В зависимости от вида соединения венца со ступицей составные колеса могут иметь: напрессованный венец; механически закрепленный венец; венец, залитый непосредственно на ступицу.
а) б) в)
Конструкции червячных колес
Напрессованный венец, соединяемый со ступицей за счет горя-чепресоовых посадок (рис. 4, а ), применяют в малонагруженных передачах при постоянной нагрузке.
Соединение болтовым креплением (рис. 4,б) применяется в колесах больших диаметров (D ≥ 400 мм).
Более прогрессивным способом, позволяющим существенно сократить расход бронзы, является заливка венца непосредственно на ступицу (рис.4, в).
При скоростях скольжения V ск ≤ 2 м/с червячные колеса можно изготавливать целиком из чугуна СЧ15, СЧ18.
Конструкции червяков.
По форме поверхности, на которой образуется резьба, червяки бывают цилиндрическими и глобоидными (рис.5). Передачи с глобоидными червяками обладают повышенным КПД и нагрузочной способностью, более надежны и долговечны, но в изготовлении и монтаже значительно сложнее, чем передачи с цилиндрическими червяками.
Виды червячных передач
Цилиндрические червяки. Чаще всего червяки изготавливают заодно целое с валом, реже насадными. Диаметр ненарезанной части цельного червяка делают как можно большим, а длину червяка - возможно меньшей.
Насадные червяки применяют в передачах с малыми передаточными числами и большими диаметрами червяков.
Наибольшее распространение имеют следующие поверхности червяков: архимедова, эвольвентная, конволютная; соответствующие названия имеют и червячные передачи. Названия эти червячные передачи получили по виду кривых, получающихся в сечении витков червяка плоскостью, перпендикулярной к его оси (спираль Архимеда, классическая эвольвента окружности, удлиненная эвольвента). В соответствии с ГОСТ 18498-73 в документации их условно обозначают ZA , ZI , ZN .
Архимедов червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль которого является архимедовой спиралью (рис.б, а).
Эвольвентный червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль которого является эвольвентой окружности (рис.6, б).
Конволютный червяк - это цилиндрический червяк, теоретический торцовый профиль витков которого является удлиненной эвольвентой (рис.6, в).
Формы профиля резьбы цилиндрических червяков
Для увеличения КПД и несущей способности передачи червяки термически обрабатывают, шлифуют и полируют. При необходимости шлифовки рабочих поверхностей витков резьбы предпочтительны конволютные и эвольвентные червяки, шлифовка которых по сравнению с архимедовым червяком проще и дешевле. Число витков червяка выбирается в зависимости от передаточного числа и передаваемой мощности. При больших передаточных числах и сравнительно небольших передаваемых мощностях (до 15 кВт), а также когда потери на трение не имеют существенного значения, можно применять однозаходные червяки, в противном случае применяются многозаходные червяки (Z 1 =2, Z 2 =4).
При скорости V 1 =5 м/с червяк рекомендуется располагать под колесом.
Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63 , а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55 . Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо - из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом (см. рис. 1; 2), реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.
Рис. 1Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса (рис. 3, д)
где v 1
- окружная скорость червяка;
γ
- делительный угол подъема резьбы червяка.
В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали (см. рис. 1; 2). При скоростях скольжения v
ск =5...30 м/с
и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1
, БрОНФ
с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v
ск ≤6 м/с
зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л
и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45
.
Рис. 2
Рис. 3
В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом (см. рис. 1; 2) и для надежности соединения скрепляют с ним винтами . В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами (рис. 4, а). При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими (рис. 4, б), т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения v ск ≤2 м/с червячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20 . Для амортизации ударов при работе червячной передачи , глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). На (рис. 4, в) показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтами между стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как и зубчатого колеса .
Рис. 4
Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v 2 , обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по табл.
Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63 , а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55 . Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо - из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем.
Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса
Где v 1 - окружная скорость червяка; γ - делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали При скоростях скольжения v ск =5...30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1 , БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v ск ≤6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥45 .
