Червячные редукторы - Reduktora.pro

Перейти к контенту

Червячные редукторы

Привод > Редукторы
Статьи
Червячные редукторы

Червячный редуктор – это передаточный механизм, служащий для понижения угловой скорости и увеличения крутящего момента. При этом в червячной передаче движение передаётся между перекрещивающимися под прямым углом валами.

Одноступенчатые червячные редукторы находят свое применение в диапазоне передаточных чисел u = 8…80 (а в не силовых передачах до 200 и более).Если одной передачи недостаточно для обеспечения требуемого передаточного отношения, в корпусе редуктора монтируют ещё одну червячную или совместно с червячной передачи другого типа (цилиндрические, конические).



С точки зрения геометрии и кинематики червячные передачи сочетают в себе свойства передач зацеплением (зубчатых) и винтовых пар. Сочетание признаков различных механизмов определяет особенности работы червячного зацепления и подходов к проектированию передачи.

ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

Червячная передача состоит из двух звеньев. Ведущим звеном является червяк 1, ведомым − червячное колесо 2.



Взаимодействие элементов червячной пары подобно принципу работы винтового механизма, в котором червяк является винтом, а червячное колесо представляет собой узкий сектор длинной гайки, изогнутый кольцом зубьями наружу вокруг оси, перпендикулярной оси винта.

К числу основных достоинств червячных передач относят:

  • возможность реализации больших передаточных отношений (обычно от 8 до 63, а в несиловых передачах до 200 и более) в одной ступени при сравнительно малых габаритах;
  • Высокая плавность зацепления и бесшумность работы;
  • Высокая кинематическая точность;
  • Невозможность передачи движения в обратную сторону (от колеса червяку) по причине самоторможения передачи (вследствие этого, например, отпадает необходимость применения тормозных устройств в грузоподъемных механизмах).

Основными недостатками червячных передач, существенно ограничивающими область применения передач (в частности, по передаваемой мощности – обычно не более 50 − 60 кВт), принято считать:

  • Низкий КПД (η ≤ 0,92) из-за больших потерь мощности на относительное скольжение сопряженных поверхностей червяка и червячного колеса под нагрузкой;
  • Повышенный нагрев и износ;
  • Необходимость применения дорогих антифрикционных материалов;
  • Повышенные требования к точности сборки механизма и необходимость регулировки зацепления.

Отмеченные достоинства и недостатки обусловлены особенностями геометрии и кинематики зацепления (сочетанием, как уже отмечалось, признаков передачи зацеплением и винтовой пары).

В качестве основных принято рассматривать два фактора, определяющих свойства червячной передачи:

1 – высокая относительная скорость скольжения в контакте поверхностей витков червяка и зубьев червячного колеса, что определяет большие потери мощности на трение и как следствие повышенный нагрев и низкий КПД передачи;

2 – неблагоприятные условия для образования «масляного клина» в контакте червяка и червячного колеса, что в совокупности с нагревом обусловливает склонность передачи к заеданию, износу и необходимость использования дорогих антифрикционных материалов.

Примечание: Под «масляным клином» понимают создание повышенного давления масла в клиновом зазоре между контактирующими поверхностями.
Попытки улучшить качественные показатели червячных редукторов привели к появлению различных типов червячных передач.

Передачи разделяют по форме поверхности червяка, на которой нарезаются витки: передачи с цилиндрическими и глобоидными червяками.



Глобоидные червячные передачи обладают более высокой нагрузочной способностью, но сложнее в изготовлении, монтаже и эксплуатации, а также сильнее нагреваются при работе. Они требуют высокой культуры производства и применяются в ответственных механизмах.

Цилиндрические червячные передачи по форме винтовой поверхности витков червяка делятся в основном на передачи с архимедовым червяком, эвольвентным и конволютным. По внешним признакам без специальных приборов установить различие в типах винтовой поверхности червяков практически невозможно, поэтому задача по определению формы поверхности червяка в данной лабораторной работе не ставится.

Все цилиндрические червячные передачи характеризуются одинаковым набором геометрических параметров и их размеры определяются одинаковыми соотношениями. К числу основных геометрических параметров червячной передачи, позволяющих рассчитать основные размеры червяка и червячного колеса, подобрать инструменты и настроить станок для нарезания червячной пары, относят:

Модуль m, мм − определяется как отношение осевого шага червяка к числу π (m = р/ π). Под осевым шагом р понимают расстояние между одноименными точками двух соседних профилей, измеренное в направлении оси червяка. Величина модуля должна соответствовать стандартному ряду (ГОСТ 2144-76*);

Число витков (заходов) червяка z1 – принимается в зависимости от передаточного отношения: z1 = 4 при u = 8…15, z2 = 2 при u = 15..30 и z1 = 1 при u ≥ 30.

Число зубьев колеса z2. Из условия неподрезания зубьев червячного колеса при нарезании принимают z2 ≥ 28. Оптимальным для силовых передач считается z2 = 32…63;

Коэффициент диаметра червяка q, определяется как отношение делительного диаметра червяка d1 к модулю (q = d1/m). Величина q должна соответствовать стандартному (ГОСТ 2144-76*) ряду и сочетаться с модулем.

Необходимость стандартизации значений модуля и коэффициента диаметра обусловлена стремлением уменьшить номенклатуру режущего инструмента, так как применяемые в большинстве случаев для нарезания червячных колес червячные фрезы должны полностью соответствовать червяку, сцепляющемуся с колесом в передаче, т. е. иметь тот же модуль и делительный диаметр;

Коэффициент смещения червяка x. Смещение в основном используют с целью вписывания передачи в стандартное межосевое расстояние.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЧЕРВЯЧНЫХ РЕДУКТОРОВ

Конструирование червячных редукторов в целом и их отдельных узлов определяется компоновкой передаточного механизма и особенностями работы зацепления.

Конструкция корпуса. Наибольшее распространение получили конструкции червячных редукторов с разъемом корпуса по оси червячного колеса. Это упрощает сборку комплекта вала с подшипниками и с червячным колесом. Червяк обычно имеет небольшой внешний диаметр витков, что позволяет устанавливать его в корпус через отверстия подшипниковых гнезд.

Редукторы малых размеров (à ≤ 120 мм) часто делают без разъема со съемными боковыми крышками. Из условия сборки, отверстия под центрирующие выступы крышек должны несколько превышать наружный диаметр колеса, а общие размеры внутренней полости должны допускать раздвижку валов червяка и колеса при монтаже и демонтаже.



Охлаждение. Вследствие высокого трения в зацеплении, работа редуктора сопровождается значительным нагревом, поэтому для лучшего охлаждения редукторов корпусы обычно изготавливаются с ребрами (увеличивающими поверхность теплоотдачи), а если этого недостаточно, применяют искусственное охлаждение (принудительная вентиляция, охлаждение масла внутри или вне редуктора).

Расположение червяка. В машиностроении используются редукторы с различным расположением червяка относительно колеса: с нижним, с верхним, с боковым горизонтальным и боковым вертикальным. Верхнее расположение применяют обычно при высоких скоростях вращения вала червяка, а нижнее соответственно при малых, но чаще выбор положения червяка обусловлен компоновкой механизма.



Конструкция элементов передач

Червяки чаще всего выполняют вместе с валом, используя углеродистые или легированные стали с поверхностной или объёмной закалкой до высокой твердости (более 45 HRC).

Червячные колеса обычно делают составными, что позволяет снизить стоимость передачи. Ступицу колеса выполняют из серого чугуна (реже – из стали), а зубчатый венец – из антифрикционного материала (бронза, латунь, чугун). Выбор марки материала венца зависит от скорости скольжения в зацеплении и длительности работы. Чем выше скорость скольжения, тем более высокими антифрикционными и противозадирными свойствами должен обладать материал зубьев колеса.

В машиностроении находят применение следующие типовые конструкции червячных колёс: бандажированная, болтовая и биметаллическая. Последняя – наиболее рациональная, её используют в машинах серийного производства.



Конструирование опор. На вал червяка действуют радиальные и весьма значительные осевые нагрузки, поэтому в качестве опор обычно применяют подшипники роликовые конические, а при высокой частоте вращения (свыше 1500 об/мин) возможно использование шариковых радиально-упорных подшипников (имеющих меньшее сопротивление вращению).

Относительно короткие червячные валы обычно устанавливаются по схеме «враспор», при которой левый подшипник исключает смещение вала влево, а правый соответственно вправо.

Длинные червячные валы (l / d > 6, где l – расстояние между опорами, d – диаметр вала) устанавливаются в подшипники таким образом, чтобы одна из опор (фиксирующая) воспринимала осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях, а вторая (плавающая) могла бы свободно перемещаться в осевом направлении в корпусе. Это позволяет исключить выборку осевых зазоров и заклинивание подшипников при увеличении длины вала вследствие нагрева.




