего со внутренним кольцом подшипника, относительно ее базового отверстия,
– непараллельность торцев втулки,
погрешность формы базового отверстия втулки.
Поскольку распорная втулка не передает крутящий момент, а служит также как и распорный выступ вала H8, только для осуществления замыкания усилия прижима колец подшипников торцевыми крышками, то для удобства ее монтажа на вал при сборке и разборке посадка внутреннего диаметра втулки на вал устанавливается по H10 – H11, только для обеспечения ее центрирования.
Размер и допуск на длину втулки H устанавливаются на основе расчета размерной цепи определяющей количество прокладок, устанавливаемых под торцы крышек для регулировки зазора в подшипниках (cм. Рис29), при этом, величина допуска Δ, назначается по h10 – h12, исходя из технологии изготовления детали. Биение торца втулки, контактирующего со внутренним кольцом подшипника, относительно ее базового отверстия устанавливается согласно ГОСТ 3325-85, так же как на торцевое биение заплечиков вала. Непараллельность торцев втулки рекомендуется устанавливать как удвоенное торцевое биение заплечиков вала по ГОСТ 3325-85. Погрешность формы базового отверстия втулки устанавливается с учетом требований таб. 3.

5. Прочностной расчет червячной передачи

            Прочностной расчет червячной передачи осуществляется на контактную и изгибную прочность зубьев червячного колеса, как наиболее слабого элемента передачи. При этом расчетное контактное напряжение определяется по следующей формуле:Рис 21А      Величина допустимых контактных напряжений определяется по следующей    формуле: Рис 21Б        Расчетное изгибное напряжение зубьев червячного колеса определяются по      следующей формуле:Рис 21В      При проектировочном расчете червячной передачи, рассчитывается диаметр червячного колеса или межцентровое расстояние передачи по следующим формулам.Рис 21Г

6. Основы технологии изготовления основных деталей
и сборки червячных передач

6.1 Технология изготовления червяков и червячных колес

       Технология изготовления червяков зависит от твердости материала и степени точности передачи. При высокой твердости материала червяка (HRC больше 37) окончательная обработка его винтовой поверхности осуществляется методом шлифования. Для получения червяков высокой степени точности (5(й) и выше) в качестве финишной операции при формировании винтовой линии используют шевенгование, притирку и полирование. Для выполнения заложенных в чертеже требований по точности червяка и червячного колеса конструктором должны быть определены базовые поверхности и соответствующие требования к ним, которые обеспечиваются технологией изготовления детали на операции, предшествующей зубонарезанию. Для червяка, это общая ось центров, образованная центровыми отверстиями выполненными с обоих торцев детали. Для червячного колеса, это базовое отверстие и базовый торец. Кроме того, в чертеже червяка и червячного колеса должно быть указано биение наружной поверхности заготовки, на которой нарезается зуб или винтовая линия относительно базовой поверхности, которое должно быть обеспечено и обязательно проконтролировано на операции предшествующей зубонарезанию. Винтовая поверхность червяка в зависимости от масштаба производства и степени точности нарезается профильными резцами, дисковыми и пальцевыми фрезами, обкаточными резцами типа долбяков и шлифуется, при высокой твердости материала червяка и высокой степени точности. Зубья червячных колес в единичном и мелкосерийном производстве нарезают летучими резцами, в серийном производстве фрезеруют червячными фрезами, а зубья точных колес получают шлифованием и шевенгованием.

6.2 Сборка червячных передач

            Общая сборка червячной передачи осуществляется в следующей последовательности:
– червяк предварительно собранный с подшипниками правой опоры вводится в расточку корпуса редуктора (картера), в которой установлен подшипник левой опоры червяка (см. Рис. 22),

Рис 22Рис. 22 Установка червяка в сборе в корпус редуктора

– червячное колесо в сборе с валом и подшипниками устанавливается в соответствующую расточку нижней части корпуса редуктора (см. Рис. 23),

Рис 23Рис 23. Установка червячного колеса в корпус редуктора

– регулировка положения средней плоскости червячного колеса относительно оси червяка (см. Рис. 24),

Рис 24Рис. 24 Схема контроля положения средней плоскости червячного колеса относительно оси червяка

       Проверку положения оси червяка относительно червячного колеса производят при помощи шаблона (см. Рис. 25а) или индикаторного контрольного приспособления (см. Рис. 25б). Положение оси червяка относительно средней плоскости червячного колеса контролируется шаблоном 1 и контрольным валиком 2, помещаемым в отверстие корпуса под установку вала червячного колеса (см. Рис. 25в). Смещение средней плоскости колеса относительно оси червяка в собранной передаче может быть проконтролировано по пятну контакта. Для определения величины и расположения на боковой поверхности зуба колеса пятна контакта, на винтовую поверхность червяка наносят краску, после чего он вводится в зацепление с червячным колесом. Последующим медленным вращением червяка получают отпечатки на зубьях червячного колеса, по характеру которых судят о качестве зацепления. Нормы пятна контакта для червячных передач определены ГОСТ 3675-81 и нормируются в зависти от степени точности передачи.

Рис 25Рис. 25 Возможные варианты расположения пятна контакта в червячной передаче

– установка крышки корпуса редуктора (крышки) и монтаж торцевых крышек подшипников вала червячного колеса (см. Рис. 26),

Рис 26Рис. 26 Установка крышки корпуса и торцевых крышек вала червячного колеса

– подбор (расчет) толщины прокладок устанавливаемых под торцевые крышки вала червячного колеса (выполняется на основании замера размеров h1 и h2 (см. Рис 26)):

– контроль и регулировка бокового зазора в собираемой червячной передаче (см. Рис. 27)Рис 27

Рис. 27 Контроль величины бокового зазора в червячной передачи

      Непосредственно проконтролировать зазор в червячной передаче практически невозможно, поэтому его величину контролируют по косвенному показателю с последующим пересчетом. Таким косвенным показателем величины бокового зазора в червячной передаче является угол свободного поворота червяка при неподвижном (закрепленном) червячном колесе ф. При этом величина фактического бокового зазора в передаче рассчитывается по следующей формуле:

Рис 27АВ крупных и средних червячных передачах для измерения угла ф пользуются переносной градуированной шкалой, а в малогабаритных передачах, где боковой зазор мал, свободный поворот червяка определяют индикаторами 2 и 4 и рычагами 1 и 3 по схеме, показанной на Рис 26.
– подбор (расчет) количества и толщины прокладок и их установка под базовый торец стакана правой подшипниковой опоры червяка (размер h3), обеспечивающих необходимый боковой зазор в передаче (см. Рис, 28)

Рис 28Рис. 28 Установка прокладок под базовый торец стакана правой подшипниковой опоры червяка обеспечивающих необходимый боковой зазор в передаче

      Работоспособность червячной передачи обеспечивается величиной бокового зазора и пятна контакта в зацеплении, а для подшипников величиной осевого зазора и перекоса колец. Параметрами, обеспечивающими получение необходимой величины бокового зазора и пятна контакта для передачи с цилиндрическим червяком согласно ГОСТ 3675-81 являются:
– боковой зазор между витками червяка и зубьями червячного колеса в передаче j,
предельное смещение средней плоскости червячного колеса относительно оси червяка в передаче fx,
– отклонение межосевого угла между осями червяка и червячного колеса в передаче fr

Рис 29Рис. 29 Размерные цепи А и Б, определяющие величину бокового зазора и предельное смещение средней плоскости в передаче

           Величина бокового зазора в червячной передаче j определяется размерной цепью А, которая показана на Рис. 29.
Размерная цепь А содержит следующие звенья:
A1, несоосность диаметра вершин витков червяка относительно его посадочных поверхностей под установку подшипников,
A2, несоосность внутренних колец подшипников червяка,
A3, допуск расстояния между осями отверстий под установку подшипников червяка и колеса в корпусе редуктора ,
A4, несоосность внутренних колец подшипников червячного колеса,
A5, несоосность посадочного места под установку червячного колеса вала, относительно его посадочных мест под установку подшипников,
A6, несоосность зубчатого венца червячного колеса относительно посадочного отверстия,
, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину бокового зазора необходимого для компенсации погрешностей изготовления и сборки червячной передачи.
Величина смещения средней плоскости в передаче, определяется размерной цепью Б (см. Рис. 28), которая состоит из следующих звеньев:
Б1, биение витков червяка относительно посадочных мест под подшипники,
Б2, биение внутренних колец подшипников,
Б3, расстояние от оси отверстия под установку подшипников червяка до торца отверстия под установку подшипников червячного колеса,
Б4, толщина регулировочных прокладок,
Б5, расстояние между базовыми плоскостями крышки,
Б6, расстояние между торцами внутренних и наружных колец подшипника с учетом осевой игры,
Б7, расстояние между базовыми торцами бурта вала червячного колеса,
Б8, расстояние от базового торца червячного колеса до средней плос-ости зубчатого венца,
БΔ, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину смещения средней плоскости в передаче (нормируется величиной fx по ГОСТ 3675-81).

