ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ЧЕРВ’ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

 

Мета роботи - вивчення конструкції та визначення основних параметрів черв’ячного редуктора.

Теоретичні відомості. Черв’ячні редуктори призначені для зменшення частоти обертання і збільшення обертального моменту між валами, осі яких мимобіжні. На практиці найчастіше застосовують одноступінчасті черв’ячні редуктори, рідше – двоступінчасті черв’ячні та черв’ячно-циліндричні редуктори.

Черв’ячна передача складається з черв’яка і черв’ячного колеса. За формою ділильної поверхні черв’яки бувають: циліндричні та глобоїдні (рис. 7.1).

 

 

 

 

Циліндричні черв’яки згідно з ГОСТ 18498-73 можуть мати в осьовому перерізі трапецеїдальний (рис. 7.2, а) або випуклий профіль, а в торцевому перерізі архімедову спіраль (архімедів черв’як), подовжену або скорочену евольвенту (рис. 7.2, б; конволютний черв’як) і евольвенту (рис. 7.2, в; евольвентний черв’як). Їх навантажувальна здатність приблизно однакова. Архімедів черв’як може бути нарізаний на звичайних токарних і різьбофрезерних верстатах, однак шліфування його утруднене. Тому архімедові черв’яки застосовують у передачах, коли твердість черв’яка в межах до 350 НВ достатня (у відкритих і малонавантажених закритих передачах). Евольвентні черв’яки використовують у високонавантажених передачах, де необхідна висока твердість (більше 45 HRC) і допускається мала висота мікронерівностей.

Основні параметри черв’ячних передач з циліндричним черв’яком. Основні параметри передачі з циліндричним черв’яком визначаються ГОСТ 19650-74 та ГОСТ 2144-76.

Число витків черв’яка (число заходів) z₁ у силових передачах приймають від одного до чотирьох. При цьому тризаходні черв’яки можуть застосовуватись лише в нестандартизованих редукторах.

Відстань між відповідними бічними сторонами двох суміжних профілів, виміряна паралельно осі черв’яка (див. рис. 7.2), називається осьовим кроком витків черв’яка Р₁. Така ж відстань між суміжними профілями одного і того ж витка називається ходом гвинтової лінії витка Р_z.

P_z=P₁z₁. (7.1)

Відношення називається модулем зачеплення. Для черв’яка він є осьовим, а для колеса - коловим. Згідно з ГОСТ 19742-71 модуль стандартизований: т = 1; 1, 25; 1, 6; 2; 2, 5; 3, 15; 4; 5; 6, 3; 8; 10; 12, 5; 16; 20; 25 мм; допускаються значення модуля, які дорівнюють 1, 5; 3; 3, 5; 6; 7; 12 і 14 мм.

Виходячи з того, що черв’ячні колеса нарізають черв’ячними фрезами, які є аналогами черв’яка, різальний інструмент уніфікують. Щоб зменшити номенклатуру черв’ячних фрез, введено поняття коефіцієнта діаметра черв’яка.

, (7.2)

де d₁ – ділильний діаметр черв’яка.

Стандартні значення q і відповідні їм модулі наведено в табл. 7.1.

Із урахуванням стандартного значення q ділильний діаметр черв’яка визначають за формулою:

. (7.3)

Ділильний кут підйому γ витка - виходячи з розгортки витка на площину

. (7.4)

Розміри елементів витків черв’яка при модулі 1 ≤ m ≤ 25 мм визначаються параметрами початкового черв’яка за ГОСТ 19036-81, які мають такі значення: кут профілю витків (для архімедових черв’яків в осьовому перерізі, для конволютних та евольвентних – у нормальному до витків перерізі); коефіцієнт висоти головки витка ; коефіцієнт радіального зазору ; коефіцієнт висоти ніжки витка ; коефіцієнт радіуса кривизни перехідної кривої витка ; коефіцієнт розрахункової товщини витка .

Таблиця 7.1

Відповідність модулів і коефіцієнтів діаметра черв’яка q

 

m, мм	q	m, мм	q
	8; 10; 12; 12, 5; 16; 20		8; 10; 12, 5; 16; 20
2, 5	8; 10; 12; 12, 5; 16; 20		9; 10
	10; 12	6, 3	8; 10; 12, 5; 14; 16; 20
3, 15	8; 10; 12, 5; 16; 20
3, 5	10; 12*; 14*		8; 10; 12, 5; 16; 20
	8; 9; 10; 12*; 12, 5; 16; 20		8; 10; 12, 5; 16; 20
Примітка: значення q, які помічено зірочкою, - тільки для черв’яків з числом витків z1 = 1.

 

Згідно з параметрами стандартного початкового черв’яка розміри елементів витків визначаються за формулами:

висота головки витка:

; (7.5)

висота ніжки витка:

; (7.6)

радіус кривизни перехідної поверхні кривої витка:

; (7.7)

розрахункова товщина витка:

; (7.8)

діаметр вершин витків черв’яка:

; (7.9)

діаметр впадин витків черв’яка:

; (7.10)

довжина нарізуваної частини черв’яка (ГОСТ 19650-74):

при 1 або 2 (7.11)

при 4, (7.12)

де - число зубців черв’ячного колеса.

