Лекция 8 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
П л а н л е к ц и и
1. Общие сведения.
2. Основные геометрические параметры червячной передачи.
3. Условия оптимизации параметров червячной передачи.
4. Алгоритм проектирования передач.
1. Общие сведения
Червячная передача (рис. 8.1) состоит из червяка 2 , т. е. винта с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой, и червячного колеса1 , т. е. зубчатого колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с винтами червяка.
Проволочные канаты устойчивы к износу по сравнению с синтетическими канатами. Они устойчивы к высоким температурам и дешевле. С другой стороны, тросик более подвержен повреждениям, если он неправильно наматывается на барабан. Проволочный тросик сложнее, 37-метровая веревка толщиной 8 см весит около 13 килограммов с крючком. Стальные канаты могут быть соединены. Индивидуальные канатные полосы привыкают к драке и создают небольшие острые точки, которые разрезаны в руке, так что перчатки являются незаменимым дополнением к обмотке.
Проволочные канаты имеют много кинетической энергии при растрескивании и могут нанести травмы лицам или транспортным средствам. Синтетические канаты являются относительно новыми на рынке, и многие дискуссии ведутся. На рынке есть только несколько барабанов, которые традиционно снабжены синтетической веревкой. Большинство производителей предлагают синтетический канат в качестве дополнительной опции.
Исходные данные для разработки червячных передач аналогичны сведениям, необходимым для проектирования любой передачи зацеплением. Выше уже отмечалось, что червячные преобразователи предназначены для передачи движения между скрещивающимися осями. При этом проблема повышения нагрузочной способности решается путем увеличения линейного контакта зубьев за счет их особой конструктивной формы. Прежде всего это форма делительной поверхности червяка. В промышленности применяются два вида червяков:
Синтетический канат легче, чем сталь. 37-метровая веревка с крюком весит около 2, 3 кг. Когда он сломан, синтетическая веревка имеет меньшую кинетическую энергию и не так опасна, как стальная веревка, когда она взрывается. Синтетический канат обычно сильнее, чем стальной канат той же толщины. Кроме того, синтетическая веревка легче. В чрезвычайной ситуации узел может быть изготовлен на синтетической полосе.
У их синтетических канатов также есть свои недостатки. Первоначальная стоимость синтетической веревки выше, хотя ее хорошие характеристики компенсируют этот недостаток. Самая большая проблема с синтетической веревкой - это ее низкая устойчивость к теплу. Обычный планетарный редуктор имеет односторонний тормоз в центре барабана. При разматывании веревки под нагрузкой этот тормоз создает относительно высокую температуру. Производители рекомендуют запускать веревку на расстоянии 7 метров. Перерывы должны быть как можно дольше.
цилиндрический червяк (рис. 8.2), в котором винтовая линия нарезается на поверхности цилиндра;
глобоидный червяк , имеющий форму глобоида, образованного вращением дуги окружности вокруг червяка (рис. 8.3).
Вторым фактором повышения работоспособности является конструктивное исполнение червячного колеса с вогнутым зубом.
Повреждение веревки из-за высокой температуры на первом слое очень трудно заметить. Такое повреждение синтетической веревки происходит при 65 градусах. Если катушка перегружена, синтетическая веревка может даже расплавиться. Вокруг температурного сопротивления обсуждается - некоторые синтетические канаты имеют высокую термостойкость, но имеют низкую тяговую силу, поэтому требуется веревка с большим диаметром. Возможным решением является использование грубой веревки на первом слое барабана и последующее нанесение ее на более тонкий канат.
Теория червячного зацепления базируется на представлении его в виде плоского реечного зацепления. Поэтому все теоретические предпосылки, разработанные для эвольвентного зубчатого зацепления, справедливы и для червячной передачи. В этом случае червячный преобразователь эквивалентен зубчатому, у которого число зубьев одного колеса равно бесконечности. Такое колесо превращается в червяк, имеющий в осевом сечении форму зубчатой рейки со стандартным модулем m . Для нормальной работы передачи необходимо равенство осевого шага червяка и окружного шага колеса.
Первому слою веревки иногда дают слой нейлонового одеяла. Самое простое решение - следовать рекомендациям производителя, а не использовать лебедку с большими интервалами. Эта проблема не проблема с лебедками редуктора червячного типа. Чем больше слоев веревки, намотанной на барабан, достигают точки притяжения, но больше слоев веревки, намотанной на барабан, не всегда идеальны. Как уже упоминалось, наибольшее тяговое усилие - это лебедка, если веревка как можно дальше, и, таким образом, барабан как можно меньше.
