Глобоидная передача

Глобоидная передача имеет ряд преимуществ по сравнению с цилиндрической червячной передачей (рис. 8.14):

1) при одинаковых размерах с цилиндрической передачей глобоидная передача способна пере­давать в 3 – 5 раз большую нагрузку;

2) она имеет более высокий КПД (η = 0,80…0,98);

3) она более надежна и долговечна в эксплуатации (приблизительно в 1,5 раза долговечнее передач с цилиндрическим червяком).

Рис. 8.14. Геометрия глобоидной передачи

В главном сечении глобоидной передачи червяк и колесо имеют форму круговой прямобочной рейки. Прямые, являющиеся продолжением боковых сторон зубьев рейки, касаются окружности диаметром D_прназываемой профильной окружностью.

В главном сечении все зубья колеса, охватываемые червяком, касаются по всей рабочей поверхности червяка. При этом важнейшей положительной особенностью глобоидной передачи является благоприятное расположение контактных линий по отношению к направлению вектора скорости скольжения (угол δ между ними близок к 90⁰), что способствует созданию режима жидкостного трения на контактных поверхностях зубьев и витков (рис. 8.15).

Рис. 8.15. Схема расположения контактных линий в червячных

передачах: а – с цилиндрическим червяком, б – с глобоидным червяком

Как видно из рис. 8.15, а, в цилиндрической червячной передаче контакт осуществляется между двумя выпуклыми поверхностями зуба колеса и витка червяка, поэтому площадь контакта мала, напряжения велики, смазка из зоны зацепления выдавливается.

сонаправленность вектора скорости относительно скольжения контактирующих поверхностей V_S линиям контакта (тонкие линии на рис. 8.15, а) также способствует ухудшению условий смазывания контактных поверхностей витков и зубьев.

В глобоидной же передаче (рис. 8.15, б) тело червяка – это вогнутый тороид, благодаря чему витки охватывают зубья колеса. Благодаря этому в зоне контакта образуются клиновидные зазоры, в которые при относительном движении червяка и колеса вовлекается смазка. Это способствует:

Ø подаче смазки на контактирующие поверхности,

Ø снижению коэффициента трения,

Ø повышению КПД и срока службы передачи.

Контактные линии, в большей своей части, располагаются под углом к вектору скорости относительного скольжения V_S, близким к прямому. Это также благоприятно сказывается на условиях смазки витков и зубьев в зоне их контакта.

Поэтому более эффективно применение глобоидных редукторов для передачи значительных моментов и мощностей.

Однако, глобоидные передачи обладают и существенными недостатками, не способствующими их широкому применению в промышленности:

Ø сложность изготовления и

Ø необходимость высокой точности монтажа,

Ø высокая тепло напряженность и

Ø необходимость использования принудительного охлаждения передачи.

Для ограничения номенклатуры дорогостоящего инструмента глобоидные передачи стандартизованы. Основные параметры передачи ус­тановлены ГОСТ 9369-77 и включают в себя:

· a_w – межосевое расстояние (a_w = 40 ... 1600 мм);

· и – передаточное число (и = 10...90);

· d₁, d₂ – делительные диаметры червяка и колеса;

· b₂ – ширину зубчатого венца колеса.

Число зубьев коле­са z₂ и число заходов червяка z₁ выбирают по этому же стандарту в зависимости от межосевого расстояния и передаточного чис­ла. Расчет геометрии глобоидной передачи выполняют по ГОСТ 17696-80.

Следует отметить, что значения модуля не стандартизованы и их не округляют, т.к. одним комплектом резцов можно нарезать червяки разного модуля. стандартизация же модуля не позволит со­кратить число фрез: одной фрезой все равно нельзя нарезать коле­са с разными числами зубьев [4, с. 248].

Основным критерием работоспособности глобоидных передач яв­ляется износостойкость. В настоящее время нет теоретически обоснованной аналитической методики расчета червячных глобоидных передач.

Параметры пе­редачи выбирают, исходя из межосевого расстояния a_w, которое определяют на основании эмпирической зависимости в функции ве­личины передаваемого колесом вращающего момента T₂.

Момент T₂ вычисляют по условиям:

· обеспечения режима жидкостного трения в зоне зацепления,

· наибольшей износостойкости и

· соп­ротивления заеданию:

где Ka, Ku, Kv – поправочные коэффициенты, выбираемые в зависимости от передаточного числа u, межосевого расстояния a_w и частоты вращения червяка n₁. (Ka = 0,6….1,1; Ku = 0,7…1,0; K_v = 0,75…1,0);

T₂ – вращающий момент на колесе, Н∙мм.

Равнодействующая удельных давлений на зуб колеса в глобоидной передаче приложена вблизи его основания, поэтому напряжения изгиба в зубьях малы, и зубья проверяют на срез по плоскости основания зуба (рис. 8.16):

,

здесь F_t2 – окружное усилие на колесе, Н;

z’₂ – число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении;

γ₀– угол подъёма винтовой линии червяка, град;

А – площадь сечения зуба колеса у его основания, мм².

Рис. 8.16. К расчёту зубьев червячного колеса глобоидной передачи

Итак, глобоидная передача в сравнении с цилиндрической червячной передачей обладает преимуществами:

· большей нагрузочной способностью благодаря тому, что одновременно все витки червяка, охватываемые колесом, контактируют с зубьями колеса;

· большей долговечностью, т.к. в зацеплении на контактных поверхностях витков и зубьев создаются благоприятные условия смазывания их поверхностей.

Вопросы для самостоятельной работы по теме

«Червячные передачи»

1. Каковы основные достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми?

2. Что такое число заходов червяка?

3. Какое число заходов червяка стандартизовано?

4. Какая передача имеет больший КПД: с однозаходным или четырехзаходным червяком?

5. Почему червячная передача с четырехзаходным червяком обладает наибольшим КПД?

6. Каково влияние относительного скольжения в червячной и глобоидной передачах на их работоспособность?

7. Чем определяется выбор материалов для изготовления червяка и колеса?

8. В чём принципиальное отличие расчётов червячной передачи от расчётов зубчатой?

9. Каковы основные причины разрушения червячной цилиндрической передачи?

10. Почему глобоидная передача не нашла широкого применения в отечественной промышленности?

11. Каковы причины выхода из строя червячных передач?

12. Как направлен вектор скорости относительного скольжения V_Sпо отношению к линиям контакта в червяной цилиндрической передаче?

13. Как направлен вектор скорости относительного скольжения V_Sпо отношению к линиям контакта в глобоидной передаче?

14. Каквлияет V_S на работоспособность червячной передачи?

15. Зависит ли выбор материалов червячной пары от V_S?

16. Что значит бандажированное червячное колесо?

17. Как можно сократить расход дорогостоящих бронз при изготовлении червячных колес?

18. Можно ли выполнять червячную передачу 9-й степени точности? ?

19. Чему равно минимальное значение передаточного числа одноступенчатого червячного редуктора?

20. Как зависит передаточное число от числа заходов червяка?

21. Чем отличается архимедов червяк от конволютного?

22. Как зависит межосевое расстояние червячной передачи от числа заходов червяка?

23. При какой твердости витков целесообразно использование архимедовых червяков?

24. Почему глобоидная передача имеет более высокий КПД, не­жели цилиндрическая червячная?