Общие сведения о червячных передачах.

Червячная передача состоит из червяка и сцепляющегося с ним червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса. Червячная передача применяется в тех случаях, когда оси ведущего и ведомого элементов перекрещиваются (обычно под углом 90 °), и может рассматриваться, как разновидность винтовой и зубчатой передачи.

Резьба червяка: однозаходная или многозаходная, правая или левая. Наиболее распространена правая с числом заходов z =1 ¸ 4 (по ГОСТ 2144 - 66 стандартизованы червяки одно, двух и четырех заходные)

Классификация.

Различают два основных вида червячных передач: цилиндрические червячные передачи, глобоидные передачи (с глобоидным червяком).

В зависимости от формы профиля резьбы червяков различают: 1) архимедовы; 2) конволюнтные; 3) эвольвентные; 4) с вогнутым профилем витков резьбы.

Архимедовы в осевом сечении имеет трапецеидальный профиль резьбы.

конволюнтные имеет трапецеидальный профиль резьбы в нормальном сечении витков;

эвольвентные - характеризуется тем, что профиль резьбы в его осевом сечении эвольвентный;

Червяки с вогнутым профилем витков резьбы обеспечивают большую поверхность контакта с зубьями червячных колес.

Наиболее широко применяются архимедовы червяки, т. к. технология их производства проста и хорошо разработана.

В передачах с архимедовыми, конволютными и эвольвентными червяками профиль зубьев червячных колес эвольвентный. Модули эвольвентных червячных передач стандартизованы.

 

В глобоидной передаче по сравнению с червячной цилиндрической число зубьев колеса и витков резьбы червяка, находящихся в зацеплении больше, следовательно, несущая способность выше (в 1,5 ¸ 4 раза). Однако они требуют повышенной точности изготовления и монтажа и повышенного охлаждения.

27 Основные параметры червячных передач

Геометриячервяка. На рис.1.75 изображен архимедов червяк и показаны его основные размеры. Основным расчетным параметром червяка (и червячного колеса) является расчетный модуль т – линейная величина, в π раз меньшая расчетного шага червяка р,т.е.:

т = р/ π.

Модули m определяются в осевом сечении червяка и выбираются согласно ГОСТ «Передачи червячные цилиндрические. Модули и коэффициенты диаметра червяка», извлечение из которого приведено в табл. 1.2 (первый ряд следует предпочитать второму).

Делительный диаметр червяка принимается кратным модулю:

d ₁= qm,

где q– коэффициент диаметра червяка, стандартные величины которого приведены в; кроме указанных в таблице, стандарт допускает применение значений q= 7,5 и q= 12.

Многозаходные червяки кроме шага характеризуются также ходом р_z,причем

p_z = pz ₁,

где z ₁– число заходов; р – шаг червяка.

Очевидно, что у однозаходных червяков шаг и ход равны между собой.

Делительный угол подъема линии витка обозначается γ и определяется следующим образом:

tgγ = p_z /(π d ₁)= π mz ₁/(π mq) = z ₁/ q.

В машиностроении (например, в зубофрезерных станках) применяют разноходовые цилиндри­ческие червяки, разноименные поверхности витков которых имеют разный ход, т.е. имеют неодинаковые (отличающиеся на десятые доли градуса) углы подъема линии витка. У разноходовых червяков толщина по хорде витка неодинакова, что дает возможность за счет осевого перемеще­ния червяка выбирать зазор, образовавшийся в результате износа зубьев червячного колеса. Разноходовые червяки характеризуются средним ходом, т.е. ходом средней линии витка.

В соответствии со стандартом на исходный червяк устанавливаются следующие основные параметры витков червяка: α = 20° – угол профиля витка в осевом сечении; h_{a 1} = т – высота головки витка червяка; h_{f  1} = 1,2 m – высота ножки витка червяка; h ₁= h_{a 1}+ h_{f  1}= 2,2 m – высота витка червяка.

Остальные размеры нарезанной части червяка определяются так:

диаметр вершин витков червяка

d_{a 1} = d ₁ + 2 h_{a 1} = qm+ 2 m= m (q+ 2);

диаметр впадин червяка

d_{f  1} = d _l – 2 h_{f  1} = qm – 2·1,2 m = m (q– 2,4);

длина b ₁нарезанной части червяка:

при числе заходов z ₁ = 1 и z ₁= 2

b ₁≥ (11 +0,06z₂) m;

при числе заходов z ₁= 4

b ₁> (12,5 + 0,09 z ₂) m,

где z ₂ – число зубьев червячного колеса (для шлифуемых и фрезеруемых червяков полученную величину b ₁следует увеличить на 25 мм – при m < 10 мм; на 35...40 мм – при т = 10...16 мм; на 50 мм – при т > 16мм).

Применение трехзаходных червяков стандартами не предусматривается.