Рис 30Рис 30 Размерная цепь ψ, определяющие величину отклонения межосевого угла в передаче

      Величина отклонения межосевого угла в передаче определяется размерной цепью ψ (см. Рис. 30), которая состоит из следующих звеньев:
ψ1, перекос оси червяка, вызываемый биением наружных колец его опорных подшипников,
ψ2, перекос оси червяка, вызываемый биением его посадочных мест под установку подшипников относительно общей оси,
ψ3, неперпендикулярность осей расточек под посадочные места для установки подшипников червяка и вала червячного колеса в корпусе редуктора,
ψ4, перекос оси червячного колеса, вызываемый биением посадочных мест вала под установку подшипников относительно общей оси,
ψ5, перекос оси червячного колеса, вызываемый биением наружных колец его опорных подшипников,
ψΔ, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину отклонения межосевого угла в передаче (нормируется величиной fr ГОСТ3675-81)

Величина осевого зазора в подшипниках червяка определяется размерной цепью С, а величина осевого зазора в подшипниках вала червячного колеса определяется размерной цепью Р, которые показаны на Рис. 31.

Рис 31Рис. 31 Размерные цепи Р и С определяющие величину осевого зазора в подшипниках вала червячного колеса и червяка

        Размерная цепь Р содержит следующие звенья:
Р1 (С6), расстояние между торцами правой крышки,
Р2 (С8), расстояние между заплечиками отверстия под установку подшипников в корпусе редуктора,
Р (С7), толщина комплекта прокладок, устанавливаемых под торец правой крышки,
Р4 (С9), расстояние между базовыми торцами левой крышки,
Р5 (С1), ширина левого подшипника с учетом его осевой игры,
Р6 (С3), расстояние между упорными буртиками вала (червяка),
Р7, длина ступицы зубчатого колеса,
Р8, расстояние между базовыми торцами распорной втулки,
Р9 (С5), ширина правого подшипника с учетом его осевой игры,
РΔ, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину осевого зазора в подшипниках вала червячного колеса.
Размерная цепь С содержит следующие звенья:
С1, С3, С5-С9 аналогичны звеньям Р9, Р6, Р1-Р5, размерной цепи Р
С2  (С4), высота левого (правого) маслоотражательного кольца,
СΔ, исходное – замыкающее звено размерной цепи, определяющее величину осевого зазора в подшипниках червяка.

7 Применение червячных передач в приводах различных механизмов

       При проектировании приводов на основе червячных передач приходится решать задачи обеспечивающие:
– регулирование бокового зазора в передаче,
– повышение КПД передачи,
– предохранение от перегрузок,
– совмещение червячной передачи с другими видами передач и различными механизмами
Для обеспечения решения вышеперечисленных задач разработчику приходится создавать оригинальные конструкции червячной передачи, встраивая в нее оригинальные конструктивные элементы. Рассмотрим примеры таких технических решений.

7.1 Регулирование бокового зазора в червячной передаче

         В червячных передачах, используемых в качестве привода точных поворотно – делительных столов, оборудования с программным управлением, машинах работающих в реверсивном динамическом режиме возникает необходимость регулировки бокового зазора в зацеплении, а в ряде случаев и его полного исключения и даже создания натяга. Рассмотрим несколько конструкций червячных передач со встроенным устройствами для регулировки бокового зазора.

Рис 32Рис. 32 Конструкция прецизионной червячной передачи со встроенным        механизмом регулировки зазора, обеспечивающим нахождение оси червяка
в средней плоскости червячного колеса.

На Рис 32 показана конструкция прецизионной червячной передачи со встроенным механизмом регулировки зазора, обеспечивающим нахождение оси червяка в средней плоскости червячного колеса. Он содержит корпус 1, в соответствующей расточке которого на валу установлено червячное колесо 2, а в отверстии 3 буксы корпуса, ось которого совпадает со средней плоскостью колеса 2 расположена втулка 4 с эксцентричным отверстием 5, в котором размещена опора 6 с эксцентричным отверстие 7, в котором находится червяк 8. Втулка 4 и опора 6 имеют возможность поворота на фиксированный угол. Втулка 4 и опора 6 связаны между собою зубчатыми колесами 10 – 11 – 9 с общим передаточным отношением 1 : 2, при этом зубчатое колесо 9 с внутренними зубьями жестко связано с эксцентриковой втулкой 4, а зубчатое колесо 10 с наружными зубьями жестко связано с опорой 6, а ведущее колесо 11 выполнено за одно целое с валом имеющим прямоугольный хвостовик для его вращения при регулировке положения вала червяка. Фиксация втулки 4 и остальных звеньев механизма регулировки осуществляется посредствам винтов 12.

         Работает механизм регулировки бокового зазора следующим образом. При вращении ведущего колеса 11эксцентриковая втулка 4 с зубчатым колесом 9 и опора 6 с зубчатым колесом 10 поворачиваются одновременно в противоположных направлениях с передаточным отношением 1 : 2, обеспечивая тем самым возвратно – поступательное перемещение оси червяка в средней плоскости червячного колеса 2. При повороте опоры 6 вокруг оси O1на угол α ось O2 червяка 8 смещается от средней плоскости червячного колесо 2 в точку O2∕ (см. Рис 31 сечение А – А). Для компенсации смещения оси червяка 8 от средней плоскости червячного колеса 2 эксцентричная втулка 4 в это же время поворачиваетися в отверстии 3 корпуса 1 в сторону противоположную вращению опоры 6, вокруг оси О на угол β, благодаря чему ось червяка 8 занимает положением O2∕∕  в средней плоскости колеса 2, после чего зубчатое колесо 9 фиксируется винтом 12. При этом, угол поворота опоры 6 – α и угол поворота эксцентричной втулки 4 – β связаны следующей зависимостью:  Рис 32А

Отсюда следует, что при одновременном вращении эксцентриковой втулки 4 и опо-ры 6 в противоположных направлениях с передаточным отношением 1 : 2 происходит возвратно – поступательное перемещение оси червяка 8 в средней плоскости червячного колеса 2, обеспечивая изменение межцентрового расстояния в червяной передачеРис 33

Рис. 33 Конструкция червячной передачи, зазор в зацеплении которой регулируется за счет установки червяка в корпус посредствам плавающих опор.

            На Рис 33 показана конструкция червячной передачи, зазор в зацеплении которой регулируется за счет установки червяка в корпус посредствам плавающих опор. Она со-держит корпус 1, в котором установлен червяк 2, зацепляющийся с червячным колесом 3. На правом конце червяка установлено устройство для выбора зазора в передаче, которое состоит из втулки 4 с пазом, установленный в ней перпендикулярно оси червяка 2, штока 5 и пружины 6, воздействующей на шток 5, а также подшипника 7, размещенного в пазу втулки 4 и закрепленного на цапфе червяка гайкой 8. Усилие поджатия пружины 6 регулируется шайбой 9, а верхней части пружина 6 запирается шайбой 10 и гайкой 11. На левом конце червяка 2 на подшипниках 12 поджатых гайкой 13 установлена плавающая промежуточная опора 14 с возможностью поворота относительно оси подшипников 15 и 16 закрепленных в корпусе 1 и поджатых в осевом направлении крышками 17 и 18. при этом требуемая величина осевого зазора в подшипниках 15 и 16 обеспечивается    подгонкой кольца 19, а крепление крышек в корпусе 1 осуществляется винтами 20.

       Работает червячная передача следующим образом. Устранение зазора в зацеплении червяка 2 с червячным колесом 3 осуществляется за счет того, что шток 5 через подшипник 7 передает усилие пружины 6 червяку 2, и последний перемещается до тех пор, пока его витки не упрутся в зубья червячного колеса 3. При этом промежуточная, плавающая опора 14 вместе с установленным в ней на подшипниках 12 червяком 2 поворачивается относительно оси подшипников 15, 16, установленных в корпусе 1. Это позволяет червяку 2 перемещаться в радиальном направлении, не испытывая при этом дополнительных изгибных нагрузок и не создавая сопротивления усилию пружины 6. Рис 34

Рис. 34 Конструкция червячной передачи, в которой выбор зазора в зацеплении обеспечивается за счет установки червяка в промежуточном корпусе.

