Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Лысьвенский филиал

«Изучение червячных редукторов»

Инструкция к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Детали машин»

направление 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»

Лысьва, 2002

Подготовлено на кафедре технических дисциплин ЛФ ПГТУ

Изучение червячных редукторов. Инструкция к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Детали машин» направление 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» /Сост. В.В.Ефремов; Лысьва, 2002. 24

Предназначены для студентов всех форм обучения по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» .

Рассмотрены на заседании кафедры ТД ЛФ ПГТУ «___» ___________ 200__г, протокол №__________.

Согласовано

зав.кафедрой КМСМ ПГТУ

д.т.н., профессор А.М.Ханов

© Лысьвенский филиал ПГТУ, 2002

Изучение червячных редукторов

Цели работы: изучить назначение и конструкцию редуктора, его узлов и деталей; определить параметры червячного зацепления и редуктора; ознакомиться с особенностями регулировки и смазки зацепления и подшипников качения.

Назначение редукторов: Червячные редукторы предназначены для передачи вращения между перекрещивающийся валами и, подобно зубчатым редукторам, служат для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов.

Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса(рис.1) . Эта передача относится к зубчато-винтовым. В червячной передаче обод червячного колеса имеет вогнутую форму, способствующую облеганию червяка и, вследствие этого, увеличению длины контактной линии.

Червячные передачи используются в подъемно-транспортных устройствах, металлообрабатывающих станках, автомобилях и других машинах. Объем применения этих передач от передач зацеплением (зубчатых и червячных) составляет около 10 %.

Достоинства червячных передач

1. Передача вращающего момента между скрещивающимися валами.

2. Получение больших передаточных чисел в одной паре. В силовых передачах от 8 до 63, в приводах несилового назначения (кинематических) - до 1000.

3. Компактность и бесшумность,

4. Плавность работы.

5. Возможность самоторможения.

Недостатки червячных передач

Движение в червячной передаче осуществляется по принципу винтовой пары. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса.

Скорость скольжения в червячной передаче

Скорость скольжения V ск направлена по касательной к средней линии витка червяка (рис.2) и определяется из геометрической суммы окружных скоростей по начальным диаметрам червяка V 1 и червячного колеса V 2 :

где γ --угол подъема винтовой линии червяка.

Скорость скольжения V ск всегда больше V 1 и значительно больше V 2. Эта скорость может быть определена по зависимости:

где

–соответственно окружные скорости червяка и червячного колеса.

Большая скорость скольжения сочетается с крайне неблагоприятным ее направлением относительно линии контакта. Это ведет к ухудшению условий смазки и разрыву масляного слоя между червяком и червячным колесом и в конечном итоге - к понижению КПД передачи, повышенному износу и заеданию.

Эти обстоятельства определяют ряд существенных недостатков червячных передач:

1. Низкий коэффициент полезного действия;

2. Значительный нагрев при длительной работе;

3. Низкую износостойкость;

4. Склонность к заеданию и необходимость применения в качестве материала червячного колеса антифрикционных сплавов;

5. Высокую стоимость, обусловленную необходимостью применения дорогостоящих материалов и сложностью изготовления.

Основные кинематические схемы червячных редукторов

О

дноступенчатый горизонтальный редуктор с нижним расположением червяка и скоростью его вращения до 4-5 м/с. При этом обеспечиваются хорошие условия смазки передачи окунанием червяка.

Одноступенчатый горизонтальный редуктор с верхним расположением червяка. Используется в быстроходных передачах во избежание излишних потерь на разбрызгивание масла быстроходным червяком.

Передача с вертикальным расположением вала колеса. Применяется в исключительных случаях, исходя из требований компоновки машины. При этом ухудшаются условия смазки подшипников вертикального вала.

Двухступенчатая передача для получения больших передаточных чисел (до 3600), Быстроходную пару целесообразно выполнять с верхним расположением червяка, а тихоходную -с нижним, что обеспечивает лучшие условия смазки.

1. Поскольку входной и выходной валы червячного редуктора скрещиваются, привод на его основе обычно лучше компонуется в машине, занимая меньше места по сравнению с цилиндрическим редуктором (речь идет о редукторах с эквивалентными передаточным числом и передаваемой мощностью).

