Общие сведения. Геометрические и кинематические особенности червячных передач

Червячная передача представляет собой передачу, у которой ведущее колесо (червяк) выполнено с малым числом зубьев (Z₁ = 1 – 4), а ведомое (червячное) колесо имеет большое число зубьев (Z₂ > 28). Угол скрещивания осей обычно составляет 90°.

Червяки бывают:

· червяк, торцовым профилем которого является архимедова спи­раль (рис.22.1), называют архимедовым;

· конволютныйчервяк:

· эвольвентныйчервяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с очень большим углом наклона и малым числом зубьев.

Червяки имеют стандартный угол профиля α = 20° в осевом се­чении.

Достоинства червячных передач состоят в возможности получе­ния больших передаточных отношений в одной ступени (обычно i = 10-60, реже i= 60-100), плавности и бесшумности работы, воз­можности самоторможения.

Рис. 22.1. Передача с цилиндрическим червяком

Рис. 22.2. Зацепление червячной передачи

Основной недостаток передач – низкий КПД, который ведет к большому тепловыделению и часто требует для отвода теплоты приме­нения специальных устройств (обдув, оребрение корпуса и др.). Это, а также необходимость  применения  цветных  металлов  существенно  ограничивают области использования червячных передач (мощность до 50-60 кВт, окружная скорость до 15 м/с).

Диаметры колес определяются, как для цилиндрических зубчатых колес при коэффициенте высоты головки  = 1 и коэффициенте ра­диального зазора .

Диаметр делительного цилиндра червяка (см. рис. 22.2)

                                               (22.1)

где  – осевой модуль червяка, стандартизован ГОСТ 19642-74 (m = 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12.5 и т.д.); Р – шаг червяка; q – коэффициент диаметра червя­ка, принимаемый в зависимости от модуля mдля обеспечения жест­кости.

Делительный угол подъема винтовой линии γ(обычно 5-20°) оп­ределяется из формулы

                                                 (22.2)

где Z₁= 1; 2; 4 - число витков (заходов) червяка.

При меньшем числе заходов Z₁, угол γбудет меньше, будет ниже и КПД; при больших Z₁увеличиваются радиальные габариты и стоимость передачи. В передачах мощных приводов не рекомендуют использовать однозаходные червяки из-за больших потерь и сильного нагрева.

При U = 10-18, 18-40 число заходов соответственно 4 и 2, а при U > 40 число заходов 1 .

Диаметры окружностей вершин и впадин червяка

                           (22.3)

где  = 1,0 – коэффициент высоты головки; –ко­эффициент высоты ножки;  = 0,2 – коэффициент радиального за­зора.

Червячное колесо является косозубым с углом наклона линии зуба .

                                                (22.4)

где Z₂ – число зубьев колеса.

Межосевое расстояние

                                  (22.5)

Длина b₁ нарезной части червяка принимается такой, чтобы обеспечить зацепление с возможно большим числом зубьев колеса.

Ширина колеса b₂назначается из условия получения угла об­хвата червяка колесом

                                         (22.6)

За один оборот червяка зуб колеса, контактирующий с его некоторым витком,  переместится  по  окружности  на  расстояние  подъема витка и колесо повернется на угол . Передаточное отношение червячной передачи

                                  (22.7)

Обычно i = 20-60 в силовых передачах i ≤ 300 в кинемати­ческих цепях приборов и делительных механизмов.

Наблюдается скольжение в червячном зацеплении. Витки червяка скользят при движении по зубьям колеса.

Для уменьшения износа материалы червяка и колеса должны образовывать антифрикционную пару, имеющую минимально возможный ко­эффициент трения для повышения прочности и жесткости червяки обычно изготовляют из стали 40ХН, I2XH3A, ЗОХГСА и др., а колеса – из бронз БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л или венцы колес – из бронзы БрО10Ф1.

КПД передачи

                                        (22.8)

где Т₁ и – вращающий момент и угловая скорость червяка; Т₂ и – то же для колеса.

В предварительном расчете можно для Z₁ = 1; 2; 4 соответст­венно принять  = 0,7-0,75; 0,75-0,82; 0,87-0,92.

Невысокий КПД свидетельствует о том, что в червячной переда­че значительная часть энергии превращается в теплоту. Вызванное этим повышение температуры ухудшает защитные свойства масляного слоя, увеличивает опасность заедания и выхода передачи из строя.