          На Рис. 34 показана конструкция червячной передачи, в которой выбор зазора в зацеплении обеспечивается за счет установки червяка в промежуточном корпусе. Она содержит размещенные в корпусе 1 червячное колесо 3 установленное на валу 2, находящееся в зацеплении с червяком 4, который на подшипниках 5 расположен в кулисе 6, в которой выполнен открытый паз 7, с расположенным в нем кулисным камнем 8, установленным на эксцентриковой шейке 18 оси 9, цапфы 16 и 17 которой, установлены в корпусе 1 с возможностью поворота, а квадратный хвостовик 19 оси 9 выступает из корпуса 1. На верхней цапфе червяка 4 закреплена коническая шестерня 11, которая посредствам промежуточной конической шестерни 12, установленной на оси 15, кинематически соединена с ведущей конической шестерней 13 установленной на валу приводного электродвигателя 14. Угловое положения эксцентриковой оси 9 фиксируется винтами (на Рис. 33 не показаны), которые крепят фланец оси 9 к корпусу 1 передачи.
Регулировка зазора в зацеплении червячной передачи осуществляется следующим образом. Путем вращения эксцентриковой оси 9 производится перемещение кулисного камня 8, который, в свою очередь, перемещаясь в пазу 10, поворачивает кулису 6 на оси 15 вместе с червяком 4, двигая при этом последний в радиальном направлении относительно червячного колеса 3, что приводит к изменению (уменьшению или увеличению в зависимости от направления вращения оси 9) зазора в червячной передаче. После окончания регулировки зазора угловое положение оси 9 фиксируется болтами относительно корпуса 1 передачи.

Рис 35Рис 35 Конструкция червячного привода планшайбы реверсивного поворотно – делительного стола со встроенным механизмом выбора зазора в передаче.

          На Рис 35 показана конструкция червячного привода планшайбы реверсивного поворотно – делительного стола со встроенным механизмом выбора зазора в передаче. Он содержит, находящееся в постоянном зацеплении с двумя червяками 4 и 5 червячное колесо 2, жестко соединенное с планшайбой 3 поворотного стола, установленной на подшипниках 6, расположенных на центральной опоре 7, которая закреплена в корпусе 1 по-воротного стола. Ведомый червяк 5 выполнен подвижным в осевом направлении за счет установки на подшипниках 10 и 11 во втулках 8 и 9 расположенных в расточке корпуса 1, а его осевое перемещение осуществляется посредствам винта 12 положение которого стопорится контргайкой 13, при этом винт 12 воздействует на червяк 12 через упорный подшипник 23. Оба червяка кинематически связаны между собою двумя парами цилиндрических зубчатых колес 14 – 15 и 16 – 17, при этом, зубчатые колеса 14, 16 и 17 связаны с со-ответствующими червяками посредствам шпоночных соединений, а зубчатое колесо 15 установлено на ведомом червяке 5 с возможность относительного вращения. На ступице зубчатого колеса 15 посредствам шпоночного соединения закреплен диск 18 с упорами 20 и 21, на которых установлены регулировочные винты с контргайками, а на правой цапфе червяка 5 жестко закреплен двуплечий рычаг 19, на нижнее плечо которого воздействует пружина 22, установленная на диске 18, при этом верхнее плечо рычага 19 взаимодействует с регулировочными винтами упоров 20 и 21.

       Работает привод следующим образом. В начале регулировки зазора в червячной передаче выкручивается винт 12 и регулировочный винт упора 20, воздействующего на рычаг 19. В результате этого под действием пружины 22 происходит поворот рычага 19 и колеса 15 с червяком 5, что приводит к выбору зазоров в обеих цилиндрических зубчатых передачах 14 – 15 и 16 – 17. При этом, за счет ввинчивания по зубьям червячного колеса 2 помимо поворота происходит перемещение ведомого червяка 5 вправо. После этого производится выбор зазора в червячной передаче путем перемещения влево червяка 5 посредствам винта 12, положение которого после этого контрится контргайкой 13. В конце регулировки зазоров угловое положение рычага 19 фиксируется регулировочными винтами упоров 20 и 21. Передача вращения червячному колесу 2 осуществляется червяком 4, или червяком 5 в зависимости от направления его вращения. При передаче червячному колесу 2 вращения червяком 4, червяк 5 получает вращения посредствам зубчатых колес 16 – 17 , а при обратное вращении входного вала на котором установлен червяк 4 вращение червячному колесу передается через зубчатые колеса 14 – 15 диск 18, регулировочный винт упора 21, рычаг 19 и червяк 15.

Рис 36Рис 36 Конструкция беззазорной червячной передачи с автоматической выборкой зазора при ее длительной эксплуатации.

          На Рис 36 показана конструкция беззазорной червячной передачи с автоматической выборкой зазора при ее длительной эксплуатации. Она содержит червячное колесо 1, находящееся в зацеплении с червяком состоящим из двух частей установленных на приводном валу 4 – подвижной 2 и неподвижной 3, жестко закрепленной на этом валу посредствам штифта 6. В свою очередь приводной вал 4 установлен на подшипниках 7, внутренние кольца которых поджаты гайкой 9 через кольцо 8, а наружные кольца расположены в стакане 10, закрепленном в опоре 11. Подвижная часть 2 червяка размещенная на правом конце вала 4 также установлена на подшипниках 7, внутренние кольца которых поджаты гайкой 8, а наружные кольца расположены во втулке 12, установленной в корпусе 13 с возможностью осевого перемещения и зафиксированной от проворота винтом 14. На втулке 12 закреплена крышка 15, связанная со скалкой 16, которая имеет возможность осевого перемещения и зафиксирована от проворота шпонкой 17 в крышке 18, а последняя закреплена на опоре 13. На скалке 16 установлена втулка 22 с храповыми зубьями, с которыми взаимодействует собачка 21 шарнирно установленная на фланце 19, также расположенным на скалке 16. Кроме того на фланце 19 закреплен один конец пружины кручения 23, другой конец которой связан с крышкой 18. Втулка 22, опираясь через фланец 19 и опорный подшипник 24 на крышку 18, своей скошенной торцевой поверхностью с углом наклона, обеспечивающим самоторможение, контактирует с упором 25, установленном на гайке 26, зафиксированной на скалке 16. Последняя, с размещенными на ней элементами устройства для автоматической выборки зазора в передаче, вынесена за опору 13 и закрыта быстросъемным кожухом 27.
Работает червячная передача следующим образом. Перед выборкой зазора гайка 26 устанавливается в положение, когда упор 25 находится в контакте со скошенной поверхностью втулки 22. Затем вращением фланца 19 взводится пружина кручения 23, при этом храповые зубья на втулке 22 поднимают собачку 21, позволяя фланцу 19 вращаться во-круг оси, а втулка 22 со скошенным торцем, угол наклона которого меньше угла трения, некоторое время удерживается в исходном положении за счет силы трения и заклинивания упора 25 и фланца 19, опирающегося через упорный подшипник 24 на крышку 18. При создании пружиной кручения 23 крутящего момента достаточного для преодоления сил трения в трущихся поверхностях и обеспечивающего гарантированную выборку зазора в червячной передаче, втулка 22 и фланец 19 поворачиваются вокруг оси, а упор 25 начинает скользить вверх по скошенной поверхности втулки 22, в результате чего подвижная часть 2 червяка перемещается по направлению к опоре 13 и ее винтовые поверхности витков – б упираются в поверхности г зубьев червячного колеса 1. Затем последнее поворачивается, таким образом, что происходит соприкосновение поверхностей д неподвижной части 3 червяка с поверхностями в зубьев колеса. Таким образом, зазор в червячной передаче полностью выбирается, а между торцами Н и М подвижной и неподвижной частей червяка образовался зазор а. В процессе эксплуатации червячной передачи происходит износ поверхностей б, в, г, д,– при этом возникающий зазор автоматически выбирается под действием пружины кручения 23, действие которой на детали червячной передачи было рассмотрено ранее.

Рис 37Рис 37 Конструкция червячной передачи привода поворотно – делительного стола с гидравлическим механизмом выборки зазора.

