Лабораторная работа №5 Изучение червячных редукторов

Цель работы – ознакомиться с конструкциями червячных редукторов, с порядком их сборки и регулировки, измерить их размеры, определить параметры и размеры червячного зацепления.

Общие сведения

Червячная передача – передача зацепления со скрещивающимися осями валов. Передача движения происходит от червяка (однозаходного или многозаходного винта) к зубчатому колесу специальной формы (ведущим при определенных условиях может быть и червячное колесо) и осуществляется по принципу винтовой пары. Наибольшее распространение получили одноступенчатые червячные редукторы с диапазоном передаточных чисел U=8…63.

При больших передаточных числах применяют двухступенчатые червячные редукторы или комбинированные редукторы, состоящие из червячной и зубчатой передач. Серийно выпускаются только одноступенчатые червячные редукторы, с различными вариантами расположения червяка и червячного колеса. В машинах легкой и текстильной промышленности червячные передачи применяются в виде отдельных механизмов, для получения малых скоростей движения или точных перемещений.

Кинематические схемы одноступенчатых червячных редукторов представлены на рисунке 18. Они выполняются со следующими вариантами расположения червяка 1 и червячного колеса 2: червяк над колесом (верхнее расположение червяка) рисунок 18,а; червяк под колесом (нижнее расположение червяка) рисунок 18,б; червяк расположен сбоку от колеса рисунок 18,в,г.

Рисунок 18. Кинематические схемы червячных редукторов

Конструкции деталей червячной передачи

Червячная передача представляет собой передачу, у которой ведущее колесо (червяк) выполнено с малым числом зубьев (z₁ =1…4), а ведомое червячное колесо имеет большое число зубьев ( ). Угол скрещивания осей обычно составляет 90⁰ . Цилиндрические червяки стандартных редукторов имеют в осевом сечении трапецеидальный профиль, а в торцовом сечении витки червяка могут быть архимедовы (обозначение ZA), конволютные (ZN), и эвольвентные (ZJ). В мелкосерийном производстве, а также в передачах с небольшой мощностью в основном используются архимедовы червяки, имеющие прямолинейный профиль в осевом сечении. Их изготавливают из термически улучшенных сталей (45,50,35ХМ). В крупносерийном производстве (серийно выпускаемые редуктора), а также в передачах с большой мощностью используются эвольвентные червяки, имеющие прямолинейный профиль витка в сечении плоскостью, параллельной осевой, но смещенной на величину радиуса основного цилиндра червяка. Их изготавливают из сталей (40ХН, 45Х, 45 ХЦ, 35 ХМ, 20Х), которые закаливаются до твердости 45….50 HRC с последующим шлифованием.

Червячные колеса имеют зубья дуговой формы, охватывающие часть червяка. Их выполняют из антифрикционных материалов, вследствие того, что в передаче наблюдается высокая скорость скольжения и она склонна к заеданию и износу. При малых скоростях скольжения червячные колеса делаются цельными из чугуна. При средних скоростях скольжения колеса изготавливаются из латуни или бронзы, при высоких – из оловянистой бронзы. Для экономии дорогостоящих цветных металлов червячные колеса изготавливают составными: бронзовый венец напрессовывается на стальную ступицу.

Конструкция редуктора

При окружных скоростях червяка до 5 м/с, можно применять любую схему редуктора, приведенную на (рис 18а). При больших скоростях используется только схема редуктора с верхним расположением червяка рисунок 18,а.

Корпус червячного редуктора обычно выполняется из чугунного литья либо для снижения веса из алюминиевого. В единичном производстве корпуса делаются сварными. Конструкция корпуса должна обеспечивать легкую постановку в него узлов червяк 1 и червячного колеса 2, а также возможность регулировки зацепления (рис. 19). Для удобства сборки и разборки корпус редуктора делают разъемным по горизонтальной плоскости, проходящей через ось вала колеса, т.е. корпус состоит из основания 3 и крышки 4 корпуса. В одноступенчатых редукторах с межосевым расстоянием передачи a_w <240 мм,

корпус допускается делать неразъемным. В таких корпусах для возможности сборки узла червячного колеса, на его боковых стенках делаются отверстия диаметром несколько большим, наибольшего диаметра d_ам2червячного колеса.

