Наибольшее распространение получили одноступенчатые червячные редукторы. По относительному расположению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним (рис. 1.а), верхним (рис.1.б) и боковым (рис.1.в,г) расположением червяка.

Рис. 1. Схемы червячных редукторов

Редукторы общемашиностроительного применения с межосевым расстоянием от 40 до 500мм изготавливаются обычно двух типов: с червяком под колесом - РЧП и над колесом - РЧН.

Корпусы относительно небольших червячных редукторов с межосевым расстоянием до 100мм. изготавливают чаще всего без разъёма (тип РЧУ40….РЧУ100). Редукторы с межосевым расстоянием 125мм. и более имеют обычно корпуса с разъёмом по оси червячного колеса (рис.2).

Рис. 2. Редуктор червячный с верхним расположением червяка

Основные детали на рис. 2: 1 -корпус; 2-крышка корпуса; 3-червячное колесо; 4,20 - крышки подшипника сквозные; 5 - червяк; 11,16 - подшипники; 13 - крышка смотрового люка; 21 - вал тихоходный; 23 - штифт;24 - шуп маслоуказателя; 26 - сливная пробка; 9,17 - набор прокладок.

В червячных редукторах для опор валов применяют, как правило, подшипники качения. В редукторах с межосевым расстоянием до 160мм. червяки устанавливают обычно в радиально-упорных подшипниках по одному в каждой опоре (установка "враспор" - см. рис.2). При межосевых расстояниях более 200мм. в одной из опор червяка ставят два радиально- упорных подшипника, воспринимающих осевую нагрузку в обоих направлениях, а в другой опоре плавающий радиальный подшипник. Для опор вала колеса используют обычно по одному радиально-упорному подшипнику с каждой стороны, которые устанавливают "враспор". Внутренние кольца подшипников ставят на валы с натягом для предотвращения проворачивания кольца на шейке вала, а наружные ставят в корпус редуктора по переходной посадке или с минимальным зазором для выполнения осевой регулировки подшипников и регулировки зацепления по пятну контакта.

Основной способ смазки червячного зацепления - окунание червяка или колеса в масляную ванну картера редуктора. Масляная ванна должна иметь достаточную ёмкость во избежание быстрого старения масла и перемещения продуктов износа и осадков в зацепление и опоры валов. При нижнем расположении червяка уровень масла обычно назначают из условия полного погружения витков червяка. Уровень масла при верхнем расположении червяка назначают из условия полного погружения зуба червячного колеса.

В быстроходных червячных редукторах большой мощности применяют циркуляционную смазку. Для контроля уровня масла применяют маслоуказатели. Для заливки масла и контроля пятна контакта используют смотровой лючок (рис.2.) или верхнюю крышку редуктора. В нижней части корпуса редуктора устанавливают пробку для слива масла. Через отдушину на крышке смотрового лючка в редукторах типа РЧН или РЧП выравнивают давление воздуха внутри корпуса редуктора по отношению к наружному. В редукторах типа РЧУ для этой цели предусматривается отверстие в щупе маслоуказателя.

Для устранения утечек масла и попадания внутрь редуктора пыли и грязи в сквозных крышках опор редуктора устанавливают уплотнения. Наиболее часто применяют уплотнения манжетного типа.

Материал основных деталей редуктора

Крышку и корпус редукторов обычно изготавливают из серого чугуна или из алюминиевого сплава АЛ-3.

Червяк изготавливают из конструкционных марок сталей (сталь 45, сталь 40, сталь 20, сталь20Х) для малонагруженных редукторов и из легированных марок сталей (сталь 40ХН, сталь 34ХН1М, сталь 38ХГН, сталь 5ХНВ…) для тяжелонагруженных редукторов. Червяки, как правило, подвергают общей термообработке 260-290 НВ или общей термообработке 230-260 НВ и поверхностной закалке зубьев 42-48 HRC. Последний вариант более предпочтителен, но после поверхностной закалки необходима шлифовка на специальных станках. Червяки из малоуглеродистых марок сталей (20, 20Х, 20ХГ) подвергают цементации с последующей поверхностной закалкой.

С целью снижения коэффициента трения и предотвращения заедания зацепления червячные колёса изготавливают, как правило, из бронзы БрАЖ9-4Л, БрОФ10-1 и др. Реже их выполняют из чугуна, из антифрикционных алюминиевых сплавов и из пластмасс. При изготовлении колёс диаметром более 150-200мм. в целях экономии из бронзы изготавливают лишь зубчатый венец, а диск колеса из чугуна или углеродистой стали. Способов сочленения венца с диском много, но наиболее распространённые это заливка венца непосредственно на предварительно рифлёный диск колеса или посадка венца на диск с натягом и установка резьбовых гужонов по поверхности сочленения.

182kb. 11.05.2007 20:48

№3 Червячный редуктор.doc

Лабораторная работа 3

РАЗБОРКА И СБОРКА ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА
Цель работы : практическое изучение конструкций червячных редукторов, определение параметров червячного зацепления, измерение габаритных и присоеденительных размеров редукторов, ознакомление с регулировкой зазоров в подшипниках и регулировкой червячного зацепления.
1. Назначение редуктора
Червячные редукторы служат для снижения частоты вращения выходного вала и соответствующего повышения на нём крутящего момента. Применяются для передачи вращательного движения между валами, у которых угол скрещивания осей составляет 90 0 . Наиболее важными характеристиками редуктора являются крутящий момент на тихоходном валу, КПД, и частота вращения быстроходного вала.
Основные достоинства червячных передач:

Возможность реализации больших передаточных чисел в одной ступени

(у силовых передач от 8 до 80, у кинематических до 1000), плавность и бесшумность в работе, возможность самоторможения.

Основным недостаком червячной передачи является сравнительно низкий КПД. К сопутствующим недостаткам следует отнести значительное выделение тепла в зоне зацепления червяка с червячным колесом, склонность к заеданию в зацеплении, необходимость применения для венцов червячных колёс дорогих антифрикционных материалов, повышенный износ. Указанные недостатки ограничивают применение червячных редукторов по мощности (обычно до 80квт. и реже до 300квт.)

Наибольшее применение червячные редукторы находят в подъёмно- транспортных машинах, в коробках передач станков, в механизмах рулевого управления транспортных средств, т.е. в механизмах периодического действия при относительно низких скоростях.
^ 2. Устройство червячных редукторов
Наибольшее распространение получили одноступенчатые червячные редукторы. По относительному расположению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним (рис. 1.а), верхним (рис.1.б) и боковым (рис.1.в,г) расположением червяка.

Рис. 1. Схемы червячных редукторов
Редукторы общемашиностроительного применения с межосевым расстоянием от 40 до 500мм изготавливаются обычно двух типов: с червяком под колесом - РЧП и над колесом - РЧН.

К


орпуса относительно небольших червячных редукторов с межосевым расстоянием до 100мм. изготавливают чаще всего без разъёма (тип РЧУ40….РЧУ100). Редукторы с межосевым расстоянием 125мм. и более имеют обычно корпуса с разъёмом по оси червячного колеса (рис.2).

Рис. 2. Редуктор червячный с верхним расположением червяка

Основные детали на рис. 2: 1 -корпус; 2-крышка корпуса; 3-червячное колесо; 4,20 - крышки подшипника сквозные; 5 - червяк; 11,16 - подшипники; 13 - крышка смотрового люка; 21 - вал тихоходный; 23 - штифт;24 - шуп маслоуказателя; 26 - сливная пробка; 9,17 - набор прокладок.

В червячных редукторах для опор валов применяют, как правило, подшипники качения. В редукторах с межосевым расстоянием до 160мм. червяки устанавливают обычно в радиально-упорных подшипниках по одному в каждой опоре (установка "враспор" - см. рис.2). При межосевых расстояниях более 200мм. в одной из опор червяка ставят два радиально- упорных подшипника, воспринимающих осевую нагрузку в обоих направлениях, а в другой опоре плавающий радиальный подшипник. Для опор вала колеса используют обычно по одному радиально-упорному подшипнику с каждой стороны, которые устанавливают "враспор". Внутренние кольца подшипников ставят на валы с натягом для предотвращения проворачивания кольца на шейке вала, а наружные ставят в корпус редуктора по переходной посадке или с минимальным зазором для выполнения осевой регулировки подшипников и регулировки зацепления по пятну контакта.

Основной способ смазки червячного зацепления - окунание червяка или колеса в масляную ванну картера редуктора. Масляная ванна должна иметь достаточную ёмкость во избежание быстрого старения масла и перемещения продуктов износа и осадков в зацепление и опоры валов. При нижнем расположении червяка уровень масла обычно назначают из условия полного погружения витков червяка. Уровень масла при верхнем расположении червяка назначают из условия полного погружения зуба червячного колеса.

В быстроходных червячных редукторах большой мощности применяют циркуляционную смазку. Для контроля уровня масла применяют маслоуказатели. Для заливки масла и контроля пятна контакта используют смотровой лючок (рис.2.) или верхнюю крышку редуктора. В нижней части корпуса редуктора устанавливают пробку для слива масла. Через отдушину на крышке смотрового лючка в редукторах типа РЧН или РЧП выравнивают давление воздуха внутри корпуса редуктора по отношению к наружному. В редукторах типа РЧУ для этой цели предусматривается отверстие в щупе маслоуказателя.

Для устранения утечек масла и попадания внутрь редуктора пыли и грязи в сквозных крышках опор редуктора устанавливают уплотнения. Наиболее часто применяют уплотнения манжетного типа.

Материал основных деталей редуктора

Крышку и корпус редукторов обычно изготавливают из серого чугуна или из алюминиевого сплава АЛ-3.

Червяк изготавливают из конструкционных марок сталей (сталь 45, сталь 40, сталь 20, сталь20Х) для малонагруженных редукторов и из легированных марок сталей (сталь 40ХН, сталь 34ХН1М, сталь 38ХГН, сталь 5ХНВ…) для тяжелонагруженных редукторов. Червяки, как правило, подвергают общей термообработке 260- 290 НВ или общей термообработке 230-260 НВ и поверхностной закалке зубьев 42-48 HRC. Последний вариант более предпочтителен, но после поверхностной закалки необходима шлифовка на специальных станках. Червяки из малоуглеродистых марок сталей (20, 20Х, 20ХГ) подвергают цементации с последующей поверхностной закалкой.
С целью снижения коэффициента трения и предотвращения заедания зацепления червячные колёса изготавливают, как правило, из бронзы БрАЖ9-4Л, БрОФ10-1 и др. Реже их выполняют из чугуна, из антифрикционных алюминиевых сплавов и из пластмасс. При изготовлении колёс диаметром более 150-200мм. в целях экономии из бронзы изготавливают лишь зубчатый венец, а диск колеса из чугуна или углеродистой стали. Способов сочленения венца с диском много, но наиболее распространённые это заливка венца непосредственно на предварительно рифлёный диск колеса или посадка венца на диск с натягом и установка резьбовых гужонов по поверхности сочленения.
^ 3. Определение основных параметров червячного редуктора

Основными параметрами червячного редуктора являются: передаточное число- u ; межцетровое расстояние- a w ; число витков червяка- z 1 ; модуль зацепления- m .

Число витков червяка (число заходов) можно определить, посмотрев на червяк с торца: сколько ниток резьбы начинается с торца винта, столько витков имеет червяк.

Передаточное число определяется соотношением u = z 2 / z 1 , где z 2 - числозубьев червячного колеса.

Модуль зацепления (осевой)

, где P - осевой шаг червяка.

Угол наклона винтовой линии червяка

, где:

d a 1 = (d 1 2 m ) - наружный диаметр червяка, d 1 - делительный диаметр червяка.

Межосевое расстояние

, где d 2 - делительный диаметр колеса.

d 2 = mz 2 ; z 2 - число зубьев червячного колеса.

Коэффициент полезного действия червячной передачи

где - приведенный угол трения в зацеплении.

КПД возрастает с увеличением числа витков червяка z 1 и с уменьшением коэффициента трения f (или угла трения ).

.

Ориентировочно значение коэффициента трения f можно принимать для стального шлифованного червяка и при условии, что червячная пара работает с окунанием в масляную ванну:

Венец колеса из оловянистой бронзы f = 0.03 - 0.05.

Венец колеса из бронзы типа БрАЖ-9-4Л f = 0.05 - 0.07.
При более точных расчётах рекомендуется принимать значения и в зависимости от скорости скольжения в зацеплении, из выражения


, где: - угловая скорость червяка (рад/с).

d 1 - делительный диаметр червяка в мм.
Оборудование и принадлежности :

Редуктор червячный, ключи гаечные, линейка металлическая 0…500 мм., штангенциркуль 0…250мм., угломер, краска чёрная, кисточка, растворитель.
^ 4. Порядок выполнения работы

Измерить расстояние между осью червяка и осью червячного колеса (см. рис.2).

Разобрать редуктор: отвернуть болты торцевых крышек, отвернуть крепёж крышки и корпуса, снять крышку редуктора и торцевые крышки, извлечь червяк и червячное колесо вместе с подшипниками.

Ознакомиться с конструкцией и назначением деталей.

Произвести необходимые замеры деталей (рис. 3.).

Вычертить кинематическую схему редуктора.

Выполнить от руки эскиз общего вида редуктора (рис. 2.).

Рис.3. Основные размеры червяка и червячного колеса

Проверка правильности зацепления

Для правильного зацепления червячной пары необходимо, чтобы средняя плоскость червячного колеса проходила через центр червяка. Проверить это условие можно по пятну контакта (Рис. 4).

Рис. 4. Положение пятна

Контакта

Если оно симметрично относительно главной плоскости (рис. 4б.) , то зацепление правильно. Если оно смещено вправо (рис. 4.а), или влево (рис. 4.в), то необходимо с противоположной стороны из под крышки вынуть одну прокладку и поставить её с другой стороны. Колесо с валом и подшипниками в этом случае переместится влево или вправо. Подбирая толщину прокладок следует установить колесо симметрично относительно червяка.

Проверка пятна контакта производится с помощью краски, которая наносится тонким слоем на поверхность витков червяка. После сборки редуктора червяк проворачивается. Пятно контакта контролируется по отпечатку на рабочей поверхности зубьев колеса. После окончания проверки правильности зацепления необходимо удалить следы краски с червяка и с червячного колеса.

Сборка редуктора производится в обратном порядке процесса разборки. Особое внимание следует уделить регулировке радиально-упорных подшипников. Величина осевого зазора для радиально-упорных подшипников с внутренним диаметром 30…50мм. составляет 0,05…0,12мм. Величина зазора регулируется с помощью прокладок.
^ 5. Содержание отчёта

Отчёт выполняется на стандартных листах бумаги размером 210 на 290мм. На титульном листе указывается номер и название лабораторной работы, наименование кафедры, номер группы и фамилия исполнителя, дата.

Отчёт должен включать:

• 
  кинематическую схему и эскиз общего вида редуктора с габаритными и присоединительными размерами,
• 
  таблицу определения основных параметров редуктора,
• 
  характеристику редуктора,
• 
  спецификацию основных деталей редуктора,
• 
  описание конструкции редуктора, способа проверки пятна контакта в зацеплении и регулировки подшипниковых опор.

^ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ФОРМА ОТЧЁТА

Кинематическая схема редуктора (см. рис. 1).

Эскиз общего вида редуктора с габаритными и присоединительными размерами (см. рис. 2).

Таблица измеренных параметров редуктора

Наименование параметра	Обозначение	Единицы измер.
Межосевое расстояние	a w	мм
Число витков червяка	z 1
Осевой шаг червяка	P	мм
Число зубьев колеса	z 2
Наружный диаметр червяка	d a1	мм
Наружный диаметр червячного колеса	d aM2	мм
Ширина червячного колеса	b 2	мм

Таблица рассчитанных параметров

Наименование параметра	Расчётная формула	Ед. изм.	Результат
Передаточное число	u = z 2 /z 1
Модуль зацепления осевой	m = P/	мм
Делительный диаметр червяка	d 1 = d a1 - 2m	мм
Угол подъёма винтовой линии червяка		град.
Коэффициент диаметра червяка	g = d 1 / m
Делительный диаметр червячного колеса	d 2 = m z 2	мм
КПД червячной пары

Спецификация основных деталей редуктора.

№ поз.	Наименование детали	Количество	Материал	Примечание
1	Корпус редуктора	1	Сч15-32
2	Крышка редуктора	1	Сч15- 32
3	Венец червячного колеса	1	Бр. АЖ9 - 4Л

и так далее (основные детали).
Описание редуктора, регулировки зацепления и регулировки подшипников.

Контрольные вопросы

1. 
   Назначение и области применения червячных редукторов.
2. 
   Достоинства и недостатки червячных передач в сравнении с зубчатыми.
3. 
   Что такое число витков (заходов) червяка?
4. 
   Что такое модуль зацепления и как его замерить на червяке?
5. 
   Чему равна полная высота зуба в модулях?
6. 
   Трение в червячных передачах и способы борьбы с ним.
7. 
   Материалы червяка и червячного колеса.
8. 
   Конструкция червячных редукторов.
9. 
   Регулировка червячного зацепления по пятну контакта.
10. 
    Регулировка зазоров в подшипниках червячных редукторов.
11. 
    Способы увеличения теплоотдачи при работе редуктора.

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:

(Документ)

(Документ)

Ицкович Г.М. Курсовое проектирование деталей машин (Документ)

Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин (Документ)

Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. Курсовое проектирование деталей машин (Документ)

Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин (Документ)

(Документ)

Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин (Документ)

Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование (Документ)

Еремеев В.К., Горнов Ю.Н. Детали машин. Курсовое проектирование (Документ)

Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование (Документ)

n1.doc

Червячные редукторы

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

По относительному положению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним, верхним и боковым расположением червяка (рис. 2.14 - 2.16).

Искусственный обдув ребристых корпусов обеспечивает более благоприятный тепловой режим работы редуктора (рис. 2.14, в и г).

Выход вала колеса редуктора с боковым расположением червяка в зависимости от назначения и компоновки привода может быть сделан вверх (рис. 2.16, а) или вниз (рис. 2.16, б и в ).

При нижнем расположении червяка условия смазывания зацепления лучше, при верхнем хуже, но меньше вероятность попадания в зацепление металлических частиц - продуктов износа.

Выбор схемы редуктора обычно обусловлен удобством компоновки привода в целом: при окружных скоростях чер­вяка до 4 -6 м/с предпочтительно нижнее расположение червяка; при больших скоростях возрастают потери на перемешивание масла, и в этом случае следует располагать червяк над колесом. В редукторах с верхним расположением червяка при включении движение

Рис. 2.14. Червячный редуктор с нижним расположением червяка:

а - кинематическая схема; 6 - об­щий вид редуктора с разъемным корпусом; в - общий вид редуктора с ребристым разъемным корпусом и искусственным обдувом; г - то же, со снятой крышкой; д - общий вид редуктора с неразъемным корпу­сом

Рис. 2.15. Червячный редуктор с верхним расположением червяка:

а – кинематическая схема: б - общий вид редуктора с разьемным корпусом;

в - общий вид редуктора с неразъемным корпусом
обычно начинается при недостаточной смазке (за время остановки при редких включениях масло успевает стечь с зубьев колеса).

Передаточные числа червячных редукторов обычно ко­леблются в пределах и = 8  80 (см. ГОСТ 2144-76).

Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших

Мощностей и в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45 кВт и в виде исключения до 150 кВт.



Рис. 2.16. Червячный редуктор с вертикальным валом червячного колеса:

а - кинематическая схема; б - общий вид редуктора с разъемным корпусом;

в -общий вид редуктора с неразъемным корпусом

Зубчато-червячные, червячно-зубчатые

и двухступенчатые червячные редукторы
Схемы и общий вид зубчато-червячных и двухступенчатых червячных редукторов показаны на рис. 2.17 и 2.18. Передаточные числа зубчато-червяч-



Рис. 2.17. Двухступенчатый зубчато-червячный редуктор:

а – кинематическая схема; б – общий вид



Рис. 2.18. Двухступенчатый червячный редуктор:

а - кинематическая схема; б и в – варианты общею вида

Ных редукторов u  150, а в от­дельных случаях и выше (для учебного проектирования реко­мендуется ограничиться и = 35  80).

Двухступенчатые червячные редукторы изготовляют с пере­даточными числами и = 120  2500 (при учебном проектиро­вании рекомендуется ограничиться и = 120  400).

Планетарные и волновые редукторы

На рис. 2.19, а показана простая - с одной степенью сво­боды - планетарная передача, состоящая из солнечного коле­са 1, сателлитов 2 и корончатого колеса 3, неподвижно закрепленного в корпусе. Сателлиты совершают сложное

Рис. 2.19. Одноступенчатый планетарный редуктор:

а - кинематическая схема;

б – общий вид

движение: они обкатываются вокруг сол­нечного колеса и вращаются внутри неподвижного коронча­того колеса (некоторая аналогия с движением планет дала назва­ние этим передачам). Оси сател­литов установлены в водиле 4, геометрическая ось которого совпадает с геометрическими осями центральных колес - сол­нечного и корончатого. Чаще других встречаются передачи с числом сателлитов n с = 3.

П
Рис. 2.20.Кинематическая схема двухступенчатого планетарного редуктора
ланетарные передачи ком­пактнее обычных зубчатых, так как при п с сателлитах вращаю­щий момент передается не одним, а несколькими потоками;

В расчетах на прочность обычно принимают приведен-

Ное число сателлитов n c = n с - 0,7.

Для выравнивания нагрузки по потокам при нескольких сателлитах одно из центральных колес устанавливают без опор, т. е. выполняют плавающим в радиальном направлении. На рис. 2.19, б показан редуктор с плавающим (самоустанав­ливающимся) солнечным колесом. Для соединения плавающего солнечного колеса с валом применена зубчатая муфта с двумя зубчатыми сочленениями.

При последовательном соединении нескольких простых планетарных передач можно получить редуктор с большим пере­даточным отношением (рис. 2.20).

Волновые передачи можно рассматривать как разновид­ность планетарных передач, имеющих гибкое промежуточное колесо, деформируемое при передаче вращающего момента.

На рис. 2.21, а показана кинематическая схема волновой передачи: входной вал 1 приводит во вращение генератор волн 2 , который представляет собой водило с двумя ролика­ми; гибкое колесо 3 выполнено в виде тонкостенного стакана, на утолщенной части которого нарезаны зубья, входящие в зацепление с внутренними зубьями неподвижного жесткого колеса 4; выходной вал 5 соединен с основанием тонкостен­ного стакана.

Генератор деформирует гибкое зубчатое колесо в радиаль­ном направлении, придавая ему форму эллипса, и вводит в зацепление зубья деталей 3 и 4 на полную рабочую высоту.

При вращении генератора зацепление зубьев перемещается подобно бегущей волне, что и дало название этим переда­чам.

Широкое распространение получили кулачковые генераторы волн (рис. 2.21,б ). На профилированный кулачок А насажено внутреннее кольцо гибкого подшипника Б. Наружное кольцо гибкого подшипника сопряжено с внутренней поверхностью гибкого колеса В, обеспечивая ему заданную форму дефор­мации. Кольца гибкого подшипника имеют малую толщину и поэтому сравнительно легко деформируются. Ниже приведены для сравнения размеры двух подшипников с одним и тем же внутренним диаметром: гибкого и обычного шарикового ради­ального легкой серии:



Модули зубчатых колес 3 и 4 (см. рис. 2.21, а ) одинаковы, но числа зубьев

z 3

u = ____________ .

z 4 – z 3

Разные: z 3

Рис. 2.21. Волновой зубчатый одноступенчатый редуктор:

а - кинематическая схема; б - генератор волн: в - продольный разрез
При оптимальных значениях (z 4 - z 3) = 2 или 1 диапазон передаточных отношений в односту­пенчатых волновых редукторах составляет от 80 до 300 (и более). Волновые передачи обладают высокой нагрузочной способностью благодаря многопарности зацепления: одновременно в зацеплении может находиться до 25-30% пар зубьев.

На рис. 2.21, в показан волновой редуктор с кулачковым генератором волн 2 и гибким тонкостенным колесом 3 сварной конструкции. На ведущем валу 1 находится кулачок, на котором установлен гибкий подшипник, сопряженный с гибким колесом, зубья которого в двух зонах входят в зацепление с зубьями жесткого колеса 4. Кулачок генератора волн находится на валу с радиальным зазором; передача движения осуществляется зубчатой муфтой, которая обеспечивает самоустановку генера­тора при работе редуктора. С гибкого колеса вращающий мо­мент передается шлицами ведомому валу 5.

Редукторы и мотор-редукторы служат для понижения частоты вращения выходного вала. В мотор-редукторах предусмотрены различные способы крепления фланцевого электродвигателя к корпусу редуктора.

Редуктор с нижним расположением червяка

Для сборки редуктора в его цельном корпусе предусмотрены отверстия. Червяк нарезан на входном валу, на который с натягом посажены подшипники. Одна опора вала зафиксирована от осевых смещений и представляет собой комбинацию двух роликовых радиально-упорных конических подшипников, вторая опора является плавающей в осевом направлении. Опоры вместе со стаканом вставлены в корпус слева направо. Под крышкой стакана имеется набор металлических прокладок для регулировки осевой игры такиех подшипников. Гайка на конце вала червяка служит для закрепления такиех подшипников и передачи осевой силы, возникающей в червячном зацеплении. На выходном валу установлены с натягом червячное колесо и роликовые радиально-упорные конические подшипники по схеме враспор. Вал в сборе с червячным колесом и подшипниками вставлен в корпус. Подшипники и червячное зацепление регулируют с помощью набора металлических прокладок, находящихся под крышками опор вала червячного колеса.

Редуктор червячный универсальный

Возможны два варианта сборки корпуса такого редуктора: с верхним или нижним положением червяка относительно червячного колеса. Червяк нарезан на входном валу, на который с натягом посажены роликовые радиальноупорные конические подшипники, установленные враспор. Входной вал вставлен через отверстие в корпусе. Для регулировки подшипников в осевом направлении под крышками опор входного вала предусмотрены наборы металлических прокладок.
Корпус редуктора имеет разъем по оси выходного вала, благодаря чему возможна установка этого вала с заранее посаженными на него с натягом червячным колесом и радиально-упорными коническими подшипниками. Для регулировки подшипников и червячного зацепления предусмотрен набор металлических прокладок под крышками опор вала червячного колеса.

Мотор-редуктор с верхним расположением червяка

Для сборки предусмотрено отверстие в цельном корпусе редуктора, к которому через переходный стакан-крышку прикреплен фланцевый электродвигатель. Вал электродвигателя соединен с входным валом редуктора упругой компенсирующей муфтой. Червяк нарезан на входном валу, на котором с натягом посажены роликовые радиально-упорные конические подшипники по схеме враспор. «Осевую игру» подшипников регулируют набором металлических прокладок под крышкой и под стаканом-крышкой опор входного вала. На выходной вал установлены с натягом червячное колесо и роликовые радиально-упорные конические подшипники по схеме враспор. Собранный выходной вал вставлен в корпус через отверстия и закрыт большими боковыми крышками. Для регулировки подшипников и червячного зацепления имеется набор металлических прокладок под малыми крышками опор вала червячного колеса.