          На Рис 37 показана конструкция червячной передачи привода поворотно – делительного стола с гидравлическим механизмом выборки зазора. Привод содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения расположены червячное колесо 2 с планшайбой (на Рис 37 на показана), зацепляющиеся с ним червяки 3 установленные с возможностью вращения и осевого перемещения на валах 4 и 5, кинематически связанных между собой шестернями 6 – 9. Соосно червякам 3 в корпусе 1 установлены гидроцилиндры, содержащие корпус 10, полый шток – поршень 11 и ввинчиваемый в корпус 10 крышку 12, закрывающую штоковую полость 13 гидроцилиндра. Рабочая жидкость подается в поршневые полости 15 гидроцилиндров через каналы 14. Крышки 12 снабжены зубчатыми венцами 16, взаимодействующими с регулировочными винтами 17, установленными в корпусе 1. Каждый шток – поршнь 11 взаимодействует через стаканы 18, 19 и упорный подшипник 20 с торцам соответствующего червяка 3, при этом стаканы 18, 19 и подшипники 20 поджаты к червякам 3 пружинами 21.
Регулирование зазоров в червячном зацеплении осуществляется следующим образом. Регулировочными винтами 17 перемещают крышки 12 и вместе с ними штоки – поршни 11 до упора в корпуса 10 цилиндров, вытесняя при этом рабочую жидкость из поршневых полостей 15, в результате чего червяки 3 прижимаются к червячному колесу 2 только пружинами 21 через стаканы 18, 19 и подшипники 20. После этого планшайбу с червячным колесом 2 устанавливают в исходное положение, вследствии чего, червячное колесо 2 поворачиваясь на некоторый угол, перемещает червяки 3 вдоль валов 4 и 5. За-тем в поршневые полости 15 подается под давлением рабочая жидкость, а регулировочными винтами 17 крышки 12 и штоки- поршни 11 перемещаются в направлении червяков 3 и выбирают зазор в зацеплении. После того как зазоры выбраны, вращение винтов 17 прекращают и крышки 12 фиксируют положение шток – поршней 11.

7.2 Повышение КПД червячной передачи

             Червячная передача, имея ряд существенных преимуществ по сравнению с другими типами механических передач, обладает существенным недостатком – низким КПД, величина которого при многозаходном червяке составляет 0,75 – 0,9, а при однозаходном червяке составляет 0,5 – 0,7 (для цилиндрической передачи КПД составляет 0,95 – 0,97), по-этому проблема создания червячных передач с повышенным КПД при удовлетворительной нагрузочной способности достаточно актуальна, а технические решения, позволяющие ее решить, достаточно востребованы, прежде всего, в машиностроении. Рассмотрим некоторые конструкции червячных передач с повышенным КПД.

Рис 38Рис 38 Конструкция червячной передачи с увеличенным КПД , достигаемым за счет выполнения проточки в средней части червяка

       На Рис 38 предложена конструкция червячной передачи с увеличенным КПД, который достигается за счет того, что в средней части червяка выполнен участок без винтовой нарезки, длина которого определяется следующей зависимостью:      L = (ф2-ф1)r1tgγ
Где:
ф1, ф2, угловые параметры, соответствующие началу и концу зоны зацепления, в которой значение угла между направлением скорости скольжения и касательной к контактной линии близко к нулю,
r1, радиус делительного цилиндра червяка,
γ, угол подъема винтовой линии на делительном цилиндре червяка.
Эта червячная передача состоит из червяка 1 и червячного колеса 2, причем червяк выполен в средней части с участком, не содержащем винтовой нарезки. При работе передачи поверхности витков червяка не контактируют с поверхностями зубьев червячного колеса в зоне с неблагоприятными условиями смазки вследствие наличия участка без винтовой нарезки.

Рис 39Рис 39 показана конструкция шариковой червячной передачи

             На Рис 39 показана конструкция червячной передачи в которой для повышения КПД между рабочими поверхностями зубьев червячного колеса и червяка установлены тела качения – шарики, образующие шариковую червячную передачу, в которой трение скольжения в зоне зацепления заменено трением качения. Эта шариковая червячная передача состоит из червячного колеса 1, червяка 2, с закрепленными на нем направляющих втулках 4 и 5, кольца 6, сепаратора 7, выполненного в виде обоймы с винтовой прорезью, шариков 8, находящихся в замкнутом контуре. Замкнутый контур образован винтовой канавкой 9 червяка 2, винтовой канавкой 10 направляющей втулки 4, спиральной канавкой 11 направляющего кольца 6, канавкой 12 направляющей втулки 5, отверстием 13 в червяке 2 и далее канавками 12, 11 и 10 направляющего кольца 6 и направляющей втулки 5 и 4 с другой стороны червяка. При этом сепаратор 7 выполнен в виде обоймы жестко закрепленной на червяке 2 и вращающейся вместе с ним.

           При работе шариковой червячной передачи скольжение в направлении винтовой линии преобразуется во вращательное движение шариков относительно мгновенных центров вращения, находящихся в точках контакта шариков на поверхности винтовой канавки 9 червяка 2 и на поверхности зуба червячного колеса 1, что приводит к поступательному движению шариков вдоль замкнутого контура, позволяющего постоянно вводить в зацепление новые шарики. Сепаратор 7 выполненный в виде обоймы с винтовой прорезью, удерживает шарики 8, находящиеся в винтовой канавке 9 червяка 2, от выпадения. Свободное перемещение шариков 8 в замкнутом контуре, образованном обоймой сепаратора 7 и впадиной червяка 2, позволяет исключить трение скольжения, как в контакте с зубом червячного колеса, так и контакте с вращающейся обоймой, что позволяет значительно увеличить КПД передачи и снизить ее износ.

Рис 40Рис 40 Конструкция шариковой червячной передачи с автоматическим выбором зазора.

         На Рис 40 показана конструкция шариковой червячной передачи с автоматическим выбором зазора. Эта передача содержит вал 1, размещенный на подшипниках 2 и 3 в рас-точке корпусов 4 и 5, на котором установлено червячное колесо, состоящее из двух частей 6 и 7, при этом часть 6 колеса установлена на валу 1 посредствам шпоночного соединения, а подвижная часть 7 установлена на неподвижной посредствам сепаратора 8 с шариками 9. Обе части червячного колеса имеют соосные каналы 10 и 11, которые совмещены между собою и образуют общие направляющие каналы для замкнутых шариковых контуров, окончательная форма которых формируется за счет наличия щек 12 и 13, закрепленных на подвижной и неподвижной частях червячного колеса и кольца 14. В месте перехода шариков 15 из одной части червячного колеса в другую каналы расширены (см вид I). На торцах обоих частей червячного колеса выполнены выступы 16 и 17, контактирующие посредствам шариков 18 с выступами 19 на втулке 20, при этом последняя с зазором установлена на валу 1 с возможностью самоустановки и контактирует с набором тарельчатых пружина 23, усилие которых регулируется гайкой 24. Шарики ограничены от выпадения кольцами 21 и 22, установленными на втулке 20.
Работает передача следующим образом. При вращении червяка 25 через замкнутые шариковые контуры он одновременно взаимодействует с обеими частями червячного ко-леса, что приводит к вращению выходного вала 1 передачи. Шарики каждого замкнутого контура входят в зацепление с червяком 25, при этом тарельчатые пружины 23 через вы-ступы 19 и шарики 18 разворачивают части 6 и 7 червячного колеса друг относительно друга таким образом, что прижимают шарики 15 замкнутого контура к левой и правой сторонам витков червяка 25. Это обеспечивает выборку зазора при взаимодействии каждого шарикового контура с витками червяка 25. Повышенной КПД в передаче достигается за счет замены трения скольжение на трение качения в зацеплении червяка с червячным колесом

Рис 41Рис 41 Конструкция глобоидной передачи с автоматическим выбором зазора.

            На Рис 41 показана конструкция шариковой глобоидной передачи с автоматическим выбором зазора. Она содержит разъемный корпус, состоящий из картера 1 и крышки 5, в нижней расточке которого на подшипниках 2 и 3 установлен глобоидный червяк 4, а в верхней расточке корпуса на подшипниках 16 установлен выходной вал 6, на котором посредствам шпоночного соединения закреплена неподвижная часть 7 червячного колеса, а на ее ступице установлена подвижная часть червячного колеса 8. Каждая часть червячного колеса содержит замкнутые шариковые контуры 9 и 10, взаимодействующие с червяком 4 поочередно. В нерабочей зоне шарики 11 удерживаются торцевыми шайбами 12 и кольцом 13, имеющими вырез в зоне зацепления червяка с колесом. Части 7 и 8 червячного колеса связаны между собою предварительно взведенными пружинами 14 установленными на штифтах 15.
Работает передача следующим образом. При вращении червяка 4 шарики каждого замкнутого контура последовательно входят с ним в зацепление, причем пружины 14 разворачивают части 7 и 8 червячного колеса так, что происходит прижим шариков замкнутых контуров каждой части колеса к разным сторонам канавки червяка, обеспечивая, тем самым, автоматический выбор зазора в передаче. Повышенной КПД в передаче, также достигается за счет замены трения скольжение на трение качения в зацеплении червяка с червячным колесом

Рис 42Рис 42 Конструкция роликовой глобоидной передачи.

