Червячные колеса из бронзы

Среди самых эффективных и универсальных способов передачи крутящего момента с одного вала на другой за свои конструкционные особенности и положительные стороны можно выделить червячный механизм. Данный агрегат представляет собой зубчатую пару из червячного колеса и червяка. Последний выполнен в форме шестерёнки, закреплённой на валу, и чаще всего является цельной деталью. Колесо же может иметь разнообразные типоразмеры и формы зубцов. Червячное колесо может быть:

• Прямозубым;
• Косозубым;
• С округлённым модулем и т.д.

В зависимости от модификации и сферы применения червячной пары. Могут применяться различные технологии изготовления и материалы.

Строение червячного колеса из бронзы

По своим характеристикам и конструкции данное изделие напоминает зубчатое колесо в конической передаче. Однако здесь есть некоторые особенности. Червяк располагается под углом к данному элементу, и соприкосновение происходит в перпендикулярной плоскости. Соответственно, и валы этих двух элементов располагаются также. Благодаря такому построению достигается минимальный шум при работе, отсутствие вибраций и снижение ударной нагрузки. Червячную передачу можно использовать при низких и средних оборотах. При этом допускается изготовление деталей путём сочетания двух металлов.

Производство червячных колёс

Биметаллический способ целесообразен с точки зрения экономии. Бронза является довольно дорогим цветным металлом из-за своих полезных свойств, высокой твёрдости и хорошей податливости при механообработке. Однако в данной сфере в чистом виде она применяется довольно редко. Если колесо будет использоваться в агрегатах с низкими оборотами и небольшой производительностью, вполне возможно создание детали путём центробежного литья с использованием чугунного сердечника. Также встречаются случаи. Когда такой элемент полностью изготавливается из серого чугуна. Но именно бронзовые червячные колёса считаются самыми эффективными и надёжными.

Также стоит отметить, что такие приспособления поддаются дополнительной обработке для повышения прочностных характеристик. Цементация и закаливание – нормальные процессы для производственных цехов при изготовлении.

Другие преимущества

Червячная передача из бронзы способна передавать крутящий момент максимально точно, что тоже говорит о повышенных технических характеристиках. Правда, её фактическому изготовлению предшествует кропотливый процесс расчётов на стадии проектирования, и этот факт ещё больше увеличивает стоимость червячных зубчатых колёс из данного металла.

Наша компания специализируется на поиске исполнителей для реализации заказов различной сложности. Если вам нужно типовое или индивидуальное решение по производству червячных колёс для своего оборудования, а в свободной продаже подходящих комплектующих нет, оформите заказ, нажав на соответствующую кнопку в верхней правой части экрана, а затем опишите свои требования и суть задачи. В сжатые сроки с вами свяжутся производители с надлежащим уровнем технического оснащения и профессиональной квалификации.

Зубчатые зацепления могут иметь оси валов в разных плоскостях Ведущая деталь – червяк, не имеет зубьев. Вместо них нарезается резьба с модулем, аналогичным шестерни. Червяк передает вращение на колесо червячное посредством давления поверхности резьбовой нити на эвольвенту зуба при скольжении плоскостей относительно друг друга. У червячного узла маленький КПД и невозможна понижающая передача. Большое сопротивление не позволяет колесу сдвинуть червяк. Это используется в подъемных механизмах и устройствах с точностью перемещения.

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

• 5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
• ≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
• ≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d₂ — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z₂ – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b₂ – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z₁ – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; a_w – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Расчет передаточного числа червячной передачи

Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.

Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:

где U – передаточное число; Z₁ – число заходов на червяке; Z₂ – количество зубьев на колесе.

Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.

Расчет передаточного отношения

Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.

Где V₁ – скорость скольжения червяка; V₂ – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w₁ и w₂ угловые скорости; d_δ1, d_δ2 – диаметры.

Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:

Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.