2. Передаточное число червячной пары может достигать 1:110 (в специальных случаях - ещё больше). Таким образом, червячная передача обладает гораздо большим потенциалом снижения частоты вращения и повышения крутящего момента по сравнению с другими видами передач. Достижение передаточных чисел такого порядка с использованием цилиндрических передач возможно только в трёхступенчатом редукторе (или в планетарном). В червячном для этого может быть использована только одна ступень. Это обстоятельство обуславливает относительную простоту и дешевизну червячных редукторов по сравнению с цилиндрическими (опять же речь идёт о сравнимых передаточных числах и передаваемых мощностях). Оборотной стороной этого преимущества, однако, является снижение КПД червячной передачи при увеличении её передаточного числа, об этом подробнее - см. раздел «недостатки».

3. Низкий уровень шума передачи, определяющийся особенностями зацепления, позволяет использовать червячные редукторы в машинах с высокими требованиями к бесшумности привода. Здесь, однако, нельзя забывать о шумах, производимых двигателями и приводимыми в движение механизмами.

4. Плавность хода червячной передачи. Благодаря особенностям работы червячного зацепления червячные редукторы обладают большей плавностью хода по сравнению с цилиндрическими.

5. Уникальное свойство червячной передачи - «самоторможение» (другой термин, обозначающий это явление - «отсутствие обратимости»). Суть его в том, что при отсутствии вращения ведущего вала (червяка) ведомый вал затормаживается, и его невозможно провернуть. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Более корректно было бы здесь говорить не о передаточном числе, а об угле подъёма червяка, при уменьшении которого в определённый момент возникает самоторможение. Полное самоторможение достигается в передаче, в которой угол подъёма винтовой линии червяка равен или меньше 3.5°. Однако производители редукторов далеко не всегда предоставляют информацию об этом параметре в своих каталогах, и разработчикам приходится оперировать именно передаточными числами. Описанное свойство, в зависимости от области применения редуктора, может быть как достоинством, так и недостатком. Например, было бы конструкторской ошибкой применять червячный редуктор в приводе, скажем, закаточного устройства, при заправке которого требуется вручную поворачивать бобину с закатываемым листовым материалом, так как червячный редуктор даже с передаточным отношением меньше 25 довольно тяжело провернуть за ведомый вал. Наоборот, применение червячного редуктора (с большим передаточным числом червячной пары) в приводе подъёмника позволяет во многих случаях отказаться от установки дополнительного тормозного устройства.

6. Существуют исполнения червячных редукторов с полым выходным валом. Эти варианты редукторов (называемые также “насадными”) позволяют устанавливать редукторы непосредственно на валы исполнительных механизмов без применения соединительных муфт или дополнительных механических передач. Такая установка в сочетании с применением так называемых “реактивных штанг” или фланцевых исполнений редуктора упрощает конструкцию и уменьшает габарит привода:

Описанным преимуществом могут обладать не только червячные редукторы, но и другие типы редукторов, за исключением, пожалуй, соосных цилиндрических, где такая установка невозможна из-за их конструктивных особенностей. Здесь следует отметить, что иногда отсутствие предохранительной муфты между выходным валом редуктора и валом приводимого в движение механизма может привести к поломке редуктора из-за приложения нештатной нагрузки к выходному валу, превышающей номинальный выходной момент редуктора. В таких случаях задача конструктора - либо обеспечить отсутствие вероятности приложения таких нагрузок, либо защитить от них привод, например, с помощью муфты.

Сказанное в большей степени относится именно к червячным редукторам из-за их самоторможения.

Преимущества и недостатки цилиндрических редукторов

- Данные механизмы обладают очень высоким КПД. Пожалуй, цилиндрическая зубчатая передача обладает самым высоким КПД – около 98%, и не зависит от передаточного отношения. Таким образом, он имеет очень хорошие показатели экономичности.

Преимущества и недостатки цилиндрических редукторов.

Преимущества:

1. Данные механизмы обладают очень высоким КПД. Пожалуй, цилиндрическая зубчатая передача обладает самым высоким КПД – около 98%, и не зависит от передаточного отношения. Таким образом, он имеет очень хорошие показатели экономичности.

2. Они способны передавать большую мощность почти без потерь.

3. Относительно невысокий люфт выходного вала позволяет использовать их в приводах позиционирующих устройств. Кинематическая точность редукторов цилиндрического типа значительно выше, чем у червячного типа.

4. Вследствие высокого КПД, цилиндрический редуктор обладает невысоким нагревом корпуса. Практически вся энергия передается от источника потребителю, и не рассеивается.

5. При любом передаточном отношении они обладают высокой обратимостью (отсутствие самоторможения). У любого механизма цилиндрического типа выходной вал можно провернуть.