         На Рис 42 показана конструкция роликовой глобоидной передачи. Передача содержит глобоидный червяк 1, червячное глобоидное колесо 2, на котором закреплены оси 3 с роликами 4 оснащенными буртиками 5, которые установлены на осях 3 посредствам игольчатых подшипников 6. Оси 3 крепятся к колесу 2 при помощи съемного фланца 7 и пластинчатых пружин сжатия 8. Фланец 7 соединен с колесом 2 посредствам пальцев 9 и гаек 10, а пружины 8, охватывающие соответствующие пальцы, разделяют оси 3 роликов 4 между собой. Оси роликов 3 состоят из двух частей, из которых одна часть 11 цилиндрическая, на которой закреплены ролики 4, а другая часть 12 имеет прямоугольное попе-речное сечение и торцевые грани 13 и 14. При помощи пружин 8 оси 3 с роликами 4 равномерно располагаются по периметру колеса и воспринимают нагрузку, действующую на ролики 4 в результате их контакта с витками червяка 1. Торцевые грани 13 и 14 оси 3 удерживают ее от радиального перемещения и позволяют оси поворачиваться на некоторый угол под воздействием нагрузки. При вращении червяка 1 нагрузка воспринимается роликами 4, находящимися в зацеплении с витками червяка посредствам пружин сжатия 8 и передается колесу 2, которое совершает вращательное движение соответствующее передаточному отношения глобоидной передачи, равному количеству роликов 4 колеса 2. За один оборот червяка 1 колесо 2 поворачивается на угол, равный угловому шагу передачи. Такая конструкция передачи не требует выполнения в червячном колесе отверстий под установку осей 3 с высокой точность в радиальном и угловом положении и позволяет равномерно распределить нагрузку между роликами 4, выполняющими функцию зубьев колеса. Повышенный КПД в передаче достигается за счет снижения трения в зоне контакта червяка с червячным колесом посредствам введения промежуточных тел – роликов, шарнирно установленных на глобоидном колесе и заменяющих ему зубья.

7.3 Предохранение червячной передачи от перегрузок

          Червячные передачи, особенно применяемые в приводе технологического оборудования, зачастую испытывают нагрузки (крутящий момент на выходном валу) превышающий предельно допустимую величину, что может привести к поломке элементов передачи. Поэтому в большинстве случаев для исключения поломки деталей червячной передачи она оснащается различными предохранительными устройствами, которые срабатывают при возникновении нагрузок превышающих допустимые и при этом отключают привод. Рассмотрим конструкции червячных передач оснащенных предохранительными устройствами.

Рис 43Рис 43 Конструкция червячной передачи со встроенной фрикционной предохранительной муфтой.

       На Рис 43 показана конструкция червячной передачи со встроенной фрикционной предохранительной муфтой. Она содержит корпус 1, червячное колесо 2, червяк 3, фрикционную дисковую муфту 4, приводной электродвигатель 8 и пневмоцилиндр 5 управления муфтой 4 с поршнем 6. Приводной электродвигатель 8 закреплен на корпусе 1, а его вал посредствам шпоночного соединения соединен с ведущей полумуфтой 12 фрикцион-ной муфты 4, которая на подшипниках 11 установлена в расточке корпуса 1, а в отверстии полумуфты 12 установлена втулка 13 в которой установлена левая цапфа червяка 3, при этом его правая цапфа установлена в подшипнике 7, расположенном в расточке поршня 6 пневмоцилиндра управления 5. Подвод сжатого воздуха в пневмоцилиндр управления осуществляется через штуцер 9.
Работает передача следующим образом. Для включения червячной передачи сжатый воздух через штуцер 9 подается в поршневую полость пневмоцилиндра управления 5, что приводит к перемещению влево его поршня 6 вместе с червяков 3, при этом усилие пневмоцилиндра передается фрикционной муфте 4, ее ведущие и ведомые диски сцепляются и вращение вала электродвигателя 8 через муфту 4 передается червяку 3, который вращает червячное колесо 2 вместе с выходным валом 10. При сбросе сжатого воздуха из поршневой полости пневмоцилиндра управления 5, червяк 2 под действием червячного колеса перемещается вправо и диски муфты 4 расцепляются, что приводит к остановке вращения червяка 3 и червячного колеса 2 соответственно. При возникновении на выходном валу 10 крутящего момента, превышающего допустимую величину, порождаемое при этом увеличенной осевое усилие в зацеплении, действующее на червяк 3, преодолевая усилие развиваемое пневмоцилиндром 5, перемещает его вправо и выключает фрикционную муфту 4, что обеспечивает предохранение деталей червячной передачи от поломки.

Рис 44          Рис 44 Конструкция червячной передачи со встроенным предохранительным устройством, обеспечивающим двухсторонне ограничение передаваемого крутящего момента.

       На Рис 44 показана конструкция червячной передачи со встроенным предохранительным устройством, обеспечивающим двухсторонне ограничение передаваемого крутящего момента. Она содержит установленный на ведущем валу 1 червяк 2, зацепляющийся с червячным колесом 3 закрепленным посредствам шпонки 10 на выходном валу 4 и установленное на валу 1 предохранительное устройство, состоящее из муфты 5, пружины 6 и колец 11 и 13. Муфта 5 соединена с валом 1 посредствам шлицевого соединения 8, а с хвостовиком червяка 2 резьбой 9, направление которой противоположно направлению витков червяка 2. Муфта 5 и кольцо 11, взаимодействующее с выключателем 12 приводного двигателя, поджаты к червяку 2 пружиной 6, которая опирается на кольцо 13. Ведущий вал 1 установлен в корпусе червячной передачи на подшипниках 14, а установленный на нем червяк 2 через втулку 15 упирается своим правым торцем во внутреннее кольцо подшипника 14.
Работает передача следующим образом. Вращение от приводного двигателя сообщается валу 1, а также через шлицевое соединение 8 муфте 5, которая, будучи навинчена на червяк 2 до упора и поджата пружиной 6 сообщает ему вращение в том же направлении, которое он передает червячному колесу 10 и выходному валу 4 с пониженной скоростью определяемой передаточным отношением червячной передачи. При возникновении на выходном валу 4 крутящего момента превышающего допустимую величину в червячном зацеплении возникает осевое усилие, которое заставляет червяк 2 преодолевая усилие пружины 6 смещаться влево, при этом кольцо 11 воздействует на выключатель 12, который выключает приводной двигатель и вращение прекращается. Если выходной вал 4 вращается в противоположную сторону, то червяк 2 не имея возможности перемещаться вправо, поскольку он через втулку 15 упирается в подшипник 14, останавливается, а муфта 5 начинает свинчиваться с червяка, так как направление резьбы противоположно направлению витков червяка и кольцо 11, перемещаясь влево, также воздействует на выключатель 12, который отключает приводной двигатель.

Рис 45Рис 45 Конструкция червячной передачи, в которой предохранительная муфта встроена в сборное червячное колесо.

      На Рис 45 показана конструкция червячной передачи, в которой предохранительная муфта встроена в сборное червячное колесо. Она содержит червяк 1 и сборное червячное колесо состоящее из двух боковых полувенцов 2 и центрального полувенца 3, между которыми установлены фрикционные диски 4, при этом полувенцы свободно установлены на втулках 5, а фрикционные диски 4 связаны со ступицей 7 посредствам шлицевого соединения 6. Полувенцы 2 и фрикционные диски 4 сжаты в пакет с усилием необходимым для передачи крутящего момента, на который рассчитана червячная передача посредствам нажимного диска 8 поджатого комплектом пружин 10, установленных на пальцах 9, усилие сжатия которых регулируется гайкой 11.
Работает передача следующим образом. При вращении червяка 1 крутящий момент передается полувенцам 2 и 3 тремя потоками мощности и далее через фрикционные диски 4 и шлицевое соединение 6 – на ступицу 7. Ввиду того, что полувенцы 2 и 3 сборного червячного колеса соединены через фрикционные накладки 4, настроенные на одинаковый крутящий момент, осуществляется   самоустановка полувенцов по червяку 1 в окружном направлении и обеспечивается равномерное распределение нагрузки между ними, тем самым компенсируются погрешности изготовления и сборки. По причине малой длины зубьев полувенцов гарантируется контакт их зубьев с червяком 1, т. е. обеспечивается необходимое пятно контакта по длине зуба сборного червячного колеса. Если крутящий момент на ступице 3 превышает момент трения между полувенцами 2 и 3 и фрикционными дисками 4 сборного червячного колеса, то осуществляется последовательный поворот полувенцов и дисков на величину бокового зазора в шлицевых соединениях 6 пока все они не вступят в работу и только по достижении предельно допустимого крутящего момента произойдет проскальзывание полувенцов 2 и 3 по втулкам 5 и фрикционным дискам 4. Таким образом, каждый полувенец предохраняются от поломок при возникновении перегрузки. Проскальзывание каждого из полувенцов 2 и 3 осуществляется при одинаковом моменте трения, поскольку они установлены на общей ступице и поджаты комплектом пружин 10 с одинаковым усилием. Это обеспечивает равномерность нагрузки на каждый полувенец.

