Элементами пары червячной передачи являются червяк и червячное колесо , оси которых перекрещиваются обычно под углом 90° (в некоторых механизмах тяжелых станков применяют передачи с осями, перекрещивающимися под углом 45°).

Червяки бывают цилиндрические (рис. 222, α) и глобоидные (рис. 222, б). Сечение витков цилиндрического червяка осевой плоскостью представляет собой рейку с прямолинейными или криволинейными боковыми сторонами. Осевое сечение глобоидного червяка имеет форму круговой прямобочной рейки.

Среди цилиндрических червяков наибольшее распространение для неответственных передач получил винтовой , или архимедов , червяк, представляющий собой как бы обычный винт с трапецеидальной резьбой. Винтовая поверхность этого червяка образуется вращением вокруг оси и одновременным перемещением вдоль оси (за каждый оборот) прямой, проходящей через ось червяка и наклоненной под некоторым углом к оси; при сечении плоскостью, проходящей через ось червяка, витки имеют трапецеидальный профиль (рис. 223, а). Червячная пара с таким червяком обладает низким КПД и быстро изнашивается, поэтому ее применяют в не ответственных, тихоходных и слабонагруженных передачах.

Другой разновидностью цилиндрического червяка является (рис. 223, б). Он представляет собой как бы цилиндрическое зубчатое колесо с звольвентной винтовой поверхностью. В сечении червяка плоскостями, перпендикулярными оси основного цилиндра, получаются эвольвенты, от которых этот червяк и получил свое название. Червячные пары с эвольвентными червяками часто используют в ответственных передачах при больших нагрузках и скоростях, но изготовление таких передач требует применения специального оборудования и сложных методов обработки.

Наконец, третьей разновидностью цилиндрического червяка является червяк с прямолинейным профилем в нормальном сечении витка и с удлиненной эвольвентой боковой стороны витка в сечении, поперечном к оси (рис. 223, в). Такой червяк называют конволютным червяком . Он является разновидностью эвольвентного червяка. Эти червяки более просты в обработке, чем эвольвентные, и обеспечивают достаточную точность зацепления червячной передачи, имеют высокий КПД и износостойкость.

Глобоидные червяки обладают большой поверхностью соприкосновения витков червяка с зубьями червячного колеса, что обусловливает снижение давления, а, следовательно, и износа поверхности зубьев червячной пары. Винтовая нитка у этого червяка образуется при винтовом движении профиля не по цилиндрической поверхности, а по поверхности глобоида. Несмотря на сложность изготовления, их широко применяют при передаче больших мощностей.

Нарезание червяков

Простейшим видом обработки червяков является нарезание их на токарном станке резцом с прямолинейным профилем. Для получения правильного профиля витков профиль резца должен иметь контур впадины между зубьями червяка в определенном его сечении и совмещаться при нарезании с плоскостью этого сечения.

Чтобы получить архимедов червяк, профиль резца с прямолинейными кромками должен быть совмещен с плоскостью, проходящей через ось червяка (рис. 223, α). Однако с увеличением угла подъема витка нарезание червяка одним резцом становится затруднительным вследствие изменения размера угла, что приводит к выходу из строя режущего инструмента из-за выкрашивания режущей кромки . Поэтому архимедовы червяки при большом угле подъема витков заменяют эвольвентными или конволютными.

Эвольвентный червяк нарезают двумя резцами 1 и 2 (рис. 223, б), профили режущих кромок которых совмещаются с двумя плоскостями, расположенными касательно к поверхности основного цилиндра с двух сторон. По мере увеличения диаметра основного цилиндра установка резцов выше и ниже центра вызывает определенные трудности вследствие изменений углов резания, поэтому при нарезании эвольвентных червяков применяют профильные резцы, соответствующие контуру нормального сечения впадины червяка с установкой плоскости профиля нормально к ее оси.

Конволютный червя к нарезается резцом, установленным своим профилем в плоскости, параллельной оси червяка, выше или ниже ее на определенную высоту или наклонно к ней, с совмещением оси симметрии профиля резца с осью червяка. Конволютные червяки с прямолинейным рабочим профилем обрабатывают двумя резцами (рис. 223, в).

