Автор: Г. В. Шадский, И. И. Феофилова
Источник: Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 2
Г.В. Шадский, И.И. Феофилова – КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ЧЕРВЯКОМ Рассмотрены вопросы проектирования червячных крупномодульных многоза- ходных ортогональных передач со шлифованным червяком, а также способы локализации пятна контакта. Показано, что рациональным является шлифование червяков и червячных фрез кругами с конической производящей поверхностью
Червячная передача – это механическое устройство, передающее вращение между скрещивающимися валами, чаще всего под прямым углом.Червяк является цилиндрическим винтом со специальной резьбой одно-или многозаходной, а сопряженное с ним колесо имеет венец с зубьями дугообразной формы.
Обычно передаточное число принимают в диапазоне 8 – 100 и только в редких конструкциях, например в приводах станочных столов большого диаметра, передаточное число принимают до 1000. Достоинствами червячных передач являются компактность, плавность и бесшумность в работе. Передачи могут быть самотормозящими, т. е. передающими вращение только от червяка к колесу, что иногда даёт возможность выполнить механизм без тормозного устройства.
Исследование компьютерных программ при моделировании разных способов возбуждения колебаний позволяет определить точностные и частотные характеристики программ.
Недостатком червячных передач является значительное относительное скольжение сопряженных элементов, т.е. витков червяка и зубьев колеса. Это вызывает усиленное тепловыделение, повышенный износ и склонность к заеданию. В итоге коэффициент полезного действия снижается до 0,7 – 0,75 в однозаходной передаче, до 0,8 – 0,85 в двухзаходной и до 0,86 – 0,92 в четырехзаходной передаче. Для уменьшения износа и повышения сопротивляемости заеданию червячные колеса изготовляют из материалов с высокими антифрикционными свойствами, главным образом из бронзы. Червяки обычно изготовляют из качественных углеродистых или легированных сталей, термически обработанных до высокой твердости. Высокое качество поверхности червяки обеспечивают шлифованием и последующим полированием.
Технологический процесс производства червячных передач существенно отличается от производства цилиндрических зубчатых передач. Это отличие заключается в следующем.
Цилиндрические зубчатые передачи составлены, как правило, из колес z1 и z2 с поверхностями, нарезанными одним методом,чаще всего центроидным огибанием. Производящие поверхности инструментов в сочетании с совокупностью подач используемого оборудования, необходимых для реализации обкатки, являются общими.Это реализуется инструментами, в основе которых лежит общая инструментальная рейка: гребенки, червячные фрезы, долбяки. Оба колеса могут быть нарезаны одним и тем же инструментом, на одном и том же станке. Задача синтеза рабочего и станочного зацеплений сводится к расчету поверхности, а при прямозубых колесах профиля второго колеса по заданному первому, но с учетом межосевого расстояния в передаче и исключения интерференции зубьев. В этом случае зубчатые поверхности обоих колес являются сопряженными и исходными для расчета поверхности зуборезных инструментов.
В паре цилиндрических колес z1 и z2 с поверхностями оба колеса имеют сопряженные не только профили, но и поверхности, несмотря на возможные погрешности изготовления и монтажа. Задачами синтеза зацепления являются расчет формы, количества и схемы расположения режущих кромок на производящей поверхности инструмента. Эти показатели определяют стойкость инструментов при принятых конструкторско-технологических параметрах операции зубонарезания. В расчетах следует учитывать передние и задние углы режущей части, число заходов инструмента, скорость его продольной подачи. Несопряженность колеса и шестерни с линейным контактом поверхностей при монтаже компенсируется боковым и радиальным зазорами в передаче. Обеспечение радиального зазора при заданном межосевом расстоянии осуществляется увеличенной по отношению к исходному контуру высотой производящего контура, но это может привести к раздельному или обоюдному подрезанию поверхностей у основания. Подрезание зубьев у основания устраняется смещением производящей поверхности инструмента по отношению к центроиде колеса на величину. Простые центроиды у колеса и инструмента (окружность или прямая линия) упрощают кинематику в передаче и минимизируют количество применяемых инструментов.
В цилиндрической передаче оба колеса изготовляют с одинаковыми физико-механическими свойствами, т. е. подвергают одинаковой термообработке и последующей чистовой зубообработке. В червячной передаче материалы червяка и колеса различны. Скорость скольжения витков червяка превышает окружную скорость вращения колеса, а разная шероховатость трущихся поверхностей приводят к интенсивному изнашиванию червячного колеса. При цилиндрической форме червяка и цилиндрической форме колеса в рабочем зацеплении их контакт точечный, что ограничивает передачу больших мощностей. Это ограничение в червячном зацеплении устраняется при нарезании зубьев червячного колеса фрезой, представляющей точную копию червяка, тогда соприкосновение червяка с колесом будет происходить по некоторой линии. Для увеличения длины линии соприкосновения венцу червячного колеса придается форма, охватывающая червяк. Точки соприкосновения сопряженных профилей в червячной передаче образуют сложную линию зацепления, которая может быть построена при сечении передачи плоскостями, параллельными оси главного сечения, и рассмотрении полученного семейства реечных зацеплений. В каждом сечении получается свой профиль рейки и свой профиль зубьев червячного колеса.
Перспективным является вариант локализации пятна контакта модификацией профиля зубьев колеса, при котором после нарезания венца червячной фрезе сообщают вращательное движение с малой круговой подачей. Таким образом, при нарезание червячных колес по эвольвентному профилю необходимо обеспечить соответствующее пятно контакта. Это позволит выйти на новый качественный уровень производства червячных колес.
1. Детали машин. Расчет и конструирование: справочник. Т.3 / В. Н. Беляев, Т. П. Болотовская, А. А. Готовцев [и др.]; под ред. Н. С. Ачеркана. М.: Машиностроение 1969. 471 с.
2. Муха Т. И. , Януш Б. В. , Цупиков А. П. Приводы машин: справочник. Л., 1975. 334 c.
3. Литвин Ф. Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука, 1968. 584 с.
4. Коганов И. А. , Федоров Ю. Н. , Валиков Е. Н. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1981. 136 с.
5. Обработка модифицированного профиля зубьев цилиндрических колес фрезами червячного типа с нулевым углом профиля / Н. Д. Феофилов, В. В. Птицын, В. И. Нагорных [и др.] // Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин. Тула: Изд-во ТулПИ, 1987. С. 127 – 130.
6. Зубчатые зацепления / под ред. Х. Ф. Кетова М.: ВНИТОЧМАШ, 1947. 215 с.
7. Лагутин С. А. Червячные передачи с замкнутой линией контакта.
// Машиноведение. 1970. №6. С. 41 – 46.