Рис 46Рис 46 Конструкция червячной передачи со встроенной предохранительной фрикционной муфтой, механизм регулировки которой вынесен из корпуса передачи.

        На Рис 46 показана конструкция червячной передачи со встроенной предохранительной фрикционной муфтой, механизм регулировки которой вынесен из корпуса передачи. Она содержит выходной вал 1, червяк 2, взаимодействующее с ним сборное червячное колесо 3, зубчатый венец 13 которого установлен на наружных конусных поверхностях 11 и 12 фрикционов 9 и 10, закрепленных с помощью шпоночного соединения 15 на валу 1 и устройство регулировки крутящего момента передаваемого червячной передачей. Это устройство состоит из подвижной втулки 4 с проточкой 5, установленной на валу 1, пальца 6, размещенного в проточке втулки, штанги 7 расположенной в отверстии вала 1 с возможностью взаимодействия с пальцем 6. Фрикцион 10 жестко соединен с валом 1 посредствам шпоночного соединения, а фрикцион 9 имеет возможность осевого перемещения вдоль вала 1. Штанга 7 выполнена с резьбой 16 и имеет квадратный хвостовик 17 на правом своем конце, на котором установлена контргайка 18. Вал 1, установленный в корпусе 23 червячной передачи на подшипниках 22, выполнен за одно с ведущей конической шестерней 20, при этом в его продольном пазу 19 располагается палец 6, а тормозной барабан 21 закреплен на нем посредствам шпоночного соединения и зафиксирован в осевом направлении с помощью втулок 24, 25 и гаек 26. Настройка крутящего момента, передаваемого червячной передачей, осуществляется за счет регулировки усилия пружины 14, которая осуществляется вкручиванием или выкручиванием штанги 7 в резьбовом отверстии вала 1, при этом ее квадратный хвостовик для удобства выполнения регулировки вынесен за корпус 23 червячной передачи.

        Работает червячная передача следующим образом. Перед началом работы червячной передачи выполняется регулировка фрикционной муфты, которая осуществляется путем вкручивания для увеличения передаваемого крутящего момента, или выкручивания для уменьшения передаваемого крутящего момента штанги 7 относительно резьбового отверстия в валу 1, что приводит к перемещению посредствам пальца 6 втулки 4, которая при этом увеличивает или уменьшает усилие прижима пружиной 14 фрикционов 9 и 10 к червячному венцу 13. После выполнения регулировки крутящего момента передаваемого фрикционной муфтой осевое положение штанги 7 фиксируется контргайкой 18. Вращение червяка, получаемое от приводного двигателя через зубчатый венец 13 червячного колеса, поверхности трения фрикционной 11 и 12 и передается ведомому валу 1 с конической шестерней 20. При увеличении крутящего момента на выходном валу 1 свыше допустимой величины увеличивается осевое усилие в червячной передаче, под действием которого подвижный фрикцион 9 преодолевая усилие пружины 14 смещается вправо и его конусная поверхность 11 отходит от ответной конусной поверхности червячного венца 13, а усилия прижима поверхности 12 неподвижного фрикциона 10 становится недостаточно для передачи соответствующего крутящего момента, в результате чего происходит пробуксовка червячного венца 13.

Рис 47Рис 47 Конструкция червячной передачи со встроенным предохранительным устройством выполненном на основе подвижного
в осевом направлении червяка.

         На Рис 47 показана конструкция червячной передачи со встроенным предохранительным устройством выполненном на основе подвижного в осевом направлении червяка. Она содержит корпус 1, червячное колесо 2, червяк 3, установленный на ведущим валу 4 с возможностью осевого перемещения, направляющую скалку 5, закрепленную в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения. Вал 1 установлен в корпусе 1 на подшипниках 14, а на скалке 5 выполнен бурт 6 и установлены с возможностью перемещения втулки 9, 10 и пружина 11. Червяк 3 на подшипниках 7 установлен во фланцах с вилками 8, которые взаимодействуют с буртами втулок 9 и 10 и оснащены штангами 12 имеющими возможность при нахождении в крайнем положении воздействовать на конечные выключатели 13, отключающие приводной двигатель.
Работает передача следующим образом. Перед началом работы производится на-стройка пружины 11 на величину осевого усилия на червяке соответствующего передаче предельно допустимого крутящего момента. Для этого вкручиваются и выкручиваются гайки 15 и 16 на резьбовых концах скалки 5. При закручивании гаек 15 и откручивании гаек 16 усилие пружины 11 увеличивается, а при закручивании гаек 16 и откручивании гаек 15 – снижается, при этом вилки фланцев 8 смещают червяк 3 в соответствующем направлении. При включении приводного двигателя, крутящий момент от ведущего вала 4 через червяк 3 и червячное колесо 2 передается выходному валу передачи, на котором закреплено червячное колесо. При превышении крутящего момента предельно допустимой величины возникающее при этом увеличенное осевое усилие смещает червяк 3 в осевом направлении, а также фланцы с вилками 8 в соответствующем направлении (направление зависит от направления передаваемого крутящего момента), которые при этом воздействуют на втулку 9 или 10, и перемещая одну из них по скалке 5, сжимают пружину 11. Кроме того, вилка перемещаемая в сторону противоположную оси червячной передачи своей штангой 12 воздействует на соответствующий конечный выключатель 13, который отключает приводной двигатель. После устранения причин увеличения крутящего момента и разгрузки входного вала червячной передачи пружина 11 автоматически возвращает червяк 3 в исходное положение.

7.4 Совмещение червячных передач с другими передачами
и различными механизмами

      В ряде случаев при создании новых оригинальных конструкций механизмов и агрегатов для выполнения требований задачи на проектирования и получения необходимых свойств и характеристик проектируемого объекта достаточно эффективно соединение в виде единого агрегата червячной передачи с другими видами передач или различными механизмами. Рассмотрим примеры таких конструкций комбинированных червячных передач.

Рис 48Рис 48 Конструкция беззазорного червячного привода поворотно – делительного стола, оснащенного устройством для компенсации поворота планшайбы после фиксации ее положения.

      На Рис 48 показана конструкция беззазорного червячного привода поворотно – делительного стола, оснащенного устройством позволяющим компенсировать поворот планшайбы после фиксации ее положения. Он содержит размещенную в корпусе 1червячную передачу, включающую червяк 2 и червячное колесо 3, а также механизм компенсации осевого перемещения червяка. Червяк 2 установлен в подшипниках 4 и 5 и соединен с приводным двигателем 6 при помощи разрезной втулки 7. Внутренние кольца подшипников 4 зафиксированы в осевом положении на правой цапфе червяка 2 посредствам гайки 8, а наружные установлены в стакане 9, который может перемещаться внутри втулки 10, запрессованной в корпус 1. Внутренние кольца подшипников 5 зафиксированы в осевом положении на левой цапфе червяка 2 посредствам гайки 11, а наружные зафиксированы в стакане 13 резьбовой втулкой 12, при этом, стакан 13 может перемещаться внутри втулки 14 запрессованной в корпус 1. Механизм компенсации осевых перемещений червяка выполнен в виде установленных в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения гильзы 15, плунжера состоящего из пальца 16 и гайки 17 и размещенного между ними упругого элемента – комплекта тарельчатых пружин 18. Упорный бурт 19 пальца 16 постоянно поджимает втулку 12 и через нее стакан 13 к гильзе 15. Опорой для гайки 17 плунжера служит резьбовая втулки 20, которая закручена в резьбовую втулку 21, закрепленную в корпусе 1. Штифт 22 фиксирует от проворота палец 16 плунжера относительно стакана 13.
Работает привод следующим образом. Вращение от приводного двигателя 6 через втулку 7 передается червяку 2 и далее червячному колесу 3 и жестко связанной с ним планшайбе поворотно – делительного стола (планшайба на Рис 47 не показана). После поворота на требуемый угол и фиксации планшайбы происходит ее поворот в ту или другую сторону на небольшой угол вместе с червячным колесом 3, что приводит к осевому перемещению червяка 2 находящегося в зацеплении с червячным колесом. При перемещении червяка 2 в сторону от приводного двигателя 6 стакан 13 и гильза 15 перемещаются в ту же сторону, сжимая при этом тарельчатые пружины 18, которые передают усилие на корпус через гайку 17 и втулки 20, 21. При перемещении червяка 2 в сторону к приводному двигателю 6 стакан 13 с резьбовой втулкой 12 тянут плунжер, состоящий из пальца 16 и гайки 17, сжимая тарельчатые пружины 18, которые, в этом случае, передают усилие на корпус через гильзу 15 и втулку 14. Таким образом, осуществляется компенсация поворота червячного колеса после фиксации планшайбы поворотно – делительного стола.

