Червячные передачи и их геометрические параметры

При изучении этой темы следует обратить особое внимание на различия в конст­рукции, материалах деталей и методах расчёта зубчатых и червячных передач, т.е. произвести сравнительный анализ указанных механизмов, а начинать сле­дует с усвоения геометрических параметров деталей передачи.

Червячные передачи изобретены Архимедом (цилиндрический чер­вяк) и усовершенствованы Леонардо да Винчи (глобоидный червяк). Лео­нардо да Винчи (1452...1519 гг.) - инженер, архитектор, конструктор и ху­дожник эпохи Возрождения - создал схемы зубчатых передач с перекре­щивающимися осями, червячной глобоидной передачи, предложил под­шипники качения, шарнирные цепи, разработал проекты парашюта и ле­тательного аппарата с машущими крыльями (вертолёт).

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса и относит­ся к передачам зацеплением с перекрещивающимися обычно под углом 90° осями вращения. Как правило, ведущим звеном является червяк, а ведомым -червячное колесо. Червяк по форме (см. рис. 40) похож на винт с трапецеи­дальной резьбой. Червячные передачи применяют в станках, грузоподъёмных устройствах, в транспортирующих и других машинах.

Рис. 94. Привод и схема редуктора с червячным цилиндричес­ким (а) и с глобоидным (б) червяком

Классификация червячных передач: передачи с цилиндрическим (архимедовым, эвольвентным или конволютным червяком) и глобоидным червяком - рис. 94 б; с однозаходным и многозаходным червяком; с верхним, нижним или боковым расположением червяка; открытые и закрытые.

Преимущества червячной передачи: большое передаточное отношение u =8...80, плавность и бесшумность работы, компактность.

Недостатки: срав­нительно низкий КПД, высокие требования к точности изготовления и монтажа передачи, большая стоимость материала венцов червячных колёс.

Кинематика: передаточное отношение червячной передачи u = n₁/n₂ = z₂/z₁. Здесь z₁ - число заходов червяка; z₁= 1, 2, 3 или 4; z₂ — число зубьев колеса; z₂ = z₁∙u = 27...80. Окружная скорость червяка v₁ = πd₁n₁/60000 больше (рис. 95) окружной скорости колеса v₂ = πd₂n₂/60000, а скорость скольжения зуба колеса по витку червяка = больше окружной скорости червяка v₁. Поэтому в передаче при работе выделяется большое коли­чество теплоты, а КПД передачи невысок - при числе заходов червяка z₁ = 1 величина η = 0,70...0,75.

Геометрические параметры передачи (рис. 96): главный параметр - модуль зацепления m, мм. Стандартный ряд модулей: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5... мм. Коэффициент диаметра червяка q = d₁/m, или q ≈ 0,25z₂; стан­дартный ряд коэффициентов диаметра червяка: 7,1; 8; 9; 10; 11,2; 12,5; 14; 16; 20... Значения первого ряда коэффициента диаметра выделены полужирным шрифтом.

Рис.95. К определению скорости скольжения

в червячной передаче

Размеры витков червяка и зубьев колеса: высота головки h_a = m; высота ножки h_f = 1,2m; вы­сота витка червяка или зуба колеса h = 2,2m.

Делительный диа­метр: червяка d₁ = q∙m, колеса d₂ = m∙z₂. Дру­гие диаметры: диаметр вершин d _а = d + 2m; впадин d_f=d - 2,4m. Наибольший диаметр колеса

Рис.96. К расчёту геометрических параметров червячной передачи

Межосевое расстояние передачи a_w = 0,5(d₁ +d₂)= 0,5m(q + z₂).

Длина нарезанной части червяка b₁ ≥ (11 + 0,06z₂)m при числе заходов червяка z₁ = 1 или 2; при числе заходов червяка z₂ = 4 значение b₁ ≥ (12,5 + 0,09z₂)m. Ширина венца колеса b₂ ≤ 0,75d_a1 при числе заходов червяка z₁ = 1 или 2; при числе заходов червяка z₁ = 4 значение b₂ ≤ 0,67d_a1.

Начальный угол подъема витков червяка γ = arctg(z₁ / q); угол контакта витка червяка и зуба червячного колеса 2δ ≈ 110°; угол профиля витка архимедова червяка в осевом сечении α = 20°.