Типы червяков и области их применения

В связи с изготовление червячных колес инструментом, являющимся аналогом червяка, сопряженный профиль зубьев червячного колеса получается автоматически. Поэтому профилем витков червяка можно варьировать. Выбор профиля витков червяка (типа червяка) определяется технологическими возможностями конкретного производства.

Различают два вида рабочей поверхности витков цилиндрических червяков:

– линейчатый, образуемый винтовым движением прямой линии;

– нелинейчатый, образуемый винтовым движением заданной кривой.

Благодаря технологичности наибольшее применение получили цилиндрические червяки с линейчатой винтовой поверхностью. Тип цилиндрического червяка с линейчатой винтовой поверхностью определяется формой профиля витков в торцевой плоскости (рис. 6.1).

 

Рис. 6.1

 

Различают следующие типы цилиндрических червяков с линейчатой винтовой поверхностью: архимедов, конволютный и эвольвентный.

У архимедова червяка (ZA) теоретический торцовый профиль витков очерчен архимедовой спиралью. В осевом сечении червяк имеет прямолинейный профиль витков, а в нормальном сечении (см. рис. 6.1) – криволинейный. Архимедов червяк может быть нарезан на обычных токарных и резьбофрезерных станках. Однако для шлифования витков требуются специальные шлифовальные круги фасонного профиля, что затрудняет обработку и снижает точность передачи. Поэтому архимедовы червяки применяют в передачах при твердости материала червяка .

Тип червяка на точность передачи не влияет, поэтому в приборостроении часто применяют простые в изготовлении архимедовы червяки.

У конволютного червяка (ZN) теоретический торцовый профиль витков очерчен по удлиненной (реже укороченной) эвольвенте. В осевом сечении червяк имеет криволинейный профиль витков, а в нормальном сечении – прямолинейный. Стандарт предусматривает три типа конволютных червяков. Конволютные червяки имеют некоторые технологические преимущества перед архимедовыми червяками, но для шлифования их витков также требуется специальное профилирование шлифовального круга. Поэтому в машиностроении конволютные червяки используются редко, в основном они используются в приборостроении.

У эвольвентного червяка (ZJ) теоретический торцовый профиль витков очерчен по эвольвенте круга. В осевом и нормальном сечениях червяк имеет криволинейный профиль витков. Эвольвентный червяк по существу представляет собой косозубое цилиндрическое зубчатое колесо с очень большим углом наклона зубьев, равным углу подъема витков (см. рис. 6.2), и малым числом зубьев, равным числу заходов .

Нагрузочная способность червяков всех типов является приблизительно одинаковой. Нагрузочная способность червячных передач повышается с увеличением твердости витков червяка () и их последующим шлифованием. Шлифование после термообработки витков эвольвентного червяка не сопряжено с техническими трудностями, поскольку витки шлифуются плоской стороной шлифовального круга. Поэтому в быстроходных механизмах, работающих со значительными нагрузками, используются эвольвентные червяки.

Шлифование витков конволютного червяка конусными кругами с прямолинейной образующей на обычных резьбошлифовальных станках приводит к получению цилиндрических червяков с нелинейчатой винтовой поверхностью, весьма близкой к поверхностям витков конволютных червяков. Червячные фрезы для нарезания червячных колес шлифуют тем же способом, поэтому получают правильное зацепление. Нелинейчатые червяки изготавливают трех типов: ZK1, ZK2, ZK3.

Существует два вида цилиндрических червяков с вогнутым профилем витков (ZT1, ZT2), которые используются при необходимости обеспечения большой нагрузочной способности и высокого КПД. Передачи с вогнутым профилем витков червяка имеют лучшие условия для образования масляного клина, а также большие приведенные радиусы кривизны. Поэтому несущая способность таких передач на 30-60 % больше по сравнению с обычными цилиндрическими червячными передачами (большие значения – при больших скоростях); потери на трение в них до двух раз меньше.

Несущую способность червячных передач можно существенно повысить, если червяк выполнить глобоидным (см. параграф 3.5). При этом увеличиваются число зубьев червячного колеса в зацеплении и приведенные радиусы кривизны, улучшаются условия образования масляных клиньев в зацеплении. Несущая способность глобоидных передач при условии точного изготовления и эффективного охлаждения до полутора раз больше по сравнению с цилиндрическими червячными передачами, имеющими линейчатую винтовую поверхность витков червяка.

Глобоидные передачи вследствие малых габаритов и, следовательно, малой поверхности теплоотдачи оказываются сильно напряженными в тепловом отношении, поэтому их применяют в повторно кратковременном режиме работы с искусственным охлаждением. Применение глобоидных передач более эффективно для передачи больших моментов.

Технология изготовления и сборки глобоидных передач существенно сложнее по сравнению червячными передачами с цилиндрическими червяками. При сборке необходима выверка точного положения вдоль оси не только червячного колеса, но и червяка.

При малых угловых скоростях и нагрузках применяют упрощенные червячные передачи, которые позволяют применять более прогрессивную технологию обработки червячных колес (штамповку) и червяков (навивку). Упрощенные червяки при выполняют в виде цилиндрической пружины, затянутой на валу.