В червячном колесе небольшого диаметра, не подвергающегося сильному нагреву, бронзовый венец обычно насаживают на центр с натягом и для надежности соединения скрепляют с ним винтами. В колесах больших и средних диаметров бронзовый венец скрепляют с центром винтами При серийном производстве червячные колеса изготовляют биметаллическими т. е. бронзовый венец отливают центробежным способом в форме, в которую помещают чугунный центр. При скоростях скольжения v ск ≤2 м/с червячные колеса для удешевления можно изготовлять целиком из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20 . Для амортизации ударов при работе червячной передачи, глушения механической вибрации и максимального снижения износа зубьев червячных колес их иногда изготовляют из пластмасс. Пластмассовые червячные колеса применяют в небольших силовых передачах и приборах; материалом для них служат древеснослоистые пластики (ДСП), текстолит и полиамиды (капрон и нейлон). Показано пластмассовое червячное колесо из текстолитовых или древопластиковых пластин, насаженных на металлическую втулку и соединенных болтамимежду стальными дисками. В остальном конструкция червячного колеса такая же, как изубчатого колеса.
Из 12 степеней точности изготовления червячных передач, регламентируемых ГОСТ 13675-68 (СТ СЭВ 311-76), для силовых передач предусмотрены 5, 6, 7, 8 и 9-я степени точности. В общем машиностроении чаще всего пользуются 7, 8 и 9-й степенями точности. Выбор степени точности червячной передачи в зависимости от окружной скорости колеса v 2 , обработки червяка и колеса и области применения передачи можно производить по таблице.
43.Кинематика червячной передачи. КПД червячной передачи. За каждый оборот червяка сечение его витка смещается в осевом направлении на величину хода резьбы: t = p 1 z 1 , со скоростью u 1 = p 1 z 1 n 1 . Червячное колесо имеет окружную скорость u 2 = pd 2 n 2 = pmz 2 n 2 . Так как u 1 = u 2 , то z 1 n 1 = z 2 n 2 или z 1 w 1 = z 2 w 2 . Следовательно, передаточное число
u = w 1 /w 2 = n 1 /n 2 = z 2 /z 1 .
При движении витки червяка скользят по зубьям колеса так, как в винтовой паре. Скорость скольжения u S (рис. 3.38, а ) направлена по касательной к винтовой линии червяка. Как относительная скорость, она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса:
/ cos g .
На рис. 3.38 показаны контактные линии, лежащие на боковой поверхности зубьев цилиндрической (б ) и глобоидной (в ) передач, а также изображены проекции u векторов скорости скольжения, которые по модулю и направлению близки к окружной скорости червяка.
Если угол наклона контактных линий к вектору скорости скольжения мал, то условия для гидродинамической смазки неблагоприятны. Если скорость скольжения направлена поперёк линии контакта, то создаются условия для образования масляного клина, обладающего значительной подъёмной силой, и возникает режим жидкостного трения. Поэтому нагрузочная способность глобоидных передач примерно в 1,5 раза выше цилиндрической.
Червяки выполняют
заодно с валом. Насаживаемые червяки
применяются крайне редко. Основные
размеры червяка (диаметры
,
,
,
длина
)
определены при проектировании.
Ориентировочное расстояние между
опорамиl
определяется на стадии эскизного
проектирования редуктора.
Одним из основных требований, предъявляемых к конструкции вала-червяка, является обеспечение высокой жесткости. С этой целью расстояние между опорами стараются делать как можно меньше.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 9. Конструкция цилиндрических червяков |
Диаметр вала-червяка в ненарезанной части выбирают таким, чтобы обеспечить, по возможности, свободный выход инструмента при обработке витков и необходимую величину упорного заплечика для подшипника (рис. 9а ).
Если диаметр червяка недостаточно большой для обеспечения нужной высоты заплечика, то необходимо предусмотреть буртик (рис. 9б ).
При малом диаметре червяк приходится выполнять по рис. 9в . В этом случае заплечики выполняют как по рис. 9а , так и по рис. 9б .
4.2 Конструкция червячных колес
Основные размеры
венца червячного колеса (диаметры
,
,
,
,
ширина венца
)
определены при проектировании.
Радиус выемки
поверхности вершин зубьев колеса
(рис. 10) определяется по диаметру
червяка:
,
где 
– делительный диаметр червяка.
m – модуль передачи.
На торцах червячного
колеса выполняют фаски
с округлением до стандартного значения
(стандартный размерный ряд фасок дан в
табл. 8).
Червячные колеса небольшого диаметра (до 100-120 мм) выполняют цельными . Толщину обода в этом случае можно принять:
.
Размеры диска и ступицы принимают как у сборных колес.
Более крупные колеса изготавливают сборными для экономии дорогостоящих бронз. Диск колеса выполняют из более дешевых чугунов или сталей, зубчатый венец – из бронзы.
Нарезание зубьев червячного колеса выполняют после сборки.
