Точность изготовления

Стандартом на червячные передачи СТ СЭВ 311-76 установлено 12 степеней точности, причём для силовых передач 6, 7, 8, 9. Основы стандарта на точность червячных передач такие же, как и для зубчатых.

Для каждой степени точности установлено три нормы точности: норма кинематической точности, норма плавности и норма контакта зубьев и витков.

Особое внимание уделяют точности монтажа передачи, так как в червячной передаче ошибки положения колеса относительно червяка более вредны, чем в зубчатых передачах. Как было отмечено, в зубчатых передачах осевое смещение колёс не влияет на распределение нагрузки по длине зуба. В червячных передачах это влияние весьма существенно. Поэтому здесь устанавливают более строгие допуски на межосевое расстояние и положение средней плоскости колеса относительно червяка. В конструкциях обычно предусматривают возможность регулировки положения колеса относительно червяка, а при монтаже это положение проверяют по пятну контакта.

Кинематические параметры

Передаточное отношение. В червячной передаче в отличие от зубчатой окружные скорости v₁ и v₂ не совпадают. Они направлены под углом 90  и различны по значению. Поэтому червячная передача имеет следующие особенности: передаточное отношение не может быть выражено отношением d₂/d₁, так как в относительном движении начальные цилиндры не обкатываются, а скользят. При одном обороте червяка колесо повернётся на угол, охватывающий число зубьев колеса, равное числу заходов червяка. Для полного оборота колеса необходимо z₂/z₁ оборотов червяка, то есть .

Число заходов червяка выполняет здесь функцию числа зубьев шестерни в зубчатой передаче. Так как z₁ может быть небольшим и часто равным единице (чего не может быть у шестерни), то в одной червячной паре можно получить большое передаточное отношение. Это и является основным достоинством червячных передач.

В силовых передачах наиболее распространены i =10…60; в кинематических передачах встречаются i до 300 и более.

Скольжение в зацеплении. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Скорость скольжения v_s направлена по касательной к винтовой линии червяка. Как относительная скорость, она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса, которыми в данном случае являются окружные скорости v₁ и v₂:

;

И, далее, ;

; ; .

Здесь  - угол подъёма винтовой линии червяка. Так как практически 30 , то в червячной передаче v₂ всегда значительно меньше v₁, а v_s больше v₁.

Большое скольжение в червячных передачах служит причиной пониженного КПД, повышенного износа и склонности к заеданию (основные недостатки червячных передач).

Кпд червячной передачи

КПД червячной передачи, так же, как зубчатой, определяют по формуле ;

так как червячная передача подобна винтовой, её КПД при ведущем червяке можно записать следующей формулой:

где:  - угол подъёма винтовой линии червяка;

 - угол трения ( = arctg f; f – коэффициент трения).

КПД увеличивается с увеличением числа заходов червяка z₁ (увеличивается ) и с уменьшением коэффициента трения.

Если ведущим является колесо, то вследствие изменения направления сил, получаем для КПД формулу

.

При ,  = 0 передача движения в обратном направлении (от колеса к червяку) становится невозможной. Получаем самотормозящуюся червячную пару.

Для предварительных расчётов КПД червячной пары 0,7…0,92.

Силы в зацеплении

В червячном зацеплении действуют: окружная сила Ft₁, Ft₂, радиальная сила, Fr₁, Fr₂, осевая сила Fa₁, Fa₂. Они равны

; ;

Fr₁ = Fr₂ = Ft₂tg.

Нормальная сила

Эти формулы получены на основании рисунка, на котором изображено осевое сечение витка червяка.

Оценка и применение

Основные преимущества червячной передачи: возможность получения больших передаточных отношений в одной паре; плавность и бесшумность работы; повышенная кинематическая точность; возможность самоторможения при низком КПД.

Недостатки передачи: сравнительно низкий КПД; повышенный износ и склонность к заеданию; необходимость применения для колёс дорогих антифрикционных материалов (бронза); повышенные требования к точности сборки.

Червячные передачи дороже и сложнее зубчатых, поэтому их применяют при необходимости передачи движения между перекрещивающимися валами, а также в механизмах, где необходимы большие передаточные отношения и высокая кинематическая точность.