Вал – червяк 5 (рис. 19) и вал червячного колеса 6 устанавливаются на радиально-упорных подшипниках качения 7,8, по одному в каждой опоре. Для увеличения жесткости корпуса и создания лучших условий для крепления привертных крышек 9,10,11 и 12 в местах расположения подшипников предусмотрены крепежные фланцы и ребра жесткости. Для крепления редуктора к плите или раме применяются болты или винты, устанавливаемые в отверстиях 13 фундаментального фланца 14. Для заливки масла и осмотра передачи в верхней части крышки корпуса 4 делается окно, закрываемое крышкой 15, в которую вкручивается ручка отдушника 16, предназначенная для суфлирования полости редуктора с атмосферой (выравнивая давления внутри редуктора с атмосферным). Для слива масла в нижней части основания корпуса 3 предусмотрено резьбовое отверстие, закрываемое пробкой 17.

Контроль за уровнем масла проводится с помощью жезлового маслоуказателя 18, вставляемого в основание корпуса 3. Вместо жезлового маслоуказателя может использоваться круглый, крепящийся к корпусу винтами. Для герметизации корпуса редуктора, а также для защиты подшипников и зацепления от пыли и грязи в подшипниковых крышках 9 и 12 с отверстиями для выхода концов валов червяка и червячного колеса, устанавливаются уплотнения. Для увеличения теплоотдачи и понижения температуры масла, на боковых стенках корпуса (в районе расположения червяка) выполняются ребра. Крышка 4 и основание 3 корпуса редуктора соединяются крепежными болтами 19 и двумя штифтами 1, фиксирующими их правильное относительное положение.

Смазка редуктора

Назначение и системы смазки червячных редукторов такие же как и для цилиндрических, т.е. картерная или циркуляционная. Система смазки выбирается в зависимости от скорости червяка. При нижнем расположении червяка масло должно покрывать всю высоту витка. При верхнем расположении червяка, уровень масла должен быть не менее 2m, но не более 1/3 радиуса червячного колеса. Для смазывания зацепления, при нижнем расположении червяка, на нем устанавливаются разбрызгиватели. Масло заливается в этом случае до центра нижнего тела качения подшипника. Подшипники качения смазываются путем разбрызгивания масла. Подшипники можно смазывать консистентной смазкой, но в этом случае в конструкции предусматриваются защитные шайбы от попадания масла из картера редуктора.

Размеры червячного редуктора

Червячный одноступенчатый редуктор характеризуется следующими размерами (рис. 2):

- Габаритные размеры: длина L, ширина B, высота H.

- Размеры присоединительных поверхностей: расстояние от осей быстроходного h_б и тихоходного h_т валов до базовой опорной поверхности; длины L_б и L_т выступающих концов соответственно быстроходного и тихоходного валов; диаметр d₀ и координаты C₁ и C₂ между осями отверстий для крепления редуктора к раме или плите; размеры базовых опорных плоскостей  .

- Основные расчетные размеры: ширина червячного колеса b₂ ; длина нарезанной части червяка b₁ ; наружный диаметр червячного колеса d_ам2 .

Рис. 19 а. Червячный редуктор

А-А

Рис. 19 б. Червячный редуктор

Определение параметров и размеров червячного зацепления (передач)

1. Подсчитать число заходов червяка Z₁ (количество нарезок, начинающихся с торца червяка) и число зубьев червячного колеса Z₂ .

2. Определить передаточное число передачи

3. Подсчитать число оборотов червяка n₁ , которые он совершит за время одного полного оборота n_z =1 об/мин червячного колеса.

4. Определить передаточное отношения передачи

Примечание. Передаточное отношение передачи i должно быть близким к рассчитанному передаточному числу U.

5. Измерить штангенциркулем осевой шаг червяка Р (расстояние между одноименными точками двух соседних зубьев на профиле червяка) (рис. 2) мм.

6. Определить осевой модуль передачи, мм 

7. Полученное значение осевого модуля передачи m^/ округлить до ближайшего стандартного значения m (табл. 7).