Второй фактор длины веревки состоит в том, что чем больше слоев веревки находятся на барабане, тем больше вероятность того, что веревка запуталась или застряла. Поэтому многие пользователи барабанов предпочитают более короткую веревку на барабаны, хотя автомобиль, например, подготовил еще 15 метров веревки. Это очень практичное решение, особенно если вы используете синтетическую веревку. 30 метров веревки, намотанной на барабан, а еще 15 метров в багажнике - оптимальный компромисс.
В зависимости от формы-профиля боковой поверхности витков применяются червяки трех типов:
архимедов , имеющий в осевом сечении прямолинейный трапецеидальный профиль с углом α = 20° (рис. 8.4,а );
конволютный , у которого профиль прямолинеен в сечении, перпендикулярном к витку (рис. 8.4,б );
эвольвентный с выпуклым эвольвентным профилем в осевом сечении
Скорость обмотки в зависимости от мощности двигателя и передаточного отношения
Скорость намотки веревки может быть хорошим испытанием терпения для победителя. Многие лебедки относительно быстро разматывают веревку без нагрузки, но при нагрузке они значительно медленнее. Большинство лебедок достигают скорости 50 см - 1, 5 м в минуту. Следует помнить, что на быстрой катушке потребляется много электроэнергии.
Есть много лебедок, доступных по разным рыночным ставкам и на разных передачах. Как и в случае с коробкой передач, более низкая передача означает более высокий крутящий момент, а более высокая передача означает логически более низкий крутящий момент. Для быстрой и высоконатяжной катушки требуется мощный высокоскоростной двигатель. Физика также говорит о том, кто имеет более высокий взлетный ток.
(рис. 8.4, в ).
2. Основные геометрические параметры червячной передачи
Основными геометрическими параметрами червячной передачи в соответствии с ГОСТ 2144–76 являются:
1) число заходов червяка Z 1 – количество винтовых поверхностей, нанесенных на червяке. В практике используются червяки с числом заходов 1,
2) осевой модуль m t , величина которого принимается в соответствии со стандартом;
Гидравлические и электрические катушки
Пример: Уровни канатов против скорость ветра против скорости ветра тяговое усилие. Гидравлические лебедки используют планетарный привод с гидравлическим двигателем, который приводится в движение автомобильным насосом. Наибольшим преимуществом гидравлических лебедок является возможность их частого и долговременного использования. Если двигатель автомобиля работает, вы можете использовать его весь день, не опасаясь повреждения лебедки. С другой стороны, электрическая лебедка обеспечивает возможность намотки в течение нескольких минут, даже когда двигатель выключен.
3) коэффициент диаметра червяка q , представляющий отношение
делительного диаметра к модулю и равный q =Z 1 /tg α, где α – угол подъема винтовой линии червяка.
Параметры, определяющие размеры зуба по высоте и толщине, находятся по тем же соотношениям, что для эвольвентного зубчатого зацепления. Значения величины q стандартизованы и вычисляются в
Электрические лебедки легче собираются, имеют меньшую стоимость и могут использоваться в большой местности при литье масла из двигателя автомобиля и последующем захвате. Гидравлические лебедки имеют более высокую цену, но мы можем использовать их почти непрерывно - нет перегрева и последующего выгорания двигателя, что является слабостью электрических лебедок.
Батарея и электроустановка
Электрическая лебедка будет выполнять свою задачу только в том случае, если в нее втекает достаточно «сока». Автомобильные аккумуляторы являются наиболее распространенными в автомобиле. Стартерные батареи имеют очень глубокий разряд. Хорошим решением не является замена стандартного батарейного блока батареей, подходящей для глубоких разрядов. Эти батареи замены не подходят для запуска. Проблема решена батареями для судовых двигателей, которые также подходят для частых и глубоких разрядов даже при высоком потреблении тока при запуске.
соответствии с модулем в пределах q = 8–28. Проблема увеличения жесткости червяка при малых значениях модуля решается за счет увеличения
где Z 2 – число зубьев колеса, определяемое через передаточное отношение;
Z 2 =Z 1 i > 28.
Соответственно межосевое расстояние передачи
a w = (d w 1 +d w 2 )/2 =m (Z 2 +q )/2. В любом случае используйте катушку, чтобы иметь самую сильную батарею. Мы выбираем аккумулятор в соответствии с мощностью в ампер-часах. Чтобы определить, как будет вести себя батарея при загрузке нагрузки, мы разделим максимальную мощность барабана на амперные часы. Аккумулятор емкостью 400 ампер с напряжением 55 А упадет ниже 10, 5 вольт за 8 минут. Это, конечно, теоретический пример, поэтому в реальной жизни это будет меньше, но пример иллюстрирует путь. как мы можем сравнивать батареи для использования с катушкой. Можно использовать две батареи и подключать их параллельно - емкость увеличивается в два раза. Сохранение напряжения батареи выше 10, 5 вольт является важным способом продлить срок службы лебедок. Некоторые пользователи устанавливают вторую батарею в автомобиле, независимо от батареи стартера. Эта батарея используется только для намотки. Этот метод исключает риск разряда стартерной батареи. | ||
Длина нарезанной части червяка: | ||
при Z 1 | ||
l 1 ≥ (11 + 0,06Z 2 )m , | ||
при Z 1 | ||
l 1 ≥ (12,5 + 0,09Z 2 )m . | ||
Условный угол обхвата червяка колесом находят по формуле
Срок службы катушки аккумулятора может быть увеличен за счет установки генератора с более высокой мощностью. Если используемый генератор переменного тока используется для непрерывной работы на полную мощность, он может привести к его воспроизведению и записи.
В любом случае, лучше использовать катушку с катушкой для барабана, чтобы предотвратить разрядку батареи до полного отвода автомобиля. Помните, что вам понадобится много энергии от батареи, чтобы запустить автомобиль. Рекомендуется установить отсоединение аккумулятора в автомобиле, которое должно быть подключено к положительному полюсу аккумулятора. Соленоиды с ручным управлением могут срабатывать в исключительных случаях - например, при движении жесткой и неровной поверхности. Используйте аккумуляторный разъединитель для подключения катушки к батарее только при работе с ней, чтобы предотвратить ненужное повреждение двигателя.
sinγ = b 2 /(d a 1 – 0,5m ), |
где b 2 – ширина венца червячного колеса:
при Z 1 = 1–2
b 2 ≤ 0,75d a 1 ,
при Z 1 = 3–4
b 2 ≤ 0,67d a 1 .
Червячные преобразователи при особых условиях являются устройствами необратимыми, т. е. не позволяющими преобразовывать движение от червячного колеса к червяку. Это условие носит название
Опыт показывает, что наиболее распространенной причиной сжигания двигателя является то, что катушка включается автоматически. За счет нового двигателя, который стоит от 200 долларов, разъединитель аккумуляторных батарей является разумной инвестицией. Роль катушки на транспортном средстве также играет свою роль. Если вы используете катушку для случайного использования, и вы не ожидаете, что она будет использоваться в снегу, воде или грязи, вы также можете установить лебедку за оригинальным передним бампером.
Это сохранит ваш первоначальный внешний вид в автомобиле, и катушка не будет мешать дизайну. Однако, если вы используете катушку в снегу, клинке или воде, вам понадобится другое положение барабана. Лебедка должна располагаться так, чтобы ее электрические части располагались как можно выше над землей. Также важно, чтобы лебедка не уменьшала высоту или угол света автомобиля. Желательно иметь лучший доступ к лебедке, веревке и крюку.
самоторможения.
Факторами, влияющими на условие самоторможения, являются угол подъема винтовой линии α и приведенный угол трения φ.
Аналитическое выражение условия самоторможения имеет вид
α < φ = arctg (f /cos α), |
где f – коэффициент трения материалов червяка и колеса.
Лебедка должна быть размещена на так называемой монтажную пластину, которая прочно соединена с рамой транспортного средства. Для некоторых типов транспортных средств сборные комплекты производятся последовательно, на других монтажная плита будет изготовлена на определенном типе транспортного средства.
Удобно разместить лебедку на транспортном средстве, чтобы свести к минимуму воздушный поток двигателя над маской автомобиля. Это особенно актуально в летние месяцы, когда двигателю необходимо как можно больше остыть. Если вам нужен совет по выбору правильной катушки, напишите нам или позвоните нам, мы будем рады помочь!
Увеличение числа заходов червяка ведет к увеличению α и, следовательно, к устранению самоторможения передачи.
При рассмотрении усилий в червячной передаче нормальное к поверхности зуба давление раскладывают на окружную F t , осевуюF a и радиальнуюF r составляющие.
Окружная сила на червяке F t 1 численно равна осевой силе на колесеF a 2 и направлена против вращения червяка (рис. 8.6):
В качестве исходного материала для фрезы вы можете использовать вал привода автомобиля, в данном случае шестиугольное долото от молотка. Используемые материалы легко доступны, достаточно прочные и хорошо пропитанные. Перед его обработкой сначала необходимо переварить. В моем случае это означает, что необходимо прогревать требуемую палку до максимальной температуры и дать ей остыть в течение нескольких часов в золе. После этого материал можно обработать с помощью обычных инструментов.
Будущий фрезерный станок производится на токарном станке на машине. кормить ножом резака под углом 30 градусов. Диаметр фрезы должен быть немного больше, чем винт, чтобы сделать более глубокую канавку, и винт не сканируется на дне. На этом этапе производства целесообразно выпускать будущий червь вместе с фрезерным станком. Токарный станок установлен так, чтобы не использовать его.
Fr 1 | |||||
Fr 1 | |||||
Fa 1 | Ft 1 | Ft 1 | Fa 2 |
||
Fr 2
Самый крупный недостаток червячных передач – низкий КПД в связи с большими потерями мощности на трения в зацеплении.
Высокая скорость скольжения профилей, представляющая собой геометрическую разность окружных скоростей червяка и колеса, приводит к значительной работе сил трения.
Коэффициент полезного действия с учетом потерь в опорах
Потерянная энергия трения превращается в теплоту, нагревая передачу. Для обеспечения нормальной работы передачи необходимо, чтобы количество теплоты, выделенное в передаче, не превышало количества теплоты охлаждения, т. е. уравнение теплового баланса имеет вид
Поскольку охлаждение передачи осуществляется через поверхность корпуса, то в ряде случаев при значительной мощности поверхность снабжают охлаждающими ребрами, увеличивающими общую площадь охлаждения.
3. Условия оптимизации параметров червячной передачи
Условия работоспособности червячной передачи сводятся к обеспечению контактной и изгибной выносливости зубьев червячного колеса и ограничению температуры нагрева передачи.
Контактная выносливость зубьев червячного колеса. Главным критерием в этом случае является отсутствие выкрашивания поверхности зубьев, а также отсутствие заедания и задира рабочих поверхностей зубьев.
Условие контактной выносливости имеет вид
Н 2 Н 2 , (8.10)
где Н 2 – фактические контактные напряжения на поверхности зубьев червячного колеса; Н 2 – допускаемые контактные напряжения для
материала | |||||
При этом обычно устанавливают следующие ограничения в контактном |
|||||
нагружении: не более 10 % перегрузки и 20 % недогрузки передачи; | |||||
0,8 К Н = | Н 2 | ||||
Н 2 |
|||||
где К Н – коэффициент контактного нагружения передачи.
Оценка работоспособности червячной передачи, как и зубчатых передач, производится на контактную выносливость при изгибе. При этом расчет на контактную выносливость должен обеспечить отсутствие не только выкрашивания, но и заедания, приводящего к задирам рабочих поверхностей зубьев.
Поскольку витки червяка более прочные, чем зубья колеса, расчеты работоспособности выполняются для червячного колеса.
Расчеты по контактным напряжениям основаны на использовании формулы определения напряжений при линейном контакте, имеющей применительно к червячной передаче вид
K H T 2E пр | [σ] H | |||||||
dw 2 | dw 1 | |||||||
где E пр – приведенный модуль упругости;K H – коэффициент нагрузки; | ||||||||
K H= K Hβ K Hν . | ||||||||
Коэффициент K H β , учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, зависит от деформации червяка и от характера изменения нагрузки:
K H β = 1 + (Z 1 /θ)3 (1 – χ), |
где θ – коэффициент деформации червяка; χ – коэффициент режима нагрузки. Коэффициенты θ и χ определяются по таблицам, приводимым в справочной литературе. Коэффициент динамической нагрузки КHv зависит от скорости скольжения и точности изготовления передачи и также приведен
в справочной литературе.
Так как червячное колесо с целью увеличения износостойкости обычно изготовляется из бронзы, то допускаемое напряжение определяется по зависимости
0,9с σ | |||||||||
где c v – коэффициент, зависящий от скорости скольженияv cк ; приv cк ≤ 4, м/сc v = 1,42 – 0,1v cк ; приv cк > 4 м/сc v = 1,66v cк –0,352 ; в – предел прочности бронзы;N НE – эквивалентное число циклов нагружения.
При проектных расчетах выражение (8.15) преобразуют относительно межосевого расстояния
3 (0, 463/(Z | / q)) 2 T K | ||||||||||
H пр | |||||||||||
Точность изготовления червячных передач регламентируется стандартом. В механизмах чаще всего используются передачи, выполненные с 6–8-й степенями точности.
Изгибная выносливость зубьев червячного колеса. Коэффициент изгибного нагружения К F оценивается величиной отношения фактических напряжений изгиба зуба червячного колеса F 2 к допускаемым изгибным напряжениям материала колеса F 2 , т. е.
К F= | σ F2 | ||
[σ]F 2 | |||
Обычно коэффициенты изгибного нагружения имеют значения меньше коэффициента контактного нагружения.
Только в редких случаях для открытых передач при большом числе зубьев колеса (Z 2 > 80) может оказаться, что прочность на изгиб недостаточна.
Так как обычно контактная выносливость в червячной передаче является определяющей, то проектные расчеты геометрических параметров передачи в программе выполняются через контактную прочность.
Помимо рассмотренных условий работоспособности червячной передачи на контактную и изгибную выносливость в программе оптимизации параметров червячной передачи (рис. 8.7) выполняется и тепловой расчет редуктора с ограничением температуры нагрева передачи не более 80 ºС.
Ограничение температуры нагрева передачи. Значительные потери мощности в передаче могут привести к ее недопустимому перегреву. Условие теплового расчета сводится к ограничению температуры нагрева корпуса t по условию
а) увеличением площади поверхности корпуса передачи за счет дополнительных ребер охлаждения;
б) введением вентилятора принудительного обдува корпуса для его охлаждения;
в) применением специальной системы прокачки смазки.
Контрольные вопросы
1. Из каких элементов состоит червячная передача?
2. Какие бывают виды червяков?
3. Какие выделяют факторы повышения работоспособности?
4. Как подразделяются червяки в зависимости от формы-профиля боковой поверхности витков?
5. Какие параметры относят к основным геометрическим параметрам червячной передачи?
6. Чем характеризуется условие торможения?
7. Какие факторы влияют на условие торможения?
8. На какие составляющие раскладывают нормальное к поверхности зуба давление при рассмотрении усилий в червячной передаче?
9. Какие факторы обеспечивают условие работоспособности червячной передачи?
10. Чем характеризуется условие теплового расчета?
Червячная передача обеспечивает преобразование движения по принципу второй пары либо наклонной плоскости. При этом различают диаметры длительных и начальных цилиндров. Полюсом зацепления является точка касания у начальных цилиндров.
Червячная передача включает в себя винт (который называют червяком) и колесо. Угол скрещивания валов колеса и винта может быть различным. Однако, как правило, он равен девяноста градусам. Червячная передача имеет преимущество перед зубчато-винтовыми. Проявляется оно в том, что начальное соприкосновение звеньев осуществляется не в точке, а по линии. Обод колеса, которое включает в себя червячная передача, имеет форму вогнутую. Резьба винта может быть левой или правой, многозаходной либо однозаходной.
Червяки отличают по форме поверхности, где образуется резьба. В соответствии с этим существуют глобоидальные и цилиндрические. С учетом формы профиля различают криволинейные и прямолинейные типы. Наиболее распространенными считаются цилиндрические червяки. У деталей с прямолинейным профилем в сечении витки очерчиваются архимедовой спиралью. Поэтому они называются архимедовыми червяками. Они подобны с Их можно нарезать на резьбофрезерном либо обычном
Практика показала, что мотор редуктор червячный отличается повышенной работоспособностью при условии повышения твердости резьбы. Последние годы все более распространены высокотвердые шлифованные детали. Для обработки изделий используются специальные с фасонным профилем. Однако это затрудняет обработку и понижает точность при изготовлении. В связи с этим, изготовление архимедовых червяков осуществляют с нешлифованными витками. Для обрабатываемых высокотвердых элементов используют эвольвентные детали, имеющие соответственный профиль в торцовом сечении. Основным преимуществом этих червяков является возможность осуществлять шлифование витков при помощи плоской стороны круга. Но вместе с этим необходимы специальные станки.
Червячный мотор редуктор NMRV являет собой специальный электродвигатель. Преимущества детали в компактном размере, бесшумности и плавности работы. Благодаря унифицированным можно использовать этот редуктор вместо агрегатов других производителей. За счет развернутого под прямой угол расположения выходного вала и универсального корпуса, несколько модернизированного, деталь можно располагать в тех местах, где модели с соосным расположением вала установить невозможно. Благодаря современной технологии литья под давлением сегодня производятся усовершенствованные модели агрегатов.
Червячное колесо нарезается соответствующими фрезами. Выполнены они идентично винтам. Однако фрезы имеют наружный диаметр и режущие кромки на двойной размер больше радиального зазора. При нарезке заготовки колесо и фреза осуществляют взаимное движение по тому же принципу, что и червячная передача.