Глобоидный червяк нарезают резцом с прямолинейной режущей кромкой, при этом ось резца вращается синхронно с нарезаемым червяком для воспроизводства относительного движения профилей зубьев червяка и червячного колеса в зацеплении. Этот вид червяка обрабатывают на зубофрезерном станке.

Червяки нарезают также профильным резцом и фрезами на фрезерных и резьбофрезерных станках. Нарезание червяков дисковой фрезой - более производительный способ обработки, но при этом искажается профиль червяка в результате подрезки, возникающей из-за различия углов подъема витка у основания и вершины, особенно у многозаходных червяков. Поэтому этот способ обычно применяют для предварительной обработки профиля червяка. При нарезании дисковой фрезой (рис. 224) с режущими кромками прямолинейного профиля ось вращения фрезы А располагается под углом к оси червяка, равным углу подъема витков червяка.

Различные виды червяков можно нарезать червячной фрезой на обычных зубофрезерных станках. Так, при обработке червячной фрезой с прямолинейными режущими кромками зуба изготовляют эвольвентные червяки.

Для нарезания архимедовых и конволютных червяков применяют специальные червячные фрезы с криволинейным профилем режущих кромок. Этот способ обработки при высокой производительности требует наличия сложного инструмента; так как он приводит к искажению профиля поверхностей витков червяка, то его применяют для предварительной обработки.

Производительным методом обработки, обеспечивающим высокую точность, является нарезание червяка на специальных станках (типа «Корнелис») долбяком (рис. 225). Долбяку 1 сообщают движение подачи вдоль оси червяка 2. Кроме того, долбяку и червяку сообщается вращательное движение обкатки. В результате сочетания этих движений нарезаются все витки червяка. При этом методе обработки профиль поверхности червяка не искажается. Однако необходимость изготовления долбяков для каждого угла подъема витков нарезаемых червяков увеличивает затраты на подготовку производства, поэтому применение этого метода экономично только в крупносерийном или массовом производстве.

Червячные колеса нарезают на зубофрезерных станках червячными фрезами тремя методами:

• радиальной подачи;
• тангенциальной подачи;
• комбинированным методом.

При методе радиальной подачи (рис. 226, α) заготовка 1, находясь все время в зацеплении с червячной фрезой 2, подается в направлении фрезы до установленного размера А, при этом фреза совершает только вращательное движение. На червячном колесе получается правильный профиль зубьев при полном зацеплении червячной фрезы с заготовкой. Недостаток указанного метода заключается в том, что червячная фреза работает не всеми режущими кромками и изнашиваются лезвия только средней части фрезы, постоянно находящиеся в контакте с заготовкой. Этим методом нарезают зубья червячного колеса на обычном зубофрезерном станке без дополнительного специального суппорта. Настройка цепи деления станка при этом аналогична настройке при нарезании цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом. Дополнительную настройку радиального перемещения стола производят в зависимости от заданной радиальной подачи.

При методе тангенциальной подачи (рис. 226, б) заготовку червячного колеса 1 устанавливают на размер межцентрового расстояния А и фрезу 3 вводят в зацепление с заготовкой, перемещая ее в осевом направлении. Фреза 3 имеет коническую заборную часть и, работая всеми своими режущими кромками, изнашивается равномерно. В процессе резания фреза не только вращается, но и перемещается поступательно по оси. При этом заготовка 1 кроме основного вращательного движения, связанного с зацеплением, должна иметь дополнительное вращательное движение, скорость которого зависит от осевого перемещения фрезы 3, иначе зубья фрезы будут срезать зубья заготовки. Осевое перемещение фрезы 3 и дополнительное вращение заготовки 1 осуществляет специальный суппорт, который при нарезании червячных колес устанавливают на зубофрезерном станке.

