Скольжение в червячной передаче

При работе червячной передачи
витки червяка скользят по зубьям чер-
вячного колеса. Скорость скольжения
v_CK(рис. 17.7) направлена по касатель-
ной к линии витка червяка и может
быть определена из параллелограмма
скоростей (v₁и v₂- окружные скоро-
сти червяка и колеса, м/с):

Рис. 17.7

Как видно, всегда v_ск>v₁. Скольжение в червячной передаче
вызывает значительные потери в зацеплении, нагрев передачи,
изнашивание зубьев червячного колеса, увеличивает склонность к
заеданию.

Несущая способность перемещающихся одна по другой сма-
занных поверхностей значительно выше, если между ними обеспе-
чен клиновой зазор в направлении скорости. Для поверхностей с
линейным контактом, например, тела 1 и плоскости 2 (рис. 17.8),
это соответствует условию, что вектор скорости v_ск перпендику-

 

Рис. 17.13

 

 

 

Рис. 17.9

лярен линии а—а контакта или имеет значительную составляю­щую у_ск, перпендикулярную этой линии. При этом масло, затяги­ваемое в клиновой зазор, разделяет сопряженные поверхности и воспринимает действующую нагрузку.

Если скольжение происходит вдоль линии а—а контакта, то масляный слой в контактной зоне образоваться не может, появля­ются условия для возникновения заедания.

В червячных передачах очертание контактных линий зависит от формы поверхности червяка. На рис. 17.9 показана схема зуба червячного колеса с нанесенной на нем контактной линией а—а, ряд последовательных положений которой в процессе зацепления колеса с архимедовым червяком обозначен цифрами 1, 2, 3. Как видно, в положении 3 вектор скорости v_CKскольжения направлен по касательной к контактной линии.

Зона, в которой направление v_скпочти совпадает с направле­нием контактных линий, заштрихована. Неблагоприятное направ­ление скорости скольжения служит причиной повышенных по­терь, изнашивания и заедания, которое начинается именно в этой зоне и распространяется затем на всю рабочую поверхность зубьев колеса.

Наиболее благоприятной зоной контакта является часть зуба колеса со стороны выхода червяка из зацепления. Здесь скорость v_скимеет значительную составляющую v_ск, перпендикулярнуюлинии контакта, и, следовательно, благоприятные условия для соз­дания несущего масляного слоя.

В червячных передачах с нелинейчатыми червяками контакт­ные линии расположены так, что при любом положении в процес­се зацепления имеет место значительная составляющая v_скскоро­сти скольжения. Это обеспечивает повышенную несущую способ­ность такой передачи.

Точность червячных передач. Для червячных передач уста­новлены 12 степеней точности, для каждой из которых предусмот­рены нормы кинематической точности, нормы плавности и нормы контакта зубьев и витков. В силовых передачах наибольшее при­менение имеют 7-я (v_ск< 10 м/с), 8-я (v_ск< 5 м/с) и 9-я (v_ск< 2 м/с) степени точности.

КПД червячной передачи

Роль смазывания в червячной передаче еще важнее, чем в зуб­чатой, так как в зацеплении происходит скольжение витков чер­вяка вдоль контактных линий зубьев червячного колеса.

Червячная передача является зубчато-винтовой и имеет поте­ри, свойственные как зубчатой передаче, так и передаче винт- гайка. В общем случае КПД червячной передачи:

,

где η_п, η_з и η_рм - КПД, учитывающие потери соответственно в подшипниках, зацеплении, а также на размешивание и разбрызгивание масла.

КПД червячного зацепления определяют по формуле, полу­ченной для винтовой пары (см. ниже "Передачи винт-гайка сколь­жения"):

,

где γ_w- угол подъема винтовой линии; φ' - приведенный угол тре­ния, f'= tgφ' - приведенный коэффициент трения (коэффициент трения, найденный с учетом угла а профиля витка).

Значения угла φ' трения в зависимости от скорости скольже­ния получают экспериментально для червячных передач на опорах

с подшипниками качения, т.е. в этих
значениях учтены потери мощности
в подшипниках качения, в зубчатом
зацеплении и на размешивание и раз-
брызгивание масла. Величина φ' сни-
жается при увеличении v_CK, так как
при больших скоростях скольжения в
зоне контакта создаются благоприят-
ные условия для образования масля- Рис17.10
ного слоя, разделяющего витки червя-

ка и зубья колеса и уменьшающего потери в зацеплении.

Численное значение η_з увеличивается с ростом угла y_wподъе-
ма на начальном цилиндре до γ_w  40° (рис. 17.10).

Обычно в червячных передачах γ_w< 27°. Большие углы подъ-
ема выполнимы в передачах с четырехзаходным червяком и с ма-
лыми передаточными числами.

Червячные передачи имеют сравнительно низкий КПД, что
ограничивает область их применения (η_з = 0,75...0,92).

Силы в зацеплении

Силу взаимодействия червяка и колеса принимают сосредото-
ченной и приложенной в полюсе зацепления по нормали к рабочей
поверхности витка. Ее задают тремя взаимно-перпендикулярными
составляющими: F_t, F_a, F_r. Для наглядности изображения сил чер-
вяк и червячное колесо на рис. 17.11, а условно выведены из заце-
пления.

Окружная сила F_{t 2} на червячном колесе:

где Т₂ - вращающий момент на червячном колесе, Нxм; d ₂ - дели-
тельный диаметр колеса, мм.

Осевая сила F _{a 1} на червяке численно равна F _{t 2}: F _{a 1} = F _{t 2}.

Окружная сила F _{t 1} на червяке

где T ₁ - вращающий момент на червяке, Н x м; η₃ - КПД; d_{w 1} - в мм.

 

а)

                                                 Рис. 17.11

Осевая сила F_{a 2} на червячном колесе численно равна F_{t 1}:

.

Радиальная сила F_{r 1} на червяке (радиальная сила F_{r 2} на колесе численно равна F_r1), рис. 17.11, б:

F _{r 1} = F _{r 2} = F_t2tgα.

Направление силы F_t2всегда совпадает с направлением вра­щения колеса, а сила F_{t 1} направлена в сторону, противоположную вращению червяка.