Общие сведения о червячных передачах

Описание червячных передач

Червячная передача (рис. 1.1) служит для передачи механической энергии между перекрещивающимися валами. Червячную передачу относят к зубчато-винтовым передачам, имеющих характерные черты зубчатых и винтовых передач. Она состоит из червяка и червячного колеса. Червяк представляет из себя винт со специальной резьбой, червячной колесо – это зубчатое колесо с зубьями, нарезанными по дуге.

Рис. 1.1 Червячная передача

Изобретение червячной передачи приписывают Архимеду.

При работе червячной передачи червяк создает движение по принципу винтовой пары, толкая вместо витков гайки зубья червячного колеса, заставляя колесо вращаться. Особенность работы червячной передачи – червяк и червячное колесо вращаются в разных плоскостях, поэтому витки червяка скользят по зубьям колеса.

Достоинства червячных передач:

· Большие передаточные числа: u = 14…63 (до 80). Уникальные червячные передачи могут иметь u до 1000;

· Компактность – из-за возможности использовать одну ступень с большим передаточным числом вместо двух-трех ступеней зубчатой передачи;

· Плавность и малошумность работы;

· Надежность и простота обслуживания;

· Самоторможение передачи.

Недостатки червячных передач:

· Большие потери на трение, низкий КПД (70-90%);

· Необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;

· Необходимость применения сложного инструмента для изготовления;

· Значительный нагрев при работе.

Область применения червячных передач: подъемно-транспортные машины, станки, редуктора (около 50% всех редукторов общепромышленного применения).

Критерии работоспособности червячных передач

Основные причины выхода из строя червячных передач:

· Износ зубьев колеса – основная причина для большинства передач. Скорость износа сильно зависит от смазки, увеличивается при неточном монтаже зацепления, загрязненной смазке, повышенной шероховатости витков червяка, а также, при частых пусках и остановках передачи, когда условия смазки ухудшены;

· Заедание особо опасно, если колеса изготовлены из твердых материалов: безоловянных бронз или чугуна;

· Усталостное выкрашивание наблюдается на поверхности зубьев колес из стойких против заедания бронз;

· Пластическое разрушение рабочих поверхностей зубьев червячного колеса наблюдается при действии больших перегрузок;

· Изломы зубьев колеса наблюдаются после износа или вследствие ошибок изготовления.

Главный критерий работоспособности – контактная прочность зубьев червячного колеса.

Материалы червячных передач

Материалы червячной пары должны обладать износостойкостью, пониженной склонностью к заеданию, хорошей прирабатываемостью и повышенной теплопроводностью.

Червяки в силовых передачах выполняют из термически обработанных сталей. Наилучшую стойкость передач обеспечивают цементированные червяки из сталей 18ХГТ, 20Х, 12ХН3А, 15ХФ, имеющие твердость после закалки 56…63 HRC. Широко применяются стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45…55 HRC. При этом необходимы шлифовка и полирование червяка. Применяют червяки из азотируемых сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю и др., требующих только полирования.

Улучшенные червяки применяют вместо закаленных из-за ограниченных технологических возможностей (отсутствие оборудования для шлифования червяков) или ввиду необходимости взаимной приработки колеса и червяка. Кроме этого, их применяют во вспомогательных и малонагруженных передачах.

Венцы червячных колес при скорости скольжения v_ск ³ 5 м/сек выполняют из оловянно-фосфористых бронз БрО10Н1Ф1, БрО10Ф1, оловянно-цинковой бронзы БрО5Ц5С5. Для тихоходных передач применяют алюминиево-железистые бронзы БрА10Ж4Н4Л, БрА9Ж3Л и латуни. При этом червяк должен обязательно иметь высокую твердость, не ниже 45 HRC. При малых скоростях скольжения (менее 2 м/сек) и больших диаметрах колес допустимо применять чугуны марок СЧ15, СЧ20.

Виды червячных передач

Червячные передачи по форме червяка делят на цилиндрические и глобоидные (рис. 1.2). Глобоидные червяки обладают на 30-60% большей несущей способностью, чем цилиндрические, но сложнее в изготовлении.

	а	б
Рис. 2. Червячная передача с цилиндрическим (а) глобоидным (б) червяком

По числу заходов червяки могут быть одно-, двух- и четырехзаходными.

По форме профиля витков – архимедовы, конволютные, эвольвентные, нелинейчатые.

	а	б	в
Рис. 1.3 Основные типы цилиндрических червяков

Архимедовы червяки ZA (рис. 1.3а) представляют собой винты с резьбой трапецеидального профиля. Они имеют прямобочный профиль в осевом сечении. Эти червяки просты в изготовлении при нарезании, но сложны при шлифовании. Поэтому их применяют для тихоходных, несильно нагруженных передач (до 1-2 кВт), не требующих шлифования червяка.

Область применения передач с архимедовыми червяками сокращается.

Конволютный червяк ZN (рис. 1.3б) имеет выпуклый профиль в осевом сечении и прямобокий профиль в сечении нормальном винтовой линии. Такие червяки легче нарезаются червячными фрезами. Шлифование также затруднено.

Эвольвентный червяк ZJ (рис. 1.3в) представляет собой косозубое колесо с малым числом зубьев и очень большим углом их наклона. Профиль зуба в торцевом сечении очерчен эвольвентой. Несмотря на более сложный профиль эвольвентные червяки считаются наиболее технологичными, так как для изготовления требуется меньший набор фрез и шлифовальных дисков, чем для изготовления червяков другого типа. Применяется в средне- и высокоскоростных передачах, для которых требуется шлифование червяка.

Нелинейчатые червяки – образованные конусом (ZK) или тором (ZT). Они имеют вогнутый профиль, за счет этого у них больше площадь контакта с зубьями колеса, и, следовательно, выше нагрузочная способность, по сравнению с другими типами червяков. Рабочие поверхности витков нелинейчатых червяков получают шлифованием конволютных червяков с высокой точностью конусным или тороидным кругом.