Для черв’ячного колеса розміри вінця і зубців задаються у його середньому перерізі площиною, що проходить через вісь черв’яка перпендикулярного до осі черв’ячного колеса. Тому модуль зубців черв’ячного колеса є рівним модулю m витків в осьовому перерізі черв’яка, а кут нахилу зубців черв’ячного колеса дорівнює ділильному куту підйому γ витків черв’яка.

Розміри вінця черв’ячного колеса з числом зубців визначають за формулами:

ділильний діаметр:

; (7.13)

діаметр вершин зубців:

; (7.14)

діаметр впадин:

. (7.15)

Ширина вінця та найбільший діаметр черв’ячного колеса , які відповідають куту обхвату черв’яка , визначаються за формулами:

, (7.16)

де - коефіцієнт, який дорівнює: k = 2при ; k = 1, 5при ; k = 1при ;

при , (7.17)

при . (7.18)

Міжосьова відстань черв’ячної передачі без зміщення

(7.19)

Згідно з ГОСТ 2144-76 міжосьова відстань стандартизована:

ряд 1-й…40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500 мм;

ряд 2-й…140; 180; 225; 280; 355; 450 мм.

Міжосьова відстань черв’ячної передачі зі зміщенням

, (7.20)

де х – коефіцієнт зміщення, значення якого з умови непідрізання і незагострення зубців не повинно виходити за межі ±1;

діаметри вершин та впадин зубців черв’ячного колеса при цьому

; (7.21)

. (7.22)

Передаточне число черв’ячної передачі

. (7.23)

Згідно з ГОСТ 2144-76 передбачено два ряди передаточних чисел и в межах від 8 до 80, при z₁ = 1, 2 або 4 і z₂ = 30..80:

ряд 1-й…8; 10; 12, 5; 16; 20; 25; 31, 5; 40; 50; 63; 80 мм;

ряд 2-й…9; 11, 2; 14; 18; 22, 4; 28; 35, 5; 45; 56; 71 мм.

 

Конструктивні особливості черв’яків та черв’ячних коліс. Як і в зубчастих, основними конструктивними елементами черв’ячних коліс є обід, диск та маточина. Черв’ячні колеса з метою економії кольорових металів виготовляють складеними з бронзовим вінцем і чавунним або (рідше) сталевим центром, а при невеликих швидкостях ковзання () і малих діаметрах – суцільнолитими.

Типові конструкції складених черв’ячних коліс наведено на рис. 7.3.

Черв’яки переважно виготовляють за одне ціле з валом - черв’ячні вали (рис. 7.4, а - в). У деяких випадках для підвищення жорсткості вала черв’яка, а також при здійсненні самогальмуючої передачі діаметр черв’яка виходить значним і його виконують насадним (рис. 7.4, г).

 

 

При конструюванні черв’яка бажано забезпечити вільний вихід ріжучого інструмента для нарізання витків

(рис. 7.4, а, б). При порівняно малому діаметрі черв’яка для забезпечення його жорсткості витки заглиблюють у тіло вала (рис. 7.4, в), у цьому випадку величина збігу нарізки витків l₁ уточнюється технологічними умовами.

 

 

 

Конструктивні особливості валів, їх з’єднань з черв’ячними колесами. Регулювання положення черв’ячних коліс. Конструкція валів, на яких установлені черв’ячні колеса та насадні черв’яки, залежить від типу і розмірів деталей, що на них установлені і способів закріплення цих деталей на валах у коловому й осьовому напрямках. Закріплення на валах черв’ячних коліс та насадних черв’яків у коловому напрямку здійснюється, як правило, посадками з натягом і шпонковими з’єднаннями.

Закріплення деталей на валах в осьовому напрямку здійснюється упором з торців маточини черв’ячного колеса в буртик вала й установкою розпірної втулки між іншим торцем маточини колеса і торцем внутрішнього кільця підшипника, або установкою двох розпірних втулок між обома торцями маточини колеса і торцями внутрішніх кілець підшипників чи мастилоутримуючих кілець.

Точність зачеплення черв’ячної пари досягається регулюванням за рахунок осьового переміщення вала з закріпленим на ньому колесом. При цьому в черв’ячній парі регулювання здійснюється осьовим переміщенням вала черв’ячного колеса до точного збігання середньої площини зубчастого вінця з віссю черв’яка (рис. 7.5).

Після регулювання черв’ячного зачеплення здійснюється після регулювання зазору в підшипниках такими двома способами:

1) постановкою під фланець торцевої кришки або стакана набору прокладок товщиною від 0, 1 до 0, 8 мм;

2) застосуванням гвинтів, діючих на зовнішні кільця підшипників безпосередньо або через регулювальні шайби.

Регулювальні пристрої виконують на обох кінцях вала з боку наскрізної та глухої кришки, що дає можливість переміщувати вал у двох напрямках. Точність положення черв’ячного колеса контролюється розташуванням п’ятна контакту.

Конструктивні особливості підшипникових вузлів. Конструктивно підшипникові вузли черв’ячних редукторів аналогічні підшипниковим вузлам циліндричних зубчастих редукторів.

Схеми установки підшипників підшипникових вузлів, способи їх кріплення на валах та в корпусі, як і в циліндричних зубчастих редукторах, залежать від типу підшипника, величини і напрямку діючого навантаження, частоти обертання, умов монтажу і демонтажу. Щоб захистити підшипникові вузли від забруднення, застосовують ущільнюючі пристрої. Застосування того або іншого типу ущільнення залежить, як і в циліндричних зубчастих редукторах, від швидкості поверхні обертового вала, виду мастила, яке застосовується для змащення підшипників, температури, вологості та забруднення середовища, у якому працює підшипниковий вузол.

Змащення черв’ячних зачеплень і підшипників редукторів. Змащувальні пристрої. Для зменшення коефіцієнта тертя і спрацювання поверхонь зубців черв’ячного колеса, відведення продуктів спрацювання від тертьових поверхонь, зменшення шуму та вібрації в черв’ячних редукторах застосовують змащення. Вибір способу змащення (картерне та циркуляційне) залежить від колової швидкості в зачепленні, положення черв’яка в редукторі, призначення редуктора та техніко-економічних міркувань. При картерному змащенні черв’ячні колеса, коли редуктор з верхнім розташуванням черв’яка, занурюють у масло на висоту зуба, а черв’як, коли він розташований внизу, – на висоту витка, але не вище центра нижнього тіла кочення підшипника, та застосовують спеціальні розбризкувачі або інші пристрої. Рівень масла в корпусі редуктора контролюють покажчиками рівня масла: жезловим, ліхтарним або крановим.

 

Конструктивні особливості корпусу редуктора. Корпус одноступінчастого черв’ячного редуктора виконується, як правило, роз’ємним у площині, що проходить через вісь веденого вала (рис. 7.6; 7.7), і складається з основи корпусу (картера) та кришки корпусу. При конструюванні черв’ячних редукторів з міжосьовою відстанню < 140 мм корпуси виконують нероз’ємними.

Форма корпусу визначається в основному технологічними, експлуатаційними й естетичними умовами з урахуванням його міцності та жорсткості.

Незважаючи на різноманітність форм корпусів, вони мають однакові конструктивні елементи – бобишки, фланці, ребра, які з’єднані стінками в одне ціле.

При роз’ємному виконанні корпусу редуктора основу корпусу і кришку фіксують між собою двома конічними штифтами, які установлюють без зазору до розточки гнізда під підшипники. На кришці та основі корпусу по всьому контуру роз’єму виконують з’єднувальний фланець. Основу з кришкою корпусу з’єднують болтами для забезпечення герметичності. Щоб забезпечити відокремлення кришки від основи при розбиранні, у кришці ставлять протилежно два віджимних гвинти.

Для піднімання і транспортування редуктора під з’єднувальним фланцем основи виконують приливи у вигляді крюків, на кришці корпусу виконують петлі або установлюють рим-болти. Для заливання масла й огляду в кришці корпусу виконують вікно, яке закривається кришкою.

Оскільки при роботі черв’ячного редуктора виділяється значна кількість тепла, то для охолодження в ряді конструкцій на поверхні корпусу виконують ребра, а на кришці корпусу установлюють віддушину, яка з’єднує внутрішню порожнину редуктора з атмосферою для запобігання видавлюванню масла через ущільнення при підвищенні тиску в редукторі.

При нероз’ємному корпусі редуктора (рис. 7.8) комплект веденого вала з черв’ячним колесом при складанні вводять через вікна в корпусі, які закриваються кришками.

Для установки покажчика рівня масла в основі корпусу або в кришці виконуються спеціальні отвори, які розташовують на висоті, достатній для точного вимірювання верхнього та нижнього рівнів масла.

Для зливання відпрацьованого масла і для промивки внутрішньої порожнини редуктора в нижній частині корпусу редуктора виконують отвір під пробку з циліндричною або конічною різьбою. При цьому під циліндричну пробку ставлять ущільнюючу прокладку з параніту, маслостійкої гуми, алюмінію або міді.

Корпуси і кришки черв’ячних редукторів загального призначення відливають з чавуну СЧ15 або СЧ18 (ГОСТ 1412-85). Підвищення жорсткості і міцності при зниженні в той же час маси корпусу та кришки забезпечується ребрами.

 

Обладнання, прилади, інструмент. Для виконання даної лабораторної роботи необхідно мати одноступінчастий редуктор з циліндричним архімедовим черв’яком, набір гайкових ключів, викрутку, штангенциркуль, штангенрейсмус, щуп, індикатор годинникового типу, набір металічних прокладок товщиною 0, 1; 0, 15; 0, 2; 0, 3; 0, 5 мм.