Таблица 7

Осевой модуль передачи m, мм	1-й ряд	2,0	2,5		3,15	4,0		5,0	6,3		8,0		10	12,5		16
	2-й ряд	3,0			3,5			6,0			7,5			12
Коэффициент диаметра червяка q	1-й ряд	8,0		10			12,5			16		20			25
	2-й ряд	7,1		9,0			11,2			14		18			22,4
Примечание . При выборе значений 1-й ряд следует предпочитать 2-му

8. Измерить штангенциркулем значение диаметра выступов червяка d^/ a1.

9. Определить расчетное значение коэффициента диаметра червяка:

10. Полученное значение коэффициента диаметра червяка q^/ округлить до

ближайшего стандартного значения q (табл. 7).

11. Рассчитать геометрические размеры червяка и червячного колеса и полученные размеры занести в таблицу 8.

Таблица 8

№	Геометрические размеры	Червяк	Червячное колесо
1	Диаметр делительной окружности	d1 =m*q	d2 =m*Z2
2	Диаметр окружности выступов	da1 =d1 +2m	da2 =d2 +2m
3	Диаметр окружности впадин	df1 =d1 -2.4m	df2 =d2 -2.4m
4	Наружный диаметр червячного колеса	-	dам2 =da2+ (проверить замером)
5	Длина нарезанной части червяка	b1 – по замеру
6	Ширина червячного колеса	-	b2 - по замеру
7	Межосевое расстояние передачи

Сборка и регулировка редуктора

Рациональная конструкция редуктора позволяет осуществлять узловую сборку. Перед общей сборкой собираются валы с насаживаемыми на них деталями. На вал–червяк надеваются предварительно нагретые в масле подшипники. Собранный вал 5 устанавливается в крышке корпуса 4, сначала без наружных колец подшипника. На тихоходный вал напрессовывается червячное колесо до упора в буртик вала, за ним надеваются распорная втулка и надевается предварительно нагретые в масле подшипники. Собранный вал устанавливается на основание корпуса 3. Далее надевается крыша корпуса 4 на основание корпуса 3 и ставятся штифты. Витки червяка 1 вводятся в зацепление с зубьями червячного колеса2, после чего устанавливаются наружные кольца подшипников вала-червяка.

Подшипниковые крышки с надетыми на них регулировочными прокладками устанавливаются в корпус и крепятся винтами. Сливное отверстие закрывается пробкой и устанавливается маслоуказатель.

После сборки осуществляется сначала регулирование подшипников, а затем – червячного зацепления. Регулирование заключается в установлении такого осевого зазора между торцем наружного кольца подшипника и торцем подшипниковой крышки, который при установившемся температурном режиме ( в работающим редукторе, при рабочей нагрузке и температуре) был бы близок к нулю, но обеспечивал легкое вращение вала. Для радиально–упорных подшипников зазор должен составлять 0,07…0,1 мм, в зависимости от их типов и размеров. Зазор обеспечивается путем изменением толщины регулировочных прокладок.

Рис. 20. Положение пятна контакта в червячном зацеплении: а –симметричное; б - смещенное

К регулированию зацепления можно приступить только после того как закончено регулирование подшипников. На рабочую поверхность витков червяка наносят тонкий слой краски, после чего проворачивают вал–червяк, притормаживая вал червячного колеса. О взаимодействии витка червяка и зубьев червячного колеса свидетельствует пятно контакта – отпечаток краски на рабочих поверхностях зубьев колеса. Положение пятна контакта в пределах границ зуба червячного колеса позволяет судить о том, как собрано зацепление.

В правильной собранной передаче пятно контакта расположено симметрично относительно средней плоскости венца колеса (рис. 20). Если пятно контакта расположено справа или слева от средней плоскости зубчатого венца колеса (рис. 20,б), то вал 6 с червячным колесом 2 (рис. 19) необходимо переместить в осевом направлении соответственно вправо или влево. Перемещение вала с червячным колесом осуществляется путем переноса части регулировочных прокладок расположенных между фланцами подшипниковых крышек и корпусом редуктора. После этого затягиваются винты подшипниковых крышек и вновь проверяется положение пятна контакта.

В случае необходимости регулирование осуществляется вновь. Суммарная толщина набора прокладок при перестановке должна оставаться неизменной во избежание нарушения в осевом направлении, так как осевое положение цилиндрического червяка не влияет на точность червячного зацепления.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Цель работы: