Проектирование червяков и червячных колёс
Для конструирования червячной передачи определяют модуль m , число витков червяка Z1 и число зубьев червячного колеса Z2. Модуль для силовых червячных передач определяют из расчёта зацеплений на контактную и изгибную прочность, для кинематических механизмов величина модуля определяется из конструктивных соображений.
Рис. 16.2. Конструкции простых зубчатых колес (а, б, в, г) и составных (д):1, 2 – зубчатые колеса, 3 –заклепка, 4 – штифт, 5- пружина
Коэффициент диаметра червяка выбирают из стандартного ряда q=6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25. При этом малые значения q= 6,3; 8; 10 выбирают для быстроходных передач, а большие q= 12,5; 16; 20; 25 в мелкомодульных передачах для повышения жёсткости червяка. Диаметр гладкой части вала-червяка выбирают таким, чтобы можно было обеспечить свободный выход инструмента при нарезании витков. Нарезная часть изготавливается с фасками, под углом в 200. Жёсткость червяка является главным требованием при его проектировании. В связи с этим расстояние между опорами вала червяка задают минимальным. Червячные колёса в малогабаритных передачах делают монолитными (рис. 16.4, а). Наибольший диаметр червячного колеса задаётся формулой (12.32), а угол охвата червяком колеса задают в зависимости от механизма: для силового 2 =70 1200 , а для отсчетных устройств 2 =22 300. Ширина зубчатого венца червячного колеса зависит от dн . Выбирают b20,67dн при Z1 =1.2 и b20,67dн при Z1 =4.
Рис. 16.3. Рабочий чертёж зубчатого колеса
В конструкции колеса делают отверстия от 4 8 для снижения их веса. Размер проточек в червячных колёсах выбирается аналогично конструкции зубчатых колёс.
Способ соединения червячного колеса с валом зависит от величины передаваемого вращающего момента. При малых значениях момента, соединение осуществляют с помощью штифта, а для сильнонагруженных механизмов соединение с валом выполняется посредством шпонки или шлицов. Червячные колёса большого диаметра делают составными (рис. 16.4 б, в).
Зубчатый венец изготавливают из бронзы или латуни соединяют со стальной втулкой, этим достигается экономия цветных металлов, а изделие становится более технологичным и дешевым. При этом бронзовый обод насаживается с сильным натягом H7/r6 или H7/s6 на стальную заготовку. В стык устанавливаются для повышения прочности составного колеса цилиндрические штифты или установочные винты (рис. 16.4).
Размеры деталей червячной передачи определяются
размерами, получаемыми из расчёта зацепления на прочность, а для кинематических передач размеры выбирают часто из конструктивных соображений.
Рис. 16.4. Конструкция элементов червячного колеса.
Для легконагруженных кинематических передач колёса могут изготавливаться с пружинами такими, как для обычной зубчатой передачи. Такие колёса часто изготавливают из латуней ЛС59-1 (ГОСТ 15527-70) или полиамидов (ГОСТ 10589-87).
Конструирование деталей фрикционных передач
Диски фрикционных передач с жёсткой связью изготавливаются из стали, бронзы, алюминия, пластмасс, текстолита и резины. Из сталей используют марку ШХ15, имеющую твёрдость HRC 60. Для повышения коэффициента трения применяют покрытые резиной металлические диски. Размеры диска выбирают из кинематического расчёта и геометрии передачи. Максимальный диаметр большого диска , обычно D2200 (мм). Для фрикционных передач с торцевым зацеплением возможно сочетание двух стальных дисков и бронзового, или двух стальных дисков и диска из латуни. При этом часто толщина таких дисков b1 мм, и на практике применяют диски с толщиной 0,40,55 мм. Весьма благоприятно при конструировании фрикционных передач с жёсткой связью сочетание двух дисков, изготовленных из металла и текстолита, из металла и гетинакса, при этом коэффициент трения таких дисков высок и очень стабилен. При выборе материала диска используют не только значение коэффициента трения, но также износостойкость и прочность, определяемую формулой (14.1). Для фрикционных передач с гибкой связью, размеры дисков выбирают из кинематических расчётов. Такие передачи обеспечивают передаточное число до 710 и обладают плавным ходом и имеют низкую стоимость.