Рис 49    Рис 49 Конструкция червячно – цилиндрического привода

      На Рис 49 показана конструкция червячно – цилиндрического привода. Эта привод содержит корпус 1, червяк 2, одновременно находящийся в зацеплении с двумя червячными колесами 3 и 4, одинакового диаметра, цилиндрические косозубые колеса, колесо 5, установленное на валу 6 с возможностью осевого перемещения и поджатое пружиной 13 и гайкой 11, которое зацепляется с колесом 7, а последнее посредствам шпоночного соединения установлено на валу 8, а также направляющие втулки 9 и 10, в которых перемещается в вертикальном направлении червяк 2. Вал 6 установлен в корпусе 1 на подшипниках 18, а вал 8 на подшипниках 19, при этом наружные кольца обеих комплектов подшипников поджаты соответствующими торцевыми крышками. Подвижное косозубое колесо 5 может посредствам гайки 11 перемещаться в осевом направлении вдоль вала 6, чем достигается угловое положение червячных колес 3 и 4, при котором обеспечивается одновременный контакт витков в червяка 2 с поверхностями зубьев Н обоими колесами, Таким образом, эта регулировка обеспечивает выборку зазора в червячных передачах и равномерное распределение нагрузки между обоими зацеплениями. При этом крутящий момент от приводного двигателя 20 передается червяку 2 двумя потоками: первый поток от вала 8 через червячное колесо 4, второй поток от вала 8 через зубчатые колеса 7 – 5, вал 6 и червячное колесо 3. В нижней части червяка 2 выполнен сферическая головка 15 с зубчатым венцом, на котором посредствам зубчатой муфты 14 с внутренними зубьями 16 закреплен рабочий орган 17. В кинематическом исполнении (см. Рис. 49 Вид Б – Б) червячно – цилиндрическая передача отличается малыми размерами входящих в нее деталей, ввиду их незначительного нагружения. В силовом исполнении (см. Рис. 49 Вид В – В) делали червячно – цилиндрическая передача имеют увеличенные размеры, величина которых определяется передаваемыми нагрузками.

       Работает передача следующим образом. В силовом исполнении привода вал 8 приводит во вращение червячное колесо 4, а червячное колесо 3 приводится во вращение по-средствам косозубой пары колес 5 – 7 и ведомого вала 6. При синхронном вращении червячных колес 3 и 4 обеспечиваемым замкнутым контуром зацепления, сохраняется их постоянный контакт с червяком 2 и его плавное возвратно – поступательное перемещение. В кинематическом исполнении рабочий орган 17 совершает два движение вращательное и поступательное, который посредствам зубчатой муфты 14 перелаются червяку 2, а последний взаимодействуя с червячными колесами 3 и 4, суммирует эти движения и        преобразует их во вращение вала 8.

Рис 50Рис 50 Конструкция червячного редуктора со встроенной дифференциальной
конической передачей

            На Рис 50 показана конструкция червячного редуктора со встроенной дифференциальной конической передачей, позволяющая получить большое передаточное отношение. Предложенный червячный редуктор содержит установленный в подшипниках корпуса 1 червяк 2, получающий привод от электродвигателя (на Рис 49 не показан). На червяке 2 выполнены две встречно направленные нарезки с различными по величине шагами (t1, t2). С этими нарезками червяка взаимодействуют два червячных колеса 3 и 4. С червячными колесами 3 и 4 жестко соединены при помощи штифтов конические зубчатые колеса 6 и 7, находящиеся в зацеплении с коническими шестернями сателлитами 8 и 9, которые шарнирно установлены на водиле 10, закрепленным посредствам шпонки 11 на тихоходном валу 12. Шестерни 6 и 7, сателлиты 8 и 9 и водило 10 образуют конический дифференциал, обеспечивающий суммирование скоростей вращения червячных колес 3 и 4. При вращении червяка 2 червячные колеса 3 и 4 вращаются в противоположном направлении с различными скоростями пропорциональными передаточным отношениям каждой из червячных передач. При этом разность в скорости вращения колес 3 и 4 с помощью дифференциала преобразуется в пониженную скорость вращения тихоходного вала12.

Рис 51Рис 51 Конструкция планетарно – червячной передачи.

        На Рис 51 показана конструкция планетарно – червячной передачи. Она содержит корпус 1, установленный в нем зубчатый венец 2, червяк 3, закрепленный на ведущем валу передачи, водило 4 с червячными колесами 5, установленное в корпусе 1 на опоре 8 и жестко закрепленное на выходном валу 7. По обеим сторонам червячных колес 5 расположены конические шестерни 6, являющиеся сателлитами планетарной передачи, которые зацепляются с зубчатым венцом 2, установленным в корпусе 1. Такая конструкция передачи позволяет получить большое передаточное отношение.

Рис 52Рис 52 Конструкция червячной передачи, обеспечивающей прерывистый поворот выходного вала.

         На Рис 52 показана конструкция червячной передачи, обеспечивающей прерывистый поворот выходного вала. Она включает червяк 1 с прерывистым винтовым профилем 3 , в промежутках которого установлены ролики 4 на осях 5, а также червячное колесо 2, состоящее из ступицы 6 и венца 7 с зубьями в виде роликов 8, установленных на осях 9, между которыми выполнены пазы 10, при этом ступица 6 червячного колеса закреплена на выходном валу 11.

         Работает передача следующим образом. При вращении червяка 1, его винтовой профиль 3 взаимодействует с роликом 8 червячного колеса 2 как с зубом и поворачивает последнее на фиксированный угол δ, соответствующий ходу первого отрезка витка 3 червяка 1. При выходе витка червяка 3 из контакта с роликом 8 ролик 4 червяка заходит в паз 10 червячного колеса 2 и последнее останавливается. Остановка червячного колеса 2 со-ответствует повороту червяка 1 на угол β, величина которого определяется разрывом в витке 3 червяка 1. При дальнейшем повороте червяка 1 ролик 4 выходит из паза 10 червячного колеса и в этот момент происходит контакт следующего участка витка 3 червяка 1со следующим роликом 8 червячного колеса, в результате чего последний снова осуществит поворот на фиксированный угол δ. Далее цикл работы передачи повторяется в рас-смотренной последовательности. Угол поворота червяка α соответствующий повороту червячного колеса 2 на фиксированный угол определяется по следующей формуле: Рис 52А         На Рис 53 показана конструкция червячного привода механизма совершающего возвратно – поступательное движение. Он содержит корпус 1, в котором расположены ведущий вал 2 с установленным на нем с возможностью осевого перемещения червяком 3, червячное колесо 4, закрепленное посредствам шпоночного соединения на выходном валу 5 привода. Вал 2 посредствам фрикционной муфты 6 соединен с промежуточным стаканом 7, который посредствам фрикционной муфты 8 соединен с нажимным стаканом 9, установленным в отверстии ведущей втулки 10 и подпружиненный пружиной 11, а втулка 10 посредствам кулачковой муфты 12 соединена с валом приводного двигателя 13. Пружина 14 установленная в отверстии ползуна 15 служит для замыкания фрикционной муфты 6, которое осуществляется через подшипник 16, вал 2 и нажимной диск 17, при этом усилие пружины14 может регулироваться болтом 18, который вкручивается в крышку 19. Для исключения вращения ползуна 15 в нем выполнен продольный паз, в который входит шпонка 20 закрепленная в корпусе 1. В центральном отверстии вала 2 и стакана 7 установлен толкатель 21, соединенный посредствам штифта 22 с червяком 3. В обе фрикционные муфты 6 и 8 встроены храповые механизмы, состоящие из собачек 23 и 24, звездочек 25 и 26 с ответными зубьями и пластинчатых пружин 29 и 30, при этом оси 27 и 28, на которых установлены собачки, запрессованы соответственно в стакан 9 и стакан 7. Зубья звездочек 25 и 26 храповых механизмов направлены в противоположные стороны (при правом направлении витков червяка 3 зубья звездочки 25 расположены против часовой стрелки, а зубья звездочки 26 по часовой стрелке). Заклепки 31 и 32 соединяют пластинчатые пружины 29 и 30 с собачками 23 и 24, а винты 33 и 34 с гайками 35 и 36 соединяют их с валом 2 и стаканом 7. Звездочка 25 выполнена за одно целое со стаканом 7, а звездочка 26 выполнена за одно целое с ведущим валом 2

Рис 53Рис 53 Конструкция червячного привода механизма совершающего возвратно – поступательное движение.