Геометрия червячного колеса. На рис.1.76 изображено червячное колесо в зацеплении с червяком и показаны основные размеры колеса, а именно:

диаметр делительной окружности червячного колеса

d ₂ = тz ₂;

диаметр вершин зубьев червячного колеса в среднем сечении

d_{a 2} = d ₂ + 2 h_{a 2} = mz ₂ + 2 m = m (z ₂ + 2);

диаметр впадин червячного колеса в среднем сечении

d_{f  1} = d ₂ – 2 h_{f 2} = mz ₂ – 2·1,2 m = m (z ₂ – 2,4);

наибольший диаметр червячного колеса

d_{ae 2}≤ d_{a 2}+ 6 m /(z₁+ 2)

Ширину венца червячного колеса b ₂определяют в зависимости от диаметра вершин и числа заходов червяка:

при z₁≤ 3 b ₂≤ 0,75 d_{a 1};

при z₁= 4 b₂ ≤0,67 d_{a 1}.

Рис. 1.76. Основные размеры червячного колеса

На рис.1.76 тонкими линиями изображено червячное колесо, представляющее собой цилинд­ри­ческое косозубое колесо. Такая конструкция передачи характеризуется точечным контактом, следовательно, малой нагрузочной способностью и поэтому применяется в несиловых передачах.

Наиболее распространены червячные передачи, у которых зубья колеса имеют вогнутую форму и охватывают червяк по дуге с углом2λ = 60...110°. При этом образуется линейный контакт витков червяка и зубьев колеса, в результате чего значительно повышается нагрузочная способность передачи.

Межосевое расстояние червячной передачи

а = 0,5(d _l + d ₂)= 0,5 m (q+ z ₂).

В силовых червячных передачах рекомендуется принимать следующие значения числа зубьев червячного колеса.

z ₂≥ 22 – при однозаходном червяке;

z ₂≥ 26 – при многозаходном червяке.

Кинематика червячных передач. Выше говорилось о том, что червячное зацепление в сечении средней торцовой плоскостью колеса можно рассматривать как плоское зубчато-реечное зацепление, причем скорость v ₁осевого перемещения витков червяка равна окружной скорости v ₂червячного колеса на делительной окружности.

Так как за каждый оборот червяка сечение витка смещается в осевом направлении на величину хода резьбы p_z = pz ₁то v ₁ = pz _l n _l= π mz ₁ n ₁,червячное колесо имеет окружную скорость v₂ = π d ₂ n ₂= π mz ₂ n ₂.

Так как v ₁= v₂, то z _l n _l= z ₂ n ₂или z ₁ω₁ = z ₂ω₂.

Следовательно, передаточное число червячной передачи:

u = ω₁/ω₂= п ₁/ n ₂ = z ₂/ z ₁.

Передаточное число червячной передачи равно отношению числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка (числу витков червяка).

В силовых передачах, в частности, в стандартных передачах редукторов, передаточные числа принимают в пределах и = 8…80.

 

 

28 Валы и оси. Общие сведения.

Вал – деталь машин, предназначенная для передачи крутящего моментавдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.). Некоторые валы (например, гибкие, карданные, торсионные) не поддерживают вращающиеся детали. Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины, называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем. Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал-шестерня) или с червяком (вал-червяк).

По форме геометрической оси валы бывают прямые,коленчатые (рис.1.77, в) и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения. На рис.1.77 показаны гладкий (а) и ступенчатый (б)прямые валы. Ступенчатые валы являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы или для размещения внутри других деталей валы иногда делают с каналом по оси; в отличие от сплошных такие валы называют полыми.

Рис. 1.77. Виды валов

Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент. Оси бывают вращающимися (рис.1.78, а)и неподвижными (рис.1.78, б). Вращающаяся ось устанавливается в подшипниках. Примером вращающихся осей могут служить оси железнодорожного подвижного состава, примером невращающихся – оси неведущих колес автомобиля.

Рис. 1.78. Виды осей

Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации изгиба и кручения, а оси – только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).

Конструктивные элементы валов и осей (рис.1.79). Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная – шейкой. Концевая цапфа, предназначенная нести преимущественную осевую нагрузку, называется пятой. Шипы и шейки вала опираются на подшипники, опорной частью для пяты является подпятник. По форме цапфы могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми и плоскими (пяты).

Рис. 1.79. Конструктивные элементы валов и осей

Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком (рис.1.79).Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком (рис.1.77).

Для уменьшения концентрации напряжений и повышения прочности переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью (рис.1.77). Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Галтель вала, углубленную за плоскую часть заплечика, называют поднутрением.

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки, и технологией изготовления. Переходные участки валов между соседними ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

Посадочные концы валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах и приборах, стандартизованы. ГОСТ12080–66* устанавливает номинальные размеры цилиндрических концов валов двух исполнений (длинные и короткие) диаметров от 0,8 до 630 мм, а также рекомендуемые размеры концов валов с резьбой. ГОСТ 12081–72* устанавливает основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10 также двух исполнений (длинные и короткие) и двух типов (с наружной и внутренней резьбой) диаметров от 3 до 630 мм.