Конические передачи с непрямыми зубьями.

Из различных типов конических колес с непрямыми зубьями на практике получили распространение колеса с косыми или тангенциальными зубьями (рис. 7.7) и колеса с круговыми зубьями (рис. 7.8).

Рис.7.7 Рис.7.8

Преимущественное применение получили колеса с круговыми зубьями. Они менее чувствительны к нарушению точности взаимного расположения колес, их изготовление проще и производится на специальных станках для нарезания и шлифования этих колес в условиях как массового, так и мелкосерийного производства. Назначение непрямого зуба в конических передачах то же, что и косого зуба у цилиндрических передач.

Тангенциальные зубьянаправлены по касательной к некоторой воображаемой окружности радиусомeи составляют с образующей конуса угол.

Круговой зубрасполагается по дуге окружности, по которой движется инструмент при нарезке зубьев. Угол наклона кругового зуба переменный. За расчетный угол принимают угол на окружности среднего диаметра колеса (см. рис. 7.8) величины угловвыполняют до 2530- для колес с тангенциальным зубом и_ср35- для колес с круговым зубом.

Силы в зацепленииопределяют по формулам:

Окружная сила

(7.26)

радиальная сила

; (7.27)

осевая сила

; (7.28)

В последних двух формулах знак зависит от направления внешнего момента, приложенного к валу шестерни, и линии наклона зуба как винтовой линии (табл. 7.1).

Таблица 7.1

T1	Линия наклона зуба	Знак
		Формула ( )	Формула ( )
По часовой стрелке Против часовой стрелки	Правая Левая Правая Левая	+ - - +	- + + -

Примечание. Направление T₁ определяется при наблюдении со стороны большого торца шестерни.

Расчет прочностиконических колес непрямыми зубьями выполняют по параметрам биэквивалентных цилиндрических прямозубых.

Изучение конструкции червячных редукторов

Читайте также: III. По конструкции Армированные элементы конструкции каменной кладки при изгибе, изгибе, внецентреном и центральном сжатии Ветровые нагрузки на провода и конструкции опор Вопрос 1. Изучение внешней макро- и микросреды маркетинга. Вопрос 2. Изучение рынка. Вопрос 3. Изучение внутренней среды маркетинга. ВОПРОС 9 Изучение диагностических моделей челюстей Выявление и изучение документальных источников Глава 11. Книга в период реконструкции народного хозяйства и упрочения социалистического общества (1930- 1941 гг.) ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В РЕМНЕ. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ. КОНСТРУКЦИИ РЕМНЕЙ И ШКИВОВ. ИЗУЧЕНИЕ АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ЗВУКОВЫХ ВОЛН Изучение вопросов контрацепции

 

Цель работы: изучить назначение и конструкцию червячных редукторов, определить геометрические, кинематические и энергетические параметры зацепления и редуктора, ознакомиться с конструкцией, особенностями регулировки зацепления, подшипников и их смазкой.

1. Общие сведения о конструкциях червячных редукторов

1.1. Характеристика червячных редукторов

Червячные редукторы предназначены для передачи вращения между перекрещивающимися валами с уменьшением угловых скоростей и увеличением вращающих моментов, когда ведущим является червяк. Реже вращающим может быть колесо, тогда угловая скорость увеличивается, а вращающий момент уменьшается. Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Червяк является винтом, червячное колесо представляет собой разновидность косозубого колеса. Червячные передачи относят к категории зубчато-винтовых.

Рис. 1. Червячная передача.

Основными характеристиками редуктора являются передаточное число и вращающий момент на тихоходном валу.

Редукторы червячные одноступенчатые универсальные обдуваемые типа Ч обеспечивают передачу вращающих моментов   =85…2000Н∙м в диапазоне передаточных чисел   =8…80.

Промышленностью серийно выпускаются редукторы Ч-63, Ч-80, Ч-100, Ч-125, Ч-160. Буква Ч обозначает – редуктор червячный одноступенчатый, число – межосевое расстояние в мм.