Конструкция диска зависит от объема выпуска. При мелкосерийном производстве заготовки дисков получают из проката или поковок с последующей токарной обработкой (рис. 11а ). При серийном производстве (годовой объем выпуска свыше 100 шт.) предпочтительнее изготовление штампованных или литых дисков (рис. 11б ).
Для облегчения
выемки заготовки из штампа или литейной
формы необходимо на ободе и ступице
предусмотреть уклоны
и радиусы закругления
мм.
Для кованных и точеных дисков радиусы
закругления принимают
мм.
Толщина червячного
венца S
: .
Толщина обода
:
.
Отсюда наружный
диаметр диска: 
.
Внутренний диаметр
обода: 
.
Толщина диска
,
но не менее
.
Диаметр ступицы
наружный
:
–для стальной
ступицы при шпоночном соединении и
посадке с натягом;
–для стальной
ступицы при шлицевом соединении;
–для ступицы из
чугуна.
Примечание:
Диаметр вала
определяется после расчета валов.
Длина ступицы
:
–меньшие значения при посадке на вал с натягом, большие – при переходной посадке;
–оптимальное значение;
Окончательно
принимается после расчета соединения
вал–ступица.
Редукторные червячные колеса чаще всего имеют симметрично расположенную ступицу.
Червячные колеса
весом более 20 кг должны иметь 4…6 отверстий
на диске для обеспечения строповки.
Диаметр отверстий
принимается конструктивно.
Острые кромки на
торцах ступицы притупляют фасками
,
размеры которых принимают по таблице
8.
|
| ||||||||
|
|
Такие же по величине фаски можно применить и для притупления внутренней кромки обода.
Соединение венца с диском должно обеспечивать передачу большого крутящего момента и сравнительно небольшой осевой силы. Конструкция венца и способ соединения с диском зависит от объема выпуска.
При единичном
и мелкосерийном производстве
и небольших
размерах колес
(
300 мм) венцы насаживают на дискс
натягом
(рис. 12).
Толщина обода:
.
При постоянном
направлении вращения червячного колеса
на наружной поверхности диска
предусматривают буртик (рис. 11а
),
который воспринимает осевую силу.
Размеры буртика можно принять:
;
.
Колесо реверсивной передачи можно
выполнить без буртика.
При относительно небольших натягах (или принятии натяга без расчета), для гарантии непроворачиваемости, в стык червячного венца и диска устанавливают винты (рис. 12б ) в качестве цилиндрической шпонки (обычно по 3…4 штуки по окружности).
При больших
размерах колес
(
300 мм) венец можно прикрепить к диску с
помощью призонных болтов (под развертку)
(рис. 13) или заклепок. В этом случае венец
предварительно центрируют по диаметруD
,
сопряжение выполняют по переходной
посадке.
Толщина обода:
.
В данной конструкции необходимо предусмотреть надежное стопорение гайки от самоотвинчивания, для этого пружинные шайбы применять не рекомендуется .
При серийном производстве экономически выгоднее изготавливать колеса с венцами, получаемыми отливкой. Чугунный или стальной диск нагретый до 700…800ºС закладывают в металлическую форму, подогревают ее до 150…200ºС и заливают расплавленной бронзой. При остывании между диском и венцом возникает натяг, вызываемый усадкой затвердевающего жидкого металла венца.
Толщину венца при
отливке принимают
.
Диски изготавливают точением, штамповкой или литьем в кокиль. Наружные поверхности литых дисков механически не обрабатывают. Их обезжиривают и очищают от оксидных пленок с помощью химической обработки. На ободе диска предусматривают 6…8 углублений, после отливки на венце образуются выступы, которые воспринимают как окружную, так и осевую силы.
Вогнутую наружную
поверхность диска (рис. 14а
,б
)
получают точением. Поперечные пазы
получают радиальной подачей фрезы:
дисковой (рис. 14а
)
– перпендикулярно оси вращения колеса
или цилиндрической (рис. 14б
)
– параллельно оси вращения. Размеры
пазов:
;
.
Углубления на ободе диска можно высверливать (рис. 14в ).
На рис. 14г ,д показаны диски с пазами, получаемые при литье в диска в кокиль.
Основные размеры венца червячного колеса (диаметры , , , , ширина венца ) определены при проектировании.
Радиус выемки поверхности вершин зубьев колеса (рис. 10) определяется по диаметру червяка:
,
где – делительный диаметр червяка.
m – модуль передачи.
