ЛР №8 ДМ

1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Хабаровск 2008

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

2

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 8 по дисциплине «Детали машин» для студентов

всех форм обучения

Хабаровск Издательство ТОГУ

2008

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

3

УДК 621. 833 (076)

Изучение конструкции червячного редуктора : методические указания к выполнению лабораторной работы № 8 по дисциплине «Детали машин» для студентов всех форм обучения / сост. С. А. Губарь, А. В. Петров. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2008. – 20 с.

Методические указания составлены на кафедре «Детали машин».

Содержат необходимые сведения об особенностях конструкции червячных редукторов, работе и геометрии червячной передачи. Достаточно подробно рассматриваются вопросы регулировки редуктора. Описан ход выполнения лабораторной работы и требования к отчету. Лабораторная работа рассчитана на два академических часа.

Печатается в соответствии с решениями кафедры «Детали машин» и методического совета института транспорта и энергетики.

© Тихоокеанский государственный университет, 2008

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

3

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Червячный редуктор – это передаточный механизм, служащий для понижения угловой скорости и увеличения крутящего момента. При этом в

червячной передаче движение передаётся между перекрещивающимися под прямым углом валами.

Одноступенчатые червячные редукторы находят свое применение в диапазоне передаточных чисел u = 8…80 (а в несиловых передачах до 200 и более). Если одной передачи недостаточно для обеспечения требуемого передаточного отношения, в корпусе редуктора монтируют ещё одну червячную или совместно с червячной передачи другого типа (цилиндрические, конические).

Сточки зрения геометрии и кинематики червячные передачи сочетают в себе свойства передач зацеплением (зубчатых) и винтовых пар. Сочетание

признаков различных механизмов определяет особенности работы червячного зацепления и подходов к проектированию передачи.

Комплекс теоретических проблем, связанных с взаимодействием червяка

ичервячного колеса (условия контакта, критерии работоспособности и расчета, методики проектирования) рассматривается в традиционном лекционном курсе «Детали машин». Изучение особенностей конструкций червячных редукторов и геометрии передач – это задачи лабораторного практикума.

Сучетом того, что выполнение лабораторных работ не всегда согласовывается по времени с лекционным курсом, здесь кратко

рассматриваются необходимые теоретические вопросы работы червячной передачи, обращается внимание студентов на особенности конструкций редукторов. Подробно рассматривается порядок сборки и принципиальные возможности регулировки червячного зацепления и редуктора в целом.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы: ознакомление с особенностями конструкций червячных редукторов и геометрией червячных передач.

Задачи работы:

∙произвести разборку редуктора, идентифицировать узлы и детали редуктора;

∙произвести измерения и расчет необходимых параметров передачи, согласовав значения, требующих того, параметров с ГОСТ 2144-76*;

∙произвести сборку редуктора, обратив внимание на возможность и последовательность проведения его регулировки;

∙выполнить вертикальный разрез узла червячного колеса (плоскостью, проходящей через его ось).

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

4

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕРВЯЧНЫХ

ПЕРЕДАЧ

Червячная передача состоит из двух звеньев. Ведущим звеном является червяк 1, ведомым − червячное колесо 2 (рис. 1).

Рис. 1. Червячная передача

Взаимодействие элементов червячной пары подобно принципу работы винтового механизма, в котором червяк является винтом, а червячное колесо представляет собой узкий сектор длинной гайки, изогнутый кольцом зубьями наружу вокруг оси, перпендикулярной оси винта.

К числу основных достоинств червячных передач относят:

∙возможность реализации больших передаточных отношений (обычно от 8 до 63, а в несиловых передачах до 200 и более) в одной ступени при сравнительно малых габаритах;

∙высокая плавность зацепления и бесшумность работы;

∙высокая кинематическая точность;

∙невозможность передачи движения в обратную сторону (от колеса

червяку) по причине самоторможения передачи (вследствие этого, например, отпадает необходимость применения тормозных устройств в грузоподъемных механизмах).