Передачи с гибкой связью с зацеплением (зубоременные передачи) применяют там, где нужно строго обеспечить положение выходного звена при заданном перемещении выходного звена и получили широкое применение в современных принтерах струйного типа. Ремни для фрикционных передач по своей конструкции в поперечном сечении могут быть плоскими (рис. 16.5, а), клиновыми (рис. 16.5, б) и круглыми (рис. 16.5, в). Наиболее проста в конструктивном отношении передача с плоским ремнём, в ней обычно применяют шкивы меньших диаметров по сравнению с другими ременными передачами. Материалом для плоских ремней служат хлопчатобумажные ткани синтетические материалы и резина. Сама плоскоременная передача наиболее компактна и более технологична.
Клиновидные ремни применяют для фрикционных передач, несущих большие силовые нагрузки. Передачи с круглым ремнём (пассиком) работают при меньших натяжениях по сравнению с другими видами ремней, допускают большие неточности взаимного положения шкивов и дешевле клиноременных передач. Круглые ремни изготавливают в основном из нитриловых резин или неопрена. Однако применение клиновидных и круглых ремней требует канавки или проточки на внешней поверхности шкива (рис. 16.5, в). Форма канавки шкива – полукруг или трапециевидное углубление. При конструировании фрикционной передачи, задаётся D1 и затем определяют по формуле D2 =U D1. При этом минимальный размер D1min шкива зависит от толщины гибкого звена и его жёсткости. Для круглых ремней D1min/2 =2d (где d- диаметр ремня ) при числе оборотов n 3000 и D1min/2 =(2,54 ) d, при n 3000.
Для плоских ремней – D1min =2(1225) , где - толщина плоского ремня с шириной b. В случае клиновидных ремней D1min=(58) h, где h- высота ремня. Фрикционные передачи с гибкой связью с зацеплением выполняют с перфорированной лентой и зубчатым ремнём. В передачах с перфорированной лентой зубчатые диски, выполненные из стали соединяются лентой, которую изготавливают также из стали. При этом минимальный диаметр шкива связан с толщиной стальной ленты соотношением Dmin = 240 .
Чаще для таких передач диаметры дисков делают одинаковыми. Увеличение передаточного отношения достигается с применением зубоременных фрикционных передач. Зубчатые ремни изготавливают в основном из армированного неопрена или полиуретана. Зубья ремня имеют прямолинейное очертание, а зубья шкивов прямолинейное или эвольвентное. Шкивы изготавливают из стали, сплавов алюминия или пластмасс.
Рис. 16.5. Конструкции ремней фрикционных передач: плоский(а); клиновидный (б); круглый (в), 1-ремень, 2-шкив
Зубоременная передача обеспечивает передаточное число U=1012 и её коэффициент полезного действия очень высокий = 0,92 0,98.
Основные характеристики зубоременной фрикционной передачи – модуль m, общая толщина H, высота зуба h, толщина вершины зуба S, угол профиля = 250 и ширина ремня b (рис. 12.2) и угол .
Число зубьев ремня берётся равным 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 110; 112; 125; 140; 160. При модуле m=2 выбирают h=1,2, S=2, H=3, b=8; 10; 12.5; 16 (значения размеров в миллиметрах); при m=3, h=1,8 , S=3, H=4, b=8; 10; 12,5; 16 и при m=4 , h=2,4 , S=4, H=5, b=20; 25; 32; 40.
При проектировании кинематической фрикционной передачи с зубчатым ремнём определяют лишь геометрические размеры шкивов: D1=mZ1 , Z2=Z1 i12, D2=mZ2.
Максимальное число зубьев на шкиве Zmin зависит от модуля ремня и при m=24 мм, Zmin=16, а при m=5 мм, Zmin=18. Для упрочнения ремня в его конструкцию вводят жёсткие тросики.