Серийно выпускаются также и червячные универсальные двухступенчатые редукторы типа Ч2: Ч2-125; Ч2-160; числа – межосевые расстояния тихоходной ступени, которые обеспечивают передачу вращающих моментов на тихоходном валу   =1300…2800Н∙м в диапазоне передаточных чисел   =100…6300.

Достоинства червячных передач:

1) большие передаточные числа в одной ступени   =8…80 в силовых передачах, до 1000 в приборах;

2) плавность и бесшумность работы;

3) высокая кинематическая точность в сравнении с зубчатыми передачами;

4) возможность передачи вращения между скрещивающимися валами;

5) возможность самоторможения.

Недостатки червячных передач:

1) низкий коэффициент полезного действия (   =0,4…0,9 для одноступенчатого редуктора) из-за значительного скольжения между поверхностями витков червяка и зубьев колеса;

2) сравнительно большие габариты передач, особенно при больших вращающих моментах вследствие значительно меньших величин допускаемых контактных напряжений;

3) необходимость применения дефицитных дорогостоящих сплавов цветных металлов для изготовления червячных колес.

1.2. Основные кинематические схемы червячных редукторов

 

	Одноступенчатый горизонтальный (оси обоих валов горизонтальны) редуктор с нижним расположением червяка и скоростью его вращения до 4-5 м/с. При этом обеспечиваются хорошие условия смазки передачи окунанием червяка.
	Одноступенчатый горизонтальный редуктор с верхним расположением червяка. Используется в быстроходных передачах во избежание излишних потерь на разбрызгивание масла быстроходным червяком.
	Передача с вертикальным расположением вала червяка. Применяется в исключительных случаях, исходя из требований компоновки машины. При этом ухудшаются условия смазки подшипников вертикального вала.
	Двухступенчатая передача для получения больших передаточных чисел (до 3600). Быстроходную пару целесообразно выполнить с верхним расположением червяка, а тихоходную – с нижним, что обеспечивает лучшие условия смазки.

 

1.2.1. Кинематический расчет

Передаточное отношение червячной передачи

Иными словами, передаточное отношение   в червячной передаче, как и в зубчатой, численно равно передаточному числу   . Так как число заходов червяка (число зубьев)   , чего не может быть в зубчатой передаче, где   =17, то в одной червячной паре можно получить передаточное число, значительно большее, чем в зубчатой, что является основным достоинством червячной передачи. При   2 минимальное число зубьев колеса по условию неподрезания   = 2. В силовых передачах   =8…80.

 

1.3. Конструкция одноступенчатого червячного редуктора

 

Рис. 2. Редуктор червячный одноступенчатый с вентилятором.

 

 

На рисунке 2 представлена конструкция одноступенчатого червячного редуктора с нижним расположением червяка с горизонтальной плоскостью разъема.

Оребренный корпус редуктора 1 болтами соединяется с крышкой 2, также имеющей ребра.

Вращающий момент от вала червяка 9 передается червячному колесу 12, а затем через шпоночное соединение тихоходному валу 13. Червячное колесо фиксируется от осевого перемещения по валу справа упорным буртиком вала, а слева – мазеудерживающим кольцом-втулкой 11.

Вал червяка фиксируется от осевого перемещения правой опорой с двумя радиально-упорными шарикоподшипниками, размещенными в стакане 5 – фиксирующая опора.

Левая опора вала-червяка с одним радиальным шарикоподшипником – плавающая.

загрузка...

Для смазывания червячного зацепления и одновременной защиты подшипников вала-червяка от попадания в них продуктов разрушения установлены брызговики-крыльчатки 8. На крышке редуктора для его транспортировки имеются проушины.

Лючок для заливки масла и осмотра зацепления закрыт крышкой-отдушиной 4.

Масло при его замене выливают через отверстие, закрытое пробкой 10 с резьбой с прокладкой из резиностойкой резины. Уровень масла замеряют маслоуказателем 14. Корпус обдувается вентилятором 6, закрытым кожухом 7.

1.4. Конструкции червяков и червячных колес

1.4.1. Червяки

Червяки обычно выполняют заодно целое с валом, но при большой разнице в диаметрах валов и червяков последние выполняют насадными.

По форме внешней поверхности червяки бывают цилиндрическими (рис. 3а), которые чаще используются, и глобоидными (рис. 3б).

Рис. 3. Типы червячных передач:

а – передача с цилиндрическим червяком;

б – передача с глобоидным червяком

Глобоидная передача имеет более высокий КПД, более надежна и долговечна, но из-за сложности изготовления имеет пока ограниченное применение.

Примером ее применения может служить рулевая колонка в автомобиле.

По числу заходов червяки бывают однозаходными и многозаходными (   - число заходов).

По направлению линии витка – с правым и левым направлением линии витка.

По форме винтовой поверхности резьбы цилиндрического червяка различают – архимедовы, конволютные и эвольвентные червяки.

Архимедов червяк в осевом сечении имеет прямолинейный профиль равнобедренной трапеции (рис. 4, а), аналогичный профилю инструментальной рейки. Угол между боковыми сторонами профиля витка у стандартных червяков   . В торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью.

Конволютные червяки имеют прямолинейный профиль в нормальном к витку сечении (рис. 4, б).

Эвольвентные червяки имеют эвольвентный профиль в торцовом сечении и, следовательно, подобны косозубым эвольвентным колесам, у которых число зубьев равно числу зубьев (заходов) червяка.

Наиболее распространены архимедовы червяки.

Рис. 4. Типы червяков: а - архимедов червяк;

б - конволютный червяк; в - эвольвентный червяк

1.4.2. Червячные колеса

Червячные колеса от цилиндрических косозубых зубчатых колес отличаются вогнутым профилем зубьев в осевом сечении. С целью экономии дорогостоящих сплавов цветных металлов колеса выполняют составными: центр из серого чугуна, иногда из стали, а зубчатый венец из бронзы или латуни. Для тихоходных малонагруженных передач при скорости скольжения   используют относительно мягкие серые чугуны.

Зубчатые венцы с центрами соединяют посадкой с натягом и винтом (рис. 5, а); большие колеса (диаметр более 400 мм) без натяга только винтовым креплением. В крупносерийном и массовом производстве часто применяют заливку бронзового венца на чугунный или стальной центр (рис. 5, б), что позволяет снизить расход бронзы и латуни.

 

Рис. 5. Конструкции червячных колес.

1.4.3. Материалы червяков и червячных колес

В связи с большими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазывания червячным передачам свойственно механическое изнашивание, заедание и задиры, поэтому материалы червяка и колеса должны составлять износостойкую антифрикционную пару с пониженной склонностью к заеданию и задирам.

Червяки изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Архимедовы и конволютные червяки, шлифование витков которых вызывает затруднение, изготавливают из нормализованных или улучшенных сталей 40, 45Х, 40ХН и других с твердостью   .

Нелинейчатые и эвольвентные червяки изготавливают из цементуемых сталей 20Х, 18ХГТ с твердостью   , либо из среднеуглеродистых сталей 45, 40ХН, с поверхностной закалкой до твердости   .

Материалы, применяемые для изготовления зубчатых венцов червячных колес, в зависимости от антифрикционных свойств в паре со стальным червяком условно делят на три группы.

I группа – оловянные бронзы типа Бр010Ф1, Бр010Н1Ф1 и другие используют при больших скоростях скольжения (   ). Они дороги и дефицитны.

II группа – безоловянные бронзы, например, алюминиево-железистые типа БрА9Ж4, БрА9Ж3Л, а также латуни, например, ЛЦ23А6Ж3Мц2 и другие обладают повышенными механическими характеристиками, но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют в паре с твердыми (Н>45HRС_э) шлифованными и полированными червяками для передач, у которых   .

III группа – чугун серый (СЧ15, СЧ20) применяют при   и в ручных приводах.

1.5. Основные геометрические параметры червяка, колеса и червячной передачи

Основным параметром передачи является осевой модуль червяка, который для колеса является торцовым:

 ,

где р – шаг резьбы (зацепления).

Делительный диаметр червяка – диаметр цилиндра, на котором толщина витка и ширина впадины равны по величине,

 ,

где   - коэффициент диаметра червяка, величина стандартная (ГОСТ 2144-76). Чем меньше модуль   , тем больший коэффициент диаметра червяка следует назначать, чтобы обеспечить жесткость червяка (табл. 2).

Для червячных цилиндрических передач ГОСТом 2144-76 регламентированы:

– длина нарезанной части червяка,   ;

– делительные углы подъема винтовой линии червяка и наклона зубьев колеса   (табл. 3);

– межосевые расстояния, 

Таблица 1

Стандартные ряды межосевых расстояний   , мм

1-й ряд	40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500
2-й ряд	140; 180; 235; 280; 355; 450

 

Для нестандартных передач не обязательно придерживаться ГОСТа. Межосевые расстояния можно округлять и за счет некоторого отклонения передаточного отношения от стандартного (табл. 4), за счет изменения числа зубьев колеса   .

Для нарезания червячных колес и со смещением и без смещения используют один и тот же инструмент. Червячная фреза и червяк должны иметь одинаковые размеры, поэтому он не имеет смещения (у червяка изменяется диаметр начальной окружности, она не совпадает с делительной), а со смещением нарезают только колеса. При заданном межосевом расстоянии   коэффициент смещения инструмента:

 .

По условию неподрезания и незаострения зубьев колеса:

 .

У червяка со смещением:

 - диаметр начального цилиндра;

 - тангенс угла подъема линии витка на начальном цилиндре.

У червячного колеса со смещением:

 - диаметр вершин зубьев;

 - диаметр впадин зубьев.

Все другие размеры остаются неизменными.

 

 

Таблица 2

Сочетание модулей   и коэффициентов диаметров 

(извлечение из ГОСТ 2144-76)

следует предпочитать 1-й ряд

, мм	1-й ряд	2,0; 2,5; 3,15; 4; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0
2-й ряд	1,5; 3,0; 3,5; 6,0; 7,0; 12

 

	1-й ряд	6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0
2-й ряд	7,1; 9,0; 11,2; 14,0; 18,0; 22,4

По ГОСТ 19672-74 допускается применять   и   .

Таблица 3

Делительные углы подъема   резьбы червяка и наклона зубьев колеса

						7,5

 

 

Т

Основы теории зубчатого колеса

 

Основная теорема зацепления

Профили зубьев колес должны быть сопряженными, т. е. заданному профилю зуба одного колеса должен соответствовать вполне определенный профиль зуба другого колеса.  Чтобы выяснить, какова должна быть форма профиля зубьев пары колес, чтобы зацепление обеспечивало требуемое постоянство передаточного отношения, рассмотрим два зуба С и D, принадлежащих шестерне и колесу передачи и соприкасающихся в точке S (см. рисунок 2).

С – ведущее колесо с центром вращенияО₁, а D – ведомое колесо с центром вращения в точке О₂. Расстояние a_w между центрами О₁ и О₂ неизменно.  Зуб шестерни, вращаясь с угловой скоростью ω₁, оказывает давление на зуб колеса, сообщая ему угловую скорость ω₂.

Проведем через точку S общую для обоих профилей касательную ТТ и нормаль NN.  Очевидно, что окружные скорости точки касания зубьев S относительно центров вращения О₁ и О₂ будут равны:

v₁ = О₁Sω₁     и     v₂ = О₂Sω₂.