Осевое положение колеса должно сохраняться в процессе работы под нагрузкой, поэтому в силовых передачах вал колеса устанавливают обычно на конических роликовых подшипниках, обладающих повышенной жесткостью.



РЕГУЛИРОВКА ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Традиционные технологии изготовления червячных редукторов предполагают его регулировку в процессе сборки.

Необходимость регулировки червячного редуктора в процессе сборки обусловлена ограниченной точностью выполнения осевых линейных размеров деталей редуктора, не позволяющей, как правило, заведомо обеспечить при сборке правильное осевое положение колеса относительно червяка, а также необходимый для нормальной работы зазор в подшипниках.

Несовпадение средней плоскости колеса с осью вращения червяка приводит к смещению пятна контакта в зацеплении на кромку зуба, при этом создаются неблагоприятные условия для работы передачи.



При неотрегулированных подшипниках возможны две ситуации:

1. При наличии избыточного зазора в радиально-упорных конических подшипниках неизбежна радиальная и осевая подвижность (люфт) вала в процессе работы, что негативно сказывается на работе передачи и самих подшипников;
2. При отсутствии зазора или ещё хуже чрезмерной затяжке подшипников (при натяге) во время работы редуктора (при его нагревании и неизбежном удлинении валов) может произойти перегрузка подшипников, их нагрев с последующим выходом из строя самих подшипников и следовательно, механизма в целом.

При проведении регулировки редуктора выделяют два этапа: регулировку подшипников и регулировку зацепления.

Вал червяка. Производится только регулировка подшипников. Осевое положение червяка не оказывает влияния на работу передачи. Регулировка проводится подбором соответствующего количества стальных прокладок под фланцы крышек подшипников.

Для определения суммарной толщины bΣ комплекта прокладок необходимо:

  • Прижать одну из крышек подшипников вала червяка к корпусу редуктора, затянув болты с усилием;
  • Затянуть слабо (без усилия) два болта крепления второй крышки вала, размещенной на противоположной стороне корпуса;
  • Замерить зазор между фланцем второй крышки и корпусом;
  • Подобрать комплект прокладок толщиной, равной замеренному зазору;
  • Разделить получившийся комплект прокладок на две примерно равные части, установить их под крышками подшипников и затянуть болты крепления крышек с расчетным моментом.

При этом добиваются легкого (без усилия) вращения вала. Допустимый осевой люфт находится в пределах 20-40 мкм (в зависимости от размеров и конструкции узла). Отсутствие люфта нежелательно, так как при работе редуктора, вследствие теплового удлинения вала червяка, происходит уменьшение зазоров, их исчезновение или даже появление натяга в подшипниках с последующим их заклиниванием.

Примечание: оптимальной считается такая регулировка подшипников, когда в редукторе, нагретом до рабочей температуры, зазор в подшипниках близок к нулю.

Вал червячного колеса. Регулировка осевого положения червячного колеса может производится по двум схемам:

1. Осевым смещением вала с закрепленным на нем колесом с последующим фиксированием вала;
2. Осевым перемещением колеса по неподвижному валу с последующим фиксированием колеса.

В тех случаях, когда на валу имеется одно колесо, положение которого необходимо отрегулировать, используется первая схема. В соответствии с этой схемой, регулировка вала червячного колеса проводится в два этапа. Сначала производится регулировка подшипников вала (см. вал червяка), в ходе которой

определяется суммарная толщина комплекта прокладок bΣ.

Затем проводят регулировку зацепления в последовательности:

  • Разделить подобранный в ходе регулировки подшипников набор прокладок на две примерно равные части и установить их под крышки подшипников вала червячного колеса;
  • Покрыть витки червяка тонким слоем краски (например, смесью бельевой синьки с машинным маслом);
  • Собрать передачу и прокрутить ее за червяк, притормаживая конец вала колеса;
  • Установить (визуально через смотровой люк) качество зацепления по положению, форме и размерам пятна контакта на зубьях колеса, в случае неудовлетворительного результата определить направление необходимого осевого сдвига червячного колеса с валом;
  • Осевое смещение вала колеса осуществить за счет перекладывания прокладок с одной стороны корпуса на другую, в сторону которой требуется сместить червячное колесо.

Примечание: приведённую последовательность (кроме первого пункта) следует повторять до получения удовлетворительного качества зацепления.

24.06.2021
Назад к содержимому