Характеристики червячных передач нормируются по ГОСТ 2144-76. Для червяка с 1 и 2 заходами передаточное число может иметь значение 8-80. Для 4-заходных червяков разбег значений меньше, в пределах 30-80.

Классификация

По направлению витка передачи в большинстве своем бывают правыми. Иногда встречается левое направление нити.

Червячные зацепления классифицируются по форме наружной поверхности червяка:

Вогнутая поверхность ведущей детали увеличивает количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. В результате возрастает КПД и мощность передачи. Недостаток глобоидных червяков в сложности изготовления. Витки должны быть одинаковой высоты при вогнутой наружной поверхности.

По форме нити резьбы различают червяки:

• архимедов;
• конволютный;
• нелинейный.

Архимедов червяк отличается прямой в сечении эвольвентой. У конволютного конфигурация выпуклая, близкая к форме обычной шестерни. Нелинейные профили имеют выпуклую и вогнутую поверхность.

Зубчатое колесо имеет зуб наклонный обратной конфигурации, по форме совпадающий с впадиной между нитями.

Расположение червяка относительно колеса может быть:

Верхнее оптимально подходит для скоростных передач. Боковое наиболее компактное. При картерном способе смазки – масло находится в поддоне и нижняя деталь, вращаясь, смазывает остальные, удобнее нижнее расположение червяка.

Червячные колеса относятся к косозубым. Оси деталей располагаются обычно под углом 90°. В сильно нагруженных механизмах угол может быть 45°.

Зубчатые колеса по профилю зуба делят:

По типу они могут быть:

• с непрерывным вращением – полные;
• зубчатый сектор.

Сектор может быть разной величины, от половины круга, до рабочей длины короче червяка.

Достоинства и недостатки

Особенностью червячной передачи является наличие тормозящего момента и большой интервал передаточных чисел и крутящего момента. К положительным характеристикам относятся:

• передаточное число в пределах 8–100;
• работает тихо;
• начало вращения и остановка происходят плавно;
• высокая точность перемещений;
• возможность смещения на малую величину;
• компактность узла;
• самотормозящая передача.

Передача движения в паре червяк и червячное колесо возможна только в одном направлении. При попытке ведомой детали провернуться, возникает тормозящий момент. Это используют в приводе поворота и подъемных механизмах.

Основной недостаток в потерях мощности, связанных с большим трением. Это приводит к быстрому износу деталей, особенно колеса. К недостаткам относятся:

• низкий КПД;
• трение;
• сильный нагрев;
• изготовление венца из дорогих материалов;
• частое заедание;
• быстрое изнашивание;
• постоянная регулировка зацепления подтягиванием червяка;
• сложное изготовление.

Червячное зацепление требует высокой точности изготовления винтового зацепления и чистоты обработки. Передача не переносит попадание в рабочую зону пыли и другого мусора. Требует интенсивной смазки и охлаждения.

Применение механизма

Червячный механизм способен при малых габаритах заменить многоступенчатый редуктор. Его передаточное число определяется значением 100, в отдельных узлах может быть значительно больше.

Применение червячной передачи целесообразно в механизмах, требующих высокой точности при небольшой скорости:

• червячные редуктора;
• в подъемниках;
• лифтах;
• лебедках;
• рулевых механизмах;
• точная доводка положения инструмента в станках;
• корректировка в ЧПУ;
• приборах.

В основном используется самоторможение и точность перемещения.

Нарезание червячных колес

При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:

Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.

Нарезка зубьев на венце

По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.

Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.

Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.

Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.

Ремонтная нарезка

Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.

Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.

Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.

Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.

Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.

Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.

Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также:

1. II. Экономический материализм в русской историографии.
2. IV. Обработка собранного материала
3. V. Учебно-материальное обеспечение
4. V. Учебно-материальное обеспечение
5. V. Учебно-материальное обеспечение
6. V. Учебно-материальное обеспечение
7. V. Учебно-материальное обеспечение
8. Абразивные материалы
9. Абразивные материалы
10. Абсолютно упругий удар двух материальных точек
11. Автоматизированное планирование потребности сырья и материалов для производства (MRP)
12. Анализ использования материальных ресурсов

Служебное назначение и технические требования

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

По служебному назначению червячные передачи разде­ляют на кинема-тические и силовые. Кинематические передачи используют в различных механизмах, делительных цепях зубо­резных и других металлорежущих станках для достижения высокой точности относительного поворота.

В кинематических передачах высокой точности в отличие от силовых в ряде случаев предусматривается регулирование точ­ности относительного положения червяка и колеса.

Силовые червячные передачи применяют в разнообразных ре­дукторах, коробках скоростей и механизмов для передачи крутя­щего момента при большом передаточном отношении.

ГОСТом 3675–81 предусмотрено 12 степеней точности червяч­ных передач, номера которых возрастают с уменьшением точности: 1, 2, 3, . 11 и 12. Однако нормы точности приведены для 3– 9-й степеней.

Кинематические передачи соответствуют 3–6-й, а силовые червячные передачи 5–9-й степеням точности. Для соответству­ющей степени точности установлены нормы точности на червяки, червячные колеса и сборку передачи.

Выбор степени точности силовых червячных передач можно произво-дить в зависимости от окружной скорости червяка:

Окружная скорость червяка, м/с . 3 . 7,5 1,5 . 3 до 1,5

Степень точности . 7 8 9

Каждой степени точности соответствуют нормы кинематиче­ской точности, плавности работы и контакта зубьев и витков.

Степень точности передачи или пары определяют по одному из эле-ментов – червяку, колесу или корпусу, у которого наи­более низкие показа-тели точности. Возможно комбинированное со­четание разных степеней на нормы кинематической точности, плав­ности работы и контакта зубьев и витков.

Согласно ГОСТ 3675—81 установлено шесть видов сопряжения червяка с червячным колесом А, В, С, D, Е, Н и восемь видов допуска T_Jn на боковой зазор х, у, z, а, b, с, d, h. Эти обозначе­ния приведены в порядке убывания бокового зазора и допуска на него. Так, для сопряжения вида Н гарантированный боковой зазор j_nmln = 0, а для сопряжения А имеет место расширенный боковой зазор. Между видами сопряжения червяка с червяч-ным колесом и степенью точности передач по нормам плавности работы имеется следующее рекомендуемое соответствие:

Вид сопряжения ……… А В С D Е Н

по нормам плавности

ра­боты 5-12 5—12 3—9 3—8 2—6 2-6

Для уменьшения трения и износа, а также предотвращения заедания червячной пары рабочая поверхность витков червяка должна иметь высокую твердость и малую шероховатость, а ма­териал червячного колеса должен обладать хорошими антифрик­ционными свойствами.

Червяки быстроходных высоконагруженных передач изго­товляют из качественных углеродистых сталей 40, 45 или леги­рованных сталей 40Х, 40ХН и др. В этом случае применяют на­грев поверхности под закалку ТВЧ или пламенем, обеспечиваю­щую твердость рабочих поверхностей HRC_э 48 . 57.

Наилучшие результаты получаются при использовании це­ментируемых сталей 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ, содержащих 0,15 . 0,20 % углерода.

Червяки менее ответственных передач, для которых достаточна твер-дость НВ 270, изготовляют из нормализованных или улуч­шенных сталей.

Глобоидные червяки изготавливают из сталей 35ХМА, ЗЗХГН. Для изготовления червячных колес в ответственных передачах с большими скоростями скольжения ( V > 5 м/с) применяют бронзы БрОБ 10–1, БрОНФ, при меньших скоростях применяют бронзу БрАЖ9–4, имеющую лучшие механические свойства и худшие антифрикционные. Червячные колеса пере-дач с малыми скоро­стями (v

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 1081 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет