3.3 Определение параметров червячных передач

Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°. Ведущим звеном является червяк, имеющий форму винта с соответствующим количеством ниток (заходов) z₁ резьбы, ведомым – сопряженное с червяком червячное колесо, зубья которого имеют дугообразную форму.

Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени (до 80). Червячным редукторам присуща высокая плавность зацепления, бесшумность в работе, компактность, надежность и простота конструкции.

Недостатки червячных передач – большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении, большие потери на трение, малый КПД, значительный нагрев зацепляющихся элементов, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения, высокие сложность и точность изготовления и сборки.

Наиболее распространены червячные передачи с цилиндрическими червяками. В сечении, проходящем через ось червяка и среднюю плоскость червячного колеса, зацепление червячной передачи представляет собой зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой, наиболее часто без смещения.

Червяки выполняются конструктивно как одно целое с валом (вал-червяк) или отдельно с последующей установкой на валу. Изготавливают червяки из конструкционных углеродистых или легированных сталей 40, 45, 50 ,40Х, термически обработанных до высокой твердости.

Чтобы понизить тепловыделение в зацеплении червяка с червячным колесом для зубьев червячных колес применяют материалы с низкими значениями коэффициента трения скольжения: бронзы Бр0Ф10-1, БрАЖ 9-4, текстолит, а червячные колеса чаще делают сборными. Стальная ступица колеса и обод из материала с низким коэффициентом трения скольжения соединяются, нарезание зубьев таких колес производят после сборки.

Исходными величинами для геометрического расчета элементов червяка и червячного колеса являются: модуль зацепления m, передаточное отношение (число) i (U), число заходов z₁ червяка и коэффициент q диаметра червяка.

В осевом сечении витки червяка имеют форму зубчатой рейки со стандартным модулем m. Для нормальной работы необходимо, чтобы осевой шаг червяка и окружной шаг червячного колеса были равны.

Расчет модуля червячной передачи проводят из условия прочности зубьев на изгиб наиболее слабого звена – червячного колеса.

Рассчитанные значения модуля зацепления червячных передач в зависимости от передаваемого крутящего момента и материала червячного колеса с числом зубьев z₂ = 32 приведены на рисунке.

Рисунок 5.3 – Графическая зависимость m = f(T) для зубьев червячной передачи (z₂ = 32)

Червячная передача в передает движение между валами I и II редуктора. Червяк расположен на валу I, червячное колесо – на валу II. Червяк изготавливают из стали, зубья червячного колеса из материала с низким коэффициентом трения, принимаем материал колеса – бронзу Бр0Ф10-1. Модуль передачи определяют из расчета на прочность наиболее слабого звена передачи (червячного колеса). Из рисунка 5.3 определяем, что модуль червячной передачи при передаваемом моменте ( = 9,75 Н∙м) и выбранном материале обода колеса m = 1,35мм. Ранее приняли q = 10, z₂ = 40.

Округляем полученный модуль до ближайшего большего табличного значения m=2 мм.

Основные геометрические параметры червячной передачи без смещения следующие.

Геометрические размеры червяка:

– делительный диаметр червяка – d₁ = qm;

– диаметр вершин витков червяка – d_a1 = d₁+2h_a = d₁+2m,

где h_a1 = m - высота головки витка червяка;

– диаметр впадин витков червяка – d_f1 = d₁-2h_f = d₁-2,4m,

где h_f1 = 1,2m - высота ножки витков червяка;

– высота витка червяка – h = h_a +h_f = 2,2m

– длина нарезанной части червяка – b₁(11+0,06z₂)m.

Червячное колесо имеет вогнутую форму и охватывает червяк, как гайка винт по дуге с углом охвата 60° … 110°. Минимальное число зубьев червячного колеса определяется из условия отсутствия подрезания и рекомендуется принимать z_2min28. Размеры червячного колеса следующие:

– диаметр делительной окружности червячного колеса в средней по ширине венца плоскости d₂ = mz₂;

– диаметр вершин зубьев колеса – d_a2 = d₂+2h_a = d₂+2m;

где h_a2 = m - высота головки зуба червячного колеса;

– диаметр впадин зубьев колеса – d_f2 = d₂-2h_f = d₂-2,4m;

где h_f2 = 1,2m - высота ножки зуба червячного колеса;

– высота зуба колеса – h = ha+h_f = 2,2m;

– ширина венца колеса при числе заходов червяка – z₁ = 1;2 равна ;

– межосевое расстояние червячной передачи – = 0,5(d₁+d₂) = 0.5(q+z₂)m.

Делительный диаметр червяка равен:

мм

Диаметр вершин зубьев:

мм

Диаметр впадин звеньев:

мм

Длина нарезной части мм.

Геометрические размеры червячного колеса:

• делительный диаметр:

мм

• диаметр вершин:

мм

• ширина венца:

мм

Межосевое расстояние между валами 1 и 2 червячной передачи равно:

мм