Комбинированный метод нарезания червячных колес представляет собой последовательное сочетание методов радиальной и тангенциальной подач, причем первый применяют для предварительного нарезания зубьев, а второй - для окончательной обработки . Под окончательную обработку оставляют соответствующий припуск, который должен компенсировать погрешность предыдущей обработки. При комбинированном методе применяют как червячные фрезы, так и профильные резцы, причем применение последних для окончательной обработки червячного колеса обеспечивает высокую точность.

Червячные передачи по форме червяка делят на цилиндрические и глобоидные (рис. 2). Глобоидные червяки обладают на 30-60% большей несущей способностью, чем цилиндрические, но сложнее в изготовлении.

По расположению червяка относительно червячного колеса различают передачи с верхним, нижним и боковым расположением червяка. Передачи с нижним расположением червяка работают в лучших условиях смазки, так как червяк погружен в масло, но выше потери энергии из-за гидродинамического сопротивления масла.

По форме профиля витков – архимедовы, конволютные, эвольвентные, нелинейчатые.

Архимедовы червяки ZA (рис. 3а ) представляют собой винты с резьбой трапецеидального профиля. Они имеют прямобочный профиль в осевом сечении. Эти червяки просты в изготовлении при нарезании, но сложны при шлифовании. Поэтому их применяют для тихоходных, несильно нагруженных передач (до 1-2 кВт), не требующих шлифования червяка.

Область применения передач с архимедовыми червяками сокращается.

Конволютный червяк ZN (рис. 3б ) имеет выпуклый профиль в осевом сечении и прямобокий профиль в сечении нормальном винтовой линии. Такие червяки легче нарезаются червячными фрезами. Шлифование также затруднено.

Эвольвентный червяк ZI (рис. 3в ) представляет собой косозубое колесо с малым числом зубьев и очень большим углом их наклона. Профиль зуба в торцевом сечении очерчен эвольвентой. Несмотря на более сложный профиль эвольвентные червяки считаются наиболее технологичными, так как для изготовления требуется меньший набор фрез и шлифовальных дисков, чем для изготовления червяков другого типа. Применяется в средне- и высокоскоростных передачах, для которых требуется шлифование червяка.

Нелинейчатые червяки – образованные конусом (ZK ) или тором (ZT ). Они имеют вогнутый профиль. Рабочие поверхности витков нелинейчатых червяков получают шлифованием конволютных червяков с высокой точностью конусным или тороидным кругом. Передачи с нелинейчатыми червяками отличаются повышенной нагрузочной способностью, по сравнению с другими типами червяков.

2. Проектирование червяной передачи

2.1 Исходные данные для проектирования:

– вращающий момент на колесе, Н∙м;

– частота вращения колеса, мин -1 ;

– передаточное число;

– время работы передачи (ресурс), ч;

Условия работы.

2.2 Материалы червяка и колеса

2.2.1 Выбор типа червячной передачи

В червячных редукторах общепромышленного применения используются передачи с цилиндрическим червяком.

Наиболее технологичными являются эвольвентные червяки (ZI ), а перспективными – нелинейчатые: образованные конусом (ZK ) или тором (ZT ).

Передачи с архимедовыми червяками (ZA ) применяются для передач малой мощности (до 1-2 кВт) и непродолжительной работы.

Для силовых передач следует применять эвольвентные и нелинейчатые червяки.

2.2.2 Выбор материала зубчатого венца червячного колеса

Так как выбор материала для колеса связан со скоростью скольжения, то предварительно определяют ожидаемое ее значение, м/с:

.

Материалы зубчатых венцов червячных колес по мере убывания антизадирных и антифрикционных свойств и рекомендуемым для применения скоростям скольжения можно условно свести к трем группам (табл. 1):

Группа I – оловянные бронзы; применяют при скорости скольжения > 5 м/с.

Группа II – безоловянные бронзы и латуни; применяют при скорости скольжения = 2–5 м/с.

Группа III – мягкие серые чугуны; применяют при скорости скольжения < 2 м/с и в ручных приводах.

Таблица 1

Материалы венцов червячных колес

Примечание: при серийном и массовом производстве рекомендуется литье в кокиль или центробежный способ отливки, при единичном производстве – литье в песчаные формы.