Червячные редукторы. Основные параметры червячных передач

Червячные редукторы обеспечивают большие передаточные числа, обычно от 8 до 100, бесшумность работы и высокую сопротивляемость ударным нагрузкам. В то же время эти передачи имеют относительно невысокий КПД (в большей мере с уменьшением числа заходов червяка), их работа сопровождается повышенным нагревом, и для изготовления червячных колес требуются дорогостоящие антифрикционные материалы, обычно бронзы.

К основным параметрам червячных передач относятся: m - модуль, мм; Z₁ - число заходов червяка; Z₂ - число зубьев колеса; u = Z₂/Z₁ – передаточное число; q = d₁/m - коэффициент диаметр червяка; а_w – межосевое расстояние, мм.

Межосевое расстояние определяется расчетом из условия контактной прочности зубьев червячного колеса и для редукторов общего назначения обычно принимается из ряда (ГОСТ2144): 40; 50; 63; 80; 100; 125; (140); 160; (180); 200; (225); 250; (280); 315; (355); 400.

Для вписывания передачи в стандартное межосевое расстояние коэффициент смещения червяка и инструмента для нарезания колеса X = (a_w/m) - 0,5 (q + Z₂) и выбирается в пределах ±1.

При этом положительное смещение одновременно повышает прочность зубьев колес.

В силовых передачах число заходов червяка принимается из ряда Z₁ = 1, 2, (3), 4, а число зубьев червячного колеса следует выбирать в интервале Z₂ = 30...80. При значениях Z₂, близких к нижнему пределу, несколько уменьшаются габаритные размеры передачи. Следует учитывать, что для получения заданного передаточного числа при стремлении к меньшим размерам редуктора приходится уменьшать число заходов червяка, следствием чего является понижение КПД. В этом случае следует при проектировании передачи исходить из более важного из двух критериев: уменьшение габаритов или повышение КПД.

При числе зубьев Z₂ < 26...28 возможно их подрезание, а при Z₂ > 80 несущая способность передачи лимитируется прочностью зубьев по изгибу, что особенно нежелательно для оловянистых бронз, имеющих пониженные пределы прочности.

При продолжительной работе силовых червячных передач предпочтение следует отдавать числу заходов червяка Z₁ > 2, т.к. при Z₁ = 1 имеет место увеличение потерь в зацеплении, вследствие чего могут возникнуть сложности в обеспечении теплового баланса.

При заданном передаточном числе требуемое межосевое расстояние, обеспечивающее контактную прочность поверхностей зубьев колеса, можно получить при соответствующем сочетании модуля m, числа заходов червяка – Z₁ и коэффициента q из условия a = 0,5m(q + z₁u).

Для передач общего назначения, в которых червяки обычно выполняются заодно с валом, коэффициент q следует выбирать по возможности меньшим с обеспечением одновременно требуемой жесткости вала червяка. Наибольший допустимый прогиб червячного вала |у| = 0,0002L, где L - расстояние между опорами вала.

Возможные сочетания значений m, z1 и q в соответствии с ГОСТ 2144 приведены в табл. 4.2[1].

Стандарт распространяется на червячные редукторы с цилиндрическим червяком, имеющим в осевом сечении прямолинейный профиль с углом α = 20° (архимедов червяк), число заходов от 1 до 4, ось которого перекрещивается с осью червячного колеса под углом 90°.

На практике срок службы червячных передач обычно ограничивается не усталостным выкрашиванием рабочих поверхностей, а возможностью возникновения заедания, что имеет место прежде всего в случае применения алюминиево-железистых (безоловянистых) бронз и латуней, особенно при больших скоростях скольжения. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянистые бронзы в особенности в сочетании с закаленными (~45НЯСэ) и полированными рабочими поверхностями витков червяка. Ввиду дефицитности олова применение оловянистых бронз оправдано при скорости скольжения в зацеплении больше 4 м/с. При этом несущая способность червячных передач лимитируется усталостной прочностью рабочих поверхностей зубьев колеса. Характеристики материалов для червячных колес приведены в табл. 4.7-4.9 [1].

В зависимости от передаточного числа червячные редукторы могут выполняться одно- и двухступенчатыми. Червячные передачи в комбинации с цилиндрическими передачами могут быть выполнены как червячно-цилиндрические, так и цилиндро-червячные.

На рис. 5' приведены схемы одноступенчатых червячных редукторов.

Рис. 5'. Кинематические схемы одноступенчатых червячных передач

По расположению червяка относительно колеса возможны варианты редукторов с нижним, верхним и боковым его расположением. При выборе конструкции червячного редуктора предпочтение следует отдавать первому варианту (рис. 5', а), т.к. в этом случае обеспечиваются лучшие условия для смазки и охлаждения зацепления, а также упрощается смазка подшипников вала червяка.

Подобная схема редуктора применяется при окружных скоростях червяка до 4...5 м/с, т.к. при более высоких скоростях значительно возрастают потери на размешивание смазки.

В быстроходных передачах при окружной скорости свыше 4...5 м/с и при малых передаваемых мощностях целесообразно применять схему с верхним расположением червяка (рис. 5', б). При этом потери на перемешивание смазки минимальны и, следовательно, КПД передачи выше.

В схемах с боковым расположением ось вала червяка может иметь горизонтальное (рис. 5', в) и вертикальное (рис. 5', г) расположение. Эти схемы получили очень малое распространение (в особенности с вертикальным червяком) в связи с трудностями смазки подшипников валов червяка и колеса.

Для качественной работы червячных передач необходимо регулировать взаимное положение червяка и колеса. В передачах с цилиндрическим червяком необходимо точно установить осевое положение червячного колеса, обеспечивающее совпадение его главной плоскости (плоскости симметрии) с осью червяка (проверяется по пятну контакта). Осевое смещение червяка в данном случае не приводит к нарушению зацепления. Сборка червячной передачи с цилиндрическим червяком может производиться путем сближения осей червяка и колеса либо осевым перемещением червяка. В первом случае корпус редуктора должен иметь разъем по оси вала червячного колеса или оси червяка. Во втором случае корпус может быть выполнен неразъемным с наличием бокового отверстия для монтажа червячного колеса.

В червячных редукторах подшипниковые узлы должны обеспечивать восприятие осевых усилий, действующих в зацеплении.

При реверсировании вращения из-за изменения направления действия осевого усилия при люфте в подшипниках произойдет смещение червяка, что при цилиндрическом червяке не отразится на работе передачи.

Кинематическая схема двухступенчатого червячного редуктора приведена на рис. 6', а. В двухступенчатом редукторе намного усложняется процесс сборки, поскольку необходимо одновременно производить регулировку зацепления двух червячных передач. Ввиду указанных недостатков двухступенчатые червячные редукторы находят весьма ограниченное применение.

При необходимости получения значительных передаточных чисел могут использоваться комбинированные редукторы, которые широко распространены в специальных узлах разнообразных машин. В этих редукторах червячные передачи используются совместно с цилиндрическими зубчатыми передачами. Кинематическая схема простейшего комбинированного червячно- цилиндрического редуктора приведена на рис. 6', б.

Одной из особенностей червячной передачи является самоторможение при изменении направления передачи мощности через редуктор, что очень важно при работе ряда машин, особенно грузоподъемных.

Рис. 6'. Кинематические схемы двухступенчатых червячных редукторов