Лабораторная работа № 2 Изучение конструкции и определение основных параметров червячных редукторов

Цель работы:

- изучение конструкции одноступенчатого червячного редуктора;

- определение геометрических параметров червячного зацепления;

- ознакомление с методикой регулировки осевого положения червячного колеса, регулирование предварительного натяга подшипников;

- измерение габаритных и присоединительных размеров червячного редуктора.

Лабораторное оборудование: редуктор поворота П41.03.190А, универсальный червячный редуктор типа РЧУ, штангенциркули ШЦ – 1 – 125 – 0,05 и ШЦ – 3 – 400 – 01.

2.1. Общие сведения

Червячная передача относится к числу зубчато – винтовых, и состоит из червяка, рабочие поверхности которого являются винтовыми поверхностями, и червячного колеса, зубья которого имеют дуговую форму, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка. Такая форма колеса обеспечивает увеличение длины и прочности зубьев на изгиб. Как правило, оси червяка и колеса перекрещиваются под углом 90º. Червячные передачи используются в станках, автомобилях, подъёмно – транспортных и других машинах и механизмах. Схема червячной передачи представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема червячной передачи:

1 – червяк; 2 – червячное колесо; а_ω – межосевое расстояние;

ω₁ и ω₂ – угловая скорость вращения червяка и колеса соответственно

Достоинства червячных передач:

- возможность осуществления большого передаточного числа в одной ступени (передаточное число силовой червячной передачи может доходить до 110, поэтому червячная передача имеет бόльший потенциал повышения крутящего момента и снижения частоты вращения на выходном валу, чем редукторы с другими типами передач);

- плавность хода и бесшумность работы;

- возможность самоторможения (передача движения только от червяка к колесу);

- мéньшие габаритные размеры в сравнении с цилиндрическим редуктором с аналогичными механическими характеристиками).

Недостатки червячных передач:

- достаточно низкий КПД вследствие скольжения витков червяка по зубьям колеса (обычно не более 0,85);

- необходимость изготовления зубьев колеса из дорогих антифрикционных материалов;

- значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом;

- склонность к заеданию и повышенный износ;

- ограничение по передаваемой мощности (не более 60 кВт); как правило, передаваемая мощность производимых в настоящее время червячных редукторов не превышает 15 кВт;

- люфт выходного вала, увеличивающийся по мере износа;

- мéньший срок службы в сравнении с цилиндрическим редуктором (по данным завода "Редуктор", Санкт – Петербург, червячные – не менее чем 10 тыс. часов, цилиндрические – не менее чем 25 тыс. часов);

- работа червячного редуктора при неравномерных нагрузках на выходном валу, а так же при частых остановках – пусках не рекомендуется.

Характерной особенностью червячной передачи является большая скорость скольжения V_ск, которая направлена по касательной к линии витка червяка (рис. 2.2, а):

V_ск = = = , (2.1)

где V₁ – окружная скорость на делительном диаметре червяка, м/с;

V₂ – окружная скорость на делительном диаметре колеса, м/с;

ω₁ – угловая скорость вращения червяка, рад/с;

d₁ – делительный диаметр червяка, мм;

γ – угол подъёма линии витка червяка на делительном цилиндре, град.

Для передач, имеющих один виток, V_ск ≈ V₁ (γ → 0, cos γ ≈ 1).

а) б)

Рис. 2. 2, а) – схема к определению скорости скольжения: ω₁ – угловая скорость вращения червяка; V₁ – окружная скорость на делительном диаметре червяка; V₂ – окружная скорость на делительном диаметре колеса; V_ск – скорость скольжения;

б) – положение контактных линий на зубе колеса: 1, 2 и 3 - последовательные положения контактных линий в процессе зацепления

Если скорость скольжения направлена по нормали к линии контакта (линии 1 и 2, рис. 2.2, б), то масло затягивается в клиновой зазор и воспринимает действующую нагрузку. Если скольжение происходит вдоль линии контакта (линия 3), то масляный клин образовываться не может (в зубчатых передачах скорость скольжения перпендикулярна контактным линиям).

Неблагоприятное направление скорости скольжения является причиной низкого КПД червячной передачи вследствие значительных сил трения, следствием действия которых является выделение теплоты в зоне контакта и повышенный износ.

Червяки изготавливают из углеродистых или легированных сталей. Наилучшую стойкость обеспечивают червяки из цементуемых сталей (15Х, 20Х, 18ХГТ, 15ХФ, 12ХН3А и др.), имеющие твёрдость поверхностного слоя после закалки Н_HRC ≥ 56 …63. Широко применяют червяки из сталей 40, 45, 50, 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной или обьёмной закалкой до твёрдости Н_HRC ≥ 45 …55.

Материалы для изготовления зубчатых венцов червячных колёс в зависимости от их антифрикционных свойств условно делят на три группы:

- оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1) – применяют при больших скоростях скольжения (5 … 25 м/с);

- безоловянистые бронзы (БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л) и латуни – при скорости скольжения не более 5 м/с;

- серый чугун (СЧ15, СЧ20) – при скорости скольжения не более 2 м/с.

а) б) в)

Рис. 2.3. Варианты составных колёс:

1 – ступица; 2 – бронзовый венец; 3 – винт; 4 – болт

В целях экономии дорогостоящих цветных металлов червячные колеса диаметром более (150 … 200) мм выполняют составными (рис. 2.3) из стальной или чугунной ступицы 1 и бронзового венца 2. На рис. 2.3, а, бронзовый венец посажен на стальной центр (ступицу) с натягом. Для предотвращения взаимного смещения в стыкуемые поверхности ввёртывают винты 3. Головки винтов после завинчивания срезают. На рис. 2.3, б, приведена болтовая конструкция составного колеса. Бронзовый венец прикрепляют к ступице болтами 4. Биметаллическая конструкция колеса (рис. 2.3, в), в которой бронзовый венец отливают в форму с предварительно вставленным в нее стальным центром, наиболее рациональна. Применяется она в серийном производстве червячных передач.