        Работает привод следующим образом. Вращение от приводного двигателя 13 через кулачковую муфту 12, ведущую втулку 10, нажимной стакан 9, фрикционную муфту 8, промежуточный стакан 7, фрикционную муфту 6 ведущий вал 2, штифт 22 и червяк 3 передается червячному колесу 4 и выходному валу 5. При достижении приводимым механизмом упора (упор на Рис 52 не показан), фиксирующего его крайнее положение, выход-ной вал 5 и установленное на нем червячное колесо 4 останавливается. Поскольку вал приводного двигателя 13 продолжает вращаться, червяк 3 начинает ввинчиваться в зубья червячного колеса 4, и при этом перемещается вместе с валом 2 вправо, воздействуя на него штифтом 22, а вал 2, двигаясь вправо, сжимает пружину 14, воздействуя на нее через подшипник 16 и ползун 15. В результате сжатия пружины 14 диски фрикционной муфты 6 расходятся и крутящий момент от приводного двигателя 13 на вал 2 не передается (двигатель 13 работает вхолостую). При этом собачка 24 проскальзывает по зубьям звездочки 26 ведущего вала 2, сжимая пружину 30. При реверсе приводного двигателя 13 промежуточный стакан 7 с собачкой 24 начинает вращаться в обратном направлении, что приводит к захвату последней зубьев звездочки 26 ведущего вала 2 и последний вместе с червяком 3 начинает вращаться в противоположном направлении. В результате этого червяк 3 под действием пружины 14 начинает вывинчиваться из зубьев червячного колеса 4, перемещаясь при этом вместе с валом 2 влево и сжимает диски фрикционной муфты 6, которая начинает передавать валу 2 крутящий момент. После смыкания дисков фрикционной муфты 6 движение вала 2 влево прекращается, а червяк 3 продолжает перемещаться влево относительно вала 2 до упора левого торца толкателя 21 в нажимной диск 9, подпружиненный пружиной 11, после чего он начинает вращать червячное колесо 4 и выходной вал 5, сообщая приводному механизму движение в обратном направлении, благодаря реверсу приводного двигателя. При достижении приводным механизмом противоположного упора (упор на Рис 52 не показан) выходной вал 5 и установленное на нем червячное колесо 4 останавливаются, а червяк 3 при этом начинает вывинчиваться из зубьев червячного колеса 4, перемещаясь влево и передвигая вместе с собою толкатель 21 и штифт 22, который перемещаясь по пазу в валу 2 не воздействует на него. Левый торец толкателя 21 упираясь в нажимной стакан 9 смещает его влево и сжимает пружину 11, до тех пор, пока диски фрикционной муфты 8 не разойдутся и передача крутящего момента от приводного двигателя 13 стакану 7 и валу 2 не прекратится (двигатель 13 работает вхолостую). При этом собачка 23 проскальзывает по зубьям звездочки 25 стакана 7, сжимая пластинчатую пружину 29. При последующем реверсе двигателя 13 нажимной стакан 9 с собачкой 23 начинает вращаться по часовой стрелке, и последняя захватывает зуб звездочки 25 стакана 7 и начинает вращать червяк 3 через фрикционную муфту 6, ведущий вал 2 и штифт 22. Червяк 3 под действием пружины 11 начинает ввинчиваться в червячное колесо 4, перемещаясь в осевом направлении вместе с толкателем 21 и штифтом 22 до тех пор, пока штифт 22 не упрется в конец паза в ведущем валу 2. При этом нажимной стакан 9 под действием пружины 11 замыкает диски фрикционной муфты 8, в результате чего движение от приводного двигателя 13 начинает передается червячной передаче и выходному валу 5.

            Червячная передача в совокупности с кулачковым механизмом может быть использована для изменения скорости и направления вращения вала. Конструкция таких механизмов показана на Рис 54 и 55

Рис 65new1Рис 54 Конструкция реверсивного механизма состоящего из червячной передачи и кулачковой пары.

         На Рис 54 показана конструкция реверсивного механизма состоящего из червячной передачи и кулачковой пары. Он содержит червяк 1, сообщающий вращение червячному колесу 3, свободно перемещающемуся в осевом направлении по шлицам вала 2, имеющего постоянную скорость вращения. Червяк 1 посредствам вилки 4, установленной на направляющей 6 и рычага 5 соединен с кулачком 7. При вращении кулачка 7 червяк 1 полу-чает поступательное движения посредствам рычага 5 и вилки 4. При перемещении червя-ка 1 вдоль оси в направлении, совпадающем с направлением вращения червячного колеса 3, угловая скорость колеса возрастает. При перемещении червяка 1 в противоположную сторону скорость червячного колеса 3 уменьшается. Когда скорость перемещения червяка 1 становится равной окружной скорости червячного колеса 3, последнее останавливается, а при дальнейшем увеличении скорости червяка 1 навстречу колесу 3, происходит изменение направления вращения червячного колеса 3. Такого механизма представляющего собой комбинацию червячной и реечной передачи позволяет осуществить изменение     скорости вращения и реверсирование червячного колеса.

Рис 66new3Рис 55 Конструкция механизма позволяющая изменять скорость вращения выходного вала за каждые пол оборота.

          На Рис 55 показана конструкция механизма позволяющая изменять скорость вращения выходного вала за каждые пол оборота. Он содержит вал 1, на котором установлен кулачок 2 и червячное колесо 3, зубчатую передачу 4, 5 и червяк 6 Червяк 6 получает вращательное движение через зубчатую передачу 4, 5, при этом зубчатое колесо 4 закреплено на валу червяка 6 и имеет достаточную длину для сохранения зацепления при осевом перемещении. Ролик, движущийся по пазу кулачка 2 установлен на консоли ползуна, который служит опорой для правого хвостовика червяка 6. Левый хвостовик червяка 1 установлен в подшипнике, зазор в котором позволяет ему свободно перемещаться в осевом направлении. Получая привод от кулачка 2 червяк 6 в течении одного оборота помимо вращения дополнительно совершает возвратно – поступательное движение в осевом направлении. В результате этого при совпадении направления осевого перемещения червяка 6 и вращения червячного колеса 3, скорость последнего увеличивается, а при перемещении червяка 6 в противоположную сторону происходит уменьшение скорости колеса 3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Игнатьев Н. П. Учебное пособие Основы проектирование. Азов 2011г
2. Игнатьев Н. П. Справочно – методическое пособие Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. Азов 2012г
3. Игнатьев Н. П. Справочно – методическое пособие Проектирование сборочной оснастки и оборудования. Азов 2014г
4. Метрологический контроль конструкторской документации. Методические
рекомендации. НИИМАШ. Москва 1976г.

В статье в основном использована информация из соответствующих разделов работ автора «Основы проектирования, часть 2. Методика проектирования механизмов и систем» изданной в 2011 г, и «Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов» изданной в 2012г.

В пособии «Основы проектирования» также содержатся:
– общая методика проектирования,
– методика проектирования привода,
– примеры специальных видов приводов (тяжело нагруженных, быстроходных, работающих в динамическом режиме, приводов с точным перемещением              выходного звена),
– вся необходимая информация для проектирования цилиндрических, конических, реечных, планетарных, винтовых, а также ременных и цепных передач,
– вся необходимая информация для проектирования валов их опор и муфт
– информация необходимая для отработки конструкции на технологичность,
– последовательность выполнения компоновки конструкции, которая              демонстрируемая на примере механизмов сборочного полуавтомата

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 150 рублей.