Основными недостатками червячных передач, существенно ограничивающими область применения передач (в частности по передаваемой мощности – обычно не более 50 − 60 кВт), принято считать:

∙низкий КПД (η ≤ 0,92) из-за больших потерь мощности на

относительное скольжение сопряженных поверхностей червяка и червячного колеса под нагрузкой;

∙повышенный нагрев и износ;

∙необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;

∙повышенные требования к точности сборки механизма и необходимость регулировки зацепления.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

5

Отмеченные достоинства и недостатки обусловлены особенностями геометрии и кинематики зацепления (сочетанием, как уже отмечалось, признаков передачи зацеплением и винтовой пары).

В качестве основных принято рассматривать два фактора, определяющих свойства червячной передачи:

1 – высокая относительная скорость скольжения в контакте поверхностей витков червяка и зубьев червячного колеса, что определяет большие потери

мощности на трение и как следствие повышенный нагрев и низкий КПД передачи;

2 – неблагоприятные условия для образования «масляного клина» в контакте червяка и червячного колеса, что в совокупности с нагревом обусловливает склонность передачи к заеданию, износу и необходимость использования дорогих антифрикционных материалов.

Примечание: Под «масляным клином» понимают создание повышенного давления масла в клиновом зазоре между контактирующими поверхностями.

Попытки улучшить качественные показатели червячных редукторов привели к появлению различных типов червячных передач.

Передачи разделяют по форме поверхности червяка, на которой нарезаются витки: передачи с цилиндрическими (рис. 2 а) и глобоидными (рис. 2 б) червяками.

Рис. 2. Виды червячных передач

Глобоидные червячные передачи обладают более высокой нагрузочной способностью, но сложнее в изготовлении, монтаже и эксплуатации, а также сильнее нагреваются при работе. Они требуют высокой культуры производства и применяются в ответственных механизмах.

Цилиндрические червячные передачи по форме винтовой поверхности витков червяка делятся в основном на передачи с архимедовым червяком, эвольвентным и конволютным. По внешним признакам без специальных

приборов установить различие в типах винтовой поверхности червяков практически невозможно, поэтому задача по определению формы поверхности червяка в данной лабораторной работе не ставится.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

6

Все цилиндрические червячные передачи характеризуются одинаковым набором геометрических параметров и их размеры определяются одинаковыми соотношениями. К числу основных геометрических параметров червячной передачи, позволяющих рассчитать основные размеры червяка и червячного колеса, подобрать инструменты и настроить станок для нарезания червячной пары, относят:

Модуль т, мм − определяется как отношение осевого шага червяка к числу π (т = р/ π). Под осевым шагом р понимают расстояние между одноименными точками двух соседних профилей, измеренное в направлении оси червяка. Величина модуля должна соответствовать стандартному ряду

(ГОСТ 2144-76*);

Число витков (заходов) червяка z1 – принимается в зависимости от передаточного отношения: z1 = 4 при u = 8…15, z2 = 2 при u = 15..30 и z1 = 1 при u ≥ 30.

Число зубьев колеса z2. Из условия неподрезания зубьев червячного колеса при нарезании принимают z2 ≥ 28. Оптимальным для силовых передач считается z2 = 32…63;

Коэффициент диаметра червяка q, определяется как отношение делительного диаметра червяка d1 к модулю (q = d1/т). Величина q должна соответствовать стандартному (ГОСТ 2144-76*) ряду и сочетаться с модулем

(см. табл. 1).

Необходимость стандартизации значений модуля и коэффициента диаметра обусловлена стремлением уменьшить номенклатуру режущего инструмента, так как применяемые в большинстве случаев для нарезания

червячных колес червячные фрезы должны полностью соответствовать червяку, сцепляющемуся с колесом в передаче, т. е. иметь тот же модуль и делительный диаметр;

Коэффициент смещения червяка x. Смещение в основном используют с целью вписывания передачи в стандартное межосевое расстояние.

