Червяки и червячные зубчатые колеса

Червячная передача. Общие сведения. Для передачи вращательного движения от одного вала к другому с большим снижением скорости вращения (уменьшением числа оборотов) применяется червячная передача, состоящая из двух основных деталей: червяка и червячного колеса (рис. 4.25). В передаче ведущим звеном является червяк, а в ускоряющих передачах – колесо.

Червячная передача относится к зубчато-винтовым передачам. Червяк (рис. 4.26, а) является винтом с трапецеидальной резьбовой нарезкой с углом 40°, а червячное колесо – зубчатым колесом.Зубья червячного колеса имеют дуговую форму (рис. 4.26, б). Это способствует большему охвату червяка и увеличению, соответственно, линии контакта.

Червячная передача относится к передачам с перекрещивающимися осями валов. Геометрические оси червяка и червячного колеса скрещиваются обычно под прямым углом.

Червячные передачи широко применяют в приборостроении, подъемно-транспортном оборудовании, транспортных машинах, также в металлорежущих станках. К основным преимуществам червячных передач можно отнести: компактность конструкции, бесшумность и плавность работы, возможность получения очень большого передаточного числа в одной сцепляющейся паре (до 1000). К недостаткам большинства червячных передач относится: повышенная стоимость, большие потери на трение и соответствен- но низкий КПД, необходимость использования дорогостоящих антифрикционных цветных металлов.

Существуют два типа червячных передач:

– цилиндрическая, у которой делительные и начальные поверхности червяка и колеса – круговые цилиндры (рис. 4.27, а);

– глобоидная, у которой делительная поверхность червяка является частью вогнутой поверхности тора, а делительная поверхность колеса – круговой цилиндр (рис. 4.27, б).

Червяки цилиндрические линейчатые. Линейчатые червяки в зависимости от профиля витков в плоскости, перпендикулярной оси червяка, подразделяют на архимедовы, эвольвентные и конволютные. В соответствии с ГОСТ 18498–89 устанавливают следующие условные обозначения для этих червяков:

- архимедов червяк – обозначается ZA,

- эвольвентный червяк – обозначается ZI,

- конволютный червяк – обозначается ZN:

ZN1 – с прямолинейным профилем витка;

ZN2 – с прямолинейным профилем впадины;

ZN3 – с прямолинейным нормальным профилем витка.

У конволютного червяка боковые рабочие поверхности – конволютные геликоиды, имеющие прямолинейный профиль в сечении, нормальном к оси симметрии. Теоретический торцовый профиль витка червяка очерчивается удлиненной или укороченной эвольвентой (рис. 2.29, а).

У архимедова червяка боковые поверхности витков ограничены архимедовами геликоидами, а их торцовые сечения (торцовый профиль) – спиралями Архимеда (рис. 4.29, а), поэтому он и называется архимедов.

Червяки цилиндрические нелинейчатые.К нелинейчатым червякам относятся:

– цилиндрические червяки, образованные производящим конусом при его винтовом движении относительно червяка – ZК (ZК1 – ZК4);

– цилиндрические червяки, у которых главная поверхность витка является огибающей частью внешней или внутренней поверхности производящего тора при его винтовом движении относительно червяка – ZТ1, ZТ2.

По направлению (ходу) винтовой линии червяки бывают правые и левые, а по числу витков (z1) – одно-, двух-, трех- и многозаходные.

Червяк (рис. 4.30, а) изготавливается заодно с валом, так как разница в диаметре вала и диаметре впадин червяка в большинстве случаев незначительна. В технологических целях червячное колесо, как правило, изготовляют из двух материалов: венец – из дорогого антифрикционного материала (например, из бронзы), а сердечник (диск) – из более дешевых и прочных сталей или чугунов (рис. 4.30, б).

Элементы червяка.Терминыи обозначения параметров цилиндрических червячных передач устанавливает ГОСТ 18498–89.

Расчет основных геометрических параметров цилиндрических червячных передач выполняется в соответствии с ГОСТ 19650–97. Исходными данными для расчета являются модуль m, коэффициент q диаметра червяка, число z1 витков червяка, вид червяка, а также параметры исходного червяка и исходного производящего червяка.

Параметры исходного червяка и исходного производящего червяка для определения пропорций витков червяков и зубьев со- ответствующих червячных колес устанавливает ГОСТ 19036–94. При буквенных обозначениях, общих для червяка и зубчатого ко- леса, червяк отличается нижним индексом 1, а колесо – нижним индексом 2.

Приведем основные параметры червяка (рис. 4.32):

Шаг Р – расстояние вдоль оси червяка между одноименными профильными линиями смежных витков по делительной окружности. Ход витка Рz1– шаг винтовой линии для многозаходных червяков:

Рz1= Рz1,

где z1– число заходов червяка.

Делительным цилиндром червяка (диаметр делительной окружности d1) – соосная цилиндрическая поверхность, базовая для определения элементов червяка и размеров:

d1 = mq,

где q – коэффициент диаметра червяка, выбираемый в зависимости от модуля.

Высота головки витка червяка – расстояние между окружностью вершин и делительной окружностью:

ha1 = m.

Высота ножки витка червяка – расстояние между окружно-

стью впадин и делительной окружностью:

hf1 = 1,2m.

Высота витка – расстояние между окружностью вершин и ок-

ружностью впадин:

h1 = ha1 + hf1 = 2,2m.

Диаметр вершин витков:

da1= d1+ 2 ha1 = m(q + 2) = d1+ 2m.

Диаметр впадин витков:

df1= d1 - 2 hf1 = m(q - 2,4) = d1– 2,4m.

Длина нарезанной части червяка, зависящая от числа зубьев

червячного колеса z2:

b1 = (11 + 0,06 z2)m + 25.

Делительный угол подъема – угол подъема винтовой линии

витка на делительном цилиндре:

tg g = Р / (p d1) = z1 /q.

Из расчетных размеров на рабочих чертежах червяков проставляют: диаметр цилиндра выступов, длину нарезанной части, радиуса закруглений витков. Остальные данные указывают в таблице параметров.

Элементы червячного колеса.Червячные колеса могут быть с прямыми и косыми зубьями. При этом форма выемки поверхности вершин зубьев колеса согласуется с формой поперечного сечения червяка.

Параметры зуба червячного колеса (рис. 4.33) определяются в сечении венца средней плоскостью (плоскостью симметрии зубчатого венца, перпендикулярной к оси колеса).

Диаметр делительной окружности колеса: d2= mz2.

Диаметр вершин зубьев: da2 = m(z2+ 2).

Диаметр впадин: df2= m(z2- 2,4).

Высота головки зуба: ha2 = m.

Высота ножки зуба: hf2 = 1,2m.

Высота зуба: h2 = ha2 + hf2 = 2,2m.

Шаг зубьев колеса: Р2=p m.

Ширина венца: b2£ 0,75 da1при z1 £ 3; b2 £ 0,67 ba1при z1 = 4.

Радиус выемки: Ra2= d1/(2 - m)

Условный угол охвата: 2d – угол охвата червяка венцом колеса,sind= b2 / (da1- 0,5 m).

В соответствии с ГОСТ 2.406–76 на рабочих чертежах червячных колес указывают диаметр окружности вершин в средней плоскости зубчатого венца, наибольший диаметр зубчатого венца, шири- ну зубчатого венца, расстояние от средней плоскости зубчатого венца до базового торца, данные, определяющие внешний контур зубчатого венца, например радиус обточки поверхности выступов, размеры фасок и т. п., шероховатость боковых поверхностей зубьев.

Правила изображения червяков и червячных колес. ГОСТ 2.402–68 устанавливает условные изображения, применяемые при выполнении чертежей червяков и червячных колес. Правила изображения червяков и червячных колес такие же, как для цилиндрических зубчатых колес (см. п. 4.1).

Условные изображения червяков и червячных колес, на которые надо ориентироваться при выполнении чертежей, приведены в табл. 4.3.

Правила выполнения чертежа цилиндрического червяка. Правила выполнения рабочих чертежей цилиндрических червяков и червячных колес устанавливает ГОСТ 2.406–76. Чертеж содержит главный вид с местным разрезом, на котором показан профиль витка в осевом сечении (рис. 4.34).

На чертеже в правом верхнем углу располагают таблицу пара- метров зубчатого венца червяка, состоящую из трех частей, отделенных друг от друга сплошными основными линиями. Эта таблица имеет форму и размеры такие же, как у таблиц для зубчатых ко- лес. В первой части таблицы параметров приводят основные данные. Во второй части таблице параметров приводят данные для контроля. В третьей части таблице приводят справочные данные.

На учебных чертежах приводится только первая часть таблицы параметров, в которую обязательно должны быть занесены следующие основные данные (рис. 4.35):

– модуль m;

– число витков z1;

– вид червяка (записью типа ZA, ZI или др.);

– угол подъема линии витка (основной gв– для эвольвентного червяка, делительный g – для всех остальных видов червяков);

– направление линии витка – надписью «Правое» или «Левое»;

– исходный червяк – ссылкой на соответствующий стандарт;

– степень точности по ГОСТ 3675–81;

– делительный диаметр червяка d1;

– ход витка.

На рис. 4.36 приведен пример учебного чертежа цилиндрического червяка.

Правила выполнения чертежей цилиндрического червячного колеса. Рабочие чертежи червячных колес выполняют по правилам, установленным ГОСТ 2.406–76. На рабочем чертеже колеса достаточно одного изображения в виде фронтального разреза, который вполне определяет форму и размеры колеса.

На изображении червячного колеса должны быть указаны следующие размеры:

– диаметр da2вершин зубьев;

– наибольший диаметр daм2;

– ширина b2венца;

– расстояние ℓ1от базового торца до средней торцовой плоскости колеса;

– радиус Ra2кривизны (выемки) поверхности вершин зубьев;

– размеры фасок или радиусы закруглений торцовых кромок зубьев;

– размеры остальных элементов колеса.

В правом верхнем углу чертежа помещают таблицу параметров зубчатого венца, состоящую из двух частей, отделенных друг от друга сплошной основной линией.

В первой части таблицы параметров должны быть указаны:

- модуль m;

- число зубьев z2колеса;

- направление линии зуба – надписью «Правое» или «Левое»;

- коэффициент x смещения червяка;

- исходный производящий червяк: стандартный – ссылкой на соответствующий стандарт; нестандартный – соответствующими параметрами;

- степень точности по ГОСТ 3675–81 и обозначение этого стандарта.

Вторую часть таблицы параметров (данные для контроля) на чертеже червячного колеса не приводят.

В третьей части таблицы параметров приводят справочные данные:

– межосевое расстояние аw;

– делительный диаметр d2червячного колеса;

– вид сопряженного червяка;

– число витков z1сопряженного червяка;

– обозначение чертежа сопряженного червяка;

– другие справочные данные при необходимости.

Надо заметить, что направление линии витков червяка обратно

направлению линии зуба колеса. На учебных чертежах можно пропускать некоторые графы таблицы параметров.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / В. И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 2001. – Т. 1. – 920 с.; Т. 2. – 912 с.; Т. 3. – 864 с.

2. Инженерная графика. Конструкторская информатика в машиностроении: учебник для вузов / под ред. А. К. Болтухина, С. А. Васина. – М.: Машиностроение, 2005. – 555 с.

3. Инженерная графика: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. В. Елкин, В. Т. Тозик. – М.: Академия, 2009. – 304 с.

4. Богданов, В. Н. Справочное руководство по черчению / В. Н. Богданов, И. Ф. Малежик [и др.]. – М.: Машиностроение, 1989. – 864 с.

5. Годик, Е. И. Справочное руководство по черчению / Е. И. Годик, А. М. Хаскин. – М.: Машиностроение. – 1974. – 696 с.

6. Боголюбов, С. К. Черчение: учебник для машиностроительных специальностей средних специальных учебных заведений / С. К. Боголюбов, А. В. Воинов. – М.: Машиностроение. – 1981. – 303 с.

7. Вышнепольский, И. С. Техническое черчение: учебник для сред. проф.- техн. училищ / И. С. Вышнепольский. – М.: Высш. шк., 1981. – 216 с.

8. Черчение: учебник для нач. проф. образования / А. М. Бродский, Э. М. Фазлулин, В. А. Халдинов. – М.: Академия, 2006. – 400 с.

9. Машиностроительное черчение: учебник для машиностроительных и приборостроительных специальностей вузов / Г. П. Вяткин, Андреева А. Н. [и др.]. – М.: Машиностроение. – 1985. – 368 с.

10. Техническое черчение / Е. И. Годик [и др.]. – Киев: Вища школа. – 1983. – 440 с.

11. Левицкий, В. С. Машиностроительное черчение и автоматизация выполнения чертежей: учебник для втузов / В. С. Левицкий. – М.: Высш. шк., – 2000. – 422 с.

12. Новичихина, Л. И. Техническое черчение: справ. пособие / Л. И. Новичихина. – Мн.: Выш. шк., 1983. – 222 с.

13. Ройтман, И. А. Машиностроительное черчение: учеб. пособие для студ. средн. спец. учеб. заведений / И. А. Ройтман. В 2 ч. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002. – Ч. 1. – 240 с., Ч. 2. – 240 с.

14. Фролов, С. А. Машиностроительное черчение: учеб. пособие для втузов / С. А. Фролов, А. В. Воинов, Е. Д. Феоктистова. – М.: Машиностроение. 1981. – 304 с.

15. Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. – М.: Академия, 2004. – 496 с.

16. Курс черчения: учебное пособие для техникумов / Н. С. Дружинин, П. П. Цыблов. – М.: МАШГИЗ. – 1961. – 268 с.

17. Янковский, К. А. Техническое черчение: учебник для сред. проф.-техн. училищ / К. А. Янковский, И. С. Вышнепольский. – М.: Высш. шк., 1978. – 191 с.

18. Иванов, Ю. Б. Атлас чертежей общих видов для деталирования: учеб. пособие для втузов / Ю. Б. Иванов. – М.: Машиностроение. – 1971. – 123 с.

19. Иванов, А. С. Конструируем машины шаг за шагом: В 2 ч. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. – Ч. 2. – 392 с.

20. Решетов, Д. Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов / Д. Н. Решетов. – М.: Машиностроение. – 1989. – 496 с.

21. Грейвс, Е. Болты и гайки / Е. Грейвс [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://vivovoco.rsl.ru/vv/journal/sciam/bolt/bolt.htm.

22. Тозик, В. Т. Инженерная графика: электронный учебник / В. Т. Тозик [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://engineering-graphics.spb.ru/.

23. Ханов, Г. В. Изображение и обозначение резьбы на чертеже: учеб. пособие / Г. В. Ханов, Е. В. Шведова; ВолгГТУ, 2008. – 64 с.

24. Чекмарев, А. А. Справочник по машиностроительному черчению / А. А. Чекмарев, В. К. Осипов. – М.: Высш. шк., 2004. – 493 с.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

1. http://www.ec-gearing.ru/patents.php

2. http://www.amazonsupply.com/boston-gear-pressure-angle-pitch/dp/

3. http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/7532-entendendo-a-fisica-e-mecanica-de-engrenagens/

4. http://www.hercus.com.au/spur-gears/

5. http://mechanicalmania.blogspot.ru/2011/07/types-of-gear.html

6. http://www.indiamart.com/galaxygears/industrial-gears.html

7. http://www.indiamart.com/wiperdrive-industries/helical-gears.html

8. http://www.directindustry.com/industrial-manufacturer/wheel-61420-_21.html

9. http://motor-reduktor.com.ua/konicheskaya_para

10. http://tekresh.ru/catalog/proizvodstvo-shesterney/s-krugovym-zubom/

11. http://www.tehgroup.ru/catalog/shesterni/konicheskie_shesterni/

12. http://ru.made-in-china.com/co_shaft-h/product_Carbon-Steel-Motor-Shaft_ hugrshsnn. html

13. http://www.gknservice.com/ru/passazhirskie_avtomobili/privodnye_valy.html

14. http://www.ukr-prom.com/cat-detali-mashin/zybchatie-kolesa/5322/ 15. http://donugleresursy.com/p18511491-val-shesternya-250.html

16. http://www.dz-98pro.ru/zapchasti-avtogreydera/most-peredniy/199/ 17. http://www.amazon.com/Boston-Gear-Pressure-Angle-Pitch/

18. http://www.vzrt.ru/gear_calc.php

19. http://www.thingiverse.com/thing:90362

20. http://www.manutencaoesuprimentos.com.br

21. http://www.wallacemachine.com/

22. http://www.spiralbevelgearmanufacturer.com/category/spur_gears 24. http://www.shivmachinetools.com/spur-gear.htm