Разложим скорости v₁ и v₂ на составляющие v'₁ и v'₂ по направлению нормали NN и составляющие v''₁ и v''₂ по направлению к касательной ТТ. Для обеспечения постоянного касания профилей необходимо соблюдение условияv'₁ = v'₂, иначе, если скорость точки касания на зубе шестерни будет меньше скорости точки касания на зубе колеса (т. е. v'₁ < v'₂) , то зуб шестерни отстанет от зуба колеса, если же точка касания на зубе шестерни будет больше точки касания на зубе колеса (v'₁ > v'₂), произойдет врезание зубьев.

Опустим из центров О₁ и О₂ перпендикуляры О₁В и О₂С на нормаль NN.  Поскольку треугольники aeS и BSO₁ подобны, можно записать:

v'₁/v₁ = О₁В/О₁S,

откуда получим:

v'₁ = v₁О₁В/О₁S = ω₁О₁В.

Из подобия треугольников afS и CSO₂ следует:

v'₂/v₂ = О₂С/О₂S,

откуда

v'₂ = v₂О₂С/О₂S = ω₂О₂С.

Но v'₁ = v'₂, следовательно:

ω₁О₁В = ω₂О₂С.

Передаточное число:    u = ω₁/ω₂ = О₂С/О₁В.       (1)

Нормаль NN пересекает линию центров О₁О₂ в точке П, называемой полюсом зацепления.  Из подобия треугольников О₂ПС и О₁ПВ следует:

О₂С/О₁В = О₂П/О₁П = r_w2/r_w1.       (2)

Сравнивая соотношения (1) и (2), получим:

u = ω₁/ ω₂ = rw₂/ rw₁ = const.       (3)

Это соотношение выражает основную теорему зацепления, которая может быть сформулирована следующим образом: Для обеспечения постоянного передаточного числа зубчатых колес профили их зубьев должны быть очерчены по кривым, у которых общая нормаль NN, проведенная через точку касания профилей, делит расстояние между центрами О₁О₂ на части, обратно пропорциональные угловым скоростям.



Полюс зацепления П сохраняет неизменное положение на линии центров О₁О₂, поэтому радиусы r_w2 и r_w1также неизменны. Окружности радиусов r_w1 и r_w2 называют начальными.  При вращении зубчатых колес начальные окружности перекатываются друг по другу без скольжения, о чем свидетельствует равенство скоростей ω₁ r_w1 и ω₂ r_w2, полученное из формулы (3).

***

Из множества кривых, удовлетворяющих требованиям основной теории зацепления, практическое применение в современном машиностроении получила эвольвента окружности, которая обладает следующими свойствами:

• позволяет получить сравнительно точно и просто профиль зуба в процессе нарезания;

• без нарушения правильности зацепления допускает некоторое изменение межосевого расстояния aw, которое может появиться в результате неточностей изготовления и сборки, деформации деталей передачи при работе;

• обеспечивает высокую точность и долговечность зубьев, малые скорости скольжения точек контакта на поверхности зацепляющихся зубьев и высокий КПД.

***

Эвольвента окружности и ее свойства

Эвольвентой окружности называют плоскую кривую переменной кривизны, которую описывает точка Sпрямой NN, перекатываемой без скольжения по окружности радиуса r_b. Эту окружность называют эволютой или основной окружностью, а перекатываемую кривую NN – производящей прямой.

Характер зубчатого зацепления определяется свойствами эвольвенты:

• Производящая прямая NN является одновременно касательной к основной окружности и нормалью ко всем производимым ею эвольвентам.

• Две эвольвенты одной и той же основной окружности эквидистантны (т. е. расстояние между эвольвентами в направлении нормали везде одинаковое).

• С увеличением радиуса основной окружности эвольвента становится более пологой и при стремлении радиуса к бесконечности эвольвента обращается в прямую линию.

• Радиус кривизны эвольвенты в точке S₂ равен длине дуги S0B основной окружности. Центр кривизны эвольвенты в данной точке находится на основной окружности.