Изучение конструкции червячных редукторов

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.

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

Таблица 4