Проектирование червячных передач

250 

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Описание

Проектирование червячных передач

(Демоверсия)

ДЕМОВЕРСИЯ является сокращенным вариантом статьи (книги) позволяющим получить общее представление о содержащимся в ней материале, прежде всего, в части наличия примеров конструктивного исполнения рассматриваемых технических решений

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 9 Геометрические параметры червячной передачи

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 износосостойкости червячных передач стремятся обеспечить линейный контакт рабочих поверхностей зубьев. Это достигается нарезанием зубьев червячного колеса меодом обкатки фрезой, являющейся точной копией червяка, с которым колесо должно работать в паре, при этом автоматически обеспечивается получение сопряженных рабочих поверхностей с линейным контактом.

При более точных расчетах величины КПД червячной передачи учитывается скорость скольжения рабочих поверхностей червяки и червячного колеса в процессе контакта, которая представляет собою геометрическую разность их окружных скоростей и определяется по следующей формуле:

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. Все прямые очерчивающие боковые профили витков червяка и зубьев колеса, являются касательными к некоей профилирующей окружности диаметра d_о (см. Рис. 13).

Рис 12Рис 12 Глобоидная червячная передача

         

Рис 13 Геометрические параметры глобоидной червячной передачи

       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 прави-ло, нуждаются в принудительном охлаждении. Повышенные требования к точности изго-товления 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).

 

Рис 16 Таблица параметров червячного колеса

Рис 17 Таблица параметров червяка

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

     Основными типовыми деталями червячной передачи являются: червячное колесо, червяк, вал зубчатого колеса, торцевые крышки, распорная втулка и корпус передачи (ре-дуктора). Установим требования к базовым и рабочим поверхностям этих деталей, обес-печивающим работоспособность передачи в целом.

Рис. 18 Требования по точности к червячному колесу

          Установим требования по точности к размерам и поверхностям червячного колеса (см. Рис. 18). Помимо параметров колеса, перечисленных в таблице, показанной на Рис. 120, которые в основном относятся к точности его зубчатого венца, необходимо назначить следующие требования по точности к его базовым размерам и поверхностям:
–  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,

          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

       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:

     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        В полной версии статьи приведены рекомендации по
назначению требований по точности на основные
детали червячной передачи (см. таб.)

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  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

В полной версии статьи приводится описание сборочных переходов при выполнении общей сборки червячной передачи, даются рекомендации по контролю бокового зазора и пятна контакта в передаче, а также приводятся размерные цепи определяющие собираемость червячной передачи (см. таб)

 

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 опоры 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 передаче

В полной версии статьи приведено 6 примеров конструкции
червячных передач оснащенных устройствами для
регулирования величины бокового зазора (см. таб)

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.

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.

В полной версии статьи приведено 5 примеров конструкции червячных
передач со встроенным предохранительным устройством (см. таб.)

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 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.

В полной версии статьи приведено 7 примеров конструкции
червячной передачи совмвещенной с другими видами
передач и различными механизмами (см.таб.).

В полной версии статьи содержится 55 страниц текста и 54 рисунка

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.

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 250 рублей.