2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЧЕРВЯЧНЫХ РЕДУКТОРОВ

Конструирование червячных редукторов в целом и их отдельных узлов определяется компоновкой передаточного механизма и особенностями работы зацепления.

Конструкция корпуса. Наибольшее распространение получили конструкции червячных редукторов с разъемом корпуса по оси червячного колеса (рис. 3 а). Это упрощает сборку комплекта вала с подшипниками и с червячным колесом. Червяк обычно имеет небольшой внешний диаметр витков, что позволяет устанавливать его в корпус через отверстия подшипниковых гнезд (рис. 6, 7).

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

7

Редукторы малых размеров ( àω ≤120 мм) часто делают без разъема со

съемными боковыми крышками (рис. 3 б). Из условия сборки, отверстия под центрирующие выступы крышек (рис. 8) должны несколько превышать наружный диаметр колеса, а общие размеры внутренней полости должны допускать раздвижку валов червяка и колеса при монтаже и демонтаже.

Рис. 3. Варианты исполнения корпусов

Охлаждение. Вследствие высокого трения в зацеплении, работа редуктора сопровождается значительным нагревом, поэтому для лучшего

охлаждения редукторов корпусы обычно изготавливаются с ребрами (увеличивающими поверхность теплоотдачи), а если этого недостаточно, применяют искусственное охлаждение (принудительная вентиляция, охлаждение масла внутри или вне редуктора).

Расположение червяка. В машиностроении используются редукторы с различным расположением червяка относительно колеса: с нижним (рис. 4а), с верхним (рис. 4б), с боковым горизонтальным (рис. 4в) и боковым вертикальным (рис. 4г). Верхнее расположение применяют обычно при высоких скоростях вращения вала червяка, а нижнее соответственно при малых, но чаще выбор положения червяка обусловлен компоновкой механизма.

Рис. 4. Возможные схемы расположения червяков

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

8

Конструкция элементов передач

Червяки чаще всего выполняют вместе с валом, используя углеродистые

или легированные стали с поверхностной или объёмной закалкой до высокой твердости (более 45 HRC).

Червячные колеса обычно делают составными (рис. 5), что позволяет снизить стоимость передачи. Ступицу колеса выполняют из серого чугуна (реже – из стали), а зубчатый венец – из антифрикционного материала (бронза, латунь, чугун). Выбор марки материала венца зависит от скорости скольжения в зацеплении и длительности работы. Чем выше скорость скольжения, тем

более высокими антифрикционными и противозадирными свойствами должен обладать материал зубьев колеса.

В машиностроении находят применение следующие типовые конструкции червячных колёс (см. рис. 5): а) бандажированная, б) болтовая и в) биметаллическая. Последняя – наиболее рациональная, её используют в машинах серийного производства.

Конструирование опор. На вал червяка действуют радиальные и весьма значительные осевые нагрузки, поэтому в качестве опор обычно применяют подшипники роликовые конические, а при высокой частоте вращения (свыше 1500 об/мин) возможно использование шариковых радиально-упорных подшипников (имеющих меньшее сопротивление вращению).

Относительно короткие червячные валы обычно устанавливаются по схеме «враспор», при которой левый подшипник исключает смещение вала влево, а правый соответственно вправо (рис. 6).

Длинные червячные валы ( l / d > 6, где l – расстояние между опорами, d – диаметр вала) устанавливаются в подшипники таким образом, чтобы одна из опор (фиксирующая) воспринимала осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях, а вторая (плавающая) могла бы свободно перемещаться в осевом направлении в корпусе (рис. 7). Это позволяет исключить выборку осевых

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

9

зазоров и заклинивание подшипников при увеличении длины вала вследствие нагрева.

Рис. 6. Узел вала червяка с подшипниками, установленными «враспор»

Рис. 7. Узел вала червяка с фиксирующей правой и плавающей левой опорами

Осевое положение колеса должно сохраняться в процессе работы под нагрузкой, поэтому в силовых передачах вал колеса устанавливают обычно на

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com