Редуктор цилиндро-червячный

Двухступенчатый редуктор имеет быстроходную цилиндрическую и тихоходную червячную передачи. Последовательность сборки редуктора следующая. Через отверстие в корпусе вставляют промежуточный вал, на котором нарезан червяк и с натягом посажены подшипники правой опоры, зафиксированной от осевых смещений. Опора состоит из двух роликовых радиально-упорных конических подшипников, установленных в стакане. Далее на промежуточный вал надевают колесо цилиндрической косозубой передачи, плавающую опору промежуточного вала и радиальный роликовый подшипник с короткими роликами. Быстроходный вал-шестерню с нарезанным червяком и насаженными с натягом шариковыми радиальными подшипниками предварительно устанав­ливают в съемный стакан-крышку. Затем через отверстие в корпусе вводят в зацепление с цилиндрическим колесом консольную шестерню быстроходного вала и прикрепляют стакан-крышку к корпусу. Левую опору вала фиксируют от осевых перемещений кольцом и тремя установочными винтами с одной стороны и крышкой с другой. Правая опора вала является плавающей в осевом направлении. Тихоходный вал с насаженными на него с натягом червячным колесом и роликовыми радиально-упорными коническими подшипниками (в корпусе они поставлены враспор) устанавливают в плоскости разъема корпуса редуктора, проходящей по оси этого вала, и закрывают крышкой. Регулировку сначала подшипников, а затем и червячного зацепления осуществляют набором металлических прокладок под крышками опор вала червячного колеса. Для регулировки подшипников фиксированной опоры промежуточного вала служит набор металлических прокладок под крышкой стакана.

Мотор-редуктор цилиндро-червячный

Двухступенчатый редуктор имеет быстроходную цилиндрическую косозубую передачу и тихоходную червячную. Сборку начинают с промежуточного вала, вставляя его слева направо через отверстие в корпусе редуктора. На промежуточном валу нарезан червяк, с натягом посажены подшипники. Левая опора зафиксирована от осевых смещении и состоит из двух роликовых радиально-упорных конических подшипников, установленных в стакане и закрепленных на валу концевой шайбой. Эта шайба служит для передачи осевой силы, возникающей в червячном или зубчатом зацеплении. Плавающая в осевом направлении правая опора вала — шариковый радиальный подшипник. Его устанавливают в промежуточной перегородке корпуса редуктора. Затем на промежуточный вал надевают зубчатое колесо быстроходной цилиндрической передачи и закрепляют концевой шайбой. Выходной вал с установленными на нем с натягом червячным колесом и роликовыми радиально-упорными коническими подшипниками (в корпусе они поставлены враспор) располагают в плоскости разъема корпуса, проходящей по оси этого вала, и закрывают крышкой. Шестерню быстроходной передачи закрепляют на валу фланцевого электродвигателя, который затем присоединяют к боковой крышке корпуса, и вводят в зацепление с цилиндрическим колесом.

Для регулировки подшипников и червячного зацепления применяют набор металлических прокладок, расположенных под крышками опор вала червячного колеса. Подшипники фиксированной опоры промежуточного вала регулируют набором металлических прокладок под крышкой стакана.

Редуктор двухступенчатый червячный

Сборку осуществляют через отверстия в цельном корпусе редуктора. На промежуточный вал с нарезанным червяком посажены с натягом червячное колесо быстроходной червячной передачи и подшипники. Правая опора зафиксирована от осевых смещений и является комбинацией двух роликовых радиально-упорных конических подшипников, закрепленных на валу гайкой и установленных в стакане. Гайка служит таже для передачи осевых сил. Левая опора промежуточного вала (роликовый радиальный подшипник с короткими роликами) является плавающей в осевом направлении. Быстроходный вал с нарезанными червяком и насаженными с натягом роликовыми радиально-упорными подшипниками по схеме враспор вставляют через отверстие в корпус. Для зацепления червяка с быстроходным колесом левая опора вала имеет стакан, который устанавливают после зацепления червяка с колесом. Выходной вал редуктора с насаженными на него с натягом тихоходным червячным колесом и подшипниками вставляют через отверстие в корпусе и закрывают крышкой.
Для регулировки поставленных враспор подшипников и тихоходного червячного зацепления применяют набор металлических прокладок, расположенных под малыми крышками опор выходного вала. Конические подшипники промежуточного вала регулируют набором металлических прокладок под крышкой стакана, а быстроходное червячное зацепление — набором металлических прокладок под фланцем стакана промежуточного вала.