На торцах червячного колеса выполняют фаски с округлением до стандартного значения (стандартный размерный ряд фасок дан в табл. 8).
Червячные колеса небольшого диаметра (до 100-120 мм) выполняют цельными . Толщину обода в этом случае можно принять:
.
Размеры диска и ступицы принимают как у сборных колес.
Более крупные колеса изготавливают сборными для экономии дорогостоящих бронз. Диск колеса выполняют из более дешевых чугунов или сталей, зубчатый венец – из бронзы.
Нарезание зубьев червячного колеса выполняют после сборки.
Конструкция диска зависит от объема выпуска. При мелкосерийном производстве заготовки дисков получают из проката или поковок с последующей токарной обработкой (рис. 11а ). При серийном производстве (годовой объем выпуска свыше 100 шт.) предпочтительнее изготовление штампованных или литых дисков (рис. 11б ).
Для облегчения выемки заготовки из штампа или литейной формы необходимо на ободе и ступице предусмотреть уклоны и радиусы закругления мм. Для кованных и точеных дисков радиусы закругления принимают мм.
Толщина червячного венца S
: .
Толщина обода : .
Отсюда наружный диаметр диска: 
.
Внутренний диаметр обода: 
.
Толщина диска , но не менее .
Диаметр ступицы наружный :
– для стальной ступицы при шпоночном соединении и посадке с натягом;
– для стальной ступицы при шлицевом соединении;
– для ступицы из чугуна.
Примечание: Диаметр вала определяется после расчета валов.
Длина ступицы :
– меньшие значения при посадке на вал с натягом, большие – при переходной посадке;
– оптимальное значение;
Окончательно принимается после расчета соединения вал–ступица.
Редукторные червячные колеса чаще всего имеют симметрично расположенную ступицу.
Червячные колеса весом более 20 кг должны иметь 4…6 отверстий на диске для обеспечения строповки. Диаметр отверстий принимается конструктивно.
Острые кромки на торцах ступицы притупляют фасками , размеры которых принимают по таблице 8.
Такие же по величине фаски можно применить и для притупления внутренней кромки обода.
Соединение венца с диском должно обеспечивать передачу большого крутящего момента и сравнительно небольшой осевой силы. Конструкция венца и способ соединения с диском зависит от объема выпуска.
При единичном и мелкосерийном производстве и небольших размерах колес ( 300 мм) венцы насаживают на диск с натягом (рис. 12).
Толщина обода: .
При постоянном направлении вращения червячного колеса на наружной поверхности диска предусматривают буртик (рис. 11а ), который воспринимает осевую силу. Размеры буртика можно принять: ; . Колесо реверсивной передачи можно выполнить без буртика.
При относительно небольших натягах (или принятии натяга без расчета), для гарантии непроворачиваемости, в стык червячного венца и диска устанавливают винты (рис. 12б ) в качестве цилиндрической шпонки (обычно по 3…4 штуки по окружности).
При больших размерах колес ( 300 мм) венец можно прикрепить к диску с помощью призонных болтов (под развертку) (рис. 13) или заклепок. В этом случае венец предварительно центрируют по диаметру D , сопряжение выполняют по переходной посадке.
Толщина обода: .
В данной конструкции необходимо предусмотреть надежное стопорение гайки от самоотвинчивания, для этого пружинные шайбы применять не рекомендуется .
При серийном производстве экономически выгоднее изготавливать колеса с венцами, получаемыми отливкой. Чугунный или стальной диск нагретый до 700…800ºС закладывают в металлическую форму, подогревают ее до 150…200ºС и заливают расплавленной бронзой. При остывании между диском и венцом возникает натяг, вызываемый усадкой затвердевающего жидкого металла венца.
Толщину венца при отливке принимают .
Диски изготавливают точением, штамповкой или литьем в кокиль. Наружные поверхности литых дисков механически не обрабатывают. Их обезжиривают и очищают от оксидных пленок с помощью химической обработки. На ободе диска предусматривают 6…8 углублений, после отливки на венце образуются выступы, которые воспринимают как окружную, так и осевую силы.
Вогнутую наружную поверхность диска (рис. 14а
,б
) получают точением. Поперечные пазы получают радиальной подачей фрезы: дисковой (рис. 14а
) – перпендикулярно оси вращения колеса или цилиндрической (рис. 14б
) – параллельно оси вращения. Размеры пазов: 
; 
.
Углубления на ободе диска можно высверливать (рис. 14в ).
На рис. 14г ,д показаны диски с пазами